Skin-mounted electronics has developed from thick bandage-like structures to thin tattoo-like films in the past years. However, the properties of the tattoos still need improvement with stretchability, transparency, conformability, conductivity and biocompatibility being the most important ones. In addition, the manufacturing methods of the tattoos need development. Overall, improvement of the tattoos and development of the manufacturing methods need development of the used materials.
The objective in this thesis is to fabricate and analyze temporary transfer tattoos. The aim is to achieve the mentioned properties by environmentally friendly, cheap and additive manufacturing methods. First, the thesis discusses theoretical background of stretchable interconnects and skin-mounted electronics. Stretchable interconnects are then printed on temporary transfer tattoo paper and the interconnects are electrically and mechanically characterized. Mechanical characterization and some of the electrical characterizations are done on the skin and in a mechanical test instrument. In addition, the tattoo paper and materials theoretically suitable for manufacturing the tattoos with the desirable properties are characterized.
The acquired sheet resistance of the tattoos was 41.7 mΩ/□. The maximum strain before breaking was 19.4 %, but the reliability of the result was not confirmed. The printed interconnects were not transparent due to the material that was used. Thickness of the tattoos was not measured, but one theoretical calculation resulted in a 1.9 μm thickness. Nevertheless, slight conforming of the tattoos was visually observed. The conductive inks proved to be difficult to handle and they need more development. In addition, the tattoo paper was not suitable for fabricating the tattoos due to the low heat resistance of the paper. Finally, the stretching test setups are not suitable for thin tattoos because of the firm contact that is required between the tattoos and the test instruments to obtain the results.Iholle kiinnitettävä elektroniikka on kehittynyt viime vuosien aikana paksuista laastarimaisista rakenteista ohuiksi tatuointimaisiksi kalvoiksi. Ominaisuudet, joista tärkeimpinä ovat venyvyys, läpinäkyvyys, mukautuvuus, sähkönjohtavuus ja bioyhteensopivuus, tarvitsevat kuitenkin vielä parantamista. Lisäksi tatuointien valmistusmenetelmät vaativat kehitystä. Kaiken kaikkiaan tatuointien ja valmistusmenetelmien kehittäminen vaatii käytettävien materiaalien kehittämistä.
Tämän diplomityön tarkoituksena on valmistaa ja analysoida siirtokuvatatuointeja. Tavoitteena on saavuttaa aiemmin mainitut ominaisuudet ympäristöystävällisillä, halvoilla ja additiivisilla valmistusmenetelmillä. Työ käsittelee ensin venyvien johdinten ja iholle kiinnitettävän elektroniikan teoreettista taustaa. Sitten venyviä johtimia painetaan siirtokuvatatuointipaperille ja johtimet karakterisoidaan mekaanisesti ja sähköisesti. Mekaaninen karakterisointi ja osa sähköisistä karakterisoinneista suoritetaan iholla sekä mekaaniseen karakterisointiin tarkoitetussa laitteessa. Lisäksi tatuointipaperi ja materiaalit, jotka sopivat ainakin teoreettisesti haluttuja ominaisuuksia omaavien tatuointien valmistamiseen, karakterisoidaan.
Valmistettujen tatuointien neliöresistanssi oli 41,7 mΩ/□. Suurin saavutettu myötymä oli 19,4 %, mutta tuloksen luotettavuutta ei kuitenkaan voitu varmistaa. Painetut johtimet eivät olleet läpinäkyviä johtuen käytetystä materiaalista. Tatuointien paksuutta ei mitattu, mutta erään teoreettisen laskelman mukaan paksuus olisi 1,9 μm. Tatuoinneilla oli myös havaittavissa lievää iholle mukautumista. Johtavat musteet osoittautuivat hankalaksi käsitellä ja tarvitsevat lisää kehitystä. Käytetty tatuointipaperi ei myöskään alhaisesta lämmönkestävyydestään johtuen soveltunut riittävän hyvin tatuointien valmistukseen. Lisäksi venytystestilaitteistot eivät soveltuneet ohuiden tatuointien testaukseen johtuen pitävästä kontaktista, joka laitteiston ja tatuointien välille vaadittiin tulosten saamiseksi
