Standar kerataan PCB sangat penting untuk kinerja yang baik. Lengkungan dan puntiran adalah cara papan sirkuit cetak dapat melengkung. Lengkungan terjadi ketika papan melengkung sepanjang panjangnya. Puntiran terjadi ketika sudut-sudutnya berada pada ketinggian yang berbeda. Masalah-masalah ini dapat menyulitkan perakitan dan mengganggu kinerja PCB. Standar IPC-6011 menyatakan bahwa sirkuit harus seimbang dan dibangun sama di kedua sisi. Ini membantu mencegah lengkungan dan puntiran. Ketika berat tembaga 3 oz/ft² atau lebih, aturan yang lebih ketat diperlukan. Kontrol kerataan menjaga PCB tetap stabil dan menghilangkan kebutuhan akan komponen pendukung tambahan.
Bow and twist mengubah seberapa datar pcb dan memutuskan apakah papan sirkuit cetak akan lolos aturan industri yang ketat.
Ringkasan Utama
Lengkungan dan puntiran membuat PCB melengkung, yang dapat mengganggu kinerjanya. Penting untuk mengendalikan lengkungan dan puntiran. – Menggunakan alat IPC-TM-650 dapat memeriksa kerataan PCB sejak dini. Ini membantu menemukan masalah dengan cepat dan memastikan papan sirkuit mengikuti aturan. – Membuat PCB dengan tembaga yang rata dan titik-titik komponen yang presisi membantu mencegah lengkungan dan puntiran saat pembuatannya. – Memilih material yang baik dan ketebalan yang tepat menjaga PCB tetap kuat. Hal ini mengurangi kemungkinan PCB melengkung karena panas atau air. – Komunikasi yang baik antara produsen dan pelanggan membantu menyelesaikan masalah lebih cepat dan membuat PCB lebih baik.
Standar Kerataan PCB
Busur dan Putar
Kerataan PCB berarti seberapa halus dan rata papan tersebut. Lengkungan dan puntiran adalah penyebab utama papan kehilangan kerataannya. Lengkungan terjadi ketika keempat sudut menyentuh meja, tetapi bagian tengahnya naik. Puntiran terjadi ketika tiga sudut bersentuhan, tetapi salah satu sudutnya lebih tinggi atau lebih rendah. Masalah ini dapat muncul selama proses pembuatan papan, terutama setelah pemanasan. Lengkungan bisa mencapai 0.47 mm, dan berubah seiring dengan bahan papan dan suhu. Puntiran terjadi ketika papan berputar sepanjang diagonalnya, sehingga salah satu sudutnya naik atau turun.
Lengkungan dan puntiran tidak mengikuti pola normal. Material yang berbeda dan panas selama penyolderan menyebabkan perubahan ini. Orang-orang menggunakan cara khusus untuk memeriksa lengkung dan puntiran. Mereka memeriksa papan, menggunakan alat perataan, dan terkadang pemindaian 3D. Aturan seperti IPC-TM-650 2.4.22 menjelaskan cara mengukur dan menerima papan untuk lengkung dan puntiran.
Tabel di bawah ini menunjukkan lengkungan dan putaran maksimum yang diizinkan untuk setiap jenis papan:
Jenis Papan | Busur dan Putaran Maksimum (%) |
|---|---|
Dengan Perangkat Pemasangan Permukaan | 0.75% |
Tanpa SMD | 1.5% |
Batasan ini berasal dari aturan IPC 2422-1 dan IPC 2422-2. Aturan ini memastikan papan berfungsi dengan baik, meskipun sedikit bengkok.
Mengapa Kerataan Itu Penting
Kerataan sangat penting bagi kinerja PCB. Lengkungan dan lilitan dapat menyulitkan pemasangan komponen pada papan. Jika papan tidak rata, komponen mungkin tidak terpasang dengan benar, dan solder mungkin tidak menempel dengan baik. Hal ini dapat menyebabkan sirkuit terbuka atau titik lemah.
