Trace PCB: Pengertian, Fungsi, Jenis dan Cara Menentukan Jalur Tembaga pada PCB

Dalam sebuah Printed Circuit Board (PCB), komponen elektronik tidak dapat bekerja hanya dengan ditempatkan pada board. Setiap komponen harus saling terhubung agar arus dan sinyal listrik dapat mengalir sesuai dengan rancangan rangkaian. Salah satu bagian penting yang digunakan untuk menghubungkan komponen tersebut adalah trace PCB. Trace PCB merupakan jalur tembaga pada permukaan PCB yang berfungsi sebagai penghantar listrik dari satu titik ke titik lainnya. Jalur ini dapat menghubungkan resistor, kapasitor, IC, konektor, transistor, hingga berbagai komponen elektronik lainnya.

 

Dalam proses desain PCB, menentukan jalur trace tidak boleh dilakukan sembarangan. Lebar jalur, panjang jalur, posisi, jarak antarjalur, hingga jumlah arus yang melewatinya perlu diperhatikan agar PCB dapat bekerja dengan baik. Pada artikel ini akan membahas tentang pengertian trace PCB, fungsi trace, jenis jalur PCB, bagian-bagian trace, serta faktor yang perlu diperhatikan saat membuat jalur tembaga pada PCB.

Apa Itu Trace PCB?

Trace PCB adalah jalur konduktif berbahan tembaga yang digunakan untuk menghubungkan satu titik rangkaian dengan titik lainnya pada PCB. Trace dapat dianggap seperti "kabel" yang sudah dibuat langsung pada permukaan papan PCB. Jika pada rangkaian biasa komponen dihubungkan menggunakan kabel, pada PCB hubungan tersebut dibuat menggunakan jalur tembaga. Contoh sederhana: 

Resistor → Trace PCB → LED → Trace PCB → GND 

Jalur tersebut memungkinkan arus listrik mengalir dari satu komponen menuju komponen lainnya tanpa membutuhkan kabel tambahan.

Tampilan jalur trace pada software CAD. Garis merah merupakan trace pada Top Layer, sedangkan garis biru merupakan trace pada Bottom Layer

Pada PCB modern, trace biasanya dibuat dari lapisan tembaga yang kemudian diproses melalui proses fabrikasi PCB. Posisi trace dapat berada pada Top Layer, Bottom Layer, atau layer internal pada PCB multilayer.

 

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

Fungsi Trace pada PCB

1. Menghubungkan Komponen Elektronik

Fungsi utama trace adalah menghubungkan komponen-komponen elektronik sesuai dengan rangkaian yang telah dibuat pada schematic. Misalnya sebuah resistor harus terhubung dengan kaki input IC. Hubungan tersebut dapat dibuat menggunakan trace pada PCB. Tanpa trace yang benar, komponen mungkin sudah terpasang pada PCB tetapi tidak memiliki hubungan listrik yang sesuai.

2. Mengalirkan Arus Listrik

Trace berfungsi sebagai jalur penghantar untuk membawa arus listrik dari sumber menuju komponen dan kemudian kembali ke sumber melalui jalur yang sesuai. Kemampuan trace dalam membawa arus dipengaruhi oleh beberapa faktor, terutama:

- Lebar trace

- Ketebalan tembaga

- Panjang trace

- Kenaikan suhu yang diperbolehkan

- Besarnya arus yang mengalir

Oleh karena itu, jalur untuk arus besar biasanya dibuat lebih lebar dibandingkan jalur sinyal dengan arus kecil.

3. Membawa Sinyal Elektronik

Selain membawa daya, trace PCB juga digunakan untuk membawa sinyal elektronik. Contohnya adalah jalur GPIO, UART, SPI, I2C, USB, audio, sinyal sensor maupun sinyal clock. Untuk rangkaian dengan kecepatan tinggi, desain trace perlu diperhatikan lebih detail karena panjang dan bentuk jalur dapat memengaruhi kualitas sinyal.

4. Menghubungkan Jalur Power dan Ground

Trace juga digunakan untuk mendistribusikan tegangan power dan ground ke berbagai bagian rangkaian. Pada PCB tertentu, jalur power dibuat lebih lebar agar mampu membawa arus yang lebih besar dengan penurunan tegangan yang lebih kecil. Selain menggunakan trace biasa, area tembaga yang lebih luas juga dapat digunakan untuk distribusi ground.

