Elektronik modern digambarkan semakin kecil, cepat, dan mumpuni secara bersamaan. Oleh karena itu, desain papan sirkuit menghadapi kesulitan yang lebih besar dibandingkan era sebelumnya. Para insinyur ditantang dengan keterbatasan ruang, masalah integritas sinyal, dan komplikasi pembuangan panas saat mengerjakan tata letak yang padat. Ukuran mini ponsel pintar membuat kinerja menjadi pertimbangan yang lebih penting dalam desain sirkuit minimalis. Menjadi jauh lebih menantang untuk mengakomodasi semua batasan desain yang dibutuhkan dalam satu tata letak papan sirkuit.
Ini menjelaskan penggunaan desain PCB empat lapis. Hasil yang diharapkan meliputi peningkatan integritas sinyal, distribusi daya yang lebih baik, dan peningkatan kinerja.
Struktur PCB 4 Lapisan dan Konfigurasi Susunan Lapisan Umum
PCB empat lapis terdiri dari empat lapisan tembaga dengan lapisan isolasi di antara setiap pasangan. Perbedaannya dengan PCB satu lapis dan dua lapis adalah PCB empat lapis memberikan efisiensi lebih tinggi dalam hal perancangan sirkuit karena terdapat lebih banyak lapisan yang membantu memanfaatkannya secara elektrik dengan lebih baik.
Biasanya, lapisan terluar (atas dan bawah) akan digunakan untuk komponen dan perutean, sedangkan lapisan dalam akan berfungsi sebagai bidang daya dan bidang pentanahan. Desain seperti ini membantu menstabilkan tegangan dalam sistem dan mengurangi interferensi elektromagnetik (EMI)Desain seperti itu juga memungkinkan pemisahan fungsional antara perutean sinyal dan distribusi daya, sehingga meningkatkan keandalan desain secara keseluruhan.
Susunan lapisan seperti itu dikenal sebagai susunan PCB empat lapis.
Prinsip-prinsip Desain Kritis untuk PCB 4 Lapisan
Namun, untuk desain empat lapis, jalur sinyal harus ditempatkan tepat di atas lapisan referensi, yang menyiratkan perlunya kedekatan antara kedua jenis lapisan tersebut. Dengan cara ini, dimungkinkan untuk mengurangi luas loop, menekan interferensi elektromagnetik (EMI) sekaligus memastikan transmisi sinyal yang efektif.
Dengan mempertimbangkan posisi komponen pada PCB, perlu diperhatikan juga perutean setelah penempatan sinyal. Tentu saja, persyaratan utama terkait hal ini adalah memastikan jarak yang tepat, panjang jalur lintasan, dan topologi perutean yang benar untuk menghindari interferensi silang (crosstalk). Namun, untuk desain sinyal berkecepatan tinggi, sangat penting untuk memastikan kontrol impedansi yang tepat.
Pada saat yang sama, masalah penting lain dalam desain papan sirkuit, yang tidak boleh diabaikan, berkaitan dengan manajemen termal. Dengan demikian, penting untuk memposisikan komponen dengan tepat dan memfasilitasi pendinginannya melalui vias termal, lapisan tembaga, dan pendekatan lainnya. Selain itu, perlu dipastikan juga kemudahan manufaktur papan sirkuit tersebut.
Keunggulan Utama PCB 4 Lapisan
Keuntungan lain dari mendesain PCB empat lapis adalah kemampuan performanya yang luar biasa. Jika PCB tersebut mencakup bidang daya dan bidang ground khusus, maka karena penggunaan bidang-bidang ini, dimungkinkan untuk mencapai performa yang lebih tinggi dibandingkan dengan PCB dua lapis karena sinyal menunjukkan integritas yang lebih baik dan noise yang lebih rendah dalam rangkaian.
