专利名称：全指标自动控制印刷线路板蚀刻机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种加工印刷线路板的专用设备。
随着电子工业与各类自动控制仪器的飞速发展，尤其是大规模集成电路的应用与超小型仪器的设计，印刷线路板需要具有高密度精细结构和准确完整的线条。目前，国内多数生产单位基本上还沿用浸泡式、链条式的蚀刻机，工艺落后，与之不相适应。蚀刻工艺复杂，对生产过程中的工艺参数控制严格，因而造成精度低、生产速度慢，其废品率高达40％，直接影响到电子工业生产仪器的质量。国外先进设备已采用计算机自动控制，但其设备投资太高且设备利用率低，无法适应中小型企业的需要。已有的设备中对工艺过程的各项指标，尤其是对蚀刻液的物理、化学指标不能实现全部控制。因此，蚀刻液的比重、PH值等指标随生产过程的变化而引起的费品屡见不鲜。
本实用新型的目的是设计一种可连续化生产的喷射式蚀刻机。它应采用简单的控制电路对蚀刻工艺中的各项参数指标实现全面自动控制，以保证廉价、优质地适用于各种规模的印刷线路板专业厂和电子仪器厂的需要。
在蚀刻过程中，其蚀刻液均有极强的腐蚀性，因而这项专用设备的首先考虑的是防腐。因而本实用新型设计中也采用全塑机身结构。可能接触到蚀刻液的全部或传动件，如不能采用塑料或尼龙取代的一律采用金属钛制品以提高整机的寿命。专用设备整体上分为两大部分。主机(
图1)与全指标自动控制机(图2)。主机包括全塑机身以及固定在机身内外的机械部件。所加工的印刷板是由传输行走机构中并列平行轴1传送的，由入口2处进，在蚀刻区4经由蚀刻液喷头6下缓缓通过，由蚀刻液喷射系统将蚀刻液以一定压力和流量，均匀喷射在被加工的印制板上。完成蚀刻后，再传送到清洗区5内经喷射清洗后以成品形式从出口3处送出。机身内由并列平行转动轴分为上、下两部分，上部分为工作空间，下半部为贮液空间，其中蚀刻区4内装有蚀刻液喷头6，在清洗区内装有清水槽喷头7，在贮液空间内设有蚀刻液槽8和清水槽9。这些空间均由隔板10分隔开来。在机的外部固定有各种配套电机(J)，加压泵和变速机构，蚀刻液槽8的内没有控制各项指标的传感器和加热器等，组成一套完整的印刷线路板传送行走机构，腐蚀液喷射系统，清洗液喷射系统。传送印制板的行走机构的速度控制系统及蚀刻液全指标(包括PH值，Cu＋、比重、温度)控制系统中，控制系统全部采用按标准工艺值予置式的闭环自动控制，并将全部控制系统组合在一起装在全指标自动控制柜中。
本实用新型的设计关键在于实现了包括对蚀刻时间速度在内的全指标闭环自动控制，从而可以保证在理想化状态下高质量地实现蚀刻工序，而且整个控制电路简单，其通过预置标准工艺值与传感器采样信号比较判断方式实现闭环全自动控制，从而保证连续化生产过程中产品的高质量。这些控制指标包括，印刷板的行走速度、蚀刻液的比重、PH值、Cu＋、温度。下面将结合附图进一步说明本实用新型的目的是如何实现的。
图1是蚀刻机的主机示意图。
图2是全指标自动控制柜外观图。
图3是行走机构的速度控制系统原理图。
图4是蚀刻液PH值控制系统的原理图。
图5是蚀刻液Cu＋控制系统的原理图。
图6(1)是蚀刻液比重控制系统的原理图。
图6(2)是一特制的比重计。
图7是蚀刻液温度控制系统的原理图。
本实用新型是为制造印刷线路板的蚀刻工艺而设计的专用设备，对一定的印刷线路板产品，其蚀刻速度(可视为浸在蚀刻液中的时间)蚀刻液的比重H值、Cu＋温度均有非常严格的标准值区间，这决定着产品质量与生产效率。在生产过程中实现现场采样，在线调控则是本设计的关键。
