ELEKTRO INDONESIA Edisi ke Empat, Oktober 1996
Teknologi Hibrida Film Tebal Salah Satu
Pilihan Pengecilan Rangkaian Elektronika
Teknologi sablon yang telah lama dikenal di Indonesia
merupakan landasan Teknologi Hibrida Film Tebal dalam bidang mikroelektronika.
Keuntungan, kemudahan proses teknologi hibrida film dan tersedianya komponen
SMD sangat dimungkinkan dikembangkan di Indonesia.
Pendahuluan
Perancangan dan pembuatan sistem elektronika semakin lama semakin rumit,
sehingga diperlukan rangkaian dalam bentuk miniatur untuk menghasilkan
ukuran yang lebih kecil dan ringan, serta mengurangi kerugian daya dari
setiap komponen dengan adanya saluran-saluran penghubung, sehingga kehandalannya
tinggi dan kinerja rangkaian dapat ditingkatkan.
Rangkaian yang berbentuk miniatur ini disebut rangkaian terintegrasi
(Integrated Circuit) yang mempunyai orde mikron dan merupakan salah satu
teknologi mikroelektronika. Rangkaian Terintegrasi mempunyai beberapa keuntungan
dibandingkan dengan komponem diskrit, diantaranya adalah :
-
Ukurannya menjadi sangat kecil dan ringan
-
Keandalan makin tinggi
-
Kinerja semakin meningkat
-
Harganya relatif lebih murah
Secara umum mikroelektronika terdiri atas beberapa teknologi penting yang
dapat diklasifikasikan seperti ditunjukkan dalam Gambar
1 .
Istilah hybrid dalam Gambar 1 mempunyai arti bahwa dalam proses pembuatannya
menggunakan lebih dari satu jenis teknologi.
Salah satu alternatif realisasi mikroelektronika adalah sistem hibrid
(hibrida), yaitu sistem yang direalisasikan di atas substrat dan dapat
berupa thick film hybrid, thin film hybrid atau multi-chip hybrid. Teknologi
hybrid menggunakan komponen pasif dan polakonduktor yang dibentuk dengan
cara teknologi Film Tebal (Thick Film) atau Film Tipis (Thin Film) di atas
substrat, sedang komponen lain (umumnya Surface Mounted Devices = SMD)
yang diperlukan untuk membentuk suatu rangkaian elektronika ditempatkan
di atas pola konduktor dengan cara penyolderan (bonding).
Teknologi Film Tebal
Teknologi film tebal merupakan pembuatan rangkaian terintegrasi dengan
menggunakan metode screen dan printing yang terdiri atas sejumlah langkah
yang dapat diulang beberapa kali, yaitu pembuatan screen, pencetakan dan
pemanggangan. Proses ini hampir sama dengan proses sablon untuk kain.
Rangkaian film tebal memerlukan substrat sebagai tempat untuk
rangkaian film tebal dan memerlukan proses pelapisan untuk melapiskan bahan
konduktor dan komponen pasif (khususnya resistor dan kapasitor), serta
memerlukan proses fotolitografi untuk menghasilkan bentuk pola dari rangkaian
yang diinginkan.
Rangkaian elektronika yang menggunakan teknologi hibrida film
tebal banyak digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi, dan rangkaian khusus
yang dibuat dalam jumlah sedikit. Keunggulan utama teknologi ini adalah
kemungkinan dapat dibuat resistor dengan nilai resistansi dalam jangkauan
yang sangat lebar, mulai kurang dari satu ohm sampai beberapa megaohm dalam
substrat yang sama. Penggabungan proses film tebal dengan pembuatan resistor
dan kapasitor dengan transistor atau IC sebagai komponen aktif pada satu
substrat akan menghasilkan sistem elektronika dengan keandalan yang tinggi
dan harga yang relatif rendah.
Bahan Teknologi Hibrida Film Tebal
Bahan-bahan yang diperlukan dalam teknologi hibrida film tipis adalah
Screen, Substrat, Pasta dan rakel.
-
1 Screen
Screen merupakan tenunan berlubang-lubang yang terbuat dari serat yang
fungsinya adalah untuk menentukan pola yang akan dicetak dan menentukan
ketebalan pasta yang akan ditempelkan pada substrat. Serat yang digunakan
untuk membentuk kasa suatu screen terbuat dari berbagai macam bahan. Tiga
jenis bahan yang umum digunakan adalah poyster, nylon dan stainless steel.
