Pengertian PCB dan Peranan PCB dalam Elektronika

Pengertian PCB – PCB merupakan singkatan dari Printed Circuit Board atau sebuah papan sirkuit cetak yang terdiri dari lapisan-lapisan konduktor tembaga untuk menghubungkan komponen-komponen elektronika sehingga menjadi rangkaian elektronika utuh. Dalam istilah inggris, PCB disebut juga dengan PWB atau printed wiring board.

Daftar isi

Fungsi PCB

Jika melihat dari pengertiannya, fungsi utama PCB adalah sebagai tempat untuk menghubungkan antar komponen elektronika melalui konduktor yang tercetak sehingga menghasilkan rangkaian elektronika utuh. Berikut adalah beberapa fungsi PCB pada rangkaian elektronika.

Sebagai tempat komponen elektronika yang terhubung melalui sebuah konduktor agar lebih rapi dan terorganisir.
Untuk menghubungkan komponen secara efektif dan meminimalkan induktansi, kapasitansi dan resistansi antar komponen yang menjadi penyebab jalur konduktansi yang tidak efisien dan kurang terorganisir.
Sebagai salah satu implementasi teknologi untuk mengurangi waktu produksi rangkaian elektronik.
Membuat perangkat elektronik menjadi jauh lebih kecil karena konduktor yang pendek dan berdekatan. Dengan teknologi PCB, jarak antar komponen dapat menjadi sangat pendek sehingga lebih efisien dan fabrikasi ukuran yang jauh lebih kecil jika tanpa menggunakan PCB.

Sejarah PCB

Printed circuit board (PCB) menjadi sebuah penemuan pertama kali oleh seorang berkebangsaan Amerika, yaitu Charles Ducas yang membuat PCB pertama yang terbuat dari bahan konduktif stensil di atas papan kayu yang datar. Lalu kemudian PCB semakin berkembang dengan lebih rasional untuk mengoperasikan sistem radio oleh Paul Eisler yang berkebangsaan Austria pada tahun 1936.

Perkembangan PCB dari tahun ke tahun dengan rekayasa material dan komputerisasi membuat PCB berkembang dengan cepat dan semakin canggih. Ini terbukti dengan banyaknya lapisan tembaga yang membentuk PCB, dan munculnya teknologi PCB yang fleksibel. Selain itu lapisan tembaga dan ukuran PCB nyaris sangat kecil terutama untuk peralatan elektronika modern.

Berikut ini merupakan timeline yang menjadi sejarah singkat dari PCB:

1925: Penemu berkebangsaan Amerika bernama Charles Ducas, pertama kali berhasil mematenkan PCB pertama dengan membuat stensil bahan konduktif pada papan kayu yang datar.
1936: Seorang ilmuwan berkebangsaan Austria yang bernama Paul Eisler berhasil mengembangkan PCB pertama yang berhasil membentuk perangkat radio.
1943: Paul Eisler berhasil mengembangkan PCB dalam bentuk yang lebih canggih dengan melibatkan bidang kaca yang memperkuat tembaga foil sebagai konduktifitasnya. Secara bersamaan, di tahun tersebut Amerika Serikat juga mulai mengembangkan dan menggunakan teknologi PCB secara besar-besaran terutama pada dunia militer dalam pengembangan proximity fuzes untuk digunakan dalam perang dunia ke-2.
1948: Amerika Serikat merilis teknologi PCB ke publik bertujuan untuk mendorong pengembangan teknologinya secara meluas.
1950-an: Seiring dengan berkembangnya teknologi komponen transistor, penggunaan PCB meningkat secara dramatis karena dapat meningkatkan keandalan elektronik pada setiap komponen elektronika yang menggunakan PCB.
1950-an – 1960-an: PCB berkembang menjadi lapis dua sisi. Sebuah perusahaan Motorola sudah mulai merilis teknologi PCB dua sisi ke publik dengan merek dagang tertentu. Di masa tersebut juga berkembang teknologi pelapis tahan korosi pada PCB.
1960-an: Teknologi PCB berkembang menjadi ukuran yang sangat kecil seiring mulai berkembangnya teknologi sirkuit terpadu (IC) di masa tersebut. Untuk mengakomodasi teknologi sirkuit terpadu, jumlah konduktor pada PCB meningkat secara dramatis dan menghasilkan banyak lapisan PCB. Selain itu, sistem penyolderan yang lebih sulit juga mendorong sistem fabrikasi secara elektronik.
1970-an: Terjadi kontroversi pada PCB yang salah mengartikannya pada saat itu dengan bahan kimia berbahaya lingkungan (poliklorinasi bifenil), yang kebetulan juga pada waktu itu orang menyebutnya dengan PCB. Hal ini mengakibatkan kebingungan publik. Akhirnya untuk menghindari kebingungan tersebut, papan sirkuit cetak atau PCB berganti nama menjadi papan kabel tercetak atau printed wiring board (PWB) sampai istilah PCB kimia menghilang pada tahun 1990an.
1970-an – 1980-an: Teknologi soldermask pada PCB mulai berkembang pesat untuk meningkatkan tingkat keandalan sirkuit pada jarang yang sangat berdekatan. Di masa ini menjadi salah satu metode manufaktur standar dalam pembuatan PCB yang mengaplikasikan teknologi pencitraan melalui proses foto.
1980-an: Teknologi SMT atau Surface Mount Technology mulai diperkenalkan. Biasanya dalam fabrikasi standar, sebuah komponen disolder dengan konduktor PCB melalui lubang-lubang. Pada teknologi SMT tidak diperlukan lubang-lubang terutama untuk menyolder komponen yang sangat kecil, sehingga di tahun-tahun tersebut teknologi PCB berkembang menjadi ukuran yang lebih kecil lagi terutama pada rangkaian digital.
1990-an: Teknologi PCB terus berkembang dengan manufaktur berbasis komputer (CAD/CAM). Munculnya perangkat lunak yang dapat mendesain PCB dengan lebih mudah. Dengan teknologi komputerisasi, desain PCB berkembang drastis menjadi sangat kompleks.
2000-an: Tekologi PCB berkembang menjadi lebih kecil lagi, lebih ringan, dan memiliki lapisan-lapisan yang lebih banyak dalam satu kepingan PCB yang sangat ringan dan tipis. Di tahun tersebut berkembang juga berbagai mesin SMT yang dapat menghasilkan pemasangan komponen pada PCB secara otomatis dan sangat cepat.

Bagian-bagian dan Lapisan pada PCB

Printed Circuit Board atau PCB terdiri dari beberapa struktur atau lapisan utama yang dipadatkan menjadi satu. Material PCB dapat berbeda di setiap lapisannya. Hal ini akan mempengaruhi kualitas PCB. Berikut adalah beberapa lapisan atau bagian penyusun PCB.

Lapisan Substrat

Lapisan ini merupakan lapisan dasar yang meruapakan landasan dari sebuah PCB. Bahan dari lapisan substrat ini disebut dengan istilah FR2 dan FR4. FR merupakan singkatan dari Flame Resistant.

Bahan Flame Resistant 2 atau FR2 terbuat dari cairan resin plastik yang menyerap pada bahan seperti kertas. Sedangkan resin plastik ini terbuat dari bahan campuran kimia sehingga menjadi bentuk papan cetak yang padat. Bahan kimia ini disebut dengan formaldehida fenol.

Selain FR2, salah satu lapisan substrat dari PCB adalah FR4. Berbeda dengan substrat FR2, FR4 dibuat dari anyaman fiberglass yang dilapisi oleh resin epoksi sehingga menjadi bentuk yang padat. FR4 memiliki kualitas yang lebih baik dibandingkan dengan FR2 karena memiliki tingkat serap air yang lebih rendah, dan tahan terhadap suhu hingga 140 derajat celcius. Dengan kelebihan tersebut, harga PCB dengan bahan FR4 jauh lebih mahal.

