Apa Fungsi Papan Sirkuit?

Papan sirkuit tercetak, atau PCB, ditemukan di hampir setiap jenis perangkat elektronik. Papan plastik ini dan komponen tertanamnya menyediakan teknologi dasar untuk segala hal mulai dari komputer dan ponsel hingga jam tangan pintar. Sambungan sirkuit pada PCB memungkinkan arus listrik disalurkan secara efisien antara komponen mini di papan, menggantikan perangkat yang lebih besar dan kabel besar.

Tergantung pada aplikasi yang dirancang untuknya, papan PC dapat melakukan berbagai tugas yang terkait dengan komputasi, komunikasi, dan transfer data. Selain tugas yang dilakukannya, mungkin fungsi terpenting dari papan sirkuit adalah menyediakan cara untuk mengintegrasikan elektronik untuk perangkat dalam ruang yang ringkas. PCB memungkinkan komponen terhubung dengan benar ke sumber daya sambil diisolasi dengan aman. Selain itu, papan sirkuit lebih murah daripada opsi lain karena dapat dirancang dengan alat desain digital dan diproduksi dalam volume tinggi menggunakan otomatisasi pabrik.

Papan sirkuit modern biasanya terbuat dari lapisan bahan yang berbeda. Berbagai lapisan menyatu bersama melalui proses laminasi. Bahan dasar di banyak papan adalah fiberglass, yang menyediakan inti yang kaku. Lapisan foil tembaga di satu atau kedua sisi papan muncul berikutnya. Sebuah proses kimia kemudian digunakan untuk menentukan jejak tembaga yang menjadi jalur konduktif. Jejak-jejak ini menggantikan pembungkus kawat yang berantakan yang ditemukan dalam metode konstruksi titik-ke-titik yang digunakan untuk rakitan elektronik sebelumnya.

SEBUAH lapisan topeng solder ditambahkan ke papan sirkuit untuk melindungi dan mengisolasi lapisan tembaga. Lapisan plastik ini menutupi kedua sisi papan dan sering berwarna hijau. Ini diikuti oleh lapisan layar sutra dengan huruf, angka dan pengidentifikasi lain yang membantu dalam perakitan papan. Komponen papan sirkuit dapat dipasang ke papan dengan berbagai cara, termasuk menyolder. Beberapa metode pemasangan menggunakan lubang kecil yang dikenal sebagai via yang dibor melalui papan sirkuit. Tujuannya adalah untuk memungkinkan listrik mengalir dari satu sisi papan ke sisi lainnya.

SEBUAH sirkuit adalah lingkaran bahan konduktif yang dapat dilalui oleh listrik. Ketika loop tertutup, listrik dapat mengalir tanpa gangguan dari sumber listrik seperti baterai melalui bahan konduktif dan kemudian kembali ke sumber listrik. Desain sirkuit didasarkan pada kenyataan bahwa listrik berusaha mengalir dari tegangan daya yang lebih tinggi, yang merupakan ukuran potensial listrik, ke tegangan yang lebih rendah.

Setiap sirkuit terdiri dari setidaknya empat elemen dasar. Elemen pertama adalah sumber energi untuk daya AC atau DC. Unsur kedua adalah bahan penghantar seperti kawat yang energinya dapat bergerak. Jalur konduktif ini dikenal sebagai melacak atau jejak. Elemen ketiga adalah memuat, yang terdiri dari setidaknya satu komponen yang menghabiskan sebagian daya untuk melakukan tugas atau operasi. Elemen keempat dan terakhir setidaknya satu pengontrol atau mengalihkan untuk mengontrol aliran kekuasaan.

Saat Anda memasukkan beban ke dalam jalur tertutup sirkuit, beban dapat menggunakan aliran arus listrik untuk melakukan tindakan yang membutuhkan daya. Misalnya, komponen light emitting diode (LED) dapat dibuat menyala ketika daya mengalir melalui rangkaian di mana ia dimasukkan. Beban perlu mengkonsumsi energi karena kelebihan daya dapat merusak komponen yang terpasang.

