Τι είναι ένα PCB μονής όψης

Μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος μιας όψης είναι η πιο βασική πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος. Όλα τα εξαρτήματα βρίσκονται στη μία πλευρά. Όλα τα ίχνη βρίσκονται στην άλλη πλευρά. Επειδή μόνο η μία πλευρά έχει ίχνη, την αποκαλούμε πλακέτα μίας όψης. Είναι εύκολο να κατασκευαστεί και κοστίζει λιγότερο. Για το λόγο αυτό, τα απλά ηλεκτρονικά προϊόντα χρησιμοποιούν συχνά πλακέτες μίας όψης.

Πότε να χρησιμοποιήσετε PCB διπλής όψης

Μια πλακέτα διπλής όψης είναι ένα βήμα μπροστά από μια πλακέτα μονής όψης. Όταν ένα στρώμα δρομολόγησης δεν μπορεί να καλύψει τις ανάγκες ενός προϊόντος, οι σχεδιαστές χρησιμοποιούν μια πλακέτα διπλής όψης. Και οι δύο πλευρές έχουν χαλκό και ίχνη. Οι δύο πλευρές μπορούν να συνδεθούν με επιμεταλλωμένες οπές που ονομάζονται vias. Τα vias επιτρέπουν στα σήματα να μετακινούνται από το ένα στρώμα στο άλλο. Με αυτόν τον τρόπο η πλακέτα μπορεί να σχηματίσει το απαραίτητο δίκτυο κυκλωμάτων.

Ομοιότητες και διαφορές μεταξύ PCB μονής και διπλής όψης

Υλικά και βασική διαδικασία

Τα PCB μονής και διπλής όψης μοιράζονται το ίδιο βασικό υλικό. Οι περισσότερες σύγχρονες πλακέτες χρησιμοποιούν fr4. Το fr4 είναι ένα μείγμα από ίνες γυαλιού και εποξειδικό υλικό. Στη σύγχρονη κατασκευή, συνήθως επικαλύπτουμε την πλακέτα με χαλκό για καλή αγωγιμότητα. Στη συνέχεια, προσθέτουμε μια μάσκα συγκόλλησης για μια τακτοποιημένη εμφάνιση και για προστασία. Μια μεταξοτυπία ή μια εκτύπωση σε οθόνη προσθέτει ετικέτες και σημάδια. Τα μηχανήματα εκτυπώνουν τα σημάδια σε μια διαδικασία που ονομάζεται μεταξοτυπία.

Παλαιές κατασκευές και όρια

Η σύγχρονη κατασκευή σανίδων δεν ήταν πάντα έτσι. Στο παρελθόν, μηχανικοί και χομπίστες εξέθεταν σχέδια σε πλακέτες και στη συνέχεια τα χάραζαν με το χέρι με χημικά λουτρά. Υπήρχαν πολλές μέθοδοι. Οι περισσότερες είχαν τα ίδια όρια. Δεν μπορούσατε να χαράξετε εύκολα πολλά στρώματα σε μια πλακέτα. Αυτό ανάγκαζε τις διατάξεις να είναι μεγαλύτερες και να χρειάζονται μεγάλη βελτιστοποίηση.

Στη δεκαετία του 1960 αυτό ήταν μια χαρά. Τα μεγάλα διαμπερή εξαρτήματα ήταν ο κανόνας. Τα μεγάλα ορθογώνια τσιπ είχαν φαρδιές ακίδες. Αυτά ήταν πακέτα DIP. Τα διακριτά εξαρτήματα διαμπερούς οπής, όπως οι αντιστάσεις και οι πυκνωτές, ήταν επίσης μεγάλα. Τα εξαρτήματα ήταν τοποθετημένα κοντά το ένα στο άλλο, έτσι ώστε τα μικρά ίχνη ήταν εύκολα. Αυτό έκανε τις διατάξεις μονής όψης απλές και ξεκάθαρες.

