Hole dan Drill pada PCB: Pengertian, Jenis Lubang, Fungsi, dan Proses Pengeboran PCB

Dalam proses pembuatan Printed Circuit Board (PCB), terdapat berbagai tahapan yang perlu diperhatikan agar rangkaian elektronika dapat bekerja dengan baik. Salah satu tahapan penting tersebut adalah pembuatan lubang atau drilling pada PCB. Lubang pada PCB tidak hanya berfungsi sebagai tempat memasang komponen elektronika, tetapi juga dapat digunakan untuk menghubungkan jalur antar-layer pada PCB multilayer. Oleh karena itu, memahami hole dan drill pada PCB menjadi hal penting, terutama bagi pemula yang sedang mempelajari desain dan proses fabrikasi PCB. Pada artikel ini, kita akan membahas tentang pengertian hole dan drill pada PCB, jenis-jenis lubang, fungsi, ukuran, hingga proses pengeboran PCB menggunakan mesin.

Apa Itu Hole dan Drill pada PCB?

Hole dan drill merupakan dua istilah yang saling berkaitan dalam proses pembuatan PCB. Keduanya berhubungan dengan lubang yang dibuat pada papan sirkuit untuk kebutuhan komponen maupun koneksi listrik. Meskipun sering digunakan secara bersamaan, hole dan drill memiliki pengertian yang berbeda.

1. Pengertian Hole pada PCB

Hole pada PCB adalah lubang yang terdapat pada papan sirkuit tercetak dan digunakan untuk berbagai keperluan, seperti memasang komponen, menghubungkan jalur listrik, atau memasang baut. Lubang pada PCB dapat dibuat dengan ukuran dan bentuk tertentu sesuai kebutuhan desain.

 

Tampilan 3D View pada EasyEDA yang menunjukkan wujud fisik lubang (hole) berlapis tembaga dan ujung kaki komponen yang menembus papan

Seperti yang terlihat pada di atas, ukuran lubang harus disesuaikan dengan komponen atau fungsi mekanis yang akan digunakan. Contohnya, lubang untuk kaki resistor atau IC memiliki ukuran diameter yang lebih kecil dan dilapisi tembaga konduktif, sedangkan lubang untuk memasang baut pada PCB biasanya berukuran lebih besar dan polos tanpa lapisan logam.

2. Pengertian Drill pada PCB

Drill pada PCB adalah proses pengeboran untuk membuat lubang pada papan PCB. Proses ini dilakukan menggunakan mata bor dengan ukuran tertentu sesuai desain yang telah dibuat. Dalam desain PCB, istilah drill juga sering digunakan untuk menyebut data atau ukuran pengeboran yang diperlukan saat proses fabrikasi.

 

Tampilan visualisasi data koordinat drill pada software EasyEDA setelah jalur tembaga disembunyikan

Seperti yang ditunjukkan pada di atas, data drill ini tidak menampilkan jalur sirkuit, melainkan hanya menyisakan titik-titik lingkaran koordinat. Data digital inilah yang nantinya dikirim ke mesin CNC pengebor agar mesin tahu secara presisi di mana posisi mata bor harus melubangi papan PCB.

3. Perbedaan Hole dan Drill pada PCB

Hole dan drill memiliki hubungan yang erat, tetapi keduanya tidak memiliki arti yang sama.

Aspek Perbandingan	Hole	Drill
Pengertian	Lubang pada PCB	Proses atau data pengeboran
Fungsi	Tempat komponen, koneksi listrik, atau pemasangan mekanis	Membuat lubang sesuai desain
Contoh	Lubang kaki resistor	Pengeboran lubang berdiameter 0,8 mm
Tahapan	Hasil atau fitur desain	Proses pembuatan lubang

Secara sederhana, hole adalah lubangnya, sedangkan drill adalah proses atau data untuk membuat lubang tersebut.

 

Baca juga: Keepout Area PCB: Pengertian, Fungsi dan Cara Menentukan Area Terlarang pada Desain PCB 

Fungsi Hole dan Drill pada PCB

Pembuatan lubang pada PCB memiliki beberapa fungsi penting. Fungsi tersebut bergantung pada jenis lubang dan kebutuhan rangkaian elektronika.

