Kebutuhan akan perangkat berkinerja tinggi dengan fungsionalitas yang diperluas semakin meningkat di bidang elektronik yang terus berubah. Kebutuhan akan teknologi papan sirkuit cetak (PCB) telah menghasilkan kemajuan yang signifikan, khususnya dalam bidang aplikasi frekuensi tinggi. Pemanfaatan desain PCB multi-lapisan telah menjadi solusi penting untuk memenuhi tuntutan ketat dari aplikasi ini.

Munculnya PCB multi-layer

Secara historis, papan sirkuit cetak terutama dicirikan oleh struktur satu atau dua lapisnya, yang memberikan batasan pada kesesuaiannya untuk aplikasi frekuensi tinggi karena penurunan sinyal dan interferensi elektromagnetik (EMI). Namun demikian, pengenalan papan sirkuit cetak berlapis-lapis telah menghasilkan kemajuan penting dalam integritas sinyal, mitigasi interferensi elektromagnetik (EMI), dan kinerja secara keseluruhan.
Papan sirkuit cetak multi-lapis (PCB) dibedakan dari papan sirkuit cetak tunggal atau ganda dengan adanya tiga atau lebih lapisan konduktif yang dipisahkan oleh bahan isolasi, yang umumnya dikenal sebagai lapisan dielektrik. Interkoneksi lapisan-lapisan ini difasilitasi oleh vias, yang merupakan jalur konduktif sangat kecil yang memfasilitasi komunikasi antar lapisan yang berbeda. Desain PCB multi-lapis yang rumit memungkinkan konsentrasi komponen yang lebih besar dan sirkuit yang rumit, menjadikannya penting untuk teknologi tercanggih.
PCB multilapis biasanya menunjukkan tingkat kekakuan yang tinggi karena tantangan yang melekat dalam mencapai banyak lapisan dalam struktur PCB yang fleksibel. Sambungan listrik antar lapisan dibuat melalui pemanfaatan beberapa jenis vias, termasuk vias buta dan vias terkubur.
Konfigurasinya memerlukan penempatan dua lapisan pada permukaan untuk membuat koneksi antara papan sirkuit tercetak (PCB) dan lingkungan eksternal. Secara umum, kepadatan lapisan pada papan sirkuit tercetak (PCB) adalah merata. Hal ini terutama disebabkan oleh kerentanan bilangan ganjil terhadap masalah seperti pembengkokan.
Jumlah lapisan biasanya bervariasi tergantung pada aplikasi spesifik, biasanya berkisar antara empat hingga dua belas lapisan.
Biasanya, sebagian besar aplikasi memerlukan minimal empat dan maksimal delapan lapisan. Sebaliknya, aplikasi seperti ponsel pintar sebagian besar menggunakan dua belas lapisan.

Aplikasi utama

PCB multi-lapisan digunakan dalam berbagai aplikasi elektronik, termasuk:
●Perangkat elektronik konsumen, dengan PCB multi-lapis yang berperan penting dalam menyediakan daya dan sinyal yang diperlukan untuk berbagai produk seperti ponsel cerdas, tablet, konsol game, dan perangkat wearable. Perangkat elektronik ramping dan portabel yang kita andalkan sehari-hari disebabkan oleh desainnya yang ringkas dan kepadatan komponen yang tinggi
●Di bidang telekomunikasi, penggunaan PCB multi-lapisan memfasilitasi kelancaran transmisi sinyal suara, data, dan video di seluruh jaringan, sehingga menjamin komunikasi yang andal dan efektif
●Sistem kendali industri sangat bergantung pada papan sirkuit cetak multi-lapis (PCB) karena kemampuannya mengelola sistem kendali rumit, mekanisme pemantauan, dan prosedur otomasi secara efektif. Panel kontrol mesin, robotika, dan otomasi industri mengandalkannya sebagai sistem pendukung fundamentalnya
●PCB multi-lapis juga relevan untuk perangkat medis, karena sangat penting untuk memastikan presisi, keandalan, dan kekompakan. Peralatan diagnostik, sistem pemantauan pasien, dan perangkat medis penyelamat jiwa sangat dipengaruhi oleh peran pentingnya.

