Abstrak—Proses  manufaktur  Printed  Circuit  Board  (PCB) melibatkan  banyak  proses  salah  satunya  yaitu  Surface  finishes. Salah  satu  jenis  Surface  finishes  yang  biasa  digunakan  yaitu Immersion  tin.  Immersion  tin  adalah  salah  satu  proses  Surface finishes  yang  menggunakan  timah  murni  pada  prosesnya. Immersion  tin  berfungsi  melindungi  tembaga  dari  oksidasi  dan membuat  permukaan  tembaga  atau  pad  mudah  disolder. Kebersihan pad dan ketebalan hasil Immersion tin mempengaruhi kualitas PCB yang dihasilkan. Oleh karena itu peneliti melakukan evaluasi kualitas hasil proses Immersion tin dengan menggunakan metode  DOE  (Design  of  Experiment).  Dimana  metode  ini  dapat membantu  dalam  menentukan  parameter  yang  optimal.  Untuk Variabel  yang  digunakan  yaitu  storage  time  after  microetch  dan immersion in  tin  bath.  Dalam  proses  penelitian  didapatkan  PCB mengalami perubahan morfologi pada 23 jam setelah disimpan di storage.  Hal  tersebut  disebabkan  oleh  adanya  kelembapan  yang masih terdapat pada PCB akibat dari kurang maksimal pada saat proses  pengeringan  (drying).  Pada  penelitian  ini  Solder  Coating Thickness yang optimal  pada sampel ke-14 dengan hasil sebesar 4.59 µm dan dengan parameter storage time after microetch selama 50  menit  dan  immersion  in  tin  bath  selama  120  menit.  Untuk kebersihan pad yang paling optimal terdapat   pada sampel ke-5 dan ke-12 dengan parameter  storage time after microetch selama 30  menit  dan  60  menit  dan  ditandai  dengan  tidak  adanya kontaminan pada pad tersebut. Selain itu juga, Pada penelitian ini terdapat  hasil  mapping  yang  kurang  optimal  ditandai  dengan hanya  terdapat  1  bagian  dari  1  sampel  yang  terkandung  timah dari  16  sampel  pengujian.  Sampel  tersebut  yaitu  sampel  ke-3 dengan  parameter  storage  time  after  microetch  selama  10  menit dan immersion in tin bath selama 55 menit dengan kandungan tin yaitu 91.9 %.
Kata Kunci: Immersion tin, PCB, Surface finish
Abstract—The  PCB  manufacturing  process  involves  many processes,  one  of  which  is  surface  finishes.  One  type  of  surface finishes commonly used is immersion tin. Immersion tin is a surface finishes  process  that  uses  pure  tin  in  the  process.  Immersion  tin protects the copper from oxidation and makes the copper surface or pad easy to solder. The cleanliness of the pad and the thickness of  the  immersion  tin  affect  the  quality  of  the  PCB  produced. Therefore, the researchers evaluated the quality of the results of the immersion tin process using the DOE (Design of Experiment) method. Where this method can help in determining the optimal parameters. The variables used are Storage Time After Microetch and Immersion in tin Bath. In the research process it was found
that  PCBs  underwent  morphological  changes  at  23  hours  after being stored in storage. This is caused by the presence of moisture that  is  still  present  on  the  PCB  as  a  result  of  not  being  optimal during  the  drying  process.  In  this  study,  the  optimal  solder Coating Thickness in the 14th sample was 4.59 µm and with the parameters  Storage  Time  After  Microetch  for  50  minutes  and Immersion in tin Bath for 120 minutes. For the most optimal pad cleanliness  found  in  the  5th  and  12th  samples  with  the  Storage Time After Microetch  parameter for 30 minutes and 60 minutes and  marked  by  the  absence  of  contaminants  on  the  pad.  In addition,  in  this  study  there  were  less  than  optimal  mapping results marked by only 1 part of 1 sample containing tin from 16 test  samples.  The  sample  is  the  3rd  sample  with  the  parameter Storage Time After Microetch for 10 minutes and immersion in tin Bath for 55 minutes with a tin content of 91.9%.
