Vias Buta dan Tersembunyi dalam Desain PCB: Panduan untuk Produsen

Pengantar Mengenai Blind Via dan Buried Via

Di dunia elektronik yang serba cepat, dengan meningkatnya permintaan pasar terhadap produk perangkat keras berteknologi tinggi, kebutuhan akan miniaturisasi, kinerja yang lebih tinggi, serta fungsi yang lebih kompleks pada papan sirkuit yang lebih kecil menjadi semakin besar. Para perancang dan produsen PCB juga menghadapi tantangan baru, saat mereka berupaya memasukkan sebanyak mungkin fungsi dalam setiap milimeter persegi. Tantangan ini mendorong penggunaan via buta dan via tersembunyi dalam desain PCB HDI dan PCB multilayer. Via tersembunyi ini memungkinkan optimalisasi ruang yang belum pernah terjadi sebelumnya, tata letak sirkuit yang lebih padat, serta integritas sinyal yang lebih canggih. Sebagai produsen papan sirkuit yang berpengalaman, LHD TECH telah melihat kemampuan pemrosesan dan manufaktur kami berkembang sejalan dengan pembaruan produk di pasar selama 20 tahun terakhir. Mulai dari optimasi sistem, kemampuan manufaktur presisi peralatan, hingga manajemen efisien tim produksi, semuanya tetap selaras dengan tuntutan zaman.

Mari kembali ke topik teknologi itu sendiri, tetapi apa sebenarnya vias dalam desain PCB? Bagaimana via buta (blind vias) dan via tersembunyi (buried vias) dibuat? Dibandingkan dengan proses lubang tembus tradisional, di sektor mana ia lebih unggul dan siapa audiensnya? Dalam panduan komprehensif ini, kami akan mengupas tuntas teknologi tersebut dan mengungkap misteri mengenai blind vias dan buried vias, mengeksplorasi cara penggunaannya oleh produsen PCB berpengalaman, serta menunjukkan keunggulan signifikan yang ditawarkannya untuk desain PCB kompleks Anda berikutnya.

Peran Vias dalam Desain PCB

Mari pertama-tama melihat proses via pada PCB. Dari sudut pandang prinsip dasar, vias pada PCB adalah koneksi listrik yang menghubungkan berbagai lapisan PCB secara bersama-sama. Setiap PCB multilayer—mulai dari papan 4 lapisan sederhana hingga tumpukan 30+ lapisan yang kompleks—bergantung pada vias untuk mengalirkan sinyal, daya, dan ground antara lapisan luar PCB dan lapisan dalam PCB.

Mengapa vias digunakan?

• Vias menghubungkan lapisan luar ke lapisan dalam untuk routing yang fleksibel.
• Vias dilapisi tembaga, membentuk jalur konduktif secara elektrik antar lapisan PCB.
• Vias umumnya digunakan untuk mengurangi panjang jalur sinyal, meningkatkan integritas sinyal, dan mengoptimalkan ruang papan.
• Penggunaan via buta (blind vias) dan via terkubur (buried vias) memungkinkan insinyur mengurangi secara signifikan ukuran keseluruhan PCB serta jumlah via lubang tembus yang diperlukan.

Berdasarkan pemahaman di atas dalam sirkuit HDI modern dan PCB multilapis, via ditempatkan bersama dalam tumpukan (stack-up) yang direncanakan dengan cermat untuk menyeimbangkan kinerja, keandalan, dan kemudahan produksi.

Dasar-Dasar: Jenis-Jenis Via pada PCB

Berapa banyak jenis via yang umum kita temui? Memahami perbedaan jenis via merupakan dasar penting dalam menguasai desain PCB dan mencapai kinerja papan yang optimal.

Tabel ini memberikan perbedaan yang jelas:

Apa itu Blind Vias?

Hari ini, kita akan membahas lubang buta (blind holes) dan lubang terkubur (buried holes). Lalu, seperti apa sebenarnya struktur dan prinsip dari lubang buta. Via buta adalah via yang menghubungkan lapisan luar PCB ke satu atau lebih lapisan dalam, tanpa menembus hingga ke lapisan luar yang berlawanan. Disebut 'buta' karena hanya terlihat dan dapat diakses dari satu permukaan saja. Oleh karena itu, via buta sering digunakan untuk mengurangi jumlah lapisan pada PCB.

