PCB油墨固化机的设计与制作

作者/赵川、陈孟臻，百色学院；吕洋，西安应用光学研究所

项目基金：电子信息工程（百色学院校级应用型本科专业重点建设项目）

PCB油墨固化机的设计与制作

作者/赵川、陈孟臻，百色学院；吕洋，西安应用光学研究所

项目基金：电子信息工程（百色学院校级应用型本科专业重点建设项目）

PCB油墨固化机广泛应用于中小型工业制板中进行PCB感光线路油墨、感光阻焊油墨和字符油墨的烘干固化。本文设计与制作了一款基于单片机的PCB油墨固化机，固化机箱体内恒温系统主要由单片机系统、发热管、风扇、温度传感器、双向可控硅控制的驱动电路及液晶显示组成，可通过按键对预设温度、恒温时长进行设置，当温度达到预设温度则维持动态恒温，直到恒温时间结束，当前箱体的温度、预设温度、恒温时长及工作状态可通过液晶屏实时显示。该制作对油墨的固化效果与市场上同类产品相同。

油墨固化；恒温控制；双向可控硅；DS18B20

引言

在中小型工业PCB制板工艺流程中，线路感光层的制作常采用更适用于高精度线路板制作的湿膜工艺法。此方法需在电路板的两面分别用丝网印刷上具有强抗电镀性的液态感光线路油墨，印刷好感光油墨的电路板进行烘干固化后，再进行图形曝光、显影、电镀及腐蚀，即可将电路板上不需要的铜箔除去从而得到所需要的电路图。将感光油墨烘干固化是一个关键的步骤，根据感光油墨的特性，烘干的温度及时间都有相应的要求，油墨烘干的好坏将很大程度上决定线路层形成的好坏。此外，在制作线路板阻焊层和字符层时，同样需要分别印刷液态感光阻焊油墨、文字油墨，之后将这两种油墨进行烘干固化也是一个不可或缺而关键的步骤，需要使用PCB油墨固化机来完成。本次设计主要在目前市场上的恒温干燥箱的技术基础上进行改进，设计与制作一款应用于中小型工业制板的PCB油墨固化机，本校日常教学中PCB油墨固化机的使用很频繁，而且设备少，采购价格高昂，该PCB油墨固化机的设计与制作有着迫切的实际意义。

1. 方案设计及工作原理

根据对PCB油墨固化机的实际需求，将系统分为七个模块，系统结构框图如图1所示。采用单片机STC89C52作为主控芯片；选用DS18B20作为温度传感器实时检测箱体内空气温度反馈给单片机；采用MOC3021及BTA08600B组成驱动电路驱动发热管及风扇的工作；设置按键来实现调节预设温度等功能；LCD12864液晶屏负责显示箱体实际温度、预设温度、恒温时长及工作状态。

图1 PCB油墨固化机系统框图

2. 硬件电路设计

该油墨固化机的硬件电路由单片机系统电路、发热管及风扇驱动电路、电源电路、温度传感器电路、液晶显示电路、警报电路以及按键电路7个部分组成（见图2）。

单片机系统电路设计：采用STC89C52作为主控芯片，控制SD18B20温度传感器进行温度采集、控制LCD12864进行显示输出、控制发热管及风扇驱动电路工作、控制警报电路的工作状态、检测并处理按键输入数值。

发热管及风扇驱动电路：由于发热管、风扇工作在市电220V/50Hz的电源下，而控制系统工作电源为5V直流电源，所以要把控制系统电路与驱动系统电路隔离，避免影响系统稳定性，能达到此种效果的方式通常是使用继电器，然而继电器是带有触点式的工作方式，长期使用后难免出现工作不可靠的情况，且不适合频繁的通断，而双向可控硅则在满足隔离控制的前提下没有继电器的上述缺点，故本设计采用三端双向可控硅BTA08600B与MOC3021组成的驱动电路作为发热管与风扇的驱动电路。三端双向可控硅BTA08600B工作电路为8A，耐压值为600V，完全可用于市电220V的条件下工作。为了组成可控硅触发电路，且更好的实现高低压隔离，还加入了MOC3021芯片组成驱动控制电路。

电源电路：采用三端稳压管LM7805产生单片机系统所需的5V直流电源。该电源电路使用一个0.1μF的瓷片电容及一个1000μF的电解电容来对经过整流桥后的电流进行滤波，经过LM7805稳压后，添加一个100μF的电解电容及一个0.1μF的瓷片电容对稳压后的电流进行滤波，使电流文波特性更好，更趋近于直流电。

另外，应辅助以大直径钻孔等卸压方式实施巷道迎头超前和工作面两帮的立体式卸压，提前释放部分积聚能量，从根源上减少较大压力的突然释放，减轻冲击波对围岩的破坏程度(图8)。

3. 系统软件设计

系统由主程序从总体上控制发热管及风扇驱动模块、温度传感器驱动模块、液晶驱动模块、按键检测模块等各个子模块，从而完成各个设定的功能。单片机的P1.2口控制发热管驱动模块；P1.3口控制风扇驱动模块；P1.0、P2.5、P2.6、P2.7及整个P0口联合控制LCD12864的显示；P2.0、P2.1、P2.2、P2.3四个I/O口检测对应四个按键的情况；此外温度传感器与单片机的通讯I/O口为P1.4。系统主体程序流程图如图3所示。

图2 油墨固化机的硬件电路图

图3 主程序流程图

4. 系统测试

按照原理图将元件焊接在PCB板上，将写好的程序进行编译生成hex文件，使用下载器将hex文件下载到单片机内，不断地进行软硬件调试。系统具体工作流程为：打开系统电源，系统初始化结束，LCD12864显示箱体内实际温度、初始预置温度、初始预置恒温时间，工作状态显示为“空闲”。通过按键调节预设温度及恒温时间后，系统检测是否启动工作，若确认启动，工作状态显示为“加热”，同时单片机控制驱动模块使加热管工作。DS18B20实时向单片机反馈温度状态，当箱体内空气温度高于40℃，风扇启动，当箱体内空气温度等于预设温度，工作状态显示为“恒温”，停止加热，进入动态恒温状态直到恒温时间结束。当箱体内空气温度高于预设温度10℃时，启动警报且工作状态显示为“警报！！”并停止工作，而风扇持续工作直到温度低于40℃才停止工作。制作实物（采用废弃的美的微波炉机壳作为油墨固化机的箱体）及油墨固化、显影效果如图4所示。

图4 PCB油墨固化机及其固化效果

5. 总结

经过多次实测，该PCB油墨固化机恒温时温度误差均在在5℃内，LCD能准确显示温度数值变化，系统能准确检测按键输入以调整系统参数，发热管及风扇驱动电路能很好的对系统指令作出反应，油墨固化效果与实验室采购的同类产品一致，采用该PCB油墨固化机烘干的PCB经过曝光后显影效果也非常好，证明各项功能指标基本达到设计要求。

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