Keyword: Immersion tin, PCB, Surface finish

## I. P ENDAHULUAN
S EIRING berkembangnya  zaman,  segala  kebutuhan  sehari- hari  membutuhkan  sebuah  perangkat  elektronik.  Perangkat elektronik merupakan suatu kumpulan dari beberapa komponen yang  dirangkai  membentuk  suatu  sistem  atau  alat.  Perangkat elektronik  yang  biasa  digunakan  seperti handphone ,  televisi, komputer  dan  masih  banyak  lainnya.  Didalam  perangkat elektronik  tersebut  terdapat  berbagai  macam  rangkaian  dan kompenen elektronik yang diletakkan pada sebuah papan yang disebut PCB.
PCB  merupakan  sebuah  papan  yang  terdapat  komponen- komponen  elektronika  yang  dirangkai  membentuk  suatu rangkaian  dan  dihubungkan  melalui  jalur  konduktor  berupa tembaga. Terdapat tiga jenis dari PCB diantaranya yaitu single sided,  double  sided dan multi-layer.  Single  sided yaitu  jenis PCB yang memiliki jalur tembaga hanya satu sisi. Double sided yaitu  jenis  PCB  yang  memiliki  tembaga  pada  dua  sisi. Sedangkan, multi-layer yaitu  jenis  PCB  yang  memiliki beberapa lapisan tembaga yang disusun [1]. Proses manufaktur untuk  sebuah printed  circuit  board (PCB)  memiliki  banyak proses  yang  kompleks .  Teaching  Factory  Manufacturing  of Electronics (TFME)  Politeknik  Negeri  Batam  telah  memiliki alat yang cukup lengkap untuk proses PCB Manufaktur.
Pada  proses  manufaktur  PCB,  dimulai  dari design dan diakhiri routing . Salah satu proses pada manufaktur PCB yang

## Evaluasi Kualitas pada PCB Hasil Proses Immersion Tin
Vivin Octowinandi 1 , Fadli Firdaus 1 , Ridwan 1 , Diono 1 , Rifqi Amalya F 1 , Muhammad Naufal Airlangga Diputra 1 , dan M. Rif’an Maulana 1
1 Politeknik Negeri Batam, Batam, Indonesia
* Email: vivin@polibatam.ac.id
kritikal  adalah surface  finish es.  Proses surface  finish es  dapat diartikan  sebuah  proses  yang  bertujuan  untuk  melindungi permukaan pad dengan menggunakan lapisan pelindung untuk menjaga  kemampuan  solder  [2],  [3].  Pada  proses surface finish es  ini  terdapat  berbagai  metode  diantaranya  yaitu immersion silver , immersion tin , OSP, ENIG, dan ENEPIG. Pada penelitian sebelumnya berjudul “ Design of Experiment (DoE) immersion  tin plating di  TFME  Politeknik  Negeri Batam”  membahas  mengenai  cara  mendapatkan  parameter proses immersion tin yang tepat serta mendapatkan hasil berupa ketebalan  pelapisan  timah  yang  sesuai  atau  mendekati  IPC- 4554 [4], [5]. Pada penelitian ini lebih merujuk dalam kriteria berupa solderability dan solder coating thickness sesuai standar IPCA600.
IPCA600  menjelaskan  kriteria  kelayakan  untuk  PCB  yang berfungsi  sebagai  tolak ukur  atau aturan yang digunakan oleh produsen  dan  pelanggan  mereka.  Serangkaian  aturan  ini dimaksudkan  untuk  memastikan  bahwa  PCB  yang  dibuat memiliki performa dan keandalan. Untuk itu maka diperlukan sebuah optimalisasi pada immersion tin . Optimalisasi ini dapat dilakukan  dengan  menggunakan  DOE  ( design  of  experiment ) [6]–[11].  Keunggulan  dari  metode  ini  adalah  dapat  mencari parameter yang optimal dalam beberapa percobaan. Selain itu, metode DOE  dapat  menentukan efek individual dan interaktif dari berbagai faktor yang dapat memengaruhi hasil percobaan. Sehingga pada akhirnya dapat menemukan hasil yang optimal pada proses surface finish es menggunakan immersion tin [12]– [17].

