Apa itu PCB lubang tembus?
Lubang tembus adalah lubang pada bahan yang dapat menghantarkan listrik (seperti papan sirkuit cetak (PCB)) yang dilalui oleh kabel yang disolder, dan dilapisi dengan logam. Logam tersebut kadang-kadang dipilih karena lebih tahan korosi daripada solder, sekaligus memiliki konduktivitas listrik yang lebih tinggi daripada solder. Bahan yang digunakan antara lain kuningan, tembaga, dan baja tahan karat.
Di mana PCB lubang tembus digunakan?
Alih-alih membuat PCB versi pemasangan permukaan, produsen dapat menggunakan komponen lubang-melalui untuk aplikasi tertentu, di mana penggunaan lubang lebih masuk akal daripada pad.
PCB through-hole memiliki lubang pemasangan di satu sisi yang cukup besar untuk mata bor standar atau alat lain guna mengencangkan komponen dengan sekrup atau baut. Sisi lain papan tersebut sering kali memiliki pad tembaga sehingga komponen dapat dengan mudah disolder ke sisi belakang papan.
jenis-jenis lubang pada PCB
Papan sirkuit cetak lubang tembus (TH PCB atau papan TH) adalah jenis papan sirkuit cetak yang paling umum digunakan dalam bidang elektronika. Papan lubang tembus dapat dibagi lagi menjadi versi satu sisi dan dua sisi. Secara umum, papan ini dibagi menjadi 3 jenis:
- Lubang Berlapis (PTH)
Lubang berlapis logam adalah jenis lubang tembus (lubang yang menembus seluruh papan sirkuit tercetak) yang dilapisi dengan lapisan logam di kedua sisinya, biasanya tembaga.
- Dikubur Melalui Lubang (BVH)
Lubang via tertanam adalah lubang via yang telah dilapisi tembaga sehingga tidak terlihat. Pada banyak papan sirkuit, terdapat area berlapis tembaga yang dirancang untuk sambungan wire-wrapping. Area berlapis tembaga ini dapat teroksidasi atau rusak. Lubang via tertanam memberikan cara untuk memperbaiki atau mengganti sambungan-sambungan tersebut. Lubang via tertanam mungkin terlihat jika kabel yang rusak diganti atau jika dilakukan perbaikan pada papan sirkuit.
- Lubang Via Tertutup (BVH)
Lubang buta adalah lubang berlapis tembaga yang menghubungkan lapisan atas atau bawah papan sirkuit cetak dengan satu atau lebih lapisan dalam.
Keunggulan PCB Lubang Terbuka
- Umur pakai yang lebih lama
Komponen lubang tembus dapat bertahan selama puluhan tahun, sedangkan komponen pemasangan permukaan hanya bertahan selama beberapa tahun. Hal ini disebabkan karena lebih banyak bagian komponen yang terpapar lingkungan dan rentan terhadap korosi, sedangkan komponen pemasangan permukaan hanya memiliki titik kontak di permukaannya.
- Lebih mudah mencari suku cadang pengganti.
Kecuali jika produk Anda masih dalam tahap produksi dan menggunakan papan sirkuit dengan teknologi pemasangan permukaan (SMT), Anda akan dapat menemukan suku cadang pengganti untuk desain through-hole.
- Biaya lebih rendah
Papan sirkuit dengan lubang tembus lebih murah untuk diproduksi dan dirakit. Untuk merakit produk SMT, para pekerja harus menggunakan robot pick-and-place yang mahal untuk menempatkan komponen pada posisi yang tepat, yang biayanya cukup mahal.
- Lebih mudah untuk memasang kabel
Anda dapat dengan mudah melilitkan kabel di sekitar papan lubang-melalui untuk mengikatnya, alih-alih menggunakan perekat khusus dan lem panas yang biasanya digunakan pada papan pemasangan permukaan.
Kekurangan PCB Lubang Terbuka
- Waktu perakitan yang lebih lama
Papan sirkuit melalui lubang membutuhkan waktu perakitan yang lebih lama dibandingkan papan SMT karena diperlukan mesin pres pneumatik atau mekanis khusus untuk merakit papan tersebut, dan para pekerja harus menggunakan solder untuk menyelesaikan pekerjaan tersebut.