Lapisan Tembaga

Bagian tembaga pada PCB berfungsi sebagai konduktor untuk menghubungkan berbagai komponen elektronika satu dengan yang lainnya. Lapisan ini dapat juga disebut sebagai pengganti kabel. Tembaga direkatkan pada bagian atas atau bawah substrat dengan temperatur tertentu.

Pada umumnya, PCB satu sisi atau Single Sided PCB, bagian lapisan tembaga diletakan di bagian bawah, sedangkan pada PCB dua sisi atau Double Sided PCB, yang dilapisi tembaga adalah kedua sisinya. Jika PCB dibuat lebih dari 2 lapis, maka lapisan substrat dan lapisan tembaga dibuat menumpuk sesuai dengan jumlah layer.

Lapisan Soldermask

Lapisan soldermask berfungsi untuk menjaga agar lapisan tembaga tidak mengalami short atau hubung singkat karena jalur tembaga terhubung satu sama lain. Jika Anda pernah melihat bentuk PCB dengan warna merah, biru atau hijau pada bagian tembaga, maka itulah bagian soldermask.

Soldermask di aplikasikan setelah lapisan tembaga tercetak. Soldermask biasanya digunakan pada PCB dengan standar menengah hingga tinggi. Untuk para hobi elektronika, biasanya mereka membuat PCB tanpa soldermask karena mengaplikasian soldermask ini dianggap opsional dan tanpa soldermask pun PCB sudah dapat dipakai dan dapat menghubungkan komponen-komponen elektronika.

Akan tetapi, saat sekarang ini banyak jasa pembuatan PCB yang dibandrol dengan harga terjangkau dan lengkap sudah dengan soldermask. Jadi kita tinggal mengirimkan file layout PCB yang sudah dibuat dan dikirimkan. Jasa PCB ini cukup praktis dan efisien untuk para hobi elektronika untuk membuat suatu rangkaian elektronika. Bagian soldermask dapat berwarna merah, hijau ataupun biru.

Lapisan Silkscreen

Silkscreen merupakan lapisan yang menggambarkan huruf, angka dan simbol komponen pada sebuah PCB. Lapisan ini berfungsi untuk mempermudah pemasangan komponen dan troubleshooting. Silkscreen yang bagus ini biasanya terdiri dari dua lapis warna. Warna yang pertama sebagai background berwarna hijau, biru, atau merah. Sedangkan lapisan kedua untuk menggambarkan simbol, huruf dan angka komponen berwarna putih.

Jenis-jenis PCB berdasarkan jumlah lapisan/layernya

Seiring dengan perkembangan teknologi yang semakin canggih, teknologi PCB juga semakin meningkat dengan semakin banyaknya varian dari PCB, terutama dari jumlah layer. Namun pada umumnya jenis PCB jika terbagi berdasarkan jumlah lapisan atau layernya, terdiri dari 3 jenis saja. Yaitu:

Single Sided PCB

Jenis PCB ini terdiri dari satu lapisan konduktor tembaga. Rangkaian elektronika yang sederhana atau yang tidak terlalu kompleks biasanya menggunakan PCB jenis single sided. Namun daripada itu, Single Sided PCB juga sangat populer di kalangan hobi elektronika karena jika membandingkan dengan jenis PCB yang lain, pembuatannya paling mudah dan sederhana.

Rangkaian elektronika yang sederhana atau yang tidak terlalu kompleks biasanya menggunakan PCB jenis single sided. Namun daripada itu, Single Sided PCB juga sangat populer di kalangan hobi elektronika

Double Sided PCB

Jenis PCB ini memiliki dua lapisan konduktor tembaga yang terpasang di kedua sisi bagian substrat PCB. Rangkaian elektronika yang sederhana hingga kompleks, dan dengan ukuran yang kecil hingga sedang biasanya menggunakan PCB jenis double sided. Seperti perangkat TV LED, radio komunikasi modern, Laptop dan komputer, mikrokontroller, dan lain-lain.

