Development and optimization of inkjet printing based technologies for hybrid printed circuit boards
The main goal of this doctoral thesis is the development and optimization of inkjet- based technologies for hybrid electronic circuits manufacturing, as well contribute on the development of the incoming low cost electronics. Regarding that, a novel solution for connecting regular SMDs and standard...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2019 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/667782 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/667782 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Microelectrònica Microelectrónica Microelectronics Circuits impresos Circuitos impresos Printed circuits Impressores (Ordinadors) Impresoras (Ordenadores) Computer printers Mesuraments elèctrics Medidas eléctricas Electric measurements Propietats mecàniques Propiedades mecánicas Mechanical properties Ciències Experimentals i Matemàtiques 62 |
| id |
ES_1a0ef4aa48cffc3d1da043cddd820d22 |
|---|---|
| oai_identifier_str |
oai:www.tdx.cat:10803/667782 |
| network_acronym_str |
ES |
| network_name_str |
España |
| repository_id_str |
|
| dc.title.none.fl_str_mv |
Development and optimization of inkjet printing based technologies for hybrid printed circuit boards |
| title |
Development and optimization of inkjet printing based technologies for hybrid printed circuit boards |
| spellingShingle |
Development and optimization of inkjet printing based technologies for hybrid printed circuit boards Arrese Carrasquer, Javier Microelectrònica Microelectrónica Microelectronics Circuits impresos Circuitos impresos Printed circuits Impressores (Ordinadors) Impresoras (Ordenadores) Computer printers Mesuraments elèctrics Medidas eléctricas Electric measurements Propietats mecàniques Propiedades mecánicas Mechanical properties Ciències Experimentals i Matemàtiques 62 |
| title_short |
Development and optimization of inkjet printing based technologies for hybrid printed circuit boards |
| title_full |
Development and optimization of inkjet printing based technologies for hybrid printed circuit boards |
| title_fullStr |
Development and optimization of inkjet printing based technologies for hybrid printed circuit boards |
| title_full_unstemmed |
Development and optimization of inkjet printing based technologies for hybrid printed circuit boards |
| title_sort |
Development and optimization of inkjet printing based technologies for hybrid printed circuit boards |
| dc.creator.none.fl_str_mv |
Arrese Carrasquer, Javier |
| author |
Arrese Carrasquer, Javier |
| author_facet |
Arrese Carrasquer, Javier |
| author_role |
author |
| dc.contributor.none.fl_str_mv |
Cirera Hernández, Albert Xuriguera Martín, María Elena Cirera Hernández, Albert Universitat de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica i Biomèdica |
| dc.subject.none.fl_str_mv |
Microelectrònica Microelectrónica Microelectronics Circuits impresos Circuitos impresos Printed circuits Impressores (Ordinadors) Impresoras (Ordenadores) Computer printers Mesuraments elèctrics Medidas eléctricas Electric measurements Propietats mecàniques Propiedades mecánicas Mechanical properties Ciències Experimentals i Matemàtiques 62 |
| topic |
Microelectrònica Microelectrónica Microelectronics Circuits impresos Circuitos impresos Printed circuits Impressores (Ordinadors) Impresoras (Ordenadores) Computer printers Mesuraments elèctrics Medidas eléctricas Electric measurements Propietats mecàniques Propiedades mecánicas Mechanical properties Ciències Experimentals i Matemàtiques 62 |
| description |
The main goal of this doctoral thesis is the development and optimization of inkjet- based technologies for hybrid electronic circuits manufacturing, as well contribute on the development of the incoming low cost electronics. Regarding that, a novel solution for connecting regular SMDs and standard silicon SMD packages by inkjet printing is proposed. The novel connecting method allows the assembling at very low temperatures, and thus assures the compatibility with the incoming substrates. Electrical contact resistance and shear strength measurements performed by silver nanoparticle- based ink are comparable to benchmark connecting materials. In sum up, flexible hybrid circuit is successfully manufactured by silver nanoparticle-based ink on paper, where different SMDs size-shaped are assembled demonstrating the reliability and