Printed circuit board (PCB) ditemukan di hampir semua jenis perangkat elektronik. Jika ada komponen elektronik di suatu peralatan, mereka juga tertanam dalam berbagai ukuran PCB. Selain untuk memperbaiki berbagai bagian kecil, fungsi utama dari PCB adalah untuk menyediakan sambungan listrik antar komponen. Ketika peralatan elektronik menjadi semakin kompleks, semakin banyak bagian yang dibutuhkan, dan kabel dan bagian pada PCB menjadi semakin padat. PCB standar terlihat seperti ini. Bare Board (tanpa bagian di atasnya) juga sering disebut sebagai “Printed Wiring Board (PWB).

Substrat papan itu sendiri terbuat dari bahan yang diisolasi dan tahan terhadap tekukan. Bahan garis kecil yang bisa dilihat di permukaan adalah foil tembaga. Awalnya, foil tembaga ditutupi di seluruh papan, dan bagian tengah tergores dalam proses pembuatan, dan bagian yang tersisa menjadi jaringan garis-garis kecil. Garis-garis ini disebut konduktor atau konduktor dan digunakan untuk menyediakan sambungan listrik ke bagian-bagian pada PCB.

Untuk mengamankan bagian ke PCB, kami menyolder pinnya langsung ke kabel. Pada PCB dasar, bagian-bagiannya terkonsentrasi di satu sisi dan kabel terkonsentrasi di sisi lain. Jadi kita perlu membuat lubang di papan agar pin dapat melewati papan ke sisi lain, sehingga pin bagian dilas ke sisi lain. Karena itu, sisi depan dan belakang PCB masing-masing disebut Sisi Komponen dan Sisi Solder.

Jika ada bagian pada PCB yang dapat dilepas atau dipasang kembali setelah pembuatan, Soket akan digunakan untuk memasang bagian tersebut. Karena soket dilas langsung ke papan, bagian-bagiannya dapat dibongkar secara sewenang-wenang. Steker ZIF (Zero InserTion Force) memungkinkan suku cadang dimasukkan dan dilepas dengan mudah. Tuas di sebelah soket dapat menahan komponen di tempatnya setelah Anda memasukkannya.

Untuk menghubungkan dua PCB satu sama lain, konektor tepi biasanya digunakan. Jari emas berisi sejumlah bantalan tembaga telanjang yang sebenarnya merupakan bagian dari kabel PCB. Biasanya, untuk menghubungkan, kita memasukkan jari emas pada satu PCB ke dalam Slot yang sesuai (biasa disebut Slot ekspansi) pada PCB lainnya. Di komputer, kartu tampilan, kartu suara, dan kartu antarmuka serupa terhubung ke motherboard melalui jari emas.

Warna hijau atau coklat pada PCB adalah warna dari solder mask. Lapisan ini adalah pelindung isolasi yang melindungi kawat tembaga dan mencegah bagian dilas ke tempat yang salah. Layar sutra lain akan dicetak pada lapisan ketahanan solder. Biasanya dicetak dengan kata-kata dan simbol (kebanyakan putih) untuk menunjukkan posisi bagian-bagian di papan tulis. Permukaan sablon juga dikenal sebagai permukaan ikon

Legenda).

Papan satu sisi

Seperti yang kami sebutkan, pada PCB dasar, bagian-bagiannya terkonsentrasi di satu sisi dan kabel terkonsentrasi di sisi lain. Karena kabel hanya muncul di satu sisi, kami menyebutnya JENIS PCB satu sisi. Karena panel tunggal memiliki banyak batasan ketat pada desain sirkuit (karena hanya ada satu sisi, kabel tidak dapat bersilangan dan harus mengambil jalur terpisah), hanya sirkuit awal yang menggunakan papan seperti itu.

