FABRIKASI DAN KARAKTERISASI SENSOR KONDUKTIVITAS BERBASIS TEKNOLOGI FILM TEBAL UNTUK ANALISIS KUALITAS AIR.

(1)

FABRIKASI DAN KARAKTERISASI SENSOR

KONDUKTIVITAS BERBASIS TEKNOLOGI FILM TEBAL

UNTUK ANALISIS KUALITAS AIR

SKRIPSI

diajukan untuk memenuhi sebagian dari syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Departemen Pendidikan Fisika

Oleh

Beni Rama

1103950

PROGRAM STUDI FISIKA DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

(2)

i

FABRIKASI DAN KARAKTERISASI SENSOR

KONDUKTIVITAS BERBASIS TEKNOLOGI FILM TEBAL

UNTUK ANALISIS KUALITAS AIR

Oleh Beni Rama

Sebuah skripsi yang diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains di Departemen Pendidikan Fisika FPMIPA UPI

Universitas Pendidikan Indonesia Desember 2015

Hak cipta dilindungi Undang-undang.

Skripsi ini tidak boleh diperbanyak seluruhnya atau sebagian, dengan dicetak ulang, difotokopi, atau cara lainnya tanpa ijin dari penulis

(3)

LEMBAR PENGESAHAN

BENI RAMA

FABRIKASI DAN KARAKTERISASI SENSOR

KONDUKTIVITAS BERBASIS TEKNOLOGI FILM TEBAL

UNTUK ANALISIS KUALITAS AIR

DISETUJUI DAN DISAHKAN OLEH

Pembimbing 1,

Dr. Goib Wiranto, B.S. El.Eng.

NIP.

196912301989011001

Pembimbing 2,

Dr. Dadi Rusdiana, M. Si.

(4)

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahawa skripsi yang berjudul "Fabrikasi Dan

Karakterisasi Sensor Konduktivitas Berbasis Teknologi Film Tebal Untuk

Analisis Kualitas Air" ini merupakan karya saya sendiri. Saya tidak melakukan

hal-hal yang melanggar etika keilmuan seperti penjiplakan atau pengutipan dengan cara yang tidak sesuai dalam pembuatan skripsi ini. Atas pernyataan ini, saya siap menanggung segala resiko/sanksi apabila di kemudian hari ditemukan adanya pelanggaran etika keilmuan atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini.

Bandung, Desember 2015

Yang membuat pernyataan,

Beni Rama

(5)

(6)

vi

Beni Rama, 2015

FABRIKASI DAN KARAKTERISASI SENSOR KONDUKTIVITAS BERBASIS TEKNOLOGI FILM TEBAL UNTUK ANALISIS KUALITAS AIR

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

FABRIKASI DAN KARAKTERISASI SENSOR

KONDUKTIVITAS BERBASIS TEKNOLOGI FILM TEBAL

UNTUK ANALISIS KUALITAS AIR

Beni Rama

1103950

Pembimbing I : Dr. Goib Wiranto, B.S. El.Eng.

Pembimbing II : Dr. Dadi Rusdiana, M. Si.

ABSTRAK

Teknologi film tebal merupakan salah satu teknik dalam fabrikasi komponen-komponen mikroelektrik. Dengan teknologi ini, ukuran komponen-komponen-komponen-komponen elektronik dapat dibuat menjadi lebih kecil tanpa mengurangi kemampuannya. Dalam penelitian ini dibuat sensor konduktivitas air yang berbasis teknologi film tebal dengan metode screen printing. Elektroda sensor konduktivitas dibuat dari bahan AgPd yang merupakan konduktor yang cukup baik. Elektroda dilapisi pada substrat Alumina 96% dengan konstanta sel desain sekitar 50 cm-1. Agar pengukuran konduktivitas menjadi lebih valid, sensor temperatur yang elektrodanya terbuat dari campuran Ru-based dengan Polyethilene Glycol diintegrasikan dengan sensor konduktivitas dan ditempatkan pada sisi substrate yang lain. Jenis sensor temperatur yang dibuat merupakan jenis RTD (Resistance Temperatur Detector) dengan sensitivitas sebesar 0,0014 kΩ/°C. Sensitivitas sensor temperatur dengan elektroda campuran PEG denga Ru-based lebih besar dari pada sensor temperatur dengan elektroda berbahan Ru-based saja yang memiliki sensitivitas 0,0002 kΩ/°C. Persamaan konduktansi terukur sensor (C) dengan konduktivitas larutan uji (σ) dapat dinyatakan sebagai C = (1,6707σ + 0,0268) mS. Dari persamaan tersebut didapatkan sensitivitas sensor sebesar 1,6707 cm serta nilai konstanta sel pengukuran sekitar 0,6 cm-1. Kemudian waktu yang dibutuhkan sensor agar pengukuran benar-benar stabil ialah empat menit. Sensor dapat merespon perubahan temperatur dengan baik. Dengan menggunakan persamaan hubungan antara konduktansi (C) terukur dengan temperatur (T) yaitu C = (0,0056T + 0,0733) mS serta konduktansi acuan 0,211 mS, faktor kompensasi temperatur (α) larutan uji KCl yang diperoleh ialah 2,65%/°_{C. Nilai ini sesuai} dengan referensi yang menyatakan nilai αlarutan garam berada pada rentang 2,2-3%/°_C.

(7)

FABRIKASI DAN KARAKTERISASI SENSOR

KONDUKTIVITAS BERBASIS TEKNOLOGI FILM TEBAL

UNTUK ANALISIS KUALITAS AIR

Beni Rama

1103950

Pembimbing I : Dr. Goib Wiranto, B.S. El.Eng.

Pembimbing II : Dr. Dadi Rusdiana, M. Si.

ABSTRACT

Thick film technology is one of technique in fabrication microelectronic components. With this technology, size of components electronic can be smaller

without deduct it’s ability. This research aims to make water conductivity sensor

basically thick film technology with screen printing method. The electrode of conductivity sensor made from AgPd which form good conductor. The electrode layer on substrat Alumina 96% with constant cell desain about 50 cm-1. For aiming the validity of measurements conductivity, the temperature sensor with electrode made from mixture paste from Ruthenium based and Polyethilene Glycol has been integrated with conductivity sensor. kind of this temperature is

RTD (Resistance Temperatur Detector) with sensitivity 0,0014 kΩ/°C. Thats

sensitivity bigger than temperature sensor which only made from Ruthenium

based with 0,0002 kΩ/°C. The equation conductance sensor (C) with conductivity (σ) is C = (1,6707σ + 0,0268) mS. From this equation we can found the sensitivity

sensor about 1,6707 cm and measuring constant cell 0,6 cm-1. The measuring sensor reach stable condition abaout four minutes. Sensor conductivity have good respon on different temperature solution. With use the equation between conductance (c) and temeprature solution (T), C = (0,0056T + 0,0733) mS, and reference conductance 0,211 mS, factor compensation temperature (α) of solution KCl about 2,65%/°C. This value appropriate with the reference value of

α salt solution between 2,2-3%/°C.

(8)

Beni Rama, 2015

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ... Error! Bookmark not defined.

KATA PENGANTAR ... Error! Bookmark not defined.

UCAPAN TERIMAKASIH ... Error! Bookmark not defined.

ABSTRAK ... Error! Bookmark not defined.

ABSTRACT ... Error! Bookmark not defined.

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR TABEL ... 10

DAFTAR GAMBAR ... 11

BAB I PENDAHULUAN ... Error! Bookmark not defined.

1.1 Latar Belakang ... Error! Bookmark not defined.

1.2 Rumusan Masalah ... Error! Bookmark not defined.

1.3 Tujuan Penelitian ... Error! Bookmark not defined.

1.4 Batasan Masalah ... Error! Bookmark not defined.

1.5 Manfaat Penelitian ... Error! Bookmark not defined.

1.6 Sistematika Penulisan ... Error! Bookmark not defined.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined.

2.1 Teknologi Thick Film (Film Tebal) ... Error! Bookmark not defined.

2.1.1. Substrat ... Error! Bookmark not defined.

2.1.2. Pasta/Elektroda ... Error! Bookmark not defined.

2.2 Sensor Konduktivitas ... Error! Bookmark not defined.

2.3 Sensor Temperatur ... Error! Bookmark not defined.

2.4 Karakteristik Sensor ... Error! Bookmark not defined.

(9)

3.1 Metode Penelitian ... Error! Bookmark not defined.

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian ... Error! Bookmark not defined.

3.3 Desain Penelitian ... Error! Bookmark not defined.

3.4 Langkah-langkah Penelitian ... Error! Bookmark not defined.

3.4.1 Studi Literatur ... Error! Bookmark not defined.

3.4.2 Perancangan Sensor ... Error! Bookmark not defined.

3.4.3 Proses Pembuatan ... Error! Bookmark not defined.

3.5 Pembuatan Larutan Uji ... Error! Bookmark not defined.

3.6 Pengujian Sensor Temperatur ... Error! Bookmark not defined.

3.7 Pengujian Sensor Konduktivitas ... Error! Bookmark not defined.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... Error! Bookmark not defined.

4.1 Profil Resistansi Sensor Temperatur ... Error! Bookmark not defined.

4.2 Pengujian Sensor Konduktivitas ... Error! Bookmark not defined.

4.2.1 Linieritas dan Sensitivitas Sensor ... Error! Bookmark not defined.

4.2.2 Waktu Respon Pengukuran ... Error! Bookmark not defined.

4.2.3 Pengaruh Temperatur ... Error! Bookmark not defined.

4.2.4 Pengujian Kestabilan Pengukuran ... Error! Bookmark not defined.

4.2.5 Pengaruh Sumber Tegangan ... Error! Bookmark not defined.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... Error! Bookmark not defined.

5.1 Kesimpulan ... Error! Bookmark not defined.

5.2 Saran ... Error! Bookmark not defined.

DAFTAR PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined.

(10)

Beni Rama, 2015

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Rentang pengukuran konduktivitas dalam setiap konstanta sel ... 9

Tabel 2.2 Faktor kompensasi pada beberapa tipe larutan ... 10

Tabel 4.1 Perbandingan konduktivitas terukur dengan konduktivitas larutan ... 34

Tabel 4.2 Pengujian respon sensor ... 35

Tabel 4.3 Data pengujian kestabilan pengukuran ... 37

(11)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Pergerakan ion-ion larutan ketika diberi tegangan. (Radiometer

Analytical, 2004) ... 7

Gambar 2.2. Salah satu contoh bentuk sensor konduktivias dua eletroda. (Bagus S, Julius, & Arief, 2013) ... 9

Gambar 2.2. salah satu contoh sensor konduktivitas empat elektroda. (Ramos, Ribeiro, Komarek, & Novotny, 2006) ... 9

Gambar 2.3. Tanggapan waktu dalam perubahan temperatur secara kontinyu. (Elektronika Dasar, 2015) ... 12

Gambar 3.1. Diagram alur penelitian. ... 14

Gambar 3.2. Jalur elektroda AgPd sensor konduktivitas. ... 16

Gambar 3.3. Jalur elektroda sensor temperatur. ... 16

Gambar 3.4. Bentuk dielektrik sensor konduktivitas berdimensi 0,9x1,6 cm (a). Bentuk dielektrik sensor temperatur berdimensi 0,9x1,9 cm (b). .... 17

Gambar 3.5. Desain sensor yang dibuat. Kiri untuk sensor konduktivitas dan kanan untuk sensor temperatur ... 18

Gambar 3.6. Alur Pembuatan Sensor. ... 18

Gambar 3.7. Film bagian-bagian sensor yang akan dibuat. ... 20

Gambar 3.8. Screen yang telah tercetak pola bagian sensor. ... 22

Gambar 3.9. Keempat bahan yang digunakan sebagai bahan sensor yang dibuat. Dari kiri atas ke kanan bawah berturut-turut ialah AgPd, pasta dielektrik, PEG 4000 dan Pasta Ru-based. ... 23

Gambar 3.10. Oven yang digunakan dalam proses drying. ... 25

(12)

Beni Rama, 2015

Gambar 3.13. Substrat yang telah dicetak elektroda masing-masing sensor. ... 26

Gambar 3.14. Proses pemotongan substrat. ... 26

Gambar 3.15. Hasil pemotongan substrat. ... 27

Gambar 4.1. Profil perubahan resistansi terhadap perubahan suhu pada elektroda berbahan Ru-based. ... 30

Gambar 4.2. Profil perubahan resistansi terhadap perubahan suhu pada elektroda berbahan campuran Ru-based dengan PEG 4000. ... 31

Gambar 4.3. Grafik konduktansi sensor terhadap konduktivitas larutan. ... 33

Gambar 4.4. Grafik konduktansi terukur sensor dengan temperatur larutan uji ... 36

Gambar 4.5. Grafik nilai konduktansi terukur dengan frekuensi 1 – 10 kHz ... 38

(13)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Air merupakan suatu senyawa yang penting bagi makhluk hidup tak terkecuali kita sebagai manusia. Kita memanfaatkan air dari segala aspek kehidupan kita bergantung pada sifat air tersebut. Hal ini karena tidak semua air memiliki sifat yang sama. Terdapat sifat atau parameter tertentu yang harus diklasifikasi pada air yang dapat kita minum. Diantaranya ialah pH, konduktivitas, Total Dissolve Solid (TDS), dan Dissolve Oxigen. Dengan mengetahui nilai-nilai dari setiap parameter maka kita dapat mencegah kesalahan dalam penggunan air tersebut. Misalnya untuk air minum, nilai konduktivitasnya tidak boleh lebih dari 250 mS/cm. Apabila nilai konduktivitasnya melebihi nilai tersebut dikhawatirkan dapat merusak ginjal sebab mineral yang tidak dipakai oleh tubuh nantinya dapat mengendap dan menghasilkan batu ginjal. Namun apabila konduktivitasnya sangat rendah (mendekati nol) maka air tersebut juga kurang baik untuk diminum karena tidak ada mineral yang dapat diserap tubuh sehingga akan membuat kita menjadi lemas. (Ukur Kadar Air, 2014).

(14)

2

Beni Rama, 2015

pembuatan resistor dan kapasitor dengan transistor atau Integrated Circuit (IC) sebagai komponen aktif dalam satu substrat yang sama akan menghasilkan sistem elektronika yang handal dan harga yang cukup rendah. (Elektro Indoneisia, 1996).

Banyaknya elektroda pada sensor konduktivitas dapat berjumlah dua, tiga dan empat elektroda. Sensor konduktivitas dengan empat elektroda lebih banyak digunakan karena lebih akurat, dapat menghindari efek polarisasi sehingga waktu hidup sel lebih panjang serta memiliki rentang pengukuran yang lebih lebar dari pada yang lainnya. (Atkinson, 2013). Kemudian efek pengotoran serta korosi pada metode empat elektroda lebih kecil dari pada metode yang lainnya. (Gouveia, 2005). Elektroda sensor konduktivitas harus terbuat dari bahan konduktor, dengan begitu elektroda dapat mengalirkan arus dengan baik saat pengukuran konduktivitas. AgPd (perak palladium) merupakan kandidat yang cukup baik karena memiliki konduktivitas yang cukup tinggi setelah emas dan platina namun dengan harga yang relatif lebih murah.

Penggunaan sumber tegangan AC (Alternating Current) pada sensor konduktivitas lebih menguntungkan daripada menggunakan sumber DC (Direct Current). Penggunaan sumber AC dapat menghindari terjadinya polarisasi pada elektroda sensor. Polarisasi akan mengakibatkan elektroda terlapisi ion-ion larutan dan membuat pengukuran konduktivitas menjadi kurang valid.

Selain itu konstanta sel pada sensor konduktivitas juga mempengaruhi rentang pengukuran konsuktivitas cairan. Konstanta sel biasanya diantara 0,01 – 50 cm-1. Semakin besar konstanta sel maka semakin besar rentang pengukuran konduktivitas air. Dalam penelitian ini nilai konstanta sel yang didesain ialah 50 cm-1 agar dapat mengukur rentang konduktivitas yang cukup besar.

(15)

3

1.2Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah diatas, rumusan masalah dari penelitian pembuatan sensor konduktivitas yang menggunakan teknologi film tebal ini ialah :

1. Bagaimana nilai sensitivitas sensor konduktivitas larutan yang dibuat? 2. Apakah sensor konduktivitas dapat merespon perubahan temperatur

larutan dengan baik apabila dilihat dari koefisien temperatur larutan yang seharusnya?

1.3Tujuan Penelitian

Berhubungan dengan rumusan masalah di atas, tujuan penelitian ini ialah :

1. Mengetahui sensitivitas sensor konduktivitas larutan yang dibuat.

2. Mengetahui respon sensor konduktivitas dalam perubahan temperatur larutan uji dilihat dari nilai koefisien temperatur larutan.

1.4Batasan Masalah

Agar pembahasan penelitian ini tidak terlalu melebar, masalah dalam penelitian ini perlu dibatasi dengan berbagai hal sebagai berikut :

1. Pasta AgPd digunakan sebagai bahan pembuat elektroda sensor konduktivitas.

2. Sensor temperatur diintegrasikan dengan sensor konduktivitas dengan elektroda terbuat dari campuran ruthenium based dengan Polyethylene Glycol (PEG).

(16)

4

Beni Rama, 2015

4. Pengujian pengaruh sumber tegangan AC dilakukan menggunakan amplitudo tegangan square wave 0,25 V dengan variasi frekuensi 1 kHz hingga 10 kHz.

5. Pengujian kestabilan sensor, pengaruh temperatur serta waktu respon dilakukan hanya pada satu larutan uji.

1.5Manfaat Penelitian

Dengan dilakukan penelitian ini diharapkan dapat memperkaya pengetahuan dan menjadi studi pendahuluan terkait pengembangan sensor konduktivitas dengan sensor temperatur terintegrasi berbasis teknologi film tebal.

1.6Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian yang akan dilakukan ialah :

1. BAB I PENDAHULUAN : Terdiri dari latar belakang penelitian, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.

2. BAB II TINJAUAN PUSTAKA : Terdiri dari teori-teori dasar yang didapatkan dari studi literatur yang terkait dengan penelitian yang akan dilakukan.

3. BAB III METODOLOGI PENELITIAN : Menampilkan deskripsi tempat dan waktu serta alur penelitian.

4. BAB IV PEMBAHASAN : Membahas hasil dari pembuatan dan pengujian serta analisis dari penelitian yang dilakukan.

(17)

14

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1Metode Penelitian

Dalam penelitian ini penulis menggunakan metode eksperimen. Pembuatan sensor konduktivitas menggunakan teknologi film tebal dengan metode screen printing. Sensor konduktivitas dibuat dengan basis substrat alumina 96%. Sedangkan desain sensor dibuat menggunakan perangkat lunak CorelDraw X6. Sensor temperatur yang telah terstandar dan terbuat dari campuran ruthenium based dan polyethylene glycol (PEG) diintegrasikan dengan sensor konduktivitas. Elektroda sensor konduktivitas dibuat dari AgPd (Palladium Perak). Selanjutnya sensor konduktivitas diuji pada larutan KCl yang telah diketahui nilai konduktivitasnya menggunakan sensor konduktivitas konvensional (Atlas Scientific K 0.1) pada rentang sekitar 100-7000 μS/cm dengan mengukur arus dan tegangan sensor. Pengujian menggunakan sumber tegangan square wave dari Function Generator GFG-3015 GW INSTEK serta pengukuran arus dan tegangan menggunakan Multimeter Sanwa CD771 dan CD772.

3.2Waktu dan Tempat Penelitian

Waktu Pelaksanaan : Maret-September 2015

Tempat Pelaksanaan : Laboratorium R. 407 dan R.405 Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi – Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (PPET-LIPI)

(18)

15

Beni Rama, 2015

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu 3.3Desain Penelitian

Dalam penelitian ini, penulis melakukan alur penelitian yang dimulai dari studi literatur hingga analisis data yang didapat dari proses karakterisasi. Alur penelitian yang dilakukan dapat dilihat dalam diagram pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1. Diagram alur penelitian.

Studi Literatur Perancangan Desain

Sensor

Pemilihan Komponen Fabrikasi dengan Teknik

Screen Printing

Pengujian Sensor

Digital

Cetak

Profil Sensor

Temperatur

Pengujian Sensor Sensor Konduktivitas

Pengolahan Data

(19)

16

3.4Langkah-langkah Penelitian

Langkah-langkah penelitian secara keseluruhan dalam penelitian ini terdiri dari studi literatur, perancangan, pembuatan dan pengujian sensor konduktivitas dan temperatur.

3.4.1 Studi Literatur

Dalam tahap ini, penulis mengumpulkan sumber-sumber seperti buku, jurnal, proceeding ataupun publikasi dalam bentuk cetak maupun digital yang berkaitan dengan penelitian yang dilakukan. Sumber-sumber yang dikumpulkan dijadikan pedoman dalam melakukan penelitian seperti perancangan, pembuatan maupun dalam pengujian sensor yang dibuat.

3.4.2 Perancangan Sensor

Perancangan sensor meliputi penentuan layout serta pemilihan bahan-bahan sensor yang berpedoman pada sumber-sumber yang telah didapatkan. Sensor konduktivitas ditempatkan pada salah satu sisi sedangkan sensor temperatur ditempatkan pada sisi lainnya. Sensor konduktivitas dan temperatur dibuat dengan dimensi 1x2,5 cm. Dengan menggunakan substrat Alumina 96% yang berdimensi 5x5 cm. Sehingga dalam satu substrat Alumina akan terdapat 10 sensor. Berikut ialah bagian-bagian sensor yang dibuat :

1. Elektroda Sensor Konduktivitas

(20)

17

Beni Rama, 2015

Gambar 3.2. Jalur elektroda AgPd sensor konduktivitas.

2. Elektroda Sensor Temperatur

Elektroda sensor temperatur dibuat dari bahan campuran Ruthenium based (pasta produksi Electro Science Laboratorium No. 3911) dengan PEG (Polyethilene Glycol) 4000. Sensor temperatur yang dibuat merupakan jenis Resistance Temperature Detector (RTD) dimana nilai resistansi dari elektroda akan berubah sesuai perubahan suhu. Lebar jalur elektroda sekitar 1 mm dengan panjang jalur sekitar 5 cm. Desain elektroda sensor temperatur dapat dilihat pada Gambar 3.3.

(21)

18

(a) (b)

3. Dielektrik

Dielektrik bertujuan untuk menutup jalur elektroda agar terlindung dari larutan uji serta mendapatkan konstanta sel yang diinginkan dengan tertutupnya sebagian jalur elektroda. Terdapat dua dielektrik yang digunakan yaitu pada sensor konduktivitas dan sensor temperatur. Dielektrik yang dipakai merupakan produk dari Dupont Thick Film Dielektrik Composition 9507. Dielektrik pada sensor konduktivitas berdimensi 0,9x1,6 cm. Sedangkan pada sensor temperatur, dielektrik yang dilapisi berdimensi 0,9x1,9 cm. Desain dielektrik dapat dilihat pada Gambar 3.4.

Secara keseluruhan, bentuk sensor yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.5. Sensor konduktivitas ditempatkan pada satu sisi sedangkan sensor temperatur ditempatkan di sisi yang lainnya.

(22)

19

Beni Rama, 2015

Gambar 3.5. Desain sensor yang dibuat. Kiri untuk sensor konduktivitas dan kanan untuk sensor temperatur.

3.4.3 Proses Pembuatan

Pembuatan sensor menggunakan teknik screen printing. Dengan menggunakan substrat Alumina 96%, setiap bahan yang dibutuhkan dicetak/dilapisi sesuai dengan bentuk yang sudah didesain. Desain dari setiap bagian sensor terlebih dahulu dibuat menjadi bentuk film yang akan dicetak nantinya. Alur pembuatan sensor ini dapat dilihat pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6. Alur Pembuatan Sensor.

(23)

20

1. Pembersihan Screen

Screen yang digunakan ialah screen mesh 325. Pembersihan scrren berguna untuk menghilangkan kotoran-kotoran atau sisa pemakaian screen sebelumnya. Alat dan bahan yang digunakan dalam pembersihan screen ini ialah kuas, Ulano 5, pressure sprayer (Penyemprot air), dryer dan air yang dapat dilihat pada Gambar 3.5. Berikut adalah langkah-langkah dalam pembersihan screen :

(a) Membasahi layar screen dengan air secukupnya.

(b) Mengolesi layar screen dengan Ulano 5 (Stensil Remover Paste) secukupnya pada kedua sisi layar dengan kuas. Tunggu beberapa saat hingga Ulano 5 bereaksi.

(c) Menggosok layar dengan kuas sehingga kotoran atau bekas-bekas pemakaian sebelumnya terkelupas/hilang. Bila perlu gunakan pressure sprayer agar layar screen lebih bersih.

(d) Mengeringkan screen dengan menggunakan dryer.

2. Pembentukan Pola Pada Screen

(24)

21

Beni Rama, 2015

Gambar 3.7. Film bagian-bagian sensor yang akan dibuat.

Alat dan bahan yang diperlukan untuk membuat pola sensor pada screen ialah :

(a) Screen Maker 300 TT Richmond (b) Selotip

(c) Sendok pengaduk (d) Preesure Sprayer (e) Kain pembersih (f) Dryer

(g) Film bagian-bagian sensor (h) Ulano 133

(i) Ulano 133 sensitizer (j) Ulano line

(k) Kaca

Dalam pembuatan pola sensor screen dilakukan pada tempat yang minim cahaya karena bahan-bahan yang digunakan sensitif terhadap sahaya. Berikut adalah langkah-langkah dalam membuat pola pada screen :

(a) Menggunting satu lembar ulano line menjadi enam bagian.

(25)

22

screen. sisi ulano line yang menghadap ke luar ialah sisi yang lebih cerah/putih.

(c) Membuat campuran Ulano 133 dengan sensitizer yang akan dijadikan sebagai resis dengan perbandingan sekitar 5:1.

(d) Mengolesi campuran ulano 133 dengan sensitizer pada screen secukupnya. Dengan cara menelungkupkan screen pada kaca yang dijadikan sebagai alas sambil ditekan. Kemudian tuangkan campuran yang dibuat dan ratakan menggunakan rakel. Prioritaskan pada bagian yang sisi sebelahnya telah tertempel ulano line.

(e) Mengangkat screen yang telah diolesi dari kaca.

(f) Membersihkan kaca dengan kain dari campulan ulano line dan sensitizer.

(g) Mengeringkan bagian yang telah diolesi campuran ulano line denga sensitizer dengan dryer.

(h) Melepaskan bagian plastik ulano line yang telah ditempelkan pada screen.

(i) Menempelkan film dari pola yang telah dibuat pada bagian tengan ulano line yang telah tertempel. Sisi film yang menghadap ke atas ialah sisi yang terdapat pola bagian sensor.

(j) Memasukkan screen pada alat Screen Maker 3000 TT Richmond dengan posisi ditelungkupkan.

(k) Menutup ascreen maker serta memvakumkan ruangan yang didalamnya terdapat screen dengan memutar sekrup pada screen maker.

(l) Mengatur light unit screen maker pada 15 di channnel 1. (m)Menghidupkan screen maker. Tung-gu hingga proses selesai.

(n) Mengeluarkan screen dari screen maker dengan ruang dalam alat tidak divakumkan terlebih dahulu.

(o) Melepaskan film yang menempel pada screen. Mulai tahap ini dan seterusnya dapat dilakukan dalam tempat yang terang.

(26)

23

Beni Rama, 2015

(q) Mengeringkan screen dengan dryer.

(r) Melapisi screen dengan resist (campuran ulano 133 dengan sensitizer) Hingga setiap bagian layar screen tertutup kecuali pola sensor yang dibuat.

(s) Mengeringkan resit yang dilapisi pada screen dengan dryer.

Gambar 3.8 menunjukkan screen yang telah tercetak pola sensor yang akan dicetak pada substrat. Kiri untuk elektroda sensor temperatur dan kanan untuk elektroda sensor konduktivitas

Gambar 3.8. Screen yang telah tercetak pola bagian sensor.

3. Pembentukan Elektroda dan Dielektrik Pada Subsrat

Setelah pola bagian-bagian sensor pada screen telah dibuat, tahap selanjutnya ialah pelapisan pasta pada substrat Alumina (Al2O3) 96%.

(27)

24

Gambar 3.9. Keempat bahan yang digunakan sebagai bahan sensor yang dibuat. Dari kiri atas ke kanan bawah berturut-turut ialah AgPd, pasta dielektrik, PEG 4000 dan Pasta Ru-based.

Sebelum pencetakan pasta pada substrat, dibuat terlebih dahulu campuran Ru-based dengan PEG 4000. 8 gr PEG dicampur dengan 5 ml air menggunakan magnetic stirrer pada suhu 65°C selama kurang lebih 15 menit. Kemudian 5 ml dari campuran tersebut ditambahkan ke 20 gr pasta Ru-based dengan menggunakan magnetic stirrer. Jadi terdapat dua jenis sensor temperatur yang dibuat yaitu dengan pasta Ru-based dan dengan pasta campuran Ru-based dengan PEG.

Berikut adalah tahapan dalam pencetakan pasta pada substat :

(28)

25

Beni Rama, 2015

(b) Meletakkan substrat yang akan dicetak pada alat screen printer. Aktifkan penghisap pada tempat substrat agar substrat tidak mudah bergerak.

(c) Mencocokkan pola screen dengan substrat sehingga tidak terjadi kesalahan penempatan saat memulai pencetakan.

(d) Mengolesi pasta dalam screen yang telah dipasang secukupnya. (e) Memulai pelapisan dengan menghidupkan screen printer.

(f) Melepaskan substrat dari alat acreen printer dengan melemahkan penghisap terlebih dahulu.

(g) Mengambil/membersihkan sisa-sisa pasta yang ada pada rakel screen printer serta pada screen dan simpan kembali untuk pemakaian selanjutnya jika diperlukan.

(h) Membersihkan screen dengan thinner untuk menghilangkan sisa pasta yang menempel pada screen.

Pencetakan pasta diatas dilakukan dengan urutan sebagai berikut : (a) Pencetakan pasta AgPd sebagai lapisan sensor konduktivitas.

(b) Pencetakan pasta Ru-based sebagi lapisan temperatur. (Dilanjutkan dengan firing substrat terlebih dahulu).

(c) Pencetakan pasta dielektrik sensor konduktivitas. (d) Pencetakan pasta dielektrik sensor temperatur.

(29)

26

Gambar 3.10. Oven yang digunakan dalam proses drying.

Selanjutnya setelah proses drying, dilakukan proses pembakaran (firing). Pembakaran tersebut dilakukan pada suhu puncak 800 °C dengan menggunakan mesin Firing RTC (Radiant Technology Corporation) kurang lebih selama 45 menit. Pembakaran kedua ialah setelah dielektrik sensor konduktivitas maupun sensor temperatur selesai dicetak. Pembakaran tersebut dilakukan pada suhu puncak 500 °C dengan menggunakan mesin Firing RTC. Proses pembakaran ini berfungsi untuk mengembangkan serta merekatkan pasta pada substrat. Gambar 3.11 menunjukkan proses pembakaran (firing) menggunakan mesin Firing RTC.

(30)

27

Beni Rama, 2015

Gambar 3.13 menunjukkan substrat yang telah dicetak. Bagian kiri menunjukkan substrat setelah dicetak pasta AgPd dan Ru-based serta cammpurannya dengan PEG dan kanan setelah dilapisi dielektrik.

Gambar 3.13. Substrat yang telah dicetak elektroda masing-masing sensor.

Kemudian dilakukan pemotongan substrat untuk memisah-misahkan sel-sel sensor sehingga selanjutnya dapat diuji lebih lanjut. Dimana terdapat 20 sel sensor dari dua substrat yang digunakan. Pemotongan menggunakan alat pemotong khusus dengan mata pisaunya yang terbuat dari intan. Proses pemeotongan substrat dapat dilihat pada Gambar 3.14. Hasil pemotongan substrat dapat dilihat pada Gambar 3.15.

(31)

28

Gambar 3.15. Hasil pemotongan substrat.

3.5Pembuatan Larutan Uji

Sebagian larutan uji yang digunakan ialah larutan standar KCl dari Atlas Scientific yang telah diuji dengan sensor konduktivitas Atlas Scientific K 0.1 yang bernilai 1,352 mS dan 0,102 mS. Untuk menambahkan larutan uji, penulis membuat larutan KCl dan diukur nilai konduktivitasnya dengan nilai molaritas 0,02 M (2,548 mS/cm), 0,04 M (3,766 mS/cm), 0,06 M (5,012 mS/cm), 0,08 M (6,566 mS/cm) dan 0,1 M (7,376 mS/cm). Pengukuran larutan uji dilakukan pada suhu sekitar 25 °C.

Larutan KCl dibuat dari serbuk KCl yang dihaluskan terlebih dahulu. Sejumlah serbuk KCl ditimbang sesuai dengan perhitungan untuk setiap molaritas larutan dan dicampur dengan akuades hingga volumenya mencapai 30 ml. Dengan massa relatif (Mr) KCl 74,55 gr/mol, serta volume larutan (V) yang dibuat adalah 30 ml. Berikut adalah perhitungan massa (m) yang dicampurkan dengan akuades dengan mengubah molaritas larutan uji menggunakan Persamaan 3.1:

�� = �. �� . � (3.1)

a) 0,02 M KCl

(32)

29

Beni Rama, 2015

(33)

30

hingga 80 °C. Hubungan antara resitansi elektroda sensor temperatur dengan suhu dapat digambarkan dalam Persamaan 3.2.

�� = �. �� + �0 (3.2)

Dengan RT merupakan resistansi elektroda pada suhu tertentu. Simbol β

merupakan koefisien perubahan resitansi terhadap perubahan suhu bahan atau sensitivitas bahan. Kemudian ΔT selisih nilai suhu pengukuran dan acuan dan Ro merupakan nilai resistansi elektroda pada suhu acuan.

3.7Pengujian Sensor Konduktivitas

Pengujian sensor konduktivitas dilakukan dengan metode empat elektoda. Dengan dua elektroda digunakan untuk mengukur arus dalam larutan uji serta dua elektroda lainnya digunakan untuk mengukur tegangan pada larutan uji. Setiap pad elektroda dihubungkan dengan kabel menggunakan pasta solder. Dalam pengukuran, sensor diberikan sumber tegangan berupa tegangan square wave dengan frekuensi tertentu. Pengujian-pengujian sensor konduktivitas yang telah dibuat diantaranya :

1. Uji linieritas pengukuran arus dan tegangan terhadap nilai konduktivitas larutan.

2. Uji waktu respon sensor hingga pengukuran stabil.

3. Uji kestabilan pengukuran sensor per-hari selama lima kali.

4. Uji pengukuran sensor dalam temperatur berbeda-beda yaitu 25 °C, 30 °C, 35 °C, 40 °C, 45 °C dan 50 °C. Pemilihan temperatur tertinggi pada 50 °C ini dikarenakan apabila temperatur pengukuran terlalu tinggi, maka larutan uji akan menguap dan menyebabkan nilai konduktivitas larutan menjadi berubah.

(34)

42 Beni Rama, 2015

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1Kesimpulan

Setelah dilakukan penelitian dalam pembuatan dan karakterisasi sensor konduktivitas, didapatkan kesimpulan sebagai berikut :

1. Dilihat dari persamaan konduktansi terukur sensor (C) dengan konduktivitas larutan uji (σ) yang dinyatakan sebagai C = (1,6707σ + 0,0268) mS, sensitivitas sensor yang didapat ialah 1,6707 cm.

2. Sensor dapat merespon perubahan temperatur dengan baik. Dengan menggunakan persamaan hubungan antara konduktansi (C) terukur dengan temperatur (T) yaitu C = (0,0056T + 0,0733) mS serta konduktansi acuan 0,211 mS, faktor kompensasi temperatur (α) larutan uji KCl yang diperoleh ialah 2,65%/°_{C. Nilai ini sesuai dengan referensi yang} menyatakan nilai α larutan garam berada pada rentang 2,2-3%/°_C.

5.2Saran

(35)

43

DAFTAR PUSTAKA

Atkinson, J. K., & Sophocleous, M. (2015). A novel thick-film electrical conductivity sensor suitable for liquid liquid and soil conductivity measurements. Sensors and Actuators B 213, 417–422.

Bagus S, N., Julius, M., & Arief, R. (2013). Perancangan Sensor Konduktivitas Dengan Teknologi Film Tebal (Thick Film). Teknik Elektro Universitas Brawijaya, 1-5.

Darmawan, B. (1990). Termodinamika. Bandung: Institut Teknologi Bandung.

Elektro Indoneisia. (1996, Oktober). Elektro Indonesia. Diambil kembali dari Teknologi Hibrida Film Tebal Salah Satu Pilihan Pengecilan Rangkaian Elektronika: http://www.elektroindonesia.com/elektro/elektro3.html

Elektro Indonesia. (1998, Januari). Pembuatan Konduktor Film Tebal. Diambil

kembali dari Elektro Indonesia:

http://www.elektroindonesia.com/elektro/elek11b.html

Elektronika Dasar. (2015, Januari 25). Persyaratan Sensor dan Tranducer. Diambil kembali dari Elektronika Dasar: http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/persyaratan-sensor-dan-tranducer/

Harper, C. A. (1974). Handbook of Thick Film Hybrid Microelectronics. Baltimore: McGraw-Hill Book Company.

IC Controls. (2005). Technical Article. Diambil kembali dari IC Controls Process

Water Analysis Equipment Since 1979:

http://www.iccontrols.com/support.php?Page=articles

Karawasan, Bagas. (2012, November 21). Teknik Kendali : Tanggapan-tanggapan Sistem. Diambil Kembali dari Bagas Kawarasan:

(36)

44

Beni Rama, 2015

Manurung, R. V., Kurniawan, E. D., Hidayat, J., Aminuddin, & Risdian, C. (2012). Desain dan Fabrikasi Elektroda Biosensor: Metode Teknologi Film Tebal. Jurnal Ilmiah Elite Elektro, 65-70.

Maulana, E. (2014, Sepetember 2014). Lecture: Mikroelektronika – Klasifikasi Teknologi Mikroelektronika. Diambil kembali dari Inspiring the World:

http://maulana.lecture.ub.ac.id/2014/09/lecture-mikroelektronika-klasifikasi-teknologi-mikroelektronika/

Mleczk, K., Zawiślak, Z., Kolek, A., Danilchenko, B., & Voitsihovska, O. (2011).

Electron radiation effects on RuO2-based thick-film temperature sensors. Optica Applicata, 455-462.

Radiometer Analytical. (2004). Index of /files/items/6/618. Diambil kembali dari Laboratory Analytical Chemistry: http://www.analytical-chemistry.uoc.gr/files/items/6/618/agwgimometria_2

Ramos, H. M., Ribeiro, A. L., Komarek, M., & Novotny, M. (2006). Development And Characterization Of A Conductivity Cell For Water Quality Monitoring. Rio De Janeiro: Xviii Imeko World Congress Metrology for a Sustainable Development.

Setiawan, I. (2009). Buku Ajar Sensor dan Transducer. Semarang: Universitas Diponegoro.

Tipler, P. A. (2001). FISIKA Untuk Sains dan Teknik Jilid 2. Jakarta: Erlangga.