Taipuva elektroniikka tuo uusia sovelluksia
0
Opastekyltti, joka kuvaa muovielektroniikan valmistusteknologian mahdollisuuksia. Joustavalle kalvolle on painettu elektroniikkapiirit, valoa tuottava pinta sekä sensori. Kuva: VTT
Elektroniikka ei tulevaisuudessa aseta nykyisenkaltaisia rajoituksia tuotteiden muotoilulle, sillä valmistustekniikat kehittyvät muovattavampaan ja samalla edullisempaan suuntaan. Uudet tekniikat muuttavat valmistusprosesseja ja mahdollistavat täysin uudenlaisten tuotteiden valmistamisen.
VTT näkee painettavassa ja muovipohjaisessa elektroniikassa suuret mahdollisuudet ja panostaa näiden tutkimukseen. Tekniikat ovat erittäin kustannustehokkaita, mutta vaativat monipuolista teknistä suunnittelua ja osaamista, mikä taas vaikeuttaa tuotteiden kopiointia.
Perinteisen elektroniikan massavalmistuksessa Eurooppa ei pärjää Aasian edullisille työvoimakustannuksille. Eurooppalainen elektroniikkateollisuus voisikin taistella Kiina-ilmiötä vastaan kehittämällä korkean tason osaamista vaativia erikoistuneita elektroniikan valmistusklustereita.
Painettu elektroniikka valetaan muoviin
Elektroniikka on murroksessa. Se sulautuu osaksi yhä useampaa tuotetta. Sitä ei enää valmisteta piirilevyille, vaan painetaan suurina massoina muoville. Kun painettu elektroniikka valetaan muoviin tuotteen osaksi, saadaan yhdellä prosessilla valmistettua sekä optiset komponentit että mekaniikka. Elektroniikasta tulee hyvin sovellusläheistä.
Laitteiden osien määrää voidaan pienentää, kokoonpanokustannuksia laskea ja tuotteiden kestävyyttä parantaa. Lisäksi laitteiden koko pienenee, kun niiden sisälle ei jää tyhjää tilaa.
Uuden tekniikan myötä elektroniikkaa voi tulla myös tuotteisiin, joissa sitä ei ole aikaisemmin totuttu näkemään. VTT esitteli
esimerkkinä älykkään lusikan, joka mittaa tuotteen lämpötilan ja painon. Sen elektroniikka aurinkokennoineen, näyttöineen ja venymäliuskoineen valmistettaisiin painamalla. Elektroniikka valettaisiin muovilusikan sisään ja samalla valmistettaisiin myös käyttöliittymän tarvitsemat painikkeet.
Elektronisia tuotteita voidaan muotoilla nykyistä vapaammin käyttämällä joustavaa materiaalia elektroniikkapiirien valmistuksessa nykyisten piirilevyjen sijaan. Valmis tuote voi olla esimerkiksi osittain tai kokonaan joustava, aerodynaamisempi tai taiteltava. Painamalla elektroniikkapiirit joustavan muovikalvon päälle valmistuskulut ovat alhaisemmat ja valmistusmenetelmä ympäristöystävällisempi kuin kemikaaleja kuluttavien prosessien avulla valmistettujen piirilevyjen.
Tekniikan merkittävimmät haasteet ovat ruiskuvalun parinsadan asteen lämpötila ja tykinlaukausta vastaava korkea paine. Myös suunnittelutyökaluissa on kehittämistä, jotta samalla ohjelmistolla voitaisiin simuloida kolmiulotteisesti elektroniikan, optiikan ja mekaniikan toimintaa.
Origami-elektroniikkaa vuonna 2011
Markkinoille tulee joidenkin vuosien kuluessa elektronisia tuotteita, jotka poikkeavat ominaisuuksiltaan täysin nykyisistä. Muovipohjaiseen painettuun elektroniikkaan perustuvia tulevaisuuden tuotteita voivat olla erityisesti kännykät sekä kodin ja autoteollisuuden elektroniikkalaitteet. Muita sovelluksia voivat olla muun muassa erilaiset integroidut anturit ja valojohteet esimerkiksi valaisussa, tehosteissa, koristeissa, varoittimissa tai opasteissa.
Jo nyt on mahdollista rakentaa yksinkertaisia moduuleja, kuten sensoripaketteja, antenneja ja taustavaloja. Seuraavan kahden vuoden aikana joustavaan pakettiin voidaan yhdistää sensoreita, rfid-piirejä, orgaanisia diodeja sekä aurinkokennoja. Vuosina 2011-2015 markkinoille tulee monimutkaisempaa taiteltavaa "origami-elektroniikka" sekä täysin itsenäisiä järjestelmiä, jotka sisältävät virtalähteen, näytön, logiikan ja toimilaitteet.
Kaikkea ei kuitenkaan voi tehdä muovipohjaisella elektroniikalla. Painamalla ylletään vain 200 mikrometrin viivanleveyksiin. Piitekniikka säilyttää asemansa suorittimissa ja muisteissa.
"Yksinkertaisimmat sovellukset ovat mahdollisia jo tänä päivänä, mutta monimutkaisempien laitteiden ilmestymistä markkinoille joudutaan odottamaan vielä 5-10 vuotta", uskoo VTT:n teknologiapäällikkö Janne Aikio.
"Yksinkertaisimmat sovellukset ovat mahdollisia jo tänä päivänä, mutta monimutkaisempien laitteiden ilmestymistä markkinoille joudutaan odottamaan vielä 5-10 vuotta", uskoo VTT:n teknologiapäällikkö Janne Aikio.
