BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1 Peran Manufaktur Dalam Desain Memproduksi sebuah desain adalah sebuah hubungan yang kritikal dalam urutan kejadian yang dimulai dari sebuah ide kreatif dan berakhir dengan produk yang berhasil di pasar. Dalam era teknologi modern sekarang ini, fungsi dari produksi sudah tidak menjadi sebuah aktivitas rutin, namun desain, pemilihan material dan proses telah menjadi sebuah bagian yang tidak dapat dipisahkan Manufaktur dan desain sering kali dalam organisasi, dipisahkan menjadi dua buah unit yang berbeda. Rintangan antara desain dan manufaktur dapat menghalangi interaksi kedua fungsi engineering yang seharusnya saling memberi masukan (Concurrent Engineering). Saat teknologi semakin canggih dan perubahannya cepat, kedekatan hubungan antara orang-orang research, desain dan manufaktur sangat diperlukan. Hal tersebut telah dibuktikan pada area peralatan elektronik, yakni penggunaan semikonduktor sebagai pengganti dari tabung vakum. Dari setiap proses untuk menghasilkan produk baru, selalu adanya permasalahan yang timbul seiring dengan tujuan dalam mencapai tujuan tertentu (adanya Trade-Offs). Dalam mendesain sebuah rancangan untuk manufaktur sebuah produk baru, dimana produk jadi dibuat dari berbagai bahan baku (raw
9
material) yang kemudian diproses dengan menggunakan tahapan proses dengan menggunakan alat bantu serta teknik tertentu sehingga dapat menjadi produk akhir yang memiliki nilai tambah. Selama proses tersebut tentu menggunakan waktu dan biaya yang timbul menjadi sebuah permasalah yang kemudian dipakai untuk menentukan harga pokok penjualan dari produk yang dibuat tersebut. Dalam menentukan biaya produk dan perkiraan waktu dalam penyelesaian produk dipengaruhi berbagai faktor (gambar 2.1).
Informasi Perlengkapan Alat Bantu (peralatan)
Bahan Baku Tenaga kerja
Sistem Manufaktur (Black Box)
Produk Barang Jadi
Komponen yang dibeli Scrap Energi
Servis
Pasokan
Gambar 2.1 Model I/O sederhana dari suatu sistem manufaktur Pada gambar 1.2, terlihat faktor-faktor yang masuk kedalam sebuah kotak besar yang bernama sistem manufaktur. Kotak tersebut merupakan sebuah black box (kotak hitam) mengenai bagaimana proses dalam menyatukan berbagai input yang masuk sehingga menjadi sebuah produk jadi. Tahapan proses itulah yang akan menjadi sebuah permasalahan yang vital dengan menggunakan input yang ada sehingga dapat menghasilkan produk sesuai spesifikasi dan dengan biaya
10
manufaktur dan waktu yang optimum. Biaya dan waktu selalu berkaitan dengan kualitas, manufaktur sesungguhnya berbicara dengan kualitas, apakah produk yang dihasilkan sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan dengan biaya dan waktu yang telah sesuai dengan perkiraan supaya produk dapat lebih mudah untuk dijual (marketable). Pada Fishbone Diagram di bawah (gambar 2.2) digambarkan keterkaitan antara biaya, waktu dengan kualitas
Biaya Peralatan yang dibutuhkan Jumlah Komponen Bahan baku Tahapan Proses Jumlah Scrap Jumlah Tenaga Kerja Energi yang digunakan
Kualitas Tahapan Proses Tingkat kesulitan Perakitan Kualitas Tenaga Kerja
Waktu Gambar 2.2 Fishbone Untuk Kualitas
Desain untuk manufaktur merupakan tindakan pertama dimana diharapkan dapat memberikan biaya yang rendah dan waktu yang singkat dengan kualitas produk yang tepat seperti yang diharapkan atau pun lebih baik. Dari gambar 1.3,
11
terlihat beberapa komponen faktor yang mempengaruhi keduanya baik waktu maupun biaya. Dan sekali lagi tahapan proses merupakan kunci utama disamping faktor-faktor lainnya yang biasanya dipengaruhi juga oleh tahapan proses yang digunakan. Manufaktur secara konvensional dibagi menjadi lima yakni: a. Process Engineering b. Tool Engineering c. Work Standar d. Plant Engineering e. Administration and Control Process Engineering adalah pengembangan tahap demi tahap dari operasi untuk produksi. Keseluruhan produk dibagi menjadi bagian yang terdiri dari komponen dan subassembly, serta langkah yang diperlukan untuk memproduksi setiap komponen diatur dalam urutan yang logikal. Parameter vital dalam process engineering adalah tingkat produksi dan biaya manufaktur. Tool Engineering berhubungan dengan desain peralatan, jigs, fixtures dan pengukur. untuk memproduksi bagian produk. Jigs adalah alat yang digunakan untuk memegang benda kerja dan menuntun peralatan selama manufaktur, sedangkan fixtures memegang bagian yang akan disambung, dirakit atau dimesin. Tools atau peralatan digunakan untuk permesinan atau pembentukan. Pengukur untuk menentukan apakah dimensi dari bagian kerja sudah sesuai spesifikasi.
