Painettava teknologia

Transkriptio

1 Painettava teknologia RFIDLab Finland Roadshow, Oulu Harri Määttä

2 Mitä on painettava teknologia/elektroniikka? Painetun älykkyyden teknologiat ovat perusta käänteentekeville innovaatioille laajentuen erilaisille jo olemassa oleville teollisuuden aloille luoden uusia markkinoita. Syntyvät sovellukset ovat kertakäyttöisiä sensoreita, yksinkertaisia elektronisia komponentteja ja piirejä laajoilla pinta-aloilla, laajan pinta-alan ohuita ja joustavia tuotteita, pakkauksia, kooditeknologioita, painettuja orgaanisia valoa emittoivia diodeja ja orgaanisia aurinkokennoja. Painettu älykkyys on komponentteja ja menetelmiä jotka: * laajentavat painettavan materiaalin funktiota visuaalisesti tulkittavasta tekstistä ja grafiikasta * suorittavat toimintoja osana toiminnallisia tuotteita tai laajempaa systeemiä Painettava teknologia mahdollistaa ohuiden, keveiden ja joustavien rakenteiden valmistamisen Harri Määttä 2

3 Painettava teknologia perustuu: * nestemäisenä prosessoitavaan materiaaliteknologiaan - uudenlaista käyttöä olemassa oleville materiaaleille - kehittyneitä materiaaleja: johtavat polymeerit, nanopartikkelit, bioaktiiviset - materiaaleilla riittävät painettavuusominaisuudet ja sähköinen toiminta * suuret pinta-alat ja määrät mahdollistaviin painamisen kaltaisiin massavalmistusmenetelmiin - jatkuvatoimiset rullalta rullalle painomenetelmät - digitaaliset painomenetelmät - kuumapuristus - pinnoitus (coating) - laminointi * elektroniikan, bioteknologian, kemian, optiikan, optoelektroniikan jne. toiminnallisuuden yhdistämiseen riittävän suorituskyvyn laitteiksi ja systeemeiksi Harri Määttä 3

4 Miksi painamalla? Painamalla tuottamalla saatavia etuja: Nopeus nopeus suuret valmistusmäärät valmistuskustannukset alas Pinta-ala jatkuva rulla ja laitteistot mahdollistavat suurten pinta-alojen sovellukset Joustava, halutunmuotoinen alusta alustan ( piirilevyn ) muodolla ja koolla ei juuri rajoitteita joustava, ohut (~50 µm) alusta uudenlaisia sovelluksia Keveys Teknologia on jo olemassa osa painomenetelmistä satoja, jopa tuhansia vuosia vanhaa teknologiaa Lisäävä menetelmä materiaalihukka pienenee ympäristökuormitus pienenee 2012 Harri Määttä 4

5 Mitä haasteita? Suunnittelusääntöjä ja standardeja painettavaan teknologiaan vasta kehitetään. Suunnittelussa on otettava huomioon prosesseihin, materiaaleihin ja yhteensopivuuksiin liittyviä seikkoja. Komponentin valmistaminen voi vaatia useita painoyksiköitä. Pintakäsittely, sintraus ja kuivatus tulee tehdä step-by-step rainan nopeutta voi joutua hidastamaan tai kulkumatkaa pidentämään todelliset R2R rainanopeudet matalia. Kerrokset voivat olla ohuita < 30 nm. Online laaduntarkkailu haastavaa. R2R pick and place ohuilla ja lämpöherkillä alustamateriaaleilla. Materiaalikustannukset ja materiaalien ominaisuuksien parantaminen Kaupallinen R2R massavalmistus vaatii vielä kehittämistä Harri Määttä 5

6 Historia ja nykypäivä Painotekniikka, Gutenberg 1436 Painettavan elektroniikan tutkimus aloitettu VTT:llä 1900 luvulla 2003 VTT PICO, pilot R2R laite 2006 VTT Center for Printed Intelligence 2009 PrintoCent, (VTT, OY, OAMK, Ouka, Oulu Innovation) 2011/12 PrinLab, Maxi PrintoCent FINANCING - BUSINESS - MARKET Printed Biosensors BioPrint Printed OLED Printed OPV PrinLab Research and infrastructure R2R Pilot Fab 2012 Harri Määttä 6

