Abstract—  Saat  ini  PCB  multi-layer  banyak  digunakan  pada rangkaian  elektronik  karena  mampu  menyediakan  PCB  dengan kepadatan  komponen  yang  lebih  tinggi,  kecepatan  tinggi  dan ukuran  PCB  yang  relatif  lebih  kecil  dibandingkan  dengan  PCB single layer. Untuk menjawab kebutuhan pasar, TFME (Teaching Factory  Manucacturing  of  Electronics)  yang  merupakan  salah satu  laboratorium  di  lembaga  Politeknik  Batam,  dirasa  perlu melakukan penelitian untuk mengukur kemampuan produksi di bidang  manufaktur  PCB  multi-layer,  khususnya  empat  layer. Total  PCB  empat  layer  yang  dibuat  adalah  sejumlah  sembilan belas  unit.  Adapun  metoda  yang  digunakan  untuk  mengukur kemampuan  TFME  dalam  membuat  PCB  empat  layer  adalah dengan  cara  mengukur  kesesuaian  koneksi  jalur  tembaga terhadap  desain  dan  pengecekan  visual  kesejajaran  antar  layer menggunakan mesin x-ray. Dari hasil pengujian dapat diketahui bahwa  untuk  PCB  yang  menggunakan  via  ukuran  0.7mm  tidak memiliki cacat jalur putus.
Keyword: PCB interconnect, PCB multi-layer, TFME, Via
Abstract—  Currently,  multi-layer  PCBs  are  widely  used  in electronic  circuits  because  they  are  able  to  provide  PCBs  with higher component density, high speed and relatively smaller PCB sizes  compared  to  single  layer  PCBs.  To  answer  market  needs, TFME (Teaching Factory Manufacturing of Electronics), which is one of the laboratories at the Batam Polytechnic Institute, feels it is  necessary  to  conduct  research  to  measure  production capabilities  in  the  field  of  multi-layer  PCB  manufacturing, especially four layers. The total number of four-layer PCBs made was nineteen units. The method used to measure TFME's ability to make four-layer PCBs is by measuring the suitability of copper line connections to the design and visually checking the alignment between layers using an x-ray machine. From the test results it can be  seen  that  PCBs  using  0.7mm  vias  do  not  have  broken  line defects.
Keyword: PCB interconnect, PCB multi-layer, TFME, Via

## I. P ENDAHULUAN
T EACHING Factory  Manufacture  of  Electronics (TFME) menyediakan  jasa  di  bidang  manufaktur  produk  elektronika. TFME  terdiri  dari  tiga  jalur  produksi,  IC  Packaging, manufaktur  PCB  ( Printed  Circuit  Board )  dan  PCB Assembly/Surface  Mount  Technology  (SMT).  Jalur  produksi IC  Packaging  bergerak  di  bidang  pengemasan  IC  TQFP  100. Jalur produksi manufaktur PCB bergerak di bidang manufaktur PCB.  Jalur  PCB Assembly (SMT)  bergerak  di  bidang pemasangan  komponen  elektronika  pada  PCB,  khususnya komponen SMD ( Surface Mount Device ).
Saat ini PCB multi-layer banyak digunakan pada rangkaian elektronik karena mampu menyediakan PCB dengan kepadatan komponen yang lebih tinggi, kecepatan tinggi dan ukuran PCB yang relatif lebih kecil dibandingkan dengan PCB single layer. Hal  ini  karena  PCB  multi-layer  adalah  PCB  yang  memiliki struktur  lapisan  konduktor  lebih  dari  dua  lapisan,  sehingga sarana  untuk  menyokong  koneksi  komponen  lebih  luas dibandingkan  dengan  PCB  single  layer  atau  double  layer. Aplikasi  PCB  multi-layer  banyak  digunakan  pada  rangkaian mainboard  komputer,  perangkat  penyimpan  data,  transmisi ponsel dan lain sebagainya. Untuk menjawab kebutuhan dunia industri yang terus meningkat, TFME perlu melakukan riset dan pengembangan dalam bidang PCB multi-layer.
Tahapan  yang  membedakan  proses  pembuatan  PCB  multi- layer terhadap PCB single layer atau double layer adalah pada prose pembuatan PCB multi-layer terdapat proses stacking dan proses pressing .  Proses stacking adalah  proses  penyusunan material  atau  bahan  yang  digunakan  untuk  membangun  PCB multi-layer.  Sedangkan  proses pressing adalah  proses pengaplikasian  tekanan  dan  panas  pada  material  yang  telah disusun supaya material tersebut menyatu dan membentuk PCB multi-layer.
Pada  penelitan  ini  kami  mengacu  ke  beberapa  penelitian yang  telah  dilakukan  sebelumnya.  Pada  penelitian  [1] membahas  tentang  penjadwalan  proses  pengepresan  PCB multi-layer menggunakan Mixed Integer Linear Programming (MILP).  Pada  penelitian  selanjutnya  [2],  [3],  [4],  membahas