本实用新型利用控制行走机构中并行轴的转动速度来控制待加工印刷板在机内的行走速度，其具体体现在对直流电机(J)的速度调节。参考图3，传输走机构的控制系统中包括一个直流电机(J)，直流电机的电源由一个可控硅桥式整流器供给。具体可由二只二极管(D1、D2)和两只可控硅整流管(D3、D4)，加上一个可实现闭环调制D3、D4导通角的控制电路组成。通过可控硅导通角的选择实现对直流电机(J)的调速。控制电路由运算放大器F3组成线性放大电路，晶体管BG1，单晶管BT33和脉冲变压器组成的振荡输出电路组成；跨接在直流电极(J)供电电源端的电阻R1、R2及电位器W1组成了一个速度采样电路。由电阻R3、R4、R5、R6电位器W2、W3组成一个分压式速度值预置电路，将所预置速度值对应的电压送入运算放大器F3的第三脚，由电位器W1所采样的信号电压送入运算放大器第二脚，经过比较放大后信号电压经6脚传输到振荡电路BG1的基极，其输出的信号决定BG1的起振。其振荡信号通过单结管BT33经脉冲放大器T1在两只可控硅D3、D4的触发极上控制可控硅的导通与关闭。从而可以在线测量调控直流电机J的转速。预置速度可由W1分压实现，而速度的变化又由于W1上的分压送入比较放大器，这样就保证了印制板以平稳均匀的速度在蚀刻区中通过，从而有效控制了蚀刻时间。
本实用新型中设计了蚀刻液的PH值控制系统，系统中包括补液泵D，PH值传感器，将PH值采样信号放大的电路，与预置标准PH值对应的信号电压进行比较的电路，以及控制补液泵工作的驱动电路。PH值传感器置在蚀刻液中，连续工作产生PH变化后，由PH值传感器采集到的信号会与标准预置信号产生差值，经比较放大后触发驱动电路启动补液泵工作，从而可以用补液的方法调整PH值。当PH值与预置标准值一致时，比较放大器没有输出，驱动电路回复原状态，补液泵(D)停止工作，从而保证了在连续生产过程中PH值的相对稳定。图4中给出了实现这一控制过程的实施例电原理图。其中PH传感器由一个置入蚀刻液中的玻璃电极(E1)和一个甘汞电极(E2)组成，在不同的PH值条件下两个由极组成的化学电池的电势会有所区别，从而可由两间的电压来传感PH值信号。采样信号经过两个运算放大器(3140、741)组成阻抗变换与放大电路处理后送入由拨码盘BM1和另一支运算放大器组成的比较放大电路。其中拨码盘BM1即是用来实现工艺标准PH值预置入的装置，当PH值采集信号与预置值比较有差值时，经放大由比较放大电路中741的6脚输出一个开关信号、触发BG2导通，从而使得由晶体管BG3、BG4组成的多谐振荡电路启动继电器2J，从而驱动补液泵D开始工作，补液达到PH值的调整，使蚀刻液自动保持蚀刻液的标称PH值。
本实用新型的设计特点之一是在于设计了一个蚀刻液Cu＋控制系统。系统包括一个定量泵D2、Cu＋传感器，Cu＋值的采样信号放大，比较电路中设有预置标准Cu＋工艺值的预置电路，从而可实现一个完全的闭环自动控制电路。在蚀刻工艺中，置入蚀刻液的传感器将Cu＋值转换为信号电压，经放大电路放大后送入比较电路与预置工艺参数对应的信号比较，然后放大的信号触发驱动电路启动定量泵D2从而实现Cu＋的自动调节。图5中即给出实现这一控制的电原理图。其中Cu＋传感器由置入蚀刻液中的铂电极(E3)和甘汞电极(E4)组成。实质上是一个化学电池组，它可以将Cu＋值准确地反应为一个信号电压，这个做为采样信号的电压值经－运算放大(3140)搭成的放大电路放大后送入一个由运算放大741组成的比较放大电路处理。在比较电路之中有一个拨码盘BM2，利用它实现对Cu＋值的预置。比较信号由运算放大器第6脚输出到BG5组成的开关电路，并通过开关电路实现对定量泵D2的调控。从而保证连续工作状态下长时间维护Cu＋的理想值。