Manfaat dan kelebihan

PCB multi-layer memberikan beberapa manfaat dan keunggulan pada aplikasi frekuensi tinggi, antara lain:
●Integritas sinyal yang ditingkatkan: PCB berlapis-lapis memfasilitasi perutean impedansi yang terkontrol, meminimalkan distorsi sinyal, dan memastikan transmisi sinyal frekuensi tinggi yang andal. Interferensi sinyal yang lebih rendah pada papan sirkuit cetak multi-lapis menghasilkan peningkatan kinerja, kecepatan, dan keandalan
●Pengurangan EMI: Dengan memanfaatkan ground dan power plane khusus, PCB berlapis-lapis secara efektif menekan EMI, sehingga meningkatkan keandalan sistem dan meminimalkan interferensi dengan sirkuit di sekitarnya
●Desain Ringkas: Dengan kemampuan untuk mengakomodasi lebih banyak komponen dan skema perutean yang kompleks, PCB berlapis-lapis memungkinkan desain kompak, yang penting untuk aplikasi dengan ruang terbatas seperti perangkat seluler dan sistem ruang angkasa.
●Peningkatan Manajemen Termal: PCB berlapis-lapis menawarkan pembuangan panas yang efisien melalui integrasi saluran termal dan lapisan tembaga yang ditempatkan secara strategis, sehingga meningkatkan keandalan dan masa pakai komponen berdaya tinggi.
●Fleksibilitas Desain: Keserbagunaan PCB berlapis-lapis memungkinkan fleksibilitas desain yang lebih besar, memungkinkan para insinyur mengoptimalkan parameter kinerja seperti pencocokan impedansi, penundaan propagasi sinyal, dan distribusi daya.

Kekurangan

Salah satu kelemahan utama yang terkait dengan papan sirkuit cetak multilayer adalah biayanya yang lebih tinggi dibandingkan dengan PCB single dan double-layer di seluruh tahap proses manufaktur. Biaya yang lebih tinggi terutama disebabkan oleh peralatan khusus yang dibutuhkan untuk produksinya.
Pembuatannya juga lebih kompleks, karena produksi PCB multilapis memerlukan periode desain yang jauh lebih lama dan metode pembuatan yang cermat dibandingkan dengan jenis PCB lainnya. Kompleksitas Manufaktur: Pembuatan PCB berlapis-lapis menuntut proses manufaktur yang canggih, termasuk penyelarasan lapisan yang tepat, perutean impedansi yang terkontrol, dan tindakan pengendalian kualitas yang ketat, yang menyebabkan peningkatan biaya produksi dan waktu tunggu yang lebih lama.
PCB multilapis memerlukan pra-desain yang menyeluruh dan, oleh karena itu, diperlukan insinyur yang mahir untuk pengembangannya. Produksi setiap papan memerlukan banyak waktu, sehingga menyebabkan peningkatan biaya tenaga kerja. Selain itu, hal ini dapat mengakibatkan perpanjangan interval waktu antara pemesanan dan penerimaan produk, yang dapat menjadi tantangan dalam beberapa situasi.
Namun demikian, kekhawatiran ini tidak mengurangi kemanjuran papan sirkuit cetak (PCB) multilayer. Meskipun PCB multilapis seringkali lebih mahal daripada PCB satu lapis, PCB multilapis menawarkan banyak keunggulan dibandingkan dengan bentuk papan sirkuit cetak khusus ini.
Ketika perangkat elektronik terus menyusut ukurannya dan meningkatkan kepadatan daya, manajemen termal yang efektif menjadi sangat penting dalam PCB berlapis-lapis, sehingga memerlukan solusi inovatif untuk mengurangi titik panas dan memastikan kinerja optimal. Selain itu, memvalidasi kinerja desain PCB berlapis-lapis memerlukan metodologi pengujian yang komprehensif, termasuk simulasi, pembuatan prototipe, dan pengujian kepatuhan, untuk memastikan kepatuhan terhadap standar dan spesifikasi industri.