## Pengukuran Kemampuan Manufaktur PCB Empat Layer di TFME
Vivin Octowinandi 1* , Sumantri K. Risandriya 1 , Nur Sakinah Asaad 1 , Muhammad Naufal Airlangga Diputra 1 , Riki Ria 1 , Adjie Sukma Pratama 1 , dan Nadhrah Wivanius 1
1 Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Batam, Batam, Indonesia
* Email: vivin@polibatam.ac.id
tentang  integritas  sinyal  dan  parameter  proses  stacking  pada PCB multi-layer dengan analisis pada geometri via. Selain itu, pada  penelitian  yang  selanjutnya  [5]  juga  membahas  tentang kekuatan  ikatan  lapisan  tembaga  dan  bahan  dielektrik  juga dibahas.
TFME sebagai salah satu laboratorium di Politeknik Negeri Batam  memiliki  kapasitas  untuk  memproduksi  PCB  multi- layer.  Oleh  karena  itu,  tujuan  dari  penelitian  ini  adalah melakukan  pengukuran  kemampuan  TFME  pada  proses produksi [6] PCB multi-layer.

## II. M ETODE

## A. Diagram alur penelitian
Tahap  ini  menjelaskan  tentang  alur  penelitian  PCB  empat layer.  Diawali  dengan  pembuatan  desain  PCB,  kemudian melakukan proses pembuatan PCB, setelah itu pengujian, dan diakhiri  dengan  analisa  terhadap  hasil  untuk  mendapatkan kesimpulan.  Secara  sederhana  diagram  alur  penelitian  dapat dilihat pada Gambar. 1.

## B. Desain PCB
Desain  PCB  empat  layer  pada  penelitian  ini  adalah  desain Arduino Mega 2560 Rev3 dan desain PCB EEG, seperti terlihat pada  Gambar.  3  sampai  Gambar.  10.  Adapun  urutan  lapisan tembaga  dari  desain  PCB  empat  layer  adalah  Top  Layer (lapisan PCB di permukaan atas), Internal Layer 1 (lapisan PCB di bawah Top Layer), Internal Layer 2 (lapisan PCB dibawah Internal  Layer  1),  dan  Bottom  Layer  (lapisan  PCB  di permukaan bawah) [7].
Pada  PCB  multi-layer  terdapat  beberapa  jenis  lubang  PTH yang disebut via. Via secara khusus digunakan sebagai sarana interkoneksi  antara  layer  saja.  Gambar.  2  menunjukkan  jenis jenis via.

## 1) Through-hole via
Merupakan via menembus PCB.
2) Buried via Merupakan via yang tertanam dalam PCB.
3) Blind via
Merupakanvia yang salah satu sisi lubang saja yang berada di permukaan PCB.
Desain  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  dikategorikan menjadi empat desain, yaitu: desain yang menggunakan ukuran diameter lubang via 0.3 mm, via 0.35 mm, via 0.4 mm, 0.6 mm dan 0.7 mm. Pada penelitian ini untuk ukuran via 0.3 mm dibuat sebanyak  empat  unit,  ukuran  via  0.35  mm  dibuat  sebanyak enam unit, ukuran via 0.4 mm sebanyak empat unit, ukuran via 0.6  mm  sebanyak  dua  unit, dan  ukuran via  0.7  mm  sebanyak tiga unit, dengan total PCB yang akan dibuat sebanyak 19 pcs, seperti terlihat pada Tabel I. Pada penelitian ini,jenis via yang digunakan adalah through-hole via dapat dilihat pada Gambar. 2.  Adapun  penentuan  jumlah  via  dan  unit  PCB  yang  dibuat adalah berdasarkan ketersedian bahan habis di TFME.
Gambar. 1.  Diagram alur penelitian
Gambar. 2.  Jenis Via
Gambar. 3.  Desain Arduino Mega Rev3 Top Layer (layer 1)
Gambar. 5.  Desain Arduino Mega Rev3 Internal Layer 2 (layer 3)
Gambar. 6.  Desain Arduino Mega Rev3 Bottom Layer (layer 4)
Gambar. 7.  Desain EEG Top Layer (layer 1)
Gambar. 8.  Desain EEG Internal layer 1 (layer 2)
Gambar. 9.  Desain EEG Internal layer 2 (layer 3)
TABLE I
T OTAL PRODUKSI
Desain Via (mm) Jumlah (pcs) Arduino Mega 0.3 4 0.4 4 0.6 2 0.7 3 EEG 0.35 6 Total 19