Studi menunjukkan PCB datar lebih awet dan berfungsi lebih baik. Terlalu banyak lengkungan atau puntiran memberi tekanan pada sambungan solder. Cara Anda mengencangkan papan, seperti di mana Anda memasang baut, akan memengaruhi seberapa besar lengkungannya. Baut yang ditempatkan jauh dari bagian penting membantu sambungan solder lebih awet. Jika baut menyambungkan PCB dengan benda yang memuai secara berbeda terhadap panas, sambungan solder dapat putus hingga 60% lebih cepat. Pengujian dan model komputer menunjukkan bahwa rencana dukungan akan mengubah lokasi retakan dan lamanya sambungan solder bertahan.
Para peneliti menemukan bahwa PCB yang lebih datar memberikan hasil yang lebih baik dalam pembuatan papan. Papan dengan koplanaritas yang lebih rendah memiliki lebih sedikit masalah solder. Misalnya, pada koplanaritas 0.177 mm, kemungkinan solder terbuka sekitar 1%. Papan yang lulus uji biasanya lebih datar daripada yang gagal. Posisi papan pada panel dan bagaimana papan tersebut patah juga penting, tetapi keseimbangan tembaga dan materialnya tidak banyak mengubah keadaan.
Kontrol lengkung dan putar bukan sekadar mengikuti aturan. Kontrol ini membantu setiap papan sirkuit cetak berfungsi dengan baik dan lebih awet dalam kehidupan nyata.
Metode Pengukuran
IPC-TM-650
Insinyur menggunakan berbagai cara untuk memeriksa kerataan papan sirkuit cetak. Standar IPC-TM-650 menjelaskan cara menguji lengkungan dan puntiran. Untuk melakukannya, papan diletakkan di permukaan yang datar. Kemudian, titik tertinggi dan terendah diukur. Biasanya, mereka menggunakan alat atau kamera khusus untuk ini. Beberapa alat yang umum digunakan adalah moiré bayangan, proyeksi pinggiran, dan pengukuran confocal. Alat-alat ini dapat mendeteksi perubahan ketinggian yang sangat kecil, terkadang sekecil 5 mikrometer. Beberapa desainer menginginkan pemeriksaan yang lebih presisi, misalnya 1 atau 3 mikrometer.
Untuk mengukur kerataan, Anda harus mengikuti beberapa langkah:
Panggang papan terlebih dahulu untuk membuang airnya.
Cat papan dengan warna putih agar kamera dapat melihat lebih baik.
Potong papan agar pas di dalam oven.
Letakkan termokopel di dekat, tetapi tidak di dalam, area pengujian.
Gunakan panas yang naik perlahan, antara 0.5°C dan 1.0°C setiap detik.
Standar IPC-TM-650 juga menganjurkan untuk memeriksa panel besar sebelum memotongnya menjadi papan yang lebih kecil. Ini memastikan semua papan dalam kondisi baik sebelum disatukan.
Batasan yang Dapat Diterima
Ada aturan yang jelas tentang seberapa rata papan yang seharusnya. Angka yang tepat bergantung pada jenis papan dan bagaimana papan tersebut akan digunakan. Tabel di bawah ini menunjukkan batasan utama:
Jenis Papan | Batas Lengkungan dan Putaran (%) |
|---|---|
Papan sirkuit cetak pemasangan permukaan | 0.75 |
Jenis papan lainnya | 1.5 |
Papan juga harus memiliki ketebalan yang tepat dan tepi yang halus. Jika papan lebih tebal dari 31 mil, ketebalannya harus berada dalam kisaran ±10% dari ketebalan yang tepat. Papan yang lebih tipis hanya boleh melentur hingga ±3 mil. Jika papan melengkung lebih dari 0.75%, papan tersebut tidak cocok untuk sebagian besar pekerjaan. Aturan ini membantu memastikan papan berfungsi dengan baik saat dibuat dan digunakan.
Dengan mengikuti uji lengkung dan puntir ini, perusahaan dapat membuat papan yang memenuhi aturan dan tidak terlalu banyak mengalami kegagalan.
