University of Oulu

Reliability studies on printed conductors on flexible substrates under cyclic bending

Saved in:
Author: Happonen, Tuomas
Organizations: University of Oulu Graduate School
University of Oulu, Faculty of Information Technology and Electrical Engineering, Electrical Engineering
Format: ebook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 3.2 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526212425
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2016
Publish Date: 2016-05-31
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in the OP auditorium (L10), Linnanmaa, on 13 June 2016, at 12 noon
Tutor: Professor Juha Häkkinen
Reviewer: Professor Hans-Erik Nilsson
Docent Laura Frisk
Opponent: Professor Małgorzata Jakubowska
Description:

Abstract

This thesis investigates the reliability of printed conductors on flexible substrates under cyclic bending. The topic is approached by studying the effects of several key design parameters on the bending lifetime of printed conductors under dynamic loading.

In this thesis, the test specimens with various cross-sectional geometries were printed on different plastic and paper substrates. The test samples were fabricated with two printing methods, silk screen and roll-to-roll printing, by utilizing three different silver pastes as the conductive material. To evaluate the long-term performance of the printed traces, the test specimens were exposed to cyclic bending and their electrical behaviour during the test was monitored with resistance measurements.

The bending test results were analysed by utilizing the Weibull analysis, with a 20% increase in resistance as the failure criterion. This method yielded a characteristic lifetime for a test population, including 10 individual test specimens. When comparing the characteristic lifetimes of all of the fabricated test populations, it was observed that all of the varied design parameters had an effect on the bending reliability of the printed traces. However, within the studied geometries and materials, the substrate was found to have the highest impact on the long-term electrical performance of printed conductors under cyclic bending.

The study proves that the bending reliability of printed conductors can be enhanced by proper design choices. This is done by minimizing the strain when the printed trace is subjected to bending.


Tiivistelmä

Tässä työssä tutkitaan joustaville substraateille painettujen johdinten luotettavuutta syklisessä taivutuksessa. Aihetta lähestytään tutkimalla useiden tärkeiden suunnitteluparametrien vaikutusta painettujen johdinten elinikään dynaamisessa rasituksessa.

Työssä painettiin poikkileikkausgeometrialtaan vaihtelevia testirakenteita erilaisille muovi- ja paperisubstraateille. Testinäytteet valmistettiin käyttäen kahta painotekniikkaa, silkkipainoa ja rullalta rullalle painoa, hyödyntäen kolmea erilaista hopeapastaa johtavana materiaalina. Painettujen johdinten pitkäaikaisen suorituskyvyn arvioimiseksi testinäytteet altistettiin sykliselle taivutukselle ja niiden sähköistä käyttäytymistä monitoroitiin testin aikana resistanssimittauksilla.

Taivutustestin tulokset analysoitiin Weibull analyysin avulla käyttäen 20%:n kasvua resistanssissa vikakriteerinä. Tämän menetelmän lopputuloksena saatiin karakteristinen elinikä testipopulaatiolle koostuen kymmenestä yksittäisestä testinäytteestä. Vertailtaessa kaikkien valmistettujen testipopulaatioiden karakteristisiä elinikiä, havaittiin kaikilla vaihdelluilla parametreilla olevan vaikutusta painettujen johdinten luotettavuuteen. Tästä huolimatta, tutkittujen geometrioiden ja materiaalien rajoissa, substraatilla todettiin olevan suurin vaikutus painettujen johdinten pitkä-aikaiseen sähköiseen suorituskykyyn syklisessä taivutuksessa.

Tämä tutkimus osoittaa, että painettujen johdinten taivutusluotettavuutta voidaan parantaa oikeilla suunnitteluvalinnoilla. Tämä voidaan toteuttaa minimoimalla venymä painetun johtimen ollessa taivutuksessa.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. C, Technica
ISSN: 0355-3213
ISSN-E: 1796-2226
ISSN-L: 0355-3213
ISBN: 978-952-62-1242-5
ISBN Print: 978-952-62-1241-8
Issue: 571
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.