47

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.

K

m

l

4

t

k

Karena itu,

meningkatka

logam dari k

4.1.1 Prinsip

Kita

tersebut digu

khususnya lo

• Anoda ad

arus listrik

tujuan pe

an sifat tek

korosi, dan k

p Dasar Ele

mengenal

unakan selur

ogam dan di

dalah termin

k. Anoda da

Gamb

Gam

lapisan log

knis/mekanis

ketiga memp

ectroplating

istilah anod

ruh literatur

iilustrasikan

nal positif, di

alam larutan

bar 4.1 Ano

mbar 4.2 Co

am tidak l

s dari suatu

perindah tam

g

da, katoda,

yang berhu

seperti pada

ihubungkan

elektrolit ad

oda, Katoda

ontoh hasil

uput dari t

u logam, ya

mpilan (decor

larutan ele

ubungan den

a Gambar 1.

dengan kutu

da yang larut

a, dan Elektr

electroplati

tiga hal, ya

ang kedua m

rative).

ektrolit. Ket

gan pelapisa

ub positif dar

t dan ada yan

rolit

ing

48

aitu untuk

melindungi

tiga istilah

an material

ri sumber

ng tidak.

49

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)

50

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) + 2e-

Mekanisme 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

51

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.

52

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

53

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:

Resistansi

induktansi

kapasitansi

Menempatkan komponen elektronika pada susunan yang memperhatikan

kekokohan susunan sehingga mengurangi kerusakan fisis

Jenis PCB

Menurut jenis isolator;

Pertinax / pertinak

Fiber glass / Fibreglass

Teflon

54

Plastik

d l l

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.

55

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

56

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 di-

print,

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.

57

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.

58

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