Bagian-bagian pada Trace PCB

Sebuah jalur PCB memiliki beberapa karakteristik yang penting untuk diperhatikan ketika melakukan PCB layout.

1. Track Width

Track width adalah lebar jalur tembaga pada PCB. Semakin besar arus yang melewati jalur, umumnya semakin besar pula lebar trace yang diperlukan.

 

Indikator ukuran lebar jalur tembaga atau track width pada desain jalur PCB

Sebagai contoh, pada gambar di atas, jalur merah yang menghubungkan pin IC U2 merupakan jalur sinyal yang ukurannya relatif kecil. Sebaliknya, jika rangkaian membawa arus besar untuk motor atau power supply (seperti pada terminal TB1), maka jalur tersebut akan membutuhkan track width yang jauh lebih lebar agar tidak putus atau terbakar.

2. Trace Length

Trace length adalah panjang jalur tembaga dari satu titik ke titik lainnya. Pada rangkaian sederhana, panjang trace mungkin tidak terlalu menjadi masalah. Namun, pada rangkaian berkecepatan tinggi, panjang jalur dapat berpengaruh terhadap waktu propagasi dan integritas sinyal. Oleh karena itu, beberapa jalur sinyal tertentu perlu dibuat dengan panjang yang terkontrol.

3. Clearance

Clearance adalah jarak antara sebuah trace dengan objek lain di sekitarnya, seperti trace lain, pad, atau komponen.

 

Ilustrasi Clearance (jarak minimum) antara trace merah dan trace biru untuk menghindari short circuit

 

Seperti yang terlihat pada gambar di atas, panah menunjukkan celah kosong antara jalur merah dan jalur biru. Celah ini disebut clearance, yang diperlukan untuk mencegah terjadinya hubungan listrik yang tidak diinginkan atau short circuit (korsleting). Nilai clearance biasanya ditentukan berdasarkan kemampuan proses fabrikasi PCB dan kebutuhan tegangan rangkaian.

4. Copper Thickness

Copper thickness merupakan ketebalan lapisan tembaga yang digunakan pada PCB. Tembaga yang lebih tebal dapat membantu jalur membawa arus yang lebih besar. Namun, kemampuan membawa arus tidak hanya ditentukan oleh ketebalan tembaga karena lebar trace dan kenaikan suhu juga berpengaruh.

Jenis Trace pada PCB

1. Top Layer Trace

Top layer trace merupakan jalur tembaga yang berada pada lapisan atas PCB. Jalur ini sering digunakan untuk menghubungkan komponen yang ditempatkan pada sisi atas board.

2. Bottom Layer Trace

Bottom layer trace berada pada lapisan bawah PCB. Pada PCB dua layer, jalur pada top layer dan bottom layer dapat digunakan secara bersamaan untuk membuat routing menjadi lebih fleksibel.

3. Internal Layer Trace

Pada PCB multilayer, trace juga dapat ditempatkan pada lapisan tembaga internal. Lapisan internal dapat digunakan untuk jalur sinyal maupun distribusi power dan ground, tergantung pada struktur stackup PCB.

4. Power Trace

Power trace digunakan untuk membawa tegangan dan arus menuju bagian-bagian rangkaian. Karena membawa arus yang relatif besar, power trace biasanya dibuat dengan lebar yang lebih besar dibandingkan trace sinyal.

5. Signal Trace

Signal trace digunakan untuk membawa sinyal antar-komponen. Contohnya adalah jalur komunikasi antara mikrokontroler dengan sensor atau IC lainnya. Pada rangkaian digital berkecepatan tinggi, desain signal trace perlu mempertimbangkan faktor seperti panjang jalur, impedansi, noise, dan crosstalk.

Perbedaan Trace, Pad, dan Via

Trace sering digunakan bersama dengan pad dan via, tetapi ketiganya memiliki fungsi yang berbeda.

Bagian	Fungsi
Trace	Menghubungkan titik-titik rangkaian melalui jalur tembaga
Pad	Area tembaga tempat kaki atau terminal komponen terhubung
Via	Menghubungkan jalur tembaga antar-layer PCB

Ketiganya dapat bekerja bersama dalam proses routing PCB. Contohnya:

Pad komponen → Trace → Via → Trace layer lain → Pad komponen

Dengan struktur tersebut, jalur dapat berpindah dari satu layer PCB ke layer lainnya.