Detail Utama & Manfaat

• Via buta menghubungkan permukaan atas atau bawah ke lapisan dalam yang dipilih, guna mencapai pemanfaatan optimal dari lapisan perutean yang tersedia.
• Via buta tidak menembus seluruh ketebalan PCB, sehingga tidak hanya menghemat ruang berharga pada PCB tetapi juga membebaskan permukaan seberang untuk jejak atau komponen lainnya.
• Karena via buta hanya dibor sebagian menembus papan, mereka memungkinkan tata letak sirkuit yang lebih padat dan biasanya digunakan dalam PCB HDI dan pola breakout BGA, sehingga meningkatkan tingkat pemanfaatan jalur secara signifikan.
• Via buta biasanya berukuran kecil (diameter kurang dari 0,15 mm) dan memiliki persyaratan yang sangat tinggi terhadap mesin serta peralatan pengeboran, sehingga harus menggunakan laser presisi atau pengeboran mekanis yang lebih akurat.
• Penggunaan via buta dapat mengurangi ketebalan PCB dan tujuannya adalah membantu mencapai kepadatan komponen yang tinggi untuk produk modern.

Cara Pembuatan dan Pengeboran Via Buta

Via buta dibor selama tahap laminasi dan pengeboran tertentu. Jumlah, posisi, dan kedalamannya harus dikontrol agar tidak menembus lapisan yang tidak diinginkan. Selanjutnya dilapisi tembaga untuk membentuk jalur konduktif. Pembuatan via buta melibatkan persiapan cermat untuk mencegah udara terperangkap di dalam PCB atau pelapisan yang tidak sempurna, guna memastikan keandalan yang kuat.

Apa itu Via Tersembunyi?

Berbeda dengan lubang buta, lubang terkubur tidak menembus lapisan luar pelat. Via terkubur adalah via yang menghubungkan dua atau lebih lapisan dalam PCB, dan tidak terlihat atau dapat diakses dari lapisan luar mana pun. Lubang ini juga disebut via tersembunyi, karena 'terkubur' di antara lapisan permukaan PCB. Mari kita pelajari lebih lanjut tentang lubang terkubur bersama-sama.

Detail Utama & Manfaat

• Dalam proses pembuatan, via terkubur dibor dan dilapisi selama pembuatan sub-perakitan dalam, sebelum lapisan luar dilaminasi.
• Dari sudut pandang struktur papan multilayer, via terkubur menghubungkan dua lapisan dalam—misalnya, lapisan 3 dan 4 pada PCB 8 lapisan—menyediakan opsi perutean tanpa menggunakan ruang permukaan.
• Perbedaannya adalah via terkubur dalam desain PCB memungkinkan perancang untuk mengisolasi jalur sinyal, ground, atau distribusi daya, yang sangat menguntungkan untuk desain kompleks atau sinyal campuran.
• Karena vias terkubur tidak terlihat setelah laminasi akhir, ini merupakan keuntungan besar karena dapat memaksimalkan pemanfaatan lapisan PCB dan mengurangi crosstalk.
• Vias terkubur biasanya digunakan dalam PCB multilayer canggih untuk telekomunikasi, kedirgantaraan, dan elektronik berkepadatan tinggi.

Jenis Vias Lainnya dalam PCB

Via Lubang Tembus

Dalam papan sirkuit cetak, lubang tembus (through-hole) adalah struktur lubang yang menghubungkan sirkuit antar lapisan PCB yang berbeda. Lubang tembus memungkinkan sinyal listrik ditransmisikan antar lapisan papan dan merupakan salah satu jenis lubang paling mendasar dan umum dalam desain PCB tradisional. Lubang ini memiliki karakteristik sebagai berikut:

• Menghubungkan seluruh tumpukan PCB, dari atas hingga bawah.
• Digunakan untuk PCB multilayer standar, kaki komponen, dan konektor.
• Memakan lebih banyak ruang dan dapat membatasi perutean berkepadatan tinggi.

Micro Vias

Microvia mengacu pada lubang tembus dengan diameter sangat kecil, biasanya 0,1 mm atau lebih kecil, dan sering digunakan dalam lapisan desain berbeda dari papan sirkuit cetak interkoneksi kepadatan tinggi (HDI). Microvia memiliki karakteristik sebagai berikut:

• Vias yang sangat kecil menghubungkan hanya lapisan-lapisan yang berdekatan, dibentuk menggunakan ablasi laser untuk PCB HDI.
• Dapat ditumpuk (stacked) atau diatur selang-seling (staggered), dan sering digunakan dalam desain smartphone, perangkat wearable, atau perangkat medis yang padat.
• Membutuhkan produksi dan inspeksi canggih dari produsen PCB yang berpengalaman.

