Dalam hal teknologi modern, dunia berkembang dengan sangat cepat, dan pengaruhnya dapat dengan mudah berperan dalam kehidupan kita sehari-hari. Cara kita hidup telah berubah secara dramatis dan kemajuan teknologi ini telah menghasilkan banyak perangkat canggih yang bahkan tidak kita pikirkan 10 tahun yang lalu. Inti dari perangkat ini adalah teknik listrik, dan intinya adalah printed circuit board (PCB).

PCB biasanya berwarna hijau dan merupakan benda kaku dengan berbagai komponen elektronik di atasnya. Komponen-komponen ini dilas ke PCB dalam proses yang disebut “perakitan PCB” atau PCBA. PCB terdiri dari substrat yang terbuat dari fiberglass, lapisan tembaga yang membentuk jejak, lubang yang membentuk komponen, dan lapisan yang dapat di bagian dalam dan luar. Di RayPCB, kami dapat menyediakan hingga 1-36 lapisan untuk PROTOTIPE multi-lapisan dan 1-10 lapisan untuk beberapa batch PCB untuk produksi volume. Untuk PCB satu sisi dan dua sisi, ada lapisan luar tetapi tidak ada lapisan dalam.

The substrate and components are insulated with solder film and held together with epoxy resin.Topeng las bisa berwarna hijau, biru atau merah, seperti yang umum dalam warna PCB. Masker las akan memungkinkan komponen untuk menghindari hubungan arus pendek ke trek atau komponen lainnya.

Jejak tembaga digunakan untuk mentransfer sinyal elektronik dari satu titik ke titik lain pada PCB. Sinyal ini dapat berupa sinyal digital berkecepatan tinggi atau sinyal analog diskrit. Kabel ini dapat dibuat tebal untuk memberikan daya/daya untuk catu daya komponen.

Di sebagian besar PCB yang memberikan tegangan atau arus tinggi, ada bidang pentanahan yang terpisah. Komponen pada lapisan atas terhubung ke bidang GND internal atau lapisan sinyal internal melalui “Vias”.

Komponen dirakit pada PCB untuk memungkinkan PCB beroperasi seperti yang dirancang. Yang paling penting adalah fungsi PCB. Bahkan jika resistor SMT kecil tidak ditempatkan dengan benar, atau bahkan jika jalur kecil dipotong dari PCB, PCB mungkin tidak berfungsi. Oleh karena itu, penting untuk merakit komponen dengan cara yang benar. PCB saat merakit komponen disebut PCBA atau perakitan PCB.

Tergantung pada spesifikasi yang dijelaskan oleh pelanggan atau pengguna, fungsi PCB mungkin kompleks atau sederhana. Ukuran PCB juga bervariasi sesuai kebutuhan.

The PCB assembly process has both automatic and manual processes, which we will discuss.

Lapisan dan desain PCB

Seperti disebutkan di atas, ada beberapa lapisan sinyal di antara lapisan luar. Now we will discuss the types of outer layers and functions.

Pahami proses perakitan papan PCB dan rasakan pesona hijau PCBD

1 – Substrat: Ini adalah pelat kaku yang terbuat dari bahan FR-4 di mana komponennya “diisi” atau dilas. Ini memberikan kekakuan untuk PCB.

2- Lapisan tembaga: Kertas tembaga tipis diaplikasikan ke bagian atas dan bawah PCB untuk membuat jejak tembaga bagian atas dan bawah.

3- Masker las: Ini diterapkan pada lapisan atas dan bawah PCB. This is used to create non-conducting areas of the PCB and insulate the copper traces from each other to protect against short circuits. Masker las juga menghindari pengelasan bagian yang tidak diinginkan dan memastikan bahwa solder memasuki area untuk pengelasan, seperti lubang dan bantalan. Lubang-lubang ini menghubungkan komponen THT ke PCB sedangkan PAD digunakan untuk menahan komponen SMT.

4- Layar: Label putih yang kita lihat pada PCB untuk kode komponen, seperti R1, C1 atau beberapa deskripsi pada PCB atau logo perusahaan, semuanya terbuat dari lapisan layar. Lapisan layar memberikan informasi penting tentang PCB.

