BAB II SISTEM PEMATRIAN KOMPONEN SMD Dalam merancang suatu alat diperlukan dasar untuk menunjang alat yang akan dirancang, sehingga segala sesuatunya dapat diperhitungkan dan dipertanggungjawabkan. Pada bab ini akan di bahas dasar-dasar yang digunakan untuk merealisasikan alatpematrian komponen SMD dengan mikrokontroler sebagai pengendali utamanya. 2.1. Surface Mount Technology (SMT) Surface-Mount Technology (SMT) merupakan sebuah perubahan yang revolusioner dalam industri elektronika. Pada pertengahan tahun 1960an, SMT mulai diminati karena komponen-komponen elektronika dari untai yang akan dibuat dapat ditempatkan pada kedua sisi dari Printed Circuit Board (PCB). Namun SMT belum menjadi pilihan utama hingga 15 tahun setelahnya. Pada akhir tahun 1970an Through-Hole Technology (THT) mengalami kesulitan didalam memenuhi kebutuhan pasar elektronika, terutama disebabkan adanya peningkatan biaya untuk pengeboran lubang pada PCB, dan kesulitan melakukan pengeboran untuk ukuran lebih kecil dari 0,1 inci. Saat itulah penggunaan SMT meningkat pesat serta menjadi pilihan utama dalam teknologi perakitan perangkat elektronika. Adapun teknologi SMT mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan dengan teknologi Through Hole klasik antara lain Ukuran dari komponen yang jauh lebih kecil daripada ukuran komponen biasa selain itu jarak komponen yang lebih rapat sehingga mengurangi disipasi daya. Adapun komponen dapat ditempatkan pada dua sisi PCB. Resistansi dan induksi yang semakin kecil. Untuk bidang industri dikarenakan harga komponen yang lebih murah sehingga dapat mengurangi untuk biaya bahan dalam proses produksi. 5
2.2 Jenis-jenis komponen SMD Untuk standarisasi industri elektronika oleh Joint Electron Devices Engineering Council (JEDEC), berdasarkan kemasan dan ukurannya jenis-jenis komponen SMT adalah: 1. Kemasan 2 terminal Contoh dari kemasan 2 terminal ini adalah: a. Rectangular Passive Components Komponen ini kebanyakan berupa resistor dan kapasitor dengan kode misalnya untuk kode 0402 berarti secara metric ukurannya adalah 0.4 mm x 0.2 mm Gambar 2.1 Contoh rectangular passive component b. Tantalum Capasitor Jenis tantalum capasitor Gambar 2.2 Tantalum kapasitor 6
Dari Gambar 2.2 dapat dijelaskan yaitu blok hitam di paling atas adalah indikator polaritasnya. Angka 22 pada baris pertama yaitu besarnya muatan kapasitor. Angka 6 adalah menunjukkan nilai farad yaitu piko. Baris kedua angka 20 adalah menunjukan tegangan maksimal yang biasa digunakan untuk kapasitor tersebut yaitu 20 V. Dan huruf K adalah inisial dari perusahaan pembuat serta pada baris ketiga adalah tahun pada angka pertama dan untuk angka kedua serta ketiga adalah minggu pembuatan. c. Aluminium Capasitor Untuk aluminium kapasitor kode ukuran sesuai dengan merek sepertiditunjukkan pada Tabel 2.1 Tabel 2.1 Jenis dan ukuran Almunium Capasitor Jenis Ukuran Panasonic / CDE A, Chemi-Con B 3.3 mm 3.3 mm Panasonic B, Chemi-Con D 4.3 mm 4.3 mm Panasonic C, Chemi-Con E 5.3 mm 5.3 mm Panasonic D, Chemi-Con F 6.6 mm 6.6 mm Panasonic E/F, Chemi-Con H 8.3 mm 8.3 mm Panasonic G, Chemi-Con J 10.3 mm 10.3 mm Chemi-Con K 13.0 mm 13.0 mm Panasonic H 13.5 mm 13.5 mm Panasonic J, Chemi-Con L 17.0 mm 17.0 mm Panasonic K, Chemi-Con M 19.0 mm 19.0 mm d. Small Outline Diode SOD-523: 1,25 mm 0,85 mm 0,65 mm SOD-323 (SC-90): 1,7 mm 1,25 mm 0,95 mm SOD-128: 5 mm 2,7 mm 1,1 mm SOD 123: 3,68 mm 1,17 mm 1,60 mm SOD-80C: 3,50 mm 1,50 mm 7
