Kestävä elektroniikka parempaan ympäristöön

Elektroniikan kestävä suunnittelu on yksi aikamme suurimmista teknisistä haasteista. Elektronisten järjestelmien on kestettävä äärimmäisiä olosuhteita, kuten lämpöä, kosteutta ja tärinää, ja silti niiden on oltava korjattavissa tai kierrätettävissä käyttöikänsä lopussa. Tämän haasteen hallitsemiseksi Nora Jesken tutkimus keskittyy innovatiivisiin, ympäristöystävällisiin materiaaleihin ja liitäntätekniikoihin elektroniikkajärjestelmiin. Hän kehittää myös dataan perustuvia menetelmiä elektroniikan arvioimiseksi ja niiden jäljellä olevan käyttöiän arvioimiseksi. Tämä ratkaisee elektroniikkajätteen kasvavan ongelman ja tukee Siemens Eco Tech -kriteerien toteuttamista. Näistä panoksista hänet on palkittu Vuoden keksijä -palkinnolla 2025 ”Uusi tulokas” -kategoriassa.

Hopean sintraus — keskeinen teknologia lisää luotettavuutta ja pidempää käyttöikää

Tehoelektroniikan luotettavuuden ja käyttöiän pidentäminen on Jesken tutkimuksen keskeinen painopiste. Tärkeä lähestymistapa on hopeasintraustekniikan käyttö innovatiivisissa kokoonpano- ja liitäntäratkaisuissa. Hopean sintrauksessa pienet hopeahiukkaset puristetaan yhteen paineen ja kohtuullisen lämmön alaisena kiinteän, sähköä johtavan yhdisteen muodostamiseksi. Toisin kuin juottaminen, metallien sulaminen ei tapahdu, vaan diffuusioprosessi, joka luo vakaan ja korkean lämpötilan kestävän yhdistekerroksen. Hopean erinomaisten lämpöominaisuuksien ansiosta tämä tekniikka tarjoaa merkittäviä etuja: parempi lämmönpoisto, parempi luotettavuus ja pidempi käyttöikä. Jeske pyrkii edelleen parantamaan tämän teknologian kestävyyttä. Hän keskittyy prosessiketjujen optimointiin hopean sintrauksen yhdistämiseksi muihin valmistusvaiheisiin. Tavoitteena on lyhentää prosessiaikoja, säästää energiaa ja samalla lisätä luotettavuutta tuottamaan vankkoja, kompakteja ja kestäviä moduuleja tehoelektroniikkaan.

Luotettavuuden lisäämisen lisäksi Jeske keskittää huomionsa myös siihen, miten elektroniikkaa voidaan käyttää uudelleen ja kierrättää — ja miten valmistuksesta voidaan tehdä resurssitehokkaampaa. Hän kehittää yhdessä Berliinin elektroniikan valmistustiimin kanssa lähestymistapoja painettujen piirilevyjen ja elektronisten komponenttien automaattiseen erotusprosessiin, menetelmiä komponenttien uudelleenkäytettävyyden arvioimiseksi sekä konsepteja lämmön ja prosessikaasujen talteenottoon tuotannossa. ”Tarkastelemme, miten kokonaismoduuli voidaan rakentaa kestäväksi — ja silti korjauskelpoiseksi”, Jeske selittää. ”Tämä on avain kiertotalouteen”, hän lisää.

Elektroniikka, joka kertoo tarinansa

Toinen hänen innovatiivisen työnsä painopiste on elektroniikan elinkaaren arviointi. Jeske ja hänen kollegansa kehittivät passiivisia rakenteita, jotka voidaan integroida materiaaleihin tai komponentteihin ja reagoida varhaisessa vaiheessa ympäristön rasituksiin, kuten lämpötilaan tai kosteuteen. Tämä antaa kuvan elektroniikan kunnosta ja antaa päätöksentekoohjeita järjestelmän tai yksittäisten komponenttien jäljellä olevan käyttöiän arvioimiseksi.

Tämä tekee elektroniikasta arvioitavan tietojen perusteella: Mitä komponentteja voidaan käyttää uudelleen? Mikä on vaihdettava tai kierrätettävä? Mitä vaikutuksia tällä on koko järjestelmän jäljellä olevaan käyttöikään? Tämä luo uuden teknisen standardin — elektroniikan, joka antaa tietoa omasta käyttöhistoriastaan — ja tekee siirtymisestä kiertotalouteen mitattavissa ja hallittavissa.

Teknologiasta strategiaan

Teknisen kehityksen ohella Jeske tutkii tapoja sisällyttää nämä ratkaisut tuleviin tuotesukupolviin ja Siemensin kestävän kehityksen strategioihin. Siemens Foundational Technologiesin vanhempana avainasiantuntijana hän on tutkimuksensa lisäksi mukana trenditutkissa ja tutkimushankkeissa, joissa tunnistetaan kestäviä materiaaleja ja elektroniikan pyöreän suunnittelun periaatteita varhaisessa vaiheessa.

Jesken uraa ovat muokanneet Saksan akateemisen stipendin stipendi ja hänen monitieteinen polkunsa tekniikan, sosiaalisten kysymysten ja neuvontapalvelujen välillä. Hänelle on tärkeää ”saada aikaan muutos omalla toiminnallani” - väite, joka näkyy hänen keksinnöissään. Hänen työnsä tavoitteena on vähentää sähköjätettä maailmanlaajuisesti, säästää resursseja ja suunnitella elektronisia järjestelmiä siten, että niitä voidaan käyttää pidempään, korjata ja viime kädessä kierrättää paremmin — mikä on tärkeä panos kiertotalouteen.