Brasage de composants électroniques CMS sur substrat polymère 2D et 3D - Du FR4 à la plastronique 3D

Présentation du laboratoire :

Ampère (UMR 5005) est un laboratoire de recherche pluridisciplinaire sous la tutelle du CNRS, de l’ECL, de l’INSA et de l’UCBL avec un effectif d’environ 160 collaborateurs. Le stage aura lieu au sein de la Plateforme Plastronique d’AMPERE à l’INSA de Lyon. L’étudiant sera inséré au sein d’une équipe interdisciplinaire (électroniciens, physicochimistes, matériaux) dédiée à la Plastronique 3D.

Contexte :

Les dispositifs plastroniques permettent d’associer étroitement des composants électroniques à des pièces plastiques 3D (supports) afin d’améliorer leur fonctionnalité. Les interconnexions électriques et les composants électroniques sont disposés directement sur la surface 3D de façon à :

- imbriquer étroitement les parties électroniques, mécaniques, optiques, thermiques, fluidiques…

- intégrer de nouvelles fonctions ou de mieux intégrer des fonctions existantes,

- réduire le nombre d’étapes d’assemblage, simplifier le dispositif,

- améliorer la fiabilité, etc.

Dans l’industrie, les supports des dispositifs plastroniques sont produits en série par injection et/ou thermoformage de thermoplastiques. Pour les petites séries, des procédés comme l’impression 3D de composites ou de thermoplastiques haute performance sont également employés.

Jusqu’à présent, après le report des composants, la connexion électrique sur les supports plastroniques repose principalement sur l’utilisation de colles conductrices. Cependant, ces colles offrent des performances inférieures, tant en adhésion mécanique qu’en conduction électrique, comparées aux joints de brasure (alliages sans plomb à base d’étain, d’argent et de cuivre) utilisés dans les circuits imprimés conventionnels.

Il est donc nécessaire d’explorer et d’optimiser des procédés de brasure existants, comme le four à phase vapeur, ou innovants, tels que le brasage photonique (lampes xénon pulsées) ou le brasage laser, pour les adapter sur de nouveaux matériaux plastroniques.

Travail à effectuer

L’objectif de ce stage consistera à approfondir nos connaissances théoriques et pratiques concernant les opérations de brasage de Composants Montés en Surface (CMS) sur des polymères couramment utilisés en plastronique, mais peu exploités dans les circuits imprimés conventionnels. Pour ce faire, l’ensemble des techniques et technologies disponibles sur la plateforme packaging et plastronique d’Ampère pourra être mobilisé : four à phase vapeur, tunnel à convoyeur, brasage photonique laser, brasage photonique par lampes xénon pulsées, brasage à la vague, etc.

L’étude se concentrera les propriétés des alliages et des flux (joints de brasure) afin de garantir leur compatibilité avec les caractéristiques des différents substrats habituellement employés en plastronique. Les substrats 3D plastroniques analysés incluront notamment le PLA, le PC, les composites PA6, le PEI, le PEKK, le PEEK ainsi que les résines SLA. Les substrats 2D conventionnels en électronique (FR4, Polyimide Kapton, Duroïd PEEK, etc.) serviront de référence pour comparaison.

Le stagiaire bénéficiera d’un accès aux moyens de fabrication (machines de brasage) et aux outils de caractérisation (MEB, microscope numérique 3D, tests d’adhérence, etc.) de la plateforme plastronique d’Ampère.

Profil recherché :

Ingénieur (ou équivalent) en électronique ou matériaux (avec un très bon parcours universitaire). Une formation de base en packaging électronique et plastronique sera assurée pendant le stage. Des qualités d’expérimentateur sont indispensables. Très bonne maitrise du français à l’écrit et à l’oral, ainsi que de l’anglais.