## II. M ETODE
Penelitian  ini  menggunakan  metode  DOE  dengan memberikan perlakuan berbeda pada masing-masing variable . Dalam  proses  mengerjakan project ini  diperlukan flowchart , dimana flowchart didapat  setelah  melakukan  observasi. Tujuannya  yaitu  untuk  menggambarkan  tahapan  proses  pada project ini  agar  pembaca  mengerti  setiap  tahapan  prosesnya. Adapun langkah pengerjaannya dapat dilihat pada Gambar. 1.
Tahapan  awal  dimulai  dari  PCB  yang  telah  di solder  mask dan  UV Expose .  Setelah  itu,  PCB  dimasukkan  pada  cairan microetch selama  waktu  yang  ditentukan.  Pada  tahap selanjutnya,  PCB disimpan  pada tempat  penyimpanan dengan selama  waktu  yang  ditentukan.  Sebelum  masuk  ke  proses immersion  tin PCB  yang  sudah  disimpan  akan  dilakukan Inspeksi menggunakan Mikroskop 3D. Lalu apabila kebersihan dari  permukaan  tembaga  sudah  mencapai  90%  maka  akan masuk  ke  proses immersion  tin ,  jika  belum  mencapai  target maka dilakukan proses yang sama dengan sample yang berbeda dan  waktu  penyimpanan  yang  berbeda.  Pada  saat tin  plating , PCB  akan  dimasukkan  selama  waktu  yang  ditentukan. Kemudian setelah proses immersion tin dilakukan, sampel akan dibentuk  menggunakan  resin.  Setelah  itu,  sampel  akan dilakukan micro-section dan dilakukan Inspeksi menggunakan scanning  electron  microscope (SEM)  untuk  mengukur Ketebalan dari solder coating thickness yang seragam ( uniform ) atau tidak. Setelah itu dilakukan analisa dan kesimpulan.
Gambar. 1. Flowchart penelitian

## TABEL I VARIABLE DAN LEVEL METODE DOE
Variabel Level Storage Time after Micro Etch ( minutes )
10 30 60 120 Immersion in tin Bath (minutes) 45 50 55 60
Pada Tabel I dapat diuraikan hubungan antara parameter satu dengan  yang  lainnya  dengan  perlakuan/level  yang  berbeda. Dari uraian tersebut dapat ditentukan jumlah eksperimen yang akan dilakukan sebagai berikut:
Eksperiment : X n X : Jumlah level n : Jumlah variabel eksperimen : 4 2 = 16
Pada  pengujian  ini  menggunakan  PCB  FR-4 double  layer [14]  dengan design PCB coupon  test ,  dapat  dilihat  pada Gambar.  2.  PCB coupon  test yaitu  suatu  cara  untuk mengevaluasi  hasil  dari  PCB.  PCB coupon  test didesain mewakili kondisi aktual dari PCB tersebut. Untuk desain PCB coupon  test yang  digunakan  adalah  jenis  W coupon yang berguna  untuk  mengevaluasi  kemampuan  solder  pada surface mount land . Hal tersebut mengacu kepada standard IPC-2221B [18]

## Gambar. 2. Desain PCB
Adapun kriteria kelayakan hasil pengujian pada penelitian ini terlihat pada Gambar. 3. Kriteria kelayakan ini mengacu pada standard IPC-A-600 revisi K [19].
Gambar. 3. Kriteria kelayakan

## III. H ASIL DAN PEMBAHASAN
Evaluasi  kualitas  proses immersion  tin terdiri  dari pengukuran  suhu  dan  kelembapan  tempat  penyimpanan  PCB, pengamatan terhadap morfologi PCB setelah proses Immersion tin ,  pengamtan  kebersihan pad serta  pengukuran  ketabalan lapisan tin pada permukaan pad .

## A. Pengukuran suhu dan kelembapan storage
Dalam melakukan percobaan terdapat parameter yang perlu diperhatikan  diantaranya  yaitu  suhu  dan  kelembapan  dari penyimpanan  ( storage )  berikut  data  yang  didapatkan  dari pengukuran  suhu  dan  kelembapan  dari  penyimpanan  seperti terlihat pada Gambar. 4. dan Tabel II.