Ada 3 jenis PCB menurut klasifikasi substrat

1- Rigid PCB:

PCB adalah sebagian besar perangkat PCB yang kita lihat di berbagai jenis PCB. Ini adalah PCB yang keras, kaku dan kokoh, dengan ketebalan yang berbeda. Bahan utamanya adalah fiberglass atau “FR4” sederhana. FR4 adalah singkatan dari “flame retarder-4”. Karakteristik pemadaman sendiri dari FR-4 membuatnya berguna untuk penggunaan banyak perangkat elektronik industri hard-core. FR-4 memiliki lapisan tipis foil tembaga di kedua sisinya, juga dikenal sebagai laminasi berlapis tembaga. Laminasi berlapis tembaga Fr-4 terutama digunakan dalam power amplifier, catu daya mode switching, driver motor servo, dll. Di sisi lain, substrat PCB kaku lain yang biasa digunakan pada peralatan rumah tangga dan produk IT disebut PCB fenolik kertas. Mereka ringan, kepadatan rendah, murah dan mudah dilubangi. Kalkulator, keyboard, dan mouse adalah beberapa aplikasinya.

2- PCB fleksibel:

Terbuat dari bahan substrat seperti Kapton, PCB fleksibel dapat menahan suhu yang sangat tinggi dengan ketebalan 0.005 inci. Ini dapat dengan mudah ditekuk dan digunakan dalam konektor untuk perangkat elektronik yang dapat dikenakan, monitor LCD atau laptop, keyboard dan kamera, dll.

PCB inti 3-logam:

Selain itu, substrat PCB lain dapat digunakan seperti aluminium, yang sangat efisien untuk pendinginan.Jenis PCB ini dapat digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan komponen termal seperti led daya tinggi, dioda laser, dll.

Installation technology type:

SMT: SMT adalah singkatan dari “teknologi pemasangan permukaan”. Komponen SMT berukuran sangat kecil dan tersedia dalam berbagai paket seperti 0402,0603 1608 untuk resistor dan kapasitor. Demikian pula, untuk IC sirkuit terpadu, kami memiliki SOIC, TSSOP, QFP dan BGA.

Perakitan SMT sangat sulit dilakukan oleh tangan manusia dan dapat menjadi proses pemrosesan waktu, sehingga terutama dilakukan oleh robot penjemput dan penempatan otomatis.

THT: THT adalah singkatan dari teknologi melalui lubang. Komponen dengan lead dan kabel, seperti resistor, kapasitor, induktor, ic PDIP, trafo, transistor, IGBT, MOSFET, dll.

Komponen harus dimasukkan pada satu sisi PCB pada satu komponen dan ditarik oleh kaki di sisi lain, potong kaki dan dilas. Perakitan THT biasanya dilakukan dengan pengelasan tangan dan relatif mudah.

Prasyarat proses perakitan:

Sebelum fabrikasi PCB dan proses perakitan PCB yang sebenarnya, pabrikan memeriksa PCB untuk setiap cacat atau kesalahan pada PCB yang dapat menyebabkan kegagalan. Proses ini disebut proses Manufacturing design (DFM). Pabrikan harus melakukan langkah-langkah DFM dasar ini untuk memastikan PCB yang sempurna.

1- Pertimbangan tata letak komponen: Lubang tembus harus diperiksa untuk komponen dengan polaritas. Seperti kapasitor elektrolit harus diperiksa polaritasnya, dioda anoda dan cek polaritas katoda, cek polaritas kapasitor tantalum SMT. Takik/arah kepala IC harus diperiksa.

Elemen yang membutuhkan heat sink harus memiliki ruang yang cukup untuk menampung elemen lain agar heat sink tidak bersentuhan.

Jarak 2-lubang dan lubang tembus:

Jarak antara lubang dan antara lubang dan jejak harus diperiksa. Pad dan lubang tembus tidak boleh tumpang tindih.

3- Brazing pad, thickness, line width shall be taken into account.

Dengan melakukan pemeriksaan DFM, produsen dapat dengan mudah mengurangi biaya produksi dengan mengurangi jumlah panel bekas. This will help in fast steering by avoiding DFM level failures. At RayPCB, we provide DFM and DFT inspection in circuit assembly and prototyping. Di RayPCB, kami menggunakan peralatan OEM canggih untuk menyediakan layanan OEM PCB, penyolderan gelombang, pengujian kartu PCB, dan perakitan SMT.

