Memahami proses fabrikasi dan perakitan PCB sangat penting — tidak hanya untuk produsen, tetapi juga untuk insinyur, manajer produk, dan tim pengadaan. Bahkan ketika produksi PCB dialihdayakan ke produsen kontrak, pemahaman Anda tentang proses tersebut secara langsung memengaruhi pilihan desain Anda, tingkat hasil, dan keandalan jangka panjang produk akhir Anda.

Panduan ini akan memandu Anda melalui proses fabrikasi dan perakitan PCB yang lengkap, langkah demi langkah. Meskipun PCB FR4 digunakan sebagai referensi utama, kami juga menyoroti perbedaan utama untuk PCB aluminium, PCB frekuensi tinggi, PCB fleksibel, dan PCB keramik jika relevan. Sebelum produksi dimulai, tinjauan DFM (Design for Manufacturability) dan fase prototipe PCB sangat direkomendasikan untuk memvalidasi desain Anda.

Proses fabrikasi dimulai dengan persiapan material. Laminat PCB (papan berlapis tembaga) dibersihkan untuk menghilangkan oksidasi dan kontaminasi permukaan, kemudian dipotong sesuai ukuran panel yang dibutuhkan. Pemangkasan tepi dan pembulatan sudut dilakukan pada tahap ini untuk menghilangkan gerinda yang dapat memengaruhi pemrosesan selanjutnya.

Catatan untuk PCB keramik: Titik awal berbeda — bubuk keramik dicampur dengan pengikat organik untuk membentuk bubur pasta, yang kemudian dikerok menjadi lembaran sebelum diproses lebih lanjut.

Pembentukan sirkuit lapisan dalam adalah langkah inti yang dibagikan oleh semua jenis PCB. Prinsip dasarnya adalah transfer gambar: pola sirkuit dari file Gerber Anda direproduksi pada permukaan tembaga melalui serangkaian laminasi, paparan, dan pengembangan.

Proses dimulai dengan pra-perlakuan permukaan — membersihkan laminat dan meningkatkan kekasaran permukaan untuk meningkatkan adhesi. Film kering fotosensitif kemudian dilaminasi secara termal ke permukaan tembaga. Film PCB (artwork) ditempatkan di atas film kering dan dipaparkan ke cahaya UV: area transparan film memungkinkan UV untuk menyembuhkan film kering di bawahnya, sementara area buram memblokirnya.

Setelah paparan, larutan natrium karbonat (Na₂CO₃) digunakan untuk membilas film kering yang belum tersembuhkan — ini adalah tahap pengembangan. Tembaga di bawah area yang belum tersembuhkan sekarang terbuka. Larutan etsa kemudian menghilangkan tembaga yang tidak diinginkan ini. Akhirnya, natrium hidroksida (NaOH) mengupas sisa film kering yang telah tersembuhkan, memperlihatkan sirkuit lapisan dalam yang sudah jadi.

Detail Penting: Artwork lapisan dalam menggunakan film negatif; artwork lapisan luar menggunakan film positif — logikanya terbalik. Pemindaian AOI (Automatic Optical Inspection) dilakukan setelah sirkuit setiap lapisan dibuat. Untuk PCB multilayer dengan empat lapisan tembaga atau lebih, setiap lapisan dalam diproses secara terpisah menggunakan metode yang sama ini.

Pada langkah ini, lapisan tembaga dalam yang sudah selesai dan PP (prepreg — komposit resin dan kain serat kaca) ditumpuk secara bergantian dan diikat bersama di bawah panas dan tekanan tinggi, membentuk struktur PCB multilayer.

Proses laminasi melibatkan lima sub-langkah: browning (mengkasarkan permukaan tembaga bagian dalam secara kimia untuk meningkatkan ikatan dengan PP), riveting (pra-penumpukan dan penyematan lapisan bersama), penumpukan lapisan, laminasi hot press, dan pasca-pemrosesan (pengeboran lubang registrasi dan pemotongan panel sesuai ukuran).

Catatan: PCB empat lapis tidak memerlukan sub-langkah riveting. Untuk PCB frekuensi tinggi, bahan isolasi adalah PTFE daripada PP. PCB fleksibel menggunakan film PI (polyimide) atau PET sebagai lapisan dielektrik.

Untuk PCB dengan lubang tembus berlapis (PTH), pengeboran adalah langkah penting. PCB FR4, frekuensi tinggi, dan inti logam dibor secara mekanis. PCB fleksibel, PCB rigid-flex, dan PCB keramik menggunakan pengeboran laser untuk mencapai diameter lubang yang lebih halus.

PCB HDI: Via buta, via terkubur, via lompat, dan via bertumpuk masing-masing dibor secara terpisah dengan laser pada lapisan individual. PCB frekuensi tinggi tambahan memerlukan perlakuan plasma setelah pengeboran untuk membersihkan noda bor dari dinding lubang.