Papan dua sisi

Papan sirkuit memiliki kabel di kedua sisi. Tetapi untuk menggunakan kedua kabel, harus ada sambungan listrik yang tepat antara kedua sisi. Ini “jembatan” antara sirkuit disebut lubang pemandu (VIA). Lubang pemandu adalah lubang kecil pada PCB yang diisi atau dilapisi logam yang dapat dihubungkan dengan kabel di kedua sisinya. Karena panel ganda memiliki dua kali luas panel tunggal, dan karena kabel dapat dijalin (dapat dililitkan ke sisi lain), lebih baik untuk sirkuit yang lebih kompleks daripada panel tunggal.

Papan multi-layer

Untuk meningkatkan area yang dapat disambungkan, lebih banyak papan kabel satu atau dua sisi digunakan. Papan multilayer menggunakan beberapa panel ganda, dan lapisan insulasi ditempatkan di antara setiap panel dan direkatkan (ditekan). Jumlah lapisan papan mewakili beberapa lapisan kabel independen, biasanya jumlah lapisan genap, termasuk dua lapisan terluar. Kebanyakan motherboard dibuat dengan empat hingga delapan lapisan, tetapi secara teknis dimungkinkan untuk membuat hingga 100 lapisan PCB. Kebanyakan superkomputer besar menggunakan beberapa lapisan motherboard, tetapi tidak digunakan lagi karena dapat digantikan oleh kelompok komputer biasa. Karena lapisan dalam PCB sangat terintegrasi, tidak selalu mudah untuk melihat nomor sebenarnya, tetapi jika Anda melihat lebih dekat pada motherboard, Anda mungkin bisa.

Lubang pemandu (VIA) yang baru saja kami sebutkan, jika diterapkan pada panel ganda, harus melalui seluruh papan

Tetapi dalam multilayer, jika Anda hanya ingin menghubungkan beberapa garis, lubang pemandu mungkin membuang sebagian ruang garis di lapisan lain. vias terkubur dan vias buta menghindari masalah ini karena mereka hanya menembus beberapa lapisan. Lubang buta menghubungkan beberapa lapisan PCB internal ke permukaan PCB tanpa menembus seluruh papan. Lubang yang terkubur hanya terhubung ke PCB internal, sehingga cahaya tidak terlihat dari permukaan.

Dalam PCB multilayer, seluruh lapisan terhubung langsung ke kabel ground dan catu daya. Jadi kami mengklasifikasikan layer sebagai Signal, Power atau Ground. Jika bagian-bagian pada PCB membutuhkan catu daya yang berbeda, mereka biasanya memiliki lebih dari dua lapisan daya dan kawat.

Teknologi pengemasan bagian

Melalui Teknologi Lubang

Teknik menempatkan bagian di satu sisi papan dan mengelas pin ke sisi lain disebut enkapsulasi “Through Hole Technology (THT)”. Bagian ini memakan banyak ruang dan satu lubang dibor untuk setiap pin. Jadi sambungan mereka benar-benar mengambil ruang di kedua sisi, dan sambungan solder relatif besar. Di sisi lain, bagian THT terhubung lebih baik ke PCB daripada bagian Surface Mounted Technology (SMT), yang akan kita bicarakan nanti. Soket seperti soket berkabel dan antarmuka serupa harus tahan terhadap tekanan, sehingga biasanya merupakan paket THT.

Teknologi Pemasangan Permukaan

Untuk bagian Surface Mounted Technology (SMT), pin dilas pada sisi yang sama dengan bagian tersebut. Teknik ini tidak mengebor lubang di PCB untuk setiap pin.

Bagian perekat permukaan bahkan dapat dilas di kedua sisi.

SMT juga memiliki bagian yang lebih kecil dari THT. Dibandingkan dengan PCB dengan bagian THT, PCB dengan teknologi SMT jauh lebih padat. Suku cadang paket SMT juga lebih murah daripada THT. Jadi tidak mengherankan bahwa sebagian besar PCB saat ini adalah SMT.

Karena sambungan solder dan pin bagian sangat kecil, sangat sulit untuk mengelasnya secara manual. Namun, mengingat perakitan saat ini sepenuhnya otomatis, masalah ini hanya akan terjadi saat memperbaiki suku cadang.

