Abstract This thesis investigates the reliability of printed conductors on flexible substrates under cyclic bending. The topic is approached by studying the effects of several key design parameters on the bending lifetime of printed conductors under dynamic loading. In this thesis, the test specimens with various cross-sectional geometries were printed on different plastic and paper substrates. The test samples were fabricated with two printing methods, silk screen and roll-to-roll printing, by utilizing three different silver pastes as the conductive material. To evaluate the long-term performance of the printed traces, the test specimens were exposed to cyclic bending and their electrical behaviour during the test was monitored with resistance measurements. The bending test results were analysed by utilizing the Weibull analysis, with a 20% increase in resistance as the failure criterion. This method yielded a characteristic lifetime for a test population, including 10 individual test specimens. When comparing the characteristic lifetimes of all of the fabricated test populations, it was observed that all of the varied design parameters had an effect on the bending reliability of the printed traces. However, within the studied geometries and materials, the substrate was found to have the highest impact on the long-term electrical performance of printed conductors under cyclic bending. The study proves that the bending reliability of printed conductors can be enhanced by proper design choices. This is done by minimizing the strain when the printed trace is subjected to bending. / Tiivistelmä Tässä työssä tutkitaan joustaville substraateille painettujen johdinten luotettavuutta syklisessä taivutuksessa. Aihetta lähestytään tutkimalla useiden tärkeiden suunnitteluparametrien vaikutusta painettujen johdinten elinikään dynaamisessa rasituksessa. Työssä painettiin poikkileikkausgeometrialtaan vaihtelevia testirakenteita erilaisille muovi- ja paperisubstraateille. Testinäytteet valmistettiin käyttäen kahta painotekniikkaa, silkkipainoa ja rullalta rullalle painoa, hyödyntäen kolmea erilaista hopeapastaa johtavana materiaalina. Painettujen johdinten pitkäaikaisen suorituskyvyn arvioimiseksi testinäytteet altistettiin sykliselle taivutukselle ja niiden sähköistä käyttäytymistä monitoroitiin testin aikana resistanssimittauksilla. Taivutustestin tulokset analysoitiin Weibull analyysin avulla käyttäen 20%:n kasvua resistanssissa vikakriteerinä. Tämän menetelmän lopputuloksena saatiin karakteristinen elinikä testipopulaatiolle koostuen kymmenestä yksittäisestä testinäytteestä. Vertailtaessa kaikkien valmistettujen testipopulaatioiden karakteristisiä elinikiä, havaittiin kaikilla vaihdelluilla parametreilla olevan vaikutusta painettujen johdinten luotettavuuteen. Tästä huolimatta, tutkittujen geometrioiden ja materiaalien rajoissa, substraatilla todettiin olevan suurin vaikutus painettujen johdinten pitkä-aikaiseen sähköiseen suorituskykyyn syklisessä taivutuksessa. Tämä tutkimus osoittaa, että painettujen johdinten taivutusluotettavuutta voidaan parantaa oikeilla suunnitteluvalinnoilla. Tämä voidaan toteuttaa minimoimalla venymä painetun johtimen ollessa taivutuksessa.

