Stress Analysis Of Stretchable Electronic Circuit

• Main Author: Aziz, Norhidayah Abdul
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: 2018
• Subjects: T Technology; TJ181-210 Mechanical movements
• Online Access: http://eprints.usm.my/44601/1/Stress%20Analysis%20Of%20Stretchable%20Electronic%20Circuit.pdf; http://eprints.usm.my/44601/

Litar elektronik boleh regang (SEC) adalah produk elektronik yang telah dibangunkan baru-baru ini untuk memberi keselesaan kepada manusia dalam pelbagai aplikasi seperti sensor. Ia telah dimulakan dengan memperkenalkan litar dengan konsep saling hubungan menggunakan bahan logam dengan mengawal saiz dan reka bentuk saling hubungan yang dimasukkan ke dalam substrat yang fleksibel. Sambungan telah dikembangkan secara berterusan dengan mengawal jenis bahan yang digunakan dan reka bentuk litar untuk meningkatkan ketegasannya. Kajian ini membentangkan tingkah laku tegasan SEC menggunakan bahan polidimetilsiloksana (PDMS) sebagai substrat dan campuran rumusan baru serpihan Ag dan PDMS sebagai bahan litar dalam bentuk cecair yang dikenali sebagai dakwat konduktif Ag-PDMS. Tingkah laku mekanik substrat dan dakwat konduktif dicirikan menggunakan ujian tegangan. Data ujian tegangan digunakan untuk mencirikan sifat-sifat bahan menggunakan model Neo-Hookean dan plastik multilinear untuk dakwat substrat dan konduktif masing-masing mewakili tingkah laku litar dalam perisian Analisis Unsur Terhingga (FEA). Beberapa reka bentuk asas SEC seperti bentuk segi empat tepat, siku-sika dan ladam telah dimodelkan menggunakan Solidwork dan dieksport ke ANSYS Workbench untuk analisis struktur awal. Analisis telah dijalankan untuk menentukan tingkah laku tegasan terikan litar di bawah geometri dan arah beban yang berbeza. Selain itu, analisis struktur juga dijalankan pada prototaip sebenar sebagai aplikasi litar sensor haba. Tingkah laku ubah bentuk litar diselidik untuk menilai struktur integriti litar di bawah geometri, pemuatan dan bahan yang berbeza. Dapat dilihat bahawa kawasan kritikal untuk tumpuan tegasan bergantung pada arah pemuatan sama ada selari atau tegak lurus dengan percetakan litar. Selain itu, ia menunjukkan tegasan yang tinggi tertumpu di bahagian dalaman kawasan puncak untuk kedua-dua rekaan kekuda dan siku-sika. Tegasan alah bagi dakwat konduktif adalah 0.20 MPa. Manakala, keputusan tegasan terikan untuk keseluruhan litar mudah menunjukkan nilai tertinggi tegasan setara masih di bawah tegasan alah had hingga 10 % terikan yang digunakan iaitu pada 0.19 MPa. Walaubagaimanapun, keputusan tegasan setara tertinggi untuk litar sensor haba telah melebihi tegasan alah untuk pemuatan menegak dan dwipaksi masing-masing pada 66.66 % dan kurang daripada 10 % ubah bentuk plastik. Pemuatan mendatar tidak menghasilkan terikan ubah bentuk plastik pada 0.16 MPa tegasan setara tertinggi. _______________________________________________________________________________________________________ Stretchable electronic circuit (SEC) is an electronic product that has been developed recently in serving human comfort in various applications such as sensor. It was started by introducing a circuit with interconnection concept using metallic material by controlling the size and the design of the interconnection embedded into a flexible substrate. The interconnection has been developed continuously by controlling types of material used and the design of the circuit to enhance its stretchability. This study presents the stress behaviour of the SEC using a polymer material of polydimethylsiloxane (PDMS) as the substrate and a new formulated mixed Silver flakes and PDMS as the circuit material in the form of liquid known as Ag-PDMS conductive ink. The mechanical behaviour of the substrate and conductive ink was characterized using tensile testing. Tensile test data were used in characterizing the material properties using a Neo-Hookean model and a multilinear plastic model for substrate and conductive ink respectively to represents the circuit’s behaviour in Finite Element Analysis (FEA) software. Several basic designs of SEC such as rectangular, zigzag and horseshoe shape were modelled using Solidwork and was exported to ANSYS Workbench for preliminary structural analysis. The analysis was conducted to determine the stress-strain behaviour of the circuit under different geometry and loading condition. Besides, the structural analyses were also conducted on a real prototype of thermal sensor circuit application. The deformation behaviour of the circuit was investigated to assess the structural integrity of the circuit under different geometry, loading and material. It can be seen that the critical area for the stress concentration depended on the loading direction either parallel or perpendicular to the circuit printing. Besides, it showed high stress concentrated at the inner side of crest area for both horseshoe and zigzag design. The yield stress for the conductive ink was 0.20 MPa. Meanwhile, the stress-strain results of the entire model showed that the maximum equivalent stress was below the yield stress for simple circuit limited to 10 % strain applied at 0.19 MPa. However, the maximum equivalent stresses for thermal sensor circuit is exceeding the yield stress for uniaxial vertical and biaxial loading at 66.66 % and below than 10 % plastic deformation respectively. The horizontal loading give no plastic deformation for thermal sensor circuit at maximum equivalent stress is 0.16 MPa.