-Popular Mechanics March, Uudet teknologiat ja elektroniikka AT

Transkriptio

1 Aulis Tuominen Tuotteistamisen professori Turun yliopisto "Where a calculator on the Eniac is equipped with 18,000 vacuum tubes and weighs 30 tons, computers in the future may have only 1,500 vacuum tubes and perhaps weigh 1-1/2 tons" -Popular Mechanics March, 1949 Uudet teknologiat ja elektroniikka 1

2 Uudet teknologiat ja elektroniikka ENIAC 1946 ENIAC nykytekniikalla 7.44mm x 5.29mm Huoneen koko 9 m x 15 m Pinta-alan kokoero = 3,43*10 6 Uudet teknologiat ja elektroniikka 2

3 Mikä kehityksen on mahdollistanut? Tutkimus ja tuotekehitys! Suomessa T&K panostus on OECD-maiden huippuluokkaa n. 3,5 % osuudella, kun maiden keskiarvo on 2,26 % Tarvetta on kuitenkin fokusointiin, koska kaikessa ei voida olla maailman huipulla Uudet teknologiat ja elektroniikka 3

4 T&K investointien osuus Suomessa Yhteensä ,970 Meur (Ruotsi Meur, 3.74 % BKT:stä) Uudet teknologiat ja elektroniikka 4

5 Lyhyt elektroniikan historia Kommunikaatioteollisuus alkoi, kun Samuel Morse keksi lennättimen 1837 Ensimmäisen langattoman lähetyksen suoritti Guglielmo Marconi 1896 Radioputki 1906 Lee de Forest TV-lähetys Philo T. Farnsworth 1927 Lähetin-vastaanotin radioita kokeiltiin luvulla poliisiautoissa USAssa Transistori 1947 Shockley, Bardeen, Brattain Mikropiiri 1958 Jack Kilby Mikroprosessori 1971, Faggin,Hoff, Mazor Intel 4004 Uudet teknologiat ja elektroniikka 5

6 Piirilevy Ensimmäiset piirilevyt otettiin käyttöön 1950 luvulla Transistorien yleistymisen myötä laitteidet koot pienenivät Valmistusta ei paljoakaan tutkittu, koska kaikki tapahtui pääosin käsityönä Luotettavuuteen oli kiinnitettävä kuitenkin huomiota erityisesti telekommunikaatio ja- sotilasalueella Uudet teknologiat ja elektroniikka 6

7 Koneautomaatio ja pintaliitostekniikka 1970-luvulle tultaessa, massavlmistuksessa otettiin käyttöön automaattiset asennuskoneet Vuosikymmenen loppuun mennessä myös pintaliitostekniikka alkoi kehittyä, ensin keramiikka-alustoille ja myöhemmin myös orgaanisille piirilevyille Automaatio lisääntyi 1990-luvulla, kun käyttöön tulivat konelinjat ja automaattinen kokoonpano Uudet teknologiat ja elektroniikka 7

8 Pintaliitostekniikka Nimensä mukaisesti komponentit asennetaan levyn pinnalle Pintaliitostekniikan tutkimus oli intensiivistä 1980-luvulla ja erityisesti laatu- ja luotettavuusmenetelmät kehittyivät 1990-luvulla painopiste siirtyi erittäin pieniin pintaliitoskomponentteihin ja suoraliitostekniikkaan Uudet teknologiat ja elektroniikka 8

9 Pintaliitostekniikka 1990-luvun alkupuolella otettiin käyttöön uusia laatutyökaluja, kilpailun verottaessa katteita ja laatutietoisuuden lisääntymisen myötä Tuotantolinjojen ja koneiden optimoinnista tuli tärkeä menetelmä käytön tehostamiseksi Sopimusvalmistus tuli tärkeäksi osaksi valmistusketjua Uudet teknologiat ja elektroniikka 9

10 Uudet pakkaustekniikat 1990 luvun loppupuolella tutkimuksen intensiivisyys siirtyi suoraliitostekniikoihin. Suoraliitostekniikoissa mikropiirien kotelo jätetään kokonaan pois, esimerkkinä lankabondaus suoraan levylle (COB) ja kääntösirutekniikka (Flip Chip) CSP-koteloissa on aina alusta, mutta itse pakkaus on lähes sirun kokoinen (Chip Size Package) COB ennen suojausta ja suojauksen jälkeen CSP:llä toteutettu moduuli Flip chip asennettuna Uudet teknologiat ja elektroniikka 10

