PCB, Papan Rangkaian Yang Menghubungkan Komponen Pada Alat Elektronik

March 2, 2018 99021 Views

Dalam kegiatan sehari-hari, saat beraktifitas maupun dalam pekerjaan pastinya kita selalu berinteraksi atau menggunakan alat-alat elektronik. Misalnya saja, televisi, radio, komputer, dan perangkat-perangkat elektronik lainnya. Perangkat atau alat elektronik terdiri dari banyak komponen yang saling berhubungan dan memiliki tugas atau fungsi masing-masing yang mana berguna agar perangkat tersebut bisa bekerja dengan baik. Satu hal yang pastinya sudah kita ketahui bersama, bahwa perangkat elektronik akan bisa digunakan karena terdapat aliran listrik yang mengalir di dalamnya yang bisa menghubungkan seluruh komponen yang ada.

Lalu, bagaimana komponen yang terdapat di dalam perangkat elektronik tersebut bisa saling terhubung untuk dialiri aliran listrik? Komponen tersebut bisa saling terhubung dan dapat dialiri listrik karena seluruh komponen yang ada dipasangkan atau dilekatkan pada sebuah papan rangkaian yang mana berguna untuk mengorganisir komponen yang ada di dalam perangkat atau alat elektronik. Papan rangkaian tersebut juga sering dikatakan sebagai papan PCB.

Nah, sebenarnya apa yang dimaksud dengan papan PCB ini? Apa saja hal-hal yang bisa kita ketahui dari papan PCB ini? Untuk lebih jelasnya, silahkan simak ulasannya berikut ini.

Mengenal Apa Itu PCB

Bagi sebagian orang yang mana keseharinnya merupakan seorang mekanik, pasti sudah tidak asing lagi dengan benda yang dinamakan PCB ini. PCB merupakan sebuah benda yang berbentuk seperti papan tipis yang digunakan untuk menyusun rangkaian komponen elektronik. PCB adalah singkatan dari Printed Circuit Board yang dalam bahasa Indonesia sering diterjemahkan menjadi Papan Rangkaian Cetak atau Papan Sirkuit Cetak. Seperti namanya yaitu Papan Rangkaian Tercetak (Printed Circuit Board), PCB adalah Papan yang digunakan untuk menghubungkan komponen-komponen Elektronika dengan lapisan jalur konduktornya.

PCB adalah suatu board yang mengkoneksikan komponen-komponen elektronik secara konduktif dengan jalur (track), pads, dan via dari lembaran tembaga yang dilaminasikan pada substrat non konduktif. PCB bisa berbentuk 1 layer, 2 layer atau banyak layer (multilayer). PCB dapat dijumpai di hampir semua peralatan elektronika seperti handphone, televisi, mobil, motor, dan lain lain. Banyak hal yang harus dipertimbangkan oleh seorang designer untuk bisa mendesain papan sirkuit cetak yang bisa berfungsi sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan.

Apakah sirkuit yang didesain diaplikasikan untuk rangkaian analog atau digital, mengaplikasian tegangan tinggi atau rendah, dialiri arus kuat atau lemah, memiliki frekuensi tinggi atau rendah, rentan terhadap gangguan (sensitif) atau tidak (immune). Hal yang tidak kalah penting dan seringkali membuat desainer papan sirkuit pusing adalah EMC/ EMI. Dalam tulisan ini penulis akan mengetengahkan pengetahuan dasar papan sirkuit cetak dan hal-hal yang harus dipertimbangkan oleh seorang desainer pcb dalam mendesain yang terkadang kurang diperhatikan.

PCB ditemukan oleh seorang ilmuwan Austria yang bernama Paul Eisler pada tahun 1936. Paul Eisler menggunakan PCB pertama kalinya di sebuah rangkaian Radio. Kemudian pada tahun 1943, Amerika Serikat mulai memanfaatkan teknologi PCB ini pada Radio Militer dalam skala yang lebih besar. Tiga tahun setelah perang dunia kedua yaitu pada tahun 1948, PCB mulai digunakan untuk produk-produk komersil oleh perusahaan-perusahaan Amerika Serikat.

