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Optimisation de l'encollage d'une interface hétérogène avec reprise de contact électrique à l'aide de particules conductrices

Optimisation de l'encollage d'une interface hétérogène avec reprise de contact électrique à l'aide de particules conductrices

Gluing optimization of a heterogeneous interface with electrical contact recovery using conductive particles

Proposition de thèse

Spécialité

Mécanique numérique et Matériaux

Ecole doctorale

SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées

Directeur de thèse

INAL Karim

Co-encadrant

GEORGI Frédéric

Unité de recherche

Centre de Mise en Forme des Matériaux

Contact
Date de validité

01/10/2020

Site Webhttps://www.cemef.mines-paristech.fr/offre-de-these-optimisation-de-lencollage-dune-interface-heterogene-avec-reprise-de-contact-electrique-a-laide-de-particules-conductrices/
Mots-clés

Collage, reprise de contact électrique, rhéologie, mouillage, particules, écoulement

Gluing, adhesion, electrical contact recovery, rheology, wetting, particles

Résumé

L'objectif de la thèse est d'étudier l'influence du taux de charge, de la taille, de la géométrie des particules pour une technologie identifiée (billes de polymères à surface conductrice) et la viscosité de la matrice organique en fonction de sa formulation, sur les performances finales de l'assemblage (contacts électriques, propriétés mécaniques, adhésion et performances électro-acoustiques du transducteur). Les conditions et les paramètres de mise en œuvre de l'assemblage (pression, vitesse, géométries d'assemblage) seront également étudiés.
Les caractérisations rhéologiques des matrices polymères avec ou sans charges seront effectuées pour évaluer le couplage fluide-particule et identifier les lois de comportement lors de l'écoulement. Ce couplage matrice-particule sera également évaluer lors d'essais mécaniques.
L'influence des conditions de mise en œuvre sur l'écoulement de la colle constituera le deuxième volet de l'étude expérimentale qui sera associée à étude numérique du procédé afin d'optimiser celui-ci.
En parallèle de l'étude à l'échelle macroscopique, une analyse du contact à l'échelle de la particule élémentaire sur des géométries modèles sera menée afin d'évaluer le comportement mécanique et électrique de l'assemblage à l'échelle locale. Cette approche multi-échelle doit permettre d'évaluer si le comportement local peut être transposé à une échelle globale.
En complément des études expérimentales, une étude numérique sera menée pour reproduire les flux d'écoulement de la colle et des particules. Les modélisations seront prioritairement réalisées avec le logiciel Comsol Multiphysics. D'autres codes de calcul pourront être évalués si les lois de comportement ou de couplages fluide-particule existantes ne permettent pas de converger ou si la simulation pour des géométries modèles n'est pas fidèle aux observations expérimentales. Cette approche numérique de la répartition des particules sera ensuite couplée à des modèles statistiques pour évaluer la probabilité de défauts (court-circuit, circuit ouvert, absence locale de colle, etc.) en corrélation avec les données expérimentales.
Les lois de comportement identifiées seront alors évaluées sur des géométries plus complexes, représentatives d'un assemblage réel, pour vérifier si les outils numériques mis en place permettent de réduire le temps de développement pour dimensionner la zone d'encollage optimale en fonction de la topographie des surfaces, du type de matrice ou de charge.

The objective of the thesis is to study the influence of the filler ratio, particle size, particle geometry on an identified technology (polymer beads with conductive surface) and the viscosity of the organic matrix according to its formulation, on the final performance of the assembly (electrical contacts, mechanical properties, adhesion and electro-acoustic performance of the transducer). The assembly conditions and parameters (pressure, speed, and assembly geometries) will also be studied.
Rheological characterization of polymer matrices with or without fillers will be carried out to evaluate fluid-particle coupling and identify behavior laws during glue spread-out. This matrix-particle coupling will also be evaluated by mechanical tests.
The influence of the processing conditions on the adhesive flow will constitute the second part of the experimental study, which will be associated with a numerical study of the process in order to optimize it.
In addition to the study on a macroscopic scale, the contact of on an elementary particle will be analyzed in order to evaluate if the mechanical and electrical behaviors of the assembly at a local scale can be transposed to a global scale.
In parallel with experimental studies, a numerical study will be conducted to reproduce glue and particles flows. Modelling will primarily be carried out using Comsol Multiphysics software. Other calculation codes will be evaluated if the existing fluid-particle behavioral laws do not converge or if the simulations on model geometries do not fit with experimental observations. This numerical study of the particle distribution will then be coupled with statistical models to evaluate the probability of faults (short circuit, open circuit, local lack of glue, etc.) in correlation with the experimental data.
The behavior laws identified will then be evaluated on more complex geometries, representative of a real assembly, to verify whether the numerical tools implemented lead to a significant reduction of development lead-time for designing the optimal gluing zone versus surface topography, type of organic matrix or particles.

Contexte

GE Healthcare - Parallel Design SAS develops and designs medical ultrasound probes. The manufacture of a probe requires the assembly of various materials using specific adhesives filled with conductive particles which insure the electrical contact between an ultrasound transducer and a flexible organic substrate. A good distribution of particles during the bonding process and keeping the electrical contacts during polymerization must guarantee thermal, acoustic and mechanical performances of the probe during its life-time.

Encadrement

Le doctorant sera accueilli conjointement par GE Healthcare et le CEMEF. Il répartira son temps à 50% chez Parallel Design à Sophia-Antipolis et 50% dans le laboratoire d'accueil situé à 5 km, ce qui est un avantage pour une collaboration étroite. Des réunions de travail auront lieu régulièrement entre les partenaires, au minimum tous les deux mois.

Profil candidat

• Ingénieur ou master en science/chimie/génie des matériaux / microélectronique
• Goût pour le travail expérimental, des techniques d'analyse et de caractérisation
• Notions en simulation numérique
• Maîtrise de la langue anglaise
• Autonomie importante, facilité de communication régulière avec plusieurs interlocuteurs.

Skills, abilities requested - Engineer or master's degree in science/chemistry/material engineering/ microelectronics
- Taste for experimental work, analysis and characterization techniques
- Notions in numerical simulation
- Mastery of the English language
- Important autonomy, ease of regular communication with several interlocutors.

Références

...

Type financement

Convention CIFRE

Partenariat/contrat

CIFRE GE Healthcare

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