12
Work Standars adalah nilai waktu yang dikelompokkan menurut setiap operasi produksi. Selain itu juga ada tool standar dan material standar. Plant Engineering berkaitan dengan penyediaan fasilitas pabrik (kegunaan, ruang, transportasi, gudang dll) untuk mendukung proses manufaktur. Administration and control adalah perencanaan produksi, penjadwalan dan pengawasan untuk memastikan bahwa material, peralatan, mesin dan manusia tersedia pada saat dan jumlah yang sesuai untuk memproduksi suatu produk. 2.2 Jenis Proses Manufaktur Proses Manufaktur mengkonversikan material menjadi produk jadi. Dalam sebuah proses manufaktur diperlukan 3 faktor utama yaitu energi, material dan informasi. Aliran energi digunakan untuk materialdapat bergerak dan berubah bentuk. Aliran informasi yang mengandung bentuk dan sifat material, proses yang digunakan dll., baik itu mekanik, kimia atau termal, karakteristik peralatan yang digunakan dan gerakan material relatif terhadap peralatan. Secara alami, ratusan proses manufaktur terdiri dari 2 yaitu mass conserving dan mass reducing. Pada proses untuk mass conversing , massa dari material awal hampir sama dengan massa di akhir proses. Biasanya tidak ada pengikisan material, seperti halnya pada injection molding dan casting. Untuk mass reducing biasanya ada pengikisan material sehingga massa material pada saat awal dan akhir tidak sama (berkurang). Hal ini terjadi karena pemotongan, pegeboran dll. Kita bisa mengklasifikasikan berbagai proses yang digunakan dalam manufaktur menjadi 8 kategori, yakni:
13
1. Proses Pencetakan : seperti plastik, kaca dan logam 2. Proses Deformasi : seperti tempa, ekstrusi, rolling dll. 3. Proses Permesinan : pemotongan, gerinda, bubut 4. Proses Polimer : injection molding 5. Proses Bubuk (powder) : keramik, logam dengan menggunakan tekanan 6. Proses Penyambungan : solder, las, keling 7. Proses Perlakuan Panas dan Permukaan: penggunaan panas untuk perbaiki sifat mekanik 8. Proses Perakitan: penggabungan bagian-bagian menjadi bentuk jadi. 2.3 Definisi DFM Design For Manufacture (DFM) merupakan sebuah metodologi desain yang telah terbukti dapat diaplikasikan pada semua ukuran perusahaan. Teknik-teknik DFM digunakan untuk mengoptimumkan kemampuan manufaktur, kualitas, reliabilitas, kemampuan pemeliharan, biaya, waktu pemasaran dan kepuasan pelanggan. Secara definitif, DFM adlah pertimbangan mengenai apakah produk tersebut dan bagaimana produk tersebut dibuat, dalam upaya untuk menjamin kualitas, meminimasi biaya dan memaksimasikan fleksibilitas. Jika didefinisi lebih dalam, DFM berpusat pada beberapa hal seperti toleransi berulang (memastikan bahwa sebuah komponen tidak didesain terlalu presisi sehingga tidak dapat diproduksi dalam jumlah besar), kemudahan perakitan (misalnya pengurutan operasi-operasi yang “dapat dilakukan” secara efisien) dan kemampuan adaptasi terhadap
14
automasi yang berkecepatan tinggi. (yang mungkin dapat meningkatkan biaya dan kualitas pada jumlah produksi yang tinggi). Lebih dari 70% biaya manufaktur sebuah produk (biaya bahan baku, proses dan perakitan) ditentukan dengan keputusan desain, sedangkang keputusan produksi (seperti perencanaan proses atau pemilihan mesin) hanya berpengaruh sebesar 20%. Dengan mengaplikasikan prinsip-prinsip DFM pada awal perancangan produk, penggunaan material dan proses yang optimum akan tercapai, perubahan akan semakin mudah dan murah dan pengeluaran keseluruhan berkurang.
