Panduan Pemilihan Material PCB

Bagian terpenting dari elektronika adalah papan sirkuit cetak (PCB). Selain itu, akronim tersebut juga mencakup papan kabel cetak dan kartu kabel cetak, yang pada dasarnya adalah hal yang sama. Karena peran penting papan ini dalam segala hal mulai dari komputer hingga kalkulator, pemilihan bahan papan PCB harus dilakukan dengan hati-hati dan berdasarkan pengetahuan untuk kebutuhan listrik dari peralatan tertentu.

Sebelum PCB dikembangkan, bahan papan sirkuit sebagian besar ditutupi oleh tumpukan kabel yang saling tumpang tindih dan dapat dengan mudah rusak pada titik-titik tertentu. Kabel-kabel tersebut juga dapat mengalami korsleting saat usia bertambah dan kabel-kabel tertentu mulai retak. Seperti yang dapat diduga, proses manual yang digunakan untuk memasang kabel pada papan-papan awal ini membingungkan dan melelahkan.

Seiring dengan semakin beragamnya komponen elektronik sehari-hari yang mulai bergantung pada papan sirkuit, muncullah persaingan untuk mengembangkan alternatif yang lebih sederhana dan lebih ringkas, dan hal ini mengarah pada pengembangan material, PCB. Dengan material PCB, sirkuit dapat dirutekan di antara sejumlah komponen yang berbeda. Logam yang memfasilitasi pemindahan arus antara papan dan komponen yang terpasang dikenal sebagai solder, yang juga memiliki fungsi ganda dengan kualitas perekatnya.

Komposisi Bahan PCB

Komposisi PCB umumnya terdiri dari empat lapisan, yang dilaminasi panas menjadi satu lapisan. Material yang digunakan dalam PCB meliputi lapisan-lapisan berikut dari atas ke bawah:

• Layar sutra

• Masker Solder

• Tembaga

• Substrat

Lapisan terakhir, substrat, terbuat dari fiberglass dan juga dikenal sebagai FR4, dengan huruf FR yang berarti "tahan api". Lapisan substrat ini menyediakan fondasi yang kuat untuk PCB, meskipun ketebalannya dapat bervariasi sesuai dengan penggunaan papan tertentu.

Berbagai papan yang lebih murah juga tersedia di pasaran yang tidak menggunakan bahan PCB yang disebutkan sebelumnya, tetapi terdiri dari fenolik atau epoksi. Karena sensitivitas termal papan ini, laminasinya cenderung mudah hilang. Papan yang lebih murah ini sering kali mudah dikenali dari baunya saat disolder.

Lapisan kedua PCB adalah tembaga, yang dilaminasi ke substrat dengan campuran panas dan perekat. Lapisan tembaga tipis, dan pada beberapa papan, ada dua lapisan seperti itu — satu di atas dan satu di bawah substrat. PCB dengan hanya satu lapisan tembaga cenderung digunakan untuk perangkat elektronik yang lebih murah.

Laminasi berlapis tembaga (CCL) yang banyak digunakan dapat diklasifikasikan ke dalam berbagai kategori menurut berbagai standar klasifikasi, termasuk bahan penguat, perekat resin yang digunakan, sifat mudah terbakar, dan kinerja CCL.

Di atas soldermask hijau terdapat lapisan silkscreen, yang menambahkan huruf dan indikator numerik yang membuat PCB dapat dibaca oleh programmer teknologi. Hal ini, pada gilirannya, memudahkan perakit elektronik untuk menempatkan setiap PCB di tempat yang tepat dan arah yang benar pada setiap komponen. Lapisan silkscreen biasanya berwarna putih, meskipun warna seperti merah, kuning, abu-abu, dan hitam juga terkadang digunakan.

Istilah Teknis Lapisan PCB

Selain memahami bagaimana PCB berlapis, penting juga untuk mengetahui istilah teknis berikut yang menyertai penggunaan PCB:

• Cincin melingkar. Cincin tembaga yang mengelilingi lubang pada PCB.

• DRC. Singkatan dari design rule check. Pada dasarnya, DRC adalah praktik di mana desain PCB diperiksa fungsinya. Rincian yang diperiksa meliputi lebar jejak dan lubang bor.

