односторонние печатные платы (Single-sided PCB), которую также можно сокращенно называть односторонняя печатная плата или односторонней платой, представляет собой печатную плату, на которой проводящие медные дорожки и контактные площадки выполнены только на одной стороне изолирующей подложки. В обширном семействе печатных плат односторонние печатные платы имеют наиболее простую конструкцию. Как правило, электронные компоненты устанавливаются на стороне, не покрытой медной фольгой, а медные дорожки и паяльные контакты располагаются на другой стороне.
односторонние печатные платы покрыта медной фольгой только с одной стороны, поэтому вся разводка должна выполняться на одной стороне. Поскольку провода не могут пересекаться, возможности компоновки ограничены, и для соединения часто приходится использовать перемычки или обводку. Типичный процесс изготовления включает в себя такие этапы, как перенос рисунка, травление и пайка в волне припоя. Такие печатные платы отличаются простой конструкцией и низкой стоимостью, поэтому широко используются в таких областях, как адаптеры питания, светодиодное освещение, платы управления бытовой техникой и бытовая электроника.
односторонние печатные платы имеет медную фольгу только на одной стороне основания, образуя проводящий рисунок; все компоненты устанавливаются на этой стороне, а проводники располагаются на одной стороне, на другой стороне проводящего рисунка нет.
На примере распространенной односторонние печатные платы толщиной 1,6 мм ее типичная структура включает верхний слой с медными дорожками, основу из стекловолокна с эпоксидной смолой FR-4, защитный слой из паяльной маски и слой с трафаретной печатью.
В качестве материала для изготовления односторонние печатные платы используется ламинированная пластина с медным покрытием. Распространенные типы и состав следующие:
FR-4 (стекловолоконная эпоксидная пластина)
В качестве армирующего материала используется стекловолоконная ткань, в качестве изолирующего связующего вещества эпоксидная смола, а поверхность покрыта односторонней медной фольгой, служащей проводящим слоем. Ее особенностями являются низкая стоимость, высокая механическая прочность и хорошая термостойкость; это наиболее широко распространенный тип, который часто используется в бытовой технике и базовом электронном оборудовании.
Фенолформальная бумажная подложка (FR-1 / FR-2)
Используют целлюлозную бумагу в качестве изоляционного основания, фенолформальную смолу в качестве связующего вещества и одностороннее покрытие медью. Их главным преимуществом является чрезвычайно низкая стоимость, однако теплостойкость и механическая прочность у них низкие, поэтому они в основном используются в игрушках, простых пультах дистанционного управления и других низкокачественных потребительских электронных изделиях.
Алюминиевые печатная плата (металлические печатные платы)
Структурно состоят из алюминиевые печатная плата (теплоотводящего слоя), слоя изоляционного материала и односторонней медной фольги. Обладают отличными теплоотводящими свойствами и подходят для применения в светодиодном освещении, модулях питания и других устройствах, где важны теплоотводные характеристики.
Кроме того, однослойная печатная плата включает в себя следующие необходимые компоненты:
Медная фольга: используется в качестве проводящего слоя, толщина обычно составляет 18–35 мкм.
Флюсоустойчивая краска (зеленая краска): наносится на области, не предназначенные для пайки, и выполняет функции защиты от окисления и изоляции.
Трафаретный слой: используется для маркировки расположения компонентов и указания их параметров.
Процесс изготовления односторонние печатные платы:
односторонние печатные платы в основном изготавливаются методом субтрактивной печати. В частности, сначала на поверхность медноопашистой платы наносится слой фоторезиста, а затем с помощью экспонирования и проявления схема точно переносится на медную поверхность. Затем с помощью химического травителя удаляется медная фольга, не защищенная фоторезистом, и, наконец, удаляется фоторезист, в результате чего образуются необходимые дорожки.
Процесс производства односторонние печатные платы относительно прост и в основном включает следующие этапы:
Сначала, в соответствии с проектными размерами, медно-покрытая пластина разрезается на подходящие небольшие куски. Затем выполняется этап переноса рисунка: на поверхность медной фольги равномерно наносится светочувствительная сухая или влажная пленка, и с помощью фотопленки или технологии прямого изображения (LDI) проводится экспонирование.
Неэкспонированные области растворяются в проявителе, в результате чего обнажается медная поверхность. Затем следует этап травления: печатная плата погружается в кислотный травильный раствор, который разъедает медную фольгу, не покрытую фоторезистом, образуя таким образом рисунок схемы; после завершения травления удаляются остатки фоторезиста. Обычно этап сверления отверстий проводится после травления; при этом просверливаются монтажные отверстия для установки компонентов, а также отверстия для позиционирования.
