Strax efter årets sommarsemestrar kunde Rise i Norrköping inleda sitt senaste projekt, R2R-HET (Rulle-till-Rulle Hybrid Tryckt Elektronik Tillverkning). På sikt är syftet att etablera en svensk pilotlinje för tillverkning av elektronik från rulle till rulle. Det innebär att konventionella komponenter monteras på bärare av flexfolie. De är belagda med ledningsmönster från olika typer av mönstringstekniker. De färdiga flexkorten kommer sedan att levereras på rulle för kommande steg i processen.

PEA samarbetar med elektronikindustrin i projektet, bland annat Mycronic som tillverkar ytmonteringsmaskiner och Actia som monterar elektronik. Redan under våren 2026 kommer en pilotlinje att vara igång.

Förhoppningarna är att rulle-till-rulle-tillverkning ska effektivisera produktionen av elektronik och att det passar för tillverkning i stora volymer. I teorin tillåter metoden omställning mellan olika konstruktioner och justeringar av ledarmönstret med korta ställtider. Dessutom kommer miljöbelastningen att bli låg, bland annat genom att kretskorten är väl anpassade för återvinning.

I R2R-HET integrerar PEA flera av de metoder man arbetat med under de senaste åren. Man har lång erfarenhet av alternativa bärarmaterial som tyg, trä, glas och papper. PEA har också specialiserat sig på tryckta komponenter direkt på bärarmaterialet. Sensorer, batterier och displayer är bara några exempel. PEA kan också trycka transistorer, men de ingår främst som en del i sensorerna.

– Vi vet hur teknikerna ska användas och kan hjälpa andra redan idag eftersom tekniken har blivit mogen, kommenterar PEA:s affärsutvecklare David Nilsson.

Idag ingår PEA i den stora statliga forskningsorganisa­tio­nen Rise som är inriktad på industrianpassad forskning. ­Lokalerna finns i ett ­tidigare bomullsväveri nära ­Motala ström, mitt i Norrköpings industrilandskap som tidigare dominerades av pappers- och textilfabrikerna.

Men anknytningen till industri­traditionen i staden är tydlig på flera sätt. PEA har ett fokus på kostnadseffektiv volymproduktion genom att använda lösningar baserade på råvara från skogen, främst trä, ­papper och lignin. Även mönsterkortstillverkning har varit en av Norrköpings paradgrenar. Ända fram till 1990-talet låg Sveriges största mönsterkorttillverkare i staden. Det var i samband med att Ericsson-koncernen lade ner mönsterkortfabriken som Linköpings universitet och dåvarande forskningsinstitutet Acreo startade det som idag är PEA.

Under vår rundvandring visar David Nilsson maskinutrustningen som används för test och produktion. Några exempel är screentryckutrustning, bläckstråleskrivare för ledningsmönster, bondningsutrustning för flip chip. I anslutning till PEA ligger också företaget DP-Patterning som utvecklar utrustning för torrmönstring av ledningsmönster på flexmaterial. Stora delar av utvecklingen av den metoden har skett inom PEA, något som Elektroniktidningen tidigare rapporterat om.

Totalt verkar ett 30-tal personer från Rise på PEA. Det är forskare, ingenjörer och administrativ personal. Bortemot hälften av de anställda har disputerat. David Nilsson är noga när han ramar in rollen för PEA:

– Vi har många kompetenser, bland annat kemister, fysiker, och processingenjörer. Vi brukar säga att vi klarar utvecklingen från en enskild molekyl till att starta pilotproduktion. Men vi gör ingen grundläggande forskning. Det får komma från universiteten och annat håll, säger han.

Linköpings universitet har en filial i Norrköping och samarbetet mellan PEA och universitetet har fortgått oavbrutet sedan starten.

En uppenbar användning av tryckteknik är att tillverka komponentbärare och hybridlösningar för elektronik. Det är ett sätt att förbinda kapslade och okapslade kiselkretsar till system, som i R2R-HET.

Men att trycka komponen­terna direkt på substratet eller bärarmaterialet ger också stora möjligheter. PEA har länge arbetat med även den sortens lösningar. Några typer av komponenter man har erfarenhet av att trycka är sensorer, batterier, kondensatorer, displayer, solceller och termoelement. Det sker i samarbete med teknikföretag som Ligna Energy, N-ink, Pars­nord och Ynvisible, namn som är bekanta för Elektroniktidningens läsare.

Akilleshälen för traditionella elektronikbyggsätt är miljöbelastningen och de bristande möjligheterna att återvinna materialet. Den klassiska komponentbäraren i glasfiberepoxi, FR-4, går knappast att materialåtervinna. Här erbjuder tryckta ledarmönster på bärare av biobaserade material viktiga fördelar för att användas i hållbara lösningar som är anpassade för produktion i stora volymer.