7 Liiketoiminta Suurehkot potentiaaliset liiketoimintamahdollisuudet n. 10 vuoden sisällä. Kaupallisen läpimurron ajankohta epävarma. Painettavan elektroniikan markkinat ~3.5 mrd. USD 2011 Painettavan elektroniikan markkinat ~24 mrd. USD 2015 (marketsandmarkets) Painettavan teknologian alkupääomainvestoinnit ovat paljon pienemmät kuin muunlaisilla valmistustavoilla. On arvioitu, että PE tehtaan alkuinvestointi on vain kymmeniä miljoonia euroja, piipohjaisen elektroniikan tehtaan kustannusten ollessa kymmenen- jopa satakertaiset. [1] [1] Hodgson A, The role of paper in the future of printed electronics 2012 Harri Määttä 7

8 Liiketoiminta-alueita * Valmistusteknologian siirto ja konsultointi * Tuotekonseptointi ja tuotteiden suunnittelupalvelut * Materiaalien esitestaus ja verifiointi / standardointi * Laite- ja prosessiverifiointi, tuotantokone- ja laitekehitys sekä linjavalmistus * Jälkikäsittely, loppukokoonpano ja pakkaus * Mittalaiteosaamiseen perustuva liiketoiminta * Koulutus ja kurssitus * Sopimusvalmistus Uusia yrityksiä * MK Fluidics (biodiagnostiikka) * FocalSpec (optinen mittaustekniikka R2R valmistuslinja) * Nanordic (nanomateriaalit) * Spektikor (painettavat biosensorit mm. kertakäyttöinen pulssimittari) * Iscent (kuumapuristustuotteet) * TactoTek (käyttöliittymät muovin sisälle) * Global innovation Network (pikadiagnostiikan valmistus ja tuotteet.) 2012 Harri Määttä 8

9 PrinLab - painettavan teknologian kehityslaboratorio Tarjoaa yrityksille ja loppukäyttäjille ympäristön painettavaan teknologiaan ja sen mahdollisuuksiin tutustumiseen Kerää yhteen eri alojen osaajia (Bioteknologia Ict terveydenhuolto - ympäristö ) Keskittyy sovelluksiin Kädet musteessa Painettavan teknologian opetus 2012 Harri Määttä 9

10 Laitteet Dimatix ink-jet material printer Dimatix DMP-2800 is a cost-effective, easy-to-use precision materials deposition system. DMP can be used in applications such as: Ekra E2 screen printer * Material and ink development and evaluation * Printed electronics prototype and sample generation * Ink and substrate interactions evaluation * Printed electronics product development * Optimization and evaluation of digital patterns * Deposition of biological fluids The E2 semi-automatic screen and stencil printer has been designed for printing of a large variety of flexible and rigid substrates for applications with small to medium size production volumes, R&D as well as prototyping purposes. Ekra is equipped with: * manual optical positioning system MOPS * print nest 250 x 250 mm with porous stone * vacuum option with standalone vacuum pump * diamond squeegees up to 250 mm, sha

11 nscrypt Tabletop 3Dn dispensing system The tabletop series dispensing tool is a XYZ computer controlled platform that can drive precision dispensing pumps. With the necessary nsoft software, any pattern can be printed in the XY plane and raised into the Z plane for a conformal surface. The tabletop series micro dispense pump dispensing system offer precision in both 3D (XYZ) printing accuracy and dispensing volume. Tabletop dispensing system is equipped with: R2R machine SOM-100 * Heated smartpump 100, generation 1 * Process view camera system * Heated vacuum chuck * Operator assisted vision alignment Narrow web printed electronics research and development roll-to-roll printing machine. * Gravure unit * Flexo unit * Hot embossing unit * IR and hot air dryer * Web speed and tension adjustable * Web width 75 mm * Printing plate diameter (repeat length) compatible with VTT R2R line

12 Sovellukset Passiiviset komponentit johtimet, vastukset, kondensaattorit, kelat, antennit RFID halvat tagit esim. älykkäisiin pakkauksiin Optiset komponentit muuttuva viivakoodi diffraktiivinen optiikka valojohteet OROM Joustavat paristot Mark Allen, R2R gravure and inkjet printed RF resonant tag OPV, OLED 2012 Harri Määttä 12

13 Painetut anturit kaasujen tunnistamiseen bio kosteusindikaattorit piezo venymäliuska Memory E-paper näytöt hyllyn laitaan Pelit, vempaimet, gizmot painettu palapeli, tietovisa 2012 Harri Määttä 13

14 15 November 2012 Olli Oamkilainen 14