Innovativa kretskort minskar klimatavtrycket – och kan stärka Sveriges resiliens
Sveriges och Europas väg till en egen konkurrenskraftig värdekedja för elektronik går genom nya material, nya tillverkningsmetoder och ett grundläggande cirkulärt tänk.
– Vi behöver inte försöka vara ett Asien, konstaterar Astrid Armgarth, enhetschef för bio- och organisk elektronik på RISE.
Elektroniskt avfall är världens snabbast växande avfallsström. En stor bov i dramat är traditionella kretskort, som är optimerade för prestanda snarare än cirkularitet. Material och resurser går förlorade i linjära flöden – i dag återvinns mindre än 25 procent av det totala elavfallet. I takt med att samhället elektrifieras och kopplas upp, ökar också miljöbelastningen.
Eftersom Asien är dominerande på konventionell kretskortstillverkning, är det svårt för Sverige och Europa att påverka produktionsprocesser och kretskortens återvinningsgrad. Att vara i händerna på andra aktörer är inte bara ett problem ur miljöhänseende, utan också när det gäller Europas självförsörjning och motståndskraft.
– Vi är extremt avhängiga av Asien när det gäller elektronik. I Sverige har vi en bra bas när det gäller assembly, alltså montering på befintliga kretskort, men vi har bara några få kretskortstillverkare, säger Astrid Armgarth och fortsätter:
– Däremot har Sverige starka förutsättningar inom utveckling av disruptiva, resurseffektiva lösningar. Vi behöver inte försöka vara ett Asien. Vi kan nå ut till världen snabbare med innovativa lösningar, än om vi försöker öka vår produktionskapacitet för konventionella kretskort.
Rullbaserade tillverkningsmetoder för tryckt elektronik
Flera tekniska utvecklingsspår möts och förändrar förutsättningarna för hur kretskort kan tillverkas. Tryckt elektronik gör det möjligt att applicera funktionella material på flexibla substrat i stället för att etsa fram kretskortets mönster med kemikalier och sedan montera komponenter ovanpå. När denna princip kombineras med rulle-till-rulle-produktion uppstår en ny tillverkningslogik.
– Tryckt elektronik med rulle-till-rulle-produktion kan jämföras med att trycka tidningar eller tapeter, fast med elektronikkomponenter i stället för ord och mönster. Det här passar inte alla applikationer, men det kan vara bra till vissa distribuerade elektroniksystem, alltså system där många mindre enheter samarbetar. Ett exempel är moderna fastigheter som utrustas med sensorer för att styra ventilation och belysning. Produktionen är mycket enklare att få resilient i Sverige, och den blir både billig och storskalig, säger hon.
Parallellt utvecklas nya material, biobaserade och återvinningsbara, som kan ersätta PCB-kompositerna som utgör basen för kretskort i dag. RISE har bland annat utvecklat ett papperskompositmaterial som är kompatibelt med befintliga monteringsmetoder. I praktiken innebär detta att elektronikproducenter kan ställa om utan att behöva investera i ny utrustning.
Duncan Platt, enhetschef för tryckt elektronik på RISE, ger exempel på applikationer för det nya substratet (basen som elektroniken byggs på):
– LED-belysning för fordon eller inomhusbruk är lämpliga tillämpningsområden. Vi tror också på IoT och 6G för den här tekniken. ”Install and forget” är särskilt intressant. Här kan det handla om att installera sensorer för att sedan, vid slutet av sensorns livscykel, lämna kvar den. Sensorn kan antingen brytas ned eller sitta kvar, eftersom den inte består av några problematiska material, säger Duncan Platt.
Astrid Armgarth och Duncan Platt berättar om företag inom möbelbranschen och pappersmassaindustrin som nu ger sig in på elektronikspåret, för att undersöka om deras material kan användas i kretskortstillverkning.
Tryckt elektronik med rulle-till-rulle-produktion kan jämföras med att trycka tidningar eller tapeter, fast med elektronikkomponenter i stället för ord och mönster.
Från forskningsdemonstrator till industriell möjlighet
De senaste åren har innovativa substrat och rullbaserade tillverkningsmetoder gått från forskning och ritbord till ett läge där industriell tillämpning är fullt möjlig. Den stora utmaningen, menar Duncan Platt, är att elektronikbranschen är konservativ.
Här blir tillgången till test- och demonstrationsmiljöer viktig. I anläggningen som Duncan Platt och Astrid Armgarth driver testas både tryckt elektronik och hybridvarianten, där konventionella komponenter monteras på nya material.
– Det är ett stort steg att helt gå ifrån den konventionella kretskortstillverkningen. RISE hoppas kunna möjliggöra en pilot och på sikt en monteringsindustri för hybrid elektronik, samtidigt som vi utvecklar de innovativa materialen. Det handlar om att vi inte vill fastna med en bra teknologi som inte kan produceras, säger Astrid Armgarth.
– På sikt ser vi att elektronikproducenter som inför de nya materialen kan addera additiv eller subtraktiv tillverkning i sin process. Då kan de kan undvika kemisk etsning som gör återvinning så mycket svårare, säger Duncan Platt.
Problemet med elektronikens ständigt växande klimatavtryck och beroendet av Asien är tätt sammanlänkade – och kan adresseras med samma lösningar. Nu befinner sig den svenska elektronikbranschen i ett läge där man kan forma en resilient, kostnadseffektiv och hållbar värdekedja på hemmaplan.
Nya lösningar för framtidens kretskort
Tryckt elektronik
Bygger på additiv tillverkning där ledande, halvledande och isolerande material appliceras direkt på flexibla substrat, till exempel papper eller plast. Metoden minskar materialspill och möjliggör enklare, mer resurseffektiv produktion.
Passar för: sensorer, IoT-enheter, smarta förpackningar, belysning.
Rulle-till-rulle-produktion
En tillverkningsmetod där elektronik produceras på löpande materialbanor, likt tryckning av tidningar. Hög skalbarhet och möjlighet till kostnadseffektiv produktion.
Passar för: högvolymsprodukter, distribuerade system, stora ytor med integrerad elektronik.
Biobaserade och återvinningsbara substrat
Nya kompositmaterial, exempelvis pappersbaserade, som kan ersätta traditionella PCB-material. De är designade för att vara lättare att återvinna och minska miljöpåverkan.
Passar för: kortlivade elektronikprodukter, engångsapplikationer, cirkulära systemlösningar.
Dry Phase Patterning (DP Patterning)
Ett företag som specialiserar sig på kemikaliefri mönstringsteknik där kretsmönster skapas genom mekanisk bearbetning i stället för etsning. Ger lägre klimatavtryck och förbättrar återvinningsbarheten.
Passar för: flexibla kretskort, applikationer där hållbarhet och materialåtervinning är centrala.
Hybrid elektronik
Kombinerar tryckt elektronik med traditionella komponenter. Möjliggör stegvis övergång till nya material och processer utan att ersätta hela produktionskedjan.
Passar för: industriella applikationer, befintliga produkter som uppgraderas.
