自动化电路板电腐蚀加工装置和方法与流程

本申请属于电路板加工技术领域，特别是涉及一种自动化电路板电腐蚀加工装置和方法。

背景技术：

在一些电子设计和物理制作中，我们经常不能得到集成化的电子电路板，但是找厂商定制浪费时间，而且不一定可以符合设计要求。这个时侯，就有许多电子发烧友尝试自己制作电路板，比较常用的是刀刻法和化学腐蚀印刷法。

其中，刀刻法只适用于制作小号的电路板，工作量大。

化学印刷腐蚀法，主要流程是把设计好的pcb文件打印到转印纸上，再通过热转印机把打印机墨粉贴合到覆铜板上覆盖基本电路部分，最后用腐蚀液浸泡覆铜板，得到加工好的电路板。

化学印刷腐蚀法有三个主要缺点。其一，加工工序多且复杂，前两道工序起辅助加工作用，保证基本电路部分不会被腐蚀。其二，基本电路部分容易残缺不全，因为热转印机不能把所有的墨粉都牢牢贴合到覆铜板上，有时候还需要额外的修正。其三，腐蚀剂有毒性且需要经常更换，这增加了用户操作的风险和电路板加工成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自动化电路板电腐蚀加工装置和方法，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开一种自动化电路板电腐蚀加工装置，包括机架、以及 安装于机架上的支撑板、滑块和输送装置，所述支撑板水平设置，所述滑块沿x轴方向滑动于所述支撑板上，所述滑块的下方固定有探针，所述输送装置位于所述支撑板的下方用以驱动覆铜板在y轴方向移动。

优选的，在上述的自动化电路板电腐蚀加工装置中，所述输送装置包括并列设置的第一转轴、第二转轴和第三转轴，所述第一转轴和第二转轴位于第一水平面上，所述第三转轴位于第二水平面上，该第二水平面高于所述第一水平面，第一转轴、第二转轴和第三转轴之间形成有覆铜板的输送空间。

优选的，在上述的自动化电路板电腐蚀加工装置中，所述机架包括相对设置的第一固定板和第二固定板，所述第一转轴、第二转轴和第三转轴的两端分别通过轴承转动于所述第一固定板和第二固定板上。

优选的，在上述的自动化电路板电腐蚀加工装置中，所述支撑板沿x轴方向开设有滑道，所述滑块包括支撑于所述支撑板上表面的滑动部、以及自滑动部经滑道凸伸于支撑板下方的凸伸部，探针固定于所述凸伸部底端。

优选的，在上述的自动化电路板电腐蚀加工装置中，所述支撑板材质为亚克力材质。

优选的，在上述的自动化电路板电腐蚀加工装置中，所述滑块通过3D打印制作。

优选的，在上述的自动化电路板电腐蚀加工装置中，所述探针接地，所述第一转轴、和/或第二转轴、和/或第三转轴接+12V电压。

本申请还公开了一种自动化电路板电腐蚀加工方法，包括：

上位机单元生成探针的移动路径，并通过串口向下位机单元发送指令代码；

下位机单元获取指令代码并控制电子电路动作；

电子电路包括主控制器、步进电机及驱动、光电传感器和继电器，主控制器接收并解析上位机单元指令，步进电机驱动自动化电路板电腐蚀加工装置中覆铜板和探针头进给，光电传感器检测覆铜板相对位置，继电器负责间歇性通电腐蚀。

优选的，在上述的自动化电路板电腐蚀加工方法中，通过PWM脉冲信号控制继电器通断腐蚀电路，并调节占空比来提高腐蚀效率。

优选的，在上述的自动化电路板电腐蚀加工方法中，电腐蚀的电解质采 用NaCl。

优选的，在上述的自动化电路板电腐蚀加工方法中，所述上位机单元先把pcb文件转化成图片格式，再由matlab进行像素点分析，定位出待腐蚀的部分，以生成串口指令集。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)、本发明装置只需要工作人员安放好覆铜板就能自动工作，不需要额外的辅助工序；

(2)、探针的移动轨迹是由电脑端从pcb文件导出的，这保证了腐蚀的精确性；

(3)、电腐蚀液的电解质可以是最常见的食盐(NaCl)，在保证环保性的同时又降低了生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明具体实施例中自动化电路板电腐蚀加工装置的立体结构示意图；

图2所示为本发明具体实施例中自动化电路板电腐蚀加工装置的进给示意图；

图3所示为本发明具体实施例中自动化电路板电腐蚀加工方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例公开了一种自动化电路板电腐蚀加工系统，包括上位机单元、下位机单元、电子电路和自动化电路板电腐蚀加工装置。