Ввиду особенностей односторонние печатные платы после сверления отверстий не требуется проводить металлизацию. Затем выполняются операции нанесения паяльной маски и трафаретной печати: сначала наносится паяльная маска, затем посредством экспонирования и проявления обнажаются паяльные площадки, после чего печатаются обозначения компонентов и полярности. После обработки поверхности и формовочной резки односторонние печатные платы считается изготовленной.
Что касается обработки поверхности, то для предотвращения окисления медных контактных площадок при хранении и сборке, а также для повышения их паяемости, односторонние печатные платы, как правило, подвергаются обработке поверхности. Выравнивание горячим воздухом (HASL) является более традиционным методом обработки, при котором печатная плата погружается в расплавленный припой, а затем выравнивается с помощью горячего воздуха, в результате чего на поверхности образуется равномерный слой олово-свинцового сплава.
Этот метод отличается низкой стоимостью и хорошей паяемостью, подходит для компонентов с большим током и вставных компонентов, однако плоскостность поверхности оставляет желать лучшего. Метод нанесения органической защитной паяльной пленки (OSP) заключается в образовании слоя органической защитной пленки на поверхности меди; этот метод прост, недорог и обеспечивает ровную поверхность, подходит для компонентов поверхностного монтажа, но обладает относительно низкой устойчивостью к царапинам.
Для прецизионных компонентов, требующих крайне высокой ровности поверхности, можно использовать технологию химического никелирования с позолотой (ENIG), при которой на поверхность меди сначала наносится слой никеля, а затем слой золота. Эта технология обладает очень высокой устойчивостью к окислению, но ее стоимость относительно высока.
Основные принципы проектирования односторонние печатные платы
При проектировании односторонние печатные платы ключом к успеху является рациональная компоновка. Следует соблюдать последовательность «сначала компоновка, потом трассировка», размещать компоненты в соответствии с направлением сигнала на принципиальной схеме и максимально уменьшать пересечения трасс путем корректировки положения, ориентации и типа корпуса компонентов. Одновременно необходимо учитывать расположение разъемов, осуществлять модульное разделение по функциям, компактно располагать компоненты с соблюдением безопасных расстояний и оставлять достаточно места для последующей трассировки.
Основным требованием при проектировании односторонние печатные платы является то, что все провода должны соединяться в пределах одного медного слоя и не должны пересекаться. Для неизбежных пересечений необходимо использовать перемычки, при этом их количество следует свести к минимуму, размещать их централизованно и упорядоченно, а также четко обозначать на слое трафаретной печати. При трассировке сигнальные линии должны иметь переходы под углом 45° или по дуге, избегая острых углов и прямых углов, а также следуя принципу кратчайшего пути.
Провода питания и заземления должны быть соответствующим образом уширены, чтобы выдерживать большие токи и снижать сопротивление линии. Рекомендуется в первую очередь размещать сеть заземления и по возможности использовать метод нанесения меди на большую площадь, чтобы снизить шум и обеспечить экранирующий эффект. Для чувствительных схем можно использовать звездообразное или одноточечное заземление.
Размер контактных площадок должен превышать диаметр выводов компонентов, чтобы обеспечить хорошую паяемость; трассировка должна плавно подходить к центру или к боковой стороне контактной площадки. При проектировании необходимо строго соблюдать технологические спецификации производителя, добавлять четкие надписи и наносить каплевидные укрепления в местах соединения проводников с контактными площадками для повышения механической прочности.
При проектировании односторонние печатные платы с использованием программного обеспечения, такого как Altium Designer, всю трассировку следует ограничить одним слоем, а другой слой отключить. Рекомендуемый процесс проектирования: после создания библиотеки компонентов сначала тщательно разложить компоненты; затем проложить ключевые сигнальные линии, а затем обычные сигнальные линии; после обработки перемычек провести оптимизацию трассировки и заполнение медью; в заключение добавить слой трафаретной печати и запустить проверку на соответствие правилам проектирования (DRC).
Преимущества и недостатки односторонние печатные платы
Преимущества односторонние печатные платы:
Для изготовления односторонние печатные платы требуется меньше сырья, поэтому их цена ниже;
Процесс изготовления состоит из меньшего количества этапов, а общее время производства сокращается;
Конструкция и керамическая печатная плата относительно просты, поэтому для ее проектирования не требуется обширного профессионального опыта;
Благодаря простоте технологического процесса при крупных заказах цена снижается по мере увеличения количества заказываемой продукции.
С другой стороны, по сравнению с двухслойными или многослойными платами того же размера, недостатки односторонние печатные платы постоянно сдерживают их развитие:
Ограниченная площадь односторонние печатные платы не позволяет удовлетворить потребности в установке большого количества компонентов и прокладке большего количества трасс; кроме того, при размещении слишком большого количества компонентов могут возникнуть проблемы с низкой скоростью соединения и потерями электроэнергии, поэтому сфера применения таких плат весьма ограничена.
