專利名稱：全指標自動控制印刷線路板蝕刻機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種加工印刷線路板的專用設備。
隨著電子工業(yè)與各類自動控制儀器的飛速發(fā)展，尤其是大規(guī)模集成電路的應用與超小型儀器的設計，印刷線路板需要具有高密度精細結構和準確完整的線條。目前，國內多數生產單位基本上還沿用浸泡式、鏈條式的蝕刻機，工藝落后，與之不相適應。蝕刻工藝復雜，對生產過程中的工藝參數控制嚴格，因而造成精度低、生產速度慢，其廢品率高達40％，直接影響到電子工業(yè)生產儀器的質量。國外先進設備已采用計算機自動控制，但其設備投資太高且設備利用率低，無法適應中小型企業(yè)的需要。已有的設備中對工藝過程的各項指標，尤其是對蝕刻液的物理、化學指標不能實現全部控制。因此，蝕刻液的比重、PH值等指標隨生產過程的變化而引起的費品屢見不鮮。
本實用新型的目的是設計一種可連續(xù)化生產的噴射式蝕刻機。它應采用簡單的控制電路對蝕刻工藝中的各項參數指標實現全面自動控制，以保證廉價、優(yōu)質地適用于各種規(guī)模的印刷線路板專業(yè)廠和電子儀器廠的需要。
在蝕刻過程中，其蝕刻液均有極強的腐蝕性，因而這項專用設備的首先考慮的是防腐。因而本實用新型設計中也采用全塑機身結構?？赡芙佑|到蝕刻液的全部或傳動件，如不能采用塑料或尼龍取代的一律采用金屬鈦制品以提高整機的壽命。專用設備整體上分為兩大部分。主機(

圖1)與全指標自動控制機(圖2)。主機包括全塑機身以及固定在機身內外的機械部件。所加工的印刷板是由傳輸行走機構中并列平行軸1傳送的，由入口2處進，在蝕刻區(qū)4經由蝕刻液噴頭6下緩緩通過，由蝕刻液噴射系統(tǒng)將蝕刻液以一定壓力和流量，均勻噴射在被加工的印制板上。完成蝕刻后，再傳送到清洗區(qū)5內經噴射清洗后以成品形式從出口3處送出。機身內由并列平行轉動軸分為上、下兩部分，上部分為工作空間，下半部為貯液空間，其中蝕刻區(qū)4內裝有蝕刻液噴頭6，在清洗區(qū)內裝有清水槽噴頭7，在貯液空間內設有蝕刻液槽8和清水槽9。這些空間均由隔板10分隔開來。在機的外部固定有各種配套電機(J)，加壓泵和變速機構，蝕刻液槽8的內沒有控制各項指標的傳感器和加熱器等，組成一套完整的印刷線路板傳送行走機構，腐蝕液噴射系統(tǒng)，清洗液噴射系統(tǒng)。傳送印制板的行走機構的速度控制系統(tǒng)及蝕刻液全指標(包括PH值，Cu＋、比重、溫度)控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)全部采用按標準工藝值予置式的閉環(huán)自動控制，并將全部控制系統(tǒng)組合在一起裝在全指標自動控制柜中。
本實用新型的設計關鍵在于實現了包括對蝕刻時間速度在內的全指標閉環(huán)自動控制，從而可以保證在理想化狀態(tài)下高質量地實現蝕刻工序，而且整個控制電路簡單，其通過預置標準工藝值與傳感器采樣信號比較判斷方式實現閉環(huán)全自動控制，從而保證連續(xù)化生產過程中產品的高質量。這些控制指標包括，印刷板的行走速度、蝕刻液的比重、PH值、Cu＋、溫度。下面將結合附圖進一步說明本實用新型的目的是如何實現的。
圖1是蝕刻機的主機示意圖。
圖2是全指標自動控制柜外觀圖。
圖3是行走機構的速度控制系統(tǒng)原理圖。
圖4是蝕刻液PH值控制系統(tǒng)的原理圖。
圖5是蝕刻液Cu＋控制系統(tǒng)的原理圖。
圖6(1)是蝕刻液比重控制系統(tǒng)的原理圖。
圖6(2)是一特制的比重計。
圖7是蝕刻液溫度控制系統(tǒng)的原理圖。
本實用新型是為制造印刷線路板的蝕刻工藝而設計的專用設備，對一定的印刷線路板產品，其蝕刻速度(可視為浸在蝕刻液中的時間)蝕刻液的比重H值、Cu＋溫度均有非常嚴格的標準值區(qū)間，這決定著產品質量與生產效率。在生產過程中實現現場采樣，在線調控則是本設計的關鍵。
