Desain Sistem Functional Test RFID Chips Array untuk Proses Manufaktur Smart Card

## pada TFME Politeknik Negeri Batam
Nanta Fakih Prebianto * , Robby Nur Wahyu, Nur Sakinah Asaad, Riki Ria, M. Jepsteven
Teknik Elektro, Politeknik Negeri Batam, Batam, Indonesia
* Email: nanta@polibatam.ac.id
Abstrak —Proses pengembangan dan produksi smart card dilakukan  pada Teaching  Factory  Manufacturing  of Electronics (TFME) Politeknik Negeri Batam. Pada proses produksi smart card perlu dikembangkan sistem pengujian  sample  untuk  memastikan  hasil wiring dan proses die  attach berhasil  yang  ditandai  dengan komunikasi  antara chip dan  RFID reader (13,56  MHz). Pendekatan  yang  dilakukan  adalah  merancang  sistem  uji fungsi  RFID  otomatis  dengan  memanfaatkan  pergerakan tiga axis dan mini  probe yang  melekat  pada  pad sambungan wire  bond dan die .  Metode  yang  digunakan pada  penelitian  ini  terdiri  dari  perancangan  mekanik, perancangan elektrik,  perancangan perangkat lunak,  dan pengujian  sistem.  Resistansi probe RFID  memiliki resistansi  1,8  Ohm.  Pergerakan  setiap axis menggunakan motor stepper yang dikopling dengan ulir linear T8 2pitch 4star. Torsi yang terukur pada axis x , y , dan z adalah 4.64 N.mm,  59,54  N.mm,  dan  10,72  N.mm  pada  saat stepper bergerak maju.
Kata kunci : RFID, testing , stepper , RFID chip , Raspberry Pi

## I. L ATAR B ELAKANG
TEKNOLOGI Radio  Frequency  Identification (RFID)  telah berkembang  dengan  pesat  dengan  beragam  aplikasinya. Dengan adanya mass production, sekarang ini chip RFID bisa didapatkan dengan harga yang cukup terjangkau. Kartu RFID yang  ada  disekitar  kita  saat  ini  merupakan  implementasi  dari rangkaian  elektronika  terintegrasi  dalam  skala  mikro-nano yang proses manufaktur chip nya dilakukan di luar negeri dan pengemasannya dapat dilakukan di Indonesia [1].
Sistem  mekanik  dengan  pergerakan  3- axis sudah  cukup umum  digunakan  dalam  aplikasi  industri  manufaktur  [2]. Penelitian  yang pernah dilakukan  adalah  sistem pegerakan  3- axis dengan menggunakan Arduino sebagai kontrolernya [3-6] serta  penggunaan  Mach3  PC  Base  untuk  perangkat  lunaknya [7].  Dengan  aplikasi  yang  berbeda,  yakni  uji  sampel RFID chips array dan untuk integrasi interface serta pengembangan fungsi  IoT,  maka  pada  penelitian  ini  mengunakan  Raspberry
Pi sebagai board pengendalinya.
Chip RFID  perlu  dipastikan  keberfungsiannya  sebelum masuk  ke  dalam  tahap  pengemasan. Pre-test sebelum manufaktur ini akan memastikan apakah chip RFID yang ada masuk  kategori chip yang  rusak  atau  tidak.  Hal  ini  akan mengefisiensikan proses, biaya, dan juga jam  kerja. Dengan jumlah  sumber  daya  yang  ada,  proses  tiga  hal  ini  penting untuk  diperhatikan  sehingga  tidak  akan  menimbulkan pemborosan  terhadap  segala  sumber  daya  produksi.  Oleh karena  itu,  perlu  dilakukan  penelitian  untuk  pembuatan sistem  pengujian  fungsi chip RFID  dengan  frekuensi  13,56 MHz  untuk  mendukung  proses  manufaktur smart  card pada laboratorium TFME Politeknk Negeri Batam.

