Co je to jednostranná deska plošných spojů

Jednostranná deska plošných spojů je nejzákladnější deska s plošnými spoji. Všechny součástky jsou umístěny na jedné straně. Všechny stopy jsou na druhé straně. Protože stopy jsou pouze na jedné straně, nazýváme ji jednostrannou deskou. Snadno se vyrábí a stojí méně. Z tohoto důvodu se v jednoduchých elektronických výrobcích často používají jednostranné desky plošných spojů.

Kdy použít oboustrannou desku plošných spojů

Oboustranná deska s plošnými spoji představuje pokrok oproti jednostranné desce. Pokud jedna vrstva vedení nemůže vyhovět potřebám výrobku, použijí konstruktéři oboustrannou desku. Obě strany mají měď a stopy. Obě strany se mohou propojit pokovenými otvory, kterým se říká průchodky. Vias umožňují signálům přecházet z jedné vrstvy do druhé. Tímto způsobem může deska vytvořit potřebnou síť obvodů.

Podobnosti a rozdíly mezi jednostrannými a oboustrannými deskami plošných spojů

Materiály a základní proces

Jednostranné a oboustranné desky plošných spojů mají stejný základní materiál. Většina moderních desek používá fr4. fr4 je směs skleněných vláken a epoxidu. Při moderní výrobě obvykle desku pokovujeme mědí kvůli dobré vodivosti. Pak přidáme pájecí masku pro úhledný vzhled a kvůli ochraně. Sítotisk nebo sítotisk přidává štítky a značky. Stroje tisknou značky v procesu zvaném sítotisk.

Stará výroba a limity

Moderní výroba desek nebyla vždy taková. V minulosti inženýři a amatérští výrobci vystavovali návrhy na desky a pak je ručně leptali v chemických lázních. Existovalo mnoho metod. Většina z nich měla stejná omezení. Na jedné desce nebylo možné snadno leptat mnoho vrstev. To nutilo rozvržení být větší a vyžadovat náročnou optimalizaci.

V 60. letech to bylo v pořádku. Velké díly s průchozími otvory byly normou. Velké obdélníkové čipy měly široké vývody. Jednalo se o pouzdra DIP. Velké byly i diskrétní součástky s průchozími otvory, jako jsou rezistory a kondenzátory. Součástky se pokládaly těsně vedle sebe, takže krátké stopy byly snadné. Díky tomu bylo jednostranné uspořádání jednoduché a přehledné.

Rozvoj zařízení pro povrchovou montáž (SMD)

Osmdesátá léta změnila obor. Zařízení pro povrchovou montáž (SMD) se stala preferovanými součástkami pro inženýry. Rozšířily se čtvercové ploché obaly. Diskrétní součástky SMD ztěžovaly vedení pod součástkami. Desky se musely zmenšovat. Jednostranné desky se staly obtížněji použitelnými. To podnítilo rozvoj techniky oboustranných desek. Díky průchodkám už nebylo nutné udržovat veškerou měď na stejné straně. Mohli jste trasovat na obou stranách s pokovenými otvory, které spojují vrstvy.

Oboustranné desky s plošnými spoji

Inženýři přešli na oboustranné desky hlavně kvůli snadnosti. Pokud konstrukční omezení nutí součástky k použití na určité ploše, je oboustranné rozvržení jednodušší než jednostranné. Oboustranné desky také umožňují vytvářet velké zemnicí nebo napájecí roviny. Pokud se na desku podíváte pozorně, můžete místo mnoha tenkých stop vidět velké řezy mědi. Tyto velké měděné zóny pomáhají s EMI, teplem, vyrobitelností a především snižují práci s trasováním.

Proč stále existují jednostranné desky

Přestože oboustranné desky mají jasné výhody, jednostranné provedení se dnes stále objevuje u mnoha výrobků. Hlavním faktorem jsou náklady. Jednostranné desky plošných spojů obvykle stojí o něco méně a někdy mají kratší dodací lhůty. U jednoduchých návrhů je to jednoznačná výhoda. Při hromadné výrobě jednoduchých výrobků může mít úspora několika centů na desku velký význam. Také pro vysokoproudé stopy, které vyžadují širokou měď, mohou být jednostranné rozvržení vhodné. Umožňují využít velké měděné plochy a jednoduché směrování pro silnoproudé cesty.

Výhody a nevýhody jednostranných desek plošných spojů

Klady

• Nižší náklady.

• Jednodušší konstrukce a výroba.

• V mnoha případech kratší doba realizace.

Nevýhody

• Není vhodný pro složité konstrukce s mnoha díly.

• Těžko vyhovět potřebám malých rozměrů.

• Nižší kapacita směrování.

• Může být těžší a větší pro stejnou funkci.

Typické aplikace jednostranných desek plošných spojů

Jednostranné desky jsou běžné u mnoha levných výrobků. Objevují se v zařízeních s jednoduchými funkcemi, která nepotřebují velkou paměť nebo síťové propojení. Příkladem mohou být malé domácí spotřebiče, jako jsou kávovary. Objevují se také v mnoha kalkulačkách, jednoduchých rádiích, tiskárnách a LED žárovkách. Jednoduchá paměťová zařízení, jako jsou základní polovodičové disky, mohou používat jednostranné desky. Jednostranné desky plošných spojů se často používají také u napájecích zdrojů a mnoha druhů senzorů.

