Il PCB a 1 strato, noto anche come PCB monofaccia, rappresenta la forma più semplice di circuito stampato. La lamina di rame conduttiva è presente solo su un lato del substrato dielettrico e tutte le tracce del circuito sono disposte su questa singola superficie conduttiva, mentre il lato opposto mantiene il materiale di base puramente isolante senza alcun percorso conduttivo.
Dopo che la lamina di rame è stata sottoposta a incisione per formare i tracciati del circuito, alcune aree di rame vengono conservate per le piste e i pad di saldatura, mentre il rame in eccesso viene rimosso dalla superficie del circuito. Viene quindi applicata la maschera di saldatura per coprire la maggior parte delle aree conduttive, lasciando esposte solo i pad destinati alla saldatura dei componenti.
Nella maggior parte dei casi di assemblaggio, i componenti vengono inseriti dal lato isolante non conduttivo, con i pin che passano attraverso fori praticati per stabilire il contatto elettrico sul lato rivestito di rame e completare la saldatura.
Un tipico PCB monofaccia è costituito da più strati di materiale sovrapposti. Il materiale dielettrico di base ampiamente adottato è l’FR‑4, mentre i prodotti a basso costo destinati alla produzione di massa adottano spesso substrati a base di carta fenolica come l’FR‑1 e l’FR‑2. Una lamina di rame con uno spessore di 35 μm (1 oz) funge da strato conduttivo principale, incollata su un lato del substrato.
La maschera di saldatura, disponibile in verde, nero, rosso e altri colori personalizzati, protegge le piste dall’ossidazione e dai rischi di cortocircuito. Lo strato serigrafato viene stampato sulla superficie superiore per contrassegnare gli identificatori dei componenti, le revisioni della scheda e altre informazioni identificative. I substrati a base di carta offrono evidenti vantaggi in termini di costo, ma presentano alcuni svantaggi, tra cui una resistenza termica limitata e una scarsa resistenza meccanica.
Il FR-4 offre prestazioni isolanti e termiche equilibrate, rendendolo adatto a semplici moduli di alimentazione e hardware di controllo industriale in generale.
Il suo flusso di lavoro di produzione è relativamente semplice rispetto alle schede multistrato. L’intera procedura parte da un materiale di base rivestito di rame, a cui seguono il trasferimento del disegno e l’incisione, la foratura, la stampa della maschera di saldatura, la marcatura serigrafica e la finitura superficiale finale. Il livellamento della saldatura ad aria calda rimane l’opzione dominante per il trattamento superficiale negli ordini di massa. Il trattamento antiossidante OSP viene scelto quando è necessaria un’ulteriore riduzione dei costi. L’immersione in oro viene raramente specificata per PCB monofaccia, poiché questa finitura aumenta significativamente il costo complessivo del circuito stampato.
I vincoli strutturali ne definiscono i limiti pratici. Poiché tutte le tracce sono confinate a un unico strato conduttivo, i percorsi dei circuiti non possono incrociarsi senza misure aggiuntive. È necessario introdurre ponticelli per risolvere i conflitti di intersezione delle tracce. Un numero eccessivo di ponticelli aumenterà il carico di lavoro di assemblaggio e ridurrà l’affidabilità a lungo termine del sistema, pertanto i PCB monofaccia sono fattibili solo per circuiti a bassa complessità.
Si adatta bene a un’ampia gamma di hardware di consumo consolidato, tra cui semplici alimentatori, schede di telecomandi, unità di controllo con tastierino per elettrodomestici, circuiti per giocattoli e gruppi di illuminazione a LED a bassa potenza, dove i segnali viaggiano a bassa velocità e la quantità di componenti rimane limitata. Questo tipo di scheda non è raccomandato per circuiti ad alta velocità o ad alta frequenza, hardware ad alta densità di componenti, sistemi con numerose linee di segnale che si intersecano e dispositivi che richiedono una schermatura di messa a terra dedicata. Per questi scenari impegnativi, i pcb doppia faccia o multistrato rappresentano la scelta più ragionevole.
I progettisti devono tenere pienamente conto della fattibilità produttiva durante la fase di progettazione schematica e di layout. I conflitti di incrocio delle tracce devono essere anticipati nelle prime fasi di layout e le posizioni corrette dei pad per i ponticelli dovrebbero essere prenotate in anticipo, anziché essere gestite con modifiche post-produzione.
Per il materiale FR-4 con lamina di rame da 1 oz, una larghezza e una spaziatura delle tracce superiori a 0,2 mm garantiscono una resa stabile per la produzione di massa, sebbene 0,15 mm possano essere accettati come limite tecnico per la prototipazione in piccoli lotti. Per i componenti a foro passante, il diametro del foro praticato dovrebbe essere di 0,2-0,3 mm maggiore rispetto alla dimensione del pin del componente. Particolare attenzione va prestata alle schede a base di carta, il cui substrato tende a sfilacciarsi durante la foratura e non è in grado di sopportare frequenti flessioni meccaniche.
Dal punto di vista dei costi, i PCB monofaccia offrono evidenti vantaggi in termini di prezzo grazie al minor impiego di materiali e alle fasi di lavorazione semplificate, sia per i prototipi che per gli ordini in serie. Quando la complessità del circuito aumenta al punto da richiedere un gran numero di ponticelli, si accumulano costi aggiuntivi per il materiale e per la saldatura manuale. In tali circostanze, il costo complessivo può avvicinarsi a quello dei PCB a doppio strato, rendendo più conveniente il passaggio alle schede a doppio strato.