Tabel Perbandingan: Via Buta vs. Via Tersembunyi vs. Via Lubang Tembus

Mengapa Menggunakan Via Buta dan Via Terkubur? Keuntungan dan Keterbatasan

Pada bab ini, kita fokus pada lubang buta dan lubang terkubur. Dalam pertimbangan desain kebutuhan produk, apa saja keuntungan dan keterbatasan saat menggunakan via buta dan via terkubur? Mari kita rangkum dan bedakan bersama.

Keuntungan Via Buta dan Via Terkubur

• Optimisasi Ruang: Dibandingkan dengan desain lubang tembus, ini mengurangi ukuran dan ketebalan PCB, memungkinkan lebih banyak komponen dan jalur dalam ruang yang lebih kecil.
• Isolasi Sinyal: Tidak hanya dapat mengisolasi sinyal atau bidang daya penting, tetapi juga melindunginya dari EMI/crosstalk.
• Routing yang Ditingkatkan: Vias menghubungkan lapisan luar dan dalam PCB untuk tata letak yang lebih fleksibel dan efisien.
• Desain PCB yang Kompleks: Membuatnya layak untuk menggunakan BGA, FPGA, dan IC pitch halus dengan kepadatan tinggi tanpa secara drastis menambah jumlah lapisan PCB atau jejak kaki papan.
• Pemanfaatan Lapisan PCB: Via terbenam menyediakan koneksi dalam lapisan-lapisan internal PCB tanpa menggunakan ruang pada lapisan luar, mengurangi kepadatan dan memungkinkan pemisahan sinyal bertingkat atau bidang daya. Hal ini terutama berkontribusi terhadap terobosan teknologi dalam industri penerbangan/komunikasi/peralatan medis.
• Integritas Sinyal yang Ditingkatkan: Penggunaan via buta dan via terbenam dalam desain PCB mengurangi pembentukan stub sinyal, meminimalkan pantulan, kehilangan sinyal, dan gangguan elektromagnetik, yang sangat penting untuk sirkuit kecepatan tinggi dan RF.
• Optimalisasi Termal: Penempatan via yang efektif dapat membantu mendistribusikan dan menghamburkan panas, mengurangi risiko titik panas dan meningkatkan keandalan jangka panjang pada perakitan PCB yang kompleks.

Keterbatasan Via Buta dan Via Terkubur

• Peningkatan Kompleksitas Manufaktur: Pembuatan via buta dan via terbenam melibatkan langkah pengeboran dan laminasi tambahan, yang hanya dapat dilakukan oleh produsen PCB berpengalaman dengan kontrol kualitas yang presisi, serta menguji kapasitas produksi pabrikan.
• Biaya Produksi yang Lebih Tinggi: Setiap siklus laminasi tambahan, langkah pengisian, atau via tambahan meningkatkan biaya produksi PCB dan penggunaan material—terutama pada produk PCB multilayer dan PCB HDI. Oleh karena itu, harga produk PCB juga relatif tinggi.
• Pengujian dan inspeksi: Via buta dan via terkubur terkadang sulit diperiksa untuk mendeteksi cacat, sehingga memerlukan teknik canggih seperti Sinar-x pencitraan untuk memastikan kualitas.
• Risiko Keandalan yang Mungkin Terjadi: Jika kontrol proses tidak sempurna, risiko seperti udara yang terperangkap di dalam PCB, pelapisan tembaga yang tidak lengkap, atau delaminasi dapat terjadi.

Proses Manufaktur: Membuat Via Buta dan Via Terkubur

Gambaran Umum

The manufaktur papan sirkuit cetak proses blind vias dan buried vias pada PCB bersifat kompleks dan presisi. Namun, proses manufaktur dari vias ini sangat penting dalam meningkatkan kinerja PCB, mengurangi jumlah lapisan papan, serta meningkatkan pemanfaatan ruang.

1. Desain Stack-Up: Desain laminasi merupakan dasar struktural dari lubang blind dan buried. Desain dimulai dengan memetakan lapisan-lapisan PCB dan tempat vias harus terhubung—blind via menghubungkan lapisan luar ke satu atau lebih lapisan dalam; buried via menghubungkan dua lapisan dalam tetapi tidak menembus ke permukaan.
2. Pengeboran:

• Blind vias dibor hanya sebagian melalui tumpukan (dari luar ke dalam), biasanya menggunakan bor mekanis atau laser yang sangat presisi.
• Produksi buried vias memerlukan pengeboran pada lapisan sub-perakitan sebelum laminasi penuh tumpukan, berbeda dengan blind hole.

3.Laminasi: Perlakuan laminasi keduanya juga berbeda. Untuk via terkubur, lapisan ditekan bersama, dan lapisan tambahan kemudian ditambahkan. Pembuatan PCB dengan via buta dan via terkubur memerlukan pendaftaran dan penjajaran yang sempurna.

