Menguasai Laminat PCB: Panduan Definitif untuk Insinyur

Orang sering mengabaikan betapa kompleksnya struktur papan sirkuit cetak dapat menjadi. Karena kita menggunakan PCB untuk berbagai bidang aplikasi, masing-masing memerlukan materi spesifik. Laminat adalah materi esensial. Produsen menggunakannya untuk mengembangkan dan memproduksi PCB. Jadi, perlu untuk memahami berbagai laminat yang tersedia bagi Anda. Panduan ini akan menjelajahi segala yang perlu Anda ketahui tentang laminat PCB.

Apa Itu Laminat PCB?

Perangkat robotik yang mengembangkan PCB miniatur memegang laminat

Secara umum, PCB memiliki empat lapisan: silkscreen, solder mask, tembaga, dan substrat (dari atas ke bawah). Akibatnya, lapisan-lapisan ini harus terikat bersama untuk menjadi struktur fungsional untuk PCB. Jadi, tujuan laminat PCB adalah untuk mengamankan lapisan PCB bersama.

Laminat seringkali materi yang dilapisi tembaga yang biasanya terdiri dari lembar resin. Resin yang produsen gunakan untuk membangun laminat biasanya berbasis epoxy. Namun, ia dapat terdiri dari kain lain. Meskipun demikian, produsen terlebih dahulu mengkuring lembar lembar menggunakan resin termoest untuk menciptakan laminat. Selanjutnya, kita menekan lembar resin bersama dengan menerapkan dua lembar foil tembaga pada setiap sisi datar dari koleksi.

Terakhir, produsen menerapkan panas dan gaya sampai lembar lembar terikat bersama. Setelah laminat mengeras, ia menyerupai materi plastik atau kaca yang keras.

Apa Perbedaan Antara Laminat dan Prepregs?

Pusat teknologi serat karbon yang memproduksi bahan prepreg
Sumber: Flickr (CC – Generic)

Prepregs biasanya lembar serat kaca yang diperkuat. Produsen prepreg mengembangkannya dengan menerapkan atau pre-impregnasi lembar serat kaca ini menggunakan agen pengkuring seperti resin epoxy. Sesuai dengan itu, ini jauh berbeda dari proses pengembangan laminat. Laminat sering terdiri dari lembar prepreg. Prepregs hanyalah kain yang sudah dikuring dan diimpregnasi. Kontrasnya, laminat adalah lembar materi yang ditekan dan dipanaskan.

Jenis Laminat PCB

Koleksi papan sirkuit cetak

Seperti yang disebutkan sebelumnya, kita menggunakan PCB yang berbeda untuk aplikasi yang berbeda. Misalnya, produsen komponen perangkat dapat menggunakan PCB fleksibel dalam perangkat yang kompakt. Jenis laminat PCB yang paling umum adalah:

FR-4 (FR4)

PCB Fr-4 yang dilapisi tembaga

FR-4 merujuk pada laminat resin epoxy yang diperkaya kaca. Ini adalah bahan tahan api. Oleh karena itu nama FR-4 (FR = Flame Retardant). Meskipun demikian, FR-4 adalah bahan paling populer untuk substrat PCB. Fakta ini disebabkan oleh kekuatan mekanis dan listrik yang tinggi. Selain itu, ia memiliki dissipasi panas yang tinggi ketika produsen menerapkan aditif. Lebih lanjut, aditif ini dapat meningkatkan stabilitas, keandalan, dan spesifikasi daya bahan.

Meskipun demikian, FR-4 dapat menampung sirkuit dengan jumlah lapisan yang tinggi karena konstan. Sebagai hasilnya, ia cocok untuk pembuatan PCB frekuensi tinggi.

Polyimide

PCB fleksibel yang menggunakan bahan polyimide
Sumber: Wikimedia Commons

Produsen menghargai laminat polyimide karena efisiensi termal bawaan yang tinggi. Selain itu, mereka cenderung lebih andal daripada bahan FR-4. Fakta ini terutama disebabkan oleh ekspansi panas yang rendah. Akibatnya, produsen perangkat menerapkannya dalam elektronik yang digunakan oleh orang di lingkungan yang keras. Selain itu, ini membuatnya sangat cocok untuk desain PCB yang memerlukan banyak lapisan. Namun, produsen menggunakan bahan ini untuk manufaktur PCB fleksibel.

Teflon

Produsen biasanya menggunakan laminat Teflon untuk mengembangkan PCB kecepatan tinggi. Kejadiannya, ini karena properti listrik yang brilian mereka. Sama seperti FR-4, produsen dapat menerapkan aditif ke Teflon untuk meningkatkan stres mekanis mereka.