Metode pengembangan papan sirkuit cetak modern pertama kali dimulai pada awal abad 20. Pada tahun 1903, Albert Hanson, inventor dari Jerman menguraikan lembaran konduktor datar yang dilaminasi ke papan isolasi dalam beberapa lapisan (layers). Thomas Edison bereksperimen dengan metode kimia pelapisan konduktor di atas kertas linen pada tahun 1904. Arthur Berry pada tahun 1913 mematenkan metode cetak dan etch di Inggris. Di Amerika Serikat, Max Schoop memperoleh paten untuk api-semprot logam ke papan melalui mask bermotif.

Charles Durcase pada tahun 1927 mematenkan metode elektroplating pola sirkuit. Pada tahun 1943 Amerika mulai menggunakan teknologi PCB dalam skala besar yang digunakan pada perang dunia ke 2. Dimulai pada tahun 1980 an, komponen surface mount semakin meningkat dalam penggunaannya. Ini menghasilkan board dengan ukuran yang lebih kecil dan cost produksi yang semakin rendah.

Ketebalan tembaga pada PCB atau Printed Circuit Board bermacam macam, ada yang 35 micrometer ada juga yang 17-18 micrometer. Bahan lainnya adalah paper phenolic atau pertinax, biasanya berwarna coklat, bahan jenis ini lebih populer karena harganya yang lebih murah. Ada juga yang dibuat dari bahan fiberglass yang di pakai untuk Through hole plating, karena materialnya lebih kuat dan tidak mudah bengkok di bandingkan yang berbahan pertinax.

Banyak hal yang harus diperhatikan untuk mendesain PCB. Selain harus memperhatikan fungsionalitas dari rangkaian tersebut, efek dari pengaplikasian tegangan, arus, dan frekuensi yang digunakan akan mempengaruhi karakteristik dari papan sirkuit yang dibuat. Sebelum menggali lebih lanjut mengenai fundamental dalam mendesain PCB, penulis akan mengulas terlebih dahulu pengetahuan dasar mengenai PCB yang mungkin sudah umum diketahui oleh para desainer papan sirkuit. Berikut adalah beberapa poin dan istilah yang digunakan diantaranya adalah ketebalan lapisan tembaga pada papan sirkuit (copper thickness), lebar jalur yang akan digunakan (trace width), footprints komponen, ketebalan papan sirkuit (board thickness) dan layers, jarak ruang jalur dan komponen (trace clearance and creepage), via, solder mask dan silkscreen.

Meski PCB biasa dikaitkan dengan komputer pribadi atau laptop, sebenarnya PCB juga digunakan di banyak perangkat-perangkat elektronik lain. Kebanyakan televisi, kamera digital, radio, ponsel, dan tablet memiliki satu atau lebih PCB. Meski PCB yang ditemukan di perangkat-perangkat mobile terlihat mirip dengan yang ditemukan di perangkat elektronik dengan ukuran yang lebih besar, PCB pada perangkat mobile biasanya lebih tipis dan memiliki sirkuit yang lebih rapi.

Jenis – Jenis PCB

Bagi kamu yang sudah pernah melihat papn PCB pastinya merasa kalau semua papan PCB itu sama saja dan tidak memiliki perbedaan sama sekali. Namun pada kenyataannya, PCB memiliki beberapa jenis yang dibagi berdasarkan susunannya dan juga berdasarkan bahannya. Berikut ini adalah penjelasan mengenai jenis-jenis pcb, antara lain :

Jenis PCB Berdasarkan Bahan

Fenolik

Jenis papan PCB berdasarkan bahannya yang pertama adalah FENOLIK. Papan fenolik ini sendiri merupakan PCB yang mana dibuat dengan menggunakan bahan berkualitas yang lebih rendah daripada PCB fiberglass dan tentunya juga jika dilihat dari segi harganya lebih murah daripada PCB fiberglass. Jenis ini banyak ditemukan di pasaran dan biasa untuk praktek pembuatan rangkaian.

Fiberglass

Jenis PCB berdasarkan bahan yang selanjutnya adalah Fiberglass. PCB jenis ini memiliki kualitas yang tentunya lebih baik daripada jenis fenolik. Tembaga pada PCB fiberglass lebih cepat luntur, sehingga waktu pembuatan PCB lebih cepat. Dengan harga yang lebih mahal, jenis ini kuat dan tahan terhadap panas dari komponen yang terpasang atau karena arus yang mengalir di jalur-jalur-nya.

