3-pelapisancu-091121183016-phpapp01

8/3/2019 3-pelapisancu-091121183016-phpapp01

1/28

Teknik Metalurgi-UNJANI 1

PROSESELEKTROPLATING TEMBAGA

Abrianto Akuan, Ir., MT.Teknik Metalurgi - UNJANI


2/28


Manfaat Lapisan Cu: Sebagai lapisan antara. Sebagai stop-offs dalam proses perlakuan panas. Sebagai cetakan dalam proses electroforming. Sebagai pelindung terhadap pengaruh

electromagnetic. Sebagai lapisan penghantar listrik (sirkuitelektronik).

Sebagai lapisan tahan korosi.

Sebagai pencegah thermal shock. Sebagai lapisan dekoratif.


3/28


Jenis elektrolit pelapisan tembaga :

Larutan Sianida Larutan non Sianida Larutan Alkalin Pyrophosphat Larutan Sulfat Larutan Fluoborat


4/28


Komposisi & kondisi operasi proses elektroplating Cu dalam larutan Sianida


5/28


Larutan Sianida Rochelle umumnya digunakan untuk menghasilkanlapisan Cu-strike (ketebalan: 1.0 to 3.0 m).

Larutan Sianida Rochelle konsentasi tinggi digunakan untuk menghasilkan ketebalan diatas 8 m.

Jenis larutan Sianida Rochelle dapat digunakan untuk jenis proses barrel plating.

Proses Cu-plating dengan larutan enis efisiensi tinggi, benda kerja harusdilakukan pelapisan Cu-strike terlebih dahulu dengan ketebalan sekitar 1.3 mdengan jenis larutan Sianida.

Pada Cu-plating dengan menggunakan larutan enis efisiensi tinggi akanmenghasilkan kecepatan proses pelapisan Cu yang 3-5 kali lebih tinggidibandingkan jenis Sianida Rochelle.


6/28


Pada jenis larutan Sianida, rendahnya konsentrasi sianida dapat menyebabkanhasil lapisan menjadi kasar dan tipis tetapi peningkatan konsentrasi sianida akanberpengaruh pula terhadap: laju korosi anoda yang semakin tinggi danmenurunkan efisiensi katoda.Untuk benda kerja baja penambahan NaOH atau KOH akan meningkatkan

konduktivitas larutan dan mencegah korosi pada wadah (baja) anoda, konstruksidan bak larutan.Untuk benda kerja seng hasil die castings, konsentrasi hidroksida harusdipertahankan antara1.3 to 3.8 g/L Untuk benda kerja paduan aluminium, pH larutan harus diturunkan sekitar 9.7-10 dengan penambahan sodium bicarbonate dan selalu ditambahkan tartaric acidatau sodium bicarbonate pada larutan untuk mempertahankan pH antara10-10.5Jenis larutan Sianida dapat dioperasikan pada temperatur kamar tatapi umumnyaantara 32 and 49 C untuk meningkatkan laju pelapisan dan meningkatkanpelarutan anodaJenis larutan Sianida umumnya dioperasikan pada rapat arus katoda dari 1-1.5 A/dm2 dan voltase bak normalnya antara 4 dan 6 V Pengadukan larutan akan menghasilkan komposisi elektrolit yang seragam,korosi apada anoda yang lebih seragam dan meningkatkan rapat arus sehinggalapisan Cu yang terbentuk akan lebih mengkilapRapat arus yang lebih dari 5 A/dm2 dapat diterapkan dengan jenis pengadukanudara dan agitasi pada benda kerjaPenambahan additive dapat dilakukan untuk meningkatkan efisiensi larutan(menurunkan efek pengotor dalam larutan) dengan penambahan complexingagents (tartrate salts). reducing agents (hexavalent chromium) dan wettingagents (surfactants)


7/28


Pada jenis larutan Sianida Rochelle, potassium salts dapat diganti dengansodium salts pada konsentrasi logam Cu tinggi sampai 38 g/L, hal ini dapatmeningkatkan pemakaian rapat arus yang tinggi sampai 6 A/dm2.

Jenis larutan Sianida Rochelle umumnya dioperasikan pada temperatur antara54 and 71 C yang dapat menghasilkan efisiensi terbaik yang dpat menghasilkanlaju pelpisan yang lebih tinggi

Pada larutan Sianida jenis efisiensi tinggi, dapat dioperasikan pada temperatur yang lebih tinggi sampai diatas 77 C (170 F).