蚀刻液的比重会随着连续化生产的过程而发生很大变化。比重的调节是依靠向蚀刻液槽中不断补充配制好的标准溶液。本实用新型中为比重的闭环控制设计了一套简单而可靠的控制系统。参看图6，其中包括一支特制的比重计G，在比重计G的上端固定有一个金属环K，整个比重计上端悬套在一个感应线圈(L1、L2、L3)之中，以上结构组成了一个比重传感器。比重传感器的感应线圈接在振荡电路之中，与BG6构成一个自感应式振荡电路，BG6与BG7、BG8三个晶体管组成一个振荡放大电路，以及一个受振荡电路控制而启闭的补液泵D3。比重计置于蚀刻液之中，并在比重计上面的某一确定高度上安置感应线圈(L1、L2、L3)。当带有金属环的比重计漂起一定高度时(即达到预置比重值时)，金属环升入感应线圈之中使BG6停振，BG7截止而BG8导通，从而补液泵D3开始补加蚀刻液。比重下降，金属环退出线圈，引起BG6起振，BG7导通从而使BG8截止继电器J4释放，补液泵D3停止工作，比重即达到了工艺要求。从而保持蚀刻液的比重永远保持在这个标准值上有利于印刷板加工的质量。
蚀刻液的温度也是工艺控制中的一个重要指标，温度决定着其化学反应的速度，其过高过低都直接影响到印刷线路板的质量。在本设计中特别设计了温度控制系统，它包括一个电加热器，温度传感器，温度采样信号放大器，比较放大电路，电加热器开关电路等几部分。图7即给出了一个具体实施例的电原理图。其中温度传感器采用了灵敏而廉价的PN结传感器PX，具体可采用一个2CK10二极管，其置于蚀刻液之中，采样信号放大电路由一只运算放大器741组成，由另一只741组成的比较放大电路中，包括一只可变电阻器W8，W8用来预置一个信号电压，它和工艺中要求的蚀刻液温度相对应。PN结随着蚀刻液温度的变化而变化结间电阻，从而可以将温度变化的情况以电压信号送入放大电路放大，送入比较器再与W8预置的电压信号比较后放大，其信号加在由晶体管BG9组成的加热器开关电路的触发端，从而实现对加热器的开关，以随时加热保证生科过程中蚀刻液维持在40℃－60℃之间的一个稳定值。所采用的电加热器T采用钛管加热器可以保证防蚀。
全部控制系统除各种泵、驱动电机及传感器外，全部集中配在一起组成一个全指标自动控制机，各个控制系统的工作状态及控制指标均可另加显示系统设置在控制机的面板上，使操作和运行状况一目了然。
按照本实用新型的基本构思制成的全指标自动控制蚀刻机结构紧凑，其中蚀刻区和清洗区均可根据不同使用厂家的要求加长、加宽、十分方便，适合各类大、中、小专业厂家的生产需要。由于采用了全指标自动控制实现了PH值，Cu＋，比重、温度、速度的自动调整，功能比现有的专用设备可以提高3－5倍，而废品率却下降到5％以下。工人操作时只要按照工艺要的数值预置参数后可以实现连续化自动生产，所有工艺参数始终保持最佳状态。因而对于大批量生产厂家，尤其是所需高密度精细结构的电子线路板者是一种十分理想的专用设备。
权利要求1.一种可实现全指标自动控制的印刷线路板蚀刻机，由全塑机身、印刷线路板传送行走机构，蚀刻液喷射系统及相应的电器控制部分所组成，其特征在于本蚀刻机电器控制部分包括传输行走机构的速度控制系统、蚀刻液指标的PH值、Cu+、比重和温度控制系统，所有控制系统采用予置标准值闭环自动控制并组合在一起构成一个全指标自动控制柜。
2.根据权利要求1所说的印刷线路板蚀刻机，其特征在于传输行走速度控制系统包括一直流电机(J)，由两只二极管(D1、D2)和两只可控硅(D3、D4)组成的桥式可控直流电源及调制可控硅导通角的闭环控制电路。