feasibility of the proposed method. Another objective of the work is to apply and adapt the print-on-slope technique to assemble directly the silicon dies on PCB, proposing a novel strategy to overcome the drawbacks of the wire bonding in the Conductive AFM measurements. Then, a novel setup for conductive AFM mode 2D materials characterization was manufactured. The 2D connection on ramp-shape terminations gives a better functionality than current wire bonding connections. The AFM tip moves over the silicon die without physical obstruction, giving a unique solution at this novel method to characterize the material degradation. In the field of multilayer hybrid PCB manufacturing, the goal is to prove the potentiality of different metal-insulator-metal structures inkjet-printed and evaluate their reliability and the electrical performance for low cost multilayer circuit based on paper substrate. In the light of the results, heterogeneous structures combining inorganic and organic dielectric material, where PVP fills the inorganic cracks and voids, possess a similar and outstanding feasibility in both paper and glass substrate without short-circuits. The greatest achievement of this work is the development and optimization of a novel capillarity-assisted SMD assembling method for the manufacturing of hybrid circuits inkjet-printed. In addition, taking advantage of print-on-slope technique, direct assembling of silicon die integrated circuits to PCB is successfully applied. Moreover, heterogeneous structures inkjet-printed open new solutions for multilayer hybrid circuits. |
| publishDate |
2019 |
| dc.date.none.fl_str_mv |
2019 2019 2020 |
| dc.type.none.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| format |
doctoralThesis |
| status_str |
publishedVersion |
| dc.identifier.none.fl_str_mv |
http://hdl.handle.net/10803/667782 |
| url |
http://hdl.handle.net/10803/667782 |
| dc.language.none.fl_str_mv |
Inglés |
| language_invalid_str_mv |
Inglés |
| dc.rights.none.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
| eu_rights_str_mv |
openAccess |
| dc.format.none.fl_str_mv |
218 p. application/pdf application/pdf |
| dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universitat de Barcelona |
| publisher.none.fl_str_mv |
Universitat de Barcelona |
| dc.source.none.fl_str_mv |
TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) reponame:TDR. Tesis Doctorales en Red instname:CBUC, CESCA |
| instname_str |
CBUC, CESCA |
| reponame_str |
TDR. Tesis Doctorales en Red |
| collection |
TDR. Tesis Doctorales en Red |
| repository.name.fl_str_mv |
|
| repository.mail.fl_str_mv |
|
| _version_ |
1869404083048153088 |
| spelling |
Development and optimization of inkjet printing based technologies for hybrid printed circuit boardsArrese Carrasquer, JavierMicroelectrònicaMicroelectrónicaMicroelectronicsCircuits impresosCircuitos impresosPrinted circuitsImpressores (Ordinadors)Impresoras (Ordenadores)Computer printersMesuraments elèctricsMedidas eléctricasElectric measurementsPropietats mecàniquesPropiedades mecánicasMechanical propertiesCiències Experimentals i Matemàtiques62The main goal of this doctoral thesis is the development and optimization of inkjet- based technologies for hybrid electronic circuits manufacturing, as well contribute on the development of the incoming low cost electronics. Regarding that, a novel solution for connecting regular SMDs and standard silicon SMD packages by inkjet printing is proposed. The novel connecting method allows the assembling at very low temperatures, and thus assures the compatibility with the incoming substrates. Electrical contact resistance and shear strength measurements performed by silver nanoparticle- based ink are comparable to benchmark connecting materials. In sum up, flexible hybrid circuit is successfully manufactured by silver nanoparticle-based ink on paper, where different SMDs size-shaped are assembled demonstrating the reliability and feasibility of the proposed method. Another objective of the work is to apply and adapt the print-on-slope technique to assemble directly the silicon dies on PCB, proposing a novel strategy to overcome the drawbacks of the wire bonding in the Conductive AFM measurements. Then, a novel setup for conductive AFM mode 2D materials characterization was manufactured. The 2D connection on ramp-shape terminations gives a better functionality than current wire bonding connections. The AFM tip