Dokumen tersebut membahas proses elektroplating tembaga, termasuk jenis-jenis larutan yang digunakan, komposisi dan kondisi operasi, faktor yang mempengaruhi kualitas lapisan, serta pengolahan limbah hasil proses."

1. PROSES
ELEKTROPLATING TEMBAGA
Abrianto Akuan, Ir., MT.
Teknik Metalurgi - UNJANI
Teknik Metalurgi-UNJANI 1

2. 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 (sirkuit
elektronik).
• Sebagai lapisan tahan korosi.
• Sebagai pencegah thermal shock.
• Sebagai lapisan dekoratif.
Teknik Metalurgi-UNJANI 2

3. Jenis elektrolit pelapisan tembaga :
• Larutan Sianida
• Larutan non Sianida
• Larutan Alkalin Pyrophosphat
• Larutan Sulfat
• Larutan Fluoborat
Teknik Metalurgi-UNJANI 3

4. Komposisi & kondisi operasi proses elektroplating Cu dalam larutan Sianida
Teknik Metalurgi-UNJANI 4

5. • Larutan Sianida Rochelle umumnya digunakan untuk menghasilkan
lapisan 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 jenis efisiensi tinggi, benda kerja harus
dilakukan pelapisan Cu-strike terlebih dahulu dengan ketebalan sekitar 1.3 m
dengan jenis larutan Sianida.
• Pada Cu-plating dengan menggunakan larutan jenis efisiensi tinggi akan
menghasilkan kecepatan proses pelapisan Cu yang 3-5 kali lebih tinggi
dibandingkan jenis Sianida Rochelle.
Teknik Metalurgi-UNJANI 5

6. • Pada jenis larutan Sianida, rendahnya konsentrasi sianida dapat menyebabkan
hasil lapisan menjadi kasar dan tipis tetapi peningkatan konsentrasi sianida akan
berpengaruh pula terhadap: laju korosi anoda yang semakin tinggi dan
menurunkan efisiensi katoda.
•Untuk benda kerja baja penambahan NaOH atau KOH akan meningkatkan
konduktivitas larutan dan mencegah korosi pada wadah (baja) anoda, konstruksi
dan bak larutan.
•Untuk benda kerja seng hasil die castings, konsentrasi hidroksida harus
dipertahankan 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 acid
atau sodium bicarbonate pada larutan untuk mempertahankan pH antara10-10.5
•Jenis larutan Sianida dapat dioperasikan pada temperatur kamar tatapi umumnya
antara 32 and 49 °C untuk meningkatkan laju pelapisan dan meningkatkan
pelarutan anoda
•Jenis 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 sehingga
lapisan Cu yang terbentuk akan lebih mengkilap
•Rapat arus yang lebih dari 5 A/dm2 dapat diterapkan dengan jenis pengadukan
udara dan agitasi pada benda kerja
•Penambahan additive dapat dilakukan untuk meningkatkan efisiensi larutan
(menurunkan efek pengotor dalam larutan) dengan penambahan complexing
agents (tartrate salts). reducing agents (hexavalent chromium) dan wetting
agents (surfactants) Teknik Metalurgi-UNJANI 6

7. •Pada jenis larutan Sianida Rochelle, potassium salts dapat diganti dengan
sodium salts pada konsentrasi logam Cu tinggi sampai 38 g/L, hal ini dapat
meningkatkan pemakaian rapat arus yang tinggi sampai 6 A/dm2.
•Jenis larutan Sianida Rochelle umumnya dioperasikan pada temperatur antara
54 and 71 °C yang dapat menghasilkan efisiensi terbaik yang dpat menghasilkan
laju 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 meningkatkan
efisiensi anoda dan katoda
•Peningkatan pengadukan larutan,akan meningkatkan efisiensi anoda tetapi akan
meningkatkan pembentukan karbonat (karena oksidasi sianida dan juga
penyerapan CO2 bereaksi dengan larutan alkali dalam larutan). Karbonat dapat
diambil dengan cara pendinginan larutan. Tingginya konsentrasi karbonat akan
menurunkan efisiensi anoda serta menghasilkan lapisan yang kasar dan berpori.
•pH Larutan Sianida Rochelle sebaiknya dipertahankan antara 12.2 dan 13.0.
Teknik Metalurgi-UNJANI 7