Teflon adalah salah satu bahan laminat yang paling mahal. Sebagai hasilnya, ia adalah salah satu bahan yang paling tidak populer dalam pembuatan dan manufaktur PCB. Selain itu, diperlukan keterampilan, keahlian tinggi, dan peralatan spesialis untuk memproduksi laminat berbasis Teflon.

High Tg Epoxy

High Tg Epoxy adalah bahan laminat dengan suhu transisi kaca tinggi (AKA suhu vitrificasi). Karena atribut ini, ia memiliki toleransi panas yang luar biasa. Akibatnya, ia sangat cocok untuk digunakan dalam aplikasi industri dan mesin. Selain itu, High Tg Epoxy memiliki resistensi kimia dan kelembaban yang brilian. Produsen biasanya menggunakannya dalam konstruksi PCB multi-lapis.

BT-Epoxy

BT-Epoxy adalah kombinasi bismaleimide triazine dan resin epoxy. Produsen menghargainya karena kemampuannya untuk mempertahankan struktur di bawah suhu ekstrem. Ia memiliki properti listrik dan mekanis yang luar biasa. Oleh karena itu, ia sangat cocok untuk aplikasi militer dan industri. Meskipun demikian, PCB tanpa timbal dan multi-lapis adalah PCB yang paling umum yang menggunakan laminat BT-Epoxy.

Bahan Lainnya

Bahan serat kaca

Bahan yang disebutkan di atas bukanlah satu-satunya yang produsen gunakan untuk memproduksi laminat. Misalnya, kita menggunakan laminat yang dilapisi tembaga untuk PCB frekuensi tinggi. Selain itu, kita dapat menggunakan kain keramik, estere sianat, dan kombinasi resin serta kimia lainnya.

Namun, bahan-bahan ini mungkin tidak layak disebutkan karena produsen tidak menerapkannya sebanyak bahan lain dalam panduan ini. Selain itu, mereka juga mungkin lebih mahal dan lebih sulit dimanipulasi.

Sifat Laminat

Saat memilih materi dan laminat yang tepat untuk PCB Anda, pertimbangkan beberapa atribut. Sifat-sifat ini dapat berupa termal, mekanis, atau listrik. Bagian ini akan menjelajahi sifat-sifat ini.

Sifat Termal

PCB mengalami luka bakar dari short circuit

• Suhu Transisi Kaca (Tg): Laminat kehilangan integritas strukturalnya ketika mencapai rentang suhu tertentu. Jadi, kita menggunakan suhu transisi kaca untuk membantu mengidentifikasi kapan laminat mengeras dan melunak.
• Suhu Dekomposisi (Td): Mendeskripsikan titik suhu ketika laminat mulai mengalami kerusakan permanen (meleleh). Jadi, penting untuk menggunakan laminat PCB yang suhu operasinya lebih rendah dari rentang dekomposisi.
• Koefisien Ekspansi Termal (CTE): Mendeskripsikan laju ekspansi laminat. Jika kita memasukkan panas ke laminat yang melewati ambang CTE-nya, ia akan mulai meleleh. Oleh karena itu, penting untuk memahami koefisien ekspansi termal saat mengintegrasikan PCB ke dalam perangkat.
• Konduktivitas Termal (k): Sifat yang mendeskripsikan kemampuan laminat untuk mentransfer atau mengonduksi panas. Ia direpresentasikan oleh Kelvin.

Sifat Listrik

Foto makro papan sirkuit cetak

• Konstanta Dielektrik (ϵr): Mendeskripsikan permeabilitas listrik dan relatif laminat. Esensialnya, ia dapat berkisar antara 3.5 dan 5.5 ϵr.
• Tanggen Hilang Dielektrik (tan δ): Mewakili difusi energi listrik yang dapat diukur dalam laminat. Biasanya, laminat PCB memiliki tan δ antara 0.02 dan 0.0001.
• Resistensi Listrik/Volume (ρ): Mewakili kemampuan laminat untuk menahan arus listrik. Secara umum, laminat memiliki resistensi listrik antara 103 dan 1010 Ω⋅m (megaohms).
• Resistensi Permukaan (ρS): Menunjukkan resistensi eksternal laminat. Kelembaban dan suhu dapat mempengaruhinya.
• Kekuatan Listrik: Mewakili kemampuan laminat untuk menahan breakdown listrik. Secara kebetulan, orang juga menyebutnya sebagai kekuatan dielektrik. Kita menggunakan volt per meter untuk merepresentasikannya.