Ketiga bahan tersebut mempunyai karakteristik yang berbeda. Umumnya bahan
screen yang digunakan dalam proses teknologi ini adalah stainless steel.
-
2 Substrat
Subtrat merupakan tempat jalur interkoneksi rangkaian serta tempat
interkoneksi antara divais aktif maupun pasif. Fungsi Substrat dalam rangkaian
film tebal, yaitu :
-
Sebagai penunjang interkoneksi dan perakitan divais.
-
Sebagai isolator dan tempat pelapisan serta pembentukan pola jalur konduktor
dan komponen pasif.
-
Media penyalur panas dari rangkaian.
-
Sebagai lapisan dielektrik untuk rangkaian-rangkaian frekuensi tinggi.
[Harper, 1994: 8.2]
Secara umum substrat harus mempunyai sifat :
-
Kestabilan dimensi (tidak mudah berubah)
-
Tahan terhadap gesekan
-
Konstanta dielektrik yang rendah
-
Permukaan rata dan halus
-
Stabilitas kimia yang baik dan kecocokan dengan pasta
-
Penghantar panas yang baik
-
Daya serapnya rendah
-
Jenis isolator yang baik
Bahan substrat yang banyak digunakan untuk rangkaian film tebal adalah
alumina, berylia, gelas, quarz dan sapphire atau kombinasi dari bahan-bahan
tersebut.
-
3 Pasta
Tata-letak suatu rangkaian hibrida film tebal terdiri atas beberapa
lapis yang bergantung pada fungsinya, sehingga dalam suatu rangkaian elektronika
diperlukan beberapa jenis screen dengan pola yang berbeda dan pasta yang
berbeda pula. Macam pasta yang diperlukan dalam pembuatan rangkaian elektronika
teknologi hibrida film tebal adalah :
-
Pasta konduktor, mempunyai sifat yang berguna untuk solder (bonding)
-
Pasta resistor dengan berbagai nilai resistansi
-
Pasta dielektrik yang mempunyai berbagai konstanta dielektrik dan karakteristik
frekuensi.
-
Pasta pelindung (coating), digunakan untuk melindungi rangkaian akhir
-
Pasta solder.
-
4 Rakel
Rakel (squeege) berfungsi untuk mengalihkan pasta ke substrat dengan
cara menekan pasta ke dalam screen. Tegangan permukaan akan menahan pasta
pada substrat saat posisi screen kembali ke keadaan semula. Bahan yang
digunakan sebagai rakel adalah neoprine, polyrethana dan Viton®
dengan kekerasan bahan antara 50-60 durometer. Posisi rakel harus menjadikan
sisi tajam membentuk sudut 45 sampai 60 terhadap permukaan screen. Tekanan
rakel terhadap screen akan berpengaruh terhadap hasil cetakan. Bila tekanan
teralu ringan maka pasta yangg akan dilewatkan screen sangat sedidit.
Langkah-langkah Pembuatan
Bagian ini menguraikan langkah-langkah yang dilakukan dalam teknologi hibrida
film tebal dengan menunjukkan suatu rangkaian yang telah diteliti dan dibuat
oleh penulis pada tahun 1995 di TELKOMA LIPI Bandung.
Rangkaian yang akan direalisasi ditunjukkan dalam Gambar
1.
Langkah pertama untuk realisasi ke teknologi hibrida film tebal adalah
merancang tataletak (layout) rangkaian dengan menggunakan perangkat lunak
CAHL (Computer Aided Hybrid Layout).
Dengan menghindari adanya cross conductor karena alasan teknis, maka
diperlukan tiga buah masker untuk tiap-tiap rangkaian, yaitu :
a. Masker untuk pola konduktor
b· Masker untuk resistor
c· Masker untuk konduktor penghubung (jumper)
Langkah selanjutnya adalah sebagai berikut :
-
Pola yang didapat dari CAHL dipindahkan ke ortofilm melalui rubilith.
-
Pola dari orthofilm dipindahkan ke screen 200 mesh.