本實用新型利用控制行走機構中并行軸的轉動速度來控制待加工印刷板在機內的行走速度，其具體體現在對直流電機(J)的速度調節(jié)。參考圖3，傳輸走機構的控制系統(tǒng)中包括一個直流電機(J)，直流電機的電源由一個可控硅橋式整流器供給。具體可由二只二極管(D1、D2)和兩只可控硅整流管(D3、D4)，加上一個可實現閉環(huán)調制D3、D4導通角的控制電路組成。通過可控硅導通角的選擇實現對直流電機(J)的調速。控制電路由運算放大器F3組成線性放大電路，晶體管BG1，單晶管BT33和脈沖變壓器組成的振蕩輸出電路組成；跨接在直流電極(J)供電電源端的電阻R1、R2及電位器W1組成了一個速度采樣電路。由電阻R3、R4、R5、R6電位器W2、W3組成一個分壓式速度值預置電路，將所預置速度值對應的電壓送入運算放大器F3的第三腳，由電位器W1所采樣的信號電壓送入運算放大器第二腳，經過比較放大后信號電壓經6腳傳輸到振蕩電路BG1的基極，其輸出的信號決定BG1的起振。其振蕩信號通過單結管BT33經脈沖放大器T1在兩只可控硅D3、D4的觸發(fā)極上控制可控硅的導通與關閉。從而可以在線測量調控直流電機J的轉速。預置速度可由W1分壓實現，而速度的變化又由于W1上的分壓送入比較放大器，這樣就保證了印制板以平穩(wěn)均勻的速度在蝕刻區(qū)中通過，從而有效控制了蝕刻時間。
本實用新型中設計了蝕刻液的PH值控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中包括補液泵D，PH值傳感器，將PH值采樣信號放大的電路，與預置標準PH值對應的信號電壓進行比較的電路，以及控制補液泵工作的驅動電路。PH值傳感器置在蝕刻液中，連續(xù)工作產生PH變化后，由PH值傳感器采集到的信號會與標準預置信號產生差值，經比較放大后觸發(fā)驅動電路啟動補液泵工作，從而可以用補液的方法調整PH值。當PH值與預置標準值一致時，比較放大器沒有輸出，驅動電路回復原狀態(tài)，補液泵(D)停止工作，從而保證了在連續(xù)生產過程中PH值的相對穩(wěn)定。圖4中給出了實現這一控制過程的實施例電原理圖。其中PH傳感器由一個置入蝕刻液中的玻璃電極(E1)和一個甘汞電極(E2)組成，在不同的PH值條件下兩個由極組成的化學電池的電勢會有所區(qū)別，從而可由兩間的電壓來傳感PH值信號。采樣信號經過兩個運算放大器(3140、741)組成阻抗變換與放大電路處理后送入由撥碼盤BM1和另一支運算放大器組成的比較放大電路。其中撥碼盤BM1即是用來實現工藝標準PH值預置入的裝置，當PH值采集信號與預置值比較有差值時，經放大由比較放大電路中741的6腳輸出一個開關信號、觸發(fā)BG2導通，從而使得由晶體管BG3、BG4組成的多諧振蕩電路啟動繼電器2J，從而驅動補液泵D開始工作，補液達到PH值的調整，使蝕刻液自動保持蝕刻液的標稱PH值。
本實用新型的設計特點之一是在于設計了一個蝕刻液Cu＋控制系統(tǒng)。系統(tǒng)包括一個定量泵D2、Cu＋傳感器，Cu＋值的采樣信號放大，比較電路中設有預置標準Cu＋工藝值的預置電路，從而可實現一個完全的閉環(huán)自動控制電路。在蝕刻工藝中，置入蝕刻液的傳感器將Cu＋值轉換為信號電壓，經放大電路放大后送入比較電路與預置工藝參數對應的信號比較，然后放大的信號觸發(fā)驅動電路啟動定量泵D2從而實現Cu＋的自動調節(jié)。圖5中即給出實現這一控制的電原理圖。其中Cu＋傳感器由置入蝕刻液中的鉑電極(E3)和甘汞電極(E4)組成。實質上是一個化學電池組，它可以將Cu＋值準確地反應為一個信號電壓，這個做為采樣信號的電壓值經－運算放大(3140)搭成的放大電路放大后送入一個由運算放大741組成的比較放大電路處理。在比較電路之中有一個撥碼盤BM2，利用它實現對Cu＋值的預置。比較信號由運算放大器第6腳輸出到BG5組成的開關電路，并通過開關電路實現對定量泵D2的調控。從而保證連續(xù)工作狀態(tài)下長時間維護Cu＋的理想值。