## C. Proses Stacking
Proses stacking bertujuan untuk mensejajarkan posisi masing masing  material  yang  akan  menjadi  bagian  dari  PCB  empat layer. Yaitu PCB single layer, prepreg dan PCB double layer. Oleh karena itu, untuk mencapai kesejajaran posisi antar layer, pada penelitian ini kami menggunakan lubang yang diletakkan pada setiap sudut PCB doule layer. Lubang ini akan digunakan sebagai referensi koordinat ketika proses pengeboran. Dengan ketentuan lubang ini harus tetap terlihat dari permukaan setelah PCB  melalui  proses  pressing.  Hal  ini  bertujuan  agar  ketika proses  pengeboran,  mesin  bor  yang  dilengkapi  kamera  tetap dapat  mendeteksi  lubang  referensi  tersebut.  Ilustrasi  lubang referensi ini dapat dilihat pada Gambar. 11.

## D.  Proses Pressing
Proses  pressing  bertujuan  untuk  menyatukan  atau merekatkan layer material yang telah disusun. Pada penelitian ini ketentuan yang harus dipenuhi sebelum melakukan proses pressing adalah pola jalur tembaga pada inner layer atau disebut juga  layer  2  dan  3  yang  terbuat  dari  PCB  double  layer  harus sudah terbentuk, seperti juga terlihat pada Gambar. 11.

## E. Pengujian
Pengujian pada penelitian ini akan berfokus pada kesesuaian koneksi jalur tembaga terhadap desain dan pengecekan visual kesejajaran  antar  layer.  Pengujian  kesesuaian  koneksi  jalur tembaga  terhadap  desain  menggunakan  mesin  flying  probe. Mesin ini berfungsi untuk memeriksa setiap koneksi pada PCB dengan  desain  PCB  sebagai  referensinya.  Adapun  hasil pengujian  mesin  flying  probe  adalah  berupa  keterangan  error jika ada jalur tembaga yang tidak tersambung (putus).
Pengecekan visual kesejajaran antar layer dilakukan dengan cara  inspeksi  visual  Gambar.  PCB  empat  layer,  dimana Gambar.  tersebut  diambil  menggunakan  mesin  X-ray.  Pada penelitian ini, kelayakan kesejajaran antara layer tidak mengacu pada  standar  tertentu.  Pada  penelitian  ini  PCB  empat  layer dianggap layak jika ketidaksejajaran antara layer mengakibatkan  jalur  tembaga  tehubung  ke  jalur  tembaga  lain yang seharusnya tidak terhubung.

## F. Kemampuan Produksi
Untuk mengukur kemampuan manufaktur PCB empat layer di  TFME,  kami  menggunakan  formula  sederhana  yang membandingkan  jumlah  total  produksi  PCB  terhadap  hasil produksi yang masuk kategori bagus atau layak. Kriteria layak atau  tidaknya  PCB  empat  layer  pada  penelitian  ini  adalah kesejajaran  antar  layer  dan  kesinambungan  jalur  tembaga. Adapun formula yang digunakan adalah:
𝑌 = A T 𝑥100% (1)
Dimana: Y adalah persentase Kemampuan Produksi. A adalah total produk dengan kategori layak T adalah total produksi
Gambar. 10.  Desain EEG Bottom Layer (layer 4) Gambar. 11.  Ilustrasi lubang referensi

## G. Proses Manufaktur PCB empat layer
Tahap  ini  menjelaskan  secara  berurutan  proses  manufaktur PCB empat layer yang dilakukan di TFME. Proses manufaktur dilakukan setelah desain PCB selesai dirancang [8], [9], [10]. Diagram alir proses manufaktur PCB empat layer dapat dilihat pada Gambar. 12.