Cara Membuat Trace pada Desain PCB

Trace dibuat pada tahap PCB layout menggunakan software desain PCB. Secara umum, prosesnya adalah sebagai berikut.

1. Membuat Schematic

Pertama, rangkaian dibuat dalam schematic editor. Pada tahap ini ditentukan hubungan listrik antara komponen. Contohnya:

Mikrokontroler → Resistor → LED → GND

2. Menentukan Footprint

Setiap komponen kemudian diberikan footprint yang sesuai. Footprint menentukan bentuk pad, ukuran komponen, posisi pin, serta informasi mekanis lainnya yang diperlukan pada PCB.

3. Memindahkan Rangkaian ke PCB Layout

Setelah schematic selesai, desain dapat diteruskan ke PCB layout editor. Komponen kemudian ditempatkan pada posisi yang sesuai.

4. Melakukan Routing

Tahap berikutnya adalah membuat trace untuk menghubungkan pad sesuai dengan koneksi pada schematic. Proses ini disebut routing PCB. Jalur dapat dibuat secara manual menggunakan routing tool atau menggunakan fitur autorouter jika software dan desain mendukungnya.

5. Mengecek Jalur dengan DRC

Setelah routing selesai, desain perlu diperiksa menggunakan Design Rule Check (DRC). DRC dapat membantu menemukan masalah seperti:

- Trace terlalu dekat dengan trace lain

- Clearance tidak memenuhi aturan

- Jalur belum tersambung

- Jalur terlalu sempit

- Kesalahan aturan desain lainnya

Faktor yang Perlu Diperhatikan Saat Menentukan Trace PCB

Membuat jalur PCB bukan hanya masalah menghubungkan dua titik. Ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan.

1. Besarnya Arus

Semakin besar arus yang melewati trace, semakin besar perhatian yang harus diberikan pada lebar jalur dan kenaikan suhu. Trace yang terlalu kecil untuk arus yang besar dapat mengalami pemanasan berlebihan. Oleh karena itu, jalur power dan jalur beban tinggi biasanya dibuat lebih lebar.

2. Tegangan yang Digunakan

Tegangan rangkaian juga perlu dipertimbangkan karena berhubungan dengan clearance dan creepage yang dibutuhkan. Rangkaian dengan tegangan lebih tinggi umumnya membutuhkan jarak isolasi yang lebih besar dibandingkan rangkaian tegangan rendah.

3. Jenis Sinyal

Tidak semua trace diperlakukan dengan cara yang sama. Jalur DC sederhana memiliki kebutuhan yang berbeda dengan jalur komunikasi berkecepatan tinggi. Contohnya, jalur USB, clock, atau differential pair memerlukan perhatian lebih terhadap bentuk dan panjang jalur.

4. Panjang Jalur

Untuk rangkaian tertentu, trace sebaiknya dibuat sependek dan seefisien mungkin. Jalur yang terlalu panjang dapat meningkatkan resistansi dan, pada sinyal berkecepatan tinggi, dapat memengaruhi integritas sinyal.

5. Posisi Komponen

Penempatan komponen sangat memengaruhi routing. Komponen yang saling berhubungan sebaiknya ditempatkan dengan mempertimbangkan jalur koneksinya sehingga trace tidak perlu berputar terlalu jauh.

Kesalahan Umum Saat Membuat Trace PCB

1. Trace Terlalu Sempit

Trace yang terlalu sempit dapat menjadi masalah ketika digunakan untuk membawa arus besar. Solusinya adalah menentukan lebar trace berdasarkan kebutuhan arus dan aturan desain PCB.

2. Clearance Terlalu Kecil

Jarak trace yang terlalu dekat dapat meningkatkan risiko hubungan listrik yang tidak diinginkan. Oleh karena itu, clearance harus mengikuti design rules yang digunakan pada PCB.

3. Jalur Terlalu Panjang

Routing yang terlalu panjang dapat membuat desain menjadi kurang efisien dan pada rangkaian tertentu dapat memengaruhi performa sinyal. Sebaiknya komponen ditata terlebih dahulu dengan mempertimbangkan koneksi antar-komponen.