Abstract Printed electronics offer unique possibilities for the development of devices and manufacturing methods. A prime example of printed electronics where the production volume can be significantly increased are solution-processed organic solar cells. Roll-to-roll (R2R) technology has made it possible to print solar cells almost as fast as newspaper. Unfortunately, the performance of printed devices depends strongly on film morphology, which is affected by the behaviour of the used ink on the confining surface - wetting. Key parameters that influence the wetting behaviour include surface energy, ink formulation, surface roughness, solvent properties, processing temperature and pre/post-treatments (heat, acid or plasma) and chemical heterogeneity. Importantly, a precise control of wetting and, consequently, film morphology is emphasized by many authors as an important factor for the commercialization of printed solar cells. This research focuses on measuring and analysing the influence of substrate processing temperature as well as plasma and UV pre-treatments on the wettability of various inks and substrates used in Organic Solar Cell (OSC) fabrication. It also explores the application of interesting novel materials, such as nanocellulose, in solar cell manufacture. The main tool applied here is the contact angle measurement method, since it is commonly used to obtain quantitative data describing the behaviour of ink droplets on substrate surfaces. Chief among the achieved results is the finding that the three factors mentioned above significantly influence ink-substrate interactions. Therefore, manipulation of plasma and UV treatments as well as substrate processing temperature, allow us to control wetting properties and, in consequence, the printing process. Another important result shows that the degree of control is strongly dependent on ink formulation and material composition and must, therefore, be taken into account in process development. These findings will contribute to a faster development of printed solar cells and their manufacturing conditions and requirements. / Tiivistelmä Painettava elektroniikka tarjoaa uusia mahdollisuuksia elektronisten laitteiden ja niiden valmistusmenetelmien kehittämiseen. Liuoskäsitellyt orgaaniset aurinkokennot ovat hyvä esimerkki painetun elektroniikan tuotteesta, jonka tuotantomäärää on voitu kasvattaa merkittävästi. Rullalta rullalle (engl. Roll-to-roll, R2R) -menetelmän avulla aurinkokennoja voidaan painaa lähes samalla nopeudella kuin sanomalehteä. Painettujen laitteiden suorituskyky riippuu suuresti tuotetun kalvon morfologiasta, johon vaikuttavat tuotantoprosessissa käytettyjen materiaalien kostumisominaisuudet. Tärkeimmät kostumiskäyttäytymiseen vaikuttavat parametrit ovat pintaenergia, pinnan karheus, musteen koostumus, liuotinominaisuudet, käsittelylämpötila, esi- ja jälkikäsittely (lämpö, happo tai plasma) sekä kemiallinen heterogeenisyys. Kostumisen, ja sitä kautta kalvon morfologian, tarkka säätely on tärkeää painettujen aurinkokennojen kaupallisen hyödyntämisen kannalta. Tässä väitöskirjatyössä mitataan ja analysoidaan käsittelylämpötilan sekä plasma- ja UV-esikäsittelyiden vaikutuksia orgaanisten aurinkokennojen valmistuksessa käytettyjen musteiden ja alustojen kostumisominaisuuksiin sekä tarkastellaan aurinkokennoliuoksissa käytettäviä uusia, mielenkiintoisia materiaaleja, kuten nanoselluloosaa. Työssä eniten hyödynnetty menetelmä on kontaktikulman mittaus, joka on yleisesti käytetty tapa hankkia kvantitatiivista tietoa mustepisaroiden käyttäytymisestä erilaisilla pinnoilla. Keskeisin saavutettu tutkimustulos on se, että kaikilla yllämainituilla kolmella käsittelyllä on huomattava merkitys musteen ja alustan vuorovaikutuksiin. Näin ollen plasma- ja UV-käsittelyillä sekä alustan käsittelylämpötilan säätelyllä voidaan hallita kostumisominaisuuksia ja sitä kautta koko painatusprosessia. Toinen tärkeä löydös on, että musteen koostumus ja alustan materiaali vaikuttavat siihen, kuinka voimakkaasti kostumista voidaan hallita. Näin ollen ne täytyy ottaa huomioon painatusprosessin suunnittelussa. Työssä saavutettuja tuloksia voidaan käyttää painettujen aurinkokennojen sekä niiden tuotantomenetelmien kehittämiseen.