Η άνοδος των διατάξεων επιφανειακής τοποθέτησης (SMD)

Η δεκαετία του 1980 άλλαξε το πεδίο. Οι διατάξεις επιφανειακής τοποθέτησης (SMD) έγιναν τα προτιμώμενα εξαρτήματα για τους μηχανικούς. Οι τετράγωνες επίπεδες συσκευασίες έγιναν κοινές. Τα διακριτά εξαρτήματα SMD καθιστούσαν δύσκολη τη δρομολόγηση κάτω από τα εξαρτήματα. Οι πλακέτες έπρεπε να γίνουν μικρότερες. Οι πλακέτες μονής όψης έγιναν πιο δύσχρηστες. Αυτό ώθησε στην ανάπτυξη των τεχνικών πλακετών διπλής όψης. Με τα vias, δεν χρειαζόταν πλέον να διατηρείται όλος ο χαλκός στην ίδια πλευρά. Μπορούσατε να δρομολογήσετε και στις δύο πλευρές με επιμεταλλωμένες οπές που συνδέουν τα στρώματα.

Πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων διπλής όψης

Οι μηχανικοί προχώρησαν σε πίνακες διπλής όψης κυρίως για λόγους ευκολίας. Όταν τα όρια σχεδιασμού αναγκάζουν τα εξαρτήματα να περιορίζονται σε μια συγκεκριμένη περιοχή, οι διατάξεις διπλής όψης είναι ευκολότερες από τις διατάξεις μονής όψης. Οι πλακέτες διπλής όψης επιτρέπουν επίσης την κατασκευή μεγάλων επιπέδων γείωσης ή ισχύος. Αν κοιτάξετε προσεκτικά μια πλακέτα, μπορεί να δείτε μεγάλες περικοπές χαλκού αντί για πολλά λεπτά ίχνη. Αυτές οι μεγάλες ζώνες χαλκού βοηθούν στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, τη θερμότητα, την κατασκευασιμότητα και, κυρίως, μειώνουν τις εργασίες δρομολόγησης.

Γιατί εξακολουθούν να υπάρχουν πίνακες μονής όψης

Παρόλο που οι πλακέτες διπλής όψης έχουν σαφή πλεονεκτήματα, τα σχέδια μονής όψης εξακολουθούν να εμφανίζονται σε πολλά προϊόντα σήμερα. Το κόστος είναι ο κύριος παράγοντας. Οι πλακέτες μονής όψης συνήθως κοστίζουν λίγο λιγότερο στην αγορά και μερικές φορές έχουν μικρότερους χρόνους παράδοσης. Για έναν απλό σχεδιασμό, αυτό είναι ένα σαφές πλεονέκτημα. Στη μαζική παραγωγή απλών προϊόντων, η εξοικονόμηση μερικών λεπτών ανά πλακέτα μπορεί να έχει μεγάλη σημασία. Επίσης, για ίχνη υψηλού ρεύματος που χρειάζονται φαρδύ χαλκό, οι διατάξεις μονής όψης μπορεί να είναι μια καλή επιλογή. Σας επιτρέπουν να χρησιμοποιήσετε μεγάλες περιοχές χαλκού και απλή δρομολόγηση για διαδρομές μεγάλου ρεύματος.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των PCB μίας όψης

Πλεονεκτήματα

• Χαμηλότερο κόστος.

• Απλούστερος σχεδιασμός και κατασκευή.

• Μικρότερος χρόνος παράδοσης σε πολλές περιπτώσεις.

Μειονεκτήματα

• Δεν είναι καλό για πολύπλοκα σχέδια με πολλά μέρη.

• Δύσκολο να καλύψει ανάγκες μικρού μεγέθους.

• Χαμηλότερη χωρητικότητα δρομολόγησης.

• Μπορεί να είναι βαρύτερο και μεγαλύτερο για την ίδια λειτουργία.