4. Routing Berputar Terlalu Banyak

Trace yang terlalu banyak berbelok dapat membuat layout terlihat rumit dan menyulitkan proses routing. Gunakan penempatan komponen yang baik agar jalur dapat dibuat lebih sederhana.

5. Tidak Melakukan DRC

Kesalahan yang terlihat kecil pada layout dapat menyebabkan PCB tidak bekerja setelah diproduksi. Oleh karena itu, DRC sebaiknya dilakukan sebelum file fabrikasi PCB dibuat.

Trace PCB pada PCB Single Layer, Double Layer, dan Multilayer

1. PCB Single Layer

Pada PCB single layer, jalur tembaga hanya tersedia pada satu sisi. Hal ini membuat proses routing menjadi lebih terbatas karena semua koneksi harus dibuat pada satu layer.

2. PCB Double Layer

Pada PCB double layer, trace dapat ditempatkan pada Top Layer dan Bottom Layer. Penggunaan dua layer membuat routing lebih fleksibel dan memungkinkan jalur saling melewati dengan bantuan via.

3. PCB Multilayer

Pada PCB multilayer, trace dapat ditempatkan pada beberapa lapisan tembaga. Struktur ini memungkinkan desain dengan jumlah koneksi yang lebih banyak dibuat dalam board yang tetap relatif ringkas.

Hubungan Trace dengan Track Width PCB

Track width PCB merupakan salah satu parameter penting dalam menentukan ukuran trace. Secara sederhana, jalur yang membawa arus kecil dapat menggunakan lebar trace yang lebih kecil, sedangkan jalur dengan arus lebih besar biasanya membutuhkan trace yang lebih lebar. Namun, tidak ada satu nilai lebar trace yang berlaku untuk semua PCB. Penentuan lebar jalur PCB perlu mempertimbangkan:

- Arus yang mengalir

- Ketebalan tembaga

- Kenaikan suhu yang diizinkan

- Panjang jalur

- Jenis PCB

- Kondisi pendinginan

- Standar atau aturan desain yang digunakan

Oleh karena itu, kalkulator PCB trace width dapat digunakan untuk membantu memperkirakan lebar jalur yang sesuai berdasarkan parameter tersebut.

Hubungan Trace dengan Copper Pour

Selain trace berbentuk jalur, PCB juga dapat memiliki area tembaga yang lebih luas atau copper pour. Copper pour sering digunakan untuk membantu distribusi ground atau power serta mengurangi area tembaga yang harus dihilangkan selama proses fabrikasi. Pada banyak desain PCB, copper pour dapat digunakan bersama dengan trace sehingga distribusi listrik menjadi lebih efisien.

Trace PCB dan Integritas Sinyal

Pada rangkaian sederhana, trace dapat dianggap hanya sebagai penghantar listrik. Namun, pada rangkaian berkecepatan tinggi, trace juga dapat memengaruhi signal integrity. Beberapa hal yang dapat menjadi perhatian antara lain:

- Panjang jalur

- Impedansi

- Crosstalk

- Refleksi sinyal

- Ground reference

- Posisi jalur terhadap layer lainnya

Oleh karena itu, desain trace pada PCB berkecepatan tinggi biasanya membutuhkan aturan routing yang lebih ketat dibandingkan rangkaian elektronik sederhana.

Tips Membuat Trace PCB yang Baik

Berikut beberapa tips yang dapat diterapkan saat membuat jalur tembaga PCB:

1. Gunakan lebar trace sesuai kebutuhan arus.

2. Hindari membuat jalur terlalu panjang jika tidak diperlukan.

3. Berikan clearance yang sesuai antar-jalur.

4. Tempatkan komponen berdasarkan hubungan antar-komponen.

5. Gunakan via seperlunya pada PCB multilayer.

6. Pisahkan jalur power dan sinyal ketika diperlukan.

7. Perhatikan jalur sinyal berkecepatan tinggi.

8. Gunakan copper pour dengan aturan yang tepat.

9. Jalankan DRC sebelum fabrikasi PCB.

10. Periksa kembali koneksi antara schematic dan PCB layout.

 

Baca juga: Gerber vs ODB++: Perbedaan Format File untuk Produksi PCB

 

 

 

 

 

 

 

Siap Untuk Membuat Proyek Impianmu Menjadi Kenyataan?

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