Offre de Thèse : Optimisation de l’encollage d’une interface hétérogène avec reprise de contact électrique à l’aide de particules conductrices

GE Healthcare - Parallel Design SAS développe et conçoit des sondes d'échographie médicale. La fabrication d’une sonde nécessite l’assemblage de matériaux divers à l’aide de colles spécifiques chargées avec des particules conductrices qui garantissent la reprise de contacts électriques entre un transducteur ultrasonore et un substrat flexible. Une bonne répartition des charges lors du procédé d’encollage et le maintien du contact électrique lors de polymérisation doivent garantir durablement les performances thermiques, acoustiques et mécaniques de la sonde.

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

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).