PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT PROJEK
3.3 Perancangan Dan Pembuatan PCB
PCB adalah sebuah papan yang penuh dengan komponen - komponen elektronika yang tersusun membentuk rangkaian elektronik atau tempat rangkaian elektronika yang menghubungkan komponen elektronik yang satu dengan lainnya tanpa menggunakan kabel. Disebut dengan Papan Sirkuit karena diproduksi secara massal dengan cara mencetak. PCB dilapisi lapisan logam (tembaga) yang berfungsi sebagai penghubung antar komponen, Lapisan logam ini nantinya akan menjadi kabel yang tersusun rapi, setelah kita melarutkan pada larutan FerryClorit + air. Printed Circuit Board (PCB) adalah sebuah papan rangkaian yang terbuat dari bahan ebonit (Pertinax) atau fiberglass dimana salah satu sisi permukaannya dilapisi dengan tembaga tipis. Jenis ini umumnya disebut single side karana hanya memiliki satu permukaan yang berlapiskan tembaga.
Berikut merupakan sejarah singkat PCB:
1936 : Paul Eisler, seorang ilmuwan Austria, pertama kali menemukan PCB.
Ia menggunakan papan sirkuit ini untuk pembentukan sebuah radio.
1943 : Amerika Serikat kemudian mengadopsi papan sirkuit ini dalam radio militer dalam jumlah besar.
1948 : Pertama kalinya PCB dikomersialisasikan di Amerika Serikat
1950 : Setelah tahun ini, kemudian PCB telah dapat digunakan secara massal terutama di industri elektronika.
3.3.1 Fungsi PCB
Printed Circuit Board (PCB) yang kedua sisinya digunakan untuk
pembuatan rangkaian yang bersifat kompleks dan rumit, sehingga kedua bagian sisinya dapat difungsikan sebagai jalur – jalur pengawatan, PCB ini juga
berfungsi sebagai dudukan komponen – komponen. Pada saat rangkaian
dihubungkan dengan umber tegangan, maka jalur – jalur pengawatan pada PCB ini
akan berfungsi sebagai penghantar arus listrik.Jalur – jalur pengawatan tersebut akan menghubungkan satu komponen dengan komponen yang lain secara terpadu, sehingga berbentuk suatu rangkaian elektronik.Menggunakan PCB didalam perakitan – perkitan peralatan elektronik, diperoleh keuntungan antara lain :
1. Mudah mencari kerusakan, jika alat tersebut mengalami gangguan.
2. Dapat dibuat peralatan elektronik yang semakin kecil, karana tempat dudukan komponen dapat dipersempit.
3. Sedikit menggnakan kabel.
4. Pada peralatan yang bekerja dengan frekwensi tinggi dapat dicegah terjadinya frekuensi liar
3.3.2 Lapisan Pembentuk PCB
Gambar 3.8 PCB
Walau jika dilihat sekilas PCB hanya berupa sebuah papan, namun papan tersebut ternyata memiliki beberapa lapis dengan bahan material penyusun yang berbeda-beda. Jika diibaratkan, lapisan tersebut mirip dengan kue lapis. Berikut merupakan struktur dan komposisi dari PCB.
a. Substrat (Lapisan Standar)
Bahan lapisan pertama yang biasanya menjadi dasar sebuah PCB disebut dengan substrat, yang dapat berupa FR2 (Flame Resistant) dan FR4.
Flame resistant 2 merupakan istilah yang merujuk pada kertas bonfing resin sintetis. FR2 dibuat dengan cara membuat sehelai kertas diserapi oleh resin plastik. Resin plastik yang digunakan merupakan bahan kimia bernama formaldehida fenol.