## II. M ETODE

## A. Perancangan Mekanik
Desain  mekanik  ini  dapat    dilihat  pada  gambar  1.  Desain mekanik  dari  alat  ini  terdiri  atas  penggerak  3- axis yang menggunakan  motor stepper dengan  mengubah  gerakan putaran  menjadi  gerakan  linear  menggunakan lead  screw , linear  shaft dan bearing .  Dimensi  dari  pergerakan axis alat ini adalah sebagai berikut:
• Gerakan bebas axis X yaitu 120mm
• Gerakan bebas axis Y yaitu 40mm
•  Gerakan bebas axis Z yaitu 20 mm
Gambar 1. Perancangan mekanik RFID chip tester dengan pergerakan 3- axis
Gambar  2  menunjukkan  realisasi  rancangan  mekanik dengan  pergerakan  3- axis yakni x-axis dan y-axis untuk pergerakan  jig  untuk  penempatan chip RFID,  dan  pada z - axis pergerakan vertikal mini probe uji oleh motor stepper .
Gambar 2. Implementasi desain mekanik  sistem functional test RFID chip array (tampak atas)
B. Perancangan Elektrikal Driver motor stepper DRV8825  digunakan  untuk mengatur  besar  arus  yang  masuk  pada  tiga  motor stepper . Pusat  sistem  kendali  sistem  ini  menggunakan  Raspberry  Pi 3B+.
Untuk  merekayasa  agar  data  yang  dibaca  RFID reader dapat  terbaca  pada  memori  variabel,  maka  ditambahkan rangkaian  relay.  Rangkaian  relay  ini  akan  menjadi trigger agar data yang terbaca pada RFID reader dapat dikirimkan dalam format array pada Raspberry Pi.
C. Perancangan Perangkat Lunak
Sistem functional test ini memanfaatkan pergerakan 3- axis sesuai dengan array chip RFID yang terpasang. Mini probe akan  bergerak  secara  vertikal  ketika  berada  di  atas die  pad RFID. RFID reader melakukan pembacaan chip RFID. Jika chip terbaca,  maka  akan  menampilkan  data  sama  dengan  1 sedangkan  jika chip tidak  terbaca  dalam  beberapa millisecond maka akan menampilkan data sama dengan 0.

## III. H ASIL DAN A NALISIS
Penelitian  ini  membagi  pengujian  menjadi  pengujian mekanik  dan  pengujian  elektrik.  Beberapa  pengujian  yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut.

## A. Pengukuran  Resistansi  Probe  Mini  Menggunakan Multimeter
Pengujian  yang  dilakukan  adalah  dengan  mengukur resistansi  pada  masing-masing probe mini  karena  semakin kecil  resistansi  (Ohm)  pada probe maka  semakin  bagus hantaran  listrik  dari  gelombang  elektromagnetik  pada antena yang diterima dari RFID reader .
Gambar 3. Pengukuran resistansi pada probe mini menggunakan multimeter
Perhatikan  Gambar  3.  Hasil  pengukuran  menunjukkan masing-masing probe terukur  1.7  Ω  dan  1.8  Ω  yang  berarti resistansi probe melebihi  dari  spesifikasi probe mini  yaitu  50 mΩ.  Meski  nilai probe lebih  besar  dari  spesifikasi  namun probe terbukti  baik  menjadi  konduktor  pada  sistem  ini. Kemungkinan  yang  terjadi  yaitu  permasalahan  alat  ukur  yang digunakan  memiliki  kelemahan  dalam  mengukur  resistansi yang  kecil.  Kemungkinan  lain  adalah noise pada  alat  yang berasal  dari  lingkungan  sekitar  seperti  suhu,  kelembapan,  dan lain-lain.  Ini  merupakan  kesalahan  acak  ( random  error )  yang biasa terjadi.