Komponen terpenting pada papan sirkuit meliputi:

• Baterai: Menyediakan daya untuk sirkuit, biasanya melalui perangkat terminal ganda yang menyediakan perbedaan tegangan antara dua titik di sirkuit
• kapasitor: Komponen mirip baterai yang dapat dengan cepat menahan atau melepaskan muatan listrik
• dioda: Mengontrol listrik pada papan sirkuit dengan memaksanya mengalir ke satu arah
• induktor: Menyimpan energi dari arus listrik sebagai energi magnet
• IC (Terintegrasisirkuit): Sebuah chip yang mungkin berisi banyak sirkuit dan komponen dalam bentuk mini dan biasanya melakukan fungsi tertentu
• LED (Lampumemancarkandioda): Lampu kecil yang digunakan pada papan sirkuit untuk memberikan umpan balik visual
• Penghambat: Mengatur aliran arus listrik dengan memberikan hambatan
• Mengalihkan: Baik memblokir arus atau membiarkannya mengalir, tergantung pada apakah itu tertutup atau terbuka
• Transistor: Jenis sakelar yang dikendalikan oleh sinyal listrik

Setiap komponen pada papan sirkuit melakukan tugas tertentu atau serangkaian tugas yang ditentukan oleh fungsi PCB secara keseluruhan. Beberapa komponen seperti transistor dan kapasitor beroperasi langsung pada arus listrik. Mereka berfungsi sebagai blok bangunan dalam komponen yang lebih kompleks yang dikenal sebagai sirkuit terpadu.

Istilah PCBA (singkatan dari Printed Circuit Board Assembly) digunakan untuk menggambarkan papan sirkuit yang sepenuhnya diisi dengan komponen yang terpasang pada papan dan terhubung ke jejak tembaga. Ini juga disebut sebagai perakitan plug-in. Papan yang memiliki jejak tembaga tetapi tidak memiliki komponen yang terpasang sering disebut sebagai papan telanjang atau papan sirkuit tercetak.

Desain papan sirkuit modern memungkinkan mereka untuk diproduksi secara massal dengan biaya lebih rendah daripada papan terbungkus kawat yang lebih tua. Setelah tahap desain papan telah ditata dengan bantuan perangkat lunak komputer khusus, manufaktur dan perakitan – untuk sebagian besar – otomatis. Sebuah PCBA dianggap selesai dan siap digunakan setelah pengujian jaminan kualitas selesai.

Sebuah rangkaian terbuka adalah salah satu yang tidak tertutup karena kabel putus atau sambungan longgar. Rangkaian terbuka tidak akan berfungsi karena tidak dapat menghantarkan listrik. Meskipun tegangan mungkin tersedia dalam rangkaian terbuka, tidak ada cara untuk mengalirkannya. Dalam beberapa kasus, sirkuit terbuka diinginkan. Misalnya, sakelar yang digunakan untuk menyalakan dan mematikan lampu membuka dan menutup rangkaian yang menghubungkan lampu ke sumber listriknya.

Jenis lain dari sirkuit yang rusak adalah sirkuit pendek, yang dapat terjadi jika terlalu banyak daya yang mengalir melalui rangkaian dan merusak bahan penghantar atau catu daya. Korsleting dapat disebabkan oleh dua titik di sirkuit yang terhubung ketika mereka tidak seharusnya, seperti: dua terminal catu daya yang dihubungkan tanpa komponen beban di antaranya untuk mengalirkan sebagian dari saat ini. Korsleting catu daya dengan cara ini dapat berbahaya dan bahkan dapat menyebabkan kebakaran atau ledakan.

Tabung vakum dan relay listrik melakukan fungsi dasar komputer awal. Pengenalan sirkuit terpadu menyebabkan pengurangan baik ukuran dan biaya komponen elektronik. Segera papan sirkuit dikembangkan yang berisi semua kabel perangkat yang sebelumnya menempati seluruh ruangan. Papan awal ini dibuat dari berbagai bahan, termasuk Masonite, Bakelite dan karton, dan konektornya terdiri dari kabel kuningan yang dililitkan di sekitar tiang.

Mulai tahun 1940-an, papan sirkuit menjadi lebih efisien dan lebih murah untuk diproduksi ketika kawat tembaga menggantikan kuningan. Papan awal dengan kabel tembaga digunakan pada radio militer, dan pada 1950-an, mereka juga digunakan untuk perangkat konsumen. Segera papan satu sisi yang berisi kabel hanya di satu sisi berkembang menjadi PCB dua sisi dan multilayer yang saat ini digunakan secara luas.