moves over the silicon die without physical obstruction, giving a unique solution at this novel method to characterize the material degradation. In the field of multilayer hybrid PCB manufacturing, the goal is to prove the potentiality of different metal-insulator-metal structures inkjet-printed and evaluate their reliability and the electrical performance for low cost multilayer circuit based on paper substrate. In the light of the results, heterogeneous structures combining inorganic and organic dielectric material, where PVP fills the inorganic cracks and voids, possess a similar and outstanding feasibility in both paper and glass substrate without short-circuits. The greatest achievement of this work is the development and optimization of a novel capillarity-assisted SMD assembling method for the manufacturing of hybrid circuits inkjet-printed. In addition, taking advantage of print-on-slope technique, direct assembling of silicon die integrated circuits to PCB is successfully applied. Moreover, heterogeneous structures inkjet-printed open new solutions for multilayer hybrid circuits.L’objectiu principal d’aquesta tesi doctoral és el desenvolupament i l’optimització de tecnologies basades en injecció de tinta per a la fabricació de circuits electrònics híbrids, així com contribuir al desenvolupament de l’electrònica de baix cost. Es proposa una nova solució per connectar els dispositius de muntatge superficial (SMDs) mitjançant impressió de tinta amb càrrega de nanopartícules de plata. El nou mètode de soldadura permet fer la connexió a temperatures molt baixes i, per tant, assegura la compatibilitat amb els substrats tèrmicament menys resistents. Les mesures elèctriques de resistència de contacte i les mesures mecàniques de resistència de cisalla obtingudes són comparables a als obtinguts amb materials de connexió convencionals. En definitiva, s’ha aconseguit fabricar circuits hídrids flexibles amb èxit mitjançant tinta basada en nanopartícules de plata sobre paper, on diferents dimensions de SMDs han estat soldats, la qual cosa demostra la fiabilitat i la viabilitat del mètode proposat. Un altre dels objectius del treball és aplicar i adaptar la tècnica d'impressió mitjançant rampes per muntar directament microelectrònica sobre circuits impresos. Mitjançant aquesta tècnica, s’han superat els inconvenients provocats per les unions de fil d’or al realitzar mesures conductives mitjançant AFM. Així, s’ha utilitzat una nova estratègia per a la caracterització de materials 2D mitjançant la tècnica de CAFM. Les connexions 2D proporcionen una millor funcionalitat que les connexions actuals mitjançant fils. De fet, la punta AFM es mou sobre la mostra de silici sense obstrucció física, donant una solució única en aquest mètode per caracteritzar la degradació del material. En el camp de la fabricació de PCB híbrida multicapa, l'objectiu és provar la potencialitat de diferents estructures metall-aïllant-metall impreses mitjançant inkjet i avaluar la seva fiabilitat i les propietats elèctriques per a un circuit multicapa de baix cost basat en substrat de paper. A la vista dels resultats, les estructures heterogènies que combinen material dielèctric inorgànic i orgànic, on el PVP omple les esquerdes i els buits de les capes de material inorgànic, presenten unes bones prestacions elèctriques i tenen una viabilitat similar tant en paper com en substrat de vidre sense curtcircuits. La fita més rellevant d’aquest treball és el desenvolupament i l’optimització d’un nou mètode de soldadura de SMDs mitjançant inkjet i assistit per capil·laritat. Aprofitant la tècnica d'impressió sobre rampes, s’ha aconseguit muntar directament circuits integrats de silici sobre PCBs. A més, les estructures heterogènies impreses per injecció de tinta obren noves solucions per a circuits híbrids multicapa.Universitat de BarcelonaCirera Hernández, AlbertXuriguera Martín, María ElenaCirera Hernández, AlbertUniversitat de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica i Biomèdica201920202019info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion218 p.application/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10803/667782TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)reponame:TDR. Tesis Doctorales en Redinstname:CBUC, CESCAInglésADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.info:eu-repo/semantics/openAccessoai:www.tdx.cat:10803/6677822026-06-14T12:46:07Z |
| score |
15.300719 |