Abstract In this thesis flexible electronics composite materials were developed and utilized in pressure sensors. Additionally, stretchable materials based on piezoresistive structures were fabricated and their feasibility for printed electronics switches and stretchable strain sensors was investigated. In the first part of the thesis two types of composite materials were developed based on polyurethane foam with added carbon powder and on liquid crystal polymer with ceramic powder. The first developed composite was utilized in piezoresistive and capacitive hybrid sensors and the latter one for an additive manufactured piezoelectric sensor strip suitable for operation at elevated temperatures. The formable hybrid sensor achieved a maximum pressure sensitivity of 0.338 kPa-1 with response and recovery times less than 200 ms at pressures over 200 kPa and also showed a linear response. The sensor could be utilized, for example, in wearable electronics and robotics. The new type of piezoelectric material showed piezoelectric coefficients of d33 > 14 pC/N and g33 > 108 mVm/N at pressure below 10 kPa with a wide pressure sensing range up to 4.5 MPa. This was higher than that previously achieved for materials fabricated using traditional printing techniques. The piezoelectric sensor would be suitable for industrial process control at elevated temperatures. In the second part of the thesis the stretchable materials were utilized in a new type of piezoresistive structure to fabricate one of the first stretchable switches and a machine washable self-adherable strain sensor. The developed stretchable switch could be actuated with either stretching or vibration with a minimum movement of < 2 μm. The versatile strain sensor with a tunable resistance-strain characteristic achieved the currently highest reported gauge factor (>105) at > 70% stretching. The strain sensor could be utilized for sensing human body movements and physiological signals. / Tiivistelmä Väitöstyössä kehitettiin joustavan elektroniikan komposiittimateriaaleja, joita hyödynnettiin paineantureissa sekä käytettiin venytettäviä materiaaleja painettavan elektroniikan kytkimen ja venymäanturin valmistukseen. Työn ensimmäisessä osassa kehitettiin kahdenlaisia komposiittimateriaaleja, joista ensimmäinen pohjautui polyuretaanivaahtoihin, joihin sisällytettiin hiilijauhetta, sekä toinen nestekidepolymeeriin, johon lisättiin keraamijauhetta. Ensimmäistä kehitettyä komposiittia hyödynnettiin pietsoresistiivisessä ja -kapasitiivisessa hybridianturissa ja jälkimmäistä lisäaine valmistettavassa pietsosähköisessä anturinauhassa, joka soveltui kohotettuihin lämpötiloihin. Muovattavalla hybridianturilla saavutettiin herkkyyden maksimiarvoksi 0.338 kPa-1, alle 200 ms vaste- ja palautumisajat yli 200 kPa paineessa ja lineaarinen vaste. Anturia voitaisiin monipuolisesti hyödyntää mm. puettavassa elektroniikassa ja robotiikassa. Uudenlaisella pietsosähköisellä materiaalilla saavutettiin pietsosähköiset kertoimet (d33 > 14 pC/N ja g33 > 108 mVm/N < 10 kPa paineessa), jotka olivat korkeammat kuin perinteisin tulostusmenetelmin valmistetuilla materiaaleilla. Pietsosähköinen anturi soveltuisi mm. teolliseen prosessivalvontaan kohotetuissa lämpötiloissa. Toisessa osassa hyödynnettiin venytettäviä materiaaleja uudentyyppisissä pietsoresistiivisissä rakenteissa ensimmäisten venytettävän painettavan elektroniikan kytkimen sekä konepestävän itsekiinnityttävän venymäanturin valmistamiseksi. Tulokset on esitetty kahdessa julkaisussa, joista ensimmäinen keskittyi kytkimen valmistamiseen ja toimintaan sekä toinen venymäanturin toimintaan ihmiskehon liikkeen ja signaalien mittaamiseksi. Kehitettyä kytkintä voitiin aktuoida monipuolisesti esim. venytyksen tai värinän avulla alle 2 μm liikkeellä. Monipuolisella venymäanturilla saavutettiin säädettävä resistanssi-venymä suhde korkeimmalla tähän asti ilmoitettu herkkyydellä (>105) yli 70% venytyksellä. Venymäanturia voitiin hyödyntää ihmiskehon liikkeiden ja fysiologisten signaalien mittaamiseen.