• Drill hit. Digunakan untuk menggambarkan semua lubang pada PCB, baik yang benar maupun yang salah tempat. Dalam beberapa kasus, lubang mungkin sedikit salah karena peralatan pengeboran tumpul yang digunakan selama produksi.

• Jari. Logam yang terlihat di sepanjang tepi papan yang berfungsi sebagai titik penghubung antara dua PCB. Jari paling sering ditemukan pada permainan video dan kartu memori lama.

• Bit mouse. Bagian papan yang telah dibor secara berlebihan hingga mengancam integritas struktural PCB.

• Pad. Area logam yang terbuka pada PCB, yang biasanya ditempeli potongan yang disolder.

• Panel. Papan sirkuit besar yang terdiri dari papan-papan kecil, yang pada akhirnya dipisahkan untuk penggunaan individual. Alasan praktik ini adalah untuk menghilangkan kesulitan yang dialami oleh para operator saat menangani papan-papan kecil.

• Stensil tempel. Stensil logam pada papan, yang di atasnya ditempelkan pasta untuk disolder.

• Bidang. Bagian tembaga yang lebih besar yang terekspos pada PCB, yang ditandai dengan batas tetapi tidak memiliki jalur.

• Lubang tembus berlapis. Lubang yang menembus PCB secara langsung, biasanya untuk tujuan menghubungkan komponen lain. Lubang tersebut berlapis dan biasanya memiliki cincin melingkar.

• Slot. Setiap lubang yang tidak berbentuk lingkaran. PCB dengan slot sering kali memiliki harga yang tinggi karena biaya produksi untuk membuat lubang berbentuk ganjil pada papan sirkuit. Slot biasanya tidak dilapisi pelat.

• Pemasangan di permukaan. Metode pemasangan komponen eksternal secara langsung ke papan tanpa menggunakan lubang tembus.

• Jejak. Garis tembaga yang terus menerus melintasi PCB.

• V-score. Bagian papan yang terpotong sebagian. Hal ini dapat membuat PCB rentan patah.

• Via. Sebuah lubang tempat sinyal bergerak di antara lapisan. Via terlihat dalam versi yang bertenda dan tidak bertenda. Versi yang bertenda ditutupi dengan soldermask pelindung, sedangkan via yang tidak bertenda digunakan untuk pemasangan konektor.

Angka yang mendahului lapisan mengacu pada jumlah pasti lapisan penghantar, baik itu lapisan routing atau lapisan bidang — kedua jenis lapisan tersebut. Lapisan cenderung memiliki angka 1, atau salah satu dari empat angka genap berikutnya: 2, 4, 6, 8. Papan lapisan terkadang memiliki angka ganjil, tetapi angka ini jarang dan hampir tidak akan membuat perbedaan. Misalnya, bahan PCB pada papan 5 lapis atau 6 lapis akan hampir identik.

Kedua jenis lapisan tersebut memiliki fungsi yang berbeda. Lapisan routing memiliki jalur. Lapisan bidang berfungsi sebagai konektor daya dan memiliki bidang tembaga. Lapisan bidang juga memiliki pulau yang menentukan tujuan pensinyalan papan, baik itu 3.3 V atau 5 V.

FR4 adalah nama kode untuk lembaran laminasi epoksi yang diperkuat kaca. Karena kekuatannya, serta kemampuannya menahan kelembapan dan api, FR4 merupakan salah satu bahan PCB yang paling populer.

Pertimbangan Desain PCB Tambahan

Angka seperti 1.6 mm digunakan untuk menunjukkan ketebalan papan lapis. Pada papan 4 lapis, 1.6 mm adalah ukuran standar. Ketebalan adalah hal yang perlu diperhatikan saat memilih papan untuk perangkat. Papan dengan ketebalan lebih besar, misalnya, akan memberikan dukungan lebih saat objek penghubung yang berat perlu ditopang.

Tingkat standar ketebalan tembaga pada lapisan datar adalah 35 mikron. Atau, ketebalan tembaga terkadang ditunjukkan dalam ons atau gram. Sebaiknya gunakan ketebalan tembaga yang lebih tinggi dari biasanya pada papan yang mendukung banyak aplikasi.