e. Metal Electric Leadless Face (MELF) MicroMELF (MMU) MiniMELF (MMA) 3. MELF (MMB) Gambar2.3 Contoh resistor jenis MELF 2. Kemasan 3 terminal a. Small Outline Transistor (SOT) 1. SOT-223: 6,7 mm 3,7 mm 1,8 mm 2. SOT-89: 4,5 mm 2,5 mm 1,5 mm SOT-23: 2,9 mm 1,3/1,75 mm 1,1mm SOT-323: 2 mm 1,25 mm 0,95 mm SOT-416: 1,6 mm 0,8 mm 0,8 mm SOT-663: 1,6 mm 1,6 mm 0,55 mm SOT-723: 1,2 mm 0,8 mm 0,5 mm SOT-883: 1 mm 0,6 mm 0,5 mm b. DPAK (TO-252) c. D2PAK (TO-263) d. D3PAK (TO-268) 8
Gambar 2.4 Contohfisik SOT 3. Kemasan 5 dan 6 terminal Kemasan 5 terminal a. SOT-23-5: 2,9 mm 1,3/1,75 mm 1,3 mm b. SOT-353: 2 mm 1,25 mm 0,95 mm c. SOT-891: 1,05 mm 1,05 mm 0,5 mm d. SOT-953: 1 mm 1 mm 0,5 mm Kemasan 6 terminal a. SOT-23-6: 2,9 mm 1,3/1,75 mm 1,3 mm b. SOT-363: 2 mm 1,25 mm 0,95 mm c. SOT-563: 1,6 mm 1,2 mm 0,6 mm d. SOT-665: 1,6 mm 1,6 mm 0,55 mm e. SOT-666: 1,6 mm 1,6 mm 0,55 mm f. SOT-886: 1,5 mm 1,05 mm 0,5 mm g. SOT-963: 1 mm 1 mm 0,5 mm Gambar 2.5 Contoh kemasan 6 terminal 9
4. Kemasan banyak terminal a. Dual-in-line SOIC (Small-Outline Integrated Circuit) SOJ (Small-Outline Package, J leaded) TSOP (Thin Small-Outline Package) SSOP (Shrink Small-Outline Package) TSSOP (Thin Shrink Small-Outline Package) QSOP (Quarter-size Small-Outline Package) b.quad-in-line 1. PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) 2. QFP (Quad Flat Package) 3. LQFP (Low-profile Quad Flat Package) 4. PQFP (Plastic Quad Flat-Pack) 5. CQFP (Ceramic Quad Flat-Pack) 6. MQFP (Metric Quad Flat-Pack) 7. TQFP (Thin Quad Flat Pack) 8. QFN (Quad Flat No-lead) 9. LCC (Leadless Chip Carrier) 10. MLP (Micro Lead Frame Package) 11. PQFN (Power Quad Flat No-lead) c. Grid Arrays PGA (Pin Grid Array) BGA (Ball Grid Array) LGA (Land Grid Array) FBGA (Fine pitch Ball Grid Array) LFBGA (Low profile Fine pitch Ball Grid Array) TFBGA (Thin Fine Pitch Ball Grid Array) CGA (Column Grid Array) CCGA (Ceramic Column Grid Array) 10
d. non packaged devices 1. COB (Chip-On-Board) 2. COF (Chip-On-Flex) 3. COG (Chip-On- Glass) 2.3 Sistem Pematrian Komponen SMD Pematrian komponen SMD ini agak sedikit berbeda dengan pematrian through hole klasik. Untuk pematrian pada SMD harus dipanaskan sesuai dengan grafik dan langkah-langkah yang sudah distandarisasi. Dalam alat yang dibuat benda kerja dalam hal ini PCB akan digunakan akan digerakkan melewati pemanas seperti Gambar 2.6 (a) dan (b). a. b. Gambar2.(6)a. Pematrian dengan blower (b). Pematrian dengan pemanas keramik Pada Gambar 2.6(a). menggunakan blower biasa dengan blower yang bergerak di atas permukaan PCB dan pada Gambar2.6(b). pemanas tidak bergerak dan PCB yang digerakkan melewati pemanas. Pematrian ini menggunakan Pemanas yang mempunyai beberapa tahapan kerja untuk memenuhi hasil yang baik 1. Preheat : Merupakan fungsi ramp terlama dengan kenaikan suhu maksimal 3 C/detik.Lama waktu operasi berkisar antara 60-120 detik.bertujuan untuk menghindari kerusakan komponen dan PCB akibat gradien temperatur yang besar, serta menjaga agar tidak terjadi perubahan perilaku bahan akibat kenaikan suhu yang cepat pada pasta solder. 11
