Abstract—Telah dilakukan penelitian terkait dengan ketebalan lapisan  mikrostruktur  dengan  menggunakan  SEM  (Scanning Electron  Microscope)  dan  Image-J.  Sampel  diuji  dengan menggunakan  SEM  untuk  mendapatkan  mikrostruktur  dari sampel.  Setelah  mikrostruktur  didapatkan  maka  dilakukan analisa  ketebalan  lapisan  mikrostruktur  dengan  menggunakan teknik  pengukuran  secara  langsung  menggunakan  SEM  dan teknik pengukuran tidak langsung menggunakan aplikasi Image- J. Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, pengukuran ketebalan  lapisan  dengan  menggunakan  SEM  dan  Image-J menunjukkan  pola  kurva  yang  sama  untuk  semua  ketebalan lapisan.  Persentase  perbedaan  pengukuran  ketebalan  lapisan dengan  menggunakan  SEM  dan  Image  J  adalah  0.7%  untuk lapisan ke-1, 1,6 % untuk lapisan ke-2 dan 0.8 % untuk lapisan ke-3. Persentase perbedaan  tersebut sangat kecil (<2%) sehingga aplikasi Image-J ini dapat digunakan sebagai alternatif di dalam pengukuran ketebalan lapisan mikrostruktur.
Kata Kunci: Image-J, Ketebalan Lapisan, SEM

## I. P ENDAHULUAN
SALAH satu proses yang penting dalam perakitan komponen adalah proses solder. Ketika proses solder dilakukan, terdapat beberapa permasalahan yang terjadi seperti adanya defect atau crack pada  bagian  sambungan  solder. Defect atau crack yang terjadi  mengakibatkan  perubahan  terhadap  material  solder. Selain  itu, defect akan  mempengaruhi  fungsionalitas  dari produk komponen elektronika [1][2].
Timbulnya defect atau crack terjadi karena adanya pengaruh komposisi  solder  dan  juga  temperatur  lingkungan  sekitar. Pengamatan terhadap defect atau crack dapat dipelajari melalui kajian  mikrostruktur  (lapisan  antar  sambungan  solder)  dari susunan  material  solder.  Salah  satu  karakterisasi  yang  dapat dilakukan  adalah  dengan  menggunakan Scanning  Electron Microscope (SEM).  SEM  merupakan  metode  yang  efektif dalam  menganalisis  bahan  organik  dan  anorganik  pada  skala mikrometer  hingga  nanometer    dan    juga  dapat  melakukan evaluasi mikrostruktur serta morfologi suatu material [3].
Konsep  dasar  SEM  adalah  dengan  melakukan  pemindaian permukaan  sampel  suatu  material.  Pemindaian  sampel
dilakukan dengan pemancaran berkas elektron pada permukaan material.  Saat  tumbukan  elektron  tersebut  terjadi  maka  akan menghasilkan  emisi  foton  dan  elektron  di  sekitar  permukaan sampel material tersebut [2].
Beberapa  mode  SEM  yang  dapat  digunakan  untuk karakterisasi  material  adalah  pemetaan  X-Ray, Secondary Electron , serta Backscattered Electron Imaging dan mikroskop elektron  Auger  [3] . Pemilihan  mode  SEM  tergantung  pada tujuan yang diharapkan dari sampel yang dibentuk.  Salah satu hasil yang diperoleh dari karakterisasi yang dilakukan dengan menggunakan  SEM  adalah  terlihatnya  mikrostruktur  dari sampel dengan ukuran tertentu.
Mikostruktur  dari  sampel  dapat  dilakukan  analisa  secara mendalam  dengan  menggunakan  analisis  elemen  dan pengukuran  ketebalan  lapisan.  Pengukuran  ketebalan  lapisan dapat  merujuk  pada  warna  dan  tekstur  yang  terbentuk  [4][5], [6].
Ketebalan untuk masing-masing lapisan pada mikrostruktur dapat diketahui melalui analisa SEM lanjutan. Namun, analisa lanjutan ini memerlukan waktu yang relatif lama dan juga akan meningkatkan biaya pengujian sehingga diperlukan solusi atas permasalahan tersebut.
Salah  satu  solusi  yang  dapat  ditawarkan  untuk  pengukuran ketebalan lapisan adalah dengan menggunakan aplikasi Image- J.  Aplikasi  ini  telah  berhasil  dalam  mempelajari  citra/gambar dari  mikostruktur  sampel  [7].  Pengolahan  gambar  dilakukan dengan  menggunakan  berbagai tools yang  ada.  Penelitian- penelitian  yang  berkaitan  dengan  penggunaan  Image-J  dalam mempelajari  mikrostruktur  telah  dilakukan  dalam  kajian distribusi gambar [8], visual mikrostruktur [9], dan konstruksi struktur  pipa  [10].  Berdasarkan  kajian  yang  telah  dilakukan, penulis melakukan analisa terkait dengan penggunaan Image-J di dalam pengukuran ketebalan lapisan.
Gambar 1. Aplikasi Image-J