## B. Pengukuran Antena yang Telah Terhubung dengan Probe Mini Menggunakan Multimeter
Pengujian  ini  melihat  kualitas  antena  RFID  dari  segi resistansi. Semakin kecil resistansi pada antena maka semakin bagus  hantaran  gelombang  elektromagnetik  dari  RFID reader modul.
Perhatikan  Gambar  4.  Berdasarkan  gambar  tersebut, diketahui  bahwa  saat  antena  RFID  dalam  keadaan  tidak tersolder  maka  ia  tidak  akan  terukur.  Hal  ini  karena  terdapat pelindung  pada  tembaga.  Adapun  ketika  telah  disolder  dan disambungkan ke pin header maka akan terukur sebesar 1,8 Ω.
Gambar  4.  Pengukuran  resistansi  antena  RFID  yang  sudah  disolder menggunakan multimeter
Gambar  5.  Pengukuran  resistansi  antena  RFID  yang  sudah  disolder  dan ditambah dengan kabel lebih dari 20 cm menggunakan multimeter
Perhatikan  Gambar  5.  Ketika pin  header disambungkan dengan  kabel,  tidak  terjadi  perubahan  yang  besar.  Saat  kabel mencapai 20 cm maka resistansi bertambah hingga menjadi 2,5 Ω.  Pengujian  dan  analisis  ini  dilakukan  karena  desain  awal probe dengan  antena  RFID  menggunakan  kabel.  Namun, karena  pengujian  ini,  akhirnya  ditentukan  bahwa probe dan antena dihubungkan secara langsung tanpa perantara kabel.

## C. Pengukuran  Antena  dengan  Mengukur  Gelombang  dan Melihat  Frekuensi  yang  Diterima  pada  Antena  Probe RFID Menggunakan Osiloskop
Setelah  mengukur  resistansi  dari  antena  RFID,  maka dilakukan  pengujian  dengan  menggunakan  osiloskop  untuk menguji  penerimaan  gelombang  elektromagnetik  dari  RFID reader dengan  antena  RFID  yang  telah  diukur  resistansinya. Gambar 6 menunjukkan pengujian antena RFID menggunakan  osiloskop.  Tabel  I  menunjukkan  hasil  dari pengukuran antena RFID menggunakan osiloskop.
Gambar 6. Pengukuran frekuensi antena RFID yang sudah disolder pin header dengan kabel 40cm menggunakan multimeter
TABLE I H ASIL PENGUKURAN FREKUENSI ANTENA RFID MENGGUNAKAN OSILOSKOP No Antena RFID Frekuensi (Khz) Kondisi pembacaan chip RFID 1 Dengan pin header tanpa kabel 2,11292 Terbaca 2 Dengan kabel 20cm 2,09076 Terbaca 3 Dengan kebel 40cm 2,08320 Terkadang terbaca terkadang tidak terbaca 4 Dengan kabel 60cm 1,78586 Tidak terbaca
D. Pengujian  Arus  Driver,  Yaitu  Mengukur  Arus  yang Terdapat  pada  Driver  Motor  Stepper  DRV8825 Menggunakan Multimeter
Pengujian  ini  dilakukan  agar  penggunaan driver motor sesuai dengan spesifikasi dan agar driver motor stepper dapat berfungsi  menggerakkan  motor stepper dengan  baik. Pengukuran  arus  ini  dilakukan  dengan  cara  menghubungkan probe merah pada potensiometer driver motor DRV8825 dan probe hitam  pada  GND.  Output  dari  multimeter  ini menunjukkan  arus  yang  akan  diinputkan  pada  motor stepper . Tabel II  menunjukkan hasil pengukuran driver  motor stepper menggunakan multimeter.
TABLE II H ASIL PENGUKURAN ARUS DRIVER MOTOR STEPPER DRV8825 MENGGUNAKAN MULTIMETER No Axis Arus yang terbaca (A) 1 Sumbu x 0,35 2 Sumbu y 0,36 3 Sumbu z 0,34

