Yksipuolinen piirilevy on yksinkertaisin piirilevy. Kaikki osat ovat yhdellä puolella. Kaikki johtimet ovat toisella puolella. Koska vain toisella puolella on jälkiä, sitä kutsutaan yksipuoliseksi piirilevyksi. Se on helppo valmistaa ja se maksaa vähemmän. Tästä syystä yksinkertaisissa elektroniikkatuotteissa käytetään usein yksipuolisia piirilevyjä.
Milloin kannattaa käyttää kaksipuolista piirilevyä
Kaksipuolinen piirilevy on askel ylöspäin yksipuolisesta levystä. Kun yksi reitityskerros ei riitä tuotteen tarpeisiin, suunnittelijat käyttävät kaksipuolista piirilevyä. Molemmilla puolilla on kuparia ja jälkiä. Molemmat puolet voidaan liittää toisiinsa läpivienteiksi kutsutuilla pinnoitetuilla rei'illä. Läpivientien avulla signaalit siirtyvät kerroksesta toiseen. Näin levy voi muodostaa tarvittavan piiriverkon.
Yksi- ja kaksipuolisten piirilevyjen yhtäläisyydet ja erot
Materiaalit ja perusprosessi
Yksi- ja kaksipuolisilla piirilevyillä on sama perusmateriaali. Useimmissa nykyaikaisissa piirilevyissä käytetään fr4:ää. fr4 on lasikuidun ja epoksin sekoitus. Nykyaikaisessa valmistuksessa levytetään levy yleensä kuparilla hyvän johtavuuden varmistamiseksi. Sitten lisätään juotosmaski siistin ulkonäön ja suojan vuoksi. Silkkipaino tai silkkipaino lisää merkinnät ja merkit. Koneet tulostavat merkit prosessissa, jota kutsutaan silkkipainoksi.
Vanha valmistus ja rajoitukset
Nykyaikainen laudanvalmistus ei ole aina ollut tällaista. Aikaisemmin insinöörit ja harrastajat valottivat piirilevyjä ja syövyttivät ne sitten käsin kemiallisilla kylpyillä. Menetelmiä oli monia. Useimmilla oli samat rajoitukset. Yhdelle levylle ei voinut syövyttää helposti useita kerroksia. Tämä pakotti layoutit olemaan suurempia ja vaativat voimakasta optimointia.
1960-luvulla tämä oli hienoa. Suuret läpireikäiset osat olivat normi. Isoilla suorakulmaisilla siruilla oli leveät nastat. Nämä olivat DIP-paketteja. Diskreetit läpireikäosat, kuten vastukset ja kondensaattorit, olivat myös suuria. Osat olivat tiiviisti vierekkäin, joten lyhyet johtimet olivat helppoja. Tämä teki yksipuolisista asetteluista yksinkertaisia ja selkeitä.
Pinta-asennettavien laitteiden (SMD) yleistyminen
1980-luku muutti alaa. Pinta-asennettavista laitteista (SMD) tuli insinöörien suosimia osia. Nelikulmaiset litteät pakkaukset yleistyivät. Erilliset SMD-osat vaikeuttivat reititystä osien alle. Piirilevyjen oli pienennyttävä. Yksipuolisia levyjä oli vaikeampi käyttää. Tämä vauhditti kaksipuolisten piirilevyjen tekniikoiden kasvua. Läpivientien ansiosta kaikkea kuparia ei enää tarvinnut pitää samalla puolella. Voit reitittää molemmilla puolilla kerroksia yhdistävillä pinnoitetuilla rei'illä.
Kaksipuoliset painetut piirilevyt
Insinöörit siirtyivät kaksipuolisiin levyihin lähinnä helppouden vuoksi. Kun suunnittelurajoitukset pakottavat osat tietylle alueelle, kaksipuoliset piirustukset ovat helpompia kuin yksipuoliset. Kaksipuoliset levyt mahdollistavat myös suurten maadoitus- tai tehotasojen tekemisen. Jos tarkastelet piirilevyä tarkkaan, saatat nähdä suuria kuparileikkauksia monien ohuiden johtojen sijasta. Nämä suuret kuparialueet auttavat EMI:n, lämmön ja valmistettavuuden suhteen, ja ennen kaikkea ne vähentävät reititystyötä.
