Ensidiga kretskort (Single-sided PCB), även kallade ensidiga PCB eller ensidiga kort, är kretskort där ledande kopparbanor och lödpunkter endast är placerade på en av de isolerande basmaterialets ytor. Inom den stora familjen av kretskort har ensidiga PCB den enklaste strukturen. I allmänhet monteras elektroniska komponenter på den sida där det inte finns kopparfolie, medan kopparfoliebana och lödpunkter placeras på den andra sidan.
Ensidiga kretskort har endast kopparfolie på ena sidan av substratet, och all ledningsdragning måste utföras på samma sida. Eftersom ledningarna inte kan korsas är layoutdesignen ganska begränsad, och ofta krävs det att man använder bygelkablar eller ledningsdragning för att åstadkomma anslutningar. Den typiska tillverkningsprocessen omfattar steg som mönsteröverföring, etsning och våglödning.
Denna typ av kretskort har en enkel struktur och lägre kostnader, och används i stor utsträckning inom områden som strömadaptrar, LED-belysning, styrkort för hushållsapparater och konsumentelektronik.
Ensidiga kretskort har endast en sida av substratet belagd med kopparfolie, vilket bildar ett ledande mönster. Alla komponenter monteras på denna sida, ledningarna är fördelade på samma sida och den andra sidan saknar ledande mönster.
Med ett vanligt 1,6 mm tjockt enkelsidigt kretskort som exempel omfattar dess typiska struktur ett ytskikt av kopparfolie, ett FR-4-substrat av epoxiglasfiber, ett skyddande skärskyddsskikt samt ett silkscreen-skikt för text och symboler.
Tillverknings materialet för ensidiga kretskort är kopparbelagda laminat, och vanliga typer och sammansättningar är följande:
FR-4 (glasfiber-epoxi-laminat)
Med glasfiberduk som förstärknings material, epoxiharts som isolerande bindemedel och en yta belagd med kopparfolie på ena sidan som ledande skikt. Dess egenskaper är låg kostnad, hög mekanisk hållfasthet och god värmebeständighet. Det är den mest använda typen och används ofta i hushållsapparater och grundläggande elektronisk utrustning.
Fenolpappersbaserade kretskort (FR-1 / FR-2)
Med cellulosapapper som isolerande basmaterial, fenolharts som bindemedel och kopparbeläggning på ena sidan. Den största fördelen är den extremt låga kostnaden, men värmebeständigheten och den mekaniska hållfastheten är relativt dåliga. Används främst i lågpriskonsumentelektronik såsom leksaker och enkla fjärrkontroller.
PCB aluminium substrate (metallkretskort)
Strukturellt består det av en aluminiumplatta (värmeavledande skikt), ett isolerande skikt och kopparfolie på ena sidan. Det har utmärkta värmeavledande egenskaper och är lämpligt för applikationer som kräver effektiv värmeavledning, såsom LED-belysning och strömförsörjningsmoduler.
Dessutom innehåller ensidiga kretskort följande nödvändiga komponenter:
Kopparfolie: Används som ledande skikt, med en tjocklek på vanligtvis 18 μm till 35 μm.
Lödmaskeringsfärg (grön färg): Täcker områden som inte ska lödas och fungerar som oxidation och isolering.
Silkscreen-lager: Används för att markera komponenternas placering och parameterinformation.
Tillverknings processen för Ensidiga kretskort:
Ensidiga kretskort tillverkas huvudsakligen med hjälp av subtraktions metoden. Mer specifikt täcks ytan på den kopparbelagda substratplattan först med ett fotoresist, varefter kretsmönstret överförs exakt till kopparytan genom exponering och framkallning. Därefter avlägsnas den kopparfolie som inte skyddas av fotoresist med hjälp av en kemisk etsningsvätska, och slutligen avlägsnas fotoresist, vilket resulterar i de önskade ledningarna.
Tillverknings processen för Ensidiga kretskort är relativt enkel och omfattar huvudsakligen följande steg:
Först skärs den kopparbelagda plattan till lämpliga mindre bitar enligt de angivna måtten. Därefter följer mönsteröverföringen, där en ljuskänslig torr- eller våtfilm appliceras jämnt på kopparytan. Exponering sker med hjälp av en negativfilm eller direktbildteknik (LDI). De oexponerade områdena löses upp i framkallningsvätskan, vilket gör att kopparytan blottas.
