1. Pengenalan Lubang PCB
PCB, atau papan sirkuit cetak, adalah komponen atau blok penyusun yang sangat penting untuk pembuatan sirkuit yang di dalamnya berbagai komponen sirkuit dihubungkan. Namun, faktor terpenting untuk merancang dan menangani semua komponen pada papan PCB adalah berbagai jenis lubang yang dibuat dengan menggunakan berbagai teknik dan proses. Setiap jenis lubang memiliki proses pembuatan dan kinerja kerjanya sendiri. Fungsi utama lubang adalah untuk memudahkan komponen dipasang pada papan, menyediakan sambungan listrik yang kuat dan andal serta kekuatan struktural untuk papan PCB. Dalam tutorial ini, kami akan membahas berbagai jenis lubang PCB yang penting untuk desain dan produksi PCB yang akurat sesuai dengan tuntutan proyek. Jadi, mari kita mulai!
2. Jenis Lubang PCB
2.1 Lubang-Lubang Berlapis (PTH)
Dilapisi melalui lubang, juga dikenal sebagai pelapisan tembaga tanpa listrik. Lubang-lubang ini dibor melalui papan dan dilapisi dengan bantuan tembaga, yang merupakan bahan konduktif. Timah atau emas digunakan untuk pelapisan lapisan yang membantu membuat sambungan antara lapisan papan PCB.
Fungsi lubang-lubang ini adalah untuk membuat sambungan listrik antara berbagai lapisan papan PCB atau komponen yang terhubung ke papan. Lubang-lubang ini juga membantu dalam menyediakan resistansi rendah untuk kabel komponen dan kabel tembaga serta meningkatkan stabilitas mekanis perakitan PCB.
Lubang-lubang berlapis juga berguna untuk membuat sambungan kuat antara papan dua sisi atau lapisan papan berlapis.
Kegunaan utama PTH adalah pada pelapisan tembaga resin, pelapisan tembaga, atau pelapisan tembaga berlian.
2.2 Lubang Tembus Tanpa Pelapis (NPTH)
Pada jenis lubang PCB ini, tidak ada tembaga yang digunakan sebagai pelapis pada dinding lubang; akibatnya, lubang laras tidak memiliki sifat konduktif atau fitur listrik. Lubang laras paling baik digunakan jika papan dilengkapi dengan jalur tembaga di satu sisi, tetapi lubang laras bukan pilihan yang baik untuk papan berlapis ganda karena penggunaan lubang ini mengurangi jumlah lapisan papan.
Namun, pembuatan lubang-lubang ini merupakan proses yang mudah dan cepat serta digunakan untuk membuat lubang perkakas untuk memasang papan pada titik kerja. Lubang-lubang ini juga dibuat untuk sekrup atau komponen seperti baut, untuk mengamankan dan digunakan sebagai penyerap panas untuk pembuangan panas.
2.3Setengah lubang
Setengah lubang pada papan PCB, juga disebut lubang setengah pelat atau lubang berbenteng, sebagian dibor melalui lubang yang dibuat di tepi papan, dan lubang ini digiling setengahnya. Lubang ini digunakan untuk menyolder PCB lain pada papan utama. Dengan kata sederhana, buat sambungan antara dua papan terpisah, dan ini adalah bagian utama dari sambungan komponen berdensitas tinggi. Untuk sambungan Bluetooth pada papan lain, lubang tembus pelat digunakan.
2.3 Lubang Via
Tujuan utama lubang via adalah untuk membuat sambungan listrik yang kuat untuk berbagai lapisan papan PCB dan juga untuk digunakan untuk sambungan komponen lubang tembus berlapis, dll. Sambungan berbagai lapisan papan multilayer melalui via membantu memperlancar aliran sinyal antara lapisan dan komponen yang terhubung.
Vias Buta
Vias buta pada papan dibuat dari lapisan atas atau bawah ke lapisan dalam dan tidak menembus sepenuhnya papan seperti vias berlapis. Dalam tampilan ini, kita tidak dapat melihat sisi lain papan.
Via ini dibuat dengan menggunakan proses pengeboran mekanis, dan terkadang laser digunakan untuk mengebor via buta. Untuk pengeboran via jenis ini, pastikan dimensinya akurat. Meskipun prosesnya sulit, kita dapat mengebor via buta langsung di papan.
Penggunaan utama vias buta adalah untuk membuat sambungan ke satu lapisan luar dengan minimal satu lapisan dalam. Rasio aspek untuk vias ini adalah 1:1 atau lebih besar.