Abstract The aim of this thesis is to study whether nanostructured particles of WO3 could be competitive counterparts of traditional, more bulky materials in resistive gas sensor applications. Pristine and various surface decorated derivatives of three different types of WO3 nanoparticles applied on the surface of lithographically defined Si chips were used in the work to analyse the electrical behaviour of thin films when exposed to different gas atmospheres. Nanosized particles of WO3, obtained by capillary force-induced collapse of porous anodic tungsten oxide in water, were demonstrated as a sensing medium for the detection of H2 and NO analytes. Commercially available nanoparticles of WO3 were also studied. After decorating their surface with metal/metal oxide nanoparticles (Ag, PdOx and PtOx), stable aqueous dispersions were made and used for the inkjet printing of conductive patterns on test chips. Surface decoration was found to affect substantially the gas response behaviour of the materials with the largest differences in response to H2 and NO. The third type of tungsten oxide applied consisted of hydrothermally synthesized nanowires that were also surface decorated with PdO as well as with PtOx. The nanowires were suspended in water and drop cast on test chips for gas sensing measurements. The nanowire based devices allowed ultrasensitive detection of H2 even at room temperature. The results summarized in this thesis indicate that resistive gas sensors based on nanostructured tungsten oxides are excellent alternatives to existing devices utilizing porous thick films or bulky thin films. Their high sensitivity, low operating temperature and low electrical power consumption may enable the construction of portable sensors, for example by inkjet printing, thus having great potential for fast prototyping but also for large scale production at low cost. / Tiivistelmä Väitöstyön tavoitteena on tutkia nanorakenteisten WO3 hiukkasten kilpailukykyä suhteessa perinteisiin suuremman kidekoon materiaaleihin resistiivisissä kaasusensorisovelluksissa. Työssä tutkittiin kolmella eri tekniikalla valmistettujen WO3 nanopartikkeleiden alkuperäisistä ja pintakäsitellyistä versioista muodostettujen ohutkalvojen sähköisiä ominaisuuksia erilaisten kaasukehien funktiona. Veden kapillaarivoimien aikaan saaman huokoisen anodisen volframioksidirakenteen romahduksen kautta saatujen WO3 nanopartikkeleiden osoitettiin toimivan havaintoväliaineena H2 ja NO kaasuille. Myös kaupallisia WO3 nanopartikkeleita tutkittiin. Partikkelien pinta päällystettiin metalli- ja metallioksidinanopartikkeleilla (Ag, PdOx and PtOx), jonka jälkeen niistä muodostettiin vakaita vesipohjaisia seoksia johtavien kuvioiden mustesuihkutulostukseen testisubstraateille. Pintakäsittelyn havaittiin vaikuttavan merkittävästi materiaalien kaasuvasteisiin erityisesti H2:n ja NO:n tapauksessa. Kolmannen tyyppinen väitöskirjassa tutkittu volframioksidimateriaali koostuu hydrotermisesti syntetisoiduista nanojohdoista, jotka ovat pintakäsitelty PdO tai PtOx nanopartikkeleilla. Nanojohdot sekoitettiin veteen ja pipetoitiin testisubstraateille kaasumittauksia varten. Tämän tyyppiset kaasusensorit olivat erityisen herkkiä H2 kaasulle jopa huoneenlämmössä. Väistökirjan tulosten mukaan nanorakenteiset volframioksidimateriaalit ovat erinomainen vaihtoehto perinteisille huokoisille paksukalvoille ja suhteellisen paksuille ohutkalvoille kaasusensorisovelluksissa. Niiden suuri herkkyys, alhainen toimintalämpötila ja matala sähkönkulutus voivat mahdollistaa kannettavien kaasusensorien valmistuksen, esimerkiksi mustesuihkuteknologilla, nopeaan testaukseen ja suuren mittakaavan tuotantoon alhaisin kustannuksin.

