Til nå har det vært likhetstegn mellom elektronikk og silisium. Dette grunnstoffet, som viste seg å være en så god halvleder, har revolusjonert hverdagen vår og gitt oss informasjonsteknologien. Kanskje like viktig som den industrielle revolusjon.
Men dagens halvlederteknologi har en svakhet. Den er kostbar.
Det skal en avansert fotolitografisk prosess til for å lage slike brikker. Selv om prisene har falt dramatisk, er det langt fra det de billigste kretsene koster til hva som må til for å åpne nye massemarkeder. I billigenden av skalaen er det strek- og QR-koden som gjelder.
Les også: Ny type plast lager strøm av temperaturforskjeller
Her kommer plasten
Vesentlig billigere elektronikk krever en helt ny teknologi. Det er akkurat det norske Thin Film Electronics og mange andre selskaper i verden jobber med.
I stedet for komplekse prosesser basert på etsning og metalldeponering i mange trinn på superrene silisiumskiver, trykkes elektronikken på en plastfilm med en form for elektrisk ledende trykksverte.
Resultatet er kretser som koster cent i stedet for dollar. Det vil åpne et helt nytt marked som til nå ikke har vært tilgjengelig for elektronikk. Når alle snakker om IoT – Internet of Things – kan trykket elektronikk øke antallet «Things» dramatisk.
Les også: Dette plasteret kan mye mer enn å stoppe blod
Begynte med minne
Historien om Thin Film Electronics begynte tilbake på 80-tallet med Opticom.
Ideen den gangen var å lage et polymerbasert minne med en enorm tetthet. De ville lagre alt av data i verden på en billig og effektiv måte. Langt tettere enn det silisium kunne tilby. En visjon som dekker både Google og Nettsky.
– Opticom og Fast var begge selskaper etablert av meg, i 1994 og 1997, i forbindelse med mitt arkeologiske forskningsprosjekt vedrørende lagring, overføring og søk. Gjennom dette prosjektet ble mellom 1986 og 1998 i alt 22 selskaper etablert, innenfor samme forskningsområde, sier Hans Gude Gudesen til Teknisk Ukeblad.
Han etablerte som del av samme prosjekt Thin Film Electronics AB i Linköping i 1997, for å kjøre Opticoms forskning gjennom dette selskapet.
– Et parallellselskap, Thin Film Electronics ASA, ble etablert i Norge i 1998, som morselskap for det svenske Thin Film Electronics AB, sier Gudesen.
Opticom demonstrerte minnekretser i polymer som fungerte, men teknologien baserte seg på fotolitografi og ble forbikjørt av utviklingen av flashminne som raste videre med utviklingshastigheten definert i Moores lov.
I stedet ble det berg- og dalbane på børsen og titalls forduftede millioner. Til og med Intel ble fascinert av det norske selskapet og betalte 28 millioner dollar for syv prosent av aksjene.
– Thin Film ASA driver nå videre den teknologi som jeg, med hjelp av Per Erik Nordal, oppfant og patenterte mellom 1994–2006. Totalt nærmere 100 patentfamilier opprinnelig, noe redusert etter hvert via sammenslåinger av patenter. Slik sett lever innholdet i det gamle Opticom videre hundre prosent gjennom dagens Thin Film ASA, sier Gudesen.
Opticom er borte, men ideen om polymer-elektronikk og enorme investeringer i kompetanse overlevde. Nå er det snakk om minnekretser med ørlite kapasitet hvor komponentene er godt synlige for øyet. Stikk motsatt av veien silisiumelektronikk utvikler seg.
– Den nye kongstanken er å ikke konkurrere på pakketetthet, men på pris, sier sjefen for Thin Film, Davor Peter Sutija.
Les også: NTNU-forskere vil bruke silisium til kvantedatabehandling
Viktige patenter
Poenget med den trykte minneelektronikken var da heller ikke å konkurrere med silisium. I alle de potensielle markedene som ikke benytter elektronikk i dag er det prisen som er hinderet, ikke kapasiteten.
