Thèse CEMEF 2021 : Optimisation de l’encollage d’une interface hétérogène avec reprise de contact électrique à l’aide de particules conductrices

Description de l'offre

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).

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Profil recherché

• 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.

À propos de Mines Paristech - Cemef

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.