- Risiko Kesalahan
Penanganan papan sirkuit dengan lubang tembus lebih banyak dilakukan secara manual, sehingga risiko terjadinya kesalahan selama proses perakitan pun lebih besar
- Bobot yang lebih berat
Papan sirkuit dengan lubang pasang memiliki lebih banyak komponen dan komponen yang lebih besar dibandingkan papan sirkuit SMT, sehingga bobotnya lebih berat.
Bagaimana cara pembuatan PCB lubang tembus?
1. Buat Diagram Skematik
Langkah pertama dalam proses ini adalah membuat skema desain berbantuan komputer (CAD).
2. Tata Letak PCB
Diagram tata letak adalah representasi visual dari jalur listrik dan fisik komponen serta interkoneksinya. Di sinilah Anda memasukkan semua data, seperti dimensi, bahan, jalur sirkuit, dan sebagainya.
Tips:
Hal ini juga dapat mencakup keterangan tambahan, seperti deskripsi bahan yang digunakan, persyaratan pemasangan khusus, atau catatan mengenai jenis konstruksi yang digunakan.
3. Fotoresist PCB & Transfer Gambar
3.1 Fotoresist PCB
Langkah selanjutnya adalah membuat tata letak PCB dengan lapisan fotoresist yang digunakan untuk menghasilkan gambar perakitan PCB.
Untuk melakukannya, letakkan diagram tata letak di dalam mesin foto-mask yang memproyeksikan pola cahaya ke atas diagram tata letak tersebut. Pola cahaya tersebut menembus diagram dan jatuh ke atas lembaran tipis kertas yang telah diberi perlakuan kimia (yang disebut photoresist). Setelah photoresist terpapar cahaya, photoresist tersebut dikembangkan menggunakan pelarut.
3.2 Transfer Gambar PCB
Secara umum, pemindahan gambar pada lapisan dalam PCB tidak diperlukan karena lapisan dalam PCB biasanya tidak terpapar lingkungan luar. Namun, jika Anda ingin membuat produk Anda terlihat lebih menarik atau ingin melindungi produk Anda dari kerusakan, pemindahan gambar pada lapisan dalam PCB disarankan.
4. Pengikisan Lapisan Dalam PCB
Proses pengikisan lapisan dalam PCB adalah proses penghilangan tembaga(I) pada lapisan di bawah lembaran tembaga, yang direndam dalam larutan asam.
Alasan di balik hal ini adalah bahwa tembaga pada permukaan PCB dapat bertindak sebagai isolator dan menghalangi koneksi yang baik dengan bagian elektrolit atau polimer padat.
Untuk menghilangkan lapisan ini, kita dapat menggunakan larutan etsa (seperti asam sulfat, asam nitrat, atau asam sulfat pekat). Larutan tersebut dapat dituangkan ke dalam tangki, lalu PCB (dengan lapisan tembaga di permukaannya) direndam di dalamnya. Ketika larutan mencapai fase aktifnya, PCB dapat diangkat dari larutan tersebut.
Tips
Saat melakukan etsa pada lapisan dalam PCB, ingatlah bahwa transfer fluks tidak mungkin dilakukan, sehingga Anda harus memastikan fluks ditransfer ke arah yang benar.
5. Pengelupasan lapisan film kering bagian dalam
Pengelupasan lapisan film kering bagian dalam PCB melibatkan pengelupasan lapisan film dari PCB (Printed Circuit Board) sehingga komponen-komponen individual pada permukaan PCB dapat terlihat melalui lapisan transparan.
Pengelupasan lapisan film kering bagian dalam PCB dapat dilakukan secara manual dengan menggunakan pengikis dan/atau dengan mengeluarkan lapisan tersebut secara manual menggunakan perangkat seperti DesoxIT, atau secara otomatis dengan perangkat seperti DRI-RAD atau DRI-RAS.
Tips
a) Pengelupasan lapisan film kering pada bagian dalam PCB merupakan cara yang hemat biaya dan bebas risiko untuk membersihkan dan mengupas PCB tanpa merusak permukaan PCB.
b) Proses ini melibatkan perendaman PCB dalam bak pelarut selama beberapa waktu untuk menghilangkan lapisan pada permukaan PCB.
c) Metode ini dapat digunakan pada PCB yang tidak memiliki tanda apa pun, serta pada PCB yang memiliki tanda seperti pelindung EMI, pelindung RF, dan sebagainya.
