Sähkökeraamikomponenttien huoneenlämpötilan valmistusmenetelmä soveltuu myös painettavaan elektroniikkaan
6.2.2019/Text: Maria Väätäjä
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
Pirkka Palomäki brings business and technology expertise to the board of the Finnish Foundation for Technology Promotion
Pirkka Palomäki brings business and technology expertise to the board of the Finnish Foundation for Technology Promotion Photo: Maki.vc. Pirkka Palomäki is an engineer and venture capital investor with experience in various leadership roles as well as founding companies. As a board member of the Finnish Foundation for Technology Promotion, he wants to ensure…
Pirkka Palomäki tuo Tekniikan edistämissäätiön hallitukseen ymmärrystä yritysmaailmasta ja erilaisista teknologioista
Pirkka Palomäki tuo Tekniikan edistämissäätiön hallitukseen ymmärrystä yritysmaailmasta ja erilaisista teknologioista Kuva: Maki.vc. Pirkka Palomäki on diplomi-insinööri ja pääomasijoittaja, jolla on kokemusta niin erilaisista johtotehtävistä kuin yritysten perustamisesta. Tekniikan edistämissäätiön hallituksessa hän haluaa varmistaa, että säätiö pystyy jatkossakin tarjoamaan pitkäjänteistä tukea suomalaiselle huippututkimukselle. Kuka olet ja mikä sai sinut lähtemään Tekniikan edistämissäätiön hallitukseen? ”Olen…
Juho Malmberg aims to enhance impact as Chairman of the Board of the Finnish Foundation for Technology Promotion
Juho Malmberg aims to enhance impact as Chairman of the Board of the Finnish Foundation for Technology Promotion Photographer: Vilja Pursiainen Juho Malmberg is an engineer and professional board member with extensive leadership experience at companies such as Accenture, KONE, and OP Group. As Chairman of the Board of the Finnish Foundation for Technology…