Gambar. 4. Hasil pengukuran suhu dan kelembapan storage
T ABEL II P ENGUKURAN SUHU DAN KELEMBAPAN
Suhu ( In ) 25,1 o C Suhu ( Out ) 24, 3 o C Kelembapan 46 %RH
Berdasarkan  hasil  pengukuran  tersebut,  dapat  disimpulkan bahwa  tempat  penyimpanan  yang  akan  digunakan  dapat dijadikan  sebagai  tempat  penyimpanan  PCB  dikarenakan tempat  penyimpanan  tersebut  masih  mengacu  dalam  kriteria tempat penyimpanan berdasarkan IPC -1601 [20].
B. Perubahan morfologi pada PCB
Pada  penelitian  ini  dilakukan  juga  pengamatan  terhadap kebersihan pad dalam  penyimpanan  pada storage dengan rentang waktu 1 hingga 7 hari.
Gambar. 5. Permukaan PCB setelah proses microetch, rinsing dan drying
Gambar. 6. Permukaan PCB setelah disimpan selama 3 hari
Berdasarkan  Gambar.  5.  dan  Gambar.  6.  menunjukkan bahwa  perubahan  permukaan  terjadi  pada  hari  ke  3  setelah disimpan  didalam  tempat  penyimpanan.  Hal  ini  disebabkan adanya  kelembapan  yang  ada  pada  permukaan  tembaga  PCB akibat proses drying (pengeringan) yang kurang baik.
C. Pengamatan kebersihan pad
Sebelum  dilakukan  proses immersion  tin PCB  terlebih dahulu dilakukan proses microetch yang bertujuan menggerus atau membersihkan permukaan pad pada PCB dari kontaminan. Untuk  melakukan  pengukuran  berupa  kebersihan pad dilakukan  sebanyak  3  kali  menggunakan  microscope  digital (Keyence) dengan posisi pad PCB seperti pada Gambar. 7.
Gambar. 7. Posisi pad sampel pada PCB
Dari  hasil  pengukuran  kebersihan pad didapatkan  sampel yang  memiliki  kebersihan  yang  baik  yaitu  pada  sampel  5 dengan parameter storage after microetch selama 30 menit dan sampel 12 dengan parameter storage after microetch selama 60 menit  dengan ditandai  tidak ada kontaminan  pada permukaan tersebut, seperti terlihat pada Tabel III.
T ABEL III P ENGAMATAN KEBERSIHAN PAD
Sampel 5, Storage Time after Micro Etch (30 menit)
Pad 1 Pad 2 Pad 3
Sampel 12, Storage Time after Micro Etch (30 menit)
Pad 1 Pad 2 Pad 3

## D. Pengukuran hasil Solder Coating Thickness
Setelah  melakukan  proses immersion  tin PCB  selanjutnya dilakukan pengecekan terhadap solder coating thickness untuk memeriksa  ketebalan  dari  hasil  proses immersion  tin .  Pada pengukuran  ini  menggunakan  alat  SEM  ( Scanning  Electron Microscope ) dengan perbesaran antara 2000 hingga 4100, salah satu gambar yang didapat dari SEM ditunjukkan pada Gambar. 8.
Gambar. 8. Pengukuran menggunakan SEM.
Tabel  IV  menunjukkan  ketebalan  solder coating pada sampel  1-16.  Berdasarkan  Tabel  IV  terdapat  data  yang  tidak mencapai  minimum  dari  spesifikasi  yang  telah  ditentukan. Spesifikasi  yang  digunakan  yaitu  menurut  IPC  4554  untuk ketebalan immersion tin yaitu 1 µm. Data yang tidak mencapai minimum  yaitu  terjadi  pada  sampel  ke-2  dan  ke-9.  Dengan capaian untuk  sampel ke-2  pada  data ke-1 yaitu  0.93 µm  dan untuk sampel ke-9 pada data ke-2 yaitu 0.70 µm.