– Vi kan ersätta det traditionella mönsterkortet av glasfiber­epoxi, FR4, med material som papper eller trä, säger David Nilsson och visar några exempel på kort av alternativa bärarmaterial. (I faktarutan ”Nya byggsätt för återvinningsbar elektronik” nedan presenteras några av de olika tekniker och material som PEA arbetar med).

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen. Prenumerera kostnadsfritt!

Industriforskarna i Norrköping deltar därför just nu i två brett upplagda EU-projekt för att utveckla nya typer av miljöanpassade bärarmaterial. Ett är inriktat på pappersmaterial (Circelpaper), ett annat på trä (Hypelignum). I båda fallen handlar det om flerlagerslagers­kort med tryckta ledarmönster.

Foto: Rise

Nya byggsätt för återvinningsbar elektronik Printed Electronics Arena i Norrköping har testat och utvecklat en rad olika förbindningstekniker och bärarmaterial för elektronik, som alternativ till de etablerade byggsätten som baseras på etsade ledarmönster på kort av glasfiber­epoxi och lödning. Målsättningen är att göra återvinningen av förbrukad elektronik enklare och att minska koldioxidbelastningen betydligt. Bärarmaterial Papper Ett flamskyddat papper med glättad yta som komponentbärare utvecklas hos PEA, som en del av EU-projektet Circelpaper. Hittills har bara initiala tester utförts men det ser lovande ut gällande fuktbeständighet, flamskydd och dielektriska egenskaper. Det är möjligt att göra tvålagers mönsterkort med vior och monterade komponenter. Nästa steg är att göra flerlagerskort. Träfanér Det pågående EU-projektet ­Hypelignum använder faner där man tittar på olika sätt att lösa flamskyddet. Det finns inte i produktionskvantiteter än. Det är möjligt att göra ­tvålagers ­mönsterkort med vior och ­monterade kompo­nenter. Nästa steg är att göra flerlagerskort. Enklare pappers- och fanerbaserade mönsterkort där det inte ställs så höga krav på flamskydd kan komma ut på marknaden relativt snabbt. PET-folie För närvarande är PET-folie (polyetentereftalat) det vanligaste materialet för tryckt elektronik. PET-folien är inte flamskyddad. Folier av organiska material Folier av organiska material är fortfarande på forskningsnivå. Det finns olika varianter av cellulosa­baserade material som nanocellulosa, cellulosaactetat och Polylactic Acid (PLA) för att nämna några. Ledarmönster Ledarmaterial av zink Zink som ledarmaterial är fortfarande på forskningsnivå och finns inte i produktionskvantiteter. Men zink har bättre hållbarhetsaspekter än både silver och koppar vilka är de material som används mest idag. Kan användas exempelvis i pasta för screentryck. Dry Phase Patterning Tekniken togs fram inom Rise. Den har utvecklats vidare av avknoppningsföretaget DP Patterning. Tekniken bygger på att man använder ett substrat med ett tunt bärarskikt av plast eller papper och ett ytskikt av koppar eller aluminium. Ledarmönstret skapas genom att överflödigt material i ytskiktet avlägsnas med en snabbt roterande fräs. Det går till så att den del av substratet där ytskiktet ska avlägsnas pressas upp och fräses bort. Bläckstråleteknik Bara en mindre del av den tryckta elektroniken som används idag tillverkas med bläckstråleteknik. Screentryck är än så länge den dominerande tekniken. Men bläckstråleteknik har en fördel med att den är digital och att det går snabbt att göra tester av ny design. Montering Anisotrop film och limning Utnyttjar lim som enbart leder i z-riktningen. Det är en etablerad metod som främst används för montering av okapslade halv­ledarkretsar på komponentbärare. Anisotropt ledande lim eller tejp kan användas till både ­okapslade och QFN-kapslade (quad flat ­no-lead package) komponenter. Fotonisk sintring Fotonisk sintring använder egenskaperna hos nanomaterial som att smältpunkten blir lägre och ljusabsorptionen förändras. Det ger en energieffektiv metod för sintring av ledande bläck, men har också visat sig vara en bra metod även för lödning. Med den här metoden kan man komma upp i lokalt höga temperaturer utan att substrat som endast klarar låga temperaturer blir påverkade. Biobaserat ledande lim Gör det möjligt att montera ­komponenter på vanligt papper, på trä och på pappersbaserade kompositmaterial. Bättre termisk stabilitet vid rumstemperatur. Processen är kompatibel med konventionell montering.