Panduan Esensial Perakitan PCB: Dari Desain hingga Produksi

Lompat ke: Terminologi PCBA | Perakitan Through-Hole |  Teknologi Surface Mount | Teknologi Campuran | Manufaktur PCB di Millennium Circuits Limited

Proses perakitan papan sirkuit cetak (PCB) terdiri dari berbagai langkah dan pedoman yang harus dilakukan dalam urutan yang tepat agar produk akhir berfungsi sesuai dengan dirancang. Untuk memastikan ini terjadi, produsen PCB menggunakan cetakan layar dan mekanisme pemanasan serta pendingin yang dikendalikan untuk mengatur bagaimana komponen diterapkan dan dipasang di tempat.

Ketika Anda merakit papan sirkuit cetak, Anda harus memilih teknologi yang tepat untuk jenis komponen yang tersedia. Semua bagian dan potongan harus selaras dengan benar di tempat yang ditentukan, seperti yang ditentukan dalam desain PCB. Sesiapa pun deviasi, sekecil apa pun, dapat memiliki dampak besar pada fungsi papan yang jadi.

Terminologi PCBA

Untuk memahami proses perakitan PCB, Anda perlu mengetahui arti beberapa istilah:

• Substrat: Bahan dasar papan sirkuit cetak, substrat membuat setiap papan kokoh dan kaku.
• Tembung: Setiap sisi aktif PCB mengandung lapisan tipis tembung, untuk tujuan konduktif. Pada papan satu lapis, tembung ditempatkan di sisi aktif. Pada papan PCB dua sisi, tampil pada kedua sisi.
• Pelapis solder: Ini adalah lapisan di permukaan (biasanya hijau) dari setiap papan sirkuit cetak. Pelapis solder memberikan insulasi antara tembung dan material lain, mencegah rangkaian pendek yang dapat terjadi jika material konduktif berbeda bersentuhan. Pelapis solder memberikan struktur untuk tata letak PCB dengan menjaga semuanya di tempatnya. Setiap papan memiliki lubang yang melewati pelapis solder. Solder ditempatkan dalam setiap lubang, yang memberikan fondasi untuk setiap komponen yang ditambahkan ke papan.
• Silkscreen: Sentuhan akhir pada setiap papan sirkuit cetak adalah silkscreen, lapisan transparan yang menampilkan angka dan huruf di samping berbagai bagian dari papan tertentu. Ini memungkinkan produsen untuk mengidentifikasi komponen spesifik dari setiap papan.
• Penyolderan manual: Ini adalah proses di mana teknisi secara manual memasukkan satu komponen ke tempat yang ditetapkan pada serangkaian papan sirkuit cetak. Setelah selesai, setiap papan dikirim ke teknisi berikutnya, yang menambahkan bagian lain dan meneruskan papan.
• Penyolderan gelombang: Penyolderan gelombang melibatkan penyolderan yang benar di mana papan ditempatkan pada sabuk konveyor dan dijalankan melalui ruang pemanasan. Di sini, gelombang solder diterapkan ke dasar, memasang semua komponen bawah papan dalam satu proses.

Penting juga untuk memahami perbedaan antara perakitan through-hole, surface mount dan teknologi campuran.

Perakitan PCB Through-Hole

Teknologi through-hole adalah pilihan yang ideal untuk papan sirkuit cetak yang memiliki plumbo atau kabel yang dilewatkan melalui lubang pada papan dan kemudian dijamin di sisi lain dengan solder. PCB dengan komponen besar sangat cocok untuk teknologi through-hole, terutama kapasitor.