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Berikut  adalah  contoh  PCB  empat  layer  yang  telah  dibuat, ditunjukkan oleh Gambar. 13. sampai Gambar. 15.
Gambar. 12.  Diagram alir manufaktur PCB empat layer
Gambar. 13.  PCB empat layer desain Arduino Mega 2560 Rev3
Gambar. 14.  PCB empat layer desain EEG Top Layer
Gambar. 15.  PCB empat layer desain EEG Bottom Layer
Untuk  mendeteksi  keberadaan  lapisan  tembaga  disetiap layer,  kami  melakukan  proses  vertical  cross  section  atau penampang  melintang  secara  vertikal  dari  PCB  empat  layer yang  telah  dibuat.  Gambar.  16.  merupakan  contoh  Gambar. penampang melintang,  dimana  pada  Gambar.  tersebut  terlihat lapisan tembaga pada masing masing layer.
Gambar. 17 menunjukkan salah satu contoh  Gambar. x-ray PCB  empat  layer.  Dari  Gambar  17.  x-ray  yang  diperoleh menunjukkan kesejajaran antara layer adalah layak.
Tabel  II  menunjukkan  hasil  pengujian  interkoneksi  antara jalur  tembaga  pada  semua  desain  PCB  yang  telah  dibuat menggunakan mesin, dengan total sebanyak 19 unit.
Untuk  melakukan  validasi  terhadap  hasil  pengujian  mesin flying  probe,  peneliti  melakukan  pengambilan  Hasil  vertical cross section dari koneksi via yang terindikasi putus. Gambar. 18 menunjukkan salah satu vertical cross section pada via untuk jalur  tembaga  yang  terindikasi  putus,  dimana  pada  dinding lubang via terlihat tidak ada tembaga, sehingga tembaga antara layer tidak terhubung.
Gambar. 16. Vertical cross section
Gambar. 17. Gambar. X-ray PCB empat layer
TABLE II
T OTAL PRODUKSI Desain Via (mm) Jumlah Jalur tembaga putus Kriteria Arduino Mega PCB 1 0.3 14 Tidak layak Arduino Mega PCB 2 0.3 59 Tidak layak Arduino Mega PCB 3 0.3 29 Tidak layak Arduino Mega PCB 4 0.3 52 Tidak layak Arduino Mega PCB 5 0.4 81 Tidak layak Arduino Mega PCB 6 0.4 62 Tidak layak Arduino Mega PCB 7 0.4 88 Tidak layak Arduino Mega PCB 8 0.4 61 Tidak layak Arduino Mega PCB 9 0.6 3 Tidak layak Arduino Mega PCB 10 0.6 38 Tidak layak Arduino Mega PCB 11 0.7 0 Layak Arduino Mega PCB 12 0.7 0 Layak Arduino Mega PCB 13 0.7 0 Layak EEG PCB 1 0.35 2 Tidak layak EEG PCB 2 0.35 1 Tidak layak EEG PCB 3 0.35 3 Tidak layak EEG PCB 4 0.35 2 Tidak layak EEG PCB 5 0.35 0 Layak EEG PCB 6 0.35 0 Layak Total PCB Layak 5
Gambar. 18. Koneksi via putus
Gambar.  18  juga  membuktikan  bahwa  hasil  pengecekan mesin  flying  probe  yang  ditunjukkan  pada  Tabel  2  adalah benar.  Hal  ini  dikarenakan  untuk  hasil  pengujian  yang terindikasi putus, PTH pada via tidak terlapisi dengan tembaga.
Dari Tabel I dapat ditentukan nilai total produksi (T) yaitu 19,  sedangkan  dari  Tabel  II  dapat  ditentukan  nilai  total  PCB layak (A) yaitu 5, maka kemampuan produksi (Y) TFME dalam membuat PCB multi-layer dapat ditentukan dengan menerapkan Eq. 1 yaitu:
Kemampuan Produksi = 5 19 𝑥100%

## Kemampuan Produksi = 26,32%
Dari  hasil  perhitungan  Kemampuan  Produksi  diketahui bahwa  kemampuan  TFME  dalam  mebuat  PCB  multi-layer cukup rendah  yaitu  sebesar  26,32%.  Hal  ini  mengindikasikan bahwa  TFME  memiliki  kemampuan  untuk  membuat  PCB multi-layer dan potensi untuk peningkatan kualitas produk dan proses  pembuatan  PCB  multi-layer.  Berdasarkan  hasil observasi  selama  proses  manufaktur  PCB  multi-layer,  hal  hal yang  memiliki potensi  untuk ditingkatkan  adalah  pada  proses pressing  dan  stacking  dengan  cara  menjaga  kestabilan parameter pada proses tersebut. Selain itu jika dilihat dari Tabel II  kriteria  PCB  multi-layer  yang  tidak  layak  dikarenakan  ada jalur tembaga yang putus. Jumlah jalur tembaga yang putus ini terdapat  di  jalur  tembaga  pada  permukaan  PCB  dan  pada tembaga di dinding lubang via (hasil dari proses plating). Oleh karena itu perlu ditingkatkan kualitas proses etching dan proses plating pada pembuatan PCB multi-layer.

