Apa itu Fabrikasi PCB: Panduan Langkah demi Langkah untuk Proses Pembuatan PCB

Fabrikasi PCB adalah proses pembuatan papan kosong yang akan berfungsi sebagai fondasi untuk perakitan papan sirkuit tercetak. Sangat penting untuk memilih kontraktor fabrikasi PCB Anda dengan hati-hati, karena bahkan kesalahan kecil pun dapat membuat seluruh papan menjadi tidak berguna. Komunikasi yang efektif antara tim desain dan produsen sangat penting, terutama karena manufaktur semakin berpindah ke luar negeri.

Dalam posting ini, kami akan membahas semua yang perlu Anda ketahui tentang proses fabrikasi PCB. Kami akan membahas pra-proses, proses fabrikasi PCB lengkap, dan pertimbangan penting yang perlu diingat saat memilih perusahaan fabrikasi PCB.

Apa Itu Fabrikasi PCB

Fabrikasi PCB adalah proses mengubah desain papan sirkuit menjadi struktur fisik berdasarkan spesifikasi yang disediakan dalam paket desain PCB. Proses ini melibatkan serangkaian langkah dan teknik untuk menghasilkan PCB yang fungsional.

Fabrikasi PCB adalah langkah penting dalam proses pengembangan PCB. Proses ini menerjemahkan desain ke dalam papan fisik yang dapat dirakit dengan komponen elektronik untuk menciptakan perangkat elektronik yang fungsional. Kualitas proses fabrikasi secara langsung berdampak pada keandalan PCB. Ini memastikan bahwa PCB memenuhi spesifikasi yang diperlukan dan memberikan kinerja listrik, transmisi sinyal, dan daya tahan yang optimal.

Fabrikasi PCB hanyalah salah satu bagian dari keseluruhan proses pembuatan PCB. Perakitan PCB adalah langkah terpisah yang mengikuti fabrikasi PCB, yang melibatkan penempatan komponen ke papan untuk membuatnya berfungsi. Sementara fabrikasi PCB berfokus pada pembuatan struktur fisik papan.

Apa Perbedaan Antara Fabrikasi PCB dan Proses Perakitan PCB

Fabrikasi PCB dan perakitan PCB adalah dua langkah penting dalam proses pembuatan PCB.

Fabrikasi PCB

Fabrikasi PCB melibatkan penerjemahan desain papan sirkuit ke dalam struktur papan fisik. Ini seperti membuat cetak biru untuk sebuah kota, dengan jalur, jalan, dan zonasi. Dalam proses ini, desain ditransfer ke papan menggunakan berbagai teknik seperti etsa atau pencetakan. Tujuannya adalah untuk menciptakan fondasi yang kuat dan dapat diandalkan untuk komponen elektronik yang akan ditempatkan.

Perakitan PCB

Perakitan PCB adalah proses menempatkan komponen ke papan fabrikasi untuk membuatnya berfungsi. Ini seperti membangun bangunan di sebuah kota. Selama proses ini, komponen elektronik seperti resistor, kapasitor, dan microchip disolder ke papan. Komponen-komponen ini bekerja sama untuk menciptakan sirkuit elektronik yang diinginkan. Perakitan PCB menghidupkan papan dan memungkinkannya menjalankan fungsi yang dimaksudkan.

Perakitan PCB adalah proses rumit yang membutuhkan ketelitian dan keahlian. Komponen harus ditempatkan secara akurat dan disolder dengan benar untuk memastikan PCB yang andal dan berkinerja tinggi.

Perbedaannya

Fabrikasi PCB berfokus pada pembuatan struktur fisik papan, sementara perakitan PCB melibatkan penambahan komponen elektronik untuk membuat papan dapat beroperasi. Kedua proses tersebut sangat penting dan berjalan beriringan untuk menciptakan papan sirkuit tercetak yang fungsional dan andal.

Sebelum Proses Fabrikasi PCB

Membuat papan sirkuit tercetak membutuhkan perhatian yang cermat terhadap detail. Sebelum Anda memulai prosesnya, sangat penting untuk menyelesaikan beberapa langkah penting untuk memastikan pembuatan papan yang sukses. Mari kita cermati langkah-langkah ini:

Melakukan Tinjauan Teknik Komprehensif untuk Sirkuit

Sebelum memulai proses fabrikasi PCB, sangat penting untuk melakukan tinjauan teknik menyeluruh terhadap sirkuit. Tinjauan ini melibatkan pemeriksaan desain dengan cermat untuk mengidentifikasi masalah potensial atau area untuk perbaikan. Dengan melakukan tinjauan ini, Anda dapat menemukan kesalahan atau ketidakkonsistenan sejak dini, menghemat waktu dan sumber daya dalam jangka panjang.

