3/2011

Mustesuihkutekniikalla tehdään

pikolitroittain elektroniikkaa

Ville Pekkanen

Ville Pekkanenselvitti väitöstutkimuksessaan mustesuihkutekniikalla
tehtävää sähköisten materiaalien asettamista eli suorakirjoitusta.


Mustesuihkutekniikalla voidaan tehdä mikroelektronisia rakenteita esimerkiksi mobiililaitteisiin ja integroida elektronista toimintaa myös epätavanomaisiin paikkoihin. Nyt tämä digitaalisen konvergenssin eli yhteensulautumisen uusi vauhdittaja odottaa kypsymistään kaupallisiin sovelluksiin.

Idea mustesuihkutekniikan käytöstä mikroelektronisten rakenteiden tekemiseksi on yksinkertainen. Kyse on kotitulostimista tutusta tekniikasta: tulostimella ammutaan pienenpieniä nestepisaroita musteella, jolla on jokin sähköinen ominaisuus, esimerkiksi johtavuus tai puolijohtavuus.

Käyttämällä tulostimen musteessa nanokokoisia metallihiukkasia voidaan tehdä esimerkiksi johteita. Lisäämällä eristäviä musteita taas voidaan valmistaa monikerroksisia, kolmiulotteisia rakenteita. Pikolitran eli litran triljoonasosan kokoisilla pisaroilla muodostetaan erittäin tarkkoja rakenteita hukkaamatta juuri lainkaan materiaalia.

- Periaatteessa helppoa, mutta käytännössä menetelmään liittyy iso joukko poikkitieteellisiä haasteita, jotka syntyvät muun muassa kemiasta, fysiikasta ja elektroniikan suunnittelusäännöistä sekä komponenteista. Tästä kokonaisuudesta ei ole juurikaan ollut kvantitatiivista tutkimustietoa, kertoo tekniikan tohtori Ville Pekkanen. Hän selvitti väitöstutkimuksessaan mustesuihkutekniikalla tehtävää sähköisten materiaalien asettamista eli suorakirjoitusta.

KUKA: TkT Ville Pekkanen

  • TkT Ville Pekkanen toimi tutkijana ja teki väitöskirjatyönsä TTY:n elektroniikan laitoksella vuosina 2007 - 2011 painettavan elektroniikan alaan kuuluvasta mustesuihkutekniikasta.
  • Työskentelee Epicrystals Oy:ssä Tampereella optoelektroniikan pakkauksen parissa
  • Toimii myös elektroniikan miniatyrisoinnin tuntiopettajana TTY:n elektroniikan laitoksella

Tulokset yllättivät laitevalmistajatkin

Mustesuihkutekniikka on yksi painettavan elektroniikan sovellusalueista, ja alan tutkimusta on viime vuodet viety maailmalla kasvavasti eteenpäin. Silti tutkimustuloksia on vähän ja ne ovat olleet keskenään erilaisia. Ville Pekkasen mukaan oli selkeä tarve kvantitatiivisen tiedon hankkimiseksi prosessin stabiloimiseksi, mallintamiseksi ja optimoimiseksi.

- Sitä tehtiin nyt pitkälti projekteissa, joissa yrityskumppaneiden kanssa testattiin olisiko tiettyjä sovelluksia mahdollista valmistaa mustesuihkutekniikalla.

- Nyt myös tiedämme, että mustesuihkutekniikkaa voidaan soveltaa mikroelektroniikan valmistaukseen ja käyttää mikroelektroniikan kytkentöihin. Teimme sekä jäykille että joustaville tulostusalustoille sellaisia mikroelektroniikan kytkentöjä, joita kansainvälisessä tiedeyhteisössä ei ole tätä ennen esitetty.

Sovellukset liittyivät integraatioasteen kasvattamiseen ja miniatyrisointiin. Esimerkkejä tällaisista sovelluksista olivat matkapuhelimen osakokonaisuuden integrointi pienennettyyn pakettiin ja mobiililaitteissa käytetyn yhdistelmämuistin kytkentöjen tekeminen, taas komponentin kokoa pienentäen.

Mustesuihkutekniikka sopii erityisesti pienivolyymiseen tuotantoon, jossa tuotetta on muokattava paljon. Digitaalisuus tuo joustavuuden, kun joka iteraatiokierroksella ei tarvita uusia työkaluja, vaan tuotetta voidaan varioida muokkaamalla digitaalista valmistusprosessia.

Tutkimus toteutettiin TTY:n elektroniikan laitokselle kahdella amerikkalaisvalmisteisella, materiaalien asettamiseen tutkimuskäytössä tarkoitetulla mustesuihkutulostimella.

- Teimme niin pieniä rakenteita, etteivät laitteiden valmistajatkaan uskoneet. Valmistimme esimerkiksi 10 pikolitran pisarakoolla noin 35 mikrometriä leveitä johtimia, ja mustepisarat osuivat viiden millimetrin tuhannesosan tarkkuudelle täsmälleen siihen mihin pitikin.


Teksti: Aila Välikoski
Kuva: Petri Laitinen

 

Kerro kaverille
Onko hiilihappojää jäätä?
Onko hiilihappojää jäätä?
3/2011
Onko hiilihappojää jäätä?
Vakavasti mukana pelibisneksessä
Vakavasti mukana pelibisneksessä
3/2011
Vakavasti mukana pelibisneksessä
Kestävä kehitys vaatii yrityksiltä asennemuutosta
Kestävä kehitys vaatii yrityksiltä asennemuutosta
3/2011
Kestävä kehitys vaatii yrityksiltä asennemuutosta
Peruskorjausaalto pyyhkii suomalaista modernismia
Peruskorjausaalto pyyhkii suomalaista modernismia
3/2011
Peruskorjausaalto pyyhkii suomalaista modernismia
Shakkilaudalta virikkeitä koulutyöhön
Shakkilaudalta virikkeitä koulutyöhön
3/2011
Shakkilaudalta virikkeitä koulutyöhön
Säätiöyliopiston ensimmäinen vuosi oli tuloksekas
Säätiöyliopiston ensimmäinen vuosi oli tuloksekas
3/2011
Säätiöyliopiston ensimmäinen vuosi oli tuloksekas
 
3/2011
 
3/2011
 
3/2011

Tampereen teknillinen yliopisto on teknologisen kehityksen tiennäyttäjä sekä tutkimusmaailman ja elinkeinoelämän yhteistyökumppani. Yliopistosta valmistuu haluttuja osaajia yhteiskunnan eri aloille.

Käyntiosoite:
Korkeakoulunkatu 10,
33720 Tampere

Postiosoite:
PL 527, 33101 Tampere

Puhelinvaihde:
03 311 511
ma–pe kello 8–16.15
kesällä ma–pe 8–15.45

Virallinen sähköpostiosoite:
tty.asiointi@tut.fi