Las pcb de una sola cara (Single-sided PCB), también denominadas simplemente placa de circuito impreso de una sola cara o placas de una sola cara, son placas de circuito impreso en las que los circuitos de lámina de cobre conductora y las pastillas de soldadura se fabrican únicamente en una de las caras del sustrato aislante. Dentro de la amplia familia de las placas de circuito impreso, las PCB de una sola cara son las que presentan una estructura más sencilla. Por lo general, los componentes electrónicos se montan en la cara que no tiene lámina de cobre, mientras que los circuitos de lámina de cobre y los puntos de soldadura se sitúan en la otra cara.
Las PCB de una sola cara solo están recubiertas de lámina de cobre en un lado del sustrato, por lo que todo el cableado debe realizarse en la misma cara. Dado que los conductores no pueden cruzarse, el diseño de la disposición se ve bastante limitado, por lo que a menudo es necesario recurrir a puentes o a métodos de enrutamiento para realizar las conexiones. Su proceso de fabricación típico incluye operaciones como la transferencia de patrones, el grabado y la soldadura por ola. Este tipo de PCB, de estructura sencilla y bajo coste, se utiliza ampliamente en adaptadores de corriente, iluminación LED, placas de control de electrodomésticos y productos electrónicos de consumo.
Las PCB de una sola cara solo tienen una capa de lámina de cobre en una de las caras de la placa, formando un patrón conductor; todos los componentes se montan en esta cara, mientras que los conductores se distribuyen en el mismo lado, sin que haya ningún patrón conductor en la otra cara.
Tomando como ejemplo una PCB de una sola cara con un grosor habitual de 1,6 mm, su estructura típica incluye una capa superior de lámina de cobre para las pistas, un sustrato de fibra de vidrio con resina epoxi FR-4, una capa protectora de tinta de soldadura y una capa de caracteres serigrafiados.
El material de fabricación de las PCB de una sola cara tiene como sustrato una placa laminada recubierta de cobre; los tipos y composiciones más comunes son los siguientes:
FR-4 (placa de fibra de vidrio y resina epoxi)
Utiliza tejido de fibra de vidrio como material de refuerzo, resina epoxi como adhesivo aislante y una lámina de cobre en una sola cara como capa conductora. Se caracteriza por su bajo coste, alta resistencia mecánica y buena resistencia térmica; es el tipo más ampliamente utilizado, especialmente en electrodomésticos y equipos electrónicos básicos.
Placa de papel fenólico (FR-1 / FR-2)
Utiliza papel de celulosa como sustrato aislante, resina fenólica como adhesivo y está recubierta de cobre por una sola cara. Su mayor ventaja es su coste extremadamente bajo, pero presenta una resistencia térmica y una resistencia mecánica deficientes, por lo que se utiliza principalmente en productos electrónicos de consumo de gama baja, como juguetes y mandos a distancia sencillos.
PCB aluminio (sustrato metálico)
Estructuralmente, está compuesto por una placa de aluminio (capa disipadora de calor), una capa de medio aislante y una lámina de cobre en una de las caras, en ese orden. Ofrece un excelente rendimiento de disipación de calor, por lo que es adecuado para aplicaciones que requieren disipación de calor, como la iluminación LED y los módulos de alimentación.
Además, los PCB de una sola cara incluyen los siguientes componentes esenciales:
Lámina de cobre: se utiliza como capa conductora y suele tener un grosor de entre 18 μm y 35 μm.
Tinta de máscara de soldadura (tinta verde): cubre las zonas no soldadas y actúa como protección contra la oxidación y como aislante.
Capa de serigrafía: se utiliza para marcar la posición de los componentes y la información de los parámetros.
Proceso de fabricación de PCB de una sola cara:
Las PCB de una sola cara se fabrican principalmente mediante el proceso de sustracción. En concreto, primero se recubre la superficie de la placa de cobre con una capa de fotorresina y, mediante operaciones de exposición y revelado, se transfiere con precisión el patrón del circuito a la superficie de cobre. A continuación, se utiliza un líquido de grabado químico para eliminar la lámina de cobre no protegida por la fotorresina y, por último, se retira la fotorresina, con lo que se forma el circuito deseado.
El proceso de producción de PCB de una sola cara es relativamente sencillo y abarca principalmente las siguientes etapas:
En primer lugar, de acuerdo con los requisitos de dimensiones del diseño, se corta la placa recubierta de cobre en láminas más pequeñas del tamaño adecuado. A continuación, se lleva a cabo la transferencia del patrón: se aplica uniformemente una película fotosensible seca o húmeda sobre la superficie de la lámina de cobre y se realiza la exposición utilizando una película fotográfica o la tecnología de imagen directa (LDI); las áreas no expuestas se disuelven en el líquido de revelado, dejando al descubierto la superficie de cobre.
A continuación, se pasa a la etapa de grabado: se sumerge la PCB en un líquido de grabado ácido para corroer la lámina de cobre no cubierta por el fotorresistente, formando así el patrón del circuito; una vez finalizado el grabado, se retira el fotorresistente residual. Normalmente, la operación de taladrado se realiza después del grabado, perforando los orificios de montaje y los orificios de posicionamiento para la instalación de los componentes. Debido a las características de las PCB de una sola cara, no es necesario realizar un tratamiento de metalización después del taladrado.
