Miniaturisointi

Miniaturisointi tarkoittaa laitteiden, komponenttien tai järjestelmien koon ja tilavuuden pienentämistä samalla, kun suorituskyky, toiminnallisuus ja luotettavuus pyritään säilyttämään tai parantamaan. Sitä sovelletaan monilla aloilla, kuten elektroniikassa, kone- ja materiaalitekniikassa, lääketieteessä sekä kuluttaja- ja teollisuuslaitteiden kehityksessä. Tarvetta miniaturisoinnille ohjaavat portabiliteetti, energiatehokkuus sekä kuluttaja- ja teollisuustuotteiden kustannussäästöt, sekä yhä kehittyvä valmistusteknologia.

Keskeisiä keinoja ovat mikrofabricaatio ja mikro- sekä nano-tason teknologiat, kuten MEMS-laitteet (mikroelektroniset ja mekaaniset komponentit), litografia, syövytys ja pinnoitus. Myös materiaalivalinnat, mikronkokoisen 3D-tulostuksen sekä modulaariset arkkitehtuurit tukevat pienentämistä.

Sovellusalueita ovat muun muassa mikrosähköiset komponentit ja anturit kuten kiihtyvyys- ja gyroskooppianturit sekä paineanturit, mikrofluidiset järjestelmät ja lab-on-a-chip -ratkaisut, lääketieteelliset implantaatit sekä kuluttaja- ja teollisuuslaitteiden pienet, kehittyneet sensorit. Lisäksi miniaturisointia hyödynnetään tele- ja tietoliikenteessä, robotiikassa sekä älylaitteissa.

Haasteita ovat lämmönhallinta, luotettavuus ja elinikä, tuotannon läpimeno (yield), pakkaus ja liitännät sekä standardointi sekä yhteensopivuus vanhempien järjestelmien kanssa. Lisäksi kustannukset, valmistusmäärät ja ympäristövaikutukset sekä kierrätys- ja hävittäminen on huomioitava.

Historia ja vaikutus: Mikroprosessorien kehitys ja integroitujen piirien yleistyminen 1960-luvulta alkaen on ajanut voimakkaasti miniaturisointia. Moore’n lain vaikutus on ohjannut suunnittelua, mutta nykyään korostuvat 3D-integraatio, system-in-package -ratkaisut ja MEMS-pohjaiset sensorit. Miniaturisointi on mahdollistanut älypuhelimet, IoT-laitteet, lääketieteelliset sovellukset sekä pienemmät, tehokkaammat teollisuus- ja autoelektroniikkaratkaisut.