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kerataan PCB
Desain dan Tata Letak
Cara Anda mendesain dan menata PCB akan menentukan seberapa rata PCB tersebut. Para insinyur berusaha menjaga agar tembaga tetap rata di kedua sisinya. Jika salah satu sisi mengandung lebih banyak tembaga, papan dapat bengkok. Hal ini terjadi saat papan mendingin. Penumpukan yang seimbang membantu mencegah masalah ini. Trace dan plane ditempatkan untuk menyebarkan tegangan. Potongan atau slot yang besar dapat menciptakan titik lemah. Titik lemah ini membuat PCB lebih mungkin melengkung atau terpuntir selama laminasi. Lokasi penempatan komponen dan lubang juga penting. Pilihan desain yang baik membantu mencegah bengkok. Hal ini membuat PCB bekerja lebih baik dan lebih tahan lama.
Tip: Menjaga tembaga tetap rata dan menempatkan bagian-bagian di tempat yang tepat membantu menghentikan lengkungan dan puntiran saat membuat papan sirkuit.
Bahan dan Ketebalan
Material dan ketebalan yang Anda pilih menentukan seberapa rata PCB nantinya. Setiap material bereaksi berbeda terhadap panas dan air. FR4, Teflon, dan substrat fleksibel masing-masing memiliki karakteristik khusus. FR4 memiliki CTE sedang, tetapi CTE Teflon jauh lebih tinggi. Substrat fleksibel membutuhkan perawatan ekstra agar tetap rata. Ketika material ini menjadi panas selama laminasi, mereka akan mengembang dan menyusut dengan kecepatan yang berbeda. Hal ini dapat menyebabkan papan melengkung atau terpelintir.
Ketebalan papan juga sangat berpengaruh. Papan tipis lebih mudah bengkok atau terpuntir. Papan tebal tidak terlalu bengkok, tetapi bisa terlalu kaku. Tabel di bawah ini menunjukkan bagaimana material dan ketebalan memengaruhi kerataan dan toleransi:
Parameter | Uraian Teknis | Dampak pada Kerataan dan Toleransi PCB |
|---|---|---|
Jenis Bahan | FR4, Teflon, Substrat Fleksibel | CTE yang berbeda membuat papan melengkung atau menyusut; Teflon lebih sulit untuk tetap rata, substrat yang fleksibel memerlukan perawatan khusus |
Kisaran Ketebalan (mm) | 0.2-0.4 | Toleransi ±0.1mm; papan tebal kehilangan fleksibilitas, papan tipis lemah |
Kisaran Ketebalan (mm) | 0.5-1.0 | Toleransi ±0.2mm; papan tebal memperlambat sinyal kecepatan tinggi, papan tipis tidak stabil |
Kisaran Ketebalan (mm) | 1.0-1.5 | Toleransi ±0.3mm; papan tebal sulit dipasang, papan tipis bisa pecah |
Efek Ekspansi Termal | FR4 (14-16 ppm/°C), Teflon (30-40 ppm/°C), Polimida (10-20 ppm/°C) | CTE yang lebih tinggi berarti lebih banyak lengkungan, yang merusak kerataan |
Faktor Lingkungan | Suhu, Kelembaban | Panas dan air membuat papan tumbuh, menyusut, atau melengkung |
Proses manufaktur | Tekanan termal penyolderan reflow | Pendinginan yang tidak merata membuat papan bengkok dan komponen bergerak |
Insinyur memilih material dan ketebalan berdasarkan kebutuhan PCB. Mereka juga mempertimbangkan bagaimana pilihan ini memengaruhi lengkungan dan puntiran selama pembuatan dan penggunaan papan.
Jumlah Lapisan
Jumlah lapisan pada PCB memengaruhi tingkat kelengkungannya. Semakin banyak lapisan berarti semakin banyak langkah laminasi. Setiap langkah menggunakan panas dan tekanan. Langkah-langkah ini dapat membuat papan melengkung atau terpuntir jika tidak seimbang. Semakin banyak lapisan berarti semakin besar tekanannya. Jika lapisan-lapisan tersebut tidak memiliki ketebalan atau jenis yang sama, papan dapat melengkung setelah laminasi.
Desainer menggunakan susunan rata untuk membantu hal ini. Mereka mencocokkan lapisan di atas dan di bawah bagian tengah. Ini menjaga papan tetap rata selama proses laminasi. Jika susunannya tidak rata, papan dapat melengkung selama proses laminasi. Merencanakan jumlah lapisan dan susunan membantu mencegah lengkungan dan puntiran.