Proses perakitan PCB (PCBA) langkah demi langkah:

Langkah 1: Terapkan pasta solder menggunakan templat

First, we apply solder paste to the area of the PCB that fits the component. This is done by applying solder paste to the stainless steel template. Templat dan PCB disatukan oleh perlengkapan mekanis, dan pasta solder diterapkan secara merata ke semua bukaan di papan melalui aplikator. Oleskan pasta solder secara merata dengan aplikator. Oleh karena itu, pasta solder yang sesuai harus digunakan dalam aplikator. Saat aplikator dilepas, pasta akan tetap berada di area PCB yang diinginkan. Pasta solder abu-abu 96.5% terbuat dari timah, mengandung 3% perak dan 0.5% tembaga, bebas timah. Setelah pemanasan pada Langkah 3, pasta solder akan meleleh dan membentuk ikatan yang kuat.

Step 2: Automatic placement of components:

Langkah kedua dari PCBA adalah menempatkan komponen SMT secara otomatis pada PCB. Ini dilakukan dengan menggunakan robot pick and place. Pada tingkat desain, perancang membuat file dan memberikannya ke robot otomatis. File ini memiliki koordinat X, Y yang telah diprogram sebelumnya dari setiap komponen yang digunakan dalam PCB dan mengidentifikasi lokasi semua komponen. Using this information, the robot only needs to place the SMD device accurately on the board. Robot pick and place akan mengambil komponen dari perlengkapan vakumnya dan menempatkannya secara akurat pada pasta solder.

Sebelum munculnya robot pickup dan mesin penempatan, teknisi akan mengambil komponen menggunakan pinset dan menempatkannya di PCB dengan hati-hati melihat lokasi dan menghindari berjabat tangan. This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. Jadi potensi kesalahannya tinggi.

Seiring berkembangnya teknologi, robot otomatis yang mengambil dan menempatkan komponen mengurangi beban kerja teknisi, memungkinkan penempatan komponen yang cepat dan akurat. Robot-robot ini dapat bekerja 24/7 tanpa kelelahan.

Langkah 3: Pengelasan aliran ulang

Langkah ketiga setelah menyiapkan elemen dan menerapkan pasta solder adalah pengelasan refluks. Pengelasan reflow adalah proses menempatkan PCB pada ban berjalan dengan komponen. Konveyor kemudian memindahkan PCB dan komponen ke dalam oven besar, yang menghasilkan suhu 250 o C. Suhu cukup untuk melelehkan solder. Solder yang meleleh kemudian menahan komponen ke PCB dan membentuk sambungan. Setelah perlakuan suhu tinggi, PCB memasuki pendingin. Pendingin ini kemudian memperkuat sambungan solder dengan cara yang terkendali. Ini akan membuat sambungan permanen antara komponen SMT dan PCB. Dalam kasus PCB dua sisi, seperti dijelaskan di atas, sisi PCB dengan komponen yang lebih sedikit atau lebih kecil akan ditangani terlebih dahulu dari langkah 1 hingga 3, lalu ke sisi lainnya.

Pahami proses perakitan papan PCB dan rasakan pesona hijau PCBD

Langkah 4: Pemeriksaan dan inspeksi kualitas

Setelah penyolderan reflow, ada kemungkinan bahwa komponen tidak sejajar karena beberapa gerakan yang salah di baki PCB, yang dapat mengakibatkan hubungan hubung singkat atau terbuka. These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. Inspeksi dapat dilakukan secara manual dan otomatis.

A. Pemeriksaan manual:

Because the PCB has small SMT components, visual inspection of the board for any misalignment or malfunction can cause technician fatigue and eye strain. Oleh karena itu, metode ini tidak layak untuk papan SMT tingkat lanjut karena hasil yang tidak akurat. Namun, metode ini layak untuk pelat dengan komponen THT dan kepadatan komponen yang lebih rendah.

B. Deteksi optik:

Metode ini layak untuk jumlah besar PCB. Metode ini menggunakan mesin otomatis dengan daya tinggi dan kamera resolusi tinggi yang dipasang di berbagai sudut untuk melihat sambungan solder dari segala arah. Tergantung pada kualitas sambungan solder, cahaya akan memantul dari sambungan solder pada sudut yang berbeda. Mesin inspeksi optik otomatis (AOI) ini sangat cepat dan dapat memproses PCB dalam jumlah besar dalam waktu yang sangat singkat.