T ABEL IV
P ENGUKURAN KETEBALAN SETELAH PROSES I MMERSION TIN
Sampel Parameter Solder Coating Thickness (µm) Mean (um) Immersion in tin Bath Storage Time 1 2 3 1 45 10 1,50 1,75 1,39 1,55 2 50 10 0,93 1,75 1,94 1,54 3 55 10 1,65 1,75 1,80 1,73 4 60 10 1,69 2,01 1,85 1,85 5 45 30 1,85 1,75 1,66 1,75 6 50 30 2,98 1,90 2,83 2,57 7 55 30 1,62 1,43 1,76 1,60 8 60 30 2,02 1,73 1,82 1,86 9 45 60 1,85 0,70 1,51 1,35 10 50 60 1,90 1,70 1,89 1,83 11 55 60 1,67 1,82 2,15 1,88 12 60 60 2,77 2,50 2,83 2,70 13 45 120 2,46 2,12 1,66 2,08 14 50 120 4,59 3,23 3,54 3,79 15 55 120 2,19 2,27 3,69 2,72 16 60 120 3,54 2,25 2,76 2,85
Gambar.  9.  menunjukkan  sampel  yang  hanya  memiliki kandungan tin (timah) di permukaannya terdapat pada sampel ke-3  dengan  kandungan  timah  sebesar  91.9%  dan  dengan parameter storage  time after  microetch selama  10  menit  dan immersion  in  tin  bath selama  55  menit.  Dari  16  sampel  yang ada hanya 1 bagian dari 1 sampel yang memiliki tin (timah) di permukaannya.  Hal  ini  membuktikan  bahwa  cairan  yang digunakan  pada  proses immersion  tin kurang  baik  untuk digunakan  dikarenakan  kandungan  timah  yang  terdapat  pada permukaan PCB hasil proses immersion tin sedikit.
Am C O Sn Unsur lain Am C O Sn Unsur lain Am C O Sn Unsur lain 1 - 36,8 63,2 - - 32,5 67,5 - - - - 22,4 60,7 - 16,9 2 - 32,1 67,9 - - - 31,9 68,1 - - - 31,4 68,6 - -
3 - 34 66 - - 98,4 0,5 1,1 - - - 8,1 - 91,9 - 4 - 28,9 71,1 - - - 30,9 69,1 - - - 28,6 71,4 - - 5 95,3 4,7 - - - 94,3 5,7 - - - 98,4 1,6 - - - 6 - 27,4 72,6 - - 98,9 1,1 - - - - 100 - - - 7 99 1 - - - 98,9 1,1 - - - 1,3 98,7 - - -
8 98,6 1,4 - - - 99 1 - - - 99 1 - - - 9 98,8 1,2 - - - 98,4 1,6 - - - 98,7 1,3 - - - 10 63,1 36,9 - - - - 100 - - - 93,6 6,4 - - -
11 100 - - - - - 100 - - - 64,3 35,7 - - - 12 98,8 1,2 - - - 98,5 1,5 - - - 98,6 1,4 - - - 13 99,3 0,7 - - - 97,6 2,4 - - - 97,9 2,1 - - -
14 98 2 - - - 98,3 1,7 - - - 98,3 1,7 - - - 15 - 22,4 77,6 - - 99,5 0,5 - - - - 100 - - - 16 99,1 0,9 - - - - 100 - - - 99,4 0,6 - - -
Sampel Kandungan (1) % Kandungan (2) % Kandungan (3) %
Gambar. 9. Pengukuran ketebalan setelah proses immersion tin

## IV. K ESIMPULAN
Berdasarkan Tabel IV sampel ke-2 dan ke-9 parameter yang digunakan pada kedua sampel tersebut tidak direkomendasikan untuk  digunakan  dikarenakan  hasil  dari  pengukuran  tersebut tidak mencapai  minimum standard . Sedangkan, untuk  sampel lainnya  sudah  mencapai  minimum standard .  Namun,  dari sampel  yang  sudah  mencapai  minimum standard terdapat parameter yang dapat direkomendasikan untuk digunakan yaitu dengan parameter storage time after microetch selama 50 menit dan immersion  in  tin  bath selama  120  menit.  Berdasarkan Gambar.  9.  dapat  disimpulkan  bahwa  perlu  penelitian  lebih mendalam lagi terkait proses immersion tin , hal ini ditunjukkan dengan  sedikitnya  sampel  yang  memiliki  lapisan tin sesuai kriteria kelayakan pada permukaan pad .
R EFERENSI
[1] C. F. C. Jr. and H. T. Holden, Printed Circuits Handbook . McGraw- Hill  Education,  2016.  Accessed:  Jun.  23,  2023.  [Online].  Available: https://www.accessengineeringlibrary.com/content/book/9780071833 950
[2] L.  M.  C.  Sagis,  “Determination  of  Mechanical  Properties  of Microcapsules,” Microencapsulation  and  Microspheres  for  Food Applications ,  pp.  195–205,  Jan.  2015,  doi:  10.1016/B978-0-12- 800350-3.00010-8.