Τυπικές εφαρμογές PCB μονής όψης

Οι πλακέτες μονής όψης είναι συνηθισμένες σε πολλά προϊόντα χαμηλού κόστους. Εμφανίζονται σε συσκευές με απλές λειτουργίες που δεν χρειάζονται μεγάλη μνήμη ή συνδέσεις δικτύου. Παραδείγματα αποτελούν μικρές οικιακές συσκευές όπως οι καφετιέρες. Εμφανίζονται επίσης σε πολλές αριθμομηχανές, απλά ραδιόφωνα, εκτυπωτές και λαμπτήρες LED. Απλές συσκευές αποθήκευσης, όπως βασικές μονάδες στερεάς κατάστασης, μπορεί να χρησιμοποιούν πλακέτες μονής όψης. Τα τροφοδοτικά και πολλά είδη αισθητήρων χρησιμοποιούν συχνά επίσης πλακέτες μονής όψης.

Πώς να ξεχωρίζετε τις πλακέτες μίας όψης, διπλής όψης και πολλαπλών στρώσεων

1. Κρατήστε την πλακέτα σε ένα φως. Εάν ο εσωτερικός πυρήνας είναι πλήρως αδιαφανής και δεν μπορείτε να δείτε φως μέσα από τις εσωτερικές στρώσεις, πρόκειται για πλακέτα πολλαπλών στρώσεων. Εάν μπορείτε να δείτε μόνο ένα στρώμα χαλκού, πρόκειται για πλακέτα μίας όψης.

2. Κοιτάξτε τις τρύπες. Οι πλακέτες μονής όψης έχουν μη επιμεταλλωμένες οπές. Δεν έχουν επιμετάλλωση στα τοιχώματα των οπών και παραλείπουν τη διαδικασία ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης. Οι πλακέτες διπλής όψης έχουν επιμεταλλωμένες διαμπερείς οπές ή vias. Αυτό σημαίνει ότι θα δείτε χαλκό μέσα στην οπή.

3. Η βασική διαφορά είναι ο αριθμός των στρωμάτων χαλκού: το απλό έχει ένα στρώμα χαλκού, το διπλό έχει δύο στρώματα χαλκού και το πολυστρωματικό έχει τρία στρώματα ή περισσότερα. Στην κατασκευή πολλαπλών στρώσεων, προστίθενται εσωτερικά στρώματα και στη συνέχεια η στοίβα τοποθετείται σε στρώματα. Μπορείτε να κόψετε μια εγκάρσια τομή για να ελέγξετε τα στρώματα, εάν χρειάζεται.

Πώς να μειώσετε την ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή σε PCB μονής ή διπλής όψης

Για λόγους κόστους, πολλές καταναλωτικές συσκευές χρησιμοποιούν πλακέτες μονής ή διπλής όψης. Καθώς τα ψηφιακά κυκλώματα παλμών γίνονται κοινά, τα ζητήματα ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής αυξάνονται. Η κύρια αιτία είναι η μεγάλη περιοχή βρόχων σήματος. Οι μεγάλες περιοχές βρόχων όχι μόνο εκπέμπουν ισχυρότερη ακτινοβολία, αλλά καθιστούν επίσης το κύκλωμα πιο ευαίσθητο στον εξωτερικό θόρυβο. Για τη βελτίωση της ΗΜΣ, η απλούστερη προσέγγιση είναι η μείωση της περιοχής βρόχου των κρίσιμων σημάτων.

Προσδιορισμός των βασικών σημάτων

Από την άποψη της ΗΜΣ, τα βασικά σήματα περιλαμβάνουν εκείνα που κάνουν ισχυρή ακτινοβολία και εκείνα που είναι ευαίσθητα στον εξωτερικό θόρυβο. Οι ισχυρές ακτινοβολίες είναι συχνά περιοδικά σήματα, όπως τα ρολόγια και οι γραμμές διευθύνσεων χαμηλής τάξης. Τα ευαίσθητα σήματα είναι συχνά αναλογικές γραμμές χαμηλού επιπέδου.

Μέθοδοι μείωσης της περιοχής βρόχου

Μια απλή μέθοδος είναι να δρομολογήσετε ένα ίχνος γείωσης δίπλα στο ίχνος σήματος. Τοποθετήστε τη γείωση όσο πιο κοντά μπορείτε. Αυτή η διάταξη δημιουργεί μια πολύ μικρή περιοχή βρόχου και μειώνει τη διαφορική ακτινοβολία και την ευαισθησία. Όταν προσθέτετε ένα ίχνος γείωσης δίπλα στο σήμα, το ρεύμα του σήματος θα ρέει κυρίως σε αυτόν τον μικρό βρόχο και όχι σε άλλες διαδρομές γείωσης.

