Optimisation des procédés d'impression dédiés à la production de masse de composants microélectroniques

Optimization of printing processes applied to the mass production of microdevices by multilayer techniques

• Auteur / Autrice : Rita Faddoul
• Direction : Anne Blayo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, génie mécanique
• Date : Soutenance le 03/05/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés pour la bioraffinerie, les matériaux bio-sourcés et l’impression fonctionnelle (Grenoble, Isère, France ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Didier Chaussy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Blayo, Leszek Golonka, Nadege Reverdy-Bruas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Martine Lejeune, Arnaud Magrez

Mots clés

Mots clés libres

Procédés d’mpression

Encres conductrices

Encres aqueuses

Céramiques

Résisitivité éléctrique

Printing processes

Conductive inks

Water-based inks

Ceramics

Electrical resistivity

Résumé

Le potentiel des procédés d’impression dans les applications électroniques sur des supports en céramique a été démontré dans ce travail. Plusieurs techniques d’impression ont été étudiées : sérigraphie, flexographie, héliogravure et jet d’encre. Les propriétés de surface de plusieurs types de céramique ont été caractérisées avant et après frittage : taille des pores, rugosité et énergie de surface. Ces analyses ont permis de sélectionner les matières premières des encres les mieux adaptées à ces supports, ainsi qu’aux procédés d’impression considérés. Des formulations aqueuses à base de particules d’argent ont été privilégiées. Les propriétés de ces encres, rhéologie et tension de surface, ont été analysées et leurs effets sur la qualité des lignes imprimées (largeur, épaisseur et rugosité) ont été évalués. Après impression, les motifs ont été frittés. Des résistivités proches de celle de l’argent ont été obtenues (2 à 12x10-8 Ohm.m). L’originalité de ce travail réside notamment dans l’utilisation d’encres sérigraphiques à base d’eau et l’impression d’encres flexographiques sur des supports en céramique. Cette étude ouvre donc des perspectives pour l’industrialisation et la production de masse de composants électroniques sur supports céramiques souples.

This work demonstrates the printing processes potential for manufacturing ceramic based electronic devices. Several printing techniques were studied: screen printing, flexography, rotogravure and inkjet. Ceramic tapes surface properties were characterised: surface pore size, roughness and surface energy. These analyses allowed the selection of the inks raw materials adapted to the substrates and the printing processes. Water-based silver inks were formulated. Inks properties, rheology and surface tension, were analysed and their effect on line properties was investigated. Printed substrates were afterwards sintered. Resistivity values close to that of bulk silver were reached (2 to 12x10-8 Ohm.m). These work novelties are mainly the formulation of water-based environmentally friendly screen printing pastes and the flexography printing of silver inks onto ceramic substrates. This study offers new perspectives for the industrialisation and the mass production of electronic components on flexible ceramic substrates.