Trek tidak dimaksudkan untuk mentransfer daya, tetapi ini terkadang dapat terjadi saat sinyal tidak menangani frekuensi dengan benar. Jika masalah ini tidak diatasi, trek dapat kehilangan daya dalam jumlah besar. Untuk mendapatkan daya sebanyak mungkin yang dipindahkan dari satu sisi trek ke sisi lainnya, tata letak trek harus memperhitungkan persamaan transmisi.

Secara umum, dua inci adalah jarak lintasan yang tepat pada papan lapis yang terdiri dari bahan PCB FR4 dengan lintasan tembaga, dengan ketentuan bahwa waktu sinyal adalah satu nanodetik. Akan tetapi, Anda juga harus memperhitungkan efek saluran transmisi untuk panjang lintasan yang tinggi, terutama jika integritas sinyal sangat penting. Internet penuh dengan program dan lembar kerja yang dirancang untuk membantu orang membuat perhitungan impedansi yang tepat untuk papan lapis tertentu.

Pada sebagian besar papan, vias kosong, dan Anda biasanya dapat melihat langsung melaluinya. Meskipun demikian, ada berbagai keadaan di mana vias dapat diisi. Sebagai permulaan, vias perlu diisi untuk membentuk penghalang pelindung dari debu dan kotoran lainnya. Kedua, vias dapat diisi untuk meningkatkan daya dukung arus, dalam hal ini bahan penghantar dapat digunakan. Alasan lain mengapa vias dapat diisi adalah untuk meratakan papan.

Vias biasanya diisi dengan potongan ball grid array (BGA). Jika terjadi kontak antara pin BGA dan lapisan dalam, solder dapat menyelinap melalui via dan ke lapisan yang berbeda. Oleh karena itu, vias diisi untuk memastikan solder tidak bocor ke lapisan lain, dan integritas kontak dipertahankan sebagaimana mestinya.

Salah satu kejadian yang paling merepotkan pada papan lapisan adalah ketika kontak putus dan putus di beberapa titik sepanjang papan. Semakin sering hal ini terjadi, semakin cepat bagian papan tersebut akan rusak sepenuhnya. Pengguna elektronik rumah tangga pada umumnya akan mengalami masalah ini ketika salah satu tombol pada kalkulator berhenti bekerja. Setiap tombol menekan bagian tertentu dari papan lapisan, dan ketika satu titik rusak, tombol yang berhubungan dengan titik tersebut tidak dapat mengirimkan sinyalnya.

Cara lain kontak dapat terhapus di tempat tertentu adalah ketika slot kartu sekunder dipasang pada motherboard. Jika kartu tidak ditangani dengan baik, salah satu tempat di sepanjang kartu dapat rusak dan tidak dapat berfungsi lagi. Cara terbaik untuk melindungi permukaan papan yang saling bersentuhan adalah dengan menggunakan lapisan emas, yang berfungsi sebagai penghalang yang meningkatkan kehidupan. Namun, emas bisa mahal, dan penggunaannya di tab menambahkan langkah lain dalam proses fabrikasi PCB.

Masker Solder PCB

Warna yang paling dikenal orang ketika berbicara tentang motherboard adalah hijau, warna soldermask. Meskipun tidak terlalu umum, soldermask terkadang juga muncul dalam warna lain, seperti merah atau biru. Soldermask juga dikenal dengan akronim LPISM, yang merupakan singkatan dari liquid photo imageable soldermask. Tujuan soldermask adalah untuk mencegah kebocoran solder cair. Dalam beberapa tahun terakhir, kejadian ini menjadi lebih umum karena kurangnya soldermask. Namun, menurut sebagian besar pengguna, umumnya lebih menyukai papan yang memiliki soldermask daripada papan yang tidak.

Setelah soldermask diaplikasikan pada PCB, PCB akan disolder dengan solder cair. Saat proses ini berlangsung, permukaan tembaga yang terbuka akan disolder. Ini semua adalah bagian dari proses yang dikenal sebagai hot air solder leveling (HASL). Saat chip SMD disolder, papan dipanaskan hingga solder berubah menjadi bentuk cair dan komponen-komponen akan diletakkan pada tempatnya. Saat solder mengering, komponen-komponen juga akan disolder. HASL biasanya menyertakan timbal sebagai salah satu senyawa dalam solder, meskipun ada juga pilihan yang bebas timbal.

