Conception de dispositifs microondes passifs réalisés par impression 3D hybride polymère-métal // Design of 3D printed passive microwave devices using hybrid polymer-metal printing

Ce projet s'inscrit dans une collaboration entre le laboratoire Xlim et le Centre de Transfert de Technologies Céramiques (CTTC, https://www.cttc.fr/technologies/plateforme-alterinov-by-cttc/) de Limoges. Nous proposons ici d'explorer le potentiel de réalisation complète de dispositifs électroniques de manière additive (additively manufactured electronics) grâce à une technologie d'impression 3D hybride polymère/métal à l'état de l'art. Cette approche combine l'impression par fil fondu (FDM) de polymère technique à faible pertes diélectriques et de pistes conductrices en Argent par micro-extrusion pilotée au sein d'une seule machine d'impression 3D.
La thèse a ainsi pour objectif :
- La conception de composants passifs microondes spécifiquement adaptés au potentiel et aux contraintes de fabrication : guides d'ondes blindés, packages 3D, coupleurs, réseau d'alimentation d'antenne
- L'utilisation de techniques de caractérisation microondes afin de connaître et sélectionner les matériaux polymères/métalliques les plus adéquats
- L'optimisation des performances des matériaux imprimés (conductivité électrique, matériaux à permittivité contrôlée)
- La mesure sur banc à température ambiante et en température des fonctions microondes ainsi développées
- De publier les résultats de ces recherches dans des journaux scientifiques de haut niveau (IEEE) et les présenter dans les conférences de référence du domaine (IMS, EuMC, …)
Les dispositifs seront ainsi conçus/caractérisés et mesurés au sein de l'équipe de recherche MACAO du laboratoire Xlim (CNRS/Université de Limoges), et réalisés avec l'aide du CTTC de Limoges. Le/la doctorant(e) devra ainsi travailler sur les deux sites en collaboration avec les chercheurs d'Xlim et le personnel technique (docteur, ingénieur, technicien) du CTTC de Limoges.
Nous visons ici d'exploiter pleinement les potentialités de cette approche dans le but de maximiser le rapport taille/masse/performance de dispositifs microondes au travers de concepts originaux profitant de la 3ème dimension.
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This project is a collaboration between the Xlim research institute and the Center for Technology Transfers in Ceramics (CTTC, https://www.cttc.fr/en/technologies/plateforme-alterinov-by-cttc/) in Limoges. We propose here to explore the potential of additively manufactured electronics (AME) at microwave frequencies by using state of the art hybrid polymer/metal 3D printers. This approach combines the fused deposition modeling (FDM) and microdispensing technologies to print low loss polymers and highly conductive metals traces in a same 3D object.
The thesis objectives are :
- To design passive microwave components that are specifically adapted to the potential and constraints of such technologies: shielded waveguides, 3D packages, couplers, signal distribution of antenna arrays …
- To use specific microwave characterization techniques in order to evaluate and select the most appropriate polymers/metals
- To optimize the printed material performances (electrical conductivity, custom artificial dielectrics)
- To measure the components performances at room temperature but also using dedicated climate chambers
- To publish the results in highly ranked scientific journals (IEEE) and to present the work in the major conferences of this domain (IMS, EuMC, …)
The devices will thus be designed/characterized and measured in the MCAO research group in the XLim research institute (CNRS/University of Limoges). They will be fabricated with the help of the CTTC of Limoges. The PhD student will work in the two places in collaboration with Xlim's researchers and the CTTC's doctors/engineers/technicians.
We aim at fully exploiting the potential of AME in order to maximize the size/mass/performances ratio of microwave devices thanks to original concepts using the 3rd dimension
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Début de la thèse : 01/10/2024

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université de Limoges

653 Sciences et Ingénierie

Le candidat doit avoir un Master II en électronique des hyperfréquences ou équivalent (diplôme d'ingénieur). Une connaissance du domaine des hyperfréquences (paramètres S, paramètres caractéristiques de la propagation guidée, dispositifs passifs microondes) est un prérequis. Une bonne pratique d'outils de conception assistée par ordinateur (CST et/ou HFSS) et de MATLAB sera appréciée. Enfin une connaissance du monde de l'impression 3D est souhaitée mais pas obligatoire.
The candidate must have a Master II in hyperfrequencies electronics or similar diploma (engineer). A knowledge of the microwave domain (S parameters, guided propagation, passive microwave devices) is a prerequisite. A good knowledge of the of CAD tools in electromagnetics (CST and/or HFSS) as well as Matlab will be appreciated. Finally, a knowledge of the 3D printing world is appreciated even if not mandatory.