6. Pengeboran lubang tembus pada PCB
Langkah selanjutnya adalah mengebor panel untuk membuat lubang guna memasang komponen pada PCB. Panel diletakkan di bawah mesin bor, yang menggunakan alat seperti mata bor putar dan mata bor PTH untuk membuat lubang tembus pada substrat PCB.
7. Lapisan tembaga PCB
Kemudian, lapisi panel tembaga yang terbuka dengan lapisan tipis tembaga. Anda dapat melakukannya dengan metode pelapisan elektro atau pelapisan non-elektro.
8. lapisan pelindung solder
Lapisan pelindung solder pada PCB adalah lapisan yang diaplikasikan pada PCB untuk mengurangi pembentukan kerak pada permukaan papan akibat paparan kelembapan. Lapisan pelindung solder terbuat dari resin yang melekat pada permukaan papan, dan dilapisi dengan lapisan dielektrik di kedua sisinya.
9. Lapisan luar fotoresist
Fotoresist Lapisan Eksternal PCB digunakan untuk membuat struktur fotoresist yang berdiri sendiri pada PCB dengan cara yang mirip dengan pencetakan fleksografis.
Fotoresist diaplikasikan ke PCB menggunakan spin coater atau oscillating belt coater dan dikeringkan dengan sinar UV atau cahaya tampak, sesuai dengan proses spesifik yang disediakan oleh pabrikan. Struktur fotoresist yang berdiri sendiri yang dihasilkan kemudian dapat disesuaikan dengan pola sirkuit sebelum proses etsa.
10. Transfer gambar pada lapisan luar
Untuk proses transfer lapisan luar, hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan tisu basah dan kertas transfer. Tempelkan tisu basah dan kertas transfer pada bahan isolasi seperti laminasi PET atau PE.
Saat menggunakan proses ENIG untuk pembuatan PCB, langkah-langkah berikut harus diikuti:
1). Perendaman dalam larutan nikel.
2). Pengeringan area/desensitisasi.
3). Pencucian dengan air.
4). Pencucian dengan larutan air.
5). Perendaman kedua dalam larutan.
6). Pengeringan akhir/unit pengeringan.
12. Pelapisan timah secara elektrokimia
Elektro-tinning adalah proses di mana lapisan film polietilen densitas tinggi (P.H.D.P) dilapiskan secara elektroplating ke permukaan papan sirkuit cetak (PCB).
PCB terlebih dahulu dilapisi dengan silan untuk berfungsi sebagai anoda dan elektrolit sebagai katoda, kemudian dilapisi dengan menerapkan tegangan rendah antara kontak listrik pada PCB dan elektrolit.
13. Pengelupasan lapisan basah bagian luar
Pengupasan lapisan basah bagian luar dilakukan pada area antara papan sirkuit dan komponen casing plastik atau logam di sekitarnya, untuk menghilangkan cat atau lapisan pelapis dari papan sirkuit sebelum dirakit menjadi produk jadi.
14. Pengikisan lapisan luar
Lapisan luar PCB diukir untuk menghasilkan bagian-bagian berikut:
a) Lubang untuk kabel melewati saat penyolderan.
b) Pola pada PCB untuk pengaturan jalur.
c) Lubang untuk komponen yang akan disolder ke PCB.
d) Lapisan pada permukaan PCB yang memungkinkan PCB tersebut direkatkan ke papan sirkuit cetak.
Tips
Saat melakukan etsa pada lapisan luar PCB yang konduktif, penting untuk melindungi PCB dari oksida dan partikel di udara, karena partikel-partikel tersebut dapat masuk ke dalam chip dan menyebabkan korsleting atau merusak chip. Oleh karena itu, sebelum melakukan etsa pada lapisan luar PCB, Anda harus mengumpulkan semua debu dan membuangnya dengan cara yang aman.