2. Heating : Suhu saat proses heating berkisar antara 183 C-217 C, dengan kenaikan suhu maksimal 3 C/detik. Lama waktu operasi berkisar antara 60-120 detik. Bertujuan untuk menguapkan pelarut pasta dan mengaktifkan flux. 3. Soldering : Proses dimana suhu maksimum dicapai. Suhu berkisar antara 225 C- 260 C dengan lama proses berkisar antara 20-40 detik. Bertujuan untuk membuat pasta solder benar-benar mencair. 4. Cooling : Merupakan proses pemadatan kembali pasta solder. Target suhu yang ingin dicapai ±25 C, dengan penurunan suhu maksimal 6 C/detik. Proses-proses ini juga mendasarkan pada grafik standar pematrian SMD yang harus dipenuhi seperti pada Gambar 2.7. Gambar 2.7 Grafik pematrian SMD Secara garis besar kerja pada sistem ini adalah menggunakan penggerak conveyor yang terhubung dengan pulley dengan motor DC sebagai penggerak utama. Adapun conveyor akan bergerak melewati pemanas untuk melakukan pematrian, untuk cepat lambatnya disesuaikan dengan 12
langkah-langkah pematrian yang ada di atas sedangkan untuk langkah pendinginan conveyor 2.3. Komponen Pembentuk Sistem Untuk menunjang cara kerja pematrian yang dijelaskan pada sub bab 2.2 maka dirancang sebuah alat yang bisa memenuhi syarat-syarat pematrian tersebut. Gambaran keseluruhan alat yang akan dirancang secara fisik ada dua bagian yaitu mekanik dan elektronik. Bagian mekanik berupa kerangka keseluruhan yang berfungsi untuk menempatkan konveyor Dari bagian elektronik terdapat modul berupa modul mikrokontroler. Mikrokontroler inilah yang didalamnya terdapat perangkat lunak sebagai bagian ketiga dari perancangan sistem. Perangkat lunak akan digunakan untuk mengendalikan seluruh sistem yang membentuk alat ini. Sistem kendali keseluruhan dalam alat ini digambarkan oleh blok diagram yang ditunjukkan seperti pada gambar 2.8. 13
14 Gambar 2.8. Blok Diagram
Penjelasan Blok Diagram Dari Gambar 2.8 Blok diagram maka dapat dijelaskan perbagian sebagai berikut : 2.3.1 Termokopel Termokopel adalah sensor temperatur yang paling banyak digunakan dalam industri karena kesederhanaan dan kehandalannya.sebenarnya ada beberapa jenis sensor suhu yang ada seperti LM 35 atau PT 100, tetapi untuk alat yang dirancang sensor yang paling tepat secara range dan penggunaan adalah termokopel. Termokopel terdiri dari dua buah konduktor (termoelemen) yang berbeda, dihubungkan menjadi satu rangkaian seperti pada Gambar 2.9 Gambar 2.9 Diagram skematik termokopel Termokopel adalah tranduser yang mengubah besaran fisis ke besaran elektrik. Output yang dihasilkan adalah tegangan DC. Output dapat diukur menggunakan voltmeter dan potensiometer, tetapi mengharuskan penggunaan eksternal kompensator untuk cold junction dimana hal ini tidak efisien karena harus menyediakan media isotermal untuk reference junction dan memerlukan penggunaan tabel untuk mengkonversi tegangan menjadi besaran temperatur. 15