Jenis PCB Berdasarkan Susunannya

Single Sided PCB

Single sided PCB adalah jenis PCB yang hanya memiliki satu lapisan komponen tembaga di salah satu sisi substratnya. PCB jenis Single Sided banyak digunakan untuk berbagai rangkaian elektronik sederhana dengan biaya produksi yang relatif murah. Jenis ini bisa digunakan untuk praktek – praktek pembuatan rangkaian elektronika dasar.

Double Sided PCB

Double side PCB adalah jenis PCB dengan dua lapisan tembaga di masing-masing sisi substratnya. Kadang, terdapat lubang-lubang yang berfungsi untuk penghubung kedua lapisan tembaga tersebut. PCB Double Layer digunakan untuk rangkaian elektronika yang lebih rumit karena penyimpangan jalur menggunakan dua layer, hal ini akan mempermudah dan mengurangi kerumitan jalur yang sulit.

PCB Matrik Strip Board

PCB matrik strip board merupakan PCB yang memiliki 1 sisi tembaga dan memiliki lubang-lubang dengan ukuran normal 0,8 – 1 mm. PCB jenis ini biasanya disebut dengan prototype board. Untuk praktek dan rangkaian sederhana yang membutuhkan kecepatan persiapan board PCB, jenis ini adalah solusinya. Cukup dengan memasukkan kaki – kaki komponen ke dalam lobang – lobang dan menyambung jalur – jalurnya dengan penyolderan.

Jenis PCB Berdasarkan Fleksibilitasnya

PCB juga bisa dikelompokkan berdasarkan fleksibilitasnya, artinya kaku atau tidaknya PCB tersebut untuk sebuah rangkaian. Berdasarkan fleksibilitasnya, PCB dibagi menjadi 3 macam :

  • Rigid PCB (Kaku) : Artinya, papan rangkaian kaku dan tidak dapat dilenturkan atau dilipat. Berguna untuk bahan substrat yang kaku layaknya fiberglass.
  • Flex PCB (Fleksibel) : Substratnya terbuat dari bahan plastik yang cukup mudah dibengkokkan, dilenturkan, dan diatur. Dengan menggunakan Flex PCB, rangkaian mudah dibengkokkan tanpa merusaknya.
  • Rigid-Flex PCB : Gabungan dari PCB kaku dan fleksibel. Biasanya, beberapa Rigid PCB saling terhubung dengan menggunakan Flex PCB.

Lapisan Yang Terdapat Pada Papan PCB

Jika dilihat sepintas, PCB akan terlihat seperti sebuah papan tipis saja. Namun ternyata, papan PCB terdiri dari beberapa lapisan bahan yang berbeda yang diastukan sehingga membentuk sebuah PCB. Nah, berikut ini adalah penjelasan mengenai lapisan-lapisan yang ada pada PCB :

1. Substrat (Lapisan Standar)

Bahan lapisan pertama yang biasanya menjadi dasar sebuah PCB disebut dengan substrat, yang dapat berupa FR2 (Flame Resistant) dan FR4. Flame resistant 2 merupakan istilah yang merujuk pada kertas bonfing resin sintetis. FR2 dibuat dengan cara membuat sehelai kertas diserapi oleh resin plastik. Resin plastik yang digunakan merupakan bahan kimia bernama formaldehida fenol.

Sementara itu, FR4 sendiri terbuat dari anyaman fiberglass yang telah menjalani proses pelapisan dengan resin epoksi. Jika dibandingkan dengan FR2, FR4 memiliki daya serap air lebih rendah, sehingga menjadikannya material dengan daya isolasi baik yang juga memiliki ketahanan terhadap temperatur hingga 140oC. Dengan kualitas ini, PCB berbahan substrat FR4 harganya lebih mahal dibandingkan dengan FR2.