Grafik 2.1 Biaya Daur Hidup Produk Selama Proses Perkenalan Produk
15
2.4 Elemen Kunci DFM DFM memiliki 3 elemen kunci yaitu : 1. Seleksi Proses Seleksi proses meliputi baik material maupun metode proses untuk setiap individu komponen (didasarkan pada asumsi) : a. Kriteria Kritis dari Performansi (konduktivitas, kekuatan, friksi, panas dll) b. Toleransi c. Komplesitas Komponen d. Biaya Penyetelan dan Peralatan (baik biaya tetap ataupun biaya variabel) e. Volume Produksi f. Keahlian dan Kemampuan 2. Mengurangi Tahapan Proses a. Mengurangi berbagai tahapan proses yang tidak perlu melalui serangkaian alternatif strategi b. Meminimalisasi jumlah komponen c. Mengkombinasikan tahapan-tahapan d. Proses/permesinan satu arah untuk mengurangi waktu penyetelan 3. Mendesain Proses Ada berbagai macam panduan dalam mencapai detail desain yang optimum untuk mengatasi kesulitan proses-proses produksi yang spesifik. Panduan
16
ini membantu perancang dalam mengekploitasi keuntungan dan mengenali batasan dari proses sambil mencegah kesalahan dasar. Banyak panduan yang dipublikasi, namun beberapa perusahaan cenderung mengembangkan panduan mereka sendiri. Contoh-contoh panduan meliputi panduan permesinan, pembentukan, injeksi, penggabungan, panduan mengenai adhesif dll. 2.5 Tahapan DFM Metode DFM menurut Ulrich dan Eppinger digambarkan pada gambar 2.3. Metode itu terdiri dari 5 langkah: 1. Memperkirakan biaya manufaktur 2. Mengurangi biaya komponen 3. Mengurangi biaya perakitan 4. Mengurangi pendukung produksi 5. Mempertimbangkan pengaruh keputusan DFM pada faktor-faktor lainnya.
17
Gambar 2.3 Metode Perancangan Untuk Proses Manufaktur
18
2.6 Biaya Manufaktur Biaya manufaktur merupakan penentu utama dalam keberhasilan ekonomis dari produk. Dalam istilah sederhana, keberhasilan ekonomis tergantung dari marjin keuntungan dari tiap penjualan produk dan berapa banyak yang dapat dijual oleh perusahaan. Marjin keuntungan merupakan selisih antara harga jual pabrik dengan biaya pembuatan produk. Jumlah unit yang dijual dan harga jual sangat ditentukan oleh kualitas produk secara keseluruhan. Secara ekonomis, rancangan yang berhasil tergantung dari jaminan kualitas produk yang tinggi, sambil meminimasi biaya manufaktur. DFM merupakan salah satu metode untuk mencapai sasaran ini. Pelaksanaan DFM yang efektif mengarahkan pada biaya manufaktur yang rendah tanpa mengorbankan kualitas produk. DFM menggunakan informasi dari beberapa tipe, termasuk diantaranya : 1) Sketsa, gambar, spesifikasi produk, dan alternatif-alternatif rancangan; 2) Suatu pemahaman detail tentang proses produksi dan perakitan, serta perkiraan biaya manufaktur, volume produksi, dan waktu peluncuran produk.