Untuk proses Cu-plating material paduan seng die castings, elektrolitnya paling

baik dioperasikan pada temperatur 60-71 C dan pH antara 11.6 dan 12.3.Peningkatan temperatur pada larutan Sianida Rochelle, akan meningkatkanefisiensi anoda dan katoda

Peningkatan pengadukan larutan,akan meningkatkan efisiensi anoda tetapi akanmeningkatkan pembentukan karbonat (karena oksidasi sianida dan jugapenyerapan CO2 bereaksi dengan larutan alkali dalam larutan). Karbonat dapatdiambil dengan cara pendinginan larutan. Tingginya konsentrasi karbonat akanmenurunkan efisiensi anoda serta menghasilkan lapisan yang kasar dan berpori.

pH Larutan Sianida Rochelle sebaiknya dipertahankan antara 12.2 dan 13.0.


8/28


Kurva pengaturan pH larutan elektrolit Rochelle


9/28


Konduktivitas larutan Sianida Rochelle dapat ditingkatkan denganpenambahan sodium hidroksida 2-15 g/L ( to 2 oz/gal). Sodium hidroksidasebiknya diturunkan jika larutan tersebut dioperasikan untuk prosespelapisan: zinc-base die castings, aluminum, atau magnesium (larutandapat terkontaminasi oleh seng dan dapat diambil secara elektrolisislarutan pada temperatur kamar dengan rapat arus 0.2-0.3 A/dm2 yangmenghasilkan lapisan warna kuningan.

Kontaminasi dari besi, tidak dapat diambil dari larutan dan menyebabkanpenurunan efisiensi arus. Untuk mencegahnya perlu ditambahkan wettingagents.

Perlu pengontrolan larutan dan penyaringan larutan secara periodik dengan pemberian karbon aktif.


10/28


Kurva hubungan antara waktu proses elektroplating Cu dengan efisiensi siklus pelapisan


11/28


Kurva hubungan antara efisiensi siklus pelapisan dengan ketebalan lapisan hasil elektroplating Cu


12/28


Batasan konsentrasi & kondisi operasi pada elektroplating Cu dalamlarutan alkaline non cyanide


13/28


Jenis larutan non sianida dioperasikan dengan konsentrasi logam Cu yang relatif lebih rendah yaitu antara 7.5-13.5 g/L.

Kelebihan jenis larutan ini adalah tidak menghasilkan gas sianid (beracun),pengolahan limbah lebih murah, dan hasil lapisan lebih stabil (karena tidak adadekomposisi sianid yang menghasilkan karbonat).

Pada operasi dengan rapat arus antara 0.5-3.5 A/dm2, efisiensi katoda mendekati100%.

Kurangnya pengadukan larutan dapat menghasilkan lapisan yang buram danterbakar pada arus antara1.5 to 2.0 A/dm2

pH larutan enis non sianida adalah antara 9-10, sehingga dapat digunakan untuk Cu-plating strike ataupun akhir

Tidak ada pengaturan awalterhadap pelapisan benda kerja sengc diecast danzincated aluminum

Pada operasi dengan pH dibawah 9, akan menghasilkan lapisan yang lebihmengkilap tetapi daya lekatnya relatif lebih rendah, dan pada pH diatas 10 dapatmenyebabkan lapisan buram

Kontaminan pada enis larutan non sianida lebih rendah. Perlakuan terhadapkotoran pada larutan dilakukan dengan menggunakan hidrogen peroksida dankarbon aktif


14/28


Batasan konsentrasi & kondisi operasi pada eletroplating Cudalam larutan copper pyrophosphate


15/28


Jenis larutan alkalin pyrophosphate digunakan untuk aplikasidlapisan dekoratif termasuk pelapisan pada plastik papan sirkuitelektronik, dan pada lapisan stop-off.

Karakteristik larutan jenis ini adalah diantara larutan sianid dan jenis asam (lebih mendekati larutan sianid jenis efisiensi tinggi).

Larutan ini dapat dioperasikan pada pH netral.

Lapisan yang dihasilkan semi mengkilat.

Efisiensi katoda hampir 100%.

Pada enis larutan pyrophosphate, rapat arus anoda dipertahankanantara 2-4 A/dm2.


16/28


Larutan jenis asam sulfat menghasilkan efisiensi katoda antara 95-

100%.

Larutan jenis ini mudah dioperasikan dan dikontrol.

Menghasilkan lapisan yang halus, mengkilat rata dan lebih ulet.