Abstract In this thesis several novel inks based on dry inorganic powders enabling magnetic, piezoelectric and memory resistive (memristive) function were researched for printed electronics applications. Low curing temperature screen–printable magnetic inks for high frequency applications based on dry cobalt nanoparticles were developed in the first part of the work. Three publications were achieved. The first one concentrated on ink formulation and its process development, the second on the utilization of multifunctional surfactant, and the third on the development of the inks for plastic substrates. The magnetic inks developed were cured at 120 °C. The electrical performance, microstructure, surface quality and mechanical durability of printed and cured layers were investigated. Relative permeability values up to 3 and related loss tangents up to 0.01 were achieved at 2 GHz frequency, as well as a pull–off strength of up to 5.2 MPa. The maximum loading level of cobalt nanoparticles was 60 vol–%, after which the stability of the ink started to degrade. The developed ink enabled the miniaturization of a patch antenna. In the second part of the thesis, the formulation of inks based on piezoelectric ceramic particles in powder form with ferroelectric polymers as a matrix material is introduced. The performance and quality of the printed inks and cured layers were investigated. The measured pull off –strength was up to 3.25 MPa, relative permittivity was up to 48 at 1 kHz and piezoelectric constant d31 up to 17 pm/V. The printed piezoelectric layer can be utilized in a pressure sensor. In the third part of the thesis, the development of inks for a novel printed memory component, a memristor, is researched. A synthesis route was developed for an organometallic precursor solution, which was formulated into inkjet–printable form. The printing tests were carried out in order to find the most feasible layer thickness with memristive behaviour. The influence of substrate materials and different thermal treatments on the components’ electrical properties, durability of read/erase –cycles and overall lifetime were also investigated. The prepared memristive patterns remained functional for up to 35 days, while the precursor solution remained usable for over a year. The memristive areas withstood up to 30 read/erase cycles and by utilizing heat treatments the shift in resistance value increased by up to three orders of magnitude. / Tiivistelmä Väitöstyössä kehitettiin epäorgaanisten kuivien jauhemaisten materiaalien pohjalta magneettisia, pietsosähköisiä ja memristiivisiä musteita käytettäviksi painettavan elektroniikan sovelluksissa. Työn ensimmäisessä osassa tutkittiin korkean taajuuden sovelluksissa käytettävien magneettisten, matalassa lämpötilassa kovetettavien, jauhemaisiin kobolttinanopartikkeleihin perustuvien silkkipainomusteiden valmistamista. Tulokset on esitetty kolmessa julkaisussa, joista ensimmäinen keskittyi musteen formulointiin, toinen monifunktionaalisen surfaktantin hyödyntämiseen ja kolmas musteen kehittämiseen muovialustalle sopivaksi. Työssä kehitettiin 120 °C:ssa kovettuvia musteita, joista valmistettujen kalvojen suhteellisen permeabiliteetin maksimiarvoksi saatiin 3 ja häviöiden minimiarvoksi 0,01 kahden gigahertsin taajuudella. Pull–off –vetotestin tulokseksi saatiin jopa 5,2 MPa. Musteet säilyivät vakaina enimmillään 60 tilavuusprosentin metallipitoisuudella. Kehitettyä mustetta käytettiin tasoantennin miniatyrisoinnissa. Toisessa osassa kehitettiin pietsosähköisiä musteita, jotka pohjautuivat keraamijauheeseen ja matriisimateriaalina toimivaan ferrosähköiseen muoviin. Niistä valmistettujen kalvojen parhaaksi pull off –vetotestin tulokseksi saatiin 3,25 MPa, permittiivisyyden maksimiarvoksi 48 yhden kilohertsin taajuudella ja d31–pietsovakion maksimiarvoksi jopa 17 pm/V. Kehitettyjä painettuja rakenteita voidaan käyttää painettavissa paineantureissa. Kolmannessa osassa kehitettiin uudentyyppinen painettava muistikomponentti, memristori ja komponenttien valmistamiseksi uusi prekursoriliuoksen synteesi. Syntetisoitu liuos muokattiin mustesuihkutulostettavaksi. Painokokeiden avulla selvitettiin materiaalin paksuus, jolla saatiin aikaan muistivastukselle ominainen memristiivinen käyttäytyminen. Työssä tutkittiin substraattimateriaalien ja mahdollisten lämpökäsittelyjen vaikutusta komponenttien sähköisiin ominaisuuksiin, luku/kirjoitussyklien kestoon sekä käyttöikään. Valmistetut memristiiviset kalvot säilyivät toimivina 35 vuorokautta ja prekursoriliuos yli vuoden. Memristiiviset pinnat kestivät jopa 30 luku/kirjoitussykliä ja vastusarvon muutos saatiin lämpökäsittelyllä kolmea kertaluokkaa suuremmaksi.