Sinkronisasi Basis Data Skema dan Tata Letak

Untuk menghindari ketidaksesuaian atau ketidaksejajaran, sangat penting untuk menyinkronkan basis data skematik dan tata letak. Langkah ini memastikan bahwa desain direpresentasikan secara akurat dalam skematik dan tata letak fisik PCB. Dengan menyinkronkan basis data ini, Anda dapat mencegah ketidakkonsistenan yang mungkin timbul selama proses fabrikasi.

Melakukan Simulasi Rangkaian Lengkap, Integritas Sinyal, dan Analisis Integritas Daya

Untuk memastikan fungsionalitas dan keandalan PCB, sangat penting untuk melakukan simulasi sirkuit yang komprehensif, integritas sinyal, dan analisis integritas daya. Analisis ini membantu mengidentifikasi masalah potensial dengan desain sirkuit, seperti gangguan sinyal atau masalah distribusi daya. Dengan mengatasi masalah ini sebelum fabrikasi, Anda dapat menghindari pengerjaan ulang yang mahal atau pemecahan masalah di kemudian hari.

Verifikasi Aturan dan Batasan Desain PCB

Sebelum melanjutkan proses fabrikasi, sangat penting untuk memverifikasi bahwa desain PCB mematuhi aturan dan batasan desain yang ditentukan. Langkah ini memastikan bahwa desain memenuhi standar dan pedoman manufaktur yang diperlukan. Dengan memverifikasi aturan dan batasan ini, Anda dapat mencegah masalah produksi atau masalah kualitas yang mungkin timbul selama fabrikasi.

Tinjau Bill of Material dan Desain untuk Aturan Manufaktur

Terakhir, sangat penting untuk meninjau aturan bill of material (BOM) dan desain untuk manufaktur (DFM). BOM mencakup daftar semua komponen dan bahan yang diperlukan untuk perakitan PCB, sedangkan aturan DFM menguraikan pedoman dan spesifikasi manufaktur. Dengan meninjau dokumen-dokumen ini, Anda dapat memastikan bahwa BOM akurat dan lengkap, serta desain sesuai dengan aturan DFM.

Bagaimana PCB Diproduksi

Fabrikasi PCB melibatkan beberapa langkah yang memastikan terciptanya PCB berkualitas tinggi dan fungsional. Ini adalah prosedur yang rumit dan rumit yang membutuhkan keahlian dan perhatian terhadap detail. Setiap langkah memainkan peran penting dalam memastikan kualitas dan keandalan PCB akhir. Dengan memahami cara kerja fabrikasi PCB, para insinyur dan desainer dapat membuat keputusan yang tepat selama proses desain dan manufaktur, yang mengarah pada perangkat elektronik yang berkinerja lebih baik.

Proses fabrikasi PCB dapat dibagi menjadi beberapa langkah berikut:

Mencitrakan Tata Letak yang Diinginkan

Langkah pertama adalah mencitrakan tata letak yang diinginkan ke laminasi berlapis tembaga. Hal ini dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak khusus untuk membuat tata letak desain dan kemudian menggunakan teknik pencitraan untuk mentransfer tata letak ke permukaan tembaga dengan menggunakan bahan fotosensitif yang disebut fotoresis. Desain PCB dicetak pada sebuah film, yang kemudian digunakan untuk mengekspos fotoresis ke sinar ultraviolet (UV). Area yang terpapar cahaya akan mengeras, sedangkan area yang tidak terpapar tetap lunak.

Mengetsa atau Menghilangkan Kelebihan Tembaga

Setelah tata letak yang diinginkan dicitrakan pada permukaan tembaga, langkah selanjutnya adalah menghilangkan kelebihan tembaga untuk memperlihatkan jejak dan bantalan, yang disebut etsa. Etsa menghilangkan kelebihan tembaga dari lapisan dalam dan permukaan papan untuk menyingkap jejak dan bantalan yang diinginkan. Area yang dilindungi oleh fotoresis yang mengeras tetap utuh, sedangkan tembaga yang terpapar dilarutkan oleh larutan etsa.

