本作品是一台自動化顯影蝕刻機，它由顯影槽、蝕刻槽、加熱器、打氣機、溫度感測器、光遮斷器和Holtek MCU等組成。在自動模式下，首先對PCB作顯影的程序，在此同時預熱蝕刻槽中的氯化鐵溶液。經過大約2分鐘的顯影後，夾具自動地將PCB放入已經預先加熱到40℃的蝕刻槽去完成蝕刻。進行蝕刻的同時，本作品可對氯化鐵溶液做循環及加熱並保持在40℃。經過大約10 ~ 15分鐘，PCB上的電路即可成形，如果再經鑽孔，一片PCB就可製作完成。

除了自動模式外，本作品尚提供手動模式。在手動模式下，將不具備計時功能，但加熱器仍然會把氯化鐵溶液加熱至40℃，打氣機也會開啟以加速溶液與PCB板的蝕刻速度。若需要控制PCB的移動，則需要靠使用者壓下上、下、左、右四顆按鈕來控制PCB的移動。

由於有加熱器與打氣機的輔助，本作品可以縮短PCB之顯影與蝕刻時間，並且具有計時功能，蝕刻完畢後會自動提醒使用者時間，不必再像沒有機器的輔助下，費時費力地用手動的方式搖晃蝕刻中的PCB。

這台「快速自動化顯影蝕刻機」能使PCB在15分鐘內完成顯影與蝕刻這兩個不可或缺的步驟，在顯影到蝕刻的過程中也不許人為做搬動的動作，只要把PCB用作品上的夾具固定，並按下幾個設備上面的特定按鍵，就可以開始自動化製作PCB的過程，且在兩個步驟結束之後，將會有提示音提示使用者時間。

使用這台「快速自動化顯影蝕刻機」除了可以在短時間內完成PCB的製作，也可以增加製作的成功率，多次循環使用顯影劑與氯化鐵溶液也可達到節省成本與降低污染，並能改善衛生的情況。

作品功能、特色

工作原理

本作品的系統架構由幾個部份組成，包括28SKDIP封裝的Holtek MCU HT48E50、按鈕開關、位置感測器、電源供應器、ADC0831、直流減速馬達、步進馬達、加熱器、打氣機、LED、Buzzer，整體架構圖如圖1所示。

《圖一　快速自動化顯影蝕刻機之系統架構圖》 - BigPic:650x306

圖1中的ADC0831搭配三端子溫度感測器(LM335)作為氯化鐵溶液溫度感測。

圖1中的位置感測器係採用光遮斷器的方式，利用光遮斷的方式得知物體的位置。作品中含有4個位置感測器，「左感測器」(Sensor_L)、「右感測器」(Sensor_R)及兩個「上感測器」(Sensor_U)。左感測器感知來感知平台是否移動到左側；右感測器感知來感知平台是否移動到右側；兩個上感測器組成OR閘形式，用以感知PCB是否已拉上來。

圖1中的步進馬達控制PCB浸入溶液槽中或是從溶液槽中拉出。步進馬達的激磁方式選用轉矩較大的二相激磁法，表1為四相步進馬達之二相激磁順序。

圖1中的直流減速馬達提供平台左、右移動的動力，利用內附的齒輪箱，可提供較大的轉矩來移動平台。

圖1中的加熱器用以加熱氯化鐵溶液，使得PCB蝕刻的速度提高。PCB在顯影及蝕刻的過程中為了加快化學反應，溶劑需要做對流，使得PCB各部份能夠得到均勻的化學反應。此外，可以使氯化鐵溶液的溫度均勻。利用一台打氣機加速氯化鐵溶液的對流。

