L'enjeu de ce travail est la réalisation de circuits électroniques sur des pièces polymères injectées à forme 3D, appelées MIDs, par microtamponnage (μTP). Le μTP, est une technique de localisation de substances (chimiques ou biologiques) par contact mécanique d'un tampon structuré sur un substrat. Il permet de localiser les pistes conductrices des MIDs en utilisant deux protocoles : le μTP passif et le μTP actif. La première méthode consiste à déposer de manière localisée un thiol par μTP sur la surface de la pièce préalablement métallisée. Le thiol permet de protéger les pistes métalliques qui doivent être conservées après gravure humide. Dans la seconde, un catalyseur (du palladium) est déposé par μTP, suivi de la métallisation electroless des pistes. La problématique du μTP 3D a été étudiée à l'aide d'un tampon épousant la forme de la pièce. Nos résultats expérimentaux couplés à des simulations par éléments finis de la déformation du tampon lors de sa compression au moment du contact avec la pièce, nous ont permis de déterminer les paramètres clefs du procédé : l'alignement du tampon par rapport à la pièce, la gestion du contact et la fabrication du tampon. Il a été mis en évidence que la tolérance de l'alignement est de l'ordre de 100μm pour des motifs structurés de 250μm de hauteur. Un tampon composé d'un support rigide surmonté d'une couche mince structurée permet de limiter ses déformations lors de sa compression. Les enseignements tirés nous ont permis de réaliser nos premiers circuits par μTP à l'aide d'une machine originale développée au laboratoire. La problématique de l'épaississement des couches de cuivre adhérentes sur des pièces en LCP est également abordée, un protocole d'épaississement ayant été validé / The main challenge of this work was the production of electronic circuits on injected 3Dshaped polymer components, called MIDs, by microcontact printing (μCP). μCP is a substance (chemical or biological) localisation technique through mechanical contact between a patterned stamp and a substrate. It enables the MIDs’ conductor tracks to be located using two techniques: passive μCP and active μCP. The first method involves locally depositing a thiol by μCP on the substrate’s surface, which has previously been coated with a thin metallic film. The thiol protects the metallic tracks, which must be preserved after wet chemical etching. Regarding the second method, a catalyst (palladium) is deposited by μCP, followed by the electroless metallization of the tracks. The 3D μCP issue was studied using a stamp, which matched the shape of the substrate. Our experimental results combined with finite element simulations of stamp deformation during compression and whilst in contact with the substrate, revealed the key parameters of the process: stamp/substrate alignment, contact control and stamp manufacturing. We found that the alignment tolerance was around 100μm for a 250μm thickness structured design. A stamp with a rigid support covered in a structured thin film minimises deformation during compression. Thanks to the lessons learned, we carried out our first circuits using μCP with a new machine, which was developed in the laboratory. We also addressed the problem of thickening adhesive copper layers on LCP components, as a thickening procedure had already been validated

L’électronique souple utilisée dans les technologies RFID et NFC est aujourd’hui en plein essor et la demande croît exponentiellement chaque année. De nombreuses applications sont possibles comme les antennes RFID et les conducteurs transparents. Pour répondre à cette demande, il est nécessaire de proposer une technologie de fabrication à bas coût. Aujourd’hui les antennes sont fabriquées en R2R (Roll to Roll) par des méthodes soustractives à des coûts trop élevé et générant des déchets. Les méthodes d’impressions, qui sont additives, permettent aujourd’hui de réaliser des objets à la demande. L’objectif de cette thèse est de développer une technologie de rupture par rapport à l'existant. Les développements actuels se faisant majoritairement sur des nanoparticules d’argent, la stratégie de la thèse a été de développer un primaire métallisable (encre catalytique) pour la métallisation par voie chimique (electroless Cuivre). Dans cette étude nous avons abordés les différentes étapes qui ont permis de sélectionner le polymère adéquat pour la métallisation par voie chimique, à basse température, d'optimiser son greffage ainsi que son incorporation dans une formulation complète d’encre catalytique. Différentes preuves de concepts ont été obtenues grâce à la technologie développée par voie jet d’encre. La métallisation electroless permet d’obtenir une résistivité de 1.8 µΩ.cm et une excellente adhésion