Εάν χρησιμοποιείτε πλακέτα διπλής όψης, τοποθετήστε ένα ίχνος γείωσης στην άλλη πλευρά ακριβώς κάτω από τη γραμμή σήματος. Κάντε αυτό το ίχνος γείωσης φαρδύ αν μπορείτε. Η περιοχή βρόχου ισούται τότε με το πάχος της πλακέτας επί το μήκος της γραμμής σήματος. Αυτή η περιοχή είναι πολύ μικρότερη από έναν μακρύ ανοικτό βρόχο και βοηθά στη μείωση της ακτινοβολίας.

Επίσης, χρησιμοποιείτε πάντα ένα πλέγμα χαλκού για γείωση σε πλακέτες διπλής όψης. Ένα πλέγμα γείωσης μειώνει την αντίσταση γείωσης. Με ένα πλέγμα γείωσης, μια γραμμή σήματος έχει σχεδόν πάντα μια γραμμή γείωσης κοντά της και σχηματίζει μια μικρότερη περιοχή βρόχου. Κατά τη δρομολόγηση, κρατήστε τις βασικές γραμμές κοντά στη γείωση. Μόνο οι πιο κρίσιμες γραμμές χρειάζονται γείωση ακριβώς δίπλα τους.

Άλλες βασικές συμβουλές:

• Χρησιμοποιήστε σύντομα ίχνη για σήματα υψηλής ταχύτητας.

• Χρησιμοποιήστε κατάλληλους πυκνωτές αποσύζευξης κοντά στους ακροδέκτες τροφοδοσίας.

• Διατηρήστε τις αναλογικές και ψηφιακές γειώσεις χωριστά και στη συνέχεια ενώστε τες σε ένα μόνο σημείο, αν χρειαστεί.

• Αποφύγετε τους μεγάλους βρόχους. Οδηγήστε τις διαδρομές επιστροφής κοντά στη διαδρομή σήματος.

Μικρά πρακτικά παραδείγματα

• Για ένα ίχνος ρολογιού σε μια πλακέτα διπλής όψης, τοποθετήστε ένα ευρύ ίχνος γείωσης κάτω από αυτό στην άλλη πλευρά. Εάν το πάχος της πλακέτας είναι 1,6 mm και το ίχνος ρολογιού έχει μήκος 50 mm, η περιοχή βρόχου είναι περίπου 1,6 mm × 50 mm. Εάν μπορείτε να συντομεύσετε το ίχνος στα 20 mm, η περιοχή μειώνεται πολύ.

• Για ένα αναλογικό σήμα που είναι ευαίσθητο, περάστε ένα ίχνος γείωσης ακριβώς δίπλα του στην ίδια πλευρά. Τότε το ζεύγος σχηματίζει έναν στενό βρόχο και μειώνει την απορρόφηση.

Περίληψη

Τα PCB μονής όψης είναι απλά και φθηνά. Τοποθετούν όλα τα εξαρτήματα στη μία πλευρά και όλα τα ίχνη στην άλλη. Οι πλακέτες διπλής όψης προσθέτουν ένα δεύτερο στρώμα και χρησιμοποιούν vias για να συνδέσουν τις δύο πλευρές. το fr4 είναι το κοινό υλικό και για τις δύο. Η μετάβαση από εξαρτήματα διαμπερούς οπής σε εξαρτήματα επιφανειακής τοποθέτησης οδήγησε στην ανάγκη για πλακέτες διπλής όψης και πολλαπλών στρώσεων. Ωστόσο, οι πλακέτες μίας όψης εξακολουθούν να έχουν νόημα για πολλά απλά προϊόντα λόγω κόστους και ευκολίας. Για να μειώσετε την ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή σε πλακέτες μονής ή διπλής όψης, μειώστε την περιοχή βρόχων, προσθέστε κοντινά ίχνη γείωσης, χρησιμοποιήστε πλέγμα γείωσης και κρατήστε τα ίχνη κοντά.