## Penggunaan SEM dan Image-J dalam Mempelajari Ketebalan Lapisan Mikrostruktur
Muhammad Iqbal 1 , Muhammad Firdaus 1 , Muhammad Al Fauzan 1 , Meilan Novayanti Simanjuntak 1 , Fathiyyah Syahidah S 1 , M. Rifan Maulana 1 , Hana Mutialif Maulidiah 1* , Widya Rika Puspita 1 , M. Mustanir 1 , Adlian Jefiza 1 , B. Budiana 1 , dan Nur Sakinah Asaad 1
1 Jurusan Teknik Elektro, Batam, Indonesia
* Email: hana@polibatam.ac.id

## II. M ETODE
Metode  penelitian  yang  dilakukan  untuk  pengukuran ketebalan  lapisan  terdiri  dari  dua  metode  yaitu  metode penelitian  dengan  menggunakan  SEM  dan  metode  penelitian dengan menggunakan aplikasi Image-J.

## A. Pengukuran lapisan dengan menggunakan SEM
Untuk  mendapatkan  mikrostruktur  dari  sampel  maka dilakukan  pengukuran  dengan  menggunakan  SEM.  Langkah- langkah yang dilakukan untuk mendapatkan mikrostruktur dari sampel  dengan  menggunakan  Image-J  ditunjukkan  pada Gambar  2.  Gambar  2  merupakan  diagram  alir  penempatan komponen  pada  SEM  untuk  mendapatkan  mikrostruktur  dari sampel.  Pengukuran  ketebalan  lapisan  dilakukan  dengan pengukuran langsung menggunakan SEM sedangkan pengukuran  tidak  langsung  dengan  menggunakan  Image-J. SEM  yang  digunakan  untuk  pengukuran  mikrostruktur ditunjukan  pada  Gambar  3.  Sedangkan  penempatan  sampel pada  holder  ditunjukan  pada  Gambar  4.  Adapun  pengukuran tidak langsung dengan menggunakan Image-J ditunjukan pada Gambar 5.
Gambar 2. Diagram Alir Pengujian Sampel dengan SEM
Gambar 3. Gambar SEM untuk Karakterisasi Mikrostruktur
Gambar  4.  Penempatan  Sampel pada Holder

## B. Pengukuran lapisan dengan menggunakan Image-J
Gambar  yang  telah  diperoleh  dengan  menggunakan  SEM kemudian  diukur  ketebalannya  dengan  menggunakan  aplikasi Image-J  secara  tidak  langsung.  Diagram  alir  pengukuran ketebalan lapisan dengan menggunakan aplikasi Image-J dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Diagram Alir Analisa Gambar dengan Image-J
Gambar  4  merupakan  diagram  alir  pengukuran  ketebalan lapisan  dengan  menggunakan  Image-J.      Pengolahan  Gambar SEM  diharapkan  dapat  memberikan  infromasi  mengenai ketebalan lapisan yang terbentuk pada sampel.

## III. H ASIL D AN D ISKUSI
Berdasarkan  pengukuran  SEM  yang  telah  dilakukan, mikrostruktur dari sampel ditunjukan pada Gambar 6.
Gambar 6. Mikrostruktur Sampel
Terdapat tiga lapisan yang terbentuk. Lapisan yang terbentuk diklasifikasikan  berdasarkan  pada  perbedaan  morfologi (tekstur,  warna,  dan  bentuk  lapisan).  Fokus  daerah  analisa berada pada daerah merah. Selain daerah merah, penulis tidak melakukan  kajian  secara  komprehensif  karena  lapisan  yang terbentuk  (selain  daerah  merah)  merupakan  lapisan  substrat yang telah diketahui pada analisa sebelumnya.
Masing-masing ketebalan lapisan diukur dengan menggunakan  SEM  dan  Image-J.  Pengukuran  ketebalan dilakukan pada 10 titik gambar mikrostruktur.  Pengukuran 10 titik  yang  dilakukan  merujuk  pada  teori  sampling  dari  suatu sampel.  Contoh  pengukuran  ketebalan  lapisan  menggunakan SEM  ditunjukkan  pada  Gambar  7  dan  contoh  pengukuran ketebalan  lapisan  menggunakan  Image-J  ditunjukkan  pada Gambar 8. Untuk contoh hasil data pengukuran menggunakan Image-J  dapat  dilihat  pada  Gambar  9.  Sedangkan  untuk  data pengukuran keseluruhan ditunjukan pada Tabel 1 dan 2.
Gambar  7.  Contoh  pengambilan  data  pengukuran  ketebalan  dengan menggunakan SEM
Gambar  8.  Contoh  Pengambilan  Data  Pengukuran  Ketebalan  dengan Menggunakan Image-J
Gambar 9. Data Pengukuran Ketebalan Lapisan dengan Menggunakan Image- J
Adapun data pengukuran tebal lapisan dengan menggunakan SEM dan Image-J secara keseluruhan dapat dilihat pada Tabel 1 dan 2.