Abstract This thesis reports the investigation of color tuning of two types of organic light emitting devices, transistors (OLETs) and diodes (OLEDs). Voltage tunable two color light emission was demonstrated for OLETs. For OLEDs, two kinds of color tuning methods were presented. For these, color tuning was realized using thermal annealing which changes the light emission color of the devices permanently. The two color light emission of the OLETs, employing a three-layer heterostructure device configuration, occurs in red and green. The device structure was first utilized for producing red light emission originating from a light emission layer made of Alq3:DCM that was deposited between the hole and electron transport layers made of DH-4T and DFH-4T, respectively. After modifying the fabrication process in order to raise the device performance by acquiring smoother active layers green light could also be produced by the devices. Green light emission originated from the electron transport layer. This took place during the electron transport mode, while the red emission was apparent while hole transport was active. The color of the light emission was therefore demonstrated as being tunable by voltage. For OLEDs, devices with one active polymeric layer, undoped and doped, were investigated. The undoped OLEDs had the light emission layer made of blue light emitting polyfluorene PFO. The OLEDs suffered from keto-defects shifting their light emission color from blue to greenish shade, a common problem occurring in widely used blue light emitting polyfluorenes. The work conducted and reported in this thesis demonstrated that thermal annealing can be used for diminishing this undesired green emission. For the doped OLEDs with the light emission layer made of a PFO:F8BT blend, color tuning was realized using thermal annealing as well. As a result of exposure to thermal treatment, the light emission color of these devices which was green as fabricated was converted to white. The phenomenon behind this effect was explained by phase separation between the host and dopant polymers of the light emission layer. / Tiivistelmä Tässä väitöskirjatyössä tutkitaan orgaanisten valoa emittoivien transistoreiden (OLET) ja diodien (OLED) värinsäätöä. Työssä tehtiin kolmikerrosrakenteisia OLETeja, jotka kykenevät emittoimaan valoa kahdella värillä ja joiden emittointiväri on jännitesäädettävissä. OLEDien osalta toteutettiin kaksi erilaista värinsäätömenetelmää, joissa molemmissa hyödynnettiin kuumennusta pysyvän värinvaihdon aikaansaamiseksi. Tutkitut OLETit emittoivat punaista ja vihreää valoa. Aluksi tutkittiin vastaavia komponentteja, jotka emittoivat vain punaista valoa. Näissä komponenteissa punaisen valon tuotti keskimmäinen valoemitterinä toiminut kerros (Alq3:DCM), jonka ala- ja yläpuolella olivat aukko- ja elektronijohtavat kerrokset (DH-4T ja DFH-4T). Komponenteilla saatiin tuotettua myös vihreää valoa, kun valmistusprosessia kehitettiin tasaisempien aktiivisten materiaalikerrosten valmistamiseksi. Vihreän valon todettiin olevan elektronijohtavan kerroksen tuottamaa. Kaksiväriemittoiva OLET tuotti vihreää valoa ollessaan elektronijohtavassa tilassa, ja punaista valoa aukkojohtavassa tilassa, emittointivärin ollessa näin jännitesäädettävissä. Työssä tutkittujen OLEDien valon emittointi perustui polymeerikerrokseen, joka oli toisissa OLEDeissa seostamaton ja toisissa seostettu. Seostamattomien OLEDien aktiivinen kerros oli tehty sinistä valoa tuottavasta polyfluoreenista (PFO), jossa usein ilmenee keto-virheitä, joiden vuoksi PFO:sta tehtyjen OLEDien valo muuttuu sinisestä vihertäväksi. Työssä osoitettiin, että kuumennusta voidaan käyttää sinisen emittointivärin palauttamiseen. Seostettujen OLEDien (PFO:F8BT) osalta kuumennusta käytettiin komponenttien emittointivärin muuttamiseksi alkuperäisestä emittointiväristä vihreästä valkoiseksi. Tämä ilmiö selitettiin valoa emittoivan kerroksen polymeerien välisellä faasierkaantumisella.