Sifat Kimia

Papan sirkuit celup dalam air dan sabun.

• Kebakaran: Sifat yang mewakili kemampuan laminat untuk menahan nyala api. Meskipun sebagian besar laminat cenderung tidak mudah terbakar, mereka masih dapat mengalami api eksternal. Jadi, sifat ini menunjukkan berapa lama laminat akan terbakar saat terbakar.
• Serapan Kelembaban: Mewakili seberapa banyak kelembaban atmosfer yang dapat ditahan oleh laminat. Terutama saat kita merendam laminat dalam air. Meskipun demikian, nilai ini mempengaruhi sifat termal dan dielektrik laminat.
• Resistensi Methylene Chloride: Menunjukkan resistensi kimia laminat. Secara khusus terhadap diklorometana (atau methylene chloride).

Sifat Mekanis

Produksi otomatis modul RAM yang menggunakan PCB miniatur

• Kekuatan Kulit: Merujuk pada kekuatan ikatan yang menghubungkan berbagai lapisan laminat.
• Kekuatan Lentur: Mendeskripsikan kemampuan laminat untuk menahan tekanan fisik. Dasarnya, itu adalah kekuatan tarik. Esensialnya, sifat ini menunjukkan seberapa banyak tekanan yang dapat Anda terapkan dan membengkokkan laminat sebelum akhirnya pecah.
• Densitas: Merujuk pada massa atau ketebalan laminat.
• Waktu Delaminasi: Menunjukkan seberapa lama laminat dapat menahan di atas suhu ambang sebelum mulai merusak.

Cara Memilih Bahan Laminat PCB

Mesin yang membuat lubang pada papan sirkuit cetak

Saat mempertimbangkan materi untuk laminat listrik/PCB Anda, ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan selain spesifikasi teknis atau sifat. Aspek lain yang harus Anda pertimbangkan meliputi:

Biaya

Saat memilih laminat PCB, biaya harus selalu diperiksa terlebih dahulu. Meskipun mungkin masuk akal untuk mencari materi yang paling mahal, itu mungkin tidak ideal untuk produksi skala besar. Lagi lagi, FR-4 adalah bahan laminat PCB yang paling populer. Sebagai hasilnya, ia adalah yang paling murah untuk diperoleh. Ia memiliki keandalan yang tinggi dan cocok untuk PCB satu lapis dan multi-lapis. Sementara Anda dapat mencari dan mengintegrasikan materi yang lebih mahal ke dalam desain Anda (seperti emas), Anda harus mempertimbangkan pendekatan yang lebih praktis. Kami merekomendasikan membeli kain yang melakukan semua yang Anda butuhkan sambil menghemat paling banyak uang.

Kualitas

Koleksi papan prototipe hijau

Kualitas sedikit berpotongan dengan biaya. Bahan berkualitas tinggi cenderung lebih mahal. Namun, Anda masih dapat mencapai keseimbangan antara kedua aspek ini. Jadi, Anda harus mendapatkan materi dari agen atau produsen yang memiliki reputasi menjual kain berkualitas tinggi dengan harga wajar.

Produsen PCB

Pengelem otomatis solder PCB

Saat memilih materi untuk laminat Anda yang akhirnya akan menjadi PCB, terbaik untuk bekerjasama dengan produsen PCB yang terkemuka. Produsen ini harus sangat berpengalaman dengan materi yang Anda rencanakan untuk diintegrasikan ke dalam laminat. Produsen harus familiar dengan berbagai gaya serat kaca dan kain.

Selain itu, mereka harus mampu memvalidasi desain dan pilihan materi PCB Anda. Kami menutupi Anda dengan pabrik kami yang dilengkapi modern dari prototyping hingga produksi massal. Hubungi Wellpcb.com untuk semua kebutuhan manufaktur PCB Anda.

Ringkasan

PCB di samping materi shielding

Sebelum hadirnya PCB, produsen perangkat elektronik harus bergantung pada konstruksi titik-titik dan desain wire wrap. Aman untuk dikatakan bahwa PCB modern membuat elektronik saat ini mungkin. Efektivitas papan sirkuit cetak sangat bergantung pada materi yang digunakan. Seperti yang disorot oleh panduan di atas, inilah sebabnya mengapa laminat dan bahan laminat begitu penting. Meskipun demikian, kami harap Anda telah menemukan panduan ini bermanfaat. Seperti biasa, terima kasih telah membaca.