Suomalaisten piikiekkojen tarina alkoi metalli- ja materiaaliopin laboratoriosta
”Metalli- ja materiaaliopin professori Veikko Lindroos ymmärsi 1970-luvun alussa, että pii on tulevaisuuden materiaali”, sanoo piikiekkoja valmistavan Okmeticin tutkimusjohtaja Markku Tilli.
Pii on hapen ohella maaperän tavallisin alkuaine ja erittäin monikäyttöinen materiaali. Piistä tehtyjä kiekkoja valmistetaan elektroniikkateollisuudelle mikropiirien rakennusalustaksi. Suomalaisten piikiekkojen tarina alkoi TKK:sta, Teknillisestä korkeakoulusta, Veikko Lindroosin ideasta.
Tuntiassistenttina 1970-luvun alussa toiminut Markku Tilli muistelee keskusteluja, joissa Lindroos esitteli ideoitaan. ”Lindroos puhui kahvipöydässä siitä, että puolijohdevalmisteet ovat tulevaisuuden alue. Hän ymmärsi, että metallien käyttö lisääntyy enää vain vähän. Puolijohteissa kasvu tulee olemaan suurta.”
”Metalli- ja materiaaliopin laboratoriossa oli vahvaa osaamista erilliskiteiden kasvattamisessa. Lindroos havaitsi, että olemassa olevaa know-howta voidaan käyttää hyödyksi piikiekkojen kasvattamisessa. Ilmiö on sama vaikka tekniikka on eri”, kertoo Markku Tilli. Hän oli jäsenenä tiimissä, joka pohjusti piikiekkotuotannon aloittamista Suomessa.
Läpimurto tapahtui vuonna 1980, kunOutokumpu ja Nokia päättävät lähteä hankkeeseen rahoittajiksi. Myös kauppa- ja teollisuusministeriöltä anottiin rahaa. TKK varasi tutkimustilat ja aloitti työt vuonna 1981.
Ensimmäinen suomalainen kide kasvatettiin jo samana vuonna. ”Laitteet olivat erilaiset kun nykyään. Uuni oli käsikäyttöinen ja paljon halvempi kuin nykyiset. Olimme varmoja, että kiteenkasvattaminen onnistuu. Se ei tullut yllätyksenä. Silti kun ensimmäinen kide otettiin uunista, tunnelma oli railakas. Ja illalla tietenkin juhlittiin!”
Joulukuussa 1984 tehtiin investointipäätös piikiekkotehtaan rakentamisesta Suomeen. Okmetic Oy perustettiin vuonna 1985. Uuden yhtiön perustajaosakkaat olivat Outokumpu Oy ja Nokia Oy. Tehtaan suunnittelu- ja rakennustyöt alkoivat välittömästi, ja tuotanto käynnistyi alkuvuodesta 1987 Espoon Mankkaalla.
Ei kännykkää ilman piitä
Mikropiirejä tuottavat tehtaat valmistavat piirit piikiekon pinnalle ja myyvät ne puolivalmisteina tai valmiina tuotteina eteenpäin. Mikropiirejä tarvitaan lähes jokaisen modernin elektronisen laitteen valmistamiseen. Kiteistä, puhdasta piikiveä löytyy esimerkiksi kelloista ja tietokoneista. Matkapuhelinkaan ei toimisi ilman piitä.
Pii on ikivanha ja monikäyttöinen materiaali. Se on myös maankuoren toiseksi yleisin alkuaine. Ihminen on historiansa aikana käyttänyt piikiveä työkalujen valmistamisessa, tulen iskemisessä tulukseen ja esimerkiksi kivääreissä.
Piillä on monia hyviä ominaisuuksia. Se on kevyttä ja kimmoisaa ja sen pituuden lämpölaajenemiskerroin on pieni. Lisäksi pii muuttuu tietyllä aallonpituudella läpinäkyväksi, mikä tekee siitä hyvän optisen materiaalin. Piin pinta on myös helposti suojattavissa. Materiaalin hinta on silti edullinen ja saatavuus hyvä.
Puhtaus on tärkeää
Piikiekon syntyminen on pitkä ja tarkka prosessi: kide kasvatetaan, katkaistaan, kiekot sahataan, jälkikäsitellään, kiillotetaan ja viimeistellään.
Kiekon pinnan täytyy olla virheetön ja tasainen, jotta asiakas voi tehdä kiekolle mikropiirejä. Ennen asiakkaalle lähettämistä kiekot mitataan, pestään ja tarkastetaan puhdastilassa. Tilan ilma on miljoona kertaa puhtaampaa kuin tavallisessa toimisto- tai asuinhuoneessa. Tuotteet on suojattava myös ihmisestä irtoavilta hiukkasilta.
Puhdashuoneessa työskennellään suoja-asusteisiin pukeutuneina ja asusteet pestään päivittäin. Puhdashuoneeseen saavutaan ilmalukon kautta, jonka puhaltimet irrottavat vaatteista viimeisetkin hiukkaset. Kukaan ei koske tuotteisiin paljain käsin missään vaiheessa prosessia. Käsineitä kuluu paljon, jokainen työntekijä käyttää useampaa paria päivässä.
Tuotantoprosessissa käytetään suuria määriä vettä eikä tavallinen vesijohtovesi kelpaa. Vedenpuhdistamossa kaikki vieraat aineet poistetaan vedestä ja tuloksena on puhdas H2O.
Puhdistuksen, lajittelun ja tarkastuksen jälkeen kiekot pakataan suojakaasulla täytettyihin kasetteihin ja toimitetaan joko suoraan asiakkaalle tai jatkojalostettavaksi.
Piin toinen vallankumous
Piitä käytetään lähes kaikissa elektronisissa laitteissa, kuten tietokoneissa ja kulutuselektroniikassa, mutta myös auto-, ilmailu- ja lääketeollisuudessa.
”Piin ensimmäisessä vallankumouksessa sitä alettiin käyttää elektroniikkateollisuudessa. Toisessa vallankumouksessa piistä valmistetaan erilaisia antureita”, kertoo Markku Tilli.
Piin sovellusalueita ovat esimerkiksi hyvinvointi- ja ympäristöteknologia, tunnistuslaitteet, liikenne ja viestintä. ”Joka puolella ympärillämme on laitteita, joissa on käytetty piitä. Sitä voi käyttää melkein missä tahansa, vain mielikuvitus on rajana.”
Veikko Lindroos (1938–2019) toimi professorina Teknillisessä korkeakoulussa 1970–2003. Markku Tilli jäi hiljattain eläkkeelle Okmeticin tutkimusjohtajan tehtävästä. Hänelle myönnettiin kunniatohtorin arvo Aalto-yliopiston promootiossa kesäkuussa 2019.
Kirjoitus on lyhennetty versio artikkelista, joka on alun perin julkaistu Polysteekki-lehden numerossa 6/2004.
Lue lisää uutisia
Aalto-yliopisto jälleen Suomen ykkönen QS:n yliopistovertailussa
Maailman yliopistoista Aalto oli sijalla 114.
Uusia akatemiatutkijoita ja akatemiahankkeita
Suomen Akatemian akatemiatutkijan ja -hankerahoituksen sai yhteensä 44 aaltolaista tutkijaa – onnittelut kaikille!
Tutkimus: Seksuaali- ja sukupuolivähemmistöille myönteiset yritykset ovat selvästi innovatiivisempia
Tutkimuksen mukaan LGBTQ+- eli sukupuoli- ja seksuaalivähemmistöille myönteinen henkilöstöpolitiikka voi merkittävästi vauhdittaa innovaatioiden syntymistä yhdysvaltalaisissa yrityksissä.