Langkah-langkah dasar teknologi through-hole PCB dapat diringkas sebagai berikut:

1. Teknisi secara manual merakit bagian-bagian pada area tertentu pada papan sirkuit cetak, sesuai dengan spesifikasi desain PCB. Setiap komponen harus ditempatkan di posisi yang tepat, seperti yang ditentukan, agar PCB berfungsi dengan benar.
2. Papan diperiksa untuk memastikan semua bagian telah dirakit dengan benar dan setiap komponen ditempatkan di tempat yang tepat. Jika ada bagian PCB yang terletakan, sekarang saatnya untuk memperbaiki ketidaksempurnaan tersebut.
3. Komponen sekarang disolder di tempat pada rangkaian papan. Biasanya dilakukan dengan penyolderan gelombang, di mana papan bergerak di atas gelombang solder cair panas yang mengakibatkan perakitan PCB mengeras. Ini juga dapat dilakukan dengan tangan atau dengan menggunakan penyolderan selektif. Penyolderan selektif mirip dengan penyolderan gelombang, namun, operator dapat menyolder area secara selektif dan ini membantu ketika Anda tidak ingin solder pada area tertentu.

Papan through-hole biasanya mengandung komponen dengan plumbo kabel, baik aksial atau radial. Dibandingkan dengan teknologi surface mount, papan through-hole umumnya memiliki ikatan yang lebih kuat. Namun, lebih banyak pekerja yang diperlukan untuk menghasilkan perakitan through-hole karena bor yang lebih banyak yang terlibat.

Jika papan through-hole terdiri dari beberapa lapis, jalur sinyal memiliki rute yang terbatas pada lapisan internal karena lubang memotong antara permukaan atas dan bawah. Oleh karena itu, teknologi through-hole seringkali terbatas pada beberapa komponen PCB yang lebih besar seperti kapasitor elektrolitik dan semikonduktor. Papan yang memerlukan kekakuan dan dukungan tambahan, seperti relai elektromekanis dan konektor plug, juga dibuat dengan teknologi through-hole.

Selama tahap prototipe, teknisi seringkali menyukai lubang through-hole yang lebih besar dibandingkan surface mount karena yang pertama bekerja lebih mudah dengan soket breadboard. Namun, jika papan dimaksudkan untuk tujuan kecepatan tinggi atau frekuensi tinggi, desain mungkin memerlukan teknologi surface mount untuk mengurangi kesetahan yang tidak diinginkan. Jika tidak, fungsi rangkaian akan menurun karena induktansi atau kapasitansi pada plumbo.

Selama penerapan pasta solder, cetakan pasta solder ditempatkan di atas papan sirkuit cetak untuk memastikan solder tetap dalam batas yang ditentukan dalam desain. Cetakan adalah replika tipis dari desain asli dengan potongan untuk area di mana komponen ditempatkan.

Setelah komponen ditempatkan dan papan telah melalui inspeksi pertama, pasta solder dipanah di atas cairan panas hingga bola logam kecil dalam pasta mengeras dengan kimia pengikat, flux. Ini mengikat komponen ke papan secara permanen. Setelah pemanasan dan pengikatan selesai, papan didinginkan dalam pengaturan yang terkontrol. Ini mengembalikan papan ke keadaan normal dan mencegah shock.

Selesai, papan sirkuit cetak harus memeriksa komponennya untuk ketidaksesuaian apa pun. Jika komponen relatif besar, ini seringkali dapat dilakukan dengan inspeksi visual. Namun, saat ini, penginspeksi optik dan sinar x dapat memeriksa PCB dengan akurasi yang jauh lebih tinggi. Jika kekurangan desain terdeteksi, masalah harus diperbaiki sebelum lebih banyak papan melalui proses.

Teknologi Surface Mount

Teknologi surface mount adalah opsi praktis untuk papan sirkuit cetak yang berisi komponen kecil dan sensitif yang bisa sulit dipasang tanpa kerusakan. Contoh jenis komponen yang melalui proses ini adalah dioda dan resistor.

Langkah-langkah dasar teknologi surface mount dapat diringkas sebagai berikut:

 

1. Langkah pertama melibatkan printer yang dirancang untuk penerapan pasta solder. Cetakan layar pasta solder digunakan untuk memastikan komponen kecil ditempatkan pada tempat yang tepat. Sebelum komponen sebenarnya ditempatkan, cetakan diperiksa untuk memastikan template selaras dengan benar.
2. Papan sekarang dibawa ke mesin di mana komponen ditempatkan sesuai dengan desain cetakan layar pasta solder. Gulungan di mesin memastikan bagian-bagian selaras dan dilekatkan pada pad yang sesuai.
3. Dengan komponen yang ditempatkan dengan benar pada papan, proses pemanasan digunakan untuk mengeraskan semuanya. Pada tahap ini, PCB dikirim melalui ruang pemanasan yang melelehkan solder, memasang bagian-bagian dalam proses.

