PCB Satu Sisi vs. Dua Sisi vs. Multilapis: Memilih Desain yang Tepat untuk Proyek Anda

Papan sirkuit cetak (PCB) adalah tulang punggung elektronik modern, tetapi tidak semua PCB diciptakan sama.dan multilayer PCB tergantung pada faktor-faktor seperti kompleksitasSetiap jenis memiliki keuntungan dan keterbatasan yang unik, membuat mereka cocok untuk aplikasi yang berbeda dari senter LED sederhana hingga router 5G canggih.

Panduan ini memecah perbedaan utama antara tiga jenis PCB ini, membandingkan konstruksi, kinerja, biaya, dan kasus penggunaan ideal.insinyur, desainer, dan produsen dapat membuat keputusan yang tepat yang menyeimbangkan fungsionalitas dan keterjangkauan.

Hal-Hal Utama
1PCB sisi tunggal adalah yang paling sederhana dan termurah, dengan komponen di satu sisi, ideal untuk perangkat kompleksitas rendah (misalnya, kalkulator) tetapi dibatasi oleh kepadatan rendah dan routing sinyal.
2. PCB sisi ganda menawarkan lebih banyak fleksibilitas dengan komponen di kedua sisi dan vias lubang, mendukung kompleksitas sedang (misalnya, papan Arduino) dengan biaya rentang menengah.
3.Multilayer PCB (4+ lapisan) memberikan kepadatan tinggi, integritas sinyal yang unggul, dan manajemen daya, membuat mereka penting untuk elektronik yang kompleks (misalnya, smartphone,Stasiun dasar 5G) tetapi dengan biaya yang lebih tinggi.
4Memilih jenis yang tepat mengurangi biaya produksi sebesar 20~50%: overengineering dengan multilayer PCB untuk perangkat sederhana membuang-buang uang,sementara kurangnya rekayasa dengan papan satu sisi untuk desain yang kompleks menyebabkan kegagalan kinerja.

Apa Definisi PCB Sisi Satu, Sisi Dua, dan Multilayer?
Perbedaan inti antara jenis PCB ini terletak pada jumlah lapisan mereka dan bagaimana komponen dan jejak diatur.

PCB sisi tunggal
a.Konstruksi: Satu lapisan foil tembaga konduktif yang diikat ke satu sisi substrat isolasi (biasanya FR4). Komponen dipasang di sisi tembaga,dengan semua jejak diarahkan pada lapisan tunggal.
b.Fitur utama: Tidak ada vias (lubang yang menghubungkan lapisan) yang diperlukan, karena hanya ada satu lapisan konduktif.
Ketebalan: Biasanya 0,8 × 1,6 mm, dengan 1 oz tembaga (ketebalan 35 μm) untuk jejak.

PCB berpasangan
a.Konstruksi: Lapisan tembaga di kedua sisi substrat, dengan vias lubang (lubang berlapis) yang menghubungkan jejak atas dan bawah. Komponen dapat dipasang di kedua sisi.
b. Fitur Utama: Vias memungkinkan sinyal untuk melompat antara lapisan, memungkinkan routing yang lebih kompleks daripada PCB satu sisi.
c. Ketebalan: 0,8 × 2,4 mm, dengan 1 × 2 oz tembaga untuk jejak (35 × 70 μm).

PCB multilayer
a.Konstruksi: 4 atau lebih lapisan tembaga (nomor genap adalah standar) yang dipisahkan oleh lapisan substrat isolasi (prepreg dan inti).,sementara lapisan luar memegang komponen.
b.Fitur Utama: Via buta (menyambung lapisan luar ke lapisan dalam) dan vias terkubur (hanya menghubungkan lapisan dalam) memungkinkan rute padat tanpa mengorbankan ruang.Jejak impedansi terkontrol mendukung sinyal kecepatan tinggi.
c. Ketebalan: 1,2 × 3,2 mm untuk 4 × 16 lapisan, dengan 1 × 3 ons tembaga (35 × 105 μm) tergantung pada kebutuhan daya.

Perbandingan Side-by-Side: Karakteristik Utama

Keuntungan dan keterbatasan menurut jenis
PCB sisi tunggal
Keuntungan:
a.Biaya rendah: Proses manufaktur yang paling sederhana (tidak melalui pengeboran atau plating) mengurangi biaya bahan dan tenaga kerja sebesar 30~50% dibandingkan dengan PCB sisi ganda.
b.Produksi cepat: Tidak perlu penyelarasan lapisan atau melalui pemrosesan, memungkinkan waktu lead 2-5 hari untuk prototipe.
Inspeksi yang mudah: Semua jejak dan komponen terlihat di satu sisi, menyederhanakan pengujian manual dan pemecahan masalah.