19
Gambar 2.4 Elemen Biaya Manufaktur Dari Suatu Produk Cara lain untuk membagi biaya manufaktur adalah dengan menggunakan biaya tetap dan biaya variabel. Biaya tetap adalah biaya yang tercangkup dalam jumlah yang telah ditentukan sebelumnya, tanpa menghiraukan berapa banyak unit produksi yang dibuat. Biaya variabel adalah biaya yang tercangkup dalam proporsi langsung dari jumlah unit yang dihasilkan. Kolom pada BOM (suatu daftar tiap komponen produk) menunjukkan perkiraan biaya yang terurai menjadi biaya tetap dan biaya variabel. Biaya komponen standar diperkirakan dengan: 1) Membandingkan tiap komponen dengan komponen yang sama yang pernah dihasilkan atau dibeli perusahaan dalam volume yang diperbandingkan atau 2) Mendapatkan harga dari penjual keliling atau pemasok Komponen pesanan, yaitu komponen-komponen yang dirancang secara khusus untuk produk, dibuat oleh pabrik atau oleh pemasok, diperkirakan dengan menambahkan biaya meterial mentah, pemrosesan, dan peralatan. Biaya perakitan
20
manual dapat diperkirakan dengan menjumlahkan waktu yang diperkirakan untuk tiap operasi perakitan dan dikalikan dengan jumlah tenaga kerja. Pelaksanaan perakitan membutuhkan waktu yang berbeda tergantung dari ukuran komponen, kesulitan operasi, dan jumlah produksi. Memperkirakan biaya-biaya overhead untuk produk baru secara akurat sangatlah sulit, dan kenyataannya di industri tidaklah memuaskan. Dengan demikian total biaya perunit dapat dihitung dengan menggunakan humus dibawah ini: Total biaya per unit = Biaya Tetap + Biaya Variabel Volume
2.7 Pengurangan Biaya Manufaktur 2.7.1 Mengurangi Biaya Komponen Beberapa strategi untuk meminimasi biaya-biaya tersebut: •
Memahami Batasan-batasan proses dan Dasar-dasar Biaya Proses-proses yang memiliki kemampuan yang tidak mudah dijelaskan, strategi terbaik adalah dengan bekerja langsung dengan orang-orang yang sangat mengetahui proses produksi yang dimaksud. Ahli-ahli manufaktur ini umumnya akan memiliki banyak ide mengenai bagaimana merancang ulang komponen untuk mengurangi biaya produksi.
21
•
Merancang Ulang Komponen Untuk Mengurangi Langkah-langkah Pemrosesan Kecermatan rancangan yang diusulkan akan mengarahkan pada usulan rancangan yang dapat menghasilkan penyederhanaan proses produksi, yang pada umumnya memberikan hasil pengurangan biaya.
•
Pemilihan Skala Ekonomi Yang Sesuai Untuk Pemrosesan Komponen Biaya manufaktur untuk suatu produk biasanya turun bila volume produksi meningkat. Gejala ini dinamakan skala ekonomi. Skala ekonomi untuk suatu komponen yang dibuat terjadi karena dua alasan berikut: 1) biaya tetap dibagi di antara lebih banyak unit dan 2) biaya variabel
menjadi
lebih
rendah
karena
perusahaan
dapat
mempertimbangkan penggunaan proses-proses dan peralatan yang lebih luas dan efisien. •
Menstandarkan Komponen-komponen dan Proses-proses Prinsip skala ekonomis juga digunakan dalam pemilihan komponen dan proses. Untuk volume produk yang diharapkan, manfaat diperolehnya volume komponen yang lebih tinggi dapat dicapai melalui penggunaan komponen standar.