1. Tempat Memasang Komponen Elektronika

Salah satu fungsi utama hole pada PCB adalah sebagai tempat memasang komponen elektronika. Pada komponen jenis Through-Hole Technology (THT), kaki komponen dimasukkan melalui lubang pada PCB, kemudian disolder agar terhubung secara mekanis dan elektrik.

 

Tampilan 3D View sisi atas di EasyEDA yang memperlihatkan komponen THT terpasang pada lubang-lubang PCB

Seperti yang dicontohkan pada di atas, lubang-lubang tersebut menjadi rumah bagi berbagai komponen berkaki yang digunakan dalam rangkaian, antara lain:

- Integrated Circuit (IC) jenis DIP: Lihat komponen U2 (IC NE555) di bagian atas.

- Resistor axial: Komponen R1, R2, R3, dan R4 yang terpasang horizontal.

- Konektor/Terminal Block: Komponen biru TB1 di sisi kanan.

- Transistor & LED: Komponen Q1 dan pad kosong untuk LED1.

Lubang harus memiliki ukuran yang sesuai dengan diameter kaki komponen agar proses pemasangan dan penyolderan dapat dilakukan dengan baik.

2. Menghubungkan Jalur Antar-Layer PCB

Pada PCB multilayer (termasuk double-layer seperti contoh ini), lubang tertentu dapat digunakan untuk menghubungkan jalur tembaga dari satu layer ke layer lainnya. Lubang ini dikenal sebagai via atau pad berlapis tembaga. Jalur listrik dapat berpindah dari layer atas ke layer bawah atau ke layer internal pada PCB multilayer melalui bantuan lubang tersebut.

 

Tampilan layout 2D di EasyEDA yang memperlihatkan lubang kaki komponen (pad) sebagai titik temu koneksi antara jalur Top Layer (merah) dan Bottom Layer (biru)

 

Seperti yang ditunjukkan pada di atas, beberapa lubang kaki komponen menjadi titik sambung di mana jalur berwarna merah (sisi atas papan) dan jalur berwarna biru (sisi bawah papan) bertemu. Tidak semua lubang PCB memiliki fungsi koneksi listrik, tetapi lubang yang digunakan untuk koneksi antar-layer ini memiliki lapisan tembaga konduktif pada dinding lubangnya (Plated Through-Hole).

3. Memasang PCB pada Casing

Lubang PCB juga dapat digunakan untuk memasang papan sirkuit pada casing atau rangka perangkat elektronik. Lubang ini biasanya digunakan bersama baut, spacer, atau standoff. Contohnya, PCB pada perangkat mikrokontroler dapat memiliki empat lubang di bagian sudut untuk memudahkan pemasangan ke casing.

4. Mendukung Koneksi Listrik

Lubang berlapis tembaga dapat menjadi bagian dari jalur konduktif pada PCB. Pada lubang jenis Plated Through-Hole (PTH), lapisan tembaga pada dinding lubang membantu menghubungkan pad di kedua sisi PCB atau antar-layer. Dengan demikian, lubang tidak hanya berfungsi secara mekanis, tetapi juga dapat menjadi bagian dari sistem koneksi listrik.

Jenis-jenis Lubang pada PCB

Dalam desain dan fabrikasi PCB, terdapat beberapa jenis lubang yang dibedakan berdasarkan fungsi, struktur, dan keberadaan lapisan tembaga di dalamnya. Memahami jenis lubang PCB membantu desainer menentukan kebutuhan pengeboran dan proses fabrikasi yang sesuai.

 

Perbandingan antara lubang PTH (bercincin kuning/emas untuk pin listrik) dan lubang NPTH (lubang polos abu-abuan untuk baut mekanis) pada software EasyEDA

Seperti yang diilustrasikan pada di atas, perbedaan fisik kedua lubang ini dapat diidentifikasi secara langsung melalui tampilannya:

1. Plated Through-Hole (PTH)

Plated Through-Hole (PTH) adalah lubang PCB yang dinding bagian dalamnya dilapisi tembaga. Pada gambar kanan, PTH ditunjukkan oleh tiga lubang berderet di tengah yang memiliki cincin konduktif kuning emas. Lapisan tembaga tersebut berfungsi sebagai jalur konduktif untuk menghubungkan pad pada dua sisi PCB atau beberapa layer pada PCB multilayer. PTH biasanya digunakan untuk:

- Memasang komponen THT

- Menghubungkan jalur listrik antar-layer

- Membentuk koneksi listrik melalui lubang

Contohnya adalah lubang untuk memasang resistor berkaki atau konektor yang membutuhkan sambungan listrik melalui PCB.