## TABEL I
DATA PENGUKURAN TEBAL LAPISAN DENGAN MENGGUNAKAN SEM No Lapisan (um) ke- 1 2 3 1 12,25 9,12 2,32 2 12,89 8,50 2,93 3 12,44 8,87 3,18 4 12,50 9,06 3,01 5 12,60 9,04 5,09 6 12,35 8,50 6,37 7 13,43 9,05 6,07 8 12,75 10,24 11,36 9 13,13 10,95 8,88 10 11,55 3,72 8,87

## TABEL II
DATA PENGUKURAN TEBAL LAPISAN DENGAN MENGGUNAKAN IMAGE - J No Lapisan (um) ke- 1 2 3 1 12,25 9,13 2,33 2 12,89 8,50 2,94 3 12,45 8,88 3,19 4 12,50 9,06 3,01 5 12,63 9,00 5,09 6 12,34 8,50 6,38 7 13,44 9,06 6,06 8 12,75 10,25 11,38 9 13,13 11,03 8,88 10 11,56 3,72 8,88
Data  ketebalan  untuk  masing-masing  lapisan  diolah  untuk mendapatkan  nilai  standar  deviasi  dan  standar  eror.  Untuk perhitungan standar deviasi menggunakan rumus:
𝜎  = √ ∑(𝑥−𝑥̅ )2 𝑛−1 (1)
Keterangan:
𝜎 : standar deviasi x    : data pengukuran ke n
𝑥̅ : rata-rata pengukuran
n    : banyaknya data pengukuran Sedangkan, untuk standar eror menggunakan rumus:
SE  = 𝜎 √𝑛 (2) Keterangan:
𝑆𝐸 : standar eror 𝜎 : standar deviasi n    : banyaknya data pengukuran
Adapun  hasil  pengolahan  data  ketebalan  masing-masing lapisan ditunjukan pada Tabel III dan Tabel IV.

