Caracterización de dispositivos y circuitos micro electrónicos impresos con inkjet

Abstract

La electrónica impresa con inkjet utilizando tintas líquidas termocurables exhibe características geométricas irregulares. Es posible imprimir dispositivos microelectrónicos y pistas de interconexión sobre un mismo sustrato. He revisado los métodos y procedimientos de caracterización estándar en microelectrónica, mediante validación cuantitativa con estudios sobre dispositivos pasivos y activos impresos con inkjet, partiendo de la premisa de que no pueden aplicarse directamente a esta tecnología emergente. Definiendo las características geométricas y eléctricas de interés, en relación con su estabilidad y variabilidad, para la selección de instrumentación y experimentación adecuada para su extracción. En esta tesis se reporta y se analiza la utilización de diferentes estructuras de prueba para caracterizar la geometría de circuitos electrónicos impresos con inkjet. Al diseñar estructuras de prueba se debe considerar los efectos de coalescencia de tinta y el efecto de anillo de café. Este trabajo presenta un análisis morfológico de intersecciones multi línea impresas con inkjet, que son estructuras críticas cruciales para construir circuitos. He estudiado estructuras con capas delgadas de tinta conductora de nano partículas de plata impresas con inkjet. La inestabilidad de la tinta durante la impresión causa irregularidad en los vértices, normalmente con picos en estas áreas. He propuesto utilizar patrones específicos para las intersecciones como compensaciones de regularidad en el grosor. Los resultados muestran que algunos patrones ayudan a reducir la inestabilidad y a mejorar la regularidad del grosor. De allí defino una metodología empírica que permite compensar diseños para imprimir con inkjet, la cual ha sido validada para las intersecciones multilínea en la capa de interconexión de circuitos.

Inkjet printed electronics using thermocurable liquid inks exhibits irregular geometric characteristics. It is possible to print microelectronic devices and interconnects on the same substrate. I have reviewed the methods and procedures for characterization the standard microelectronics, this was done through a qualitative validation with studies on printed passive and active devices, with the premise that standard procedures cannot be applied directly into this emergent technology. This review allow to define the geometrical and electrical characteristics of interest, and its relationship with the stability and variability in order to choose adequate experimentation and instrumentation for the characterization processes. An analysis of the usage for different microelectronic test structures applied to inkjet printed circuits is reported in this thesis. Those test structures are used in characterization procedures to extract geometrical and electrical features. Design of inkjet printed test structures should consider the ink coalescence and coffee ring effects. This thesis presents a morphological analysis for inkjet printed multi line intersections that are critical structures for building circuits. I have studied thin-film structures of silver conductive ink and printed by inkjet technology. Instability of the ink during printing causes the thickness irregularity of vertex, normally with peaks at these areas. I have proposed and tested the usage of specific patterns for intersections as thickness regularity compensations. The results show that some patterns help to reduce this instability and improve the thickness regularity of intersections morphology. From this I define an empiric methodology that allows the compensation of designs for inkjet printing, this methodology has been validated for the case of multi-line intersections for the wiring layer of circuits.