Cara Kerja PTH

Ketika komponen dimasukkan ke dalam lubang PTH, kaki komponen akan melewati lubang yang memiliki lapisan tembaga. Pada proses penyolderan, timah solder membentuk sambungan antara kaki komponen dan pad PCB. Lapisan tembaga pada dinding lubang membantu membentuk koneksi listrik antar-layer.

2. Non-Plated Through-Hole (NPTH)

Non-Plated Through-Hole (NPTH) adalah lubang PCB yang tidak memiliki lapisan tembaga pada dinding bagian dalamnya. Lubang jenis ini umumnya digunakan untuk kebutuhan mekanis, bukan untuk menghubungkan jalur listrik. Pada gambar kiri, NPTH ditunjukkan oleh lubang polos berwarna abu-abu gelap di pojok yang tidak memiliki cincin logam sama sekali. Contoh penggunaan NPTH antara lain:

- Lubang baut untuk pemasangan PCB.

- Lubang untuk spacer.

- Lubang pemasangan komponen mekanis.

- Lubang untuk kebutuhan konstruksi perangkat.

NPTH biasanya dibuat dengan ukuran yang disesuaikan dengan baut atau bagian mekanis yang akan dipasang.

Perbedaan PTH dan NPTH

Aspek Perbandingan	PTH	NPTH
Lapisan tembaga	Ada	Tidak ada
Fungsi listrik	Dapat digunakan	Tidak digunakan sebagai koneksi listrik
Fungsi mekanis	Bisa	Bisa
Contoh	Lubang kaki resistor	Lubang baut PCB

Perlu diperhatikan bahwa lubang untuk kaki komponen THT umumnya menggunakan PTH, sedangkan lubang pemasangan baut biasanya menggunakan NPTH. Namun, pemilihan jenis lubang tetap bergantung pada kebutuhan desain.

3. Via Hole

Via hole adalah lubang berlapis tembaga yang digunakan untuk menghubungkan jalur listrik antar-layer pada PCB. Via banyak digunakan pada PCB multilayer karena jalur tembaga tidak selalu dapat ditempatkan pada satu layer yang sama. Berbeda dengan lubang komponen THT, via umumnya tidak digunakan untuk memasang kaki komponen.

Jenis-jenis Via Hole

a. Through Via

Through via adalah via yang menembus seluruh lapisan PCB, dari permukaan atas hingga permukaan bawah. Jenis ini dapat menghubungkan layer atas, layer bawah, dan layer internal yang dilalui lubang.

b. Blind Via

Blind via adalah via yang menghubungkan salah satu layer permukaan PCB dengan satu atau beberapa layer internal, tetapi tidak menembus seluruh papan. Contohnya, blind via dapat menghubungkan layer atas dengan layer internal pertama.

c. Buried Via

Buried via adalah via yang hanya menghubungkan layer internal pada PCB dan tidak terlihat langsung dari permukaan atas maupun bawah. Jenis ini biasanya digunakan pada PCB multilayer dengan desain yang lebih kompleks. Penggunaan blind via dan buried via dapat membantu mengatur kepadatan jalur pada PCB, tetapi membutuhkan proses fabrikasi yang lebih khusus.

4. Slot Hole

Slot hole adalah lubang PCB yang memiliki bentuk memanjang atau oval, bukan berbentuk lingkaran.

Slot hole digunakan ketika komponen atau kebutuhan mekanis memerlukan lubang dengan bentuk tertentu. Contoh penggunaannya meliputi:

- Kaki konektor dengan bentuk pipih.

- Terminal tertentu.

- Lubang pemasangan mekanis.

- Komponen yang membutuhkan toleransi posisi lebih luas.

