5

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.

6

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

7

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

8

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)

9

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

10

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)

11

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.

12

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

13

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.

14

Gam

bar

2.8.

Blo

k D

iagr

am

15

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.

16

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

17

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.

18

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.