## TABEL III
PENGOLAHAN DATA STATISTIK TEBAL LAPISAN DENGAN SEM Variabel Jumlah Data Mean SE Mean StDev Lapisan 1 10 12.589 0.163 0.516 Lapisan 2 10 8.705 0.604 1.912 Lapisan 3 10 5.808 0.976 3.086
TABEL IV PENGOLAHAN DATA STATISTIK TEBAL LAPISAN DENGAN IMAGE - J
Variabel Jumlah Data Mean SE Mean StDev Lapisan 1 10 12.594 0.163 0.516 Lapisan 2 10 8.713 0.608 1.923 Lapisan 3 10 5.814 0.977 3.088
Berdasarkan pada Tabel III dan IV, standar eror dan standar deviasi  cenderung  kecil  (<5)  untuk  kedua  teknik  pengukuran baik  dengan  menggunakan  pengukuran  SEM  maupun  dengan Image-J.  Standar  eror  menyatakan  tingkat  akurasi  distribusi suatu sampel yang mewakili suatu populasi sedangkan standar deviasi menyatakan ukuran sebaran statistik serta melihat rata- rata  jarak  penyimpangan  dari  nilai  rata-rata  suatu  sampel. Berdasarkan  hal  tersebut,  data  yang  didapatkan  dari  hasil penelitian mendekati nilai rata-rata dari suatu sampel sehingga nilai  variansi  pengukuran  tidak  menyebar.  Untuk  pengukuran ketebalan lapisan sendiri, seharusnya nilai tersebut mengerucut pada  suatu  titik  atau  ketebalan  lapisan  yang  terbentuk  harus memiliki  nilai  yang  sama  sepanjang  lapisan  yang  terbentuk. Jika  ketebalan  lapisan  yang  terbentuk  bervariasi,  ini menandakan  adanya  proses  difusi  yang  tidak  seragam  selama proses  soldering  terjadi.  Jika  distribusi  lapisan  berbeda-beda, kemungkinan  distribusi  pembebanan  baik  secara  mekanik maupun  termal  akan  berbeda.  Jika  hal  ini  terus  berlanjut, kemungkinan yang terjadi adalah crack lapisan [11].
Untuk melihat pola kurva yang terbentuk antara pengukuran ketebalan  dengan  menggunakan  SEM  dan  Image-J,  maka disusun  kurva  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  10-12.  Tujuan kurva  dibuat  untuk  mendapatkan  korelasi  antara  dua  teknik pengukuran yang dilakukan.
Gambar  10.  Kurva  yang  terbentuk  antara  pengambilan  data  ke-n  dengan ketebalan lapisan menggunakan SEM dan Image-J pada lapisan ke-1
Gambar  11.  Kurva  yang  terbentuk  antara  Pengambilan  data  ke-n  dengan ketebalan lapisan menggunakan SEM dan Image-J pada lapisan ke-2
Gambar  12.  Kurva  yang  terbentuk  antara  pengambilan  data  ke-n  dengan ketebalan lapisan menggunakan SEM dan Image-J pada lapisan ke-3
Merujuk pada Gambar 10-12, dua kurva terlihat berimpit satu dengan yang lainnya sehingga kurva yang terbentuk memiliki kecenderungan yang sama dari  bentuk dan titik koordinatnya. Hal ini menunjukkan pengukuran dengan menggunakan Image- J  dapat  digunakan  untuk  pengukuran  ketebalan  lapisan mikrostruktur.  Nilai  persentase  perbedaan  pengukuran ketebalan lapisan ditunjukkan pada Tabel V-VII.

## TABEL V
PERSENTASE PERBEDAAN PENGUKURAN KETEBALAN LAPISAN KE -1 DENGAN
MENGGUNAKAN SEM DAN IMAGE - J
No SEM Image-J Perbedaan (%) Ketebalan Lapisan (um) Ketebalan Lapisan (um) 1 12,25 12,25 0 2 12,89 12,89 0 3 12,44 12,45 1 4 12,50 12,50 0 5 12,60 12,63 3 6 12,35 12,34 1 7 13,43 13,44 1 8 12,75 12,75 0 9 13,13 13,13 0 10 11,55 11,56 1 Rata-Rata 0,7 TABEL VI PERSENTASE PERBEDAAN PENGUKURAN KETEBALAN LAPISAN KE -2 DENGAN
MENGGUNAKAN SEM DAN IMAGE - J
No SEM Image-J Perbedaan (%) Ketebalan Lapisan (um) Ketebalan Lapisan (um) 1 9,12 9,13 1 2 8,50 8,50 0 3 8,87 8,88 1 4 9,06 9,06 0 5 9,04 9,00 4 6 8,50 8,50 0 7 9,05 9,06 1 8 10,24 10,25 1 9 10,95 11,03 8 10 3,72 3,72 0 Rata-Rata 1,6
TABEL VII
PERSENTASE PERBEDAAN PENGUKURAN KETEBALAN LAPISAN KE -3 DENGAN MENGGUNAKAN SEM DAN IMAGE - J No SEM Image-J Perbedaan (%) Ketebalan Lapisan (um) Ketebalan Lapisan (um) 1 2,32 2,33 1 2 2,93 2,94 1 3 3,18 3,19 1 4 3,01 3,01 0 5 5,09 5,09 0 6 6,37 6,38 1 7 6,07 6,06 1 8 11,36 11,38 2 9 8,88 8,88 0 10 8,87 8,88 1 Rata-Rata 0,8
Untuk rata-rata persentase perbedaan pengukuran  ketebalan semua lapisan ditunjukkan pada Gambar 12.
Gambar 12. Kurva yang terbentuk antara jenis lapisan dan persentase perbedaan pengukuran ketebalan antara menggunakan SEM dan Image-J
Merujuk  pada  Tabel  V-VII,  nilai  rata-rata  persentase perbedaan  pengukuran  ketebalan  lapisan  <2%.  Hasil  ini menunjukkan bahwa pengukuran ketebalan lapisan mikrostruktur  dengan  SEM  dan  Image-J  mendekati  sama. Sehingga  teknik  pengukuran  dengan  menggunakan  Image-J dapat dijadikan sebagai salah satu teknik pengukuran ketebalan lapisan mikrostruktur.