Slot hole dapat berupa plated maupun non-plated, tergantung fungsi dan kebutuhan desainnya.

5. Counterbore dan Countersink Hole

Counterbore dan countersink merupakan bentuk lubang khusus yang digunakan untuk kebutuhan pemasangan mekanis. Keduanya dapat digunakan agar kepala baut tidak menonjol terlalu tinggi dari permukaan PCB atau dudukan.

a. Counterbore

Counterbore adalah lubang dengan bagian atas yang diperbesar secara bertingkat dan memiliki dasar datar. Bentuk ini digunakan untuk menempatkan kepala baut berbentuk silinder.

b. Countersink

Countersink adalah lubang dengan bagian atas berbentuk kerucut atau miring. Bentuk ini biasanya digunakan untuk baut berkepala datar yang dirancang agar dapat masuk ke dalam permukaan dudukan. Penggunaan counterbore atau countersink pada PCB perlu mempertimbangkan ketebalan papan, jarak terhadap jalur tembaga, serta kebutuhan mekanis.

Ukuran Hole dan Drill pada PCB

Ukuran lubang merupakan salah satu parameter penting dalam desain PCB. Kesalahan menentukan ukuran lubang dapat menyebabkan komponen sulit dipasang, sambungan solder kurang baik, atau PCB tidak dapat dipasang dengan benar.

1. Diameter Lubang PCB

Diameter lubang PCB biasanya dinyatakan dalam satuan milimeter (mm) atau mil. Ukuran lubang ditentukan berdasarkan kebutuhan komponen atau fungsi mekanis.

 

Panel Pad Properties di EasyEDA yang menampilkan pengaturan Width (lebar pad luar) dan Hole(D) (diameter lubang dalam)

Seperti yang ditunjukkan pada di atas, desainer dapat mengatur ukuran lubang secara spesifik pada kolom Hole(D). Contoh ukuran lubang yang sering dijumpai dalam desain PCB meliputi:

Kebutuhan	Contoh Ukuran Lubang
Kaki komponen kecil	0,6–0,8 mm
Kaki komponen umum	0,8–1,0 mm
Pin konektor	1,0–1,5 mm
Lubang baut M3	Sekitar 3,2 mm untuk clearance

Catatan: Ukuran di atas merupakan contoh awal, bukan standar untuk semua komponen. Ukuran akhir harus mengikuti datasheet komponen, kebutuhan toleransi, dan kemampuan fabrikasi PCB.

2. Hubungan Diameter Kaki Komponen dan Diameter Lubang

Diameter lubang perlu lebih besar daripada diameter kaki komponen agar kaki dapat dimasukkan dengan mudah. Sebagai contoh, pada Gambar 9, lubang diatur sebesar 0,750 mm yang merupakan ukuran ideal untuk kaki komponen umum seperti LED berkaki atau transistor berukuran kecil agar tidak terlalu longgar saat disolder.

Namun, ukuran tersebut tidak boleh ditentukan hanya berdasarkan perkiraan. Beberapa hal yang perlu diperhatikan adalah:

- Diameter maksimum kaki komponen.

- Toleransi ukuran kaki komponen.

- Toleransi hasil pengeboran dan pelapisan tembaga.

- Kebutuhan jarak antara kaki komponen dan dinding lubang.

- Kemampuan proses penyolderan.

3. Drill Size dan Finished Hole Size

Dalam fabrikasi PCB, terdapat dua istilah ukuran yang perlu dipahami, yaitu drill size dan finished hole size. Drill size adalah ukuran mata bor atau ukuran pengeboran yang digunakan dalam proses fabrikasi.

Sedangkan finished hole size adalah ukuran akhir lubang setelah proses fabrikasi, termasuk proses pelapisan tembaga apabila diperlukan. Pada lubang PTH, proses pelapisan tembaga dapat mengurangi diameter bagian dalam lubang. Karena itu, ukuran mata bor awal tidak selalu sama dengan ukuran akhir lubang. Untuk mendapatkan ukuran yang sesuai, desainer perlu mengikuti spesifikasi pabrik PCB.

Proses Pengeboran PCB

Proses pengeboran PCB merupakan tahapan fabrikasi yang bertujuan membuat lubang sesuai desain.