2.3.2 PemanasKeramik Pemanas yang digunakan adalah jenis Pemanas Keramik. Komponen ini digunakan untuk pematrian komponen SMD, berlaku sebagai pemanas utama. Panas dari modul ini nantinya akan disensing oleh termokopel dan selanjutnya akan dibaca suhunya oleh pin ADC pada mikrokontroler, lalu digunakan sebagai acuan bagi Relay untuk mensaklar pemanas pada kondisi on atau off sesuai dengan keadaan suhu yang dibutuhkan dalam pematrian komponen SMD, sehingga tidak terjadi panas berlebih yang menyebabkan komponen yang dipatri rusak. 2.3.3 Relay Untuk pemanas agar dapat dikendalikan saat menyala atau pada saat mati maka harus dikendalikan melalui mikrokontroler dan pensaklarannya dipakai relay. Relay berfungsi sebagai pengatur pensaklaran pemanas supaya pemanas tidak terlalu panas dan sesuai dengan range yang diinginkan. 2.3.4 Motor DC Motor ini akan digunakan untuk menggerakkan konveyor untuk melakukan pematrian yang digunakan sebagai penggerak utama adalah motor DC dikarenakan kebutuhan untuk torsi dan kecepatan yang tidak terlalu besar 2.3.5 Mikrokontroler ATMega32 Mikrokontroler ini adalah pengendali utama dari sistem kerja alat. Sebagai pengendali utama fungsi mikrokontroler dalam sistem ini adalah sebagai berikut: 2.3.5.1 Pengendali pemanas dengan cara mengambil data yang diperoleh dari thermokopel yang dipasang pada pemanas dan mengontrol relay untuk mensaklarkan pemanas 2.3.5.2 Memonitor suhu pada nampan konveyor yang membawa PCB untuk dipatri. 2.3.5.3 Mengendalikan kipas saat proses pendinginan 16
2.3.6 Pengkondisi tegangan AD595 Pengkondisi tegangan ini berfungsi sebagai penguat untuk tegangan keluaran termokopel karena tegangan keluaran termokopel yang terlalu kecil sehingga perubahannya sulit terbaca oleh Pin ADC. 2.3.7 LCD 16 2 Penampil LCD digunakan untuk menampilkan suhu serta proses dalam pematrian selain itu juga sebagai penampil menu-menu yang terdapat dalam sistem kerja alat adapun suhu yang ditampilkan adalah suhu pada pemanas 2.3.8 Driver Motor Untuk mengendalikan cepat lambat serta polaritas gerakan motor maka digunakanlah driver motor sebagai pengimplementasi dari gerakkan motor DC yang diprogram oleh mikrokontroler. 2.3.9 Kipas Kipas sendiri digunakan dalam tahap pematrian yaitu pada bagian pendinginan dimana PCB yang telah dipatri didinginkan agar sesuai dengan standarisasi langkah pematrian. 2.3.10 Photo interrupter Photo interrupter adalah sebuah sensor yang memiliki fungsi untuk mengetahui adanya penghalang antara transmitter dan receiver pada sensor. Pada umumnya transmitter pada sensor ini adalah sebuah LED infrared yang bertugas memancarkan cahaya infrared yang dapat di terima oleh receiver. Receiver dari sensor ini sendiri adalah sebuah sensor phototransistor yang berfungsi sebagai penerima cahaya infrared yang dipancarkan oleh transmitter. Keduanya tersusun saling berhadapan, agar cahaya infrared yang dipancarkan dapat diterima dengan baik oleh phototransistor. Photointerrupter ini berfungsi sebagai masukkan untuk mendeteksi batasan gerak yang dilakukan pada conveyor. 17
2.3.11 Tombol Adapun tombol ini akan berfungsi pada bagi pengguna alat untuk memberi masukkan di mana terdapat menu ukuran seperti pada spesifikasi alat. 18