硬體結構

圖2所示為機器縱剖面圖，圖中包括了顯影槽、蝕刻槽、機箱、ㄇ型架、移動平台。機箱內含有主電路板，並透過排線連接到移動平台上的光遮斷器、步進馬達和減速馬達。

《圖二　機器縱剖面圖》

圖3所示為面板上LED燈、按鈕、開關等的配置，茲將各裝置的說明如下：

「Temp. OK」為氯化鐵溶液溫度超過35℃之指示燈；

「DONE」LED點亮，表示在自動模式下，PCB蝕刻完畢；

「UP/START」按鍵，為自動模式下之啟動鈕，手動模式下之上拉按鍵；

「DOWN」為手動模式下之下放按鍵；

「LEFT」為手動模式下之移動平台左移按鍵；

「RIGHT」為手動模式下之移動平台右移按鍵；

單投雙拋開關切換到「AUTO」位置為自動模式；

單投雙拋開關切換到「MANUAL」位置為手動模式；

「POWER」為電源開關。

機器實體如圖4所示，圖5和圖6分別是移動平台和夾子夾取PCB的照片。

《圖三　面板LED燈、按鈕、開關等的配置》 - BigPic:565x169

《圖四　機器實體照片》

《圖五　移動平台照片》

《圖六　夾子夾取PCB的照片》

軟體

（1）主程式流程圖

如圖7所示為主程式流程圖，其作用為：控制所有程序的進行，並通過呼叫副程式達到完整的功能。

《圖七　主程式流程圖》 - BigPic:740x1014

（2）平台右移副程式

如圖8所示為平台右移副程式流程圖，其作用為：輸出控制訊號給減速馬達驅動電路，包含偵測光遮斷器之訊號。

《圖八　平台右移副程式流程圖》

（3）平台左移副程式

如圖9所示為平台左移副程式流程圖，其作用為：輸出控制訊號給減速馬達驅動電路，包含偵測光遮斷器之訊號。

《圖九　平台左移副程式流程圖》

（4）PCB上拉副程式

如圖10所示為PCB上拉副程式流程圖，其作用為：控制步進馬達轉動，判斷AUTO_MODE之值，等於1則自動上拉；等於0則按照”UP”鈕做上拉，包含偵測光遮斷器之訊號。

《圖十　PCB上拉副程式流程圖》

（5）PCB下放副程式

如圖11所示為PCB下放副程式流程圖，其作用為：控制步進馬達轉動，判斷AUTO_MODE之值，等於1則自動下放，並計數馬達轉動步數；等於0則按照”DOWN”鈕做下放，包含偵測光遮斷器之訊號。

《圖十一　PCB下放副程式流程圖》

（6）溫度量測副程式

如圖12所示為溫度量測副程式流程圖，其作用為：送出控制訊號給ADC0831，並將A/D轉換之結果串列的方式讀入到D0暫存器，判斷D0之值而作相應的動作。

《圖十二　溫度量測副程式流程圖》 - BigPic:815x948

（7）取MOTORBUFFER之BIT3~0輸出到PB.3~0，但(PortB)PB其他BIT不變

如圖13所示為控制步進馬達轉動流程圖，其作用為：控制步進馬達轉動，只針對將MOTORBUFFER之BIT3~0輸出到PB.3~0，但PB其他BIT不變的演算。如此一來可以利用剩餘的PB.7~4作其他用途。

《圖十三　控制步進馬達轉動流程圖》

操作方式、使用手冊

（1）打開電源開關，此時電源指示燈會點亮，程式會自動偵測平台是否位在左側，夾子是否拉上來了。

（2）設備自動開始加熱氯化鐵，並且開啟打氣機以利熱對流。

（3）當氯化鐵溶液溫度超過35℃，「Temp. OK」LED點亮，表示溫度已經足夠。

（4）操作者需視「Temp. OK」LED點亮，才把曝光好的PCB用夾子夾好。

（5）若模式選擇開關切換至自動模式，且「Temp. OK」LED點亮，按下「START」鈕即可開始自動完成所有程序，首先是PCB下放至顯影槽，等待2分鐘，PCB上拉，等待10秒的（7）時間把顯影溶液滴入顯影槽，右移平台至右側(蝕刻槽上方)，等待10秒鐘，待PCB不會晃動，下放PCB至蝕刻槽中，等待10分鐘，上拉PCB。

（6）在自動模式下，當蝕刻完畢，PCB上拉以後，「DONE」LED點亮，蜂鳴器鳴叫，表示程序完成，操作者可以把蝕刻好的PCB取下。

（7）若要切換到手動模式，則所有的LED關閉，計時功能也關閉，加熱器會自動根據量測的溫度低於35℃時自動開啟加熱器。操作者需手動按「UP」、「DOWN」、「LEFT」、「RIGHT」控制PCB之移動。

（作者為第二屆盛群盃儀器儀錶組得主，目前就讀成功大學電機系四年級學生）

參考文獻

（1）李齊雄，鄭顏雄，蔡孟昌編著，『微控制器原理與實作(HOLTEK HT48系列)』，儒林圖書公司，民國92年。

（2）鍾啟仁編著，『HT46xx微控制器理論與實務寶典』，全華科技圖書，民國93年。

（3）吳一農編著，『HT48單晶片微電腦實務應用』，全華科技圖書，民國94年。

（4）盛群公司之技術文件。