Tillverkningsprocess och praktisk tillämpning av kretskort med ett lager

Ettlagers kretskort, även känt som ensidigt kretskort, är den mest grundläggande formen av kretskort. Ledande kopparfolie finns endast på ena sidan av det dielektriska substratet, och alla kretsbanor är placerade på denna enda ledande yta, medan den motsatta sidan består av rent isolerande basmaterial utan några ledande banor.

Efter att kopparfolien har etsats för att bilda kretsmönster bevaras delar av kopparytan för ledare och lödpunkter, medan överflödig koppar avlägsnas från kortets yta. Därefter appliceras lödmaskfärg för att täcka de flesta ledande områdena, så att endast lödpunkterna för komponentlödning exponeras. I de flesta monteringsfall sätts komponenterna in från den icke-ledande, isolerande sidan, där stiften passerar genom borrade hål för att skapa elektrisk kontakt på den kopparbelagda sidan så att lödningen kan slutföras.

En typisk 1-lagers kretskort är uppbyggt av flera staplade materialskikt. Det vanligaste dielektriska basmaterialet är FR‑4, medan lågkostnadsprodukter för massproduktion ofta använder fenolpappersbaserade substrat såsom FR‑1 och FR‑2. Kopparfolie med en tjocklek på 35 μm (1 oz) fungerar som det vanligaste ledande skiktet som är bundet till ena sidan av substratet. Lödmask, som finns i grönt, svart, rött och andra anpassade färger, skyddar ledningsbanorna mot oxidation och risken för kortslutning. Ett silkscreen-lager trycks ovanpå för att markera komponentidentifierare, kretskortsversioner och annan identifieringsinformation. Pappersbaserade substrat ger uppenbara kostnadsfördelar men har också nackdelar, såsom begränsad värmebeständighet och dålig mekanisk hållfasthet.

FR-4 erbjuder en balanserad kombination av isolering och värmeegenskaper, vilket gör det lämpligt för enkla strömförsörjningsmoduler och allmän industriell styrhårdvara.

1-lagers kretskort

Tillverkningsprocessen är relativt enkel jämfört med flerskiktskretskort. Hela processen börjar med ett kopparbelagt basmaterial, följt av mönsteröverföring och etsning, borrning, tryckning av lödmask, silkscreenmärkning och slutlig ytbehandling. Varmluftsutjämning är fortfarande det dominerande alternativet för ytbehandling vid massbeställningar. OSP-antioxidantbehandling väljs när ytterligare kostnadsminskning krävs. Gulddoppning specificeras sällan för 1-lagers kretskort-projekt, eftersom denna ytbehandling avsevärt höjer den totala kostnaden för kretskortet.

Strukturella begränsningar sätter gränserna för dess praktiska användning. Eftersom alla ledare är begränsade till ett enda ledande skikt kan kretsbanorna inte korsa varandra utan ytterligare åtgärder. Jumpers måste införas för att lösa konflikter vid kretsbanors korsningar. För många jumpers ökar arbetsbelastningen vid montering och minskar systemets långsiktiga tillförlitlighet, så 1-lagers kretskort är endast genomförbart för kretsar med låg komplexitet.

Det passar väl för ett brett spektrum av etablerad konsumenthårdvara, inklusive enkla strömadaptrar, fjärrkontrollkort, kontrollenheter med knappsats för hushållsapparater, leksakskretsar och LED-belysningsenheter med låg effekt där signalerna överförs med låg hastighet och antalet komponenter är begränsat. Denna typ av kretskort rekommenderas inte för höghastighets- eller högfrekventa kretsar, hårdvara med hög komponenttäthet, system med många korsande signalledningar och enheter som kräver särskild jordnings- och skärmning. För dessa krävande scenarier är tvåskikts- eller flerskiktskretskort det mer rimliga valet.

Konstruktörer måste ta full hänsyn till tillverkningsbarheten under arbetet med scheman och layout. Konflikter mellan ledningsbanor bör förutses redan i tidiga layoutstadier, och lämpliga padpositioner för bygelkablar bör reserveras i förväg istället för att hanteras genom modifieringar efter tillverkningen. För FR-4-material med 1 oz kopparfolie ger ledningsbredd och avstånd över 0,2 mm stabil utbyte vid massproduktion, även om 0,15 mm kan accepteras som den tekniska gränsen för prototyptillverkning i små serier. För genomgående komponenter bör borrhålets diameter vara 0,2–0,3 mm större än komponentens stiftstorlek. Särskild uppmärksamhet bör ägnas åt pappersbaserade kretskort, vars substrat tenderar att luddas under borrning och inte tål frekvent mekanisk böjning.

Ur kostnadssynpunkt ger enlagers kretskort uppenbara prisfördelar tack vare mindre materialåtgång och förenklade bearbetningssteg för både prototyper och volymbeställningar. När kretsens komplexitet ökar så att det krävs stora mängder kopplingsledningar, ackumuleras kostnader för extra material och manuell lödning. Under sådana omständigheter kan den totala kostnaden närma sig den för dubbelskiktskretskort, vilket gör det mer ekonomiskt att uppgradera till dubbelskiktskretskort.

Rulla till toppen