Jarak antar lebar lintasan ditunjukkan dengan tanda hubung. Misalnya, saat Anda melihat angka 6/6 mil, itu akan menentukan 6 mil sebagai lebar lintasan minimum, serta jarak lintasan minimum. Oleh karena itu, semua jarak pada papan yang dimaksud harus memenuhi atau melebihi 6 mil. Bagi yang belum tahu, satuan mil digunakan untuk menentukan jarak pada material PCB. Lebar dan jarak sangat penting jika menyangkut papan yang dirancang untuk menangani arus dalam jumlah besar.

Bila papan PCB berlapis-lapis, berbagai trek tidak dapat diperiksa secara visual untuk mengetahui aksesibilitasnya. Oleh karena itu, dilakukan pengujian dengan menempatkan probe di ujung trek untuk memverifikasi semua sinyal dapat dijangkau. Pengujian dilakukan dengan penerapan voltase dari satu ujung. Jika voltase ini terdeteksi dari sisi lain, trek dianggap berfungsi dengan baik. Meskipun pengujian tidak selalu penting pada papan dengan hanya satu atau dua lapisan, pengujian tetap disarankan jika Anda benar-benar peduli dengan kualitas.

Via yang menghubungkan lapisan dalam dan luar dikenal sebagai via buta. Nama tersebut berasal dari fakta bahwa via tersebut hanya dapat dilihat dari satu sisi. Via yang menghubungkan dua atau lebih lapisan dalam dikenal sebagai via terkubur, yang tidak dapat dilihat dari luar di kedua sisi. Pada papan yang berisi via buta dan terkubur, pengisian via sering digunakan. Hal ini menjaga permukaan luar lebih aman dan membantu mengurangi kemungkinan solder menyelinap dan menembus via dalam.

Pemilihan Material yang Mempengaruhi Biaya

PCB biasanya lebih mahal jika mengandung fitur seperti tab emas, via tersembunyi atau terkubur, atau via filling. Demikian pula, PCB dengan jarak garis/lebar di bawah 6 mil juga cenderung lebih mahal. Alasan harga yang lebih tinggi ini adalah proses alternatif yang digunakan untuk memproduksi papan PCB yang tidak biasa. Dengan alasan yang sama, produksi PCB tertentu ternyata tidak begitu menguntungkan atau sukses jika mil rendah atau via dalam ditampilkan, dan harga yang lebih tinggi ditetapkan untuk menutup kerugian. Ada pabrik pembuat yang memproduksi PCB dengan ukuran garis/lebar serendah 3 mil, tetapi ini umumnya tidak direkomendasikan kecuali jika itu satu-satunya pilihan Anda untuk komponen tertentu.

Dampak Daya dan Panas pada Pemilihan Material PCB

Dari semua faktor yang memengaruhi PCB, dua faktor yang paling intensif adalah daya dan panas. Oleh karena itu, sangat penting untuk menentukan ambang batas untuk masing-masing faktor, yang dapat dilakukan dengan menilai konduktivitas termal PCB. Ini menentukan bagaimana daya watt diubah menjadi suhu melalui panjang material. Namun, tidak ada nilai konduktivitas termal yang ditetapkan secara industri.

Misalnya, Rogers Corp. menyediakan material PCB, RT/duroid 5880, yang sering digunakan dalam EW dan komunikasi. Konstanta dielektrik material ini rendah, karena merupakan material komposit yang mengandung elemen kaca berserat mikro. Serat mikro ini berfungsi untuk meningkatkan kekuatan serat dalam material.

Karena konstanta dielektrik yang rendah ini, PCB sangat ideal untuk aplikasi yang menggunakan frekuensi tinggi. Namun, karena konduktivitas termal material yang rendah, PCB dapat dengan mudah memanas, yang dapat menjadi kelemahan besar dalam aplikasi yang membutuhkan banyak panas.