## E. Pengujian  Sudut  Putaran  pada  Motor  Stepper  dengan Memasangkan Motor Stepper pada Busur Derajat, Apakah Pergerakan Putaran Penuh Sudah 360°
Pengukuran  derajat  putaran  motor stepper ini  menunjukkan bahwa  putaran  penuh  dari  motor stepper ini  adalah  360˚.  Ini diperlukan  agar  ketika  memutarkan  mekanik  putaran  menjadi gerakan  linear  menjadi  tepat.  Gambar  7  menunjukkan  derajat putaran penuh motor stepper ini.
Gambar  7.  Kondisi  setelah  motor stepper digerakkan  putaran  penuh  masih menunjukkan 43˚

## F. Pengukuran Beban pada Keseluruhan Tumpuan Setiap Axis
Hal  ini  untuk  mempertimbangkan  kekuatan  dan  kemampuan untuk  menggerakkan  masing-masing axis agar  motor stepper yang  digunakan  dapat  bergerak  dengan  baik.  Tabel  III memperlihatkan  hasil  pengukuran  beban  pada  masing-masing axis menggunakan timbangan digital.
TABLE III H ASIL PENGUKURAN BEBAN MENGGUNAKAN TIMBANGAN DIGITAL No Axis Beban (g) Beban (N) 1 Axis X 66 0,647 2 Axis Y 844 8,277 3 Axis Z 152 1,491