•
Mengikuti Black Box Pengadaan Komponen Pada pendekatan ini, tim memberikan pemasok dengan hanya uraian komponen berupa ‘black box’, yaitu uraian mengenai apa yang harus
22
dilakukan oleh komponen, dan bukannya bagaimana untuk mencapai hal tersebut. Spesifikasi semacam ini memungkinkan penjual keliling/eceran untuk mendapatkan kemungkinan ruang gerak yang paling lebar untuk merancang atau memilih komponen unutk biaya minimum. Kelebihan tambahan dari pendekatan ini adalah mengurangi tanggung jawab tim internal untuk merancang komponen. Usaha pengembangan black box yang berhasil membutuhkan perancangan tingkat sistem yang hati-hati dan definisi fungsi yang sangat jelas, media dan interaksi dari tiap komponen. 2.7.2
Mengurangi Biaya Perakitan
Beberapa strategi untuk mengurangi biaya perakitan •
Menyimpan Angka Boothroyd dan Dewhurst (1989) menganjurkan untuk memelihara perkiraan biaya perakitan yang sedang berjalan. Sebagai tambahan untuk angka mutlak ini, mereka mengusulkan konsep efisiensi perakitan. Indeks DFA ditujukan dengan rumus sebagai berikut :
Indeks DFA =
jumlah komponen min imum teoritis × 3 det ik Perkiraan waktu total
Angka 3 detik mencerminkan waktu minimum teoritis yang dibutuhkan untuk menangani dan menyisipkan suatu komponen yang dengan sempurna sesuai untuk perakitan.
23
• Mengintegrasikan Komponen Integrasi komponen memberikan beberapa manfaat : ¾ Komponen yang terintegrasi tidak harus dirakit. ¾ Komponen yang terintegrasi sering lebih murah untuk diolah
dibandingkan komponen terpisah. ¾ Komponen yang terintegrasi memungkinkan keterkaitan di antara
bentuk geometris di antara bentuk geometris kritis untuk dikendalikan oleh proses pembuatan komponen dibandingkan dengan suatu proses perakitan. •
Memaksimumkan Kemudahan Perakitan Karakteristik ideal dari komponen untuk suatu perakitan adalah (disesuaikan dari Boothroyd dan Dewhurst, 1989) : ¾ Komponen dimasukkan dari bagian atas rakitan ¾ Komponen lurus dengan sendirinya ¾ Komponen tidak harus diorientasikan ¾ Komponen hanya membutuhkan satu tangan untuk merakit ¾ Komponen tidak membutuhkan peralatan ¾ Komponen dirakit dengan gerakan linier, dan tunggal ¾ Komponen terkunci dengan segera setelah penggabungan
24
•
Mempertimbangkan Perakitan Oleh Pelanggan Pelanggan mungkin sabar melengkapi beberapa produk rakitannya sendiri, khususnya jika dengan mengerjakan hal tersebut memberikan keuntungan lain, seperti membeli dan menangani produk kemasan dengan lebih mudah.
2.7.3 Mengurangi Biaya Penunjang Produksi
Beberapa cara untuk mengurangi biaya penunjang produksi •
Meminimasi Kerumitan Sistematik Kerumitan timbul karena berbagai input, output dan proses perubahan. Banyak sistem manufaktur melibatkan ratusan pemasok, ribuan komponen yang berbeda, ratusan orang, lusinan tipe produk dan lusinan tipe proses produksi.
•
Proses Pembuktian Kesalahan (Error Proofing) Satu tipe mode kegagalan disebabkan karena memiliki komponen yang berbeda yang dapat dengan mudah membingungkan.
2.8 Mempertimbangkan Pengaruh DFM Terhadap Faktor Lain
Beberapa pengaruh DFM terhadap Faktor Lain • Pengaruh DFM Pada Waktu Pengembangan Waktu pengembangan dapat menjadi sangat berharga. Untuk suatu proyek pengembangan mobil, waktu adalah sangat berarti seperti ratusan ribu dolar perhari. Karena alasan inilah, keputusan DFM harus dievaluasi untuk melihat
25
pengaruhnya pada waktu pengembangan, seperti pengaruhnya juga pada biaya manufaktur. • Pengaruh DFM Pada Biaya Pengembangan Biaya pengembangan sangat simetris dengan waktu pengembangan. Maka, perhatian yang sama mengenai keterkaitan antara kerumitan dan waktu pengembangan digunakan untuk biaya pengembangan. Bagian dari fenomena ini meningkatkan korelasi di antara manajemen proyek praktis yang baik dan aplikasi metode semacam DFM. • Pengaruh DFM Pada Kualitas Produk Sebelum melakukan keputusan DFM, tim seharusnya mengevaluasi pengaruh keputusan pada kualitas produk. Di bawah kondisi ideal ini, tindakan untuk mengurangi biaya manufaktur akan juga memperbaiki kualitas produk. Tindakan untuk mengurangi biaya manufaktur juga dapat memberikan pengaruh buruk pada kualitas produk, sehingga disarankan tim tetap menjaga dimensi kualitas yang penting untuk produk. • Pengaruh DFM Pada Faktor-faktor Eksernal ¾ Komponen yang digunakan kembali: Dengan mengambil waktu dan
uang untuk mendapatkan komponen dengan biaya rendah yang mungkin berguna untuk tim lain yang merancang produk yang sama.