Via buta merupakan bagian dari manufaktur PCB HDI, tetapi pastikan bahwa papan yang memiliki via buta tidak selalu merupakan PCB HDI.
Jalan terkubur
Vias yang terkubur dibuat di antara lapisan internal papan PCB, dan ini tidak terlihat dari sisi luar papan. Tujuan utama vias ini adalah untuk membuat sambungan antara 2 atau lebih lapisan dalam. Untuk setiap tingkat sambungan, tentukan lubang sebagai file bor terpisah.
Rasio aspek untuk via terkubur adalah 1:12 atau lebih besar.
Berdasarkan standar IPC, diameter yang direkomendasikan untuk via buta dan via terkubur tidak lebih besar dari 6 mil.
Via bertumpuk
Vias tumpuk adalah vias buta atau vias terkubur yang digunakan untuk membuat sambungan antara lapisan papan yang berbeda untuk lebih dari tiga lapisan sirkuit. Vias tumpuk dilengkapi dengan dua atau lebih vias yang dikonfigurasikan satu sama lain yang melintasi banyak lapisan papan.
Penggunaan utama vias bertumpuk adalah pada papan multilayer dan juga pada papan HDI. Desain vias bertumpuk dibuat sedemikian rupa sehingga setiap vai dalam tumpukan dikonfigurasikan dengan satu lapisan internal papan.
Fitur utama vias ini adalah menyediakan sambungan listrik yang berkesinambungan di berbagai lapisan. Proyek-proyek dengan ruang terbatas tetapi desain yang rumit menggunakan vias bertumpuk.
Vias yang berjenjang
Vias yang disusun bertingkat dibuat ketika vias lapisan papan PCB yang berbeda dihubungkan tetapi tidak saling tumpang tindih. Vias yang disusun bertingkat memiliki banyak vias dalam sambungan tersebut yang tidak memiliki sambungan langsung karena sumbu bor berbeda.
Vias yang disusun bertingkat membentuk pola zig-zag pada papan saat kita melihat papan dari sisi mana pun. Penggunaan utama vias yang disusun bertingkat adalah pada papan HDI dan PCB multilayer.
Lewati Vias
Via ini melewati banyak lapisan papan tetapi tidak memiliki sambungan listrik dengan lapisan mana pun. Vias lompat dapat berupa vias tumpang tindih, vias buta, atau vias terkubur. Vias ini penting bagi papan HDI untuk membuat sirkuit yang ringkas dan rumit. Vias lompat membuat sambungan listrik vertikal antara lapisan papan yang membuat pengepakan komponen padat dan mengurangi panjang jalur sinyal.
Vias-di-Pad
Via pada pad merupakan jenis via PCB yang kurang umum, dan dalam desain ini, via dibuat langsung di bawah pad komponen pemasangan permukaan daripada merutekan jejak di sekitar pad. Via menghubungkan pad komponen pada lapisan atas dengan lapisan dalam papan.
Fitur utama yang membantu penggunaan vias ini adalah kemudahan dalam pengaturan rute dan kontrol induktansi parasit. Kerugiannya adalah pada saat reflow, pasta solder melewati vias dan memengaruhi penyolderan pada bantalan PCB.
2.4 Lubang Pemasangan
Lubang pemasangan dibuat di PCB untuk menyediakan titik pemasangan papan dengan sasis. Lubang ini berukuran lebih besar daripada jenis lubang papan lainnya dan biasanya dibuat di sudut papan. Untuk membuat sambungan yang kuat dan stabil antara papan dan komponen pemasangan, bantalan tembaga dipasang di sekitar lubang pemasangan.
2.5 Lubang Countersink dan Lubang Counterbore
Lubang counterbore dibuat untuk baut atau sekrup dan dilengkapi dengan kepala beralas datar yang berukuran lebih besar dibandingkan dengan desain sekrup. Lubang ini dilengkapi dengan 2 lubang berdiameter, diameter yang lebih besar di bagian atas untuk menahan kepala sekrup dan diameter yang lebih kecil untuk menahan badan sekrup atau baut.