2. Tembaga

Lapisan selanjutnya adalah tembaga pipih yang direkatkan ke bagian substrat dengan cara dilaminasi pada temperatur tertentu. Karena PCB sendiri ada dua jenis, maka jumlah lapisan tembaga bergantung dari jenis PCB tersebut. Untuk Single Sided PCB, hanya akan dilapisi oleh satu lapisan tembaga di salah satu sisi substrat, sementara untuk Double Sided, di kedua sisinya dilapis dengan tembaga. Perkembangan teknologi saat ini sudah semakin maju sehingga pelapisan tembaga pun disesuaikan denga kebutuhan. Terdapat pula PCB yang dilapisi hingga 16 lapisan tembaga karena kebutuhan rangkaian elektronik yang diinginkan.

3. Soldermask

Merupakan lapisan setelah tembaga, yang fungsinya menjaga agar lapisan tembaga dan jalur konduktor tidak mengalami kontak yang tak disengaja. Soldermask juga cukup penting untuk mencegah terjadinya solder short (hubungan singkat solder). Pada umumnya, lapisan soldermark memiliki warna hijau, dan ada pula beberapa yang warnanya biru atau merah.

4. Silkscreen

Berfungsi untuk memberikan indikator atau tanda bagi komponen-komponen elektronika yang dirangkai dalam PPCB, sehingga orang pun lebih mudah merangkai sebuah rangkaian. Silkscreen ini biasanya berwarna putih atau hitam, dengan cetakan huruf, angka, dan simbol pada PCB.

Konsep Dasar PCB

Printed Circuit Board ( PCB ) adalah sebuah papan rangkaian yang terbuat dari bahan ebonit ( Pertinax ) atau fiber glass dimana salah satu sisi permukaannya dilapisi dengan tembaga tipis. Jenis ini umumnya disebut single side karena hanya memiliki satu permukaan yang berlapiskan tembaga. Sedangkan PCB yang kedua sisinya digunakan untuk pembuatan rangkaian yang bersifat kompleks dan rumit, sehingga kedua bagian sisinya dapat difungsikan sebagai jalur – jalur pengawatan, PCB ini juga berfungsi sebagai dudukan komponen – komponen.

Pada saat rangkaian dihubungkan dengan umber tegangan, maka jalur – jalur pengawatan pada PCB ini akan berfungsi sebagai penghantar arus listrik. Jalur–jalur pengawatan tersebut akan menghubungkan satu komponen dengan komponen yang lain secara terpadu, sehingga berbentuk suatu rangkaian elektronik. Dengan menggunakan PCB didalam perakitan – perkitan peralatan elektronik, diperoleh keuntungan antara lain :

  • Mudah mencari kerusakan, jika alat tersebut mengalami gangguan.
  • Dapat dibuat peralatan elektronik yang semakin kecil, karana tempat dudukan komponen dapat dipersempit.
  • Sedikit menggunakan kabel.
  • Pada peralatan yang bekerja dengan frekwensi tinggi dapat dicegah terjadinya frekwensi liar.

Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam merencanakan PCB yaitu :

  • Lebar Jalur Rangkaian
    Lebar jalur yang baik dalam merencanakan PCB adalah lebar jalur yang sesuai dengan arus yang akan mengalir pada jalur PCB tersebut.
  • Jarak Jalur
    Jarak jalur pada PCB disesuaikan dengan besar tegangan yang akan bekerja pada PCB tersebut.
  • Ukuran Mata Donut/Pad
    Dalam perencanakan PCB ukuran Donut yaitu dua sampai tiga kali ukuran mata bor yang akan digunakan, misalnya ukuran mata bor yang akan digunakan adalah 1 mm, maka ukuran Donutnya 2 – 3 mm ( 0,08 – 0,012 inch ).
  • Ukuran Mata Bor
    Ukuran mata bor yang digunakan dalam pembuatan PCB disesuaikan dengan komponen yang akan digunakan.
  • Dimensi Komponen
    Dimensi komponen atau bentuk komponen sangat menentukan penataan tampak atas dan penataan tampak bawah dari PCB yang akan direncanakan. Demikian pula jarak antara kaki komponen sangat menentukan jarak antara donutnya atau pad.
  • Bentuk Jalur
    Dalam merencanakan PCB bentuk jalur yang akan digunakan atau digambar pada PCB sangat penting untuk diperhatikan, berikut ini adalah contoh bentuk jalur yang dianjurkan dan tidak dianjurkan untuk digunakan pada perencanaan PCB.

