Uusiutuvat materiaalit elektroniikan tuotesuunnittelussa

Abstract

Työssä käsitellään uusiutuvista materiaaleista paperia, kartonkia ja puuta. Tarkoituksena on selvittää miten näitä materiaaleja pystyttäisiin käyttämään hyödyksi elektroniikan tuotesuunnittelussa. Työssä yritetään löytää mahdollisuuksia korvaamaan perinteisiä elektroniikan valmistusmateriaaleja, kuten esimerkiksi muoveja, uusiutuvilla materiaaleilla. Puulle ja paperille etsitään myös uusia käyttötarkoituksia elektroniikassa. Uusiutuvat materiaalit yhdistettynä materiaaleja lisääviin tekniikoihin on hyvin ympäristöystävällinen tapa valmistaa elektroniikan tuotteita. Puu ja paperi ovat orgaanisia materiaaleja ja ne reagoivat ilman kosteuteen. Puun ja paperin mekaaniset, sähköiset ja termiset ominaisuudet on tärkeä tietää elektroniikassa. Ominaisuudet riippuvat paljon materiaalien kosteudesta. Elektroniikassa vaaditaan kuitenkin ominaisuuksien pysyvyyttä, joten materiaaleja on hyvä päällystää tai käsitellä kosteudensuoja-aineilla. Elektroniikassa pitää ottaa huomioon suunnittelun kannalta myös asioita kuten suuri taajuus, elektromagneettiset häiriöt ja lämmönhaihtuminen. Käsiteltävien materiaalien sähköisistä ominaisuuksista tärkeimpiä ovat johtavuus, permittiivisyys, häviötangentti ja dielektrinen voimakkuus. Puu ja paperi ovat myös lämmöneristeitä, joten niiden käyttäminen kotelomateriaalina voi aiheuttaa ongelmia. Käsiteltävät materiaalit ovat sähköeristeitä. Paperia on käytetty aikaisemmin muun muassa kondensaattoreiden valmistuksessa ja piirilevymateriaalina. Muovit ja lasikuitu ovat kuitenkin korvanneet nämä käyttökohteet, koska niillä saadaan parempia ja luotettavampia tuotteita. Puu ja paperi ovat kuitenkin halpoja ja mekaanisesti hyviä materiaaleja. Niillä on myös hyvät sähköiset ominaisuudet kuivana. Paperia ja puuta voitaisiin käyttää halvoissa ja joustavissa piirilevyissä. Materiaaleille voidaan painaa johtimet paksukalvotekniikoilla, kuten painamalla silkkipainolla tai inkjet-tulostuksella. Puusta ja paperista saadaan hyvä alusta esimerkiksi erilaisille antureille ja RFID-tageille. Puu ja paperi ovat paljon käytettyjä pakkausmateriaaleja. Kiinnittämällä niihin sulautettuja järjestelmiä saadaan parannettua pakkauksien seurattavuutta, lisättyä tietoa käyttäjälle ja kerättyä tietoa pakkauksen ympäristöstä. Paperi sopii myös joustavaksi ratkaisuksi puolijohdesubstraatiksi. Tällöin saadaan valmistettua halpoja, orgaanisia tuotteita, kuten orgaanisia ohutkalvotransistoreita tai elektroluminanssiin perustuvien näyttöjen taustavaloksi. Painotekniikoiden parametrit pitää saada selville, jotta musteet saataisiin johtamaan tarpeeksi hyvin. Inkjet-menetelmällä on mahdollista painaa hyvin monelle erilaiselle materiaalille.