4.Pelapisan: Semua via, termasuk via lubang tembus, via buta, dan via terkubur, dilapisi tembaga menggunakan proses kimia dan elektroplating untuk menjamin konduktivitas.

5.Pengujian: Pengujian lanjutan—terutama untuk via terkubur pada PCB—seperti analisis sinar-X atau analisis mikro-seksi memastikan bahwa via terbentuk dengan benar dan andal.

Aplikasi dan Kasus Penggunaan

Via buta dan via terkubur telah menjadi standar dalam desain PCB canggih. Hal ini dapat secara signifikan meningkatkan tingkat pemanfaatan ruang, mengurangi luas papan, menurunkan jumlah lantai, serta membuat desain lebih kompak, dan digunakan hampir di semua bidang industri yang membutuhkan kinerja tinggi, kepadatan, atau pengurangan ukuran.

Contoh Industri yang Menggunakan Via Buta dan Via Terkubur

• PCB HDI untuk Smartphone: Via buta menghubungkan pad luar ke routing internal, dan sementara via terkubur dalam PCB meminimalkan EMI serta mengarahkan sinyal kecepatan tinggi kritis secara presisi, permintaan pasar terhadap smartphone terus meningkat secara luas.
• Peralatan Jaringan: Via terkubur menghubungkan dua bidang terisolasi dalam PCB multilayer untuk menjaga integritas sinyal pada switch dan router telekomunikasi.
• Wearable Medis: Vias buta dan terkubur menyediakan isolasi sinyal dalam perangkat implan kecil yang sangat andal, serta memberikan ruang besar untuk optimasi dan dukungan peralatan medis saat ini.
• Elektronik otomotif: Dalam lingkungan pasar dengan peningkatan menyeluruh di industri manufaktur otomotif, modul ADAS dan hiburan menggunakan vias buta dan terkubur untuk memperkecil ukuran papan, memastikan kinerja dalam kondisi lingkungan yang keras.
• Aplikasi Penerbangan: Vias terkubur menyediakan transmisi terlindung yang kuat untuk data sensor atau kontrol, dengan keandalan luar biasa bahkan dalam kondisi getaran atau suhu ekstrem.

Biaya Faktor dan Keandalan
Faktor Biaya

Karena teknologi blind buried hole memerlukan proses khusus seperti pengeboran, pelapisan tembaga, dan perlakuan lapisan, biasanya hal ini meningkatkan biaya produksi. Terutama pada produk kelas menengah hingga bawah, penggunaan teknologi ini mungkin sulit dilakukan. Oleh karena itu, kenaikan biaya merupakan faktor penting dalam persyaratan proses di beberapa industri.

• Langkah Manufaktur Canggih: Penggunaan via buta dan via terkubur membutuhkan lebih banyak tahap produksi dibandingkan vias lubang tembus tradisional, sehingga meningkatkan biaya persiapan dan biaya per papan.
• Pilihan Material dan Jumlah Lapisan: Semakin banyak lapisan pada PCB, semakin sering diperlukan pembuatan vias buta dan terkubur. Pre-preg dengan Tg tinggi dan foil khusus semakin menambah biaya.
• Biaya Pengujian dan Inspeksi: Pemeriksaan untuk vias tersembunyi—terutama struktur lubang terkubur—sering kali mencakup tambahan sinar-X/CT atau mikroseksi destruktif.

Pertimbangan Keandalan

Meskipun biaya terus meningkat, beberapa produk perangkat keras teknologi di bidang tertentu memiliki persyaratan tinggi terhadap efek pendinginan dan kekuatan mekanis pada papan kontrol. Pemilihan persyaratan manufaktur lubang buta dan tersembunyi juga merupakan jalan tak terhindarkan dalam iterasi produk.

• Pelapisan dan Pengisian yang Tepat: Memastikan vias dilapisi tembaga secara merata dan, jika perlu, diisi, sangat penting untuk keandalan listrik serta mencegah kegagalan solder/termal.
• Stres Siklus Termal: Vias, terutama vias tersembunyi, rentan mengalami retak atau delaminasi jika tidak dibuat dengan proses dan material yang tepat.
• Udara Terperangkap dalam PCB: Cacat akibat udara atau rongga dapat menyebabkan kegagalan dini di lapangan.
• Bekerja Sama dengan Produsen PCB yang Berpengalaman: Andalkan mitra yang memahami cara memproduksi, memeriksa, dan menguji desain PCB via buta dan via terkubur dengan benar agar tahan lama.

