一種智能PCB腐蝕裝置*

*基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201910595002）

0   引言

傳統(tǒng)的腐蝕液配置是將雙氧水和鹽酸分別按照一定的比例稀釋之后，通過(guò)一定比例混合而成。鹽酸具有強(qiáng)揮發(fā)性，能在空氣中揮發(fā)出大量的鹽酸氣體，易對(duì)使用該腐蝕液的人員造成呼吸道損害。近年來(lái)，產(chǎn)品安全問(wèn)題和環(huán)保問(wèn)題突出，因此環(huán)保型的腐蝕液將成為傳統(tǒng)腐蝕液的替代品。但目前的環(huán)保型腐蝕液存在著效率低、耗時(shí)長(zhǎng)、工序多等問(wèn)題，基本上是依靠人工去完成配比，在人工配置環(huán)保腐蝕液的過(guò)程中極易產(chǎn)生配比不精確、材料浪費(fèi)等問(wèn)題，無(wú)形中增加了腐蝕銅板的成本，并在一定程度上制約了環(huán)保型腐蝕液的發(fā)展。針對(duì)目前環(huán)保型腐蝕液存在的問(wèn)題，制作一套提高使用環(huán)保腐蝕劑效率的裝置，通過(guò)自動(dòng)化的控制，達(dá)到精確配置腐蝕液的目的，提高使用效率，降低人工成本，同時(shí)提高產(chǎn)品的安全性。

1   實(shí)驗(yàn)原理

本文采用的環(huán)保型腐蝕液由蝕刻劑、加速劑和再生劑3 種藥劑組成，蝕刻劑對(duì)PCB 腐蝕起主要作用，加速劑對(duì)PCB 腐蝕起到加速作用，而再生劑是當(dāng)腐蝕液對(duì)電路板的腐蝕效果減弱時(shí)，加入再生劑可以恢復(fù)腐蝕液對(duì)電路板的腐蝕效果。腐蝕液通過(guò)蝕刻劑和加速劑3:1配置而成。當(dāng)腐蝕液不能再腐蝕電路板時(shí)，腐蝕液會(huì)有顏色上的明顯變化。裝置可通過(guò)對(duì)腐蝕液顏色變化的采集，向腐蝕液中添加再生劑，實(shí)現(xiàn)腐蝕液的再生功能。

2   實(shí)驗(yàn)裝置

本裝置由人機(jī)交互裝置、升降裝置、腐蝕劑智能配比和再生裝置、氣泡發(fā)生裝置、恒溫裝置這幾個(gè)部分組成，如圖1 所示。

圖1 智能PCB腐蝕裝置系統(tǒng)

腐蝕劑智能配比和再生裝置通過(guò)單片機(jī)對(duì)傳感器采集的信息處理并反饋，實(shí)現(xiàn)腐蝕液按比例配比，并當(dāng)腐蝕液不可再對(duì)電路板進(jìn)行腐蝕處理時(shí)，可對(duì)腐蝕液進(jìn)行再生處理。升降裝置將電路板下放至腐蝕液里進(jìn)行腐蝕處理。氣泡發(fā)生裝置通過(guò)在腐蝕液中打氧的方式，模擬對(duì)腐蝕液攪拌，從而加快腐蝕速率。恒溫裝置通過(guò)溫度傳感器將溫度信息采集到單片機(jī)中，再通過(guò)PID 算法加熱棒進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)腐蝕液的溫度恒定50 ℃， 提高腐蝕液對(duì)電路板的腐蝕速率。人機(jī)交互裝置在腐蝕裝置的整個(gè)工作過(guò)程中實(shí)時(shí)顯示芯片接收到的所有信息。

2.1 電路設(shè)計(jì)

本裝置采用意法半導(dǎo)體公司的Cortex-M3系列微處理器STM32F1（如圖2）和STM32H7（如圖3）兩款芯片，芯片具有主頻高，擁有眾多的外設(shè)和總線接口等特點(diǎn)，是高性能高性價(jià)比的Cortex-M3微處理器。

對(duì)腐蝕液的狀態(tài)檢測(cè)通過(guò)OV7725 攝像頭和STM32H7 組成的OpenMV 攝像頭模組^[1]進(jìn)行。由攝像頭采集腐蝕液的圖片信息，再通過(guò)STM32H7 處理器對(duì)圖片中的液體進(jìn)行顏色檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到腐蝕液需要再生時(shí)，通過(guò)串口通信將指令傳輸給STM32F1 控制開關(guān)閥進(jìn)行腐蝕液再生。