A continuación, se realizan las operaciones de máscara de soldadura y serigrafía: primero se aplica la tinta de máscara de soldadura y, tras la exposición y el revelado, se dejan al descubierto las pistas de soldadura; a continuación, se imprimen los números de referencia de los componentes y las marcas de polaridad. Tras los procesos de tratamiento de superficie y corte de conformado, queda terminada la fabricación de una PCB de una sola cara.
En cuanto al tratamiento de la superficie, para evitar la oxidación de las pistas de cobre durante el almacenamiento y el montaje, y para mejorar su soldabilidad, las PCB de una sola cara suelen requerir un tratamiento de superficie. El alisado por aire caliente (HASL) es un proceso de tratamiento bastante tradicional que consiste en sumergir la PCB en soldadura fundida y, a continuación, alisarla con aire caliente, formando así una capa uniforme de aleación de estaño y plomo en la superficie.
Este proceso presenta las ventajas de un bajo coste y una buena soldabilidad, y es adecuado para corrientes elevadas y componentes enchufables; sin embargo, la planitud de la superficie no es óptima. El proceso de recubrimiento orgánico de soldadura (OSP) consiste en generar una capa protectora orgánica sobre la superficie de cobre; su proceso es sencillo, de bajo coste y ofrece una superficie plana, por lo que es adecuado para componentes de montaje superficial, aunque su resistencia a los arañazos es relativamente baja.
Para componentes de precisión que requieren una planitud extremadamente alta, se puede emplear el proceso de niquelado y dorado químico (ENIG), que consiste en recubrir primero la superficie de cobre con una capa de níquel y, a continuación, con una capa de oro. Este proceso ofrece una gran resistencia a la oxidación, pero su coste es relativamente elevado.
Puntos clave del diseño de PCB de una sola cara
En el diseño de PCB de una sola cara, una disposición razonable es la clave del éxito. Se debe seguir el orden de «primero la disposición, luego el trazado», colocando los componentes según el flujo de señales del esquema y minimizando al máximo el cruce de pistas mediante el ajuste de la posición, la orientación y el tipo de encapsulado de los componentes. Al mismo tiempo, es necesario tener en cuenta la ubicación de los conectores, implementar una división modular por funciones y disponer los componentes de forma compacta, siempre que se garanticen las distancias de seguridad, dejando suficiente espacio para el trazado posterior.
El requisito fundamental del diseño PCB de una sola cara es que todas las conexiones de los conductores se realicen dentro de la misma capa de cobre y no se crucen entre sí. En el caso de líneas que se crucen de forma inevitable, se deben utilizar puentes, reduciendo al mínimo su número, distribuyéndolos de forma ordenada y centralizada, y etiquetándolos claramente en la capa de serigrafía. Al realizar el cableado, las líneas de señal deben adoptar un ángulo de 45° o una transición en arco, evitando los ángulos agudos y rectos, y siguiendo el principio de la ruta más corta.
Los cables de alimentación y de tierra deben tener un ancho adecuado para soportar corrientes elevadas y reducir la impedancia de la línea. Se recomienda dar prioridad a la disposición de la red de tierra y utilizar, en la medida de lo posible, una capa de cobre de gran superficie para reducir el ruido y proporcionar un efecto de apantallamiento. Para circuitos sensibles, se puede adoptar un método de conexión a tierra en estrella o de punto único.
El tamaño de las almohadillas de soldadura debe ser mayor que el diámetro de las patas de los componentes, para garantizar una buena soldabilidad; las líneas deben conectarse suavemente al centro o al lateral de la almohadilla. Durante el diseño, se deben cumplir estrictamente las especificaciones de proceso del fabricante, añadir marcas de serigrafía claras e incluir una «lágrima» en la unión entre el cable y la almohadilla para aumentar la resistencia mecánica.
Al utilizar software como Altium Designer para el diseño de PCB de una sola cara, se debe limitar todo el trazado a una misma capa y desactivar la otra. El flujo de trabajo recomendado es el siguiente: una vez creada la biblioteca de componentes, se debe realizar primero una disposición cuidadosa; a continuación, se trazan primero las líneas de señal clave y luego las de señal general; tras tratar los puentes, se optimiza el trazado y se realiza el recubrimiento de cobre; por último, se añade la capa de serigrafía y se ejecuta la comprobación de reglas de diseño (DRC).
Ventajas y desventajas de las pcb de una sola cara
Ventajas de las pcb de una sola cara:
Las pcb de una sola cara requieren menos materia prima y tienen un precio más bajo;
El proceso de fabricación es más sencillo y el tiempo total de producción es más corto;
El diseño y la estructura de los circuitos son relativamente sencillos, por lo que no se necesita una gran experiencia profesional para completarlos;
Debido a la simplicidad del proceso, en el caso de pedidos a gran escala, cuanto mayor sea la cantidad solicitada, más ventajoso será el precio.
Por otro lado, en comparación con placa de doble cara o multicapa del mismo tamaño, sus desventajas limitan constantemente su desarrollo:
Las restricciones de superficie de las PCB de una sola cara no permiten satisfacer la necesidad de instalar una gran cantidad de componentes y más trazados; además, si se incorporan demasiados componentes, pueden producirse problemas de lentitud en la conexión y pérdida de potencia, por lo que su ámbito de aplicación es muy limitado.