Noen anvendelser trenger bare å lagre noen få bits for å gjøre nytte for seg. Det er i dette markedet Thin Film vil ekspandere. Selskapet har tatt ut viktige patenter rundt trykket minne og har begynt leveransene i liten skala.
– Når vi kan trykke elektronikk på plast, oppnår vi voldsomme prisfordeler. For det første koster en fabrikk 100 millioner kroner og ikke fem milliarder. Det er en faktor på 50 gangeren, men det er ikke alt. Innsatsfaktorene i form av plastfilm og trykksverte er svært mye billigere enn silisiumskiver. Her legger vi på trykksverte i stedet for å etse bort og legge på metall i mange omganger. Det er en mye mer miljøvennlig prosess, sier Sutija.
Minne alene er ikke nok til å lage selvstendig fungerende trykt elektronikk. Det trengs logikk, i form at trykte transistorer, batterier, sensorer, skjermer, radiokretser og andre elementer.
Først når alle slike komponenter er tilgjengelige og kan settes sammen i systemer er det mulig å trykke et fungerende system.
Les også: Denne radiochipen forsyner seg selv med strøm
Polymernav
I tillegg til å trykke minnekretser og alt som trengs til å integrere alle de ulike elektronikkelementene i en systemkrets har Thin Film identifisert partnere som er eksperter på de komponentene de selv mangler.
Sammen vil de bygge en allianse som kan tilby trykte systemer. Norske Xerox Parc, som har utviklet trykte transistorer, er en av de viktigste alliansene.
Tidligere i år kjøpte Thin Film det amerikanske selskapet Kovio Technology og overtok en rekke patenter. Selskapet var kommet langt i å kommersialisere trykte NFC-merker som nå Thin Film tar til markedet. Samtidig fikk de også et forskningssenter og anlegg for pilotproduksjon i Silicon Valley.
– Vi har blitt valgt av et av de største elektronikkselskaper i verden, Flextronics, til å være deres partner i trykket elektronikk når de har definert sin IoT-toolbox. Det er en stor fjær i vår hatt. Husk at Internet of Things tar av nå, sier Sutija.
Les også: – Hvis vi kunne brette ut poreveggene i fem gram aerogel, ville det dekke Lerkendal stadion
Termosensorer
Temperaturovervåkning er et av produktområdene Thin Film har gitt seg inn på. Det å overvåke temperaturbelastningen til matvarer, medisin og andre produkter fra fabrikk til konsument er et stort marked i dag og ventes å øke voldsomt når det kan gjøres rimelig nok.
I dag koster en termosensor mange dollar. Thin Film lager den, inklusive skjerm, for mellom 0,5 og 0,75 dollar.
Det er ikke bare tradisjonell elektronikk som blir utfordret på pris fra den nye trykkekunsten. Det jobbes mye med å trykke skjermer.
Mange tror OLED-skjermer kommer til å overta den plassen LCD har i dag. Problemet har vært at det er så vanskelig å produsere store skjermer. Derfor jobbes det med å printe slike skjermer på en polymerbase som kan bli en langt billigere teknologi.
Les også: Nanoteknologi kan gi milliarder i økte oljeinntekter
Produkter og kunder
Thin Film har installert en trykkemaskin i Linköping med en kapasitet på 200 millioner minnekretser i året til noen cent stykket. Slike kretser kan trykkes sammen med logikk og andre komponenter til ferdige systemer.
Det er i beste fall veldig dyrt med silisium.
Thin Film inngikk i fjor en avtale om utvikling av temperaturovervåkende systemer med en av verdens største produsenter av emballasje, Bemis. Med trykte sensorer kan Bemis fremstille emballasje som overvåker temperaturen på pakkene som sendes. En slik sensor varer fra 6 til 21 dager etter at den er aktivert. I år har Thin film fått ytterligere ordre på temperaturovervåkende systemer fra et par av de største leverandørene av slike systemer i verden.