8. Kurva pengaturan pH larutan elektrolit Rochelle
Teknik Metalurgi-UNJANI 8

9. •Konduktivitas larutan Sianida Rochelle dapat ditingkatkan dengan
penambahan sodium hidroksida 2-15 g/L ( to 2 oz/gal). Sodium hidroksida
sebiknya diturunkan jika larutan tersebut dioperasikan untuk proses
pelapisan: zinc-base die castings, aluminum, atau magnesium (larutan
dapat terkontaminasi oleh seng dan dapat diambil secara elektrolisis
larutan pada temperatur kamar dengan rapat arus 0.2-0.3 A/dm2 yang
menghasilkan lapisan warna kuningan.
•Kontaminasi dari besi, tidak dapat diambil dari larutan dan menyebabkan
penurunan efisiensi arus. Untuk mencegahnya perlu ditambahkan wetting
agents.
• Perlu pengontrolan larutan dan penyaringan larutan secara periodik
dengan pemberian karbon aktif.
Teknik Metalurgi-UNJANI 9

10. Kurva hubungan antara waktu proses elektroplating Cu dengan efisiensi siklus pelapisan
Teknik Metalurgi-UNJANI 10

11. Kurva hubungan antara efisiensi siklus pelapisan dengan ketebalan lapisan hasil elektroplating Cu
Teknik Metalurgi-UNJANI 11

12. Batasan konsentrasi & kondisi operasi pada elektroplating Cu dalam
larutan alkaline non cyanide
Teknik Metalurgi-UNJANI 12

13. •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 ada
dekomposisi sianid yang menghasilkan karbonat).
•Pada operasi dengan rapat arus antara 0.5-3.5 A/dm2, efisiensi katoda mendekati
100%.
•Kurangnya pengadukan larutan dapat menghasilkan lapisan yang buram dan
terbakar pada arus antara1.5 to 2.0 A/dm2
•pH larutan jenis non sianida adalah antara 9-10, sehingga dapat digunakan untuk
Cu-plating strike ataupun akhir
•Tidak ada pengaturan awalterhadap pelapisan benda kerja sengc diecast dan
zincated aluminum
•Pada operasi dengan pH dibawah 9, akan menghasilkan lapisan yang lebih
mengkilap tetapi daya lekatnya relatif lebih rendah, dan pada pH diatas 10 dapat
menyebabkan lapisan buram
•Kontaminan pada jenis larutan non sianida lebih rendah. Perlakuan terhadap
kotoran pada larutan dilakukan dengan menggunakan hidrogen peroksida dan
karbon aktif Teknik Metalurgi-UNJANI 13

14. Batasan konsentrasi & kondisi operasi pada eletroplating Cu
dalam larutan copper pyrophosphate
Teknik Metalurgi-UNJANI 14

15. •Jenis larutan alkalin pyrophosphate digunakan untuk aplikasi
dlapisan dekoratif termasuk pelapisan pada plastik papan sirkuit
elektronik, dan pada lapisan stop-off.
•Efisiensi katoda hampir 100%.
•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.
•Pada jenis larutan pyrophosphate, rapat arus anoda dipertahankan
antara 2-4 A/dm2.
Teknik Metalurgi-UNJANI 15

16. •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 rapat
arus tidak boleh lebih dari 4.5 A/dm2
•Pengontrolan dan penyaringan larutan terhadap kontaminan dilakukan
dengan menggunakan karbon aktif.
Teknik Metalurgi-UNJANI 16

17. Spesifikasi dan standar untuk elektroplating Cu
Teknik Metalurgi-UNJANI 17

18. Perkiraan waktu elektroplating Cu (valensi 1) untuk
menghasilkan ketebalan tertentu pada efisiensi 100%
Teknik Metalurgi-UNJANI 18