Countersink digunakan untuk aplikasi yang mengharuskan sekrup memiliki kepala yang meruncing. Lubang-lubang ini dibuat pada sudut kerucut yang sesuai dengan lancip bagian atas kepala sekrup yang membantu sekrup agar terpasang rata pada permukaan papan. Untuk membuat countersink, biasanya digunakan mata bor 82 atau 90 derajat.
gambar Lubang Countersink dan Lubang Counterbore
2.6 Lubang Fiducial (Lubang Penyelarasan)
Lubang fiducial, yang disebut lubang penyelarasan, adalah lubang berukuran kecil dan jelas yang dibor pada papan yang digunakan sebagai titik referensi untuk peralatan manufaktur otomatis. Fitur utamanya adalah menyediakan penyelarasan yang akurat pada berbagai fase, seperti penyambungan komponen, proses stensil, dan pengujian, yang memastikan semua komponen pada papan tersambung secara akurat untuk perakitan papan.
Gambar: Lubang fiducial
2.7 Jenis Lubang PCB Khusus
- Lubang Stempel
Lubang stempel, juga disebut lubang breakaway, adalah lubang berukuran kecil yang dibuat secara berurutan atau berderet dengan tepi setiap papan sirkuit di panel. Lubang-lubang ini tampak seperti tepi stempel, sehingga dikenal sebagai lubang stempel. Penggunaan utama lubang-lubang ini adalah untuk depanelisasi PCB. Dalam proses depanelisasi, satu papan dipisahkan dari panel yang lebih besar. Proses tersebut digunakan untuk meningkatkan efisiensi produksi dan mengurangi biaya.
3. Pertimbangan Desain Lubang PCB
Banyak faktor yang harus dipertimbangkan untuk desain lubang PCB yang tercantum di sini.
Ukuran Lubang & Rasio Aspek
Nilai ukuran lubang didasarkan pada teknik pengeboran dan jumlah lapisan papan. Rasio kedalaman lubang terhadap diameter lubang disebut rasio aspek.
| Teknik Pengeboran | Min. Diameter lubang | Rasio Aspek Maks. |
| Pengeboran Mekanik | 0.2 mm | 10:1 |
| Pengeboran Laser (Microvias) | 0.075 mm | 1: 1 ke 1.5: 1 |
| Etsa kimia | ~50 µm | ~1:1 |
| EDM (Pelepasan Listrik) | 0.1 mm | 5:1 |
| Pengeboran Ultrasonik | 0.2 mm | 5:1 |
Toleransi Pengeboran & Detail Cincin Annular
Cincin melingkar adalah tembaga yang menutupi lubang berlapis. Jika lebar cincin tidak sesuai, hal ini akan menyebabkan masalah pada keandalan papan.
| Ukuran Lubang (mm) | Toleransi Pengeboran (± mm) | Cincin Cincin Minimum (mm) |
| ≤ 0.3 | ± 0.025 | 0.1 |
| 0.3 - 0.6 | ± 0.05 | 0.15 |
| > 0.6 | ± 0.075 | 0.2 |
Ketebalan Pelapisan untuk PTH & Vias
Ketebalan pelapisan sesuai dengan persyaratan desain memberikan kekuatan mekanis yang baik untuk papan dan konduktivitas listrik.
| Lubang | Ketebalan Pelapisan Tembaga | Standar |
| Pelat Lubang-Tembus (PTH) | 25 – 50 m | IPC-6012 |
| Mikrovia (HDI) | 5 – 25 m | IPC-6016 |
| Buta/Terkubur Melalui | 15 – 30 m | IPC-6012 |
| Vias-di-Pad | 25 – 50 µm (terisi, berlapis) | IPC-4761 |
Bahan
Penggunaan material papan juga mempengaruhi akurasi lubang
| Bahan | Fitur Pengeboran |
| FR-4 | Memiliki fitur pengeboran yang mudah dan dapat dengan mudah menangani semua jenis lubang |
| FR-4 TG Tinggi | Untuk membuat lubang pada material ini lebih kuat digunakan mata bor |
| PCB aluminium | Perutean CNC atau bor khusus digunakan untuk membuat lubang pada papan ini. |
| PCB keramik | pengeboran ultrasonik atau laser digunakan untuk membuat lubang di papan keramik |
| PCB fleksibel | etsa kimia atau pengeboran laser digunakan |
4. Fungsi Lubang PCB
Konektivitas Listrik Antar Lapisan
Penggunaan utama lubang pada papan PCB adalah untuk membuat sambungan listrik antar lapisan PCB. Lubang tembus seperti itu membantu menyalurkan sinyal dan daya dari satu sisi papan ke sisi lain.
Via buta, terkubur, dan tembus membantu membuat sambungan multilapis untuk papan PCB HDI.