Cara Menyolder Rangkaian Komponen PCB

Setelah kita mengetahui hal yang sudah dijelaskan mengenai papan PCB di atas, tentunya sebagian dari kita pernah merasa tertarik untuk mencoba merangkai sendiri alat elektronik kita, seperti misalnya saja loud speaker. Nah, dalam merangkai komponen PCB ternyata bukanlah hal yang sembarangan. Biasanya untuk merangkai komponen tersebut, kita menggunakan sebuah alat bantu yaitu solder. Ada beberapa hal yang harus diperhatikan saat menyolder, utamanya untuk menyambungkan komponen elektronik ke board PCB. Hasil penyolderan yang kurang bagus juga akan berpengaruh terhadap rangkaian elektronika. Banyak masalah terjadi dalam sebuah rangkaian elektronika akibat hasil penyolderan yang kurang baik.

Sebelum kamu memulai menyolder, ada beberapa alat dan bahan yang harus dipersiapkan. Berikut adalah beberapa alat yang dibutuhkan untuk menyolder komponen elektronika ke board PCB agar menghasilkan hasil penyolderan yang sempurna dan memuaskan.

  • Solder (30-40 watt)
  • Kawat timah
  • Amplas halus
  • Board PCB
  • Komponen elektronika

Setelah semua bahannya siap, kamubisa melakukan proses penyolderan. Sekedar mengingatkan bahwa pemilihan solder yang baik adalah yang panas, namun tidak terlalu panas. Maksudnya adalah solder dapat melelehkan timah dengan sempurna, namun tidak merusak komponen karena panasnya yang berlebihan. Karena ada beberapa komponen elektronika yang rawan rusak apabila terkena panas yang berlebih seperti IC dan transistor. Oleh karena ini solder yang bagus adalah yang memiliki daya kira-kira 30 hingga 40 watt. Berikut adalah proses cara menyolder komponen ke PCB yang baik dan benar.

  • Pertama-tama bersihkan ujung solder dari kotoran atau sisa timah yang menempel
  • Setelah itu colokkan solder ke sumber tegangan
  • Tunggu selama kurang lebih 5 sampai 10 menit sampai solder panas
  • Sembari menunggu solder memanas, kamu bisa mengamplas permukaan PCB yang hendak disolder. Tujuannya adalah untuk menghilangkan lapisan yang membuat timah tidak bisa menempel dengan sempurna
  • Setelah solder panas, ambil timah dan komponen yang ingin disolder ke PCB
  • Masukkan kaki komponen ke dalam lubang PCB
  • Arahkan ujung solder ke ujung kawat timah, dan dekatkan ke pangkal kaki komponen yang menempel ke PCB
  • Solder sampai seluruh pangkal kaki komponen tertutup timah dengan sempurna

Perlu diperhatikan bahwa jangan sampai menempelkan ujung solder ke kaki komponen terlalu lama karena panas akan mengalir ke komponen dan merusaknya. Pastikan timah sudah mencair dengan sempurna saat proses penyolderan dilakukan untuk menghindari solderan yang kurang matang. Hasil penyolderan yang baik memiliki bentuk yang lancip, bukan cembung ataupun cekung. Karena hasil solder yang lancip selain kuat, juga akan membuat tampilan board menjadi rapih. Berikut adalah gambar hasil penyolderan yang baik dan berkualitas yang bisa kamu tiru dan praktekkan.

Demikianlah ulasan mengenai PCB, sebuah papan rangkaian yang mana berguna untuk membuat komponen-komponen yang terdapat pada alat elektronik bisa saling terhubung satu sama lain sehingga alat tersebut bisa bekerja dengan baik. Ternyata PCB memiliki banyak jenisnya yang mana terbagi lagi berdasarkan susunan, bahan, dan juga fleksibilitasnya. Untuk merangkai komponen pada PCB pun ternyata tidak sembarangan, karena klita harus tahu bagaimana cara yang benar yang bisa digunakan agar komponen yang kita rangkai benar benar berfungsi. Terima kasih sudah membaca artikel ini, semoga bermanfaat.