26
¾ Biaya umur pakai: Melalui daur hidup produk, produk-produk tertentu
mungkin mengakibatkan beberapa perusahaan atau biaya yang tidak dihitung untuk biaya manufaktur.
2.9 Manufaktur Produk Elektronik
Secara umum proses manufaktur untuk electronics assembly terdiri dari 3 tahap yakni: 1. Component Manufacture 2. Printed Circuit Board (PCB) Manufacture 3. Electronic Assembly Process Karena komponen elektronik seperti resistor, kapasitor, transistor, Intergrated Circuit (IC) merupakan komponen yang biasanya dibuat oleh pabrik komponen yang memang khusus membuat komponen tersebut untuk dijual ke pasar. Disini lebih ditekankan akan proses manufaktur PCB dan perakitan elektronik. 2.9.1 Komponen-komponen Elektronik
Dalam membuat alat elektronik, sering dijumpai beberapa komponen yang dipakai untuk menghasilkan fungsi yang diinginkan dari alat tersebut. Beberapa komponen itu adalah: 1. Resistor Resistor atau tahanan (R) merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat arus listrik sehingga dapat membatasi jumlah arus yang mengalir dalam rangkaian. Resistor yang biasa
27
dikenal umumnya berbentuk tabung dengan 2 kakidari tembaga dikirikanannya. Pada badannya terdapat lingkaran berbentuk gelang berwarna yang merupakan kode warna untuk memudahkan pemakai mengetahui besar hambatan (ohm) tanpa harus mengukurnya dengan ohmmeter dterlebih dahulu. Resistor menurut macamnya terbagi dua yakni resistor tetap dan resistor variabel (tidak tetap). Saat memilih ukuran resistor untuk sikuit elektronik, perhitungan penghilang panas dalam watt harus dipertimbangkan secara hati-hati. Ini
dikarenakan
PCB
dimana
resistor
itu
terpasang,
relatif
mengandung logam yang sedikit kandungan udara seperti besi dan alumimium. Bila arus yang melawati (benda bekerja untuk waktu yang cukup lama) sirkuit, dapat meyebabkan permukaan PCB terbakar sehingga terjadi malfungsi. 2. Kapasitor/Kondensator Merupakan komponen elektronik yang fungsinya untuk menyimpan muatan listrik. Namun bedanya dengan baterai kering atau aki, kapasitor menyimpan muatan listrik tanpa terjadi reaksi kimia. Kapasitor (C) memiliki struktur yang terbuat dari plat besi dan dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik tersebut misalnya udara vakum, keramik, gelas dll. Konduktor juga terdiri dari dua jenis yakni tetap dan variabel.
