PCB油墨固化機的設計與制作

作者/趙川、陳孟臻，百色學院；呂洋，西安應用光學研究所

項目基金：電子信息工程（百色學院校級應用型本科專業重點建設項目）

PCB油墨固化機的設計與制作

作者/趙川、陳孟臻，百色學院；呂洋，西安應用光學研究所

項目基金：電子信息工程（百色學院校級應用型本科專業重點建設項目）

PCB油墨固化機廣泛應用于中小型工業制板中進行PCB感光線路油墨、感光阻焊油墨和字符油墨的烘干固化。本文設計與制作了一款基于單片機的PCB油墨固化機，固化機箱體內恒溫系統主要由單片機系統、發熱管、風扇、溫度傳感器、雙向可控硅控制的驅動電路及液晶顯示組成，可通過按鍵對預設溫度、恒溫時長進行設置，當溫度達到預設溫度則維持動態恒溫，直到恒溫時間結束，當前箱體的溫度、預設溫度、恒溫時長及工作狀態可通過液晶屏實時顯示。該制作對油墨的固化效果與市場上同類產品相同。

油墨固化；恒溫控制；雙向可控硅；DS18B20

引言

在中小型工業PCB制板工藝流程中，線路感光層的制作常采用更適用于高精度線路板制作的濕膜工藝法。此方法需在電路板的兩面分別用絲網印刷上具有強抗電鍍性的液態感光線路油墨，印刷好感光油墨的電路板進行烘干固化后，再進行圖形曝光、顯影、電鍍及腐蝕，即可將電路板上不需要的銅箔除去從而得到所需要的電路圖。將感光油墨烘干固化是一個關鍵的步驟，根據感光油墨的特性，烘干的溫度及時間都有相應的要求，油墨烘干的好壞將很大程度上決定線路層形成的好壞。此外，在制作線路板阻焊層和字符層時，同樣需要分別印刷液態感光阻焊油墨、文字油墨，之后將這兩種油墨進行烘干固化也是一個不可或缺而關鍵的步驟，需要使用PCB油墨固化機來完成。本次設計主要在目前市場上的恒溫干燥箱的技術基礎上進行改進，設計與制作一款應用于中小型工業制板的PCB油墨固化機，本校日常教學中PCB油墨固化機的使用很頻繁，而且設備少，采購價格高昂，該PCB油墨固化機的設計與制作有著迫切的實際意義。

1. 方案設計及工作原理

根據對PCB油墨固化機的實際需求，將系統分為七個模塊，系統結構框圖如圖1所示。采用單片機STC89C52作為主控芯片；選用DS18B20作為溫度傳感器實時檢測箱體內空氣溫度反饋給單片機；采用MOC3021及BTA08600B組成驅動電路驅動發熱管及風扇的工作；設置按鍵來實現調節預設溫度等功能；LCD12864液晶屏負責顯示箱體實際溫度、預設溫度、恒溫時長及工作狀態。

圖1 PCB油墨固化機系統框圖

2. 硬件電路設計

該油墨固化機的硬件電路由單片機系統電路、發熱管及風扇驅動電路、電源電路、溫度傳感器電路、液晶顯示電路、警報電路以及按鍵電路7個部分組成（見圖2）。

單片機系統電路設計：采用STC89C52作為主控芯片，控制SD18B20溫度傳感器進行溫度采集、控制LCD12864進行顯示輸出、控制發熱管及風扇驅動電路工作、控制警報電路的工作狀態、檢測并處理按鍵輸入數值。

發熱管及風扇驅動電路：由于發熱管、風扇工作在市電220V/50Hz的電源下，而控制系統工作電源為5V直流電源，所以要把控制系統電路與驅動系統電路隔離，避免影響系統穩定性，能達到此種效果的方式通常是使用繼電器，然而繼電器是帶有觸點式的工作方式，長期使用后難免出現工作不可靠的情況，且不適合頻繁的通斷，而雙向可控硅則在滿足隔離控制的前提下沒有繼電器的上述缺點，故本設計采用三端雙向可控硅BTA08600B與MOC3021組成的驅動電路作為發熱管與風扇的驅動電路。三端雙向可控硅BTA08600B工作電路為8A，耐壓值為600V，完全可用于市電220V的條件下工作。為了組成可控硅觸發電路，且更好的實現高低壓隔離，還加入了MOC3021芯片組成驅動控制電路。

電源電路：采用三端穩壓管LM7805產生單片機系統所需的5V直流電源。該電源電路使用一個0.1μF的瓷片電容及一個1000μF的電解電容來對經過整流橋后的電流進行濾波，經過LM7805穩壓后，添加一個100μF的電解電容及一個0.1μF的瓷片電容對穩壓后的電流進行濾波，使電流文波特性更好，更趨近于直流電。

另外，應輔助以大直徑鉆孔等卸壓方式實施巷道迎頭超前和工作面兩幫的立體式卸壓，提前釋放部分積聚能量，從根源上減少較大壓力的突然釋放，減輕沖擊波對圍巖的破壞程度(圖8)。

3. 系統軟件設計

系統由主程序從總體上控制發熱管及風扇驅動模塊、溫度傳感器驅動模塊、液晶驅動模塊、按鍵檢測模塊等各個子模塊，從而完成各個設定的功能。單片機的P1.2口控制發熱管驅動模塊；P1.3口控制風扇驅動模塊；P1.0、P2.5、P2.6、P2.7及整個P0口聯合控制LCD12864的顯示；P2.0、P2.1、P2.2、P2.3四個I/O口檢測對應四個按鍵的情況；此外溫度傳感器與單片機的通訊I/O口為P1.4。系統主體程序流程圖如圖3所示。

圖2 油墨固化機的硬件電路圖

圖3 主程序流程圖

4. 系統測試

按照原理圖將元件焊接在PCB板上，將寫好的程序進行編譯生成hex文件，使用下載器將hex文件下載到單片機內，不斷地進行軟硬件調試。系統具體工作流程為：打開系統電源，系統初始化結束，LCD12864顯示箱體內實際溫度、初始預置溫度、初始預置恒溫時間，工作狀態顯示為“空閑”。通過按鍵調節預設溫度及恒溫時間后，系統檢測是否啟動工作，若確認啟動，工作狀態顯示為“加熱”，同時單片機控制驅動模塊使加熱管工作。DS18B20實時向單片機反饋溫度狀態，當箱體內空氣溫度高于40℃，風扇啟動，當箱體內空氣溫度等于預設溫度，工作狀態顯示為“恒溫”，停止加熱，進入動態恒溫狀態直到恒溫時間結束。當箱體內空氣溫度高于預設溫度10℃時，啟動警報且工作狀態顯示為“警報??！”并停止工作，而風扇持續工作直到溫度低于40℃才停止工作。制作實物（采用廢棄的美的微波爐機殼作為油墨固化機的箱體）及油墨固化、顯影效果如圖4所示。

圖4 PCB油墨固化機及其固化效果

5. 總結

經過多次實測，該PCB油墨固化機恒溫時溫度誤差均在在5℃內，LCD能準確顯示溫度數值變化，系統能準確檢測按鍵輸入以調整系統參數，發熱管及風扇驅動電路能很好的對系統指令作出反應，油墨固化效果與實驗室采購的同類產品一致，采用該PCB油墨固化機烘干的PCB經過曝光后顯影效果也非常好，證明各項功能指標基本達到設計要求。

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