CX – pemeriksaan sinar:

Mesin sinar-X memungkinkan teknisi memindai PCB untuk melihat cacat internal. Ini bukan metode pemeriksaan umum dan hanya digunakan untuk PCB yang kompleks dan canggih. Jika tidak digunakan dengan benar, metode pemeriksaan ini dapat mengakibatkan pengerjaan ulang atau usangnya PCB. Inspeksi perlu dilakukan secara teratur untuk menghindari keterlambatan, biaya tenaga kerja dan material.

Langkah 5: Fiksasi dan pengelasan komponen THT

Komponen melalui lubang umum di banyak papan PCB. These components are also called plated through holes (PTH). Ujung-ujung komponen ini akan melewati lubang-lubang pada PCB. Lubang-lubang ini terhubung ke lubang lain dan melalui lubang oleh jejak tembaga. Ketika elemen THT ini dimasukkan dan dilas ke dalam lubang ini, mereka terhubung secara elektrik ke lubang lain pada PCB yang sama dengan sirkuit yang dirancang. PCB ini mungkin mengandung beberapa komponen THT dan banyak komponen SMD, sehingga metode pengelasan yang dijelaskan di atas tidak cocok untuk komponen THT dalam hal komponen SMT seperti pengelasan reflow. Jadi dua jenis utama komponen THT yang dilas atau dirakit adalah:

A. Pengelasan manual:

Metode pengelasan manual adalah umum dan seringkali membutuhkan lebih banyak waktu daripada pengaturan otomatis untuk SMT. Seorang teknisi biasanya ditugaskan untuk memasukkan satu komponen pada satu waktu dan meneruskan papan ke teknisi lain memasukkan komponen lain pada papan yang sama. Oleh karena itu, papan sirkuit akan dipindahkan di sekitar jalur perakitan untuk mendapatkan komponen PTH untuk mengisinya. Ini membuat prosesnya lama, dan banyak perusahaan desain dan manufaktur PCB menghindari penggunaan komponen PTH dalam desain sirkuit mereka. Namun komponen PTH tetap menjadi komponen favorit dan paling umum digunakan oleh sebagian besar desainer sirkuit.

B. Solder gelombang:

Versi otomatis dari pengelasan manual adalah pengelasan gelombang. Dalam metode ini, setelah elemen PTH ditempatkan pada PCB, PCB ditempatkan pada ban berjalan dan dipindahkan ke oven khusus. Di sini, gelombang solder cair memercik ke substrat PCB tempat kabel komponen berada. Ini akan segera mengelas semua pin. Namun, metode ini hanya bekerja dengan PCB satu sisi dan bukan PCB dua sisi, karena solder yang meleleh di satu sisi PCB dapat merusak komponen di sisi lainnya. Setelah ini, pindahkan PCB untuk pemeriksaan akhir.

Langkah 6: Pemeriksaan akhir dan pengujian fungsional

PCB sekarang siap untuk pengujian dan inspeksi. This is a functional test in which electrical signals and power are given to the PCB at the specified pins and the output is checked at the specified test point or output connector. This test requires common laboratory instruments such as oscilloscopes, digital multimeters, and function generators

Tes ini digunakan untuk memeriksa karakteristik fungsional dan listrik dari PCB dan memvalidasi arus, tegangan, sinyal analog dan digital dan desain sirkuit yang dijelaskan dalam persyaratan PCB

Jika salah satu parameter PCB menunjukkan hasil yang tidak dapat diterima, PCB akan dibuang atau dibuang sesuai dengan prosedur standar perusahaan. Tahap pengujian penting karena menentukan keberhasilan atau kegagalan seluruh proses PCBA.

Langkah 7: Pembersihan akhir, finishing dan pengiriman:

Sekarang PCB telah diuji dalam semua aspek dan dinyatakan normal, sekarang saatnya untuk membersihkan sisa fluks, kotoran jari dan minyak yang tidak diinginkan. Alat pembersih tekanan tinggi berbasis stainless steel menggunakan air deionisasi cukup untuk membersihkan semua jenis kotoran. Air deionisasi tidak merusak sirkuit PCB. Setelah dicuci, keringkan PCB dengan udara bertekanan. PCB akhir sekarang siap untuk dikemas dan dikirim.