Sebelum komponen ditempatkan pada PCB, area tertentu pada papan itu sendiri harus dilapisi pasta solder terlebih dahulu, yang berfungsi sebagai lem untuk bagian unik papan. Area yang memerlukan solder terutama adalah tempat pad akan ada untuk komponen yang sesuai.

Pasta solder terdiri dari serbuk kecil dan flux. Proses penerapan pasta solder pada papan sirkuit cetak sangat mirip dengan aplikasi cetakan. Cetakan layar ditempatkan di atas papan dengan selaras yang tepat yang ditentukan. Sebuah roller kemudian dijalankan di atas layar untuk menekan pasta solder ke papan.

Cetakan layar dicetak sebelumnya sesuai dengan desain PCB. Oleh karena itu, lubang di layar selaras dengan pad komponen pada papan. Ini memastikan pelapis solder didistribusikan secara eksklusif pada area-area tersebut. Jumlah sperm distribusi selama proses ini harus diatur untuk memastikan setiap lem tidak terlalu tertutupi atau terlalu sedikit.

Setelah pasta diterapkan, papan dikirim melalui mesin pick-and-place di mana komponen tertentu diterapkan pada area yang disolder. Asalkan gaya eksternal tidak mengguncang papan selama proses ini, tegangan solder seharusnya cukup untuk memegang komponen di tempat.

Pada beberapa mesin pick-and-place, jumlah kecil lem ditambahkan ke area yang ditetapkan untuk mengamankan komponen. Ini terutama dimaksudkan untuk papan sirkuit cetak yang melalui proses penyolderan gelombang. Kekurangan dari penambahan lem ini adalah dapat membuat koreksi sulit pada papan di mana komponen telah terlesuai dari spesifikasi desain asli.

Dengan komponen yang diamankan di tempat yang tepat, PCB dikirim melalui mesin penyolderan. Pada papan lama, produsen sering menggunakan penyolderan gelombang, meskipun ini sebagian besar telah dikeluarkan dari praktik. Dalam produksi di mana metode digunakan, pasta solder tidak digunakan karena solder diterapkan oleh mesin penyolderan gelombang. Hari ini, namun, penyolderan reflow adalah metode yang lebih umum digunakan di antara produsen PCB.

Setelah papan sirkuit cetak keluar dari mesin penyolderan, teknisi memeriksa komposisi papan untuk ketidaksempurnaan apa pun. Jika papan berisi lebih dari 100 komponen yang berbeda, papan dikirim melalui penginspeksi optik otomatis (AOI), yang dapat mendeteksi ketidaksempurnaan terkecil, seperti lem yang tidak selaras, komponen yang tidak terpasang, dan penempatan yang salah.

Setiap papan sirkuit cetak harus melalui serangkaian tes sebelum meninggalkan perakitan. Papan mengalami beberapa tes untuk memverifikasi bahwa ia dapat berfungsi sesuai dengan dirancang dalam desain asli.

Selama operasi berlangsung, peralatan harus diperiksa untuk memastikan semuanya bekerja sesuai dengan dirancang. Tempat pertama yang harus diperiksa adalah output, karena ini akan membantu memverifikasi keberhasilan produksi yang diberikan. Output mesin penyolderan harus diperiksa di awal setiap produksi, bersama dengan papan awal yang keluar melalui output. Dengan cara ini, ketidaksempurnaan dapat ditangkap lebih awal, sebelum error cetakan menjadi besar dan mahal.