## IV. K ESIMPULAN
Penelitian  terkait  penggunaan  SEM  dan  Image-J  dalam mempelajari  ketebalan  lapisan  mikrostruktur  telah  berhasil dilakukan.  Hasil  penelitian  menunjukan  bahwa  pengukuran ketebalan  lapisan  mikrostruktur  dengan  menggunakan  SEM mendekati sama dengan pengukuran ketebalan lapisan dengan menggunakan Image-J, baik dari bentuk kurva yang terbentuk maupun  titik  koordinatnya.  Persentase  perbedaan  pengukuran ketebalan lapisan antara SEM dan Image-J adalah 0,7 % untuk lapisan ke-1; 1,6 % untuk lapisan ke-2; dan 0,8 % untuk lapisan ke-3. Persentase perbedaan pengukuran <2% sehingga Image-J dapat digunakan sebagai alternatif pada pengukuran ketebalan lapisan mikrostruktur.

## R EFERENSI
[1]  S.  Teng,  C.  Guirguis,  G.  Ramakrishna,  and  H.  Ly,  “Investigation  of Solder Joint Encapsulant Materials for Defect Mitigation,” Journal of Surface Mount Technology , vol. 33, no. 1, pp. 20–27, Jul. 2020, doi: 10.37665/SMT.V33I1.3.
[2]  G. S. Wable, S. Chada, B. Neal, and R. A. Fournelle, “Solidification shrinkage defects in electronic solders,” JOM 2005 57:6 , vol. 57, no. 6, pp. 38–42, 2005, doi: 10.1007/S11837-005-0134-X.
[3]  S.  A.  Sayid,  A.  Dadan-Garba,  D.  E.  Enenche,  and  B.  A.  Ikyo, “Scanning  Electron  Microscopy  (SEM)  of  the  Bug  Eye  and  Sand Coral,” undefined ,  vol.  08,  no.  01,  pp.  1–7,  2020,  doi: 10.4236/MR.2020.81001.
[4]  A.  A.  Bogno,  J.  E.  Spinelli,  C.  R.  M.  Afonso,  and  H.  Henein, “Microstructural and mechanical properties analysis of extruded Sn– 0.7Cu solder alloy,” Journal of Materials Research and Technology , vol. 4, no. 1, pp. 84–92, Jan. 2015, doi: 10.1016/J.JMRT.2014.12.005.
[5]  O.  Mokhtari  and  H.  Nishikawa,  “Effects  of  in  and  Ni  addition  on icrostructure of Sn-58Bi solder joint,” Journal of Electronic Materials , vol. 43, no. 11, pp. 4158–4170, Nov. 2014, doi: 10.1007/S11664-014- 3359-Z.
[6]  U. Ali, H. Khan, M. Aamir, K. Giasin, N. Habib, and M. Owais Awan,
“Analysis of  Microstructure and Mechanical  Properties  of Bismuth-
Doped SAC305 Lead-Free Solder Alloy at High Temperature,” Metals 2021,  Vol.  11,  Page  1077 ,  vol.  11,  no.  7,  p.  1077,  Jul.  2021,  doi: 10.3390/MET11071077.
[7]  B.  Budiana,  F.  Nakul,  N.  Wivanius,  B.  Sugandi,  and  R.  Yolanda, “Analisis Kekasaran Permukaan Besi ASTM36 dengan menggunakan Surftest dan Image –J,” Journal of Applied Electrical Engineering , vol. 4, no. 2, pp. 49–54, Dec. 2020, doi: 10.30871/JAEE.V4I2.2747.
[8]  M.  A.  Hossain,  P. Khan,  C. C.  Lu, and R.  J. Clements,  “Distributed ImageJ (Fiji): A framework for parallel image processing,” IET Image Processing ,  vol.  14,  no.  12,  pp.  2937–2947,  Oct.  2020,  doi: 10.1049/IET-IPR.2019.0150/CITE/REFWORKS.
[9]  A. Ullah, G. Liu, H. Wang, D. F. Khan, and M. Khan, “A framework for  image  processing,  analysis  and  visualization  of  materials microstructures using ImageJ package,” undefined , 2012.
[10]  T.  Qasim,  C.  Ford,  M.  Bongué-Boma,  M.  B.  Bush,  and  X.  Z.  Hu, “Effect of coating thickness on crack initiation and propagation in non- planar bi-layers,” Materials Science and Engineering A , vol. 419, no. 1–2, pp. 189–195, Mar. 2006, doi: 10.1016/J.MSEA.2005.12.023.