[3] “Printed  Circuit  Board  Surface  Finishes  -  Advantages  and Disadvantages.” https://www.epectec.com/articles/pcb-surface- finish-advantages-and-disadvantages.html (accessed Jun. 23, 2023).
[4] A.  Jankovic,  G.  Chaudhary,  and  F.  Goia,  “Designing  the  design  of experiments  (DOE)  –  An  investigation  on  the  influence  of  different factorial designs on the characterization of complex systems,” Energy Build , vol. 250, p. 111298, Nov. 2021, doi:
10.1016/J.ENBUILD.2021.111298.
[5] IPC,  “Specification  for  Immersion  Tin  Plating  for  Printed  Circuit Boards.” IPC , 2013.
[6] J. Antony, E. Viles, A. F. Torres, T. I. de Paula, M. M. Fernandes, and E. A. Cudney, “Design of experiments in the service industry: a critical literature  review  and  future  research  directions,” TQM  Journal ,  vol.
32,  no.  6,  pp.  1159–1175,  Nov.  2020,  doi:  10.1108/TQM-02-2020- 0026.
[7] A. Permana, H. H. Purba, and S. Hasibuan, “Design of Experiment (DOE) Analysis with Response Surface Method (RSM) to Optimize the Electroplating Parameter,” ComTech: Computer, Mathematics and Engineering Applications , vol. 12, no. 2, pp. 99–109, Nov. 2021, doi: 10.21512/COMTECH.V12I2.6998.
[8] A.  Jankovic,  G.  Chaudhary,  and  F.  Goia,  “Designing  the  design  of experiments  (DOE)  –  An  investigation  on  the  influence  of  different factorial designs on the characterization of complex systems,” Energy Build , vol. 250, p. 111298, Nov. 2021, doi:
10.1016/J.ENBUILD.2021.111298.
[9] “Sample Statistics and their Distributions,” pp. 245–283, Sep. 2015, doi: 10.1002/9781118799635.CH6.
[10]  D.  C.  Montgomery, Simple  Comparative  Experiments ,  9th  ed.  John wiley & sons, 2017.
[11]  B.  Durakovic,  “Design  of  experiments  application,  concepts, examples: State of the art,” Periodicals  of  Engineering  and Natural Sciences ,  vol.  5,  no.  3,  pp.  421–439,  Dec.  2017,  doi: 10.21533/PEN.V5I3.145.
[12]  A. Arazna, A. Krolikowski, G. Koziol, and J. Bielinski, “The corrosion characteristics and solderability of immersion tin coatings on copper,” Materials and Corrosion , vol. 64, no. 10, pp. 914–925, Oct. 2013, doi: 10.1002/MACO.201106434.
[13]  M. A. R. Adawiyah, O. S. Azlina, N. A. Fadil, S. R. Aisha, and M. A. A.  Hanim,  “Electroless  and  Immersion  Plating  Process  towards Structures and IMC Formation,” International Journal of Engineering and  Technology ,  vol.  8,  no.  6,  pp.  2558–2570,  Dec.  2016,  doi: 10.21817/IJET/2016/V8I6/160806210.
[14]  IPC, “Qualification and Performance Specification for Rigid Printed Boards,” IPC-6012D . IPC, 2015.
[15]  IPC-2221/2222 Task Group, “IPC-2222A Sectional Design Standard for Rigid Organic Printed Boards,” Bannockburn, illinois , Dec. 2010.
[16]  IPC, “IPC-A-600J (Acceptability of Printed Boards),” pp. 1–180, Apr. 2010.
[17]  IPC, “Printed Board Handling and Storage Guidelines, IPC-1601A.” 2016.
[18]  IPC,  “Generic  Standard  on  Printed  Board  Design  (IPC-2221  - Revision B - Standard Only),” IPC . 2013.
[19]  IPC, “Acceptability of Printed Boards (IPC-A-600 Revision K),” IPC . IPC, 2020.
[20]  IPC, “Printed Board Handling and Storage Guidelines (IPC-1601A),” IPC . IPC, 2016.