Miksi yksipuolisia levyjä on yhä olemassa
Vaikka kaksipuolisilla levyillä on selviä etuja, monissa tuotteissa käytetään edelleen yksipuolisia malleja. Kustannukset ovat tärkein tekijä. Yksipuoliset piirilevyt maksavat yleensä hieman vähemmän ja niiden toimitusaika on joskus lyhyempi. Yksinkertaisessa suunnittelussa tämä on selkeä etu. Yksinkertaisten tuotteiden massatuotannossa muutaman sentin säästö levyä kohti voi olla suuri merkitys. Lisäksi yksipuoliset piirilevyt voivat sopia hyvin suurivirtaisille johtimille, jotka tarvitsevat leveää kuparia. Niiden avulla voit käyttää suuria kuparialueita ja yksinkertaista reititystä suurten virtojen poluille.
Yksipuolisen PCB:n hyvät ja huonot puolet
Plussaa
Pienemmät kustannukset.
Yksinkertaisempi suunnittelu ja valmistus.
Lyhyempi toimitusaika monissa tapauksissa.
Miinukset
Ei sovellu monimutkaisiin malleihin, joissa on monia osia.
Vaikea vastata pienen koon tarpeisiin.
Pienempi reitityskapasiteetti.
Saattaa olla painavampi ja suurempi samaan tehtävään.
Yksipuolisten piirilevyjen tyypilliset sovellukset
Yksipuoliset levyt ovat yleisiä monissa halpatuotteissa. Niitä käytetään laitteissa, joissa on yksinkertaisia toimintoja, jotka eivät tarvitse suurta muistia tai verkkoyhteyksiä. Esimerkkejä ovat pienet kodinkoneet, kuten kahvinkeittimet. Niitä on myös monissa laskimissa, yksinkertaisissa radioissa, tulostimissa ja LED-lampuissa. Yksinkertaisissa tallennuslaitteissa, kuten perusmuistitietolevyissä, saatetaan käyttää yksipuolisia piirilevyjä. Myös virtalähteet ja monenlaiset anturit käyttävät usein yksipuolisia piirilevyjä.
Kuinka kertoa yksi-, kaksi- ja monikerroksiset levyt.
Pidä lautaa valoa vasten. Jos sisempi ydin on täysin läpinäkymätön eikä valoa näy sisempien kerrosten läpi, kyseessä on monikerroksinen levy. Jos näet vain yhden kuparikerroksen, kyseessä on yksipuolinen levy.
Katso reikiä. Yksipuolisissa levyissä on päällystämättömät reiät. Niissä ei ole pinnoitusta reikien seinämissä, ja ne ohittavat galvanointiprosessin. Kaksipuolisissa levyissä on pinnoitettuja läpivientireikiä tai läpivientejä. Tämä tarkoittaa, että reiän sisällä on kuparia.
Perusero on kuparikerrosten määrä: yksinkertaisessa on yksi kuparikerros, kaksinkertaisessa kaksi kuparikerrosta ja monikerroksisessa kolme kerrosta tai enemmän. Monikerroksisessa valmistuksessa sisäkerrokset lisätään ja sitten pino laminoidaan. Voit tarvittaessa leikata poikkileikkauksen kerrosten tarkistamiseksi.
Miten vähentää EMI:tä yksi- tai kaksipuolisilla piirilevyillä?
Kustannussyistä monissa kuluttajalaitteissa käytetään yksi- tai kaksipuolisia levyjä. Kun digitaaliset pulssipiirit yleistyvät, EMI-ongelmat lisääntyvät. Tärkein syy on suuri signaalisilmukan pinta-ala. Suuret silmukkapinta-alat eivät ainoastaan lähetä voimakkaampaa säteilyä, vaan ne tekevät piiristä myös herkemmän ulkopuoliselle kohinalle. EMC:n parantamiseksi yksinkertaisin tapa on pienentää kriittisten signaalien silmukoiden pinta-alaa.
Tunnista keskeiset signaalit
Sähkömagneettisen yhteensopivuuden kannalta keskeisiä signaaleja ovat voimakkaan säteilyn aiheuttavat signaalit ja ulkoiselle melulle herkät signaalit. Voimakkaasti säteilevät signaalit ovat usein jaksollisia signaaleja, kuten kelloja ja matalan asteen osoiteriviä. Herkät signaalit ovat usein matalan tason analogisia linjoja.
Menetelmät silmukan pinta-alan pienentämiseksi
Yksi yksinkertainen tapa on reitittää maajälki signaalijäljen viereen. Laita maadoitus niin lähelle kuin mahdollista. Tämä asettelu tekee hyvin pienen silmukka-alueen ja leikkaa differentiaalista säteilyä ja herkkyyttä. Kun lisäät maajäljen signaalin viereen, signaalivirta kulkee pääasiassa tuossa pienessä silmukassa, ei muissa maadoituspoluissa.