Proses Manufaktur
Cara pembuatan PCB akan mengubah tingkat kerataannya di akhir. Setiap langkah, seperti laminasi dan penyolderan, dapat menyebabkan masalah. Laminasi menggunakan panas dan tekanan untuk merekatkan lapisan-lapisan. Jika panas atau tekanan tidak merata, papan dapat bengkok. Pendinginan yang tidak merata setelah laminasi juga menyebabkan pembengkokan. Selama penyolderan reflow, papan menjadi panas kembali. Panas ini dapat menyebabkan papan bengkok, terutama jika material tumbuh dengan kecepatan yang berbeda.
Produsen menggunakan langkah-langkah cermat untuk mencegah masalah ini. Mereka memantau panas dan tekanan selama laminasi. Mereka memanggang papan sebelum menyolder untuk mengeringkannya. Langkah-langkah ini membantu mencegah lengkungan dan puntiran. Tim memeriksa kerataan berkali-kali selama proses pembuatan. Pemeriksaan awal menemukan masalah sebelum langkah berikutnya. Kontrol proses yang baik menjaga PCB tetap rata dan mengurangi risiko masalah.
Catatan: Menjaga proses tetap stabil selama pembuatan dan laminasi sangat penting untuk mencegah lengkungan dan puntiran pada setiap pcb.
Memastikan Kepatuhan PCB
Praktik Terbaik
Produsen menggunakan berbagai cara untuk menjaga kerataan PCB. Mereka memilih permukaan akhir seperti ENIG atau ENEPIG. Lapisan akhir ini membantu bantalan tetap rata dan kuat. Masker solder film kering dapat membuat papan sangat rata, hingga 5-7 mikrometer. Para insinyur merancang tumpukan yang sama di kedua sisi. Mereka menyeimbangkan tembaga untuk mencegah lengkungan dan puntiran. Titik-titik tembaga yang kosong diisi agar pelapisan tetap rata. Selama laminasi, mereka memantau panas dan tekanan untuk mencegah lengkungan. Tabel di bawah ini mencantumkan beberapa angka penting:
Aspek | Detail / Tolok Ukur Numerik |
|---|---|
Batasan Warpage IPC | 0.1% untuk papan Kelas 3; 0.05% untuk Kelas 4; 0.2% untuk Kelas 1 |
Ketebalan inti | 1.6 mm membantu panel besar tetap kaku jika lebih dari 400 mm |
Distribusi Tembaga | Tembaga yang seimbang menurunkan risiko lengkungan sebesar 15-20% |
Pemilihan Bahan | FR-4 Tg Tinggi (>170°C) atau polimida (hingga 260°C) memotong ekspansi sekitar 20% |
Kiat: Bekerja sama dengan pembuat sejak awal dan membuat papan uji cepat dapat menemukan hingga 80% masalah kerataan sebelum membuat banyak papan.
Komunikasi Produsen-Pelanggan
Komunikasi yang baik antara pembuat dan pelanggan membantu kepatuhan PCBKedua belah pihak harus menyepakati aturan kerataan sebelum membuat papan. Berbagi rencana penumpukan, pilihan material, dan langkah-langkah laminasi akan mencegah kejutan. Produsen dapat menunjukkan hasil uji komputer untuk menjelaskan bagaimana PCB akan bekerja selama perakitan. Pelanggan harus memberi tahu produsen tentang masalah apa pun yang ditemukan selama pengujian. Kerja sama tim ini membantu meningkatkan desain dan langkah-langkah pembuatan.
Pertemuan rutin membuat semua orang mendapat informasi terkini.
Berbagi hasil dan sampel pengujian membantu memperbaiki masalah dengan cepat.
Berbicara tentang masalah dalam membuat prospek menuju perbaikan lebih cepat.