Pada produksi PCB modern, pengeboran biasanya dilakukan menggunakan mesin CNC yang dapat menentukan posisi dan ukuran lubang secara presisi. Berikut tahapan umum proses pengeboran PCB.

1. Membuat Desain Lubang pada Software PCB

Tahap pertama adalah menentukan lokasi, ukuran, dan jenis lubang pada software desain PCB. Desainer perlu menempatkan lubang sesuai kebutuhan komponen atau mekanis. Pada tahap ini, beberapa parameter yang ditentukan meliputi:

- Posisi lubang.

- Diameter lubang.

- Jenis lubang, plated atau non-plated.

- Bentuk lubang.

- Hubungan lubang dengan pad atau jalur PCB.

Desain yang dibuat harus sesuai dengan kebutuhan rangkaian dan spesifikasi komponen.

2. Menghasilkan Data Drill

Setelah desain PCB selesai, software akan menghasilkan data yang diperlukan untuk proses fabrikasi. Salah satu format yang umum digunakan adalah Excellon Drill File. File ini berisi informasi mengenai posisi lubang dan ukuran mata bor yang dibutuhkan. Pada beberapa alur kerja, lubang plated dan non-plated dapat dipisahkan ke dalam file yang berbeda agar proses fabrikasi lebih mudah dikendalikan.

Drill file umumnya memuat koordinat posisi lubang, ukuran mata bor, jumlah lubang pada setiap ukuran, dan informasi tool atau mata bor yang digunakan. Data tersebut kemudian digunakan oleh mesin pengeboran PCB.

3. Menyiapkan Panel PCB

Sebelum dilakukan pengeboran, material PCB disusun menjadi panel sesuai kebutuhan produksi. Panel dapat berisi satu atau beberapa desain PCB sekaligus. Pada proses ini, material disiapkan dan diposisikan agar pengeboran dapat dilakukan sesuai koordinat yang telah ditentukan. Untuk PCB multilayer, proses pengeboran juga harus memperhatikan susunan layer dan tahapan laminasi.

4. Melakukan Pengeboran dengan Mesin CNC

Mesin CNC digunakan untuk mengebor PCB berdasarkan data koordinat dan ukuran mata bor. Mesin akan menggerakkan mata bor ke posisi yang telah ditentukan, kemudian membuat lubang pada material PCB. Diameter mata bor disesuaikan dengan kebutuhan desain. Pada produksi PCB, mata bor yang digunakan umumnya memiliki diameter kecil dan dirancang khusus untuk material PCB. Proses pengeboran harus memperhatikan kecepatan putaran, kondisi mata bor, ketebalan material, dan kualitas hasil lubang.

5. Membersihkan Lubang PCB

Setelah proses pengeboran, lubang PCB perlu dibersihkan dari sisa material atau serpihan hasil pengeboran. Pada proses fabrikasi tertentu, dilakukan tahapan tambahan seperti desmear untuk membersihkan sisa resin pada dinding lubang. Tahapan ini penting terutama pada PCB multilayer yang membutuhkan koneksi listrik antar-layer.

6. Melakukan Pelapisan Tembaga pada Lubang PTH

Untuk membuat lubang PTH, dinding lubang perlu dilapisi tembaga agar dapat menghantarkan listrik. Proses pelapisan ini umumnya dilakukan melalui tahapan kimia dan elektrokimia. Setelah pelapisan, lubang dapat menjadi bagian dari jalur konduktif yang menghubungkan layer PCB. Sedangkan lubang NPTH tidak memerlukan pelapisan tembaga pada dinding lubangnya.

7. Melakukan Pemeriksaan Hasil Pengeboran

Tahap terakhir adalah memeriksa hasil pengeboran untuk memastikan lubang sesuai dengan desain. Pemeriksaan dapat mencakup:

- Posisi lubang.

- Diameter lubang.

- Kondisi dinding lubang.

- Kesesuaian lubang dengan pad.

- Kualitas pelapisan tembaga pada PTH.

Pemeriksaan ini membantu mengurangi risiko kesalahan saat pemasangan komponen dan proses perakitan PCB.

