Analysis of Contact Resistance Change of Embroidered Interconnections (PDF)

Inhaltsangabe:Einleitung:
Integration von Elektronik in Textilien ist ein Thema, das zunehmend in den Blickpunkt verschiedener Forschungsinstitute und Unternehmen rückt. Für diese sehr aktuelle Technik werden allerdings bisher nur herkömmliche Methoden der Verdrahtung verwendet. Um die Beschaffenheit eines Textils nicht zu verändern, und damit den Tragekomfort und das Erscheinungsbild nicht negativ zu beeinflussen, müssen neue Technologien verwendet werden.
Ein Ansatz ist die Verwendung von gesticktem, elektrisch leitfähigem Garn. Dieses hat die gleichen mechanischen Eigenschaften wie herkömmliche Garne und stellt damit keinen Fremdkörper in einem Textil dar. Zusätzlich leitet es den elektrischen Strom und kann direkt durch Sticken mit einem elektronischen Modul verbunden werden. Dadurch dient das Garn als elektrischer Leiter für Signale und kann gleichzeitig eine Verbindung zu elektronischen Modulen herstellen.
In vorangegangenen Forschungsprojekten wurde die Machbarkeit und Zuverlässigkeit von gestickten Kontakten untersucht. Es hat sich gezeigt, dass das Ankontaktieren und Verbinden von Substraten mit elektrisch leitfähigen Fäden eine mögliche Alternative zu den herkömmlichen Verdrahtungstechniken darstellt. Allerdings zeigten sich starke Schwankungen und auch Ausfälle der gemessenen Kontakwiderstände während der Zuverlässigkeitstests.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den Ursachen der Widerstandschwankungen und Ausfälle von gestickten Kontakten. Ziel ist es, diese zu analysieren und gezielt Verbesserungsvorschläge zu machen. Die erhöhte Zuverlässigkeit der verbesserten Kontakte soll abschliessend im Experiment validiert werden.
Anfangs werden die thermomechanischen und elektrischen Eigenschaften des verwendeten Garns analysiert und der Zusammenhang beider Grössen erläutert. Dies geschieht auf Basis von thermomechanischen Analysen und Widerstandsmessungen, sowohl bei konstanter Temperatur als auch im Temperaturzyklentest. Weiterhin werden die gestickten Kontakte betrachtet. Das verwendete Messverfahren und ein theoretisches Modell des Kontaktwiderstands werden vorgestellt. Um die Einflussgrössen des gestickten Kontakts zu reduzieren, wird ein vereinfachtes physikalisches Modell eingeführt. Beide Strukturen werden anschliessend in Temperaturzyklentests mit In-situ-Messsystemen untersucht. Die Ergebnisse des Experiments zeigen, dass sich der Widerstand der Kontakte anfangs verbessert, dann aber mit der Zeit verschlechtert. Die Degradation [...]