Design and Analysis for Practical Use of Stretchable Printed Circuit Board

Abstract

On the basis of the large growth of the smart and wearable device, the interest in new concept electronic devices more friendly to human-life is increasing steadily. Following this trend, stretchable electronics becomes one of the emerging research fields, because a stretchability is a core element for a realization of the novel devices permeated in daily life. Among various novel researches of stretchable electronics, the stretchable printed circuit board (SPCB) have been studied lately, materializing practical electronic systems through direct integration of stretchable interconnect wires and commercialized devices on a soft board. This thesis presents studies on a circuit layout design method that considers inherent characteristics of the SPCB and a SPCB-based novel invention that shows the potential use in the new field.

A design of electronic circuits constructed on the soft board are focused on this thesis, unlike previous researches which mainly focus on fabrication methods. Since the main goal of previous researches was an establishment of a method to integrate stretchable interconnect wires and rigid integrated chips on the soft board, simple circuits are manufactured as example applications of established fabrication methods. And these examples could not sufficiently show indispensable elements to design reliable circuits and a high potential of these new technologies. Thus, in this thesis, researches for practical use of the SPCB cover two main contents, propositions of new circuit layout design method to reduce the number of trial and error for fabricating reliable prototypes and the soft robotic system as the innovative and novel development which shows the high potential of the SPCB technology.

스마트 웨어러블 기기의 큰 성장을 바탕으로, 좀 더 사람들의 삶과 하나가 된 새로운 전자기기에 대한 관심 역시 꾸준히 늘고 있다. 이러한 흐름에 따라 일상 생활과 하나가 된 새로운 전자 기기를 구현하기 위한 필수 요소로서, 신축성 전자 기술은 빠르게 성장하고 있는 연구 분야 중 하나가 되었다. 다양한 신축성 전자 기술 중에서, 소프트 기판 위에 직접 상용화된 소자들과 신축성 부품들을 통합 시키는 제작 방법을 이용해서, 실용적인 전자 회로 시스템을 구현할 수 있는 신축성 인쇄 회로 기판 기술이 최근 연구 된 바가 있다. 이 논문에서는 이러한 신축성 인쇄 회로 기판이 내제하고 있는 특성을 반영한 회로 배치도 설계 방법과 이 기술이 새로운 분야에서 이용될 수 있는 잠재성을 보여줄 수 있는 새로운 발명을 다룬다.

이 논문에서는, 기존의 연구들이 신축성 회로 기판의 제작 방법에 초점을 주로 맞춘 것과 다르게, 신축성 기판 위에 구축된 전자 회로를 설계하는 방법에 초점을 맞추고 있다. 이전 연구들의 주된 목표는 신축성 소재 기반의 부품들과 단단한 소자들을 동일한 소프트 기판 위에 집적하는 방법을 수립하는 것이었기에, 수립된 공정을 기반으로 제작한 시제품에 간단한 회로들이 주로 예제로써 설계되었다. 그렇기 때문에 이러한 예제들은 신축성 기판 위에서 안정적으로 동작하는 회로를 제작하기 위한 필수 요소들과 이러한 신기술들이 가진 잠재적 가능성을 충분히 보여주지 못하였다. 그러므로, 이 논문에서는, 인쇄 회로 기판의 실용적인 사용을 위한 두 가지 연구들을 주로 다루며, 안정적으로 동작하는 시제품 제작을 위한 회로 배치도 설계 방법과 신축성 인쇄 회로 기판 기술의 잠재성을 충분히 보여줄 수 있는 예제로써 소프트 로봇 시스템에 대한 연구내용을 기술하였다.