Description :
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Présentation de l’établissement :
Leader mondial dans le domaine des matériaux, des procédés et de leur modélisation, le CEMEF réalise une recherche partenariale avec l’industrie et forme des experts (doctorats et mastère spécialisé).
Pluridisciplinaire, le CEMEF étudie tous les types de matériaux (métaux et alliages métalliques, polymères synthétiques et issus de la biomasse, composites, béton...) et de procédés industriels en s’intéressant aux différentes étapes de la vie du matériau :
élaboration -> mise en forme -> traitements thermiques -> assemblage -> propriétés d’usage -> recyclage
Elément majeur d’innovation, sa compréhension du comportement des matériaux aux différentes échelles, de l’interaction outil-matière, de l’impact des procédés sur les propriétés finales permet l’optimisation et le développement de procédés de fabrication de plus en plus complexes et contraints (technologie, énergie, environnement…).
Il s’appuie sur des approches couplant techniques expérimentales et modélisations numériques
Le CEMEF, c’est plus de 160 ingénieurs, chercheurs, étudiants, techniciens, animés par la même curiosité face à la complexité des phénomènes, la même envie de se dépasser pour agrandir le champ des connaissances, le même goût du défi scientifique.
C’est un centre de recherche de MINES ParisTech, associé au CNRS.
Spécialisations : polymères, bioplastiques, composites, métaux, alliages métalliques, transformation des matériaux, physique, mécanique, thermique, propriétés d’emploi, tenue en service, modélisation numérique, développement logiciel, calcul intensif, surfaces.

Présentation détaillée du projet :
GE Healthcare - Parallel Design SAS a besoin d’étendre son savoir-faire sur cette étape cruciale de fabrication afin de garantir durablement les performances thermiques, acoustiques et mécaniques des microsondes à haute résolution. Pour ses sondes aux géométries variées, au pas de résolution toujours plus fin, mettant en jeu des classes de matériaux très distincts, GE Healthcare - Parallel Design SAS doit donc intégrer plusieurs contraintes dans sa démarche comme la limitation en température pour l’opération de collage par thermocompression.
Un exemple d’assemblage faisant l’objet des travaux de thèse est présenté Figure 1. L’interconnexion entre le matériau piézoélectrique et le circuit intégré (puce ASIC) se fait à travers des billes conductrices qui doivent se placer entre les plots de contact d’une bande flexible contenant des via métalliques et les plots de contact des éléments piézoélectriques ou ceux de la puce ASIC de pilotage. Certaines technologies nécessitent plusieurs niveaux d’interconnexions verticales, à l’instar de ce qui est illustré sur la coupe micrographique Figure 1. Pour réaliser la conduction électrique entre les plots de contact, une colle contenant des billes conductrices est utilisée lors d’une étape de thermocompression. L’écoulement de la colle chargée doit donc être parfaitement contrôlé lors de cette étape-clé.
Une première partie des travaux étudiera l’influence du taux de charge, de la taille, de la géométrie des billes 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) seront également considérés dans la démarche, de façon à garantir une bonne répartition des charges lors du procédé d’encollage et le maintien d’un bon contact électrique lors de polymérisation.
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 évalué 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 de l’optimiser.
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-échelles doit permettre d’établir une loi de comportement robuste.
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 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.
Le premier semestre sera dédié à la prise en compte des procédés d’assemblage et des moyens d’analyses et de caractérisation et à la rédaction d’un mémoire bibliographique portant sur :

 les techniques d’assemblage à basse température (≤ 120 °C) avec reprise de contact et de report, la typologie des particules conductrices et les modèles de contacts électriques,

 la formulation et la chimie des matrices organiques utilisées pour le collage, en lien avec les cinétiques de réticulation et la rhéologie.

 la fiabilité du joint obtenu en fonction des différentes contraintes externes : thermique, humidité, chimique (stérilisation).

Plus d’infos sur :
https://www.cemef.minesparis.psl.eu...

Candidatures en ligne uniquement sur : https://applyfor.cemef.mines-parist...

Reference : GOAL

Date de démarrage : 04 octobre 2021

Durée : 36mois

Contacter :
MINES ParisTech - CEMEF
Karim INAL
1, rue Claude Daunesse 06560 Valbonne-Sophia Antipolis
email : karim.inal@mines-paristech.fr
Téléphone : 0493678913

Page web : https://www.cemef.minesparis.psl.eu/