Proses desain

Dalam desain PCB, sebenarnya ada langkah-langkah yang sangat panjang yang harus dilalui sebelum pemasangan kabel formal. Berikut ini adalah proses desain utama:

Spesifikasi sistem

Pertama-tama, spesifikasi sistem peralatan elektronik harus direncanakan. Ini mencakup fungsionalitas sistem, kendala biaya, ukuran, operasi dan sebagainya.

Diagram blok fungsi sistem

Langkah selanjutnya adalah membuat diagram blok fungsional dari sistem. Hubungan antara kotak juga harus ditandai.

Bagi sistem menjadi beberapa PCB

Membagi sistem menjadi beberapa PCB tidak hanya mengurangi ukuran, tetapi juga memberi sistem kemampuan untuk meningkatkan dan menukar bagian. Diagram blok fungsi sistem memberikan dasar untuk segmentasi kami. Komputer, misalnya, dapat dibagi menjadi motherboard, kartu tampilan, kartu suara, drive floppy disk, catu daya, dan sebagainya.

Tentukan metode pengemasan yang akan digunakan dan ukuran setiap PCB

Setelah teknologi dan jumlah sirkuit yang digunakan untuk setiap PCB telah ditentukan, langkah selanjutnya adalah menentukan ukuran papan. Jika desainnya terlalu besar, maka teknologi pengemasan harus diubah, atau dibagi ulang tindakannya. Kualitas dan kecepatan diagram sirkuit juga harus dipertimbangkan saat memilih teknologi.

Gambarkan diagram sirkuit skematik dari semua PCB

Rincian interkoneksi antara bagian-bagian harus ditunjukkan dalam sketsa. PCB di semua sistem harus dijelaskan, dan kebanyakan dari mereka menggunakan CAD (Computer Aided Design) saat ini. Berikut adalah contoh desain CircuitMakerTM.

Diagram skema sirkuit PCB

Desain awal operasi simulasi

Untuk memastikan bahwa diagram rangkaian yang dirancang berfungsi, terlebih dahulu harus disimulasikan menggunakan perangkat lunak komputer. Perangkat lunak tersebut dapat membaca cetak biru dan menunjukkan cara kerja rangkaian dalam banyak cara. Ini jauh lebih efisien daripada benar-benar membuat sampel PCB dan kemudian mengukurnya secara manual.

Tempatkan bagian-bagian pada PCB

Cara bagian ditempatkan tergantung pada bagaimana mereka terhubung satu sama lain. Mereka harus terhubung ke jalur dengan cara yang paling efisien. Pengkabelan yang efisien berarti pengkabelan yang sesingkat mungkin dan lapisan yang lebih sedikit (yang juga mengurangi jumlah lubang pemandu), tetapi kita akan kembali ke hal ini dalam pengkabelan yang sebenarnya. Berikut adalah tampilan bus pada PCB. Penempatan penting agar setiap bagian memiliki kabel yang sempurna.

Uji kemungkinan pemasangan kabel dengan operasi yang benar pada kecepatan tinggi

Beberapa perangkat lunak komputer saat ini dapat memeriksa apakah penempatan setiap komponen dapat dihubungkan dengan benar, atau memeriksa apakah dapat beroperasi dengan benar pada kecepatan tinggi. Langkah ini disebut mengatur bagian, tetapi kita tidak akan membahasnya terlalu jauh. Jika ada masalah dengan desain sirkuit, suku cadang juga dapat diatur ulang sebelum sirkuit diekspor ke lapangan.

Ekspor sirkuit pada PCB

Sambungan dalam sketsa sekarang akan terlihat seperti kabel di lapangan. Langkah ini biasanya sepenuhnya otomatis, meskipun perubahan manual biasanya diperlukan. Di bawah ini adalah template kawat untuk 2 laminasi. Garis merah dan biru masing-masing mewakili lapisan bagian PCB dan lapisan pengelasan. Teks putih dan kotak mewakili tanda pada permukaan sablon. Titik dan lingkaran merah mewakili lubang pengeboran dan pemandu. Di paling kanan kita bisa melihat jari emas pada permukaan pengelasan PCB. Komposisi akhir dari PCB ini sering disebut sebagai Karya Seni Kerja.