Dari tahun 1970-an hingga 1990-an, desain PCB menjadi lebih kompleks. Pada saat yang sama, ukuran fisik dan biaya papan terus menyusut. Saat papan menjadi lebih padat dengan komponen yang terpasang, aplikasi desain berbantuan komputer (CAD) dikembangkan untuk membantu pembuatannya. Saat ini ada berbagai alat yang tersedia untuk desain PCB digital, dari opsi gratis dan berbiaya rendah hingga paket yang berfungsi penuh dengan harga tinggi yang membantu desain, manufaktur, dan pengujian.

Elektronik modern tidak akan ada tanpa sirkuit terpadu, yang diperkenalkan pada akhir 1950-an. IC adalah kumpulan miniatur sirkuit dan komponen seperti transistor, resistor, dan dioda yang dirakit pada chip komputer untuk melakukan fungsi tertentu. Sebuah chip IC tunggal dapat berisi ribuan atau bahkan jutaan komponen. Jenis yang paling umum dari sirkuit terpadu termasuk gerbang logika, timer, counter dan register geser.

Selain IC tingkat rendah, ada juga IC mikroprosesor dan mikrokontroler yang lebih kompleks yang memiliki kemampuan untuk mengendalikan komputer atau perangkat lain. Sirkuit terpadu kompleks lainnya termasuk sensor digital seperti akselerometer dan giroskop yang ditemukan di ponsel dan perangkat elektronik lainnya. Seperti bagian lain dari PCB, ukuran sirkuit terpadu terus menurun selama beberapa dekade terakhir.

Pemasangan komponen pada PCB satu sisi awal yang digunakan teknologi melalui lubang, di mana komponen dipasang ke satu sisi papan dan diikat melalui lubang ke jejak kawat konduktif di sisi lain menggunakan penyolderan. Pada saat diperkenalkan, teknologi lubang tembus merupakan kemajuan dari konstruksi titik-ke-titik, tetapi lubang dibor di PCB untuk pemasangan menyebabkan beberapa masalah desain, terutama setelah pengenalan multilayer papan. Karena lubang harus melewati semua lapisan, sebagian besar real estat yang tersedia di papan dihilangkan.

Teknologi pemasangan permukaan (SMT) memecahkan banyak masalah yang disebabkan oleh lubang tembus. Ini menjadi banyak digunakan pada 1990-an, meskipun telah diperkenalkan beberapa dekade sebelumnya. Komponen diubah untuk memiliki bantalan kecil yang dapat disolder ke papan sirkuit secara langsung, bukan melalui kabel. SMT memungkinkan produsen PCB untuk mengemas sejumlah besar komponen secara padat di kedua sisi PCB. Jenis pemasangan ini juga lebih mudah dibuat dengan otomatisasi.

Pemasangan SMT tidak menghilangkan kebutuhan akan lubang di papan sirkuit. Beberapa desain PCB masih menggunakan vias untuk memungkinkan interkoneksi antar komponen pada lapisan yang berbeda. Namun, lubang ini tidak terlalu mengganggu seperti lubang tembus yang digunakan sebelumnya untuk pemasangan komponen.

Perangkat elektronik yang paling kompleks mungkin termasuk PCB multilayer. Papan ini setidaknya terdiri dari tiga lapisan bahan konduktif seperti tembaga yang diselingi dengan lapisan isolasi. Konfigurasi umum untuk papan multilayer termasuk empat, enam, delapan atau 10 lapisan. Semua lapisan harus dilaminasi bersama untuk memastikan tidak ada udara yang terperangkap di antara lapisan. Proses ini biasanya dilakukan di bawah suhu dan tekanan tinggi.

Manfaat PCB multilayer termasuk kepadatan komponen dan sirkuit yang lebih tinggi di ruang yang lebih kecil. Mereka digunakan untuk komputer, server file, teknologi GPS, perangkat perawatan kesehatan, dan sistem satelit dan kedirgantaraan. Namun, papan multilayer juga memiliki beberapa kelemahan. Mereka lebih rumit dan lebih sulit untuk dirancang dan dibuat daripada papan satu dan dua sisi, yang membuatnya lebih mahal. Mereka juga bisa sulit untuk diperbaiki ketika ada yang tidak beres di dalam lapisan internal papan.