Teknologi Campuran

Seiring evolusi cepat teknologi komputer, jumlah papan sirkuit cetak yang dibuat dengan bagian yang semakin kecil semakin bertambah. Ini berarti banyak PCB yang dibuat saat ini dengan kombinasi metode, yang biasanya disebut teknologi campuran. Perakitan yang melibatkan teknologi campuran akan mencakup salah satu pendekatan berikut:

• Perakitan satu sisi campuran, di mana papan sirkuit cetak melalui teknologi surface mount serta teknologi through-hole, keduanya di sisi yang sama dari papan.
• Perakitan terpisah, di mana satu sisi papan sirkuit cetak dirakit dengan teknologi surface mount dan sisi lain papan dirakit dengan teknologi through-hole. PCB seperti ini memiliki komponen ukuran normal di satu sisi dan komponen yang lebih kecil di sisi lain.
• Perakitan dua sisi campuran, di mana kedua sisi papan sirkuit cetak dirakit dengan kombinasi teknologi through-hole dan teknologi surface mount. Papan tipe ini memiliki komponen reguler serta komponen kecil dan sensitif di kedua sisi.

Sebelum desain PCB memasuki produksi, papan yang dimaksudkan untuk digunakan harus diperiksa untuk tujuan kualitas. Pada komponen, oksidasi kaki atau residu minyak dapat menjadi tanda peringatan. Jika disimpan di lingkungan yang sejuk, pasta solder hanya dapat diterapkan setelah dilelehkan dan diaduk. PCB harus kering sebelum pasta diterapkan pada permukaan.

Pada papan sirkuit cetak dengan teknologi campuran, serangkaian proses yang lebih kompleks diperlukan di dalam mesin pick-and-place. Di sini, campuran berbagai ukuran komponen harus dipertimbangkan, baik di satu atau kedua sisi papan.

Jika papan sirkuit cetak terdiri dari perakitan dua sisi, proses penyolderan akan perlu diterapkan di kedua sisi. Pada dasarnya, segala sesuatu yang terjadi di satu sisi juga terjadi di sisi lain. Perbedaannya hanya komponen tertentu dan penempatannya, karena satu sisi mungkin berisi komponen yang lebih kecil dari yang lain. Penyolderan gelombang tidak mungkin untuk PCB dua sisi karena pengiriman ulang papan untuk sisi kedua akan merusak bagian sensitif di sisi pertama.

Papan sirkuit cetak apa pun yang terdiri dari teknologi campuran harus diajukan ke penginspeksi optik otomatis. Dengan cara ini, teknisi dapat dijamin inspeksi yang akurat yang akan mendeteksi ketidaksempurnaan terkecil, seperti penempatan mikroskopik yang sedikit salah.

Untuk mengakomodasi kompleksitas papan teknologi campuran dua sisi, serangkaian tes yang lebih menyeluruh diperlukan untuk PCB awal yang diproduksi dalam baris tersebut. Karena ada lebih banyak komponen yang harus dipertimbangkan, ada lebih banyak masalah potensial jika satu bagian saja tidak selaras.

Manufaktur PCB di Millennium Circuits Limited

Di dunia high-tech saat ini, papan sirkuit cetak semakin kompleks seiring dengan temuan teknisi cara untuk memuat lebih banyak data dan energi pada chip yang semakin kecil. Seiring semakin kecilnya perangkat komputer dan elektronik, demikian juga PCB yang menggerakkan perangkat ini dan menghubungkannya ke jaringan nirkabel. Untuk produsen PCB, ini berarti produksi papan sirkuit cetak akan memerlukan tingkat keahlian yang canggih.

Untuk membuat PCB efisien menurut standar saat ini, Anda harus memiliki PCB polos yang ditentukan dengan benar untuk menjalankan setiap langkah lebih efisien dalam proses perakitan. Di Millennium Circuits, kami menggunakan teknologi terbaru di fasilitas kami untuk memenuhi setiap pesanan PCB polos sesuai spesifikasi pelanggan. Hubungi Millennium Circuits untuk informasi lebih lanjut tentang manufaktur PCB.

Apakah Anda memiliki pertanyaan tentang layanan kami atau proyek Anda? Hubungi kami hari ini untuk berbicara dengan tim dukungan penghargaan MCL!