Sementara itu, FR4 sendiri terbuat dari anyaman fiberglass yang telah menjalani proses pelapisan dengan resin epoksi. Jika dibandingkan dengan FR2, FR4 memiliki daya serap air lebih rendah, sehingga menjadikannya material dengan daya isolasi baik yang juga memiliki ketahanan terhadap temperatur hingga 140oC. Dengan kualitas ini, PCB berbahan substrat FR4 harganya lebih mahal dibandingkan dengan FR2.
b. Tembaga
Lapisan selanjutnya adalah tembaga pipih yang direkatkan ke bagian substrat dengan cara dilaminasi pada temperatur tertentu. Karena PCB sendiri ada dua jenis, maka jumlah lapisan tembaga bergantung dari jenis PCB tersebut.
Untuk Single Sided PCB, hanya akan dilapisi oleh satu lapisan tembaga di salah satu sisi substrat, sementara untuk Double Sided, di kedua sisinya dilapis dengan tembaga. Perkembangan teknologi saat ini sudah semakin maju sehingga pelapisan tembaga pun disesuaikan denga kebutuhan.
Terdapat pula PCB yang dilapisi hingga 16 lapisan tembaga karena kebutuhan rangkaian elektronik yang diinginkan.
c. Soldermask
Merupakan lapisan setelah tembaga, yang fungsinya menjaga agar lapisan tembaga dan jalur konduktor tidak mengalami kontak yang tak disengaja. Soldermask juga cukup penting untuk mencegah terjadinya solder short (hubungan singkat solder). Pada umumnya, lapisan soldermark memiliki warna hijau, dan ada pula beberapa yang warnanya biru atau merah.
d. Silkscreen
Berfungsi untuk memberikan indikator atau tanda bagi komponen-komponen elektronika yang dirangkai dalam PPCB, sehingga orang pun lebih mudah merangkai sebuah rangkaian. Silkscreen ini biasanya berwarna putih atau hitam, dengan cetakan huruf, angka, dan simbol pada PCB.
3.3.3 jenis-jenis PCB
Gambar 3.9 Penyusun jenis-jenis PCB
Seperti telah disinggung sebelumnya, secara umum PCB dapat dibagi menjadi tiga jenis berdasarkan jumlah layernya, yaitu PCB single layer(single sided) dan PCB double layer (double sided), dan multilayer. Dari ketiga jenis PCB tersebut, kemudian terbagi lagi menjadi beberapa macam.
1. Single Sided PCB : Merupakan jenis PCB yang hanya memiliki satu lapisan komponen tembaga di salah satu sisi substratnya. PCB jenis Single Sided banyak digunakan untuk berbagai rangkaian elektronik sederhana dengan biaya produksi yang relatif murah.
2. Double Sided PCB : Di lain sisi, double side PCB merupakan jenis PCB dengan dua lapisan tembaga di masing-masing sisi substratnya. Biasanya, terdapat lubang-lubang yang berfungsi sebagai penghubung kedua lapisan tembaga tersebut.
3. Multilayer PCB :Memiliki beberapa lapis tembaga (yang jumlahnya lebih dari 2 lapis. Antar lapisan tembaga pada PCB multilayer dipisahkan dengan lapisan insulator. Biasanya digunakan untuk rangkaian elektronik kompleks yang membutuhkan cukup banyak konduktor. Terdapat beberapa jenis multilayer PCB, ada yang 4 , 6, 10, hingga 16 lapis tergantung kerumitan rangkaian.
Selain berdasarkan layer yang dimiliki, PCB juga bisa dikelompokkan berdasarkan fleksibilitasnya, artinya kaku atau tidaknya PCB tersebut untuk sebuah rangkaian.
Berdasarkan fleksibilitasnya, PCB dibagi menjadi 3 macam :
1. Rigid PCB (Kaku) : Artinya, papan rangkaian kaku dan tidak dapat dilenturkan atau dilipat. Berguna untuk bahan substrat yang kaku layaknya fiberglass.
2. Flex PCB (Fleksibel) : Substratnya terbuat dari bahan plastik yang cukup mudah dibengkokkan, dilenturkan, dan diatur. Dengan menggunakan Flex PCB, rangkaian mudah dibengkokkan tanpa merusaknya.
