一種智能PCB腐蝕裝置*

*基金項目：國家級大學生創(chuàng)新訓練計劃項目（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，通過一定比例混合而成。鹽酸具有強揮發(fā)性，能在空氣中揮發(fā)出大量的鹽酸氣體，易對使用該腐蝕液的人員造成呼吸道損害。近年來，產(chǎn)品安全問題和環(huán)保問題突出，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、耗時長、工序多等問題，基本上是依靠人工去完成配比，在人工配置環(huán)保腐蝕液的過程中極易產(chǎn)生配比不精確、材料浪費等問題，無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。針對目前環(huán)保型腐蝕液存在的問題，制作一套提高使用環(huán)保腐蝕劑效率的裝置，通過自動化的控制，達到精確配置腐蝕液的目的，提高使用效率，降低人工成本，同時提高產(chǎn)品的安全性。

1   實驗原理

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PCB 腐蝕起主要作用，加速劑對PCB 腐蝕起到加速作用，而再生劑是當腐蝕液對電路板的腐蝕效果減弱時，加入再生劑可以恢復腐蝕液對電路板的腐蝕效果。腐蝕液通過蝕刻劑和加速劑3:1配置而成。當腐蝕液不能再腐蝕電路板時，腐蝕液會有顏色上的明顯變化。裝置可通過對腐蝕液顏色變化的采集，向腐蝕液中添加再生劑，實現(xiàn)腐蝕液的再生功能。

2   實驗裝置

本裝置由人機交互裝置、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單片機對傳感器采集的信息處理并反饋，實現(xiàn)腐蝕液按比例配比，并當腐蝕液不可再對電路板進行腐蝕處理時，可對腐蝕液進行再生處理。升降裝置將電路板下放至腐蝕液里進行腐蝕處理。氣泡發(fā)生裝置通過在腐蝕液中打氧的方式，模擬對腐蝕液攪拌，從而加快腐蝕速率。恒溫裝置通過溫度傳感器將溫度信息采集到單片機中，再通過PID 算法加熱棒進行控制，從而實現(xiàn)腐蝕液的溫度恒定50 ℃， 提高腐蝕液對電路板的腐蝕速率。人機交互裝置在腐蝕裝置的整個工作過程中實時顯示芯片接收到的所有信息。

2.1 電路設計

本裝置采用意法半導體公司的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，擁有眾多的外設和總線接口等特點，是高性能高性價比的Cortex-M3微處理器。

對腐蝕液的狀態(tài)檢測通過OV7725 攝像頭和STM32H7 組成的OpenMV 攝像頭模組^[1]進行。由攝像頭采集腐蝕液的圖片信息，再通過STM32H7 處理器對圖片中的液體進行顏色檢測，當檢測到腐蝕液需要再生時，通過串口通信將指令傳輸給STM32F1 控制開關閥進行腐蝕液再生。

圖2 STM32F1系統(tǒng)板

2.2 腐蝕液智能配比和再生裝置設計

該裝置由腐蝕液智能配比和腐蝕液再生兩個部分組成。為實現(xiàn)腐蝕液的智能配比，首先將蝕刻劑和加速劑用容器盛放。通過使用流量傳感器對腐蝕劑和加速劑加入量進行檢測，再通過控制開關閥的通斷對腐蝕劑和加速劑量進行控制，從而實現(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，腐蝕液的顏色也會隨著時間的推移由藍色慢慢變成綠色。本裝置通過OV7725 攝像頭（圖4）和STM32H7 組成的OpenMV 攝像頭模塊，對腐蝕液的狀態(tài)進行實時顏色檢測，當腐蝕液需要再生時，向主機發(fā)送控制信號從而控制開關閥的通斷加入相應的再生劑，直到腐蝕液的顏色恢復到藍色為止。

2.3 升降裝置設計

升降裝置由2 個TB6600 電機驅動、2 個電機傳送軸和1 個吊籃組成，電機傳送軸垂直擺放在腐蝕箱的兩側，通過TB6600 驅動傳送軸^[2-3]的升降帶動吊籃升降，從而帶動電路板進出腐蝕液。

2.4 恒溫裝置設計

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，通過高功率加熱棒實現(xiàn)腐蝕液快速升溫，通過XY-T01 數(shù)字溫控器的溫度傳感器探頭測量溫度，再通過PID 算法[4] 控制加熱棒的通斷，使腐蝕液溫度恒定在預定溫度。

3 實驗裝置

團隊成員通過對裝置的驗證、測試，該裝置實現(xiàn)將腐蝕液的溫度恒定50 ℃。實現(xiàn)對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，還可通過對腐蝕液顏色狀態(tài)的檢測對腐蝕液添加再生劑。實現(xiàn)對電路板升降功能、實時顯示腐蝕液狀態(tài)。

4   結束語

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

參考文獻：

[ 1 ] 陳青華, 左太虎, 徐一紅.基于OpenMV的智能撿球機器人的設計與實現(xiàn)[ J ] .信息技術與信息化,2020(10):210-213.

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

[3]馬文斌,楊延竹.基于TB6600HG的步進電機驅動控制設計[ J ] .中國農機化學報,2016,37(7):126-129.

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

[5] 位磊,曾輝,朱國棟,等.基于AT89S52單片機控制的PCB板腐蝕裝置設計與實現(xiàn)[J].工業(yè)控制計算機,2016(9):154-155.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年10月期）