– Vi har bare skrapet i overflaten på dette markedet. Når vi kan gjøre dette ned mot en tiendedel av prisen, vil de som sender mat, medisiner og andre temperaturfølsomme varer, utstyre produktene med slik overvåkning. Store selskaper som Wal-Mart krever at temperaturbelastningen følges opp, sier Davor Peter Sutija.
Les også: Tidenes tørreste materiale
NFC-infrastruktur
Et annet stort marked er NFC-merker. Den teknologien fikk Thin Film da de kjøpte Kovio i San Jose, og den er snart produksjonsklar.
– Når Apple nå også kommer med teknologien i iPhone, vil de fleste etter hvert ha en NFC-leser i lomma. Da er det bare fantasien som begrenser bruken. Slike merker kan gi oppslag på nettsteder bare ved å holde mobilen bort til, eller betale en kaffe eller en bussbillett. Det er leseren som er dyr. Nå trenger verden en billig NFC-infrastruktur. Den kan vi lage, sier Sutija.
Thin Film ser også på billige merker for å sikre produkter mot tyveri. I dag koster slike merker mye, men selskapet tror trykking av passive merker med magnetoresistive kretser kan gjøre dette svært mye billigere. De første ordrene er allerede kommet, og verdens største leverandør av slike systemer i Nederland ønsker å bruke Thin Films trykte kretser.
Les også: Norske fysikere vil gjøre PC-oppstarten lynkjapp
Trykt elektronikk vokser
– Trykt elektronikk kommer til å øke det totale markedet for elektronikk, men dette er en overgangsfase. Allerede like etter år 2000 begynte vi å snakke om dette, og optimismen var stor. Men så kom ikke produktene og anvendelsene. Nå ser vi at de dukker opp og Thin Film har fått en pionérrolle. De har begynt å levere produkter og vært med på å skape entusiasme rundt teknologien på nytt, sier sjefsforsker Dean Freeman i analyseselskapet Gartner.
Freeman er ansvarlig for halvlederprodukter og deres rolle i Internet of Things.
Han peker på at trykkteknologien lover langt lavere pris og at den kan åpne mange nye markedsnisjer innen forbruker- og emballasjemarkedet.
– De første produktene adresserer de lavt hengende fruktene i dette markedet, men det betyr ikke at de er uinteressante. Det er potensielt store markeder, og teknologien gjør store fremskritt. Thin Film har klart å skape allianser hvor mange aktører har gått sammen om å levere teknologi til produkter de produserer og selger, sier han.
Freeman peker på at markedet er helt i starten og at det er delt i mange segmenter.
– I den andre enden ser vi at mange av de store skjermprodusentene arbeider med å utvikle teknologi for å trykke tv-skjermer og mindre skjermer som benyttes til reklame. Klarer de det, kan det gi store omveltninger i dette markedet, sier Freeman.
Les også: Så smart blir boligen
Dette trenger vi
– Thin Film er et fantastisk eksempel på hva vi trenger her i landet. Oljen varer ikke evig, og vi trenger ny virksomhet. Det vi trenger aller mest er kunnskapsbasert virksomhet godt fundert i utdanning, forskning, utvikling og industriell virksomhet. Hele kjeden. Da har vi størst mulig grunnlag for videre vekst og at kompetansen slår rot og sprer seg til andre bedrifter. Det har vi så altfor lite av i Norge, og politikerne bør vise mer interesse for selskaper som Thin Film, sier adm. direktør i Abelia, Håkon Haugli.
Han mener enhver sittende regjering bør ha tanker om hvilke teknologiområder og kunnskapsmiljøer som har mulighet til å bli verdensledende. Det burde ikke være likegyldig for politikerne om de nye arbeidsplassene kommer fra varehandel eller fra ny industriell virksomhet.
Les også:
Lager flydrivstoff av CO2, vann og sollys