28
3. Dioda Dioda yang disingkat dengan lambang D ialah suatu komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor yang saling dipertemukan. Dioda sebenarnya merupakan tahanan arus searah karena hanya dapat melakukan arus listrik dengan satu arah. Oleh sebab itu dioda sering digunakan dalam rangkaian penyearah. Dioda memiliki 2 kutub yakni kathoda (negatif ) dan anoda (positif). 4. Transistor Transistor merupakan dioda dengan dua sambungan. Sambungan itu sedemikian rupa sehingga membentuk transistor PNP maupun tipe NPN (N=negatif, P= positif). Ujung-ujung terminalnya berturut-turut disebut emitor, base dan kolektor. Base selalu terletak ditengah-tengah antara emitor dan kolektor. Transistro demikian disebut bipolar, karena struktur dan prinsip kerjanya sangat tergantung dari perpindahan elektron di kutub negatif yang mengisi lubang elektron di kutub positf. 5. Intregated Circuit (IC) Komponen IC juga merupakan komponen semikonduktor. Pemakaian IC sudah sangat luas dan dalam ilmu komputer sering disebut dengan CHIP. Keuntungan memakai IC adalah dapat membuat rangkaian menjadi lebih praktis dan tidak memerlukan tempat yang lebar. Pada umumnya, bentuk dari IC adalah persegi panjang dengan pin-pin
29
(kaki) di sampingnya. Secara garis besar IC ada dua jenis yaitu IC digital dan IC linear. Dalam pemasangannya, IC harus diperhatikan karena merupakan komponen aktif dan tidak tahan panas. Sehingga kita perlu memperhatikan suhu dari solder yang digunakan dan pemasangan pin-pin IC ke dalam PCB secara tepat agar tidak terjadi kerusakan terhadap rangkaian elektronik tersebut. IC diproduksi dalam bentuk, skala kecil, medium, besar dan sangat besar. 2.9.2 Printed Circuit Board (PCB)
PCB untuk electronic assemblies adalah substrat yang memberikan dukungan mekanis sama seperti hubungan listrik. Terbuat dari substrat yang keras atau flesibel dengan lapisan konduktor tunggal atau banyak yang dipisah dengan penyekat. PCB sering dikenal juga dengan nama Printed Wiring Board (PWB). PCB pertama kali ditemukan di Amerika Serikat, sehingga dalam ukurannya dipakai satuan non-SI seperti in, mil dan oz. Dimensi papan atau board dalam satuan inchi (1 in = 2,54 cm), ketebalan dielektrik dan lebar konduktor dalam satuan mil (1 mil = 25,4 μ m), konduktor, biasanya tembaga, ketebalan dalam oz. Berat logam konduktor dalam satuan luas (square feet) dari material khususnya tembaga adalah 0,5 oz (17,5 μ m), 1oz (35 μ m), 2 oz (70 μ m).
30
Secara umum spesifikasi dimensi dari PCB adalah: • Ketebalan akhir: Standar (31mil, 39 mil dan 62 mil) ; Non-standar (untuk pesanan dengan volume tinggi, ketebalan antara 10 sampai 125 mil) • Dimensi maksimum 16in X 20in 2.9.3 Kontruksi PCB
PCB terdiri dari beberapa lapisan dimana lapisan terluar adalah lapisan tembaga. Penyusunan lapisan dilakukan secara vertikal dengan porosnya untuk menghindari ketegangan mekanik di dalam papan saat proses termal. Pada gambar 2.5 dan 2.6 dapat dilihat kontruksi dari PCB satu sisi dan dua sisi.
Silkscreen Board Solder layer copper Solder layer solder-mask
Gambar 2.5 PCB Single Sided
Silkscreen Component Layer solder-mask Component Layer copper Board Solder layer copper Solder layer solder-mask
Gambar 2.6 PCB Double Sided
31
Bahan untuk membuat lapisan penyekat PCB adalah bahan dielektrik. Bahan yang biasa digunakan adalah Fiberglass Epoxy-resin (FR-4) karena mudah didapat dan relatif murah, struktur yang keras dan tahan panas hingga 1300C. Bahan yang lain adalah CEM, Polymide dan Teflon. Standar ketebalan untuk lapisan inti (core) adalah 5, 8, 10, 14, 20, 40 mil. Sedangkan untuk lapisan prepreg 4 mil. 2.9.4 Proses Manufaktur PCB
Secara umum proses manufaktur untuk PCB single layer dengan manual dapat dilihat pada gambar 2.7. Untuk pembuatan PCB tersebut, diperlukan keahlian yang cukup serta penanganan khusus karena berhubungan dengan bahan kimia yang berbahaya seperti soda api (FeCl3). Untuk pembuatan PCB multilayer, biasanya untuk produk-produk yang lebih canggih seperti handphone, televisi, motherboard untuk PC dll. Tahapan tersebut lebih kompleks dan menggunakan beberapa mesin seperti CNC.
