PCB monofaccia (1L)
La scheda più semplice, più rapida e più economica che esista: rame su una sola faccia, nessun foro metallizzato da collegare. Ecco esattamente come viene prodotta una scheda monofaccia, di cosa è fatta, come progettarla bene e quali classi IPC e tolleranze si applicano.
Rame su una faccia, substrato sull'altra
Una scheda monofaccia ha rame conduttore su una sola faccia del substrato: l'altra faccia è FR4 nudo. Tutti i componenti sono montati e saldati sulla faccia in rame; i terminali dei componenti a foro passante attraversano la scheda ma terminano su una piazzola di quell'unico strato di rame. Non c'è un secondo strato di rame da collegare, quindi non esiste alcuna fase di metallizzazione dei fori: è la maggiore semplificazione di processo rispetto a qualsiasi altro tipo di scheda di questo sito, ed è esattamente il motivo per cui la monofaccia è l'opzione più rapida ed economica da produrre.
Poiché tutto deve essere instradato su un solo piano, è il layout stesso a fare più lavoro: la collocazione dei componenti, i ponticelli di cablaggio e un disegno di massa studiato sostituiscono un secondo strato o un piano interno. È una vera disciplina di progetto, non solo «l'opzione economica», e per un'enorme gamma di prodotti è davvero la scelta giusta.
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Il processo di produzione, passo per passo
Ogni fase qui si svolge su una sola faccia di rame: non c'è un secondo strato da metallizzare, allineare o collaudare, e questo mantiene brevi i tempi delle schede monofaccia.
Preparazione del pannello
Il laminato FR4 ramato viene tagliato alle dimensioni del pannello e pulito da olio, polvere e ossido, in modo che il fotoresist aderisca correttamente nella fase successiva.
Esposizione
Una pellicola di fotoresist viene applicata sul rame, esposta ai raggi UV attraverso la fotomaschera del circuito e poi sviluppata per rivelare esattamente il disegno da incidere o da proteggere.
Gravure
L'incisione chimica asporta tutto il rame non protetto, lasciando solo le piste volute del circuito; il resist residuo viene poi rimosso.
Foratura
Vengono praticati i fori per i terminali dei componenti e per il fissaggio. Su una scheda monofaccia sono semplici fori meccanici senza parete di rame: non c'è un secondo strato a cui un foro metallizzato dovrebbe collegarsi.
Solder mask
Una solder mask fotosensibile liquida viene applicata sulla faccia in rame, poi esposta e sviluppata per lasciare libere piazzole e fori, proteggendo le piste.
Serigrafia
Le sigle di riferimento, i segni di polarità e qualsiasi testo di legenda necessario vengono stampati sulla faccia componenti.
Finitura superficiale
Una finitura saldabile e resistente all'ossidazione viene applicata su ogni piazzola di rame esposta, in modo che la successiva saldatura dei componenti sia affidabile.
Fresatura del contorno
Le singole schede vengono fresate o ritagliate dal pannello di produzione secondo il contorno finale.
Test elettrico
Continuità e isolamento vengono verificati net per net: più semplice che su una scheda multistrato, perché c'è un solo piano di rame da controllare, ma comunque collaudato su ogni singola scheda.
Controllo finale
Un controllo finale visivo e dimensionale rispetto al disegno di produzione, prima dell'imballaggio.
FR4, spessore del rame e finitura
Il substrato è FR4 — un tessuto di fibra di vetro legato da una resina epossidica ignifuga, scelto per la resistenza meccanica, l'assorbimento d'acqua quasi nullo e l'isolamento elettrico stabile. La temperatura di transizione vetrosa (Tg) — il punto in cui la resina inizia ad ammorbidirsi — determina la sollecitazione termica che tollera: una Tg standard (~130–140°C) basta per la maggior parte dei progetti monofaccia di largo consumo; una Tg più alta conta davvero solo quando l'assemblaggio scalda di più o sono previsti più cicli termici.
| Spessore rame | Spessore | Uso tipico |
|---|---|---|
| 0,5 oz | ≈17,5 µm | Progetti solo segnale a passo fine |
| 1 oz | ≈35 µm | Piste di segnale standard: il valore predefinito per la maggior parte delle schede |
| 2 oz | ≈70 µm | Piste di potenza, driver LED: ovunque la corrente conti |
Poiché le schede monofaccia sono spesso proprio il tipo di progetto alimentatore/driver LED che ha bisogno di corrente vera, lo spessore del rame è una delle poche scelte di materiale che merita di essere decisa deliberatamente e non per abitudine: ogni pista di una scheda monofaccia è, per definizione, una pista di strato esterno, il che le dà circa il doppio della portata di corrente per unità di larghezza rispetto a una pista di strato interno interrata di una scheda multistrato (secondo il modello del fattore k della IPC-2221). La finitura superficiale è tipicamente HASL-LF per i lavori monofaccia sensibili al costo — buona saldabilità al prezzo più basso — con l'ENIG come alternativa abituale dove servono una superficie più piana o una conservazione più lunga.
Regole di layout e DFM per schede monofaccia
Un solo strato di rame significa che è il layout stesso a dover fare il lavoro che altrimenti farebbe un secondo strato o un piano interno.
Classi IPC e norme di qualità
Anche il tipo di scheda più semplice è qualificato e ispezionato secondo lo stesso quadro IPC di una scheda a 6 strati, solo di fronte a un insieme di caratteristiche più semplice.
| Classe IPC-6012 | Uso tipico |
|---|---|
| Classe 1 | Prodotti elettronici generali: apparecchi di consumo a vita limitata, funzione semplice |
| Classe 2 | Elettronica a servizio dedicato: la soglia di fatto del settore per la maggior parte delle produzioni commerciali |
| Classe 3 | Elettronica ad alta affidabilità: medicale, militare/aerospaziale, dove il guasto non è un'opzione |
IPC-A-600 definisce i criteri di accettazione visivi/dimensionali associati a ciascuna classe: lo stato del materiale di base, la copertura della solder mask, larghezza/distanza dei conduttori, lo stato dei fori non metallizzati e dei bordi sono tutti giudicati rispetto ad essa. IPC-2221 è la norma di progettazione generica alla base dei calcoli larghezza-pista-contro-corrente; per il rame di strato esterno (quello che sono sempre le piste monofaccia), il suo coefficiente di portata di corrente è circa il doppio di quello di una pista di strato interno di un multistrato a parità di sezione.
Le nostre specifiche reali per schede monofaccia
Quanto sopra è prassi generale del settore. Ecco cosa produciamo realmente, internamente, a Iași.
| Spessore della scheda | 0,51 – 2,4 mm |
| Spessore del rame | 18 / 35 / 50 / 70 µm |
| Temperatura di transizione vetrosa (Tg) | 135 °C standard, 150 °C o 170 °C su richiesta |
| Pista / distanza minima | 0,15 mm / 0,15 mm |
| Foratura minima | 0,3 mm (piazzola 0,5 mm) |
| Pannello massimo (1–2 strati) | 390 × 520 mm |
| Solder mask | Verde, bianco, nero, rosso, blu, giallo |
| Finitura superficiale | HASL-LF (senza piombo, conforme RoHS) |
| Tests | Test elettrico al 100% (cortocircuiti e circuiti aperti, flying probe) e ispezione AOI su ogni scheda |
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