Setiap desain harus sesuai dengan seperangkat aturan, seperti celah minimum antara garis, lebar garis minimum, dan batasan praktis serupa lainnya. Spesifikasi ini bervariasi sesuai dengan kecepatan sirkuit, kekuatan sinyal yang akan ditransmisikan, sensitivitas sirkuit terhadap konsumsi daya dan kebisingan, dan kualitas material dan peralatan manufaktur. Jika kekuatan arus meningkat, ketebalan kawat juga harus meningkat. Untuk mengurangi biaya PCB, sekaligus mengurangi jumlah lapisan, perlu juga memperhatikan apakah peraturan ini masih dipenuhi. Jika lebih dari 2 lapisan diperlukan, lapisan daya dan lapisan tanah biasanya digunakan untuk menghindari sinyal transmisi pada lapisan sinyal terpengaruh, dan dapat digunakan sebagai pelindung lapisan sinyal.

Kawat setelah tes sirkuit

Untuk memastikan bahwa saluran bekerja dengan benar di belakang kawat, itu harus lulus tes akhir. Tes ini juga memeriksa koneksi yang salah, dan semua koneksi mengikuti diagram skematik.

Tetapkan dan arsipkan

Karena saat ini ada banyak alat CAD untuk mendesain PCB, produsen harus memiliki profil yang memenuhi standar sebelum dapat membuat papan. Ada beberapa spesifikasi standar, tetapi yang paling umum adalah spesifikasi Gerber Files. Satu set file Gerber mencakup rencana setiap sinyal, daya dan lapisan tanah, rencana lapisan ketahanan solder dan permukaan sablon, dan file pengeboran dan pemindahan tertentu.

Masalah kompatibilitas elektromagnetik

Perangkat elektronik yang tidak dirancang sesuai spesifikasi EMC cenderung memancarkan energi elektromagnetik dan mengganggu peralatan di sekitar. EMC memberlakukan batas maksimum pada interferensi elektromagnetik (EMI), medan elektromagnetik (EMF) dan interferensi frekuensi radio (RFI). Peraturan ini dapat memastikan pengoperasian normal peralatan dan peralatan terdekat lainnya. EMC memberlakukan batasan ketat pada jumlah energi yang dapat dihamburkan atau ditransmisikan dari satu perangkat ke perangkat lainnya, dan dirancang untuk mengurangi kerentanan terhadap EMF eksternal, EMI, RFI, dan sebagainya. Dengan kata lain, tujuan pengaturan ini adalah untuk mencegah energi elektromagnetik masuk atau keluar dari perangkat. Ini adalah masalah yang sangat sulit untuk dipecahkan, dan biasanya diselesaikan dengan menggunakan lapisan daya dan pentanahan, atau memasukkan PCB ke dalam kotak logam. Lapisan daya dan arde melindungi lapisan sinyal dari gangguan, dan kotak logam bekerja sama baiknya. Kami tidak akan terlalu jauh membahas masalah ini.

Kecepatan maksimum sirkuit tergantung pada kepatuhan EMC. EMI internal, seperti rugi arus antara konduktor, meningkat seiring dengan meningkatnya frekuensi. Jika perbedaan arus antara keduanya terlalu besar, pastikan untuk memperpanjang jarak di antara keduanya. Ini juga memberitahu kita bagaimana menghindari tegangan tinggi dan meminimalkan konsumsi arus dari rangkaian. Tingkat penundaan kabel juga penting, jadi semakin pendek panjangnya, semakin baik. Jadi PCB kecil dengan kabel yang baik akan bekerja lebih baik pada kecepatan tinggi daripada PCB besar.