Setelah pengeboran, dinding lubang bersifat non-konduktif (resin dan serat kaca). Untuk memungkinkan koneksi listrik antar lapisan, lubang harus dimetalasi.

Ini dicapai dalam dua tahap. Pertama, pelapisan tembaga tanpa listrik: aktivator mengendapkan partikel paladium pada dinding lubang, yang bertindak sebagai bibit katalitik untuk reaksi reduksi tembaga kimia. Lapisan tembaga tipis sekitar 0,5–1 µm diendapkan. Kedua, pelapisan tembaga elektro: tembaga lubang dilapisi secara elektro untuk meningkatkan ketebalan menjadi 5–10 µm, membentuk saluran konduktif yang tahan lama antar lapisan.

Proses ini mencerminkan pembentukan sirkuit lapisan dalam, tetapi dengan satu perbedaan utama: film positif digunakan. Di bawah paparan UV, film kering di atas area non-sirkuit mengeras. Selama pengembangan, film kering di atas area sirkuit dibilas, meninggalkan tembaga sirkuit terbuka dan siap untuk pelapisan.

Tembaga sirkuit yang terbuka dilapisi secara elektro untuk kedua kalinya — disebut sebagai "pelapisan tembaga sekunder" — untuk membangun ketebalan tembaga hingga spesifikasi yang ditentukan dalam desain Anda. Lapisan timah kemudian dilapisi di atas tembaga sirkuit untuk bertindak sebagai pelindung etsa, melindungi jejak sirkuit selama langkah etsa berikutnya.

Larutan kimia mengupas film kering yang telah tersembuhkan, memperlihatkan area tembaga yang tidak diinginkan. Larutan etsa kemudian menghilangkan kelebihan tembaga ini. Akhirnya, larutan kimia lain mengupas lapisan timah dari tembaga sirkuit, meninggalkan sirkuit lapisan luar yang bersih dan terdefinisi penuh. Pada titik ini, struktur tembaga dasar PCB selesai.

Solder mask adalah lapisan pelindung yang diaplikasikan di atas permukaan PCB — lapisan berwarna (hijau paling umum, meskipun hitam, merah, biru, dan putih adalah pilihan standar) yang Anda lihat pada papan jadi. Ini melindungi jejak tembaga dari oksidasi dan mencegah jembatan solder selama perakitan.

Tinta solder mask diaplikasikan dengan sablon atau pelapisan semprot sesuai dengan lapisan solder mask di file Gerber Anda, kemudian disembuhkan dengan paparan dan pemanggangan.

Catatan: PCB fleksibel menggunakan film coverlay (PI atau PET) alih-alih solder mask cair. PCB tembaga tebal (≥ 3 oz) memerlukan aplikasi semprot elektrostatik untuk mencapai cakupan yang merata di atas langkah tembaga yang menonjol. PCB telanjang/kosong — biasanya digunakan untuk verifikasi desain — diproduksi tanpa solder mask.

Penanda referensi komponen, penanda polaritas, logo perusahaan, dan tanda sertifikasi dicetak sablon di atas solder mask menggunakan tinta dan disembuhkan dengan pemanggangan. Legenda ini permanen dan berfungsi sebagai panduan penting selama perakitan PCB, pengujian, dan pemeliharaan lapangan.

Pad tembaga yang terbuka — area di mana komponen akan disolder — memerlukan finishing permukaan untuk mencegah oksidasi dan memastikan solderabilitas yang baik. Memilih finishing permukaan yang tepat untuk aplikasi Anda berdampak langsung pada hasil perakitan dan umur produk.

• ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) — pilihan paling serbaguna; solderabilitas dan umur simpan yang sangat baik
• HASL / HASL Bebas Timbal — hemat biaya untuk penggunaan umum
• OSP (Organic Solderability Preservative) — datar, sesuai RoHS, cocok untuk komponen pitch halus
• Immersion Silver — sangat baik untuk integritas sinyal frekuensi tinggi
• Immersion Tin — permukaan datar, baik untuk konektor press-fit
• Hard Gold / ENEPIG — untuk gold finger, konektor tepi, dan aplikasi keausan tinggi

Jika Anda tidak yakin finishing permukaan mana yang akan ditentukan, ENIG adalah pilihan default yang andal untuk sebagian besar desain PCB.

Panel PCB dirutekan atau dipotong sesuai garis besar papan akhir. Pemotongan V-cut dan routing CNC (juga disebut tab-routing atau slot depaneling) adalah metode yang paling umum untuk PCB FR4, aluminium, dan frekuensi tinggi. Lubang setengah (lubang castellated) juga tersedia untuk papan FR4 yang akan dipasang sebagai modul.

