Elaboration de pièces 3D multimatériaux par fabrication additive

Development of 3D multimaterial parts by additive manufacturing

• Auteur / Autrice : Jonathan Raynaud
• Direction : Thierry Chartier, Vincent Pateloup
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux céramiques et traitements de surface
• Date : Soutenance le 26/11/2019
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur les CERamiques
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Duc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Cros
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Marc Chaix, Jean-François Silvain

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composants électroniques

Stéréolithographie

Mots clés libres

Fabrication additive

Micro-extrusion

HTCC

LTCC

Additive manufacturing

Robocasting

HTCC

LTCC

Résumé

Actuellement, les pièces HTCC et LTCC (High and Low Temperature Co-fired Ceramics) sont élaborées selon deux procédés : le coulage en bande pour le substrat diélectrique en céramique et la sérigraphie pour la réalisation des pistes et vias métalliques. Un procédé de fabrication additive hybride, capable de construire une pièce 3D en céramique / métal, pourrait trouver un intérêt majeur dans la fabrication de composants utilisés en micro-électroniques. En effet, un des principaux avantages de la fabrication additive est de pouvoir réaliser des géométries qui ne peuvent actuellement pas être obtenues en micro-électronique, ce qui permettrait d’obtenir un gain de performances comparé aux circuits actuels. L’objectif de ce travail est de proposer un nouveau procédé d’obtention de pièces monolithiques multimatériaux utilisant le couplage de deux technologies de fabrication additive .Une stratégie combinant la stéréolithographie et la micro-extrusion est proposée pour la fabrication de pièces multimatériaux HTCC et LTCC. Les pièces modèles sont des circuits électroniques dans les trois dimensions de l’espace comprenant un substrat diélectrique ainsi que des pistes horizontales et des vias. Des structures innovantes ont également été construites (blindage continus et vias obliques). La caractérisations de ces composants conduit à des valeurs similaires à celles des HTCC et LTCC réalisés par des procédés conventionnels.

Currently, HTCC and LTCC (High and Low Temperature Co-fired Ceramics) parts are produced by two processes: tape casting for the dielectric ceramic part and screen printing for the realization of metal tracks and vias. The main objective of this work is to propose a new process for obtaining monolithic multi-material parts using the coupling of two additive manufacturing technologies. In this respect, a hybrid additive manufacturing process capable of building a 3D ceramic / metal part could be of major interest in the manufacture of such electronic components. Stereolithography and robocasting seem to be complementary processes to achieve this goal. The advantage of using additive manufacturing instead of conventional methods is to be able to achieve forms that can not currently be obtained in microelectronics, which would allow a performance gain compared to current circuits. A strategy combining stereolithography and robocasting is proposed for the simple manufacture of HTCC and LTCC multi-material parts. The model parts are electronic circuits in the three dimensions of the space including a dielectric substrate as well as horizontal tracks and vias. To improve the performance of current circuits new geometries are being studied, such as armored or inclined vias. They will then be characterized in microwave to verify the application of selected materials in these frequency ranges.