-
Dilakukan proses penyablonan untuk pola konduktor dengan pasta SHOEI D-5670
-
Pemanasan konduktor pada suhu 850 C
-
Proses penyablonan untuk pola resistor dengan menggunakan pasta SHOEI R-9410N
dengan resistansi 10 k /square.
-
Pemanasan resistor pada suhu 800 C.
-
Proses penyablonan penghubung pada sisi bawah substrate dengan pasta konduktor
SHOEI D-5670.
-
Pemanasan konduktor penghubung pada suhu 850 C.
-
Trim resistor.
-
Pemasangan IC LF 353.
-
Pemasangan resistor variabel.
-
Pengujian.
Dipandang dari segi ukuran, maka alat yang dirancang dan dibuat relatif
kecil.
Kesimpulan
Memperhatikan keuntungan, kemudahan proses teknologi hibrida film dan tersedianya
komponen SMD sangat dimungkinkan di Indonesia, mengingat tenaga ahli dalam
teknologi sablon telah lama dikuasai oleh bangsa Indonesia.
Daftar Acuan
-
Belove, Charles. 1986. Hand Book of Modern Elektronics and Electrical Enginnering.
New York; John Wiley & Sons, Inc.
-
Champman, Robert. A. 1988. hybrid Circuit Technology: Designing Manufacturable
Thin Film Resistor Circuits. Edisi September. New York.
-
Cooper, William David. 1978. Electronic Instrumentation and Measurement
Techniques. New Jersey: Prentice hall, Inc.
-
Del Toro, Vincent. 1972 Electronic Enginnering Fundamentals. New Jersey:
Prentice hall, Inc.
-
Dolf, Richard C. 1993. The Electronic Enginnering Handbook. Florida: CRC
Press, Inc.
-
Elli H. Effendi. Prosedur Pembuatan Hybrid dengan teknlogi Thick Film.
Bandung : TELKOMA LIPI. 1994.
-
Fink, Donald G. dan Christiansen, Donald. 1986. Electronic Enginners Handbook.
Singapore: McGraw-hill, inc.
-
Hamer, D.W. dan Biggers, J.V. 1972. Thick Film Hybrid Micricircuit Technologi.
New York: John Wiley & Sons, inc.
-
Harper, Charles A. dan Ronald M. Sampsom. 1984. Eelctronic Material and
Processs Handbook, Singapore: Mcgraw-hill, Inc.
-
Haskard, Malcom R. Thick film Hybrid Manufacture and Design. Prentice Hall.
1987.
-
Jon, Roydn D. 1982. Hybrid Circuit Design and Manufacture. Oregon: Marcel
Dekker, Inc Textronic Laboratoris Beaverton.
-
Mainsel, Leon I, dan Glang, Reinhard. 1970. Handbook of Thin Film Technology.
New York: Mcgraw-hill, Inc.
-
Mc Guire, Gary E. 1980. Semiconductor Material and Proses Teechnology Handbook.
New Jersey: Noyes Publications.
-
Merril, Minges L. 1989. Electronic Material Handbook. ASM INTERNASIONAL
HANDBOOK COMITEE.
-
M. Julius St. dkk. Datalogger dengan Media Penyimpanan EEPROM. Jakarta:
Penelitian RUT-I DRN-LIPI. 1995.
-
M. Julius St. Implementation of Signal Condition Circuit by Thick Film
Hybrid Technology. Internasional Simposium on IC 95. Singapore: NTU 6-8
September 1995.
-
M. Julius St. 1993. Sablon, Screen Printing. Malang: UPT Penerbitan Fakultas
Teknik Universitas Brawijaya.
-
Peled, A. 1985. Hybrid Circuit Technology : Evaluating Temperature Coefficient
of Resistance values For Thin Film Resistor. Edisi Oktober. New York.
-
-------. Computer Assisted Hybrid Layout. Microelectronics Centre University
of South Australia. 1992.
[Sajian Utama] [Sajian
Khusus] [Profil Elektro]
[KOMPUTER] [KOMUNIKASI]
[KENDALI] [ENERGI]
[INSTRUMENTASI] [PII
NEWS]
Please send comments, suggestions, and criticisms about ELEKTRO
INDONESIA.
Click here to send me
email.
[Edisi Sebelumnya]
© 1996-1998 ELEKTRO ONLINE and INDOSAT NET.
All Rights Reserved.