Bahan PCB dan Aplikasi Industri

Untuk aplikasi di industri militer dan kedirgantaraan, otomotif, dan medis, PCB diproduksi dalam berbagai jenis sisi tunggal maupun ganda, beberapa di antaranya dilapisi tembaga dan yang lainnya menggunakan aluminium. Di masing-masing industri ini, material digunakan untuk kinerja maksimum di area tertentu. Dengan demikian, material PCB dipilih berdasarkan kualitasnya yang ringan di industri tertentu atau berdasarkan kemampuannya untuk menangani daya dalam jumlah besar di industri lain. Dengan demikian, ketika kemampuan kinerja diperhitungkan, penting untuk menentukan fungsi mana yang perlu dibandingkan satu sama lain saat memilih material PCB, karena tingkat material berkorelasi dengan tingkat kinerja.

Papan Fleksibel dan Papan Kaku-Fleksibel

Dalam beberapa tahun terakhir, papan fleksibel dan kaku-fleksibel semakin populer karena opsi yang tersedia untuk berbagai penggunaan. Pada dasarnya, papan ini dapat ditekuk, dilipat, dan bahkan dililitkan di sekitar objek, sehingga dapat digunakan untuk mencapai aplikasi yang tidak akan pernah mungkin dilakukan dengan papan sirkuit datar. Misalnya, papan fleksibel dapat digunakan untuk peralatan yang mengharuskan papan dilipat pada sudut tertentu dan tetap mengalirkan arus dari satu ujung ke ujung lainnya tanpa perlu menghubungkan panel.

Mayoritas papan fleksibel di pasaran terdiri dari Kapton, film polimida yang dibuat oleh DuPont Corporation. Film ini memiliki kualitas seperti tahan panas, konsistensi dimensi, dan konstanta dielektrik hanya 3.6.

Kapton hadir dalam tiga versi Pyralux:

• Tahan api (FR)

• Tidak tahan api (NFR)

• Tanpa perekat / kinerja tinggi (AP)

Memilih Bahan Papan PCB – Kualitas Pertama

Dalam memilih bahan papan PCB, kualitas merupakan hal terpenting dalam konstruksi semua jenis papan, baik yang ditujukan untuk peralatan elektronik rumah tangga maupun peralatan industri. Komponen yang berisi papan sirkuit cetak bisa berukuran besar atau kecil, murah atau mahal, tetapi yang terpenting adalah bahwa barang tersebut menawarkan kinerja yang unggul selama masa pakainya.

Meskipun ada beberapa jenis material PCB yang digunakan pada papan tertentu, keandalan produk pada akhirnya menjadi hal yang dicari konsumen dan bisnis dalam produk yang menggunakan papan sirkuit. Tentu saja, material papan PCB juga harus cukup kuat untuk dapat disatukan, bahkan jika komponen terjatuh atau terbentur ke samping secara tidak sengaja.

Pada peralatan komputerisasi, misalnya, PCB yang tahan lama memastikan pembaruan perangkat keras dapat dilakukan tanpa merusak bahan papan PCB yang sudah ada sebelumnya. Hal yang sama berlaku untuk perangkat elektronik, gelombang mikro, dan perangkat rumah tangga lainnya yang mengandalkan teknologi PCB agar tetap berfungsi. Bahkan di fasilitas umum elektronik seperti ATM, PCB harus berfungsi tanpa gagal sehingga tombol akan berfungsi dan perintah akan dipahami tanpa penundaan.

At Wonderful PCB, kami menawarkan berbagai macam perlengkapan PCB dan layanan perakitan. Berkat pengalaman bisnis kami selama lebih dari 20 tahun dan teknologi inovatif, Wonderful PCB mampu menangani berbagai bahan laminasi dan bahan substrat termasuk FR4, Rogers, dll. yang paling populer dan banyak digunakan. Layanan kami telah digunakan oleh para insinyur di berbagai sektor industri, dengan tujuan unik dalam hal pengoperasian dan fungsionalitas komponen yang menggunakan PCB. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang layanan kami, kunjungi halaman ikhtisar dan kemampuan perakitan kami atau hubungi kami untuk mendapatkan penawaran harga instan hari ini.