Untuk transmisi sinyal berkecepatan tinggi dalam berbagai desain kompak, mikro via digunakan.
Pemasangan Komponen
Terutama untuk penyambungan komponen pada papan teknologi pemasangan melalui lubang, atau THT menggunakan lubang berlapis untuk penyolderan kabel komponen dan penyisipan ke dalam lubang.
Lubang PCB juga membuat sambungan yang kuat dengan papan dibandingkan dengan SMT. Lubang paling cocok untuk sambungan komponen berdaya tinggi seperti konektor dan kapasitor.
Disipasi panas
Lubang PCB juga menangani pembuangan panas yang dihasilkan dari berbagai komponen di papan dan menghindari panas berlebih. Via termal membantu mengalirkan panas dari komponen yang dipanaskan ke heat sink. Sementara via di pad meningkatkan pembuangan panas melalui pengendalian resistansi termal.
5. Masalah Umum dengan Lubang PCB dan Cara Menghindarinya
Kesalahan Penyelarasan Lubang
- Pada posisi pengeboran lubang patahan ini, tidak sesuai dengan persyaratan dan mengakibatkan kesalahan penyambungan bantalan komponen dan lapisan dalam. Kesalahan ini disebabkan oleh pemutusan sambungan listrik atau teknik penyolderan yang tidak tepat.
- Hal ini juga terjadi akibat pemuaian bahan papan pada saat pembuatan.
- Untuk menghindari masalah ini, gunakan tanda fiducial di titik-titik yang ditentukan dan gunakan material berkualitas untuk menghindari pemuaian/penyusutan.
- Jika Anda bekerja pada papan multilapis, gunakan fitur pemeriksaan penyelarasan sinar-X.
Cincin Anular Tidak Cukup
- Pada kesalahan ini, bantalan tembaga di sekitar lubang tidak memenuhi persyaratan atau berukuran kecil yang memengaruhi fitur mekanis dan elektrik. Akibatnya, sirkuit terbuka atau sambungan solder lemah terbentuk di papan.
- Untuk mengatasi masalah ini, tetapkan detail annular. Gunakan ukuran bantalan yang tepat untuk ketidaksejajaran kecil.
Lubang Bor yang Tumpang Tindih
- Pada kesalahan ini, banyak lubang bor yang saling tumpang tindih, sehingga menghasilkan desain papan yang buruk. Akibatnya, terjadi kebocoran dan delaminasi tembaga.
- Hal ini terjadi karena konfigurasi lubang yang tidak tepat pada desain papan.
- Gunakan jarak lubang yang tepat dan mata bor yang lebih besar untuk menghindari tumpang tindih.
Ukuran Lubang yang Salah
- Pada kesalahan ini, lubang berukuran lebih besar dan lebih kecil dan memengaruhi ketepatan pemasangan komponen. Kesalahan ini berdampak pada fitur penyolderan dan sambungan listrik.
- Kesalahan ini disebabkan oleh kesalahan ukuran bor pada berkas Gerber dan ketebalan pelapisan yang salah.
- Untuk mengatasi masalah ini, ikuti ukuran lubang standar sesuai dengan nilai yang ditentukan, dan atur ketebalan pelapisan.
Kesimpulan
Lubang PCB adalah komponen utama untuk desain PCB dan cara kerja yang tepat di semua perangkat dan proyek elektronik. Lubang-lubang ini penting untuk menyediakan sambungan listrik antara berbagai lapisan papan dan kekuatan mekanis. Ada berbagai jenis lubang PCB, seperti lubang tembus tanpa pelat, lubang tembus berlapis, dan lubang via seperti via lubang tembus, via buta, via terkubur, mikrovia, dll. Masing-masing memiliki fitur dan pentingnya sendiri untuk desain dan cara kerja papan PCB. Setiap jenis lubang PCB memiliki desain dan fiturnya sendiri, tetapi tujuan utama yang digunakan dalam papan adalah untuk membuat sambungan listrik antara lapisan PCB, pemasangan komponen, dan membuat sambungan dengan komponen eksternal di papan. Papan PCB lama sebagian besar memiliki lubang tembus berlapis untuk memasang komponen lubang tembus, dan dengan tingginya permintaan untuk papan berdensitas tinggi sekarang berarti produsen menggunakan komponen pemasangan permukaan yang bukan lubang tembus berlapis. Untuk via miniatur berdensitas tinggi, bor dengan laser digunakan.
