Search

This paper presents a novel approach for removing out-of-plane deformation in metal interconnects by adding a fractional structure to the original meander shape and using the optimised fabrication stack. In thermoformed electronics in cases where copper is used as the conductor, the twisting of meander-shaped structures caused by excessive mechanical stress can cause a non-uniform surface, delamination of the metal interconnect from the substrate, and in some cases, a short circuit to the adjacent tracks. Typically, stretchable electronics designers use various shapes and widths of the copper interconnect to tackle this issue. Using conventional meander shapes such as horseshoes and U shapes is not universally practical, especially when stretching is higher than 30 percent leading to significant out-of-plane deformation. Limiting this out-of-plane deformation by reducing the track width is not always applicable, as a minimum width is needed from a technology and conductivity perspective. The presented approach is inspired by computational and experimental studies of multiple meander shapes and fabrication methods. A geometry-based and fabrication-based approach is presented, which can reduce the mechanical stress of almost all possible meander shapes by increasing the meander’s path length to accommodate the metal track’s produced torque during stretching. An analytical approach is provided for calculating the optimal meander parameters, and the optimal fabrication stack is achieved based on simulation results. Experiments and finite-element modeling for an industrial case study show the improvement in the stress distribution and reduction of out-of-plane.

Door de toenemende vraag naar flexibele microsystemen, worden technologieen om die te integreren steeds belangrijker. In de laatste jaren ging veel aandacht naar de integratie in 2- en 3-dimensionele plastic onderdelen voor mogelijke toepassingen in het moderne dagelijkse leven van de mens. Bij spuitgegoten geinterconnecteerde elektronische systeem technologie worden koperbanen rechtstreeks gedeponeerd op het plastic. Dit proces heeft nood aan hoog gespecialiseerde toestellen en het proces heeft zijn beperkingen. Desalniettemin is er vraag naar kleinere en lichtere producten die gebruikmaken van verschillende materiaalcombinaties. Hiervoor werd een speciaal spuitgietproces om folies te overspuiten aangepast om elektronica te integreren in plastic onderdelen. Hierdoor werd de realisatie van zogenaamde ‘in-mould-electronics’ (IME) een feit.Dit process laat toe om elektronische componenten, apparaten en functionaliteiten te integreren in dunne spuitgegoten onderdelen, door hen in de matrijs te plaatsen en te overspuiten met een polymeer.IME is een relatief nieuwe technologie. Daarom hebben we in dit proefschrift IME geexploreerd en de toepasbaarheid van deze technologie onder verschillende spuitgiet omstandigheden onderzocht door bvb. verschillende materiaalcombinaties en verschillende types elektronische componenten te overspuiten. Daarbij moet de elektronische functionaliteit behouden blijven en een goede adhesie bekomen worden.