## IV. K ESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan,  disimpulkan bahwa proses manufaktur PCB empat layer telah dilakukan dan tidak  terdapat  cacat  void  atau  udara  terperangkap  di  dalam PCB,  serta  kesejajaran  antar  layer  relatif  baik.  Selain  itu berdasarkan  tabel  II,  tingkat  keberhasilan  interkoneksi  antara jalur tembaga menggunakan ukuran via 0.7 mm adalah 100% terkoneksi dengan baik, dengan jumlah PCB empat layer tiga
unit.  Dari  tabel  2  juga  dapat  ditentukan  bahwa  kemampuan produksi PCB empat layer di TFME adalah sebesar 26,32% dari total produksi sebanyak 19-unit PCB empat layer.

## R EFERENSI
[1] T.  Laisupannawong,  B.  Intiyot,  and  C.  Jeenanunta,  “Mixed-integer linear  programming  model  and  heuristic  for  short-term  scheduling  of pressing  process  in  multi-layer  printed  circuit  board  manufacturing,” Mathematics , vol. 9, no. 6, Mar. 2021, doi: 10.3390/math9060653.
[2] G.  Avitabile,  A.  Florio,  V.  L.  Gallo,  A.  Pali,  and  L.  Forni,  “An Optimization  Framework  for  the  Design  of  High-Speed  PCB  VIAs,” Electronics  (Switzerland) ,  vol.  11,  no.  3,  Feb.  2022,  doi: 10.3390/electronics11030475.
[3] N. Bhavsar Bharat Electronics Limited, M. Bhat, N. R. Bhavsar, H. P.
Shinde,  C.  Pune,  and  T.  Specialist,  “Determination  of  Mechanical Properties of PCB,” 2014. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/339498584
[4] P.  E.  Orlov,  T.  R.  Gazizov,  V. R.  Sharafutdinov, and  I.  F.  Kalimulin, “Optimization of Stack Parameters of Multi-layer PCB for Circuits with Redundancy by Genetic Algorithm,” 2017.
[5] P. Nothdurft, G. Riess, and W. Kern, “Copper/epoxy joints in printed circuit  boards:  Manufacturing  and  interfacial  failure  mechanisms,” Materials ,  vol.  12,  no.  3.  MDPI  AG,  Feb.  12,  2019.  doi: 10.3390/ma12030550.
[6] M.  Serhan et  al. ,  “Total  iron  measurement  in  human  serum  with  a smartphone,”  in AIChE  Annual  Meeting,  Conference  Proceedings , American
Institute of Chemical Engineers, 2019. doi:
10.1039/x0xx00000x.
[7] E. Monier-Vinard, N. Laraqi, C. T. Dia, M. N. Nguyen, and V. Bissuel, “Analytical modeling of multi-layered Printed Circuit Board dedicated to electronic component thermal characterization,” Solid State Electron , vol. 103, pp. 30–39, 2015, doi: 10.1016/j.sse.2014.09.004.
[8] D. H. Kim, S. J. Joo, D. O. Kwak, and H. S. Kim, “Warpage Simulation of  a  Multilayer  Printed  Circuit  Board  and  Microelectronic  Package Using  the  Anisotropic  Viscoelastic  Shell  Modeling  Technique  That Considers the Initial Warpage,” IEEE Trans Compon Packaging Manuf Technol ,  vol.  6,  no.  11,  pp.  1667–1676,  Nov.  2016,  doi: 10.1109/TCPMT.2016.2612637.
[9] S.  Andreev,  N.  Spasova,  and  D.  Chikurtev,  “Investigations  on  Heat Extraction  in  Multilayer  PCB  Structures,”  in 2018  IEEE  27th International Scientific Conference Electronics, ET 2018 - Proceedings , Institute  of  Electrical  and  Electronics  Engineers  Inc.,  Nov.  2018.  doi: 10.1109/ET.2018.8549638.
[10]  V.  Octowinandi et  al. ,  “Evaluasi  Kualitas  pada  PCB  Hasil  Proses Immersion Tin,” Journal Of Applied Electrical Engineering , vol. 7, pp. 48–53, Jun. 2023.