15. Pengupasan kabel
Pengupasan timah adalah proses penghilangan timah dan tembaga dari PCB. Proses ini dapat dilakukan dengan berbagai cara, tergantung pada jenis produk, ketersediaan bahan, serta keterampilan dan pengalaman operator.
a). Cara paling umum untuk menghilangkan lapisan timah pada PCB adalah dengan menggunakan pelarut. Penghilangan lapisan dengan pelarut memang efektif, tetapi memakan waktu dan dapat menghasilkan limbah beracun.
b). Pilihan lainnya adalah menggunakan asam atau asam klorida. Penghilangan lapisan dengan asam lebih cepat, tetapi menghasilkan timah dengan kualitas yang lebih rendah.
c). Pilihan ketiga adalah menggabungkan kedua metode tersebut, yaitu menggunakan pelarut untuk menghilangkan lapisan cat, dilanjutkan dengan asam untuk menghilangkan sisa timah.
HASL adalah proses penyolderan yang berfungsi untuk menghilangkan sisa timah solder dari papan sirkuit cetak (PCB).
Proses HASL cukup sederhana: timah berlebih dibakar dari PCB dengan memanaskan papan tersebut di atas titik lelehnya menggunakan pistol udara panas.
Tips
Meskipun metode ini berfungsi dengan baik, ada beberapa keterbatasan:
a). Pistol udara panas hanya dapat digunakan selama beberapa detik setiap kali.
b). Selain itu, karena adanya ketidaksempurnaan permukaan pada PCB, sebagian timah solder pasti akan terlepas dari papan dan menempel pada pistol itu sendiri.
c). Tidak ada permukaan datar yang tersedia untuk papan Anda, jadi Anda harus mengatasinya.
d). Anda memerlukan dua buah papan untuk saling menopang.
17. Perakitan PCB berlubang tembus
Ada beberapa cara dalam perakitan PCB lubang tembus:
- Letakkan komponen-komponen tersebut
Teknologi pemasangan permukaan (SMT) merupakan pilihan paling efisien untuk merakit PCB lubang-melalui dalam jumlah besar. SMT memungkinkan komponen dipasang langsung di atas papan menggunakan pin, yang terhubung ke pad pada permukaan papan.
- penyolderan PCB lubang tembus
Setelah komponen-komponen ditempatkan pada PCB, Anda dapat menyoldernya menggunakan peralatan pick-and-place. Anda juga dapat membuat sambungan antar komponen menggunakan kabel, perekat konduktif, atau komponen lain untuk membentuk rangkaian listrik.
Tips menyolder PCB:
9 Tips dan Trik Penting dalam Penyolderan Elektronik untuk Pemula
18. Pengujian PCB berlubang tembus
Setelah proses perakitan selesai, perangkat tersebut diuji untuk memastikan semua komponen berfungsi sebagaimana mestinya.
Titik uji T-Hole
Titik uji lubang adalah lubang kecil pada papan sirkuit cetak yang memungkinkan Anda mengakses sinyal internal (pin) suatu komponen, atau menghubungkan kabel atau jumper ke pin-pin tersebut.
Selain itu, titik uji lubang juga dapat digunakan untuk menghubungkan sinyal antara dua komponen yang berbeda tanpa perlu memodifikasi papan sirkuit.
Ukuran PCB Lubang Melalui
Tidak ada standar resmi mengenai ukuran PCB lubang tembus. Namun, berikut adalah beberapa pedoman yang dapat diikuti untuk mendapatkan hasil yang baik:
1. Jenis komponen yang akan dipasang pada PCB.
2. Karakteristik komponen (ukuran, bentuk, dan berat).
3. Bahan pembuat komponen.
4. Jumlah dan ukuran komponen yang bersangkutan.
5. Kapasitas mesin pembuat lubang PCB yang digunakan untuk membuat lubang pada PCB (jika ada).
Tabel Ukuran Lubang Melalui pada PCB
Tips:
Semakin kecil lubangnya, semakin sedikit jalur timah yang dibutuhkan;
Semakin kecil lubangnya, semakin besar kehilangan sinyalnya;
Semakin kecil lubangnya, semakin sulit untuk mengebornya dengan akurat.
kalkulator ukuran lubang melalui PCB
Saturn PCB Toolkit adalah perangkat lunak gratis yang sangat berguna untuk perhitungan PCB, terutama bagi para perancang dan insinyur. Perangkat lunak ini dilengkapi dengan berbagai fitur bermanfaat, seperti perhitungan diameter lubang via, kapasitas arus jalur sirkuit, arus, pasangan diferensial, dan masih banyak lagi.
