Sähkökeraamikomponenttien huoneenlämpötilan valmistusmenetelmä soveltuu myös painettavaan elektroniikkaan

6.2.2019/Text: Maria Väätäjä

TES-blogikuva_MariaVaataja_kuv.MikkoNelo

Sähkökeraamikomponentteja käytetään lähes kaikissa elektroniikkaa hyödyntävissä laitteissa. Sähkökeraamit ovat kiinteitä epäorgaanisia materiaaleja, jotka eroavat esimerkiksi astioissa käytettävistä keraameista siinä, että niillä on hyödyllisiä sähköisiä ja magneettisia ominaisuuksia. Niiden muokkaus komponenteiksi vaatii perinteisesti korkeita lämpötiloja (yli 1000 °C), jälkityöstöä ja haastavia liitostekniikoita. Nyt kaikki tämä onnistuu myös huoneenlämmössä suoraan lämpöherkälle alustalle ilman jälkityöstöä.

Vähemmän energiaa, enemmän mahdollisuuksia

Väitöskirjatyössäni jatkan tutkimusyksikössämme kehitettyä sähkökeraamikomponenttien huoneenlämpötilan valmistusmenetelmän kehitystä myös painettavaan elektroniikkaan. Huoneenlämpötila on keraamien valmistuksessa erittäin matala lämpötila ja perinteiseen menetelmään verrattuna se onkin merkittävästi energiatehokkaampi. Erilliskomponenttien valmistamisen lisäksi kehitetty menetelmä mahdollistaa ensimmäisen kerran sähkökeraamien ominaisuuksien täydellisen hyödyntämisen myös lämpöherkillä alustoilla, kuten muovilla ja paperilla.

Lisää vain vesi

Lämpöenergian sijaan huoneenlämpötilan menetelmässä käytetään hyödyksi tiettyjen keraamimateriaalien liukoisuutta. Esimerkki vesiliukoisesta keraamista on tutkimani myrkytön litiummolybdaatti (Li2MoO4), joka sähköisten ominaisuuksiensa puolesta sopii käytettäväksi korkean taajuuden tietoliikennesovelluksissa. Valmistusprosessi on yksinkertainen. Keraamin joukkoon sekoitetaan pieni määrä vettä ja saadaan tahnamainen seos. Tahnan sisältämä neste sitoo jauhehiukkaset ja auttaa niiden pakkautumista komponenttia valmistettaessa. Eri prosessivaiheiden jälkeen saadaan kiinteä täysin keraaminen kappale. Orgaanisia sidosaineita ei tarvita ja prosessia voidaan nopeuttaa haihduttamalla loppu vesi 120 °C lämpötilassa.

Nyt myös painamalla

Muuttamalla veden määrää saadaan eri paksuisia tahnoja, joista voidaan tehdä komponentteja eri tavoin. Tuoreimmassa tutkimuksessani optimoin tahnan sopivaksi silkkipainotekniikalle. Silkkipainaminen on painettavassa elektroniikassa hyödynnetty yleinen ja nopea tekniikka, joka sopii teolliseen suuren mittakaavan valmistukseen. Tekniikkana se on niin kutsutusti ”lisäävä”, jolloin materiaalia siis lisätään vain halutulle alueelle halutun muotoisena. Alhaisen valmistuslämpötilan ansiosta pystyin painamaan keraamitahnan suoraan lämpöherkälle muovialustalle. Lukuisia laboratoriossa vietettyjä tunteja ja sinnikkyyttä se kysyi, mutta ongelmanratkaisu ja uuden oppiminen ovat työni innostavimpia puolia satunnaisesta tuskaisuudestaan huolimatta.

Kirjoittaja Maria Väätäjä työskentelee tohtorikoulutettavana Mikroelektroniikan tutkimusyksikössä Oulun Yliopistossa. Hän sai Tekniikan edistämissäätiöltä kannustusapurahan väitöskirjatyöhönsä vuonna 2018.

Kuva: Mikko Nelo

Uusimmat artikkelit

Monimutkaisen projektin johtaminen vaatii systemaattista yhteen hiileen puhaltamista

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 22.9.2022

Monimutkaisen projektin johtaminen vaatii systemaattista yhteen hiileen puhaltamista 22.9.2022/Teksti: Laura Saukko Lehdistössä olemme usein saaneet lukea esimerkiksi suurten infrastruktuuri- tai rakennusprojektien kustannusten karkaamisesta ja muista epäkohdista projektien toteutuksissa. Tiedetään, että projektin toimijoiden välisen yhteistoiminnan avulla saavutetaan huomattavasti aiempaa parempia lopputuloksia. Käytännön askelmerkeissä siihen, kuinka sujuvaan yhteistoimintaan päästään, on kuitenkin vielä selvitettävää. Väitöstutkimuksessani pureuduin niihin konkreettisiin … Jatka artikkeliin Monimutkaisen projektin johtaminen vaatii systemaattista yhteen hiileen puhaltamista

Stacked Cell Culture Platform: A Step Closer to Biologically Relevant in vitro Studies

Kirjoittajalta Marianna / 6.9.2022

Stacked Cell Culture Platform: A Step Closer to Biologically Relevant in vitro Studies  6.9.2022/Text: Diosangeles Soto Veliz Traditional cell culture platforms consist mostly of flat plastic surfaces. However, the real cellular environment is far from uniform. Cells grow naturally on various kind of surfaces: smooth, fibrous, soft, hard, porous, and all kinds of variations found … Jatka artikkeliin Stacked Cell Culture Platform: A Step Closer to Biologically Relevant in vitro Studies

Signaali, kohina ja pari muuttujaa

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 2.9.2022

Signaali, kohina ja pari muuttujaa  2.9.2022/Teksti: Elias Raninen Datan määrä on kasvanut voimakkaasti viimeisen vuosikymmenen aikana. On arvioitu, että määrällisesti merkittävin osa kaikesta maailman datasta on luotu ihan viimeisten muutamien vuosien aikana. Samalla kun datan määrä jatkaa kasvuaan, yhä tärkeämmäksi muodostuu se, kuinka luotettavasti ja tehokkaasti data saadaan muutettua hyödylliseksi informaatioksi. Tutkimusryhmässämme tutkitaan signaalinkäsittelymenetelmiä, joiden … Jatka artikkeliin Signaali, kohina ja pari muuttujaa