Membuat Penumpukan Lapisan PCB

Setelah kelebihan tembaga dihilangkan, kami membuat tumpukan lapisan PCB dengan melaminasi (memanaskan dan menekan) bahan papan pada suhu tinggi. Ini melibatkan pengepresan dan pemanasan bahan papan secara bersamaan untuk membentuk struktur yang kokoh dengan jumlah lapisan yang diinginkan. Hal ini memastikan keselarasan dan ikatan yang tepat dari berbagai lapisan PCB.

Lubang Pengeboran

Setelah penumpukan lapisan, lubang dibor ke dalam PCB untuk mengakomodasi lubang pemasangan, pin lubang tembus, dan vias. Lubang-lubang ini memungkinkan penempatan komponen dan interkoneksi antar lapisan. Lubang yang dibor biasanya dilapisi dengan bahan konduktif untuk memastikan kontinuitas listrik.

Pelapisan

Langkah selanjutnya adalah pelapisan. PCB disimpan dalam bak elektroplating, di mana lapisan tipis logam, biasanya tembaga, diendapkan pada permukaan tembaga yang terbuka dan lubang yang dibor. Proses pelapisan ini meningkatkan konduktivitas dan memastikan koneksi yang andal. Pelapisan tembaga juga dapat meningkatkan ketebalan jejak tembaga atau membuat lubang tembus berlapis. 

Masker Solder

Masker solder diterapkan pada PCB untuk melindungi jejak tembaga dan mencegah jembatan solder selama proses perakitan. Masker solder biasanya berwarna hijau, tetapi bisa juga dalam warna lain, seperti merah, biru, atau hitam.

Pencetakan Silkscreen

Pencetakan silkscreen adalah proses menambahkan label komponen, logo, dan tanda lainnya ke permukaan PCB. Langkah ini membantu penempatan dan identifikasi komponen selama perakitan dan pemecahan masalah.

Permukaan akhir

Langkah terakhir dalam fabrikasi PCB adalah menerapkan lapisan permukaan ke area tembaga yang terbuka pada PCB. Lapisan akhir permukaan melindungi area tembaga dan memfasilitasi penyolderan selama perakitan untuk mencegah oksidasi dan meningkatkan daya tahan papan. 

Hasil akhir permukaan yang umum termasuk HASL (Hot Air Solder Leveling), ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold), dan OSP (Pengawet Solderabilitas Organik).

Setelah proses fabrikasi PCB selesai, papan yang sudah jadi menjalani pemeriksaan dan pengujian untuk memastikan fungsionalitasnya sebelum dirakit atau dikirim. Peralatan uji otomatis digunakan untuk mengidentifikasi kekurangan atau cacat yang dapat mengganggu kinerja PCB.

Cara Menerapkan Proses Pembuatan PCB yang Efektif

Dalam hal pembuatan PCB, proses desain dan fabrikasi sering kali ditangani oleh entitas yang berbeda. Dalam kebanyakan kasus, produsen kontrak (CM) membuat papan sirkuit tercetak berdasarkan desain yang dibuat oleh produsen peralatan asli (OEM). Untuk memastikan proses yang lancar dan efektif, kolaborasi antara kelompok-kelompok ini sangat penting. Kolaborasi ini mencakup diskusi tentang komponen, pertimbangan desain, format file, dan bahan papan.

Komponen

Untuk merampingkan proses manufaktur, perancang harus berkonsultasi dengan fabrikator mengenai ketersediaan komponen. Idealnya, fabrikator akan memiliki semua komponen yang dibutuhkan oleh desain yang sudah tersedia. Namun, jika ada yang kurang, perancang dan fabrikator harus bekerja sama untuk menemukan kompromi yang memungkinkan pembuatan yang lebih cepat tanpa mengorbankan spesifikasi desain minimum.

Pertimbangan Desain untuk Manufaktur (DFM)

Desain untuk manufaktur (DFM) adalah aspek penting yang perlu dipertimbangkan. DFM berfokus pada seberapa baik desain dapat berkembang melalui berbagai tahap proses fabrikasi. Biasanya, fabrikator, sering kali CM, menyediakan seperangkat pedoman DFM untuk fasilitas mereka. Pedoman ini dapat dikonsultasikan oleh OEM selama fase desain. Dengan memasukkan pedoman ini ke dalam desain PCB, perancang dapat memastikan bahwa desain tersebut kompatibel dengan proses produksi fabrikator.