Tip desain PCB multilapis

Saat membuat papan sirkuit cetak (PCB) multi-layer untuk aplikasi frekuensi tinggi, beberapa saran berguna biasanya berguna.
Untuk mengurangi masalah dalam desain PCB multilayer, area penekanan utama biasanya berkisar pada penumpukan. Saat membuat penilaian tentang penumpukan lapisan, penting untuk mempertimbangkan faktor-faktor seperti fungsionalitas, manufaktur, dan penerapan.
Mulailah dengan mengoptimalkan dimensi papan, karena hal ini akan mempengaruhi keputusan mengenai karakteristik lainnya. Saat menentukan ukuran papan yang ideal, pertimbangkan faktor-faktor berikut:
●Jumlah komponen yang akan ditempatkan di papan
●Ukuran komponen ini
●Di mana papan akan dipasang
●Ketentuan mitra manufaktur untuk jarak, jarak bebas, dan lubang bor
Setelah jumlah lapisan telah ditentukan, pemilihan vias, apakah blind, through hole, dikubur atau via in pad harus dilakukan. Aspek ini mempengaruhi kompleksitas produksi, sehingga mempengaruhi kualitas PCB.
Di bagian desain PCB multilayer, perangkat lunak desain PCB merupakan bagian penting dari proses desain. Ini membantu desainer untuk menghasilkan struktur koneksi mekanis dan kabel PCB dari netlist, dan untuk menempatkan struktur koneksi ini pada multilayer dan untuk menghasilkan file desain dengan bantuan komputer. CAD ini penting dalam pembuatan PCB. Ada beberapa pilihan perangkat lunak desain PCB yang dapat Anda gunakan untuk mendesain PCB multilayer Anda. Namun, ada beberapa yang digunakan lebih luas dibandingkan yang lain, terutama karena antarmukanya yang lebih sederhana, dan alasan lainnya.
DFM, yang tujuannya adalah untuk menciptakan suku cadang dan komponen produk yang memfasilitasi manufaktur, juga harus dipertimbangkan. Tujuannya adalah untuk mendapatkan produk berkualitas tinggi dengan biaya yang lebih rendah. Konsekuensinya, hal ini memerlukan perampingan, peningkatan, dan penyempurnaan desain produk. DFM harus dilakukan tepat waktu sebelum memulai perkakas. Penting untuk melibatkan semua pemangku kepentingan dalam DFM. Keterlibatan beberapa pemangku kepentingan, termasuk desainer, insinyur, produsen kontrak, pemasok material, dan pembuat cetakan, sangatlah penting. Dengan melakukan hal ini, kemungkinan masalah pada desain dapat dikurangi.

Kemampuan manufaktur

Pembuatan PCB berlapis-lapis untuk aplikasi frekuensi tinggi melibatkan beberapa langkah utama:
●Desain dan Tata Letak: Insinyur menggunakan perangkat lunak desain PCB khusus untuk membuat tata letak, dengan mempertimbangkan faktor-faktor seperti integritas sinyal, manajemen termal, dan mitigasi EMI.
●Pemilihan Bahan: Bahan berkualitas tinggi dengan konstanta dielektrik rendah dan tangen rugi-rugi dipilih untuk meminimalkan kehilangan sinyal dan mempertahankan kinerja frekuensi tinggi.
●Perencanaan Penumpukan Lapisan: Penumpukan lapisan direncanakan dengan cermat untuk mengoptimalkan perutean sinyal, pencocokan impedansi, dan pembuangan panas, dengan mempertimbangkan faktor-faktor seperti frekuensi sinyal, ketebalan papan, dan ketebalan tembaga.
●Fabrikasi dan Perakitan: Teknik fabrikasi tingkat lanjut seperti pengeboran laser, laminasi sekuensial, dan etsa impedansi terkontrol digunakan untuk memproduksi PCB berlapis-lapis dengan presisi dan keandalan.
●Pengujian dan Jaminan Kualitas: Prosedur pengujian yang ketat, termasuk analisis integritas sinyal, pengukuran impedansi, pencitraan termal, dan pengujian EMI, dilakukan untuk memastikan kinerja, keandalan, dan kepatuhan PCB berlapis dengan standar dan spesifikasi industri.

Kesimpulan

Evolusi desain PCB berlapis-lapis telah merevolusi bidang elektronik frekuensi tinggi, memungkinkan pengembangan perangkat canggih dengan peningkatan kinerja, keandalan, dan fungsionalitas. Meskipun terdapat tantangan dalam integritas sinyal, kompleksitas manufaktur, dan manajemen termal, manfaat PCB berlapis jauh lebih besar daripada tantangannya, sehingga sangat diperlukan dalam berbagai aplikasi frekuensi tinggi, termasuk telekomunikasi, ruang angkasa, otomotif, dan elektronik medis. Dengan kemajuan berkelanjutan dalam material, teknik fabrikasi, dan metodologi desain, PCB berlapis siap untuk terus mendorong inovasi dalam elektronik frekuensi tinggi di tahun-tahun mendatang.