Para hobi elektronika juga banyak menggunakan PCB jenis ini unutk mengerjakan rangkaian elektronika yang cukup kompleks. Biasanya untuk membuat PCB doble sided ini, para hobi banyak menggunakan jasa pembuatan PCB yang tersedia di online, karena praktis dan terjangkau.

Multilayer PCB

Multilayer PCB merupakan PCB dengan lapisan konduktor tembaga lebih dari dua yang terpisah dengan lapisan substrat dan isolator di setiap lapisannya. Rangkaian elektronika yang sangat kompleks dengan dimensi yang kecil banyak menggunakan PCB jenis multilayer. Biasanya lapisan multilayer PCB mulai dari 4 lapisan, 6 lapisan, 8 lapisan, dan seterusnya. Contoh penggunaan multilayer PCB adalah kamera digital, smartphone, dan lain-lain.

Jenis-jenis PCB berdasarkan fleksibilitasnya

Selain jenis-jenis PCB yang terdapat pada jumlah lapisan/layernya, ada juga jenis PCB yang klasifikasinya berdasarkan fleksibilitasnya, yaitu sebagai berikut.

Rigid PCB (PCB Kaku)

Rigid PCB atau PCB kaku merupakan jenis PCB yang tidak dapat menekuk atau lentur. Setiap rangkaian elektronika banyak sekali menggunakan PCB Jenis ini karena kemudahannya dan tidak memerlukan biaya yang mahal. Rigid PCB biasanya terbuat dari bahan pertinaks atau fiberglass. Jika Anda melihat PCB seperti papan yang kaku, maka itulah jenis rigid PCB. Contohnya adalah motherboard komputer, laptop, perangkat radio modern, dan lain-lain.

Keunggulan penggunaan rigid PCB antara lain: biaya yang lebih terjangkau, kemudahan dalam analisa dan perbaikan, lebih tahan terhadap getaran, dan lain-lain.

Flex PCB (PCB Fleksibel)

Flex PCB merupakan jenis PCB yang dapat menekuk atau lentur. Bahan utama dari Flex PCB ini adalah poliamida, Polyether ether ketone (PEEK), atau film poliester konduktif tranparan.

Banyak perangkat elektronika modern saat ini sudah menggunakan PCB jenis flex, terutama untuk perangkat yang sangat kecil seperti kamera digital, smartphone ataupun pada industri otomotif yang modern. Ada beberapa keuntungan dalam penggunaan flex PCB ini antara lain hemat tempat, meminimalisir penggunaan konektor, cocok untuk penggunaan frekuensi tinggi, dan sangat ringan.

Rigid-Flex PCB (PCB Kaku dan Fleksibel)

Rigid-flex PCB merupakan jenis papan sirkuit cetak yang terbuat dengan perpaduan antara rigid PCB dan flex PCB. Anda juga dapat menyebut Rigid-Flex PCB dengan sebutan PCB hybrid. Bagian PCB yang fleksibel biasanya untuk menghubungkan (interkoneksi) antara dua atau lebih PCB yang kaku. Dengan menggunakan PCB hybrid, memungkinkan penggunaan konektor semakin kecil. Selain itu rigid-flex PCB akan memudahkan dalam merancang desain PCB yang lebih unik dengan berbagai bentuk.

Anda dapat memperoleh keuntungan ketika menggunakan Rigid-Flex PCB antara lain adalah kelenturan yang dapat membentuk hingga 360 derajat, lebih tahan terhapda guncangan, konstruksi lebih ringan, sambungan konektor lebih sedikit, dan meminimalisir dimensi ruang dengan desain bentuk yang lebih variatif.

Demikian penjelasan mengenai pengertian PCB, sejarah PCB, jenis-jenis PCB dan peranannya pada rangkaian elektronika.

Bagikan artikel ini: