4. PROSES ELEKTRO KIMIA

4. PROSES
ELEKTRO KIMIA
Tujuan
1. Mengetahui Pengertian dari Electrochemical Machining.
2. Mengetahui kegunaan dari Electrochemical Machining.
3. Mengetahui cara pembuatannya.
4.1
Electroplating
Dalam teknologi pengerjaan logam, proses electroplating dikategorikan
sebagai proses pengerjaan akhir (metal finishing).
Secara sederhana, electroplating dapat diartikan sebagai proses pelapisan
logam, dengan menggunakan bantuan arus listrik dan senyawa kimia tertentu
guna memindahkan partikel logam pelapis ke material yang hendak dilapis.
Pelapisan logam dapat berupa lapis seng (zink), galvanis, perak, emas,
brass, tembaga, nikel dan krom. Penggunaan lapisan tersebut disesuaikan dengan
kebutuhan dan kegunaan masing-masing material.
Perbedaan utama dari pelapisan tersebut selain anoda yang digunakan
adalah larutan elektrolisisnya. Dalam penelitian yang baru belakangan ini (tahun
2004), dilakukan oleh Tadashi Doi dan Kazunari Mizumoto, mereka menemukan
larutan baru (elektrolisis) yang dinamakan larutan citrate ( kekerasan deposit
mencapai 440 VHN ).
Proses electroplating mengubah sifat fisik, mekanik, dan sifat teknologi
suatu material. Salah satu contoh perubahan fisik ketika material dilapis dengan
nikel adalah bertambahnya daya tahan material tersebut terhadap korosi, serta
bertambahnya kapasitas konduktifitasnya. Adapun dalam sifat mekanik, terjadi
perubahan kekuatan tarik maupun tekan dari suatu material sesudah mengalami
pelapisan dibandingkan sebelumnya.
47
K
Karena
itu, tujuan pelapisan logam tidak luput dari tiga
t
hal, yaaitu untuk
m
meningkatka
an sifat tekknis/mekaniss dari suatu
u logam, yaang kedua melindungi
m
l
logam
dari korosi,
k
dan ketiga
k
mempperindah tam
mpilan (decorrative).
4
4.1.1
Prinsip
p Dasar Eleectroplatingg
Kita mengenal istilah anodda, katoda, larutan eleektrolit. Kettiga istilah
t
tersebut
diguunakan selurruh literatur yang berhu
ubungan dengan pelapisaan material
k
khususnya
loogam dan diiilustrasikan seperti padaa Gambar 1.
• Anoda addalah terminnal positif, diihubungkan dengan kutuub positif darri sumber
arus listrikk. Anoda daalam larutan elektrolit adda yang larutt dan ada yanng tidak.
Gamb
bar 4.1 Anooda, Katodaa, dan Elektrrolit
Gam
mbar 4.2 Coontoh hasil electroplatiing
48
Anoda yang tidak larut berfungsi sebagai penghantar arus listrik saja.,
sedangkan anoda yang larut berfungsi selain penghantar arus listrik, juga sebagai
bahan baku pelapis. Katoda dapat diartikan sebagai benda kerja yang akan
dilapisi, dihubungkan dengan kutub negatif dari sumber arus listrik. Elektrolit
berupa larutan yang molekulnya dapat larut dalam air dan terurai menjadi
partikel-partikel yang bermuatan positif atau negatif. Karena electroplating adalah
suatu proses yang menghasilkan lapisan tipis logam di atas permukaan logam
lainnya dengan cara elektrolisis, maka perlu kita ketahui skema proses
electroplating tersebut.
4.1.2 Skema Proses Electroplating
Perpindahan ion logam dengan bantuan arus listrik melalui larutan
elektrolit sehinnga ion logam mengendap pada benda padat yang akan dilapisi.
Ion logam diperoleh dari elektrolit maupun berasal dari pelarutan anoda logam di
dalam elektrolit. Pengendapan terjadi pada benda kerja yang berlaku sebagai
katoda.
Gambar 4.3 Skema proses electroplating
Reaksi kimia yang terjadi pada proses electroplating seperti yang terlihat pada
Pada KATODA Pembentukan lapisan Nikel
Ni2+ (aq) + 2e →Ni (s)
49
Pembentukan gas Hidrogen
2H+ (aq) + 2e →H2 (g)
Reduksi oksigen terlarut
½ O2 (g) + 2H + →H2O (l)
Pada ANODA
Pembentukan gas oksigen
H2O (l) →4H + (aq) + O2 (g) + 4e
Oksidasi gas Hidrogen
H2 (g) →2H+(aq) + 2eMekanisme terjadinya pelapisan logam adalah dimulai dari dikelilinginya
ion-ion logam oleh molekul-molekul pelarut yang mengalami polarisai. Di dekat
permukaan katoda, terbentuk daerah Electrical Double Layer (EDL) yang
bertindak seperti lapisan dielektrik. Adanya lapisan EDL memberi beban
tambahan bagi ion-ion untuk menembusnya. Dengan gaya dorong beda potensial
listrik dan dibantu oleh reaksi-reaksi kimia, ion-ion logam akan menuju
permukaan katoda dan menangkap electron dari katoda, sambil mendeposisikan
diri di permukaan katoda. Dalam kondisi equilibrium, setelah ion-ion mengalami
discharge menjadi atom-atom kemudian akan menempatkan diri pada permukaan
katoda dengan mula-mula menyesuaikan mengikuti susunan atom dari material
katoda.
a. PELAPISAN TEMBAGA
Dalam pelapisan tembaga digunakan bermacam-macan larutan elektrolit,
yaitu :
1. Larutan asam
2. Larutan sianida
3. Larutan fluoborat
4. Larutan pyrophosphat
Diantara empat macam larutan di atas yang paling banyak digunakan adalah
larutan asam dan larutan sianida
50
b. PELAPISAN TIMAH PUTIH
Pelapisan timah putih pada besi dengan cara listrik (elektroplating) sudah
sangat lama dilakukan untuk kaleng-kaleng makanan, minuman dan sebagainya.
Pelapisan secara listrik pada umumnya sudah menggantikan pelapisan secara
celup panas, karena pelapisan secara celup panas menghasilkan lapisan yang tebal
dan kurang merata (kurang halus) sedangkan pelapisan secara listrik dapat
menghasilkan lapisan yang tipis dan lebih merata/halus. Dengan keuntungan
tersebut pada saat ini lebih banyak industri yang melakukan pelapisan timah putih
secara listrik dari pada secara celup panas (Hot Dip Galvanizing).
c. PELAPISAN SENG
Seng sudah lama dikenal sebagai pelapis besi yang tahan korosi, murah
harganya, dan mempunyai tampak permukaan yang cukup baik. Pelapisan senga
pada besi dilaksanakan dengan beberapa cara seperti galvanizing, sherardizing,
atau metal spraying. Namun pelapisan secara listrik (elektroplating) lebih disukai
karena mempunyai beberapa keuntungan bila dibandingkan dengan cara-cara
pelapisan yang lain, diantaranya :
a. Lapisan lebih merata
b. Daya rekat lapisan lebih baik
c. Tampak permukaan lebih baik
Karena beberapa keuntungan itulah maka lebih banyak dilaksanakan
pelapisan secara listrik daripada cara-cara lainnya. Pelapisan seng secara listrik
kadang juga disebut elektro-galvanizing. Larutan elektrolit yang sering digunakan
ada dua macam yaitu larutan asam dan larutan sianida. Bila kedua larutan tersebut
dibandingkan maka permukaan lapisan hasil dari penggunaan larutan sianida
adalah lebih baik jika dibandingkan dengan larutan asam. Namun larutan asam
digunakan bila dikehendaki kecepatan pelapisan yang tinggi dan biaya yang lebih
murah. Larutan lain yang sering digunakan pada pelapisan adalah larutan alkali
zincat dan larutanpyrophosphat.
51
d. PELAPISAN NIKEL
Pada saat ini, pelapisan nikel pada besi banyak sekali dilaksanakan baik
untuk tujuan pencegahan karat ataupun untuk menambah keindahan. Dengan hasil
lapisannya yang mengkilap maka dari segi ini nikel adalah yang paling banyak
diinginkan untuk melapis permukaan. Dalam pelapisan nikel selain dikenal
lapisan mengkilap, terdapat juga jenis pelapisan yang buram hasilnya. Akan tetapi
tampak permukaan yang buram inipun dapat juga digosok hingga halus dan
mengkilap. Jenis lain dari pelapisan nikel adalah pelapisan yang berwarna hitam.
Warna hitam inipun tampak menarik dan digunakan biasanya untuk melapis laras
senapan dan lainnya.
e.
PELAPISAN KHROM
Selain nikel, maka pelapisan khrom banyak dilaksanakan untuk
mendapatkan permukaan yang menarik. Karena sifat khas khrom yang sangat
tahan karat maka pelapisan khrom mempunyai kelebihaan tersendiri bila
dibandingkan dengan pelapisan lainnya. Selain sifat dekoratif dan atraktif dari
pelapisan khrom, keuntungan lain dari pelapisan khrom adalah dapat dicapainya
hasil pelapisan yang keras. Sumber logam khrom didapat dari asam khrom, tapi
dalam perdagangan yang tersedia adalah khrom oksida (Cr2O3) sehingga
terdapatnya asam khrom adalah pada waktu khrom oksida bercampur dengan air.
Gambar 4.4 Pelapisan Khrom
52
Pencampuran bahan untuk proses electroplating ini biasanya dengan
perbandingan berat antara katalis dengan kromnya adalah 1:100 sampai 1:70.
Katalis yang digunakan juga cukup murah yaitu asam sulfat (H2SO4). Hati hati
dengan uap krom yang dapat membuat saluran pernafasan kita keracunan,
terutama berasal dari proses electroplating itu sendiri. Untuk proses lengkapnya
bisa dilihat di Electroplating Process.
4.2
PCB (Printed Circuit Board)
PCB (Printed Circuit Board) adalah sebuah papan yang digunakan untuk
mendukung semua komponen-komponen elektronika yang berada diatasnya,
papan PCB juga memiliki jalur-jalur konduktor yang terbuat dari tembaga dan
berfungsi untuk menghubungkan antara satu komponen dengan komponen
lainnya.
Papan PCB dengan bentuk cetakan digunakan untuk menempatkan
rangkaian agar tersusun dengan rapi tetapi untuk PCB yang belum terbentuk
jalur disebut dengan Copper Clad / PCB kosong.
Kegunaan PCB
•
Menghubungkan arus diantara komponen komponen rangkaian, agar arus
mengalir seperti pada sebuah kabel / konduktor yang cukup ideal, dengan
memperhatikan nilai:
¾ Resistansi
¾ induktansi
¾ kapasitansi
¾ Menempatkan komponen elektronika pada susunan yang memperhatikan
kekokohan susunan sehingga mengurangi kerusakan fisis
Jenis PCB
Menurut jenis isolator;
¾ Pertinax / pertinak
¾ Fiber glass / Fibreglass
¾ Teflon
53
¾ Plastik
¾ dll
Kondisi pemakaian PCB
•
Rigid / kaku bahan isolasi pertinax, fibreglass
•
Semi rigid bahan isolasi fibreglass
•
Flexible bahan isolasi plastik seperti PCB sambungan untuk catride priter
Ketebalan lapisan tembaga
Umum yang ada di pasaran indonesia sekitar 35 microMeter
4.2.1
Proses pembuatan PCB dengan menggunakan rugos atau sablon cat:
1. Gambar jalur-jalur kelistrikan sesuai dengan skema yang diimgimkan.
2. Siapkan PCB polos.
3. Tempelkan jalur rangakain yang telah dibuat pada PCB polos, kemudian
tandai dengan paku tiap lubang yang akan dibuat.
4. Gambar jalur-jalur sirkut dengan menggunakan rugos atau sablon cat.
5. Potong PCB polos sesuai ukuran yang dibuat.
6. Larutkan bahan aktif (larutan yang dipakai adalah larutan Ferrit Clorida).
Dan siapkan wadah dari plastik, mengapa memakai wadah dari plastic,
karena jika mamakai wadah dari logam, maka wadah tersebut akan ikut
terkorosi oleh cairan ferrit clorida (FeCl3). Setelah wadah disiapkan, maka
masukkan 150gr bubuk FeCl3 pada wadah lalu masukan sedikit demi
sedikit air panas kedalam wadah berisi bubuk FeCl3 tersebut dan di aduk
perlahan-lahan agar semua bubuk FeCl3 terlarut semua didalam air.
7. Masukkan PCB yang telah di gambar tadi ke dalam wadah yg telah
tercampur larutan FeCl3, tunggu kira sampai 5-10menit, sambil wadah
tersebut diaduk-aduk.
8. Angkat PCB dengan menggunakan alat bantu seperti penjepit. karena
larutan FeCl3 adalah larutan yang sangat keras, dan berbahaya pada tangan.
54
9. Cuci PCB dengan menggunakan air bersih, kemudian keringkan PCB
tersebut. Dan amples bagian-bagian yang terdapat rugos yang menempel
10. Setelah itu baru proses bor dan perakitan PCB dan siap untuk digunakan,
4.2.2
Pembuatan PCB (Printed Circuit Board) dengan menggunakan
Printer Laser Jet
Gambar 4.5 Circuit PCB
Cara membuat PCB berikut ini adalah cara yang paling praktis, selain
biayanya sangat murah, hasilnya juga tidak kalah menarik dan rapi dibanding
dengan cara menulis langsung dengan spidol permanen, Sablon (Rugos atau
sablon cat), atau pakai media Transfer Paper (original) yang harganya lumayan
mahal.
Sebagian besar orang mungkin sudah tidak asing lagi dengan metode ini,
namun bagi yang belum terbiasa tidak ada salahnya untuk mencoba, apalagi saat
sekarang perancangan jalur PCB telah sangat mudah dilakukan dengan komputer.
Bahan-bahan dan peralatan yang harus disiapkan adalah :
1. Printer Laser Jet (Tinta Toner) jika tidak ada bisa memakai hasil Foto
Copy-an
2. Kertas (bekas) Kalender dinding yang tidak kusut
3. Papan PCB
4. Amplas kertas halus (abrasive paper)
5. Setrika listrik
55
6. Ferri Cloride (FeCl3)
7. Bor PCB
8. Pisau (Cutter)
9. Penggaris (stainless steel)
10. Spidol permanent (jika diperlukan)
11. Komputer + salah satu Software (TraxMaker, Protel, Eagle, DipTrace,
ExpressPCB dsb. )
Pemindahan jalur ke papan PCB
1. Gambar dari Program PCB diprint ke kertas bekas Kalender (tentunya disisi
yang masih kosong, usahakan kertas kalender dipilih yang masih bersih).
2. Jika printer Toner tidak ada, maka bisa di print ke kertas biasa lalu di Foto
Copy, tapi hasil Foto Copynya (Target) harus diatas kertas Kalender.
3. Setelah ter-print ke kertas kalender dan memastikan tidak ada jalur yang
putus, guntinglah gambar PCB tersebut kira-kira 2-3mm diluar garis gambar.
4. Potong PCB dengan pisau Cutter seukuran gambar PCB yang baru saja diprint,
ratakan pinggiran PCB sampai rata dan tidak tajam.
5. Ampelas seluruh permukaan PCB sambil dibasahi dengan air, lakukan proses
pengampelasan dengan cara memutar searah jarum jam sampai bersih, lalu
keringkan.
6. Panaskan Setrika, set pengatur panas kira-kira 1/4.
7. Posisikan gambar PCB diatas papan PCB, jalur PCB (tinta Toner) menghadap
ke papan PCB (tembaga).
8. Diatas kertas kalender lapisi dengan kertas biasa, agar Text yg ada di kalender
tidak menempel ke permukaan Setrika.
9. Tekan Setrika agak kuat diatas kerta kalender yang sudah dilapisi dgn kertas
biasa
tadi sampai kira-kira 30 detik sampai gambar menempel ke papan PCB dan
lakukan
penggosokan secara merata ke permukaan yg lain.
56
10. Waktu yang diperlukan selama proses setrika +/- 3 menit, jangan sampai lebih
dari 4 menit karena jika terlalu lama biasanya gambar akan melebar/pudar.
11. Setelah kertas kalender menempel ke PCB lalu dinginkan papan PCB dengan
cara di angin-anginkan, jangan sekali-kali langsung direndam ke air atau
diblow dengan udara dingin / AC, gambar (toner) bisa terkelupas sewaktu
masuk pada prosesselanjutnya.
12. Jika sudah benar-benar dingin, rendam papan PCB ke dalam air selama +/- 15
s/d 30 menit, tergantung dari tebal/tipisnya kertas kalender, hingga kertas
kalender
nampak basah pada permukaan bagian dalam, biasanya jika menggunakan
kertas kalender yang tipis, kertas akan terkelupas (mengapung) dengan
sendirinya.
13. Lepaskan kertas kalender pelan-pelan dengan tangan sampai gambar/jalur
nampak, lalu sedikit-demi sedikit bersihkan sisa-sisa kertas yang masih
nempel dengan bantuan sikat gigi bekas, terutama kertas yang nempel pada
bagian lubang/pads komponen dan diantara jalur-jalur sampai bersih.
14. Jika terdapat jalur yang putus, baru gunakan Spidol permanent untuk
membantu menyambungnya.
Proses pelarutan PCB.
1.
Masukkan Ferric Cloride (FeCl3) secukupnya ke dalam wadah plastic
(paling tidak 1 bungkus kemasan), dan masukkan air panas/hangat
secukupnya +/- 100ml (½ gelas), sampai seluruhnya lebur dengan air.
2.
Masukkan papan PCB kedalam larutan Ferri Cloride (FeCl3) tadi, dan
agar prosesnya lebih cepat, bantu dengan cara menggoyang-goyang
wadahnya .
3.
Sambil diamati jika papan PCB sudah seluruhnya lebur, maksudnya
tembaga yang tidak tertutup oleh gambar/toner, maka angkat papan PCB
dan bersihkan dengan air yang mengalir (air kran).
4.
Untuk membersihkan gambar/toner, gosokan amplas pelan-pelan sambil
disiram air kran sampai benar-benar bersih.
57
5.
Periksa kembali apakah terdapat jalur yang putus.
6.
Bor papan PCB sesuai besarnya kaki komponen (0,8mm s/d 1,5mm)
7.
Bersihkan papan PCB.
8.
Papan PCB siap untuk dipasang komponen.
Hal hal yang perlu diperhatikan saat melaksanakan penyolderan :
•
Panas solder sesuai dengan bidang yang akan disolder
•
Tinol sesuai dengan kapasitas sambungan yang diharapkan
•
Kebersihan ujung solder/terlapis timah/ingat bantal setan
•
Kebersihan bagian/area yang akan disolder
•
Penempatan titik sentuh panas pada area yang harus disentuh
•
Perhatikan waktu tempel baut solder terhadap komponen yang disolder/
ingat komponen semikonduktor
58