Fabrication and testing of flexible hybrid printed electronics

This thesis will provide a complete workflow for creating flexible printed circuit boards (FPCB) using a Voltera V-One system to deposit conductive ink onto kapton polyimide substrates. Beginning at the schematic level, circuits are designed, simulated, laid out, printed and assembled. The design process is fully digital, thus allowing for verification and error checking at every stage preceding fabrication. In order to contrast the performance of FPCBs and conventional printed circuit boards (PCB), the circuits designed are implemented using printed electronics (PE) and conventional printed circuitboards for use as a baseline. The performance of both implementations is then tested and compared in order to investigate any possible differences. The tests performed on both FPCBs and conventional PCBs include measuring frequency response, total harmonic distortion (THD), and signal-to-noise ratio (SNR). Based on the gathered data, frequency response and THD are equivalent between the two implementations, but SNR is decreased in PE due to the increased resistivity of traces. Additional tests show increased resistivity of bent printed traces. A method for reliably creating vias is also presented. Additionally, a test interface is presented, which allows the testing of printed circuits without requiring additional modifications, such as additional connections or soldered wires. The modular placement of test probes allows the interface to be used with a wide variety of circuits, without additional cost. Finally, the use of resistive inks for other thermal and sensing applications is explored. A resistive network is shown to generate heat, suggesting the possibility of printing heating elements, while the effect of temperature on resistivity is explored for possible use of resistive inks in temperature sensing applications.Cette thèse présente un flux de travail complet qui permet de créer des circuits imprimés flexibles (FPCB) utilisant un système V-One de Voltera pour déposer des traces d'encre conductrice sur des substrats de polyimide de kapton. A partir du niveau schéma, les circuits sont conçus, simulés, déposés, imprimés et assemblés. Le processus est entièrement numérique, ce qui permet la vérification des circuits et la détection d'erreurs à chaque étape précédant la fabrication. Afin de comparer la performance des FPCB et des circuits imprimés conventionnels (PCB), les circuits conçus sont fabriqués avec des techniques d'électronique imprimée (PE) et des techniques conventionnelles. La performance des deux implémentations est ensuite testée et comparée afin d'étudier les différences. Les tests effectués sur les FPCB et les PCB conventionnels incluent la mesure de la réponse en fréquence, la distorsion harmonique totale (THD) et le rapport signal sur bruit (SNR). Sur la base des données recueillies, la réponse en fréquence et la distorsion harmonique totale sont équivalentes entre les deux implémentations, mais le rapport signal sur bruit est diminué dans les FPCBs en raison de la résistivité accrue des traces. Des tests supplémentaires montrent une résistivité accrue des traces imprimées lorsqu'un circuit est mis sous tension. Une méthode de création de vias estaussi présentée. En outre, une interface de test est présentée, qui permet de tester les circuits imprimés sans besoin de modifications additionnelles, telles que des connexions supplémentaires ou des fils soudés. Le placement modulaire des sondes de test permet d'utiliser l'interface avec une grande variété de circuits, sans coûts supplémentaires. Enfin, l'utilisation d'encres résistives pour des applications thermiques et de capteurs est explorée. Un réseau résistif capable de générer de la chaleur est implémenté, suggérant la possibilité d'imprimer des éléments de chauffage, tandis que l'effet de la température sur la résistivité est étudié afin d´évaluer la possibilité de créer des capteurs de température