Batasan:
a.Densitas Rendah: Jalur tidak dapat menyeberang tanpa terpendek, membatasi jumlah komponen dan kompleksitas desain.
b. Integritas Sinyal yang Rendah: Jalur panjang yang berliku-liku (diperlukan untuk menghindari persimpangan) menyebabkan keterlambatan sinyal dan kebisingan dalam desain kecepatan tinggi.
c. Pengolahan daya terbatas: Lapisan tembaga tunggal membatasi aliran arus, sehingga tidak cocok untuk perangkat bertenaga tinggi.

PCB berpasangan
Keuntungan:
a.Tingkat kepadatan: Vias memungkinkan jejak untuk melintasi dengan rute pada lapisan yang berlawanan, mendukung 2 ∼3x lebih banyak komponen daripada PCB satu sisi.
b.Signal Routing yang Lebih Baik: Jejak yang lebih pendek (berkat vias) mengurangi kehilangan sinyal, membuatnya cocok untuk desain digital kecepatan rendah (≤100MHz).
c. Keseimbangan biaya-efektif: Lebih terjangkau daripada PCB multilayer sementara menawarkan fleksibilitas yang lebih besar daripada papan satu sisi.

Batasan:
a. Masih Terbatas dengan Jumlah Lapisan: Desain yang kompleks (misalnya, dengan 100+ komponen atau sinyal kecepatan tinggi) mungkin memerlukan lebih banyak lapisan untuk menghindari crosstalk.
b.Keandalan Via: Via melalui lubang rentan terhadap retakan barel di bawah tekanan termal, risiko di lingkungan suhu tinggi (misalnya, mesin otomotif).

PCB multilayer
Keuntungan:
a.Densitas Tinggi: Lapisan dalam dan vias canggih (buta/terkubur) memungkinkan 5×10x lebih banyak komponen daripada PCB berpasangan, penting untuk perangkat kompak seperti smartphone.
b. Integritas Sinyal yang Lebih Tinggi: jejak impedansi yang dikontrol (50Ω/100Ω) dan bidang darat khusus meminimalkan crosstalk dan EMI, mendukung sinyal kecepatan tinggi (1Gbps+).
Distribusi daya yang efisien: Lapisan daya yang terpisah mengurangi penurunan tegangan, menangani arus tinggi (10A+) untuk perangkat yang membutuhkan daya seperti transceiver 5G.
d.Kekuatan mekanik: Lembar substrat berganda membuat mereka lebih kaku dan tahan terhadap penyimpangan daripada PCB tunggal / dua sisi.

Batasan:
a.Biaya yang Lebih Tinggi: Pembuatan yang kompleks (penataan lapisan, melalui pengeboran, laminasi) meningkatkan biaya sebesar 2×5x dibandingkan dengan PCB sisi ganda.
b.Longer Lead Times: Teknik presisi dan pengujian memperpanjang waktu produksi menjadi 7-14 hari untuk prototipe, dan lebih lama untuk papan dengan jumlah lapisan tinggi.
c. Tantangan Rework: Cacat lapisan dalam sulit diperbaiki, meningkatkan tingkat sampah dan biaya rework.

Aplikasi Ideal untuk Setiap Tipe PCB
Mencocokkan jenis PCB dengan aplikasi memastikan kinerja dan efisiensi biaya yang optimal.

PCB sisi tunggal
Terbaik untuk perangkat yang kompleksitasnya rendah dan biaya rendah di mana ruang dan kinerja tidak penting:
a. Elektronik konsumen: remote control, kalkulator, senter LED, dan mainan.
b.Sensor industri: Sensor suhu atau kelembaban sederhana dengan komponen minimal.
c. Sumber Daya: Sumber daya listrik linier dasar dengan beberapa komponen aktif.
Contoh: PCB mainan anak-anak menggunakan desain satu sisi untuk menjaga biaya di bawah $ 1 per unit, dengan 10 ¢ 15 komponen (LED, resistor, IC sederhana).

PCB berpasangan
Cocok untuk perangkat kompleksitas sedang yang membutuhkan lebih banyak komponen dan routing yang lebih baik daripada PCB satu sisi:
Sistem tertanam: papan Arduino, Raspberry Pi Pico, dan perangkat berbasis mikrokontroler dasar.
b. Aksesoris otomotif: pengisi daya mobil, kamera dashboard, dan penerima Bluetooth.
c. Peralatan audio: penguat headphone, speaker dasar, dan radio FM.
Contoh: Arduino Uno menggunakan PCB sisi ganda untuk mencocokkan 50+ komponen (port USB, regulator tegangan, pin GPIO) dengan jejak yang diarahkan di kedua sisi melalui vias lubang.