## G. Pengukuran  Diameter  Mayor  dan  Diameter  Minor  pada Ulir Penggerak Menggunakan Jangka Sorong
Pengujian  ulir  penggerak  yang  digunakan  adalah  mengukur ulir.  Pengukuran  ulir  ini  terdapat  beberapa  bagian  ulir  yaitu pengukuran  diameter  mayor  ulir  yang  merupakan  diameter efektif. Pengukuran ini menggunakan jangka sorong.
Setelah  diameter  mayor  dan  diameter  minor  diketahui,  maka akan  diketahui  lebar  luasan h sesuai  pada  Gambar  8  dengan menggunakan  rumus  perhitungan  lebar  luasan  sebagai  berikut (1):
𝑙𝑒𝑏𝑎𝑟 𝑙𝑢𝑎𝑠𝑎𝑛 ℎ = 𝑑𝑀𝑎𝑦𝑜𝑟 − 𝑑𝑀𝑖𝑛𝑜𝑟 2 (1)
Maka diketahui :
Diameter Mayor(dMayor) = 8 mm Diameter Minor (dMinor) = 6,8mm
𝑙𝑒𝑏𝑎𝑟 𝑙𝑢𝑎𝑠𝑎𝑛 ℎ = 8 − 6,8 2 𝐿𝑒𝑏𝑎𝑟 𝑙𝑢𝑎𝑠𝑎𝑛 ℎ = 0,6 𝑚𝑚 Gambar 8. Dimensi square ulir penggerak [9]
H. Pengujian  Torsi  Ulir  Penggerak  antara  Perhitungan dengan  Rumus  dengan  Spesifikasi  yang  Tertera  pada Motor Stepper
Perhitungan perencanaa gaya dorong ini adalah membandingkan  antara  perhitungan  torsi  gaya  dorong  ulir dengan spesifikasi motor stepper yang dipakai. Persamaan (2) digunakan untuk menghitung torsi gaya dorong ulir.
𝑇 = 𝐹. 𝑑𝑚 2 ( 1 + µ. 𝜋. 𝑑𝑚 𝜋. 𝑑𝑚 −  µ. 𝑙 ) (2)
Di mana :
𝑇 = Torsi pada ulir (Nm) 𝑑𝑚 = Diameter pitch ulir (m) 𝐹 = Gaya dorong ulir (N) µ = Koefisien gesek permukaan ulir 𝑙 = Kisar / pitch (m)
Dengan diketahui pada masing-masing axis :  Diameter Mayor ulir ( 𝑑𝑀𝑎𝑦𝑜𝑟 ) = 8 mm
 Diameter Minor ulir ( 𝑑𝑀𝑖𝑛𝑜𝑟 ) = 6,8 mm  Beban kerja (W) = yang terukur  Koefisien gesek( 𝜇 ) = 0,61  Pitch ( 𝑝 ) = 2 mm  Start ( 𝑛 ) = 4
Untuk mendapatkan torsi ulir dilakukan tahapan perhitungan sebagai berikut :
Sudut ulir ( θ ) dihitung dengan menerapkan rumus (3):
tan 𝜃 = 𝑛. 𝑝
𝜋. 𝑑𝑀𝑖𝑛𝑜𝑟
(3)
Sudut geser (α):
Jumlah sudut segitiga adalah 180°, maka: 180 ° = α + 𝜃 + 90 °
α  = 180 o – ( 𝜃 + 90 o )
Perhitungan gaya gesek yang terjadi:
Fk  = µ. W Data yang telah dihitung dipergunakan untuk merencanakan gaya yang bekerja:
Σ𝐹𝑥 = 0 Fk. Sin α − N. Sin α = 0
N = 𝐹𝑘. 𝑆𝑖𝑛 𝛼 𝜋. 𝑑𝑀𝑖𝑛𝑜𝑟
Perhitungan  gaya  pada  ulir  penggerak  kemudian  disubstitusi dari persamaan sebelumnya:
Σ𝐹𝑦 = 𝐹 − 𝑊 − 𝐹𝑘. 𝐶𝑜𝑠 𝛼 − 𝑁. 𝐶𝑜𝑠 𝛼 Σ𝐹𝑦 =  0 𝐹 = 𝑊 + 𝐹𝑘. 𝐶𝑜𝑠 𝛼 + 𝑁. 𝐶𝑜𝑠 𝛼
𝐹 = 𝑊 + 𝐹𝑘. 𝐶𝑜𝑠 𝛼 + 𝐹𝑘. 𝑆𝑖𝑛 𝛼
𝑆𝑖𝑛 𝛼
Dengan demikian, masing-masing axis dapat dihitung dengan persamaan  gaya  dorong  ulir.  Tabel  IV  menunjukkan  hasil  dari perhitungan torsi ulir penggerak masing-masing axis .
TABLE IV H ASIL PERHITUNGAN PERENCANAAN TORSI ULIR PENGGERAK YANG
DIGUNAKAN No Axis Torsi yang diperlukan bergerak maju (N.mm) Torsi yang diperlukan bergerak mundur (N.mm) 1 Axis X 4,65 3,44 2 Axis Y 59,54 44,006 3 Axis Z 10,72 7,93
Berdasarkan
Tabel IV, terlihat masing-masing axis mempunyai torsi ulir penggerak  yang lebih kecil dibandingkan dengan  spesifikasi  torsi  yang  tertera  pada  tabel  spesifikasi motor stepper (yaitu sebesar 26 N.cm atau sebesar 260 N.mm). Hal  ini  yang  menyebabkan  motor  stepper  dapat  menggerakkan axis dengan  baik.  Meskipun  perhitungan  di  atas  mengabaikan sisi  gesekan  pada  ulir,  namun  hal  tersebut  dapat  diatasi menggunakan minyak pelumas.
I. Pengujian Data Pembacaan RFID Chip dengan pergerakan 3-Axis
Data  yang dibaca adalah  keberfungsian chip yang akan dites. Ketika chip RFID  terbaca  pada  RFID reader ,  maka  akan menyimpan  menjadi  data  sama  dengan  1.  Ketika chip RFID tidak terbaca pada RFID reader , maka akan menyimpan menjadi data  sama  dengan  0.  Berikut  ini  adalah  data  pembacaan  RFID chip dengan pergerakan 3 axis ini dalam bentuk array: [[0, 1, 1], [0, 1, 1], [1, 1, 1], [1, 1, 0], [0, 1, 0], [1, 0, 0], [0, 1,0], [0, 1, 0], [0, 0, 1], [1, 1, 1], [1, 1, 0], [0, 1, 1]]
Data  tersebut  kemudian  ditampilkan  dalam  tabel  seperti ditunjukkan  Tabel  V.  Kemudian,  hasil  dari  data  pada  RFID chip layer ditampilkan  pada Graphical  User  Interface (GUI) yang  berguna  untuk  menampilkan  kondisi  dari  RFID chip layer setelah dilakukan pengecekan. Ketika chip tidak terbaca, maka  akan  ditampilkan  kotak  berwarna  merah.  Sedangkan ketika chip terbaca,  maka  akan  ditampilkan  kotak  berwarna hijau.  Gambar  9  menunjukkan  tampilan  GUI  dari  sistem  uji fungsi RFID chip array dengan pergerakan 3- axis .
TABLE V D ATA PEMBACAAN RFID CHIP Pembacaan manual Baris/Kolom 0 1 2
0 0 1 1 1 0 1 1 2 1 1 1
3 1 1 0
4 0 1 0
5 1 0 0
6 0 1 0
7 0 1 0
8 0 0 1
9 1 1 1 10 1 1 0
11 0 1 1
Gambar 9. Tampilan GUI hasil pembacaan RFID chip layer
Setelah  melakukan  pembacaan chip RFID  secara  manual, maka  sampel  RFID chip array  diuji  secara  otomatis menggunakan    sistem  ini.  Pada  satu layer chip RFID didapatkan  hasil  pembacaan  yang  selalu  konsisten  (sama). Dengan  demikian,  dapat  disimpulkan  bahwa  alat  uji  fungsi
RFID chip array ini 100% berhasil melihat defect yang muncul dari proses manufaktur sebelumnya.