Jos käytät kaksipuolista piirilevyä, aseta maadoitusjälki toiselle puolelle suoraan signaalijohdon alle. Tee tästä maadoitusjäljestä leveä, jos voit. Silmukan pinta-ala on tällöin yhtä suuri kuin levyn paksuus kertaa signaalijohdon pituus. Tämä alue on paljon pienempi kuin pitkä avoin silmukka ja auttaa vähentämään säteilyä.
Käytä myös aina maadoitettua kupariverkkoa kaksipuolisissa levyissä. Maadoitusverkko alentaa maadoitusimpedanssia. Maaverkon avulla signaalijohdolla on lähes aina lähellä maadoitusjohto, ja se muodostaa pienemmän silmukka-alueen. Kun reitität, pidä avainjohdot lähellä maadoitusta. Vain kaikkein kriittisimmät johdot tarvitsevat maadoituksen aivan niiden vieressä.
Muita perusvinkkejä:
Käytä lyhyitä johtoja nopeille signaaleille.
Käytä asianmukaisia irrotuskondensaattoreita virtanastojen lähellä.
Pidä analogiset ja digitaaliset maadoitukset erillään toisistaan ja yhdistä ne tarvittaessa yhteen pisteeseen.
Vältä pitkiä silmukoita. Reititä paluupolut lähelle signaalipolkua.
Pieniä käytännön esimerkkejä
Kaksipuolisen levyn kellojälkeä varten laita sen alle leveä maadoitusjälki toiselle puolelle. Jos levyn paksuus on 1,6 mm ja kellojälki on 50 mm pitkä, silmukan pinta-ala on noin 1,6 mm × 50 mm. Jos voit lyhentää jäljen 20 mm:iin, pinta-ala pienenee paljon.
Jos analoginen signaali on herkkä, suorita maadoitusjälki aivan sen viereen samalle puolelle. Silloin pari muodostaa tiiviin silmukan ja alentaa poimintaa.
Yhteenveto
Yksipuoliset piirilevyt ovat yksinkertaisia ja halpoja. Niissä kaikki osat sijoitetaan yhdelle puolelle ja kaikki jäljet toiselle puolelle. Kaksipuolisissa levyissä lisätään toinen kerros ja käytetään läpivientejä molempien puolien yhdistämiseen. fr4 on molempien yhteinen materiaali. Siirtyminen läpireikäosista pinta-asennettaviin osiin johti kaksi- ja monikerroksisten piirilevyjen tarpeeseen. Yksipuoliset levyt ovat kuitenkin edelleen järkeviä monissa yksinkertaisissa tuotteissa kustannusten ja helppouden vuoksi. Jos haluat vähentää sähkömagneettista häiriötä yksi- tai kaksipuolisilla levyillä, vähennä silmukoiden pinta-alaa, lisää lähekkäisiä maadoitusjälkiä, käytä maaverkkoa ja pidä jäljet lyhyinä.
Usein kysytyt kysymykset
Ne ovat edullisia, yksinkertaisia suunnitella ja valmistaa, helppoja testata/korjata ja ihanteellisia suuren volyymin ja vähän monimutkaisia tuotteita varten.
Kyllä - materiaali ja prosessin monimutkaisuus ovat alhaisempia, joten yksikkökustannukset ja läpimenoaika ovat yleensä huomattavasti alhaisemmat kuin kaksipuolisilla tai monikerroksisilla piirilevyillä.
Koska komponentit ovat yhdellä puolella, suunnittele osien sijoittelu reflow/aaltojuottamista varten ja varmista, että juotospuolella ei ole estäviä komponentteja; keskustele juotosprosessista kokoonpanijan kanssa.
Tyypillisiä laadunvarmistustoimenpiteitä ovat silmämääräinen tarkastus, AOI (tarvittaessa), sähköiset jatkuvuus- ja oikosulkutestit sekä toiminnallinen testaus asiakkaan niin vaatiessa.
Noudata tavanomaisia välystä ja jäljen leveyttä koskevia sääntöjä, reititä minimoidaksesi ristikkäisyydet (koska toista kerrosta ei ole) ja jätä tilaa läpivientirei'ille ja tyynyille - vahvista Fab DRC ja minimit.