32
M embuat Bentuk Rangkaian
Mem bentuk pertinacs sesuai ukuran
Layout atau m aal
M embersihkan pertinacs
Layout diatas kertas grafik
M elapisi pertinacs dengan positif 20
M em indahkan Layout ke atas film positif
M enem pelkan film positif ke atas pertinacs
Penyinaran pertinacs
Pelarutan dengan soda api
Pengeringan setelah dicuci
Finishing PCB dan pem buatan lubang
Gambar 2.7 Bagan Pembuatan PCB secara manual
Soda api
33
Pertama-tama yang harus dilakukan dalam membuat PCB, mrancang polapola yang akan dibuat, kemudia baru setelah kita persiapkan terlebih dahulu segala keperluan-keperluan yang bersangkutan dengan pembuatan PCB. Selembar board atau pertinacs sebagai tahap awal pembuatan PCB. Ada dua jenis pertinacs, yang pertama telah terdapat lubang kecil yang memang telah dibuat sedimikian rupa oleh pabrik. Yang kedua, berupa lembaran dengan permukaan tertutupdan dilapisi dengan sejenis logam yang tipis pada permukaannya. Logam lapisan itu biasanya terbuat dari tembaga dengan ketebalan 0,002 mm. Yang dipakai adalah jenis kedua karena untuk jenis pertama untuk mengghubungkan antar komponen diperlukan kabel sedang untuk yang keduia tidak karena akan dicetak jalurnya pada papan. Tahap selanjutnya adalah rencana desain atau rancangan tata letak dari komponen. Rancangan ini dibuat diatas lembaran ebonit yang disebut Cooper Clad. Namun untuk menggambarnya harus dilakukan dengan terbalik dari tata letak yang sebenarnya karena nantinya akan dicetak keatas papan. Untuk bagian atas papan merupakan tempat letak komponen yang bersangkutan dan bagian bawahnya merupakan jalur sambungan kaki komponen. Selanjutnya gamabar rangkaian dari Cooper Clad itu akan dipindahkan ke atas papan dengan pembuatan film positifnya. Bila film positif telah selesai, langkah slanjutnya adalah menyemprotkan cairan kimia positf 20 sampai rata betul di seluruh permukaan yang nantinya akan ditempeli fil positif. Keringkan dan lakukan penyinaran seperti melakukan proses afdruk foto di kamar gelap. Pemakaian
34
lampu dan lama penyinaran mempengaruhi hasil akhirnya. Setelah kering, tinggal dibersihkan dengan soda api untuk melepaskan tembaga yang tidak terpakai sehingga hanya tertinggal jalur menurut film positif tadi. Lapisi PCB dengan thinner supaya tidak mengalami oksidasi. Kemudian baru didrill untuk menghasilkan lubang yang nantinya akan dipasangkan kaki dari komponen-komponennya. Ada cara lain selain menggunakan penyinaran dengan UV. Cara ini secara garis besarnya sama, hanya saja dalam mencetak gambar jaringan ke atas PCB menggunkan teknik screening. Hal ini lebih cocok untuk membuat PCB dalam jumlah banyak karena cetakan dapat menghemat waktu dan tidak banyak menggunakan cairan kimia. 2.9.4 Electronic Assembly Process
Perakitan barang elektronik yang memiliki kesamaan kerja hanya berbeda di penggunaan alat bantu. Cara perakitan alat elektronik yang terdiri dari komponen-komponennya seperti resitor, kapasitor , IC, transistor dll, untuk dipasang pada PCB ditentukan beberapa faktor seperti volume produksi, jenis PCB yang digunakan dan ukuran komponen serta kepresisian pemasangan. Untuk perakitan alat elektonik sederhana biasa digunakan tangan (manual) dalam peletakan komponen tersebut keatas PCB dan penyambungannya (soldering) menggunakan hand soldering namun adapula teknologi SMT (Surface Mount Technology) yang memungkinkan komponen-kompenen diperkecil hingga tiga per empat ukuran aslinya dengan harga sekitar satu
35
setengah dari ukuran normal. Karena itu peletakannya menggunakan mesin pick and place untuk memudahkan pemasangan dan tingkat presisi yang tinggi. Karena komponennya yang kecil maka penyambungannya langsung dipatri di permukaan dengan menggunakan reflow soldering. Secara umum perakitan elektronik dibagi menjadi beberapa tahap yaitu: •
Pemasangan komponen
•
Penyambungan (soldering)
•
Pemeriksaan secara visual
•
Electrical testing (ATE)