Mengatasi Masalah
Ketika masalah kerataan muncul, tim mengikuti langkah-langkah untuk memperbaikinya. Pertama, mereka memeriksa apakah tembaga seimbang dan susunannya rata. Selanjutnya, mereka memeriksa apakah material dan ketebalan yang digunakan tepat. Jika laminasi atau penyolderan menyebabkan masalah, mereka mengubah pengaturan proses. Terkadang, mereka menggunakan penyangga khusus selama perakitan agar papan tidak bengkok. Studi kasus menunjukkan bahwa mencoba desain baru atau mengubah cara pemasangan komponen dapat mengatasi masalah yang sulit. Misalnya, sebuah proyek sensor di Eropa mendapatkan kerataan yang lebih baik dengan menguji tiga desain baru. Hal ini membantu mereka membuat lebih banyak papan. Dalam perangkat medis, membuat banyak papan uji dan mendapatkan bantuan desain menghasilkan hasil yang lebih baik dan papan yang lebih kuat.
Tim yang menemukan masalah lebih awal dan memperbaiki prosesnya memiliki lebih sedikit masalah kerataan dan kinerja pcb yang lebih baik.
Mengetahui standar PCB dan faktor-faktor yang memengaruhi kualitas membantu para insinyur menghasilkan produk yang baik. Desain yang baik, pemilihan material yang tepat, dan langkah-langkah yang cermat akan mencegah papan melengkung. Hal ini juga membantu penempatan komponen pada papan dengan lebih baik. Tabel di bawah ini menunjukkan dua cara untuk memotong papan. Tabel ini menjelaskan bagaimana masing-masing cara mengubah tepi dan tegangan:
Aspek | Stamp Hole Depaneling | V-Scoring Depaneling |
|---|---|---|
Biaya Pemrosesan | Murah dan mudah dilakukan | Mahal dan butuh lebih banyak pekerjaan |
Kualitas Depaneling | Tepinya kasar dan perlu dipangkas | Tepinya halus dan terlihat bagus |
Tekanan Depaneling | Tidak banyak tekanan, bagus untuk bagian yang rapuh | Banyak tekanan, jadi ada bagian yang butuh perlindungan |
Fleksibilitas desain | Bekerja untuk banyak bentuk dan desain | Hanya berfungsi untuk bentuk sederhana dan teratur |
Skenario yang Cocok | Cocok untuk pekerjaan kecil dan papan uji | Paling cocok untuk membuat banyak papan yang harus rata |
Untuk bantuan lebih lanjut, silakan periksa aturan IPC-6012 dan IPC-2221. Memeriksa papan secara berkala dan bekerja sama akan membantu semua orang mendapatkan hasil yang lebih baik.
FAQ (Pertanyaan Umum)
Apa yang menyebabkan PCB kehilangan kerataannya?
Banyak hal yang dapat membuat PCB tidak rata. Jika tembaga tidak tersebar merata, papan dapat bengkok. Pemilihan material yang salah juga dapat menimbulkan masalah. Panas selama proses pembuatan papan dapat menyebabkan lengkungan atau puntiran. Desainer dan produsen harus memperhatikan hal-hal ini agar papan tetap rata.
Bagaimana teknisi mengukur kerataan PCB?
Insinyur menggunakan alat khusus untuk memeriksa kerataan. Beberapa alat tersebut antara lain shadow moiré, fringe projection, dan confocal measurement. Mereka mengikuti aturan dari IPC-TM-650. Papan diletakkan di atas meja datar. Kemudian mereka memeriksa titik tertinggi dan terendah. Ini membantu memastikan papan cukup baik untuk digunakan.
Apa yang terjadi jika PCB gagal memenuhi standar kerataan?
PCB yang tidak rata dapat menyebabkan masalah. Komponen-komponennya mungkin tidak pas di papan. Sambungan solder dapat melemah dan putus. Hal ini dapat menyebabkan papan berhenti berfungsi atau tidak tahan lama. Produsen harus memperbaiki masalah ini sebelum menggunakan papan.
Bisakah perubahan desain meningkatkan kerataan PCB?
Ya, perubahan desain dapat membantu menjaga papan tetap rata. Insinyur menyeimbangkan lapisan tembaga dan memilih material yang baik. Mereka merencanakan susunannya agar rata. Mereka tidak menggunakan potongan besar dan menempatkan komponen di tempat yang tepat. Langkah-langkah ini membantu mencegah lengkungan dan puntiran saat membuat papan.