3.根据权利要求2所说的印刷线路板蚀刻机，其特征在于速度控制系统中可控硅导通角控制电路由一运算放大器F3组成的线性放大电路，晶体管BG1，单晶管BT33脉冲变压器T1组成的振荡输出电路，跨接在直流电机(J)电源端的电阻R1、R2、R3、W1组成的速度采样电路及由电阻R6、R4、R5、电位器W2、W3组成的分压式速度值预置电路所组成，预置速度值电压送入运算放大器3脚，采样电压信号送入2脚，经运放线性放大的比较电压信号经6脚输出送至BG1基极，控制振荡信号由脉冲变压器T1输出端加至可控硅触发端(a、b)实对速度的平衡调节。
4.根据权利要求1所说的印刷线路板蚀刻机，其特征在于PH值控制系统包括补液泵D及PH值传感器(E1、E2)采样信号放大，比较及补液泵驱动电路组成的闭环控制电路组成，由置入蚀刻液中的传感器采取的电压信号经调整放大后送入比较电路中与标准PH值对应的预置电压经比较放大后触发驱动电路启闭补液泵D实现PH值调整。
5.根据权利要求1或4所说的印刷线路板蚀刻机，其特征在于PH值控制系统中的PH值传感器由一个置入蚀刻液中的玻璃电极(E1)和甘汞电极(E2)组成，采样信号经由运算放大器(3140、741)组成的阻抗变换与放大电路，送入由拨码盘BM1和运算放大器(741)组成PH值比较电路，由BG2、BG3、BG4组成的触发式多谐振荡电路，采样信号经3140阻抗配比变换后由741放大送入另一只741与由拨码盘BM1预置的PH值对应电压比较后经比较放大器6角送出开关信号触发BG2，从而启动补液泵D工作。
6.根据权利要求1所说的印刷线路板蚀刻机，其特征在于Cu＋控制系统包括定量泵D及Cu＋传感器，采样信号放大、比较、定量泵D2驱动电路组成的闭环控制电路组成，由置入蚀刻液中的传感器将采取的Cu＋电压信号经放大后送入比较电路与标准Cu＋值对应的预置电压比较放大后触发驱动电路启闭定量泵D2实现Cu调整。
7.根据权利要求1或6所述的印刷线路板蚀刻机，其特征在于Cu＋传感器由置入蚀刻机中的铂电极(E3)和甘汞电极(E4)所组成，采样信号经运放3140搭成的放大电路送入运算放大器741组成比较放大电路，由拨码盘BM2设置的标准Cu＋对应电压也送入运算放大器741组成的比较放大电路，经比较放大器6角送出的触发信号送至由BG5组成的开关电路调控定量泵D2的启闭达到Cu＋的调整。
8.根据权利要求1所说的印刷线路板刻机，其特征在于比重控制系统中包括由一支上端带有金属环K的比重计G及悬套在比重计上的感应线圈(L1、L2、L3)组成的比重传感器，由BG6、BG7、BG8组成振荡放大电路和补液泵D3。
9.根据权利要求1所说的印刷线路板蚀刻机，其特征在于蚀刻液温度控制系统包括电加热器T2，温度传感器、温度采样放大电路及比较放大电路组成的闭环控制电路。
10.根据权利要求1或9所说的印刷线路板蚀刻机，其特征在于温度控制系统中的温度传感器采用的为PN结传感器Px，具体可采用一个2CK10二极管置入于蚀刻液之中，放大电路由一个运算放大器741组成，由另一只运算放大器741和一个可变电阻W8组成的比较放大电路，经PN结采样的电压信号经放大后入比较放大器741，与预置标准温度电压比较放大后的信号加至BG9组成的开关电路的触发端实现电加热器的开关，并维持蚀刻液温度保持在40℃－60℃之间的一个稳定值。
专利摘要本实用新型公开了一种用于生产印刷线路板的专用设备，它适用于批量生产印刷线路板的蚀刻工艺。由于本设计采用全塑机身和钛金属转动件，实现了对蚀刻速度、蚀刻液比重、pH值、Cu
文档编号G05B11/01GK2050626SQ8920382
公开日1990年1月3日 申请日期1989年3月31日 优先权日1989年3月31日
发明者唐济才, 秦燕明 申请人:保定市东方电子仪器厂