PCB multilayer
Sangat diperlukan untuk kinerja tinggi, elektronik yang kompleks di mana kepadatan, kecepatan, dan keandalan sangat penting:
a.Ponsel pintar dan Wearables: PCB lapisan 6×12 mengemas prosesor, modem 5G, dan baterai ke dalam desain ramping.
b.Infrastruktur telekomunikasi: Stasiun pangkalan 5G dan switch pusat data menggunakan PCB lapisan 12-16 untuk transceiver gelombang mm 28GHz dan sinyal 100Gbps+.
c. Perangkat medis: Mesin MRI dan alat pacu jantung bergantung pada PCB lapisan 4-8 untuk rute sinyal yang tepat dan resistensi EMI.
d.Aerospace: muatan satelit menggunakan PCB lapisan 812 dengan substrat Tg tinggi untuk menahan suhu ekstrim dan radiasi.
Contoh: PCB utama smartphone 5G adalah desain 8-lapisan: 2 lapisan luar untuk komponen, 2 lapisan dalam untuk distribusi daya, dan 4 lapisan untuk perutean sinyal berkecepatan tinggi (5G, Wi-Fi 6E).

Pembagian Biaya: Mengapa PCB Multilayer Lebih Mahal
Perbedaan biaya antara jenis PCB berasal dari kompleksitas manufaktur:

Bagaimana Memilih Jenis PCB yang Tepat
Ikuti kerangka keputusan ini untuk memilih jenis PCB yang optimal:
1. Mengevaluasi Jumlah komponen:
< 50 komponen: Satu sisi.
50×200 komponen: Sisi ganda.
200 komponen: multilayer.

2- Evaluasi kecepatan sinyal:
≤ 100MHz: Single atau double-sided.
100MHz1Gbps: Dua sisi atau 4 lapisan.
1Gbps: 4+ lapisan dengan impedansi terkontrol.

3Pertimbangkan kebutuhan daya:
< 1A: Satu sisi.
1·10A: Bermuka ganda dengan tembaga tebal.
10A: Multilayer dengan lapisan daya khusus.

4Periksa keterbatasan ruang:
Kandang besar (misalnya, kotak industri): Tunggal/dua sisi.
Perangkat kompak (misalnya, wearables): Multilayer.

5.Balance Biaya dan Kinerja:
Prioritaskan biaya: Gunakan jenis yang paling sederhana yang memenuhi persyaratan.
Prioritaskan kinerja: Upgrade ke jumlah lapisan yang lebih tinggi untuk keandalan.

Pertanyaan Umum
T: Bisakah sebuah desain dimulai dengan PCB satu sisi dan skala ke multilayer?
A: Ya, banyak produk berkembang dari satu ke ganda ke multilayer karena fitur ditambahkan.

T: Apakah PCB multilayer selalu lebih baik untuk sinyal kecepatan tinggi?
A: Secara umum, ya. Pesawat darat khusus dan jejak impedansi terkontrol mereka meminimalkan hilangnya sinyal. Namun, PCB sisi ganda yang dirancang dengan baik dapat menangani hingga 1Gbps dalam jejak pendek (≤5cm).

T: Bagaimana saya mengurangi biaya ketika menggunakan PCB multilayer?
A: Optimalkan jumlah lapisan (misalnya, gunakan 4 lapisan alih-alih 6 jika memungkinkan), batasi saluran buta / terkubur ke area kritis,dan menggunakan FR4 standar alih-alih bahan mahal (kecuali diperlukan untuk frekuensi tinggi).

T: Bisakah PCB satu sisi sesuai dengan RoHS?
A: Ya  Kepatuhan RoHS tergantung pada bahan (pemanas bebas timbal, substrat bebas halogen), bukan jumlah lapisan.

T: Berapa jumlah lapisan maksimum untuk PCB?
A: PCB komersial biasanya maksimal 40 lapisan (misalnya, untuk superkomputer), tetapi sebagian besar aplikasi menggunakan 4 ′′ 16 lapisan.

Kesimpulan
Pilihan antara PCB sisi tunggal, sisi ganda, dan multilayer bergantung pada keseimbangan kompleksitas, kinerja, dan biaya.sementara papan sisi ganda menawarkan jalan tengah untuk desain moderatPCB multilayer adalah pilihan untuk elektronik berkinerja tinggi dan padat, meskipun harganya lebih tinggi.

Dengan menyelaraskan jenis PCB dengan jumlah komponen proyek Anda, kecepatan sinyal, kebutuhan daya, dan kendala ruang,Anda dapat menghindari overengineering (dan overspending) atau underengineering (dan risiko kegagalan)Karena elektronik terus menyusut dan mempercepat, PCB multilayer akan tumbuh dalam pentingnya, tetapi papan single dan double-sided akan tetap penting untuk biaya sensitif, aplikasi kompleksitas rendah.

Pada akhirnya, jenis PCB yang tepat adalah yang memenuhi persyaratan desain Anda tanpa biaya yang tidak perlu, memastikan produk Anda berfungsi dan kompetitif di pasar.