Selain kemampuan performa yang tinggi, ada satu fitur lagi dari PCB empat lapis yang patut diperhatikan – peningkatan efisiensi perutean. Karena jumlah lapisan yang lebih banyak dalam desain PCB tersebut, dimungkinkan untuk meningkatkan efisiensi pengaturan jalur dan kabel. Kombinasi kemampuan untuk mengirimkan sinyal lebih cepat dengan efisiensi pengaturan yang tinggi menghasilkan peningkatan keandalan PCB; oleh karena itu, akan memungkinkan untuk mengurangi kesalahan dan mempermudah proses debugging papan sirkuit.
Terakhir, ada banyak manfaat terkait daya tahan perangkat yang diproduksi dengan bantuan susunan PCB empat lapis. Pertama, papan tersebut lebih tahan terhadap kondisi eksternal yang dapat mempengaruhinya secara negatif, dan kedua, dengan bantuan teknologi ini, dimungkinkan untuk menciptakan teknologi baru yang bertujuan untuk pengembangan perangkat elektronik yang lebih ringkas. Meskipun biaya awal PCB tampak cukup tinggi, hal ini dapat mengurangi biaya desain ulang dan debugging pada desain yang kompleks.
Proses Pembuatan PCB 4 Lapisan
Membandingkan proses produksi suatu PCB dua lapis Dengan papan empat lapis, dapat dikatakan bahwa proses pembuatannya melibatkan beberapa langkah tambahan. Namun, pengetahuan tentang proses tersebut akan memungkinkan pemahaman tentang keunggulan papan jenis ini.
Pertama-tama, perlu ditegaskan bahwa langkah pertama dalam pembuatan PCB empat lapis adalah mendesain papan. Hal ini biasanya dilakukan dengan bantuan program desain berbantuan komputer (CAD), di mana para desainer menggambar papan sirkuit, susunan lapisannya, dan peruteannya. Tahap ini sangat penting untuk diperhatikan dengan saksama karena kesalahan apa pun dalam desain akan memengaruhi pekerjaan selanjutnya.
Kemudian, tahap kedua melibatkan pemrosesan lapisan dalam. Dalam kasus PCB empat lapis, ini berarti pemrosesan bidang daya dan bidang ground. Dengan demikian, digunakan laminasi berlapis tembaga, di mana bagian-bagian yang tidak perlu dihilangkan melalui fotolitografi dan etsa kimia. Perlu disebutkan bahwa kedua lapisan harus diuji secara terpisah sebelum melanjutkan ke tahap berikutnya.
Kemudian, langkah selanjutnya adalah pengikatan lapisan. Prepreg digunakan, yaitu sejenis material fiberglass yang dilapisi dengan resin khusus. Dengan demikian, proses ini dilakukan pada suhu tinggi dan di bawah tekanan besar dalam mesin laminasi vakum.
Kemudian, lubang harus dibor melalui lapisan-lapisan tersebut untuk membentuk sambungan di antara mereka. Selanjutnya, lapisan-lapisan tersebut dilapisi tembaga dengan metode elektroplating agar arus dapat mengalir melalui papan tersebut.
Ketika proses yang dijelaskan di atas dilakukan, lapisan luar diberi pola melalui pencitraan, pelapisan tembaga, dan etsa. Kemudian, lapisan pelindung solder diaplikasikan untuk melindungi tembaga dari oksidasi dan menghindari jembatan solder. Terakhir, sablon dicetak pada papan.
Langkah selanjutnya adalah melakukan pengujian papan sirkuit. Ini mencakup pengujian kelistrikan setelah semua korsleting atau masalah pada koneksi diperbaiki. Selain itu, beberapa produsen juga melakukan pengujian impedansi.
Aplikasi PCB 4 Lapis
Papan sirkuit tercetak empat lapis sangat ideal untuk perangkat elektronik modern berkinerja tinggi yang sangat ringkas. Penggunaan umum papan sirkuit tercetak tersebut meliputi telepon seluler, komputer laptop, telekomunikasi, mesin industri, mobil, perangkat medis, dan peralatan jaringan.