sur des substrats souples peu onéreux de faible point de transition vitreuse comme le PET et le PVC. La température du procédé de métallisation n’excède pas 50 °C. / The flexible electronics used in RFID and RFID and NFC technologies is now a booming market and demand is growing exponentially each year. Many applications are possible, such as RFID antennas and transparent conductors. To meet this demand, it is necessary to offer a low-cost manufacturing technology. Today antennas are manufactured in R2R (Roll to Roll) by subtractive methods and at high cost and generating waste. The methods of printing, which are additive, allow today to realize objects on demand. The aim of this thesis is to develop a breakthrough technology compared to the existing one. The current developments are predominantly done thanks to silver nanoparticles, the strategy of thethesis was to develop a metallizable primer (catalytic ink) for metallization by chemical means (electroless copper). In this study we will see the different steps that allowed us to select the appropriate polymer for chemical metallization, at low temperature and optimize its grafting as well as its incorporation in a complete formulation of catalytic ink. Different proofs of concepts have been obtained thanks to the technology developed by inkjet. The metallization electroless makes it possible to obtain a resistivity of 1.8 μΩ.cm and a very good adhesion on the inexpensive flexible substrates and weak point of glass transition polymer such as PET and PVC. The temperature of the metallization process does not exceed 50 °C.

Les dispositifs interconnectés moulés (« Molded Interconnected Devices », MID) sont constitués de supports polymères avec des pistes métalliques déposées à leur surface. Les objectifs de la thèse ont été d'optimiser les traitements de surface de polymères d'origine industrielle étudiés dans le contexte des MID pour obtenir des dépôts par métallisation electroless présentant une bonne adhérence. De plus, des procédés innovants de localisation de tels dépôts métalliques ont été développés. Durant ces travaux, la fonctionnalisation par plasma micro-ondes sous différentes atmosphères azotées et sous différentes conditions a été étudiée pour obtenir l'adsorption d'espèces palladiées (catalyseurs universels de la réaction de métallisation electroless). Des plans d'expériences ont été mis en oeuvre pour identifier un protocole type, développé sur PA12, pour obtenir des dépôts adhérents (Ni, Cu). Cette méthode a pu être globalement transposée avec succès sur d'autres polymères d'origine industrielle (ABS/PC, LCP). La seconde partie des travaux a consisté à développer des protocoles originaux basés sur des colloïdes de palladium directement synthétisés en surface d'un tampon en PDMS (lithographie douce) pour la réalisation de motifs métalliques par des procédés « top-down » et « bottomup ». Des analyses de surface AFM, SEM, TEM, XPS, ToF-SIMS et de mouillage ont permis de caractériser les différentes modifications de surface. Ces protocoles ont permis la réalisation de motifs métalliques MID adhérents jusqu'à 15 μm d'épaisseur et des motifs submicrométriques à haute résolution et haute densité avec des caractéristiques non encore obtenues à ce jour via cette technologie / Molded Interconnected Devices (MID) consist in polymer based substrates with metal tracks at their surface. The aim of this thesis was to optimize surface treatments applied to industrial polymers intended for MID applications, in order to obtain electroless metal coatings exhibiting a high practical adhesion. Furthermore, innovative processes to localize these metal coatings were developed. In this work, surface functionalization based on various operating parameters of microwave plasma using various nitrogen-based atmospheres were studied to obtain palladium (universal catalyst for electroless metallization) adsorption. Designs of experiments were used to identify an optimal set of parameters for PA12 surface treatment to obtain adherent metal coatings (Ni, Cu). These conditions were overall successfully transferred to other industrial polymers (ABS/PC, LCP). The second part of this work consisted in the development of innovative processes based on the use of palladium colloids directly synthetized at the surface of PDMS stamps (soft lithography) to achieve localized metallization using bottom-up and top-down approaches. AFM, SEM, TEM, XPS, ToF-SIMS and wettability measurements allowed to characterise the various surface modifications. These processes made possible 15 μm thick MID metal patterns with satisfactory practical adhesion as well as high resolution and high density sub-micrometric patterns with unseen properties for this technology