11 Tuotekehitysajat ovat lyhentyneet Nykyisin uusia tuotteita odotetaan markkinoille puolen vuoden välein Tuotekehitysprojekteja on siis eri vaiheissa, koska kehittämisaika on pidempi Uudet tuotteet vaativat yhä vain uudempaa tekniikkaa Uusi tekniikaa vaatii tutkimusta Uudet teknologiat ja elektroniikka 11

12 Tulevat teknologiat Kokovaatimusten pienetyessä ollaan ottamassa avuksi uutta pakkaustekniikkaa MCM-moodulit 3-D pakkaukset MEMS-sovellukset Haudatut komponentit ja polymeerivastukset Laitteen kuoreen rakennettu elektroniikka Langattomuus lisääntyy, langattomat laitteet verkottoituvat Uudet teknologiat ja elektroniikka 12

13 Vähän myöhemmin... Hintaeroosio ja paino ja kokovaatimukset vauhdittavat mm. Polymeerielektroniikan käyttöönottoa Mm. OLED näytöt, polymeeritransistorit Nanoteknologian kehittymistä Nanopuolijohteet ja anturit Optisten komponenttien ja optisen tiedonsiirron välittämistä myös piirilevyllä Uudet teknologiat ja elektroniikka 13

14 MCM MCM = Multi Chip Module, samalla alaustalla useampia suoraliitettyjä puolijohteita MCM-L = MCM laminate MCM-C = MCM-Ceramic MCM-D = MCM-Deposited Uudet teknologiat ja elektroniikka 14

15 3D-tekniikka 3D-tekniikkaa voidaan tehdä esimerkiksi latomalla taipuisalle piirilevylle komponentteja ja taivuttamalla levy sen jälkeen Tehokas menetelmä on piirien latominen päällekkäin Fujitsu 8-stack Uudet teknologiat ja elektroniikka 15

16 MEMS Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) Yleensä piille valmistettuja mikromekaanisia laitteita Suomessa VTI Techonologies Oy valmistaa MEMS-kiihtyvyysantureita Uudet teknologiat ja elektroniikka 16

17 Haudatut komponentit Piirilevyn pinnalle asentamisen sijasta komponentit voidaan sijoittaa myös levyn sisään Passiivisten hautaaminen Puolijohteet voidaan haudata piirilevyn sisään, jolloin moduulista tulee piirilevyn paksuinen Uudet teknologiat ja elektroniikka 17

18 Laitekotelo rakennealustana Laitekotelon pinnalle on mahdollista rakentaa johdotus samoin kuin piirilevylle. Komponentit voidaan liittää koteloon ja jättää pois tai yksinkertaistaa varsinaista piirilevyä Sovelluksia ei ole vielä markkinoilla Uudet teknologiat ja elektroniikka 18

19 Langattomuus Bluetooth, lyhyen kantaman radiotekniikkaan perustuva langaton tiedonsiirtotekniikka, jonka tarkoituksena on ollut korvata kaapelit ZigBee-nimellä tunnettu pienitehoinen, lyhyen kantaman laite.tarkoituksena on yksinkertaisten laitteiden verkottaminen langattomasti RFID, langaton identifikointi, esimerkiksi tuotetietojen tarkistukseen Uudet teknologiat ja elektroniikka 19

20 Langaton tekniikka Erilaisia rf-tekniikalla toteutettuja langattomaan tiedon siirtoon tarkoitettuja laitteita Bluetooth RFID Uudet teknologiat ja elektroniikka 20

21 IBM kello Linux-konseptikello OLED näytöllä Uudet teknologiat ja elektroniikka 21

22 Nanoteknologia Nano (kääpiö) = 10-9 m, (hius = 80 * 10-6 m) Paljon sovelluksia materiaalitekniikassa Elektroniikka on vielä perustutkimusvaiheessa Nanofiltterit veden puhdistukseen Titaaninanoputkia Yhden elektronin transistori Duke University NANO SPEED 8000 Flex: Extra Stiff Penn State University Frame: H.M. Graphite, Nano Carbon, Solid Feel Core Shaft: H.M. Graphite, Nano Carbon Weight (grams): 3U 85-89g Grip Size: 4U Uudet teknologiat ja elektroniikka 22

23 Uudet teknologiat ja elektroniikka 23