Därefter följer etsnings processen, där kretskortet doppas i en sur etsningsvätska som etsar bort den kopparfolie som inte täcks av resistet, vilket bildar kretsmönstret. När etsningen är klar avlägsnas resterande resist. Vanligtvis sker borrningen efter etsningen, då man borrar monteringshål och positioneringshål för komponenterna. På grund av egenskaperna hos Ensidiga kretskort behövs ingen metallisering efter borrningen. Därefter utförs lödmaskering och screentryck. Först appliceras lödmaskeringsfärg, sedan exponeras och framkallas för att exponera lödplattorna, och därefter trycks komponenternas referensnummer och polaritetsmarkeringar. Efter ytbehandling och formskärning är ett ensidigt kretskort färdigställt.
När det gäller ytbehandling krävs vanligtvis ytbehandling av Ensidiga kretskort för att förhindra oxidation av kopparpads under lagring och montering samt för att förbättra deras lödbarhet. Varmluftsutjämning (HASL) är en relativt traditionell behandlingsmetod där kretskort doppas i smält lod och sedan blåses ut med varmluft, vilket bildar ett jämnt skikt av tenn-blylegering på ytan.
Denna process har fördelarna att den är kostnadseffektiv och ger god lödbarhet, vilket gör den lämplig för högströmsapplikationer och genomförda komponenter, men ytplanheten är inte optimal. OSP-processen (Organic Solder Preservative) skapar ett organiskt skyddande skikt på kopparytan. Processen är enkel, kostnadseffektiv och ger en jämn yta, vilket gör den lämplig för ytmonterade komponenter, men reptåligheten är relativt låg. För finkomponenter med extremt höga krav på jämnhet kan man använda ENIG-processen (elektrolytisk nickel-guldbeläggning), där man först belägger kopparytan med ett lager nickel och sedan ett lager guld. Denna process har extremt hög oxidationsbeständighet, men kostnaden är relativt hög.
Viktiga punkter vid design av Ensidiga kretskort
Vid design av ensidiga kretskort är en rimlig layout nyckeln till framgång. Man bör följa ordningen layout först, sedan ledningsdragning, placera komponenterna enligt signalflödet i schemat och minimera korsningar mellan ledningar genom att justera komponenternas position, riktning och kapslingsform. Samtidigt måste man beakta anslutningsdonens placering, genomföra modulär uppdelning av funktioner och placera komponenterna tätt under förutsättning att säkerhetsavståndet säkerställs, för att lämna tillräckligt med utrymme för efterföljande ledningsdragning.
Det grundläggande kravet vid design av ensidiga kretskort är att alla ledningar måste anslutas inom samma kopparskikt och inte får korsa varandra. För ledningar som inte kan undvikas måste bygelkablar användas, och antalet bygelkablar bör minimeras, placeras koncentrerat och ordnat samt tydligt märkas på silkscreen-skiktet. Vid ledningsdragning bör signalledningar ha en vinkel på 45° eller en bågformad övergång, undvik skarpa vinklar och rätvinkliga ledningar, och följ principen om kortaste väg.
Ström- och jordledningar bör göras tillräckligt breda för att klara högre strömstyrkor och minska lednings impedansen. Det rekommenderas att jordnätverket läggs ut i första hand och att man i möjligaste mån använder kopparbeläggning med stor yta för att minska brus och ge en skärmande effekt. För känsliga kretsar kan stjärnformad eller enkelpunktsjordning användas.
Fördelar och nackdelar med Ensidiga kretskort
Fördelar med ensidiga kretskort:
Ensidiga kretskort kräver mindre råmaterial och är billigare;
Tillverkningsprocessen är enklare och den totala produktionstiden är kortare;
Kretsmönstrets utformning och uppbyggnad är relativt enkel, vilket innebär att man inte behöver särskilt stor yrkeserfarenhet för att utföra konstruktionen;
Tack vare den enkla tillverkningsprocessen blir priset mer förmånligt ju större beställningsvolymen är vid stora order.
Å andra sidan begränsar nackdelarna med ensidiga kretskort jämfört med dubbelsidiga eller flerskiktade kretskort av samma storlek dess utveckling:
Ytbegränsningarna hos ensidiga kretskort gör att de inte kan tillgodose behovet av att montera ett stort antal komponenter och fler ledningar; dessutom kan det uppstå problem med långsam anslutningshastighet och strömförlust om för många komponenter monteras, vilket gör att användningsområdet för dessa produkter är mycket begränsat.