Kesalahan yang Perlu Dihindari Saat Menentukan Hole dan Drill PCB

Dalam desain PCB, terdapat beberapa kesalahan yang perlu dihindari agar hasil fabrikasi sesuai kebutuhan.

1. Diameter Lubang Terlalu Kecil

Lubang yang terlalu kecil dapat menyebabkan kaki komponen sulit dimasukkan. Selain itu, proses pemasangan komponen menjadi lebih sulit dan berisiko merusak kaki komponen. Untuk menghindarinya, tentukan ukuran lubang berdasarkan datasheet dan toleransi komponen.

2. Diameter Lubang Terlalu Besar

Lubang yang terlalu besar dapat mengurangi area pad dan memengaruhi kualitas sambungan solder. Pada beberapa desain, lubang yang terlalu besar juga dapat menyebabkan komponen tidak terpasang dengan kuat. Oleh karena itu, ukuran lubang harus disesuaikan dengan diameter kaki komponen dan kebutuhan penyolderan.

3. Salah Menentukan Jenis Lubang

Kesalahan menentukan PTH atau NPTH dapat menyebabkan masalah pada proses fabrikasi. Contohnya, lubang yang seharusnya digunakan untuk koneksi listrik justru dibuat tanpa lapisan tembaga. Sebaliknya, lubang mekanis yang tidak membutuhkan koneksi listrik dapat dibuat sebagai PTH jika tidak ditentukan dengan benar.

4. Jarak Lubang Terlalu Dekat dengan Jalur PCB

Lubang yang terlalu dekat dengan jalur atau komponen lain dapat menyebabkan jarak isolasi menjadi tidak mencukupi. Pada lubang mekanis, posisi lubang juga perlu memperhatikan kemungkinan kontak dengan baut atau bagian logam lainnya. Gunakan fitur Design Rule Check (DRC) pada software PCB untuk membantu memeriksa jarak dan aturan desain.

5. Tidak Memeriksa Drill File

Drill file merupakan data penting dalam proses fabrikasi PCB. Jika file tersebut tidak sesuai dengan desain, hasil pengeboran dapat mengalami kesalahan posisi atau ukuran. Oleh karena itu, periksa kembali drill file sebelum dikirim ke pabrik PCB.

Hubungan Hole dan Drill dengan Software Desain PCB

Dalam software desain PCB, hole dan drill biasanya diatur melalui fitur footprint, pad, dan lubang mekanis. Desainer dapat menentukan ukuran lubang, posisi, serta jenis pelapisan sesuai kebutuhan rangkaian. Pada software seperti KiCad, EasyEDA, dan Altium Designer, pengaturan lubang dapat dilakukan melalui properti pad atau fitur khusus untuk lubang pemasangan.

1. Pengaturan Hole pada Footprint

Footprint digunakan untuk menentukan bentuk fisik komponen pada PCB. Untuk komponen THT, footprint memiliki pad dengan lubang yang disesuaikan dengan kaki komponen. Desainer perlu memastikan ukuran lubang dan pad sesuai dengan spesifikasi komponen.

2. Pengaturan Lubang Mekanis

Lubang mekanis biasanya ditambahkan pada PCB untuk kebutuhan pemasangan baut atau casing. Lubang ini dapat ditempatkan pada bagian sudut atau posisi tertentu sesuai rancangan perangkat. Pada tahap ini, desainer perlu memperhatikan ukuran lubang, jarak terhadap komponen, serta posisi casing.

3. Ekspor Drill File

Setelah desain PCB selesai, desainer dapat menghasilkan drill file untuk proses fabrikasi. File tersebut digunakan untuk memberikan informasi pengeboran kepada pabrik PCB. Selain drill file, data fabrikasi biasanya juga mencakup Gerber atau format data manufaktur lain sesuai kebutuhan pabrik.

 

Baca juga: Track Width PCB: Cara Menentukan Lebar Jalur PCB Sesuai Arus Listrik

 

 

 

 

 

 

 

Siap Untuk Membuat Proyek Impianmu Menjadi Kenyataan?

Klik di sini untuk chat langsung via WhatsApp dan dapatkan dukungan langsung dari tim ahli kami!