PCB fleksibel dan PCB keramik diprofil menggunakan pemotongan laser untuk mencapai toleransi tepi halus yang dibutuhkan aplikasi mereka.

Meskipun ada inspeksi AOI di setiap lapisan, pengujian listrik akhir dari papan yang lengkap sangat penting untuk memverifikasi bahwa semua sirkuit terhubung dengan benar dan tidak ada korsleting atau putus yang tidak disengaja.

Pengujian flying probe menggunakan probe yang dapat dipindahkan untuk memeriksa setiap jaringan pada PCB dari putus dan korsleting — tidak memerlukan perlengkapan khusus, menjadikannya ideal untuk prototipe dan pesanan volume rendah.

Pengujian perlengkapan (bed-of-nails) menggunakan jig uji yang dibuat khusus dan cocok untuk produksi volume tinggi untuk verifikasi listrik yang cepat dan komprehensif.

Di DuxPCB, kami juga menawarkan pengujian resistansi Kelvin empat kawat untuk aplikasi otomotif, medis, pertahanan, dan kedirgantaraan — metode presisi untuk mengukur nilai mikro-resistansi yang tidak dapat dideteksi oleh pengujian listrik standar.

Sebelum pengiriman, setiap PCB menjalani inspeksi akhir yang komprehensif mencakup tiga area:

Pemeriksaan dimensi: Garis besar papan, toleransi lubang ke tepi, ketebalan keseluruhan, diameter lubang, lebar dan jarak jejak, lebar cincin annular, lengkungan dan puntiran, dan ketebalan pelapisan tembaga via.

Pemeriksaan permukaan: Rongga, lubang tersumbat, paparan tembaga, partikel asing, lubang tambahan atau hilang, cacat gold finger, dan kualitas legenda.

Verifikasi keandalan: Solderabilitas, kekuatan kupas, adhesi solder mask, adhesi emas, ketahanan terhadap kejutan termal, impedansi (untuk desain impedansi terkontrol), dan tingkat kontaminasi ionik.

Perakitan Surface Mount Technology (SMT) adalah metode dominan untuk elektronik modern. Prosesnya mengikuti tahapan berikut:

Pencetakan pasta solder — Pasta solder diaplikasikan ke pad PCB melalui stensil yang dipotong laser. SPI (Solder Paste Inspection) — Sistem inspeksi 3D memeriksa volume dan posisi pasta. Penempatan komponen — Mesin pick-and-place memasang komponen SMD dengan kecepatan dan presisi tinggi. Inspeksi X-ray — Digunakan untuk memeriksa sambungan solder tersembunyi, terutama di bawah paket BGA. Penyolderan reflow — Papan melewati profil suhu yang dikontrol secara presisi untuk melelehkan dan mengatur sambungan solder. AOI (Automatic Optical Inspection) — Papan yang sudah selesai dipindai untuk cacat solder.

Untuk PCB yang menyertakan komponen through-hole — konektor, transformator, kapasitor besar, dan bagian serupa — perakitan through-hole mengikuti SMT. Kaki komponen dimasukkan melalui lubang PTH, kemudian disolder dengan solder gelombang. Kaki dipotong dan papan diperiksa secara visual sebelum melanjutkan.

Setelah perakitan, DuxPCB menyediakan berbagai layanan bernilai tambah untuk mendukung perjalanan Anda dari prototipe hingga produk jadi:

• Pengujian fungsional (FCT) — Pengujian simulasi aplikasi untuk memverifikasi kinerja produk akhir
• Pemrograman IC — Flashing firmware dan pemrograman chip
• Pelapisan konformal — Lapisan pelindung untuk aplikasi lingkungan yang keras
• Pengujian burn-in / penuaan termal — Pengujian stres yang diperpanjang untuk penyaringan keandalan
• Perakitan box-build — Integrasi produk penuh termasuk selungkup, kabel, dan suku cadang mekanis

Semua produk jadi dikirim hanya setelah lulus verifikasi fungsional akhir.

Baik Anda mengembangkan prototipe atau meningkatkan ke produksi volume tinggi, memahami proses fabrikasi dan perakitan PCB membantu Anda membuat keputusan desain yang lebih baik, berkomunikasi lebih efektif dengan produsen Anda, dan mengurangi revisi yang mahal di kemudian hari.

Di DuxPCB, kami mendukung pelanggan di setiap tahap — mulai dari tinjauan DFM dan prototipe hingga PCBA turnkey penuh dan pengiriman box-build. Jika Anda memiliki proyek yang ada di pikiran atau pertanyaan tentang desain Anda, hubungi tim kami untuk tinjauan teknis dan penawaran gratis.

© DuxPCB. Konten asli. Harap cantumkan DuxPCB jika mereproduksi atau merujuk artikel ini.