圖2 STM32F1系統(tǒng)板

2.2 腐蝕液智能配比和再生裝置設(shè)計(jì)

該裝置由腐蝕液智能配比和腐蝕液再生兩個(gè)部分組成。為實(shí)現(xiàn)腐蝕液的智能配比，首先將蝕刻劑和加速劑用容器盛放。通過(guò)使用流量傳感器對(duì)腐蝕劑和加速劑加入量進(jìn)行檢測(cè)，再通過(guò)控制開關(guān)閥的通斷對(duì)腐蝕劑和加速劑量進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)腐蝕液的智能配比。

腐蝕液再生原理是，由于腐蝕液隨著腐蝕電路板的數(shù)量逐漸增多，腐蝕液的顏色也會(huì)隨著時(shí)間的推移由藍(lán)色慢慢變成綠色。本裝置通過(guò)OV7725 攝像頭（圖4）和STM32H7 組成的OpenMV 攝像頭模塊，對(duì)腐蝕液的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)顏色檢測(cè)，當(dāng)腐蝕液需要再生時(shí)，向主機(jī)發(fā)送控制信號(hào)從而控制開關(guān)閥的通斷加入相應(yīng)的再生劑，直到腐蝕液的顏色恢復(fù)到藍(lán)色為止。

2.3 升降裝置設(shè)計(jì)

升降裝置由2 個(gè)TB6600 電機(jī)驅(qū)動(dòng)、2 個(gè)電機(jī)傳送軸和1 個(gè)吊籃組成，電機(jī)傳送軸垂直擺放在腐蝕箱的兩側(cè)，通過(guò)TB6600 驅(qū)動(dòng)傳送軸^[2-3]的升降帶動(dòng)吊籃升降，從而帶動(dòng)電路板進(jìn)出腐蝕液。

2.4 恒溫裝置設(shè)計(jì)

恒溫裝置采用XY-T01 數(shù)字溫控器模塊和2.4 kW加熱棒組成，通過(guò)高功率加熱棒實(shí)現(xiàn)腐蝕液快速升溫，通過(guò)XY-T01 數(shù)字溫控器的溫度傳感器探頭測(cè)量溫度，再通過(guò)PID 算法[4] 控制加熱棒的通斷，使腐蝕液溫度恒定在預(yù)定溫度。

3 實(shí)驗(yàn)裝置

團(tuán)隊(duì)成員通過(guò)對(duì)裝置的驗(yàn)證、測(cè)試，該裝置實(shí)現(xiàn)將腐蝕液的溫度恒定50 ℃。實(shí)現(xiàn)對(duì)腐蝕液智能配比和再生功能，可將腐蝕劑和加速劑按照比例配置成腐蝕液，還可通過(guò)對(duì)腐蝕液顏色狀態(tài)的檢測(cè)對(duì)腐蝕液添加再生劑。實(shí)現(xiàn)對(duì)電路板升降功能、實(shí)時(shí)顯示腐蝕液狀態(tài)。

4   結(jié)束語(yǔ)

該P(yáng)CB 腐蝕裝置采用可再生腐蝕液，無(wú)毒無(wú)害，相對(duì)于傳統(tǒng)的雙氧水和鹽酸配置的腐蝕液更加安全、環(huán)保，可廣泛適用于學(xué)校、家庭等地方。相對(duì)于市場(chǎng)上的腐蝕裝置^[5]更加智能和人性化，可為廣大的電子愛好者提供一個(gè)智能、安全、環(huán)保的PCB 腐蝕裝置。

參考文獻(xiàn)：

[ 1 ] 陳青華, 左太虎, 徐一紅.基于OpenMV的智能撿球機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[ J ] .信息技術(shù)與信息化,2020(10):210-213.

[2]王琳,肖軍,劉洲洲.基于Matlab的直流無(wú)刷電機(jī)IP控制的設(shè)計(jì)與仿真[J].艦船電子工程,2021,41(2):82-84,104.

[3]馬文斌,楊延竹.基于TB6600HG的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)[ J ] .中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2016,37(7):126-129.

[4] 劉董,李京慧,遲宗濤,等.基于模糊PID控制的控溫箱設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng),2021,40(3):73-76.

[5] 位磊,曾輝,朱國(guó)棟,等.基于AT89S52單片機(jī)控制的PCB板腐蝕裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2016(9):154-155.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年10月期）