Format File

Komunikasi yang efektif antara OEM dan CM sangat penting untuk memastikan fabrikasi PCB yang akurat sesuai dengan spesifikasi desain OEM. Sangat penting bagi kedua belah pihak untuk menggunakan format file yang sama untuk desain. Praktik ini membantu mencegah kesalahan atau kehilangan informasi yang mungkin terjadi ketika file perlu dikonversi di antara format yang berbeda.

Bahan Papan

OEM dapat mendesain papan sirkuit cetak menggunakan bahan yang lebih mahal daripada yang diantisipasi oleh CM. Oleh karena itu, sangat penting bagi kedua belah pihak untuk menyetujui bahan yang akan digunakan. Bahan yang dipilih seharusnya tidak hanya memenuhi persyaratan desain PCB tetapi juga tetap hemat biaya bagi pembeli akhir.

Dengan mengikuti panduan ini dan membina kolaborasi antara OEM dan CM, proses manufaktur PCB yang efektif dapat diimplementasikan. Kolaborasi ini memastikan bahwa desain kompatibel dengan proses fabrikasi, komponen sudah tersedia, dan produk akhir memenuhi spesifikasi yang diinginkan namun tetap hemat biaya.

Mengapa Proses Fabrikasi PCB Penting

Fabrikasi PCB penting karena secara langsung berdampak pada kemampuan manufaktur, tingkat hasil, keandalan papan sirkuit tercetak (PCB), dan kinerja PCB secara keseluruhan. Pilihan desain yang dibuat selama proses fabrikasi dapat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kinerja dan fungsionalitas produk akhir PCB secara keseluruhan.

Kemampuan produksi

Salah satu aspek penting dari fabrikasi PCB adalah kemampuan manufaktur. Keputusan desain seperti jarak bebas antara elemen permukaan, pemilihan bahan dengan koefisien ekspansi termal (CTE) yang tepat, dan panelisasi desain yang tepat sangat penting untuk memastikan bahwa papan dapat dibuat tanpa perlu mendesain ulang. 

Kegagalan dalam membuat keputusan spesifikasi fabrikasi yang tepat selama fase desain dapat mengakibatkan masalah selama proses manufaktur.

Tingkat Hasil

Tingkat hasil PCB adalah faktor penting lainnya yang dipengaruhi oleh proses fabrikasi. Menentukan parameter yang mendorong batas toleransi peralatan produsen kontrak dapat menghasilkan lebih banyak papan yang tidak dapat digunakan. 

Dengan memahami proses fabrikasi dan membuat pilihan desain yang tepat, tingkat hasil dapat dioptimalkan, mengurangi limbah dan meningkatkan efisiensi secara keseluruhan.

Keandalan

Keandalan juga merupakan pertimbangan penting. Tergantung pada penggunaan yang dimaksudkan, PCB diklasifikasikan menurut parameter spesifik yang diuraikan dalam IPC-6011 karena sangat penting untuk mencapai tingkat keandalan kinerja yang diinginkan. Gagal memenuhi tingkat klasifikasi yang diperlukan dapat mengakibatkan operasi yang tidak konsisten atau kegagalan papan yang terlalu dini.

Kinerja Keseluruhan

Fabrikasi PCB juga memainkan peran penting dalam daya tahan dan efisiensi perangkat elektronik secara keseluruhan. Proses fabrikasi melibatkan pemilihan bahan dan teknik manufaktur yang tepat yang dapat bertahan dalam berbagai kondisi lingkungan, memastikan bahwa perangkat elektronik dapat beroperasi dengan andal dalam pengaturan yang berbeda tanpa mengalami kegagalan atau malfungsi dini.

Memahami proses fabrikasi PCB sangat penting karena pilihan desain yang dibuat selama tahap ini dapat berdampak signifikan pada seluruh pengembangan, produksi, dan siklus hidup operasional PCB. Memasukkan pengetahuan tentang fabrikasi ke dalam keputusan desain dapat membantu mencegah penundaan waktu yang tidak perlu, biaya produksi tambahan, dan masalah kinerja. Aturan dan pedoman Desain untuk Manufaktur (DFM), berdasarkan kemampuan produsen kontrak, dapat digunakan untuk memastikan hasil yang optimal.