Ponsel dan perangkat tablet sangat ringkas sehingga membutuhkan bidang daya terpisah untuk memastikan komunikasi nirkabel dan berkecepatan tinggi yang andal. Komputer laptop membutuhkan jaringan distribusi daya (PDN) yang sangat efektif di seluruh bidang daya dan bidang tanah karena casingnya yang ringkas.
Peralatan kontrol industri dan mesin dapat memanfaatkan bidang ground kontinu untuk mengurangi interferensi elektromagnetik (EMI). Elektronik mobil menggunakan papan 4 lapis untuk keandalan dalam berbagai kondisi cuaca dan berbagai perangkat. Peralatan presisi medis membutuhkan papan yang sangat andal.
Kesalahan Umum yang Harus Dihindari dalam Desain PCB 4 Lapisan
Meskipun diasumsikan bahwa papan sirkuit tercetak empat lapis harus berkualitas tinggi dan memiliki struktur yang kuat, kesalahan mungkin terjadi selama proses perancangan sirkuit, yang akan mengakibatkan papan tersebut tidak berfungsi. Kesalahan-kesalahan yang harus dihindari dalam fase perancangan papan sirkuit tercetak empat lapis adalah:
•Pilihan susunan lapisan yang buruk. Penting untuk memilih jenis papan dan lapisannya sebelum mempertimbangkan sinyal, karena jika tidak, jalur balik akan menjadi lebih panjang, meningkatkan induktansi loop dan risiko EMI.
·Mengabaikan nilai impedansi. Karena impedansi bergantung pada lebar jalur, ketebalan jarak antar lapisan, sifat material (Dk), dan konfigurasi susunan lapisan, maka impedansi harus dihitung secara akurat.
• Desain via yang buruk. Penempatan via yang salah menyebabkan gangguan pada bidang ground dan mengganggu jalur arus balik. Di sisi lain, lokasi via yang benar membuat sistem bekerja dengan baik.
•Pertimbangan kebutuhan termal.
Pilih Produsen PCB 4 Lapis yang Andal
Pemilihan perusahaan manufaktur yang tepat tidak boleh dianggap hanya sebagai pembelian transaksional. Hal itu harus dilihat sebagai pencarian pemasok yang memiliki kemampuan dan keahlian yang diperlukan di seluruh tahapan kunci proses manufaktur, termasuk kemampuan untuk memproduksi papan sirkuit tercetak multilayer.
Sangat penting untuk memahami bahwa sistem kontrol kualitas adalah elemen terpenting dari produsen yang andal. Produsen yang baik selalu memiliki alat pengujian dan inspeksi terbaik. Akan bermanfaat untuk bekerja sama dengan produsen yang bersedia membangun komunikasi dan memberikan bantuan teknis selama seluruh proses desain. Adalah bijaksana untuk memilih produsen yang berpengalaman dalam menangani konfigurasi material dan susunan lapisan seperti itu.
Tidak diragukan lagi, beberapa masalah mungkin timbul saat bekerja sama dengan produsen. Namun demikian, produsen yang andal berupaya untuk memenuhi kewajibannya tepat waktu; oleh karena itu, kemungkinan terjadinya masalah akan rendah.
The Bottom Line
PCB empat lapis memungkinkan penghematan biaya dalam produksi elektronik baru karena teknologi multi-lapisan dapat lebih hemat biaya dalam desain yang kompleks dengan mengurangi kesulitan perutean, masalah EMI, dan pengerjaan ulang. Koneksi konduktor dan komponen lain yang efektif sangat penting untuk mengembangkan perangkat elektronik yang ringkas saat ini. Dengan menggunakan teknologi yang tepat, PCB empat lapis akan memungkinkan untuk mendapatkan hasil yang diinginkan dengan menerapkan teknologi terkini.
Teknologi empat lapis bekerja dengan baik ketika keandalan, ukuran, dan kebersihan sinyal sangat penting untuk mendapatkan hasil yang baik. Empat lapisan tersebut menciptakan keseimbangan antara kompleksitas arsitektur dan biaya ekonomis.
