From characterization strategies to PDK & EDA Tools for Printed Electronics

Abstract

Durant els últims anys, les tecnologies d’electrònica impresa (PE) estan atraient molta atenció, principalment degut a que es poden fabricar grans àrees, i són una alternativa de baix cost a la microelectrònica tradicional. D’entre totes les tecnologies disponibles, la fabricació emprant impresores d’injecció de tinta (inkjet) resulta particularment interessant, al ser un mètode d’impressió digital (reduint els residus generats al fabricar), i no tenir contacte amb el substrat (per tant permet la utilització de molts tipus diferents de substrats). La tecnologia inkjet encara està patint un gran desenvolupament, cosa que fa difícil que es puguin dissenyar circuits i sistemes sense tenir un gran coneixement sobre els processos que hi ha al darrere. A més a més, la mancança d’eines específicament dissenyades per a inkjet crea un gran distància entre els dissenyadors i els tecnòlecs responsables de desenvolupar la tecnologia, dificultant així una adopció generalitzada de la tecnologia inkjet.

Aquesta tèsi contribueix a apropar els dissenyadors a la tecnologia, proposant i adaptant fluxes i kits de disseny existents i basats en microelectrònica, a les tecnologies inkjet, complementant-los amb eines específiques per adaptar-los a les peculiaritats de l’inkjet. D’aquesta manera aconseguim un camí directe des del disseny a la fabricació, abstraient els detalls tecnològics del disseny. A més a més, per tancar el camí entre disseny i la fabricació, aquesta tèsi proposa un entorn semi-automàtic de caracterització, que es fa servir per analitzar el comportament de la tinta dipositada, inferint quines correccions són necessàries per a què el resultat fabricat correspongui tant com sigui possible al disseny. El coneixement extret d’aquest pas s’incorporarà en una eina EDA específica que analitza i aplica automàticament les correccions extretes a un disseny.

During last years, Printed Electronics technologies have attracted a great deal of attention due to being a low-cost, large area electronics manufacturing process. From all available technologies, inkjet printing is of special interest, because of its digital nature, which reduces material waste; and being a non-contact process, which allows printing on a great variety of substrates. Inkjet printing is still on heavy development, thus making designing for it difficult without an in-depth knowledge of how the manufacturing process works. In addition, currently there is a lack of specific tools aiding to design for it, creating a large gap between designers and technology developers and difficulting a wide adoption of this particular technologies. The work presented on this thesis contributes to bridge the existing gap between designers and technology developers by proposing and adapting existing microelectronics-based design flows and kits, while complementing them with custom, PE specific Electronic Design Automation tools; to achieve a direct path from design to manufacturing, and abstract technology specific details from the design stages. This is achieved by combining a design flow with a PE Process/Physical Design Kit, and a set of EDA tools adapted to PE. In addition, to finally bridge design and manufacturing, this thesis proposes a semi-automated characterization methodology, used to analyze the deposited ink behavior, and infer all necessary corrections needed to ensure that the final fabricated result corresponds as much as possible to the intended design. This knowledge is then integrated into an specific EDA framework which will perform the aformentioned corrections automatically.