Jika pengadukan larutan atau agitasi benda kerja rendah, maka rapatarus tidak boleh lebih dari 4.5 A/dm2

Pengontrolan dan penyaringan larutan terhadap kontaminan dilakukandengan menggunakan karbon aktif.


17/28


Spesifikasi dan standar untuk elektroplating Cu


18/28


Perkiraan waktu elektroplating Cu (valensi 1) untuk menghasilkan ketebalan tertentu pada efisiensi 100%


19/28


Jenis larutan Sianida mengandung Cu valensi-1.

Untuk larutan yang mengandung Cu valensi-2 (non Sianida, Sulfat,pyrophosphate, dan fluoborate), maa waktu proses elektroplatingnya manjadi 2kalinya dari watu pada tabel tersebut.

Perlu penambahan waktu hasil koreksi sebagai akibat adanya kehilangan dariefisiensi katoda yaitu sebesar nilai perbedaan antara efisiensi aktual denganefisiensi 100%. Contoh untuk efisiensi katoda sebesar 70%, maka ditambahkan30%nya dari perkiraan waktu yang terdapat pada tabel tersebut.


20/28


Karakteristik Lapisan Cu: Daya lekat. Porositas. Kekerasan. Kerataan.


21/28


Pengotor. Menyebabkan kasarnya lapisan Cu yang dihasilkan,antara lain dari:

benda kerja selesai proses cleaner sehingga membentuk silikat pada larutananoda yang terkorosipengotor sulfida dari bendakerja yang larutmaterial organik yang terbawa dan tidak larut dalam airkarbonat yang terbawa dan tidak larut dalam airoli

partikel halus ataupun debu

Faktor lain yang mempengaruhi kualitas lapisan Cu:

Kemurnian air yang digunakan .

- Besi yang terlarut dalam air dapat menyebabkan lapisan menjadi kasar pada diatas 3.5(besi tidak dapat mengendap).- Klorida diatas 0.44 g/L (0.05 oz/gal) dapat menyebabkan pembentukan lapisan yangtidak rata (globular).- Calcium, magnesium, dan besi yang mengendap pada larutan dan material organik dapat menyebabkan pitting pada lapisan.


22/28


Jenis pengadukan pada elektroplating Cu


23/28


Jenis material untuk pemanas dan filter pada elektroplating Cu


24/28


Jenis material bak & anoda untuk elektroplating Cu


25/28


Grafik ketebalan dan berat lapisan tembaga terhadap luas yang dilapis


26/28


Komposisi standar larutan elektroless Cu

(a) Contoh additive: diethyldithiocarbamate, potassium ferrocyanide,vanadium pentoxide, nickel chloride, polyethylene glycol


27/28


Larutan Electroless TembagaPadatan CuSO4 sebanyak 7 gr atau Cu(NO3)2 .3H2O sebanyak 15 grdilarutkan dalam 500 ml aqua d.m kemudian ditambahkan 30 grKNaC4H4O6.4H2O (Rochelle Salt), kemudian ditambahkan 100 mlFormaldehida 37 % kemudian larutan diencerkan dengan aqua d.msampai 900 ml. Untuk mengatur PH = 11,5 ditambahkan NaOH. Setelah

PH tercapai ditambahkan aqua d.m sampai menjadi 1 liter. Benda kerjadicelup dan diagitasi pada temperatur kamar sampai muncul endapantembaga berwarna kemerahan.

Larutan Electroplating TembagaPadatan CuSO4 sebanyak 110 gr dilarutkan dalam 500 ml aqua d.mkemudian ditambahkan 25 ml H2SO4 (96 %) sedikit demi sedikit lalu

tambahkan pula Cu-60 sebanyak 25 ml dan brightener ( ubeck) dalamlarutan sebanyak 1 ml.

Komposisi elektroless Cu:


28/28


Kontrol Limbah Plating

Dapat dilakukan secara:

Counterflow, menurunkan konsumsi air dan limbah (limbah dipertahankan dalamoperasi plating)

Drip pans, menurunkan elektrolit yang terbuang (limbah).

Closed-loop systems, menurunkan limbah dan mengurangi penggunaan kimia.Sistem ini uga mengolah limbah secara penguapan, penguraian atau pengubahanion-ion.

erutama limbah hasil Cu-plating: pengotor harus dipisahkan dari bak larutankarena pengotor tersebut dapat terjebak dalam limbah selama prosespengolahannya.

3-pelapisancu-091121183016-phpapp01

Documents