蝕刻液的比重會隨著連續(xù)化生產的過程而發(fā)生很大變化。比重的調節(jié)是依靠向蝕刻液槽中不斷補充配制好的標準溶液。本實用新型中為比重的閉環(huán)控制設計了一套簡單而可靠的控制系統(tǒng)。參看圖6，其中包括一支特制的比重計G，在比重計G的上端固定有一個金屬環(huán)K，整個比重計上端懸套在一個感應線圈(L1、L2、L3)之中，以上結構組成了一個比重傳感器。比重傳感器的感應線圈接在振蕩電路之中，與BG6構成一個自感應式振蕩電路，BG6與BG7、BG8三個晶體管組成一個振蕩放大電路，以及一個受振蕩電路控制而啟閉的補液泵D3。比重計置于蝕刻液之中，并在比重計上面的某一確定高度上安置感應線圈(L1、L2、L3)。當帶有金屬環(huán)的比重計漂起一定高度時(即達到預置比重值時)，金屬環(huán)升入感應線圈之中使BG6停振，BG7截止而BG8導通，從而補液泵D3開始補加蝕刻液。比重下降，金屬環(huán)退出線圈，引起B(yǎng)G6起振，BG7導通從而使BG8截止繼電器J4釋放，補液泵D3停止工作，比重即達到了工藝要求。從而保持蝕刻液的比重永遠保持在這個標準值上有利于印刷板加工的質量。
蝕刻液的溫度也是工藝控制中的一個重要指標，溫度決定著其化學反應的速度，其過高過低都直接影響到印刷線路板的質量。在本設計中特別設計了溫度控制系統(tǒng)，它包括一個電加熱器，溫度傳感器，溫度采樣信號放大器，比較放大電路，電加熱器開關電路等幾部分。圖7即給出了一個具體實施例的電原理圖。其中溫度傳感器采用了靈敏而廉價的PN結傳感器PX，具體可采用一個2CK10二極管，其置于蝕刻液之中，采樣信號放大電路由一只運算放大器741組成，由另一只741組成的比較放大電路中，包括一只可變電阻器W8，W8用來預置一個信號電壓，它和工藝中要求的蝕刻液溫度相對應。PN結隨著蝕刻液溫度的變化而變化結間電阻，從而可以將溫度變化的情況以電壓信號送入放大電路放大，送入比較器再與W8預置的電壓信號比較后放大，其信號加在由晶體管BG9組成的加熱器開關電路的觸發(fā)端，從而實現對加熱器的開關，以隨時加熱保證生科過程中蝕刻液維持在40℃－60℃之間的一個穩(wěn)定值。所采用的電加熱器T采用鈦管加熱器可以保證防蝕。
全部控制系統(tǒng)除各種泵、驅動電機及傳感器外，全部集中配在一起組成一個全指標自動控制機，各個控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)及控制指標均可另加顯示系統(tǒng)設置在控制機的面板上，使操作和運行狀況一目了然。
按照本實用新型的基本構思制成的全指標自動控制蝕刻機結構緊湊，其中蝕刻區(qū)和清洗區(qū)均可根據不同使用廠家的要求加長、加寬、十分方便，適合各類大、中、小專業(yè)廠家的生產需要。由于采用了全指標自動控制實現了PH值，Cu＋，比重、溫度、速度的自動調整，功能比現有的專用設備可以提高3－5倍，而廢品率卻下降到5％以下。工人操作時只要按照工藝要的數值預置參數后可以實現連續(xù)化自動生產，所有工藝參數始終保持最佳狀態(tài)。因而對于大批量生產廠家，尤其是所需高密度精細結構的電子線路板者是一種十分理想的專用設備。
權利要求1.一種可實現全指標自動控制的印刷線路板蝕刻機，由全塑機身、印刷線路板傳送行走機構，蝕刻液噴射系統(tǒng)及相應的電器控制部分所組成，其特征在于本蝕刻機電器控制部分包括傳輸行走機構的速度控制系統(tǒng)、蝕刻液指標的PH值、Cu+、比重和溫度控制系統(tǒng)，所有控制系統(tǒng)采用予置標準值閉環(huán)自動控制并組合在一起構成一個全指標自動控制柜。
2.根據權利要求1所說的印刷線路板蝕刻機，其特征在于傳輸行走速度控制系統(tǒng)包括一直流電機(J)，由兩只二極管(D1、D2)和兩只可控硅(D3、D4)組成的橋式可控直流電源及調制可控硅導通角的閉環(huán)控制電路。
