Painotekniikoiden avulla voidaan valmistaa saumattomasti ympäristöön sulautuvaa elektroniikkaa tavoilla, jotka eivät ole perinteisten menetelmien ulottuvissa. Keinot ovat toistaiseksi rajalliset, koska väitöskirjan Tampereen yliopistossa tehneen DI Riikka Mikkosen mukaan tulostaminen hylkiville pinnoille on edelleen varsin haastavaa.
Elektroniikan merkitys kasvaa jatkuvasti, mutta laitteiden määrä ei voi loputtomasti lisääntyä, ja siksi onkin alettu etsiä uusia keinoja sulauttaa elektroniikka ja älykkyys muuhun ympäristöön. SIinä painettava elektroniikka voisi tarjota toimivan ratkaisun, koska elektroniikka voi olla moniulotteista, pehmeää, taipuisaa tai jopa venyvää.
’’Huomattavasta potentiaalistaan huolimatta painettavan elektroniikan eräs keskeinen ongelma on soveltuvien materiaalien rajallisuus. Esimerkiksi jos alusta hylkii nesteitä, voi elektroniikan kuviointi nestemäisillä musteilla osoittautua verrattain haastavaksi. Tällöin materiaaleja ei voida hyödyntää painetuissa laitteissa, vaikka niillä muuten olisi sovelluksen kannalta houkuttelevia sähköisiä tai mekaanisia ominaisuuksia’’, sanoo aluetta Tampereen yliopistossa tutkinut DI Riikka Mikkonen.
Väitöstyössään Mikkonen on tutkinut mahdollisuuksia pinnoittaa sähköisillä materiaaleilla alustoja, jotka hylkivät vettä ja monia muita nesteitä. Koska suurin osa laiteratkaisuista vaatii useamman toiminnallisen kerroksen lisäämistä, työn toinen tavoite oli kartoittaa mahdollisimman yksinkertaisia valmistustapoja monikerroselektroniikan valmistukseen painotekniikoin. Mikkonen kehitti työssään myös mustesuihkutulostettavan silikonimusteen, jota hän käytti eristeenä monikerrosjohdinrakenteissa ja kosketusta havainnoivissa paineantureissa.
’’Digitaaliset valmistusmenetelmät kuten mustesuihkutulostus ovat erityisen hyödyllisiä etenkin prototyyppien valmistuksessa, koska uusia rakenteita voidaan luoda yksinkertaisesti tulostimelle syötettävää kuvatiedostoa muokkaamalla. Lisäksi pisara pisaralta -lisäysmenetelmä vähentää valmistuksessa syntyvän jätemateriaalin määrää verrattuna menetelmiin, joissa tarvitaan esimerkiksi maskeja tai sabluunoja painokuvan muodostamiseen. Nykyään elektroniikkaa voi valmistaa kuluttajille suunnatuilla pöytätulostimilla, joten valmistusmenetelmien haltuunotto ja protoilu onnistuu keneltä tahansa’’, Mikkonen taustoittaa alueen kehitystä.
Valmistuksellisesti lopputulos on aina laitevaatimusten, materiaalivalintojen ja valmistustekniikoiden keskinäinen kompromissi. Mikkosen tutkimustulokset viittaavat kuitenkin siihen, että jos huolelliseen valmistukselliseen optimointiin sekoittaa ripauksen luovuutta, erilaisia sähköisiä ratkaisuja voi valmistaa verrattain helposti ja suoraviivaisesti jopa haastaville pinnoille. Esimerkiksi työssä valmistetut ohuet ja pehmeät silikonipohjaiset rakenteet voisi sulauttaa vaikkapa pehmorobotteihin.
DI Riikka Mikkonen työskentelee tällä hetkellä tutkimus- ja kehitysinsinöörinä tamperelaisessa Forciot Oy:ssä, joka kehittää IoT-anturiratkaisuja, jotka perustuvat juuri painettavan ja venyvän elektroniikan toteutuksiin. Mikkosen väitöskirja Studies of Low Surface Energy Materials for Printed Electronics Applications tarkastetaan kesäkuun 17. päivä Tampereen yliopiston informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunnassa.
Lisää: Väitöskirja (LINKKI, pdf, 18,95 Mt) ja Forciot Oy (LINKKI).
Kuvat: Riikka Mikkonen