一种可远程操控的PCB制板装置

周玮 周永强 陈军

◆摘  要：本文介紹了一种可通过手机远程控制的智能PCB制板机工作的解决方案，该装置除了传统PCB制板机功能外，设置了远程操控系统，系统由通信模块、装置执行机构驱动模块和制板环境监测模块等构成，可利用手机远程可视化操作，减少了化学物品对人体的伤害，提高了工作效率。由于装置体积小，可随意搬动，上电即可使用，摆脱了传统制板机不便移动等缺点

◆关键词：智能;PCB;远程

20世纪初，人们为了简化电子机器的制作，减少电子零件间的配线，降低制作成本，开始钻研以印刷的方式取代配线的方法，三十年间，不断有工程师提出在绝缘的基板上加以金属导体作配线。1925年，美国的Charles Ducas在绝缘的基板上印刷出线路图案，再以电镀的方式，成功建立导体作配线。

目前的PCB制板的方法多种多样，最常采用的是加成法（Additive），即在一块预先镀上薄铜的基板上，覆盖光阻剂（D/F），经紫外光曝光再显影，把需要的地方露出，然后利用电镀把线路板上正式线路铜厚增厚到所需要的规格，再镀上一层抗蚀刻阻剂-金属薄锡，最后除去光阻剂，这制程称为去膜，最后再把光阻剂下的铜箔层蚀刻掉。加成法制造印制电路板的优点为：1.可避免大量蚀刻铜，以及由此带来的大量蚀刻溶液处理费用，降低了印制电路板生产成本;2.相比减成法，工序减少了约三分之一，简化了生产工序，提高了生产效率，尤其避免了产品档次越高，工序越复杂的恶性循环;3.能达到齐平导线和齐平表面，从而能制造SMT等高精密度印制电路板;4.由于孔壁和导线同时化学镀铜，孔壁和板面上导电图形的镀铜层厚度均匀一致，提高了金属化孔的可靠性，也能满足高厚径比印制电路板，小孔内镀铜的要求。因此，现在很多PCB制板装置均通过加成法工艺来进行PCB制板。

但目前PCB制板装置还存在一些问题，比如在制作过程中人不可避免的要与化学药品接触，对人体会产生一定的危害;目前的制板装置大都是工厂级别的，体积庞大，难以移动，尤其不适用于学校实验室使用。针对上述问题，本实用新型提出了一种可远程操控的PCB制板装置。

1智能PCB的结构图

在传统的印制电路系统，生产效率低，体积大，并且会给人体造成伤害，结合实验室对印制电路的需求，对智能PCB系统做了改进，形成了如图1所示装置框架图。

装置结构如下：一个220V转3.3V的电源板，一个控制板，四个紫外线灯管，蓝牙远程控制模块，两个加热棒，两个通气口。220V转3.3V的电源板：220V交流电通过整流滤波转化为3.3V直流电，从而为控制模块供电。控制板：是装置的核心部件，用手机通过蓝牙模块向装置发送数据，控制该设备电源模块上的继电器，从而达到控制紫外线灯管和加热棒开关的作用。紫外线灯管：发射紫外线光照射感光板从而进行曝光。无线通信模块：通过串口发送数据，链接控制板达到远程操控的目的。两个加热棒：加热腐蚀液与显影液。

装置结构如下：一个220V转3.3V的电源板，一个控制板，四个紫外线灯管，蓝牙远程控制模块，两个加热棒，两个通气口。220V转3.3V的电源板：220V交流电通过整流滤波转化为3.3V直流电，从而为控制模块供电。控制板：是装置的核心部件，用手机通过蓝牙模块向装置发送数据，控制该设备电源模块上的继电器，从而达到控制紫外线灯管和加热棒开关的作用。紫外线灯管：发射紫外线光照射感光板从而进行曝光。无线通信模块：通过串口发送数据，链接控制板达到远程操控的目的。两个加热棒：加热腐蚀液与显影液。

整个系统的工作过程如下：

首先将需要制作的PCB电路图的电路图绘制好后，用激光打印机打印到纸上，得到PCB纸;并把感光覆铜板裁剪成适当的大小后，将PCB纸的打印面贴在感光覆铜板上，再压上玻璃板，利用玻璃板的自重使PCB纸与感光膜紧贴在一起，再盖上箱盖，给真空曝光机通电后，利用移动终端发送启动的控制信号给蓝牙控制模块，主控制器根据蓝牙控制模块接收到的信号控制曝光灯组件的紫外灯管照射进行曝光，曝光时间到后，再通过移动终端发送关闭的控制信号给蓝牙控制模块，主控制器根据蓝牙控制模块接收到的信号控制曝光灯组件的紫外灯管熄灭，曝光结束;将曝光后的电路板放入显影箱中，再通过移动终端远程控制显影加热棒对显影液进行加热，然后把显影好的电路板捞出，放入腐蚀箱中，再通过移动终端远程控制腐蚀加热棒对腐蚀液进行加热，尽量避免人为接触显影腐蚀设备，最后再把腐蚀完成的电路板清洗晾干，便完成了PCB制板的基础电路板，以供后续进行钻孔、贴丝印和焊接。

按照设计思路制作可远程操控小型的PCB打板机，对于PCB机主体制作方面，采用传统的真空曝光机、显影箱、腐蚀箱三部分。使感光板的感光层内部发生变化，未被紫外灯光照射的感光层内部不会发生变化。将未聚合的乾膜去除，就是将发生变化的感光层露出敷铜面。电解未被感光层保护的铜，从而出现电路线。

2智能 PCB系统优点

按照该工艺制作的PCB打板机，不仅制版机操作方便，而且制版的速度快，制作一块单面印刷电路板，仅仅需要10--20分钟，另外制板成本低廉，制作一块电路板的制板费仅相当于一张热转印纸的成本。也可一次制作出单面板、双面板（不含孔金属化），或者带字符的单面板。加热棒使用，可以缩短显影、腐蚀的时间，从而提高制版速度。

3结语

本设计方案克服了传统PCB印制系统的缺点，优化了模块，方案中设计的装置除了传统PCB制板机功能外，通过蓝牙控制模块远程控制真空曝光机和显影腐蚀设备，减少人为接触，防止不小心碰到化学药品，对人体造成伤害;且将PCB制板装置小型化，结构简单，成本低，非常适合学校实验室使用。

参考文献

[1]张金：《电子设计与制作100例（第3版）》，电子工业出版社，2017年10月， P83-P135.

[2]马颖，蒋雪琴：《PCB设计与制作：Altium Designer设计应用》，西安电子科技大学出版社，2018年8月，P45-P69.

[3]韩雪涛：《电子电路自学宝典》，电子工业出版社，2020年5月，P39-P70.

[4]董磊，刘昕宇：《电路设计与制作实用教程》，电子工业出版社，2019年8月，P60-P93.

基金项目：四川省教育厅，重点项目（自然科学）（18ZA0310）