3.根據權利要求2所說的印刷線路板蝕刻機，其特征在于速度控制系統(tǒng)中可控硅導通角控制電路由一運算放大器F3組成的線性放大電路，晶體管BG1，單晶管BT33脈沖變壓器T1組成的振蕩輸出電路，跨接在直流電機(J)電源端的電阻R1、R2、R3、W1組成的速度采樣電路及由電阻R6、R4、R5、電位器W2、W3組成的分壓式速度值預置電路所組成，預置速度值電壓送入運算放大器3腳，采樣電壓信號送入2腳，經運放線性放大的比較電壓信號經6腳輸出送至BG1基極，控制振蕩信號由脈沖變壓器T1輸出端加至可控硅觸發(fā)端(a、b)實對速度的平衡調節(jié)。
4.根據權利要求1所說的印刷線路板蝕刻機，其特征在于PH值控制系統(tǒng)包括補液泵D及PH值傳感器(E1、E2)采樣信號放大，比較及補液泵驅動電路組成的閉環(huán)控制電路組成，由置入蝕刻液中的傳感器采取的電壓信號經調整放大后送入比較電路中與標準PH值對應的預置電壓經比較放大后觸發(fā)驅動電路啟閉補液泵D實現PH值調整。
5.根據權利要求1或4所說的印刷線路板蝕刻機，其特征在于PH值控制系統(tǒng)中的PH值傳感器由一個置入蝕刻液中的玻璃電極(E1)和甘汞電極(E2)組成，采樣信號經由運算放大器(3140、741)組成的阻抗變換與放大電路，送入由撥碼盤BM1和運算放大器(741)組成PH值比較電路，由BG2、BG3、BG4組成的觸發(fā)式多諧振蕩電路，采樣信號經3140阻抗配比變換后由741放大送入另一只741與由撥碼盤BM1預置的PH值對應電壓比較后經比較放大器6角送出開關信號觸發(fā)BG2，從而啟動補液泵D工作。
6.根據權利要求1所說的印刷線路板蝕刻機，其特征在于Cu＋控制系統(tǒng)包括定量泵D及Cu＋傳感器，采樣信號放大、比較、定量泵D2驅動電路組成的閉環(huán)控制電路組成，由置入蝕刻液中的傳感器將采取的Cu＋電壓信號經放大后送入比較電路與標準Cu＋值對應的預置電壓比較放大后觸發(fā)驅動電路啟閉定量泵D2實現Cu調整。
7.根據權利要求1或6所述的印刷線路板蝕刻機，其特征在于Cu＋傳感器由置入蝕刻機中的鉑電極(E3)和甘汞電極(E4)所組成，采樣信號經運放3140搭成的放大電路送入運算放大器741組成比較放大電路，由撥碼盤BM2設置的標準Cu＋對應電壓也送入運算放大器741組成的比較放大電路，經比較放大器6角送出的觸發(fā)信號送至由BG5組成的開關電路調控定量泵D2的啟閉達到Cu＋的調整。
8.根據權利要求1所說的印刷線路板刻機，其特征在于比重控制系統(tǒng)中包括由一支上端帶有金屬環(huán)K的比重計G及懸套在比重計上的感應線圈(L1、L2、L3)組成的比重傳感器，由BG6、BG7、BG8組成振蕩放大電路和補液泵D3。
9.根據權利要求1所說的印刷線路板蝕刻機，其特征在于蝕刻液溫度控制系統(tǒng)包括電加熱器T2，溫度傳感器、溫度采樣放大電路及比較放大電路組成的閉環(huán)控制電路。
10.根據權利要求1或9所說的印刷線路板蝕刻機，其特征在于溫度控制系統(tǒng)中的溫度傳感器采用的為PN結傳感器Px，具體可采用一個2CK10二極管置入于蝕刻液之中，放大電路由一個運算放大器741組成，由另一只運算放大器741和一個可變電阻W8組成的比較放大電路，經PN結采樣的電壓信號經放大后入比較放大器741，與預置標準溫度電壓比較放大后的信號加至BG9組成的開關電路的觸發(fā)端實現電加熱器的開關，并維持蝕刻液溫度保持在40℃－60℃之間的一個穩(wěn)定值。
專利摘要本實用新型公開了一種用于生產印刷線路板的專用設備，它適用于批量生產印刷線路板的蝕刻工藝。由于本設計采用全塑機身和鈦金屬轉動件，實現了對蝕刻速度、蝕刻液比重、pH值、Cu
文檔編號G05B11/01GK2050626SQ8920382
公開日1990年1月3日 申請日期1989年3月31日 優(yōu)先權日1989年3月31日
發(fā)明者唐濟才, 秦燕明 申請人:保定市東方電子儀器廠