Jak rozlišit jednostranné, oboustranné a vícevrstvé desky

1. Přiložte desku ke světlu. Pokud je vnitřní jádro zcela neprůhledné a přes vnitřní vrstvy není vidět světlo, jedná se o vícevrstvou desku. Pokud je vidět pouze jedna měděná vrstva, jedná se o jednostrannou desku.

2. Podívejte se na díry. Jednostranné desky mají otvory bez povrchové úpravy. Nemají pokovení na stěnách otvorů a vynechávají proces galvanického pokovování. Oboustranné desky mají pokovené průchozí otvory nebo průchodky. To znamená, že uvnitř otvoru je vidět měď.

3. Základním rozdílem je počet měděných vrstev: jednoduchá má jednu měděnou vrstvu, dvojitá dvě měděné vrstvy a vícevrstvá tři a více vrstev. Při vícevrstvé výrobě se přidávají vnitřní vrstvy a poté se stoh laminuje. V případě potřeby můžete pro kontrolu vrstev vyříznout příčný řez.

Jak snížit EMI na jednostranných nebo oboustranných deskách plošných spojů

Z cenových důvodů se v mnoha spotřebitelských zařízeních používají jednostranné nebo oboustranné desky. S rozšířením digitálních pulzních obvodů narůstají problémy s elektromagnetickým rušením. Hlavní příčinou je velká plocha signálové smyčky. Velké plochy smyček nejenže vyzařují silnější záření, ale také činí obvod citlivější na vnější šum. Nejjednodušším přístupem ke zlepšení EMC je zmenšení plochy smyček kritických signálů.

Identifikace klíčových signálů

Z hlediska EMC jsou klíčové signály, které silně vyzařují, a signály citlivé na vnější šum. Silnými vyzařovači jsou často periodické signály, jako jsou hodiny a adresové linky nízkého řádu. Citlivé signály jsou často analogová vedení nízké úrovně.

Metody zmenšení plochy smyčky

Jednou z jednoduchých metod je vést zemnící stopu vedle signálové stopy. Zem umístěte co nejblíže. Toto uspořádání vytvoří velmi malou plochu smyčky a sníží diferenciální vyzařování a citlivost. Když přidáte zemní stopu vedle signálu, bude proud signálu protékat hlavně v této malé smyčce, nikoliv v jiných zemních cestách.

Pokud používáte oboustrannou desku, umístěte zemnící stopu na druhou stranu přímo pod signální vedení. Pokud můžete, udělejte tuto zemnící stopu širokou. Plocha smyčky se pak rovná tloušťce desky krát délka signálního vedení. Tato plocha je mnohem menší než dlouhá otevřená smyčka a pomáhá snížit vyzařování.

U oboustranných desek vždy používejte měděnou uzemňovací síťku. Zemnicí síťka snižuje zemní impedanci. Se zemnicí síťkou má signální vedení téměř vždy v blízkosti zemnicí vedení a vytváří menší plochu smyčky. Při trasování udržujte klíčová vedení v blízkosti země. Jen ta nejkritičtější vedení potřebují zem hned vedle sebe.

Další základní tipy:

• Pro vysokorychlostní signály používejte krátké stopy.

• V blízkosti napájecích pinů použijte vhodné oddělovací kondenzátory.

• Oddělte analogové a digitální uzemnění a v případě potřeby je spojte v jednom bodě.

• Vyhněte se dlouhým smyčkám. Zpětné cesty veďte v blízkosti signálové cesty.

Malé praktické příklady

• V případě hodinové stopy na oboustranné desce pod ni na druhé straně umístěte širokou zemnící stopu. Pokud je tloušťka desky 1,6 mm a hodinová stopa je dlouhá 50 mm, je plocha smyčky zhruba 1,6 × 50 mm. Pokud se vám podaří zkrátit stopu na 20 mm, plocha hodně klesne.

• V případě citlivého analogového signálu vedle něj na stejné straně veďte zemnící stopu. Dvojice pak tvoří těsnou smyčku a snižuje sběr.

Souhrn

Jednostranné desky plošných spojů jsou jednoduché a levné. Všechny součástky jsou umístěny na jedné straně a všechny stopy na druhé straně. Oboustranné desky přidávají druhou vrstvu a k propojení obou stran používají průchodky. fr4 je společný materiál pro obě strany. Přechod od průchozích součástek k součástkám pro povrchovou montáž vedl k potřebě oboustranných a vícevrstvých desek. Přesto mají jednostranné desky stále smysl pro mnoho jednoduchých výrobků kvůli ceně a jednoduchosti. Chcete-li snížit EMI na jednostranných nebo oboustranných deskách, zmenšete plochu smyček, přidejte blízké zemnicí stopy, použijte zemnicí síť a udržujte krátké stopy.