19. •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 2
kalinya dari watu pada tabel tersebut.
•Perlu penambahan waktu hasil koreksi sebagai akibat adanya kehilangan dari
efisiensi katoda yaitu sebesar nilai perbedaan antara efisiensi aktual dengan
efisiensi 100%. Contoh untuk efisiensi katoda sebesar 70%, maka ditambahkan
30%nya dari perkiraan waktu yang terdapat pada tabel tersebut.
Teknik Metalurgi-UNJANI 19

20. Karakteristik Lapisan Cu:
• Daya lekat.
• Porositas.
• Kekerasan.
• Kerataan.
Teknik Metalurgi-UNJANI 20

21. Faktor lain yang mempengaruhi kualitas lapisan Cu:
Pengotor. Menyebabkan kasarnya lapisan Cu yang dihasilkan,
antara lain dari:
benda kerja selesai proses cleaner sehingga membentuk silikat pada larutan
anoda yang terkorosi
pengotor sulfida dari bendakerja yang larut
material organik yang terbawa dan tidak larut dalam air
karbonat yang terbawa dan tidak larut dalam air
oli
partikel halus ataupun debu
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 yang
tidak rata (globular).
- Calcium, magnesium, dan besi yang mengendap pada larutan dan material organik
dapat menyebabkan pitting pada lapisan.
Teknik Metalurgi-UNJANI 21

22. Jenis pengadukan pada elektroplating Cu
Teknik Metalurgi-UNJANI 22

23. Jenis material untuk pemanas dan filter pada elektroplating Cu
Teknik Metalurgi-UNJANI 23

24. Jenis material bak & anoda untuk elektroplating Cu
Teknik Metalurgi-UNJANI 24

25. Grafik ketebalan dan berat lapisan tembaga terhadap luas yang dilapis
Teknik Metalurgi-UNJANI 25

26. Komposisi standar larutan elektroless Cu
(a) Contoh additive: diethyldithiocarbamate, potassium ferrocyanide,
vanadium pentoxide, nickel chloride, polyethylene glycol
Teknik Metalurgi-UNJANI 26

27. Komposisi elektroless Cu:
Larutan Electroless Tembaga
Padatan CuSO4 sebanyak 7 gr atau Cu(NO3)2 .3H2O sebanyak 15 gr
dilarutkan dalam 500 ml aqua d.m kemudian ditambahkan 30 gr
KNaC4H4O6.4H2O (Rochelle Salt), kemudian ditambahkan 100 ml
Formaldehida 37 % kemudian larutan diencerkan dengan aqua d.m
sampai 900 ml. Untuk mengatur PH = 11,5 ditambahkan NaOH. Setelah
PH tercapai ditambahkan aqua d.m sampai menjadi 1 liter. Benda kerja
dicelup dan diagitasi pada temperatur kamar sampai muncul endapan
tembaga berwarna kemerahan.
Larutan Electroplating Tembaga
Padatan CuSO4 sebanyak 110 gr dilarutkan dalam 500 ml aqua d.m
kemudian ditambahkan 25 ml H2SO4 (96 %) sedikit demi sedikit lalu
tambahkan pula Cu-60 sebanyak 25 ml dan brightener (Yubeck) dalam
larutan sebanyak 1 ml.
Teknik Metalurgi-UNJANI 27

28. Kontrol Limbah Plating
Dapat dilakukan secara:
•Counterflow, menurunkan konsumsi air dan limbah (limbah dipertahankan dalam
operasi plating)
•Drip pans, menurunkan elektrolit yang terbuang (limbah).
•Closed-loop systems, menurunkan limbah dan mengurangi penggunaan kimia.
Sistem ini juga mengolah limbah secara penguapan, penguraian atau pengubahan
ion-ion.
•Terutama limbah hasil Cu-plating: pengotor harus dipisahkan dari bak larutan
karena pengotor tersebut dapat terjebak dalam limbah selama proses
pengolahannya.
Teknik Metalurgi-UNJANI 28