3. Rigid-Flex PCB : Gabungan dari PCB kaku dan fleksibel. Biasanya, beberapa Rigid PCB saling terhubung dengan menggunakan Flex PCB.
3.3.4 Alat dan bahan pembuatan PCB
Alat dan bahan pembuatan PCB adalah sebagai berikut : 1. Papan Pcb
Printed Circuit Board (PCB) adalah sebuah papan rangkaian yang terbuat dari bahan ebonit( Pertinax) atau fiber glass dimana salah satu sisi permukaannya dilapisi dengan tembaga tipis.Jenis ini umumnya disebut single side karana hanya memiliki satu permukaan yang berlapiskan tembaga. Sedangkan PCB yang kedua sisinya digunakan untuk pembuatan rangkaian yang bersifat kompleks dan rumit, sehingga kedua bagian sisinya dapat difungsikan sebagai jalur – jalur pengawatan, PCB ini juga berfungsi sebagai dudukan komponen – komponen.
2. Kertas Milimeter Block
Kertas milimeter block adalah kertas bergaris yang memiliki block kotak bergaris yang telah terukur. Dimana kertas milimeter block dalam pembuatan papan PCB digunakan untuk menggambar gambar rangkaian, gambar tata letak komponen, dan gambar jalur PCB
3. Setrika
Setrika ini berfungsi untuk menggosok gambar rangkaian yang sudah di print ke permukaan papan PCB polos agar dapat digunakan untuk membuat projek tersebut
4. Pelarut Pcb
Bahan Pelarut untuk menghilangkan lapisan tembaga pada papan PCB yang tidak tergambar pola jalur (tidak tertutup tinta) adalah dengan
melakukan etching (pelarutan). Ada beberapa bahan kimia yang dapat dipergunakan untuk etching diantaranya adalah larutan :
1.Feri Clorida (FeCl3) 2.Natrium Sulfat (Na2SO4) 3.Asam Nitrat (HNO3)
4.Asam Clorida + Perhidrosida (HCl + H2O2) 5. Amplas
Amplas (kadang juga disebut kertas pasir) adalah sejenis kertas yang digunakan untuk membuat permukaan benda - benda menjadi lebih halus dengan cara menggosokkan salah satu permukaan amplas yang telah ditambahkan bahan yang kasar kepada permukaan benda tersebut.
6. Pisau Cutter
Cutter memiliki beragam bentuk dan ukuran, ada yang besar, sedang, dan kecil. Ada yang berbentuk bulat, panjang atau seperti gantungan kunci.
Tapi meskipun memiliki berbagai bentuk dan ukuran yang berbeda - beda, fungsi cutter cuma satu, yaitu untuk memotong.
7. Bor Pcb
Bor PCB adalah merupakan bor listrik tangan mini yang digunakan untuk membuat lubang pada PCB, lubang - lubang yang terdapatdi
bantalan PCB
yang berfungsi untuk menaruh kaki komponen elektronika dan skrup ulir.
3.3.5 Proses Pembuatan PCB Secara Manual Tahap perancangan pembuatan pcb
1. Didesain dan dirancang rangkaian dengan software eagle
2. pada software eagle di konversi dari skematik menjadi board sehingga seperti gambar berikut
Gambar 3.10
3. di print hasil rangkaian yang didesain pada software eagle menggunakan kertas transfer pcb atau kertas photo
4. di siapkan pcb dan digosok dengan kertas pasir 5. di siapkan alat strika.
6. Ditempelkan hasil print pada tembaga pcb kemudian di strika dan ditunggu sampai dingin hingga kertasnya lepas sendiri
7. Siapkan larutan FeCl dan di larutkan ke air secukupnya
8. Masukkan pcb ke dalam larutan tersebut dan di goyang-goyang sehingga tembaga pada yang tidak tertutup tinta print pada pcb mencair
9. Cuci pcb hingga bersih dan gosok pakai kertas pasir hingga tinta hilang dan pcb siap di bor.