Abstract Electronic devices are subjected to various usage environments, wherein stresses are induced to components and their interconnections. The level of stress affects the interval of failure occurrences. When the stress level and aging characteristics of sub-material parts are known, the failure occurrence can be predicted. However, the predictions are based on uncertainties and a practical method to help to assess the component interconnection reliability is needed. In this thesis a novel method to utilize the accelerated stress test data for the hazard rate estimates is introduced. The hazard rate expectations of the interconnection elements are presented as interconnection failures in time (i-FIT) figures that can be used as a part of the conventional product reliability estimates. The method utilizes second level reliability test results for a packaging type specific failure occurrence estimates. Furthermore, the results can be used as such in the component packaging reliability estimates. Moreover, a novel method to estimate the interconnection failures in terms of costs is presented. In this novel method the interconnection elements are dealt as cost elements. It is also shown that the costs of the interconnection failures could be very high, if the stress-strength characteristics of the interconnection system are wrongly chosen. The lead-free manufacturing has emphasized the thermal compatibility of the materials of the component, the solder and the Printed Wiring Board. Improper materials for Area Array components will result as excessive component warping during the reflow, as is shown in this thesis. A novel method for estimating the amount of component warping during the lead-free reflow is introduced. In this thesis, a method to predict the second level interconnection hazard rate is introduced. The method utilizes the second level reliability test data in the life time predictions of the component solder joints. The resulted hazard rates can be used as a part of product field performance estimates. Also, the effect of the process variation and the material properties on the lead-free solder joint reliability is introduced. / Tiivistelmä Elektronisen laitteen materiaalien yhteensopivuus ja käyttöympäristö määrittävät sen kokemat rasitukset. Laitteen komponentteihin tai niiden liitoksiin kohdistuvat rasitukset aiheuttavat lopulta laitteen vikaantumisen. Vikaantumisten taajuuteen vaikuttavat paitsi rasituksen taso ja tyyppi, myös laitteen materiaalien ominaisuudet. Todellinen vikaantumistaajuus perustuu kuitenkin muihinkin parametreihin, mistä johtuen vikaantumisennusteet voivat olla epätarkkoja. Tästä syystä käytännölliselle liitosten vikaantumisen arviointimenetelmälle on tarve. Tässä väitöskirjassa esitellään uusi komponenttien juotosliitosten arviointimenetelmä, jonka avulla voidaan muuntaa kiihdytetyn rasitustestauksen tulos vikaantumistaajuusarvioksi laitteen todellisessa käyttöympäristössä. Menelmässä hyödynnetään levytason rasitustestauksen tuloksia komponenttien kotelotyyppikohtaisiin vikaantumisennusteisiin. Menetelmää voidaan käyttää sellaisenaan arvioitaessa komponenttikoteloiden luotettavuutta todellisissa rasitus- tai tuoteympäristöissä. Väitöskirjassa esitellään myös uusi menetelmä vikaantuneiden liitosten kustannusten määrittämiseen, mikä auttaa myös uuden liitosteknologian kokonaiskustannusten arvioimisessa. Lisäksi väitöskirjatyössä osoitetaan, että liitosvikojen aiheuttamat kustannukset voivat olla erittäin korkeita, mikäli juotosliitoksiin kohdistuvat rasitukset ylittävät liitosten suunnitellun kestävyyden. Elektroniikan lyijyttömän valmistamisen myötä komponenttien, juotteen ja piirilevyn materiaalien yhteensopivuus korostuu. Väitöskirjatyössä osoitetaan, että yhteensopimattomien materiaalien käyttäminen komponenteissa voi johtaa komponentin liialliseen taipumaan kuumakonvektiojuottamisen aikana. Lisäksi esitellään menetelmä komponentin taipuman arvioimiseksi lämpötilan funktiona. Tässä väitöskirjassa esitellään uusi menetelmä, jolla voidaan arvioida komponenttien juotosliitosten vikaantumista ja vikaantumisen vaikutusta tuotteiden kokonaiskustannuksiin. Menetelmä perustuu kiihdytetyn rasitustestauksen tuloksiin, joita voidaan käyttää juotosliitosten vikaantumisten arvioimiseen tuotteen todellisissa käyttöolosuhteissa. Lisäksi väitöskirjatyössä on arvioitu juotosmateriaalin ja juotosaluemitoituksen vaikutusta juotosliitosten luotettavuuteen.