Tips Desain untuk Menggunakan Via Buta dan Via Tersembunyi

Persyaratan produksi untuk lubang buta dan terkubur sangat tinggi dan fungsinya sangat signifikan sehingga desain strukturnya juga dituntut tinggi. Dari pemahaman pelanggan terhadap kebutuhan produk, pemilihan bahan, hingga pertimbangan biaya dan kapasitas manufaktur pemasok, desain yang rasional harus dibuat dengan mempertimbangkan secara komprehensif semua faktor tersebut. Faktor-faktor berikut perlu dipertimbangkan terlebih dahulu:

• Konsultasi Awal dengan Produsen PCB: Gunakan produsen PCB berpengalaman dan periksa batasan teknis mereka mengenai kedalaman via buta, rasio aspek, dan ukuran bor minimum.
• Perencanaan Stack-Up: Saat merancang PCB multilapisan, jelaskan secara jelas sinyal atau daya mana yang harus tetap terisolasi dan di mana via terkubur ditambahkan untuk pemanfaatan lapisan yang optimal.
• Hindari Penggunaan Berlebihan: Gunakan via buta dan via terkubur hanya jika diperlukan. Penggunaan berlebihan meningkatkan biaya dan menurunkan hasil produksi.
• Pengisian Via: Untuk via-in-pad dan mikrovia, selalu tentukan apakah via harus diisi atau ditutup.
• Pelemahan termal: Hubungkan via daya/ground ke bidang menggunakan desain pad "thermal relief", memberikan kemampuan solder yang lebih baik dan mengurangi risiko tegangan.
• Kupon Uji: Minta kupon untuk memungkinkan pengujian destruktif melalui pemotongan pada produksi via terkubur guna memastikan kualitas manufaktur.
• Alamat Vias Bertumpuk dan Berselang: Bila perlu, susun secara berselang vias mikro atau batasi tumpukan kelompok via buta dan terkubur untuk meningkatkan keandalan.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Q: Bagaimana perbedaan antara via buta dan via terkubur dengan via lubang tembus standar?
A: Via buta menghubungkan lapisan luar ke satu atau lebih lapisan dalam, tetapi tidak menembus seluruh papan. Via terkubur menghubungkan dua lapisan dalam, 'tersembunyi' setelah laminasi. Via lubang tembus menghubungkan permukaan ke permukaan secara lurus menembus PCB.
Q: Kapan saya harus menggunakan via buta dan via terkubur dalam manufaktur pcb?
A: Gunakan via buta dan via tersembunyi untuk tata letak PCB HDI yang padat, BGA pitch halus, sinyal kecepatan tinggi, atau saat meminimalkan ukuran papan sangat penting.
P: Apakah via buta dan via tersembunyi andal?
J: Ya, dengan mitra produsen PCB yang berpengalaman serta kontrol proses yang tepat untuk pengeboran, pelapisan, dan pengisian. Tantangan tetap ada dalam memastikan setiap via terbentuk dengan benar dan diperiksa secara menyeluruh.
P: Bisakah saya mencampur jenis via dalam satu papan?
J: Tentu saja! Sebagian besar desain PCB kompleks modern menggunakan kombinasi dari via lubang tembus konvensional, via buta, via tersembunyi, bahkan microvia, tergantung pada kebutuhan sirkuit.
P: Bagaimana produksi via tersembunyi memengaruhi waktu tunggu?
J: Penambahan via tersembunyi pada PCB meningkatkan waktu tunggu karena laminasi tambahan, pengeboran tambahan, dan pemeriksaan yang lebih mendalam. Rencanakan dengan tepat.

Kesimpulan: Haruskah Anda Menggunakan Via Buta dan Via Tersembunyi?

Jika Anda mengerjakan desain PCB yang ketat, kompleks, atau berteknologi tinggi, via khusus ini hampir menjadi keharusan. Mereka membantu memperkecil ukuran papan Anda, menjaga sinyal tetap bersih, dan memungkinkan perutean semua koneksi rumit tersebut pada perangkat modern saat ini. Namun ada satu hal – biaya produksinya lebih mahal, dan Anda membutuhkan pabrikan yang benar-benar ahli. Karena itu, bijaklah untuk melibatkan mitra fabrikasi Anda sejak awal, hanya gunakan via buta dan via terkubur jika benar-benar diperlukan, serta pastikan mereka mampu menangani desain Anda sebelum mengirimkan file Anda.
Intinya: jika Anda menangani PCB HDI, berusaha mengurangi jumlah via tembus biasa, atau ingin mencapai kinerja luar biasa pada PCB multilayer, Anda sebaiknya tidak mengabaikan manfaat yang bisa diberikan oleh via buta dan via terkubur bagi Anda.