Painettu elektroniikka on saavuttamassa yhden mikrometrin tarkkuuden

Blogit
Ari Alastalo,
Jaakko Leppäniemi

Elektroniikan painoprosessit kehittyvät yhä tarkemmiksi, mikä mahdollistaa pienten ja suorituskykyisten elektronisten rakenteiden valmistamisen uusiin sovelluskohteisiin. VTT:llä on käytössään Euroopan tarkin reverse offset -painolaite, jolla voidaan saavuttaa yhden mikrometrin tarkkuus. Prosessien kehittyessä painettu elektroniikka voi helpottaa elektroniikkateollisuuden komponenttipulaa ja tarjota uuden kustannustehokkaan ja ympäristöystävällisen vaihtoehdon elektroniikan valmistukseen.

Painettu elektroniikka hyödyntää graafisen teollisuuden painomenetelmiä elektroniikan valmistamisessa. Painoprosessit ovat yksinkertaisia ja kustannustehokkaita, mutta niiden tarkkuus ja suorituskyky ovat rajoittaneet painetun elektroniikan käyttöä. Teknologiaa kehitetään jatkuvasti haasteen ratkaisemiseksi. 

VTT:llä on käytössään Euroopan tarkin reverse offset -painolaite elektroniikan painamiseen. Laite hankittiin Suomen Akatemian tuella ja sitä on ajettu käyttöön vuoden ajan. Tulokset ovat lupaavia. Uusi painolaite mahdollistaa huomattavasti aikaisempaa tarkemmat ratkaisut aina yhteen mikrometriin saakka. Teknologia on myös skaalattavissa rullalta rullalle -menetelmää varten.

Tarkka painettu elektroniikka mahdollistaa uudet sovellukset

Painettua elektroniikkaa voidaan hyödyntää esimerkiksi suurten elektroniikkapiirien valmistamiseen näyttöteollisuudelle. Toinen suuren pinta-alan sovelluskohde ovat metamateriaalipinnat, joilla voidaan suodattaa, peilata ja absorboida valoa tai sähkömagneettista säteilyä esimerkiksi langattoman kommunikaation sovelluksissa. Tällaisia sovelluksia voivat olla esimerkiksi pitkän kantaman suuntaavat radiolinkit tai heijastimet, joilla parannetaan kohteen näkyvyyttä tutkakuvassa. Myös esimerkiksi värejä on mahdollista tulostaa ilman pigmenttiä käyttäen metamateriaalirakenteita. 

Monet painetun elektroniikan potentiaalisista sovellusalueista edellyttävät pienikokoisia ja suorituskykyisiä ratkaisuja. Yksi ilmeinen sovellusalue ovat läpinäkyvät johdinverkot eli ohuista johtimista muodostetut verkkomaiset rakenteet, joiden koko pinta johtaa sähköä. Nämä rakenteet soveltuvat esimerkiksi kosketusnäyttöihin tai aurinkopaneelien valokennoihin, joissa auringonvaloa muutetaan energiaksi. 

Tarkkuutta tarvitaan myös esimerkiksi aktiivimatriiseissa, joita käytetään osoitukseen muistisovelluksissa ja pienen pikselikoon näytöissä. Tarkkoja ratkaisuja voidaan hyödyntää myös bioantureissa, joilla havaitaan pieniä pitoisuuksia erilaisia biomarkkereita eli kehon biologisia tekijöitä, joiden avulla voidaan mitata hyvinvointia tai tunnistaa sairauksia. Painetussa elektroniikassa voidaan käyttää myös hyvin ohuita, taipuisia muovisubstraatteja, jotka ovat vain muutaman mikrometrin paksuisia. Tällaiset substraatit mahdollistavat esimerkiksi elektroniikan tuomisen iholle terveyssovelluksissa. 

Esineiden internetin etätunnisteissa ja langattomassa viestinnässä on suurta kasvupotentiaalia painetulle elektroniikalle. Nämä sovellukset toimivat alan standardien mukaan yli 10 MHz taajuuksilla. Perinteisillä painomenetelmillä ei voida valmistaa elektroniikkaa, joka toimii näin korkeilla taajuusalueilla. Sen sijaan uusilla tarkoilla painotekniikoilla saavutetaan tarvittava suorituskyky. Prosessia on kuitenkin kehitettävä, jotta tämänkaltaisia, monimutkaisia piirejä voidaan valmistaa.

Painoprosessi vähentää kustannuksia ja ympäristövaikutuksia

Painettu elektroniikka voi vähentää myös elektroniikkateollisuuden ympäristövaikutuksia. Painoprosessit kuluttavat vähemmän energiaa ja materiaaleja, eikä niissä käytetä voimakkaita, haitallisia kemikaaleja. Lisäksi painetussa elektroniikassa voidaan käyttää orgaanisia materiaaleja ja valmistaa biohajoavaa elektroniikkaa, mikä vähentää ympäristöön päätyvää elektroniikkajätettä.

Kustannustehokkuuden ja ympäristöhyötyjen saavuttaminen edellyttää, että painoprosesseja kehitetään edelleen yhä tarkemmiksi. VTT:n tarkka painolaite on merkittävä askel tässä kehityksessä. Laitetta käytetään jo useissa projekteissa elektroniikkarakenteiden valmistukseen. Tämä antaa VTT:lle hyvän aseman teknologian jatkokehitykseen ja elektroniikan tuomiseen uusille, merkittäville sovellusalueille. 

Kiinnostuitko? Lue OPE-julkaisun artikkelista tarkemmin painetun elektroniikan mahdollisuuksista.

Jaa
Ari Alastalo

Ari Alastalo

Principal Scientist
Jaakko Leppäniemi

Jaakko Leppäniemi

Senior Scientist