Mitä on painettu elektroniikka?

Painettu elektroniikka on teknologia, joka yhdistää elektroniikan ja graafisen painamisen. Nimensä mukaisesti painettu elektroniikka mahdollistaa elektroniikassa tarvittavien johtimien ja komponenttien painamisen erilaisille, usein hyvin ohuille ja taipuisille, alustoille painatuslaitetta käyttäen. Tähän soveltuu myös esimerkiksi yksinkertaisesti kotikäyttöön tarkoitetulla mustesuihkutulostimella tulostaminen, mihin tässä blogissa keskitymme. Tulostamalla tuotetulla elektroniikalla on monia hyviä ominaisuuksia, kuten helppo valmistusprosessi, taipuisuus/joustavuus, ohuus, ympäristöystävällisyys, kustannustehokkuus, elektroniikan koon muokkailtavuus ja puettavuus sekä muutenkin muotoutuvuus.

Painetun elektroniikan voidaan katsoa saaneen alkunsa jo ennen 1950-lukua ja olleen aina sittemmin jollain tapaa osana elektroniikan tuotantoa tai kehitystä, mutta vasta hiljattain tekniikka on alkanut todella yleistyä. Yleistymiseen on ollut syynä varsinkin erilaisten nanomateriaalien kehittyminen.

Tulevaisuudessa painetun elektroniikan ajatellaan olevan tärkeässä roolissa varsinkin sellaisilla aloilla joiden tuotteita ovat: valaistus, aurinkokennotekniikka, näytöt, integroidut älykkäät systeemit (RFID, erilaiset älytuotteet) ja elektroniikkakomponentit (paristot, antennit, muisti jne.). Kysyntä tekniikalle on siis varmasti jatkuvassa kasvussa.

RFID

RFID-tunniste – ehkä yksi painettua elektroniikkaa eniten hyödyntävistä tuotteista.

Painetun elektroniikan painamiseen voidaan käyttää useita eri menetelmiä, mutta meidän projektiryhmämme tapauksessa ehdottomasti mielenkiintoisin on mustesuihkutulostus, jota itse omassa projektissamme hyödynnämme. Onnistuneen tulostamisen kannalta tärkeitä huomioitavia parametreja voidaan ajatella olevan tulostimen tuottaman tulosteen resoluutio, tulosteen yhtenäisyys, alustastakin riippuva pinnan kastuvuus, musteen ja mustesuihkupäiden yhteensopivuus sekä tulostuksen hinta. Nämä asiat tulee ottaa huomioon omaa tulostuslaitteistoa suunnitellessa. Projektissamme käyttämämme tulostin on Epson-merkkinen tavallinen kuluttajatason mustesuihkutulostin ja sen tulostama muste on AgIC-yrityksen tuottamaa hopeananopartikkelimustetta, jota tulostamme PET-kalvolle tai valokuvapaperille.

painanta

Erilaisia painantatekniikoita painetulle elektroniikalle.

Painetun elektroniikan hyödyntämät johtavat musteet perustuvat nykyisin pääasiassa metallipartikkelien hyödyntämiseen, kuten hopeananopartikkelimuste. Hopea sopii tarkoitukseen hyvin, koska mikä tärkeintä, niin metallina hopea johtaa sähköä ja lisäksi se ei kovin helposti hapetu eli oksidoidu, kuten esimerkiksi kupari. Oksidoituminen haittaa johtumista. Johtavassa musteessa partikkelien tulee lisäksi olla niin sanotusti kapseloituina polymeeriin, joka estää partikkelien kasaantumisen juoksevassa musteessa. Kun muste tulostetaan, tulee tuloste usein lämmittää jopa noin 100 asteessa, mikä tuhoaa metallipartikkelit kapseloivan polymeerin ja sintraa eli yhdistää metallipartikkelit kiinteäksi johteeksi. Vaihtoehtoisesti substraatti eli pinta jolle tulostetaan voi olla käsitelty niin, että metallipartikkelit liittyvät toisiinsa ilman sen kummempia musteen jälkikäsittelytoimenpiteitä. Esimerkiksi juurikin tällaista valmiiksi käsiteltyä kalvoa ryhmällämme on käytössä musteen tuottaja AgIC:lta, johon tulostettuna hopeananopartikkelimuste kuivuttuaan johtaa virtaa samantien, muutoin eri substraattipintojen tapauksessa tarvitaan tulosteen lämmittämistä.

 

Lähteet:

[1] Suganuma, K., Introduction to Printed Electronics, Inst of Scientific & Industrial Research, Osaka University, Japan, 2014.

[2] Kela, L., Auvinen, A., Tapper, U., Hokkinen, J., Metallic nanoparticles for conductive inks, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo, Finland, 2014.