其加工方法，包括：

(1)、上位机单元生成探针的移动路径，并通过串口向下位机单元发送指令代码；

(2)、下位机单元获取指令代码并控制电子电路动作；

(3)、电子电路包括主控制器、步进电机及驱动、光电传感器和继电器，主控制器接收并解析上位机单元指令，步进电机驱动自动化电路板电腐蚀加工装置中覆铜板和探针头进给，光电传感器检测覆铜板相对位置，继电器负责间歇性通电腐蚀。

上位机单元指的是用户直接通过电脑端操作的软件部分。用户将设计好的pcb图纸交由上位机单元解析，生成包含4个指令符的加工脚本，软件生成探针的移动路径，再通过串口向下位机单元发送指令代码。要求输入的变量包括覆铜板尺寸和探针移动的步长。

探针路径规划方法：由于pcb(印刷电路板)文件是常见的二进制文件，所以直接从文件本身规划出探针移动的路径脚本十分困难。解决方案是先把pcb文件转化成图片格式，再由matlab进行像素点分析，定位出待腐蚀的部分，从而生成串口指令集。

下位机单元是指从电脑端获取命令字并直接指挥电子元器件工作的软件部分，是实施控制任务的主要环节。

电子电路中，主控制器采用STM32，电子电路在下位机单元的合理调控下直接的参与电路板加工。

串口通讯协议是上、下位机间协调工作的基础，主要由4个指令符组成。‘1’代表通电腐蚀，同时x轴向进给一位；‘0’代表x轴向进给一位；‘2’代表y轴向进给一位；‘3’代表任务结束。

自动化电路板电腐蚀加工装置负责电子元器件和覆铜板的支撑、传动和隔离任务。

结合图1所示，自动化电路板电腐蚀加工装置，包括机架、以及安装于机架上的支撑板101、滑块102和输送装置，支撑板101水平设置，滑块102 沿x轴方向滑动于支撑板101上，滑块102的下方固定有探针，输送装置位于支撑板101的下方用以驱动覆铜板200在y轴方向移动。

输送装置包括并列设置的第一转轴103、第二转轴104和第三转轴105，第一转轴103和第二转轴104位于第一水平面上，第三转轴105位于第二水平面上，该第二水平面高于第一水平面，第一转轴103、第二转轴104和第三转轴105之间形成有覆铜板200的输送空间。

该技术方案中，覆铜板200可以支撑于第一转轴103和第二转轴104上，并可被第一转轴103和第二转轴104驱动沿y轴方向移动，第三转轴105位于覆铜板200上方，用以对覆铜板200进行限位。

机架包括相对设置的第一固定板106和第二固定板107，第一转轴103、第二转轴104和第三转轴105的两端分别通过轴承转动于第一固定板106和第二固定板107上。

支撑板101沿x轴方向开设有滑道108，滑块102包括支撑于支撑板101上表面的滑动部1021、以及自滑动部经滑道凸伸于支撑板101下方的凸伸部1022，探针固定于凸伸部底端。

支撑板101材质优选为亚克力材质。

滑块102优选通过3D打印制作。

工作时，探针接地，第一转轴103、和/或第二转轴104、和/或第三转轴105接+12V电压。

装置启动后，先将覆铜板归位到工件零点位置，再按照上位机指令调整x、y轴进给，同时间歇通电腐蚀覆铜板。

结合图2和图3所示，设计探针的移动路径，并通过步进电机驱动转轴旋转，同时带动覆铜板做y轴向进给运动；另一个电机控制探针头x轴向移动。

覆铜板通电后，与探针离得最近的区域最先遭到腐蚀，随后腐蚀面积逐渐扩大。要保证加工精度，就要使用横截面积很小的探针，不断的探测是否与覆铜板接触，防止腐蚀点扩大；同时在设定x、y轴单位移动步长时，综合考虑覆铜板厚度、腐蚀电压等因素。

在pcb设计文件一定的情况下，x、y轴单位移动步长越大、通电腐蚀强度越高则加工效率越高。主控器可以通过PWM脉冲信号控制继电器通断腐蚀 电路，同时在满足精度要求下通过调节占空比来提高腐蚀效率。

综上所述，本发明中，电化学腐蚀法是在探针和覆铜板之间施加电压，把探针作为负极，通过电解质溶液腐蚀覆铜板、保留基本电路，从而达到加工的目的，该方法加工工序少、对电解质要求不高，所以是理想的轻量级电路板加工方法。本发明装置被用于生产环境后，将极大的简化简易电路板的制作流程、减少腐蚀液带来的安全风险，同时降低加工成本。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。