## IV. K ESIMPULAN
Sistem uji fungsi RFID chip array dapat direalisasikan untuk identifikasi error pada  hasil  pemasangan chip ke  permukaan lead frame .  Sistem uji fungsi ini menerapkan pergerakan 3- axis untuk pengujian RFID chip dengan frekuensi 13,56 MHz.

## U CAPAN T ERIMA K ASIH
Penelitian  ini  didanai  oleh  Dana  DIPA  Politeknik  Negeri Batam melalui skema Penelitian Dosen Muda pada tahun 2019 oleh  Pusat  Penelitian  dan  Pengabdian  Masyarakat  Politeknik Negeri Batam.

## R EFERENSI
[1] Politeknik Negeri Batam. “Teaching Factory Manufacturing of
Electronics”.
Internet:  https://tfme.polibatam.ac.id/,  2017
[Feb. 20, 2019].
[2] Deutscman,  AaronD,  Walter  J  Michels,  Charles  EWilson.1975. Machine Design Theory and Practice. NewYork: Macmillan PublishingCo,Inc [3] Suroso,  Suatno,  Ruci  Gelar  Tambati.  “ RANCANG  BANGUN  SISTEM MEKANIK  DUA  AXIS  BERBASIS  KENDALI  ARDUINO  UNTUK PERAGA  PRAKTIKUM ”.  Jurnal  Seminar  Nasional  XI.  Sekolah  Tinggi Teknologi Nuklir. 2015
[4] Endi  Cahyono.Brama  Magrobi  Harianto.” Rancang  bangun  meja  mesin plasma  cutting  dengan  gerak  3  axis  x,y,z  menggunakan  motor  stepper berbasis Arduino ”.  Tugas  akhir.  Institute  teknologi  sepuluh nopember.2017
[5] Yousif  Mohsin  Hasan, Implementation  and  Manufacturing  of  a  3-Axes Plotter  Machine  by  Arduino  and  CNC  Shield. 2018  International Conference on Engineering Technology and their Applications (IICETA) [6] Mon,  Thet  &  Hlaing  Oo,  San  &  Phyu,  Hnin.  (2018). Design  and Implementation  of  Microcontroller  Based  Stepper  Motor  Control  System for 3-Axis Airfoil Maker CNC Machine . International Journal of Scientific and Research Publications (IJSRP). 8. 10.29322/IJSRP.8.9.2018.p8114. [7] Abdi  Wibowo.Wahyu.” Rancang  Bangun  Woodworking  CNC  Machine (WCM)  3  Axis  (X,  Y,  dan  Z)  Menggunakan  Motor  Stepper  Mach3  PC Base ”.Tugas Akhir. Institut teknologi sepuluh nopember.2017