FABRICATION DES MICRO-BOBINES FLEXIBLES ET

IMPLANTABLES PAR MÉTHODE DE TRANSFERT

POUR L’IMAGERIE PAR RÉSONANCE MAGNÉTIQUE

Soutenance M2 Nanodispositif et nanotechnologie, Université Paris Sud XI

Professeur responsable: Pr. Elisabeth DUFOUR-GERGAMTuteur de projet: Mlle Magdalèna COUTYCheria JELITA

Plan de l’exposé2

Présentation du projet Rappel de théorie de l’IRM Design et fabrication des micro-bobines

implantables Optimisation des conditions d’alignement et de

bonding pour le transfert Influence du packaging PDMS sur les

caractéristiques électromagnétiques Conclusion

Présentation du projet3

Rappel de l’IRM4

B0

Pulsation RF

Ch

am

p m

ag

néti

qu

e

sta

tiq

ue

B1

ω0 ≈ γ B0

Fréquence de Larmor

γhydrogène ≈ 42,6MHz/T

Relaxation

Transformation Fourrier

Free Induction Decay

longitudinale

transversale

Gradient de champ

Excitation

Qualité de l’image5

=

Solution: • Augmenter le champ

magnétique• Améliorer la sensibilité de

détection (SRF)• Antennes cryogéniques [J-C. Ginefri]

(couteuse & impossibilité d’implantation)

• Diminuer la taille de l’antennea= rayon de l’antenne

Design & Fabrication

MonolithiqueRésonateur multi-tours à

lignes de transmission (MTLR)

Miniature + valeur d’inductance conservée+++

sans fil

PolyDiMéthylSiloxane (PDMS)

6

Design IR4M Substrat

YPDMS ≤ YTéflon ≤ YKapton

(≈360-870KPa )(≈0.5GPa) (≈2.5GPa)

Fabrication par micro-technologie1) Micro-moulage2) Transfert3) Packaging biocompatible

Flexible

Dimensionnement des antennes pour 17.2T (ω0≈732MHz)

7

PDMS packaging diminue la fréquence de résonance (F0) (εPDMS≈ 2.65>εair)

Solution: design des plus hautes fréquencesLtot ω4Z0

tanω√ε l f4c

=1

800MHz 1GHz

Diamètre externe ≈3mmLargeur de spire ≈ 100µm

Espacement ≈ 50µmÉpaisseur de spire ≈ 10µm

1. Modèle ligne étroite2. Modèle ligne large3. Modèle coplanaire

ω ≈1 ∕ √LC C ≈ε

Fabrication (1. micro-moulage) 8

Wafer Si (ou verre )4 pouces

Couche anti-adhérente CxFy

Couche conductrice Ti/Cu (10nm/100nm)

Résine épaisse photosensible AZ4562 (20µm)

cuivre

Angle de contact de l’eau de la couche CxFy

Fabrication (2. PDMS coating+alignement) 9

Par spin-coating 1000rpm, 90s=60µm, Recuit étuve T=75°C t=1h

Couche intermédiaire PDMS non-recuit 20µm

Activation de la surface par plasma 02

Bondeur(T=75°C + F=1500N)

Recuit + poids(T=75°C + 2kg)

Recuit(T=75°C)

Fabrication (3. bonding, transfert)10

Optimisation des conditions d’alignement et de bonding pour le transfert

11

No. Couche PDMS intermédiaire

non-recuit

Alignement Bonding

1 Bonding tool Bondeur

2 Masque holder

Etuve+poids

3 Masque holder

Etuve

Fonctionnalisation de surface

par plasma O2Alignement Bonding

Masque holderavec éthanol

comme surfactant

Etuve(temps, saleté)

12

+ insolation UV

Influence de l’épaisseur du packaging PDMS sur la fréquence de résonance (F0) et la facteur de qualité (Q)

Caractérisation électromagnétique13

Comparaison entre valeur analytique et expérimentale non-chargé (à l’air)14

F0

No. antenne

0

10

20

30

40

50

60

70

80Q (800MHz)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

10

20

30

40

50

60

70

80

Q (1GHz)

Effet de la variation de l’épaisseur de packaging (à l’air)15

0 50 100 150 200 2500

10

20

30

40

50

60

70Q

800MHz-unloaded1GHz-unloaded

PDMS thickness (µm)

Q f

acto

r

F0

ω ≈1 ∕ √LC C ≈ε

Effet de la conductivité de milieu (non-chargé vs chargé) 16

Chargé : Saline agar fantôme (même caractéristique que le cerveau) ; σ=0.7S/m, ε=80

Compromis sur l’épaisseur de PDMS pour avoir Q suffisant et ajuster à la fréquence désirée, et dépôt assez fin pour l’implantation

F0

Q

F0 Q

Conclusion17

Fabrication micro-bobines flexibles et implantables par méthode de transfert Micro-bobines alignées avec bonne adhésion obtenue

par bonding avec couche intermédiaire de PDMS non-recuit, alignement avec masque holder, bonding dans l’étuve sans poids pour une longue durée

Perspective :Autre méthode de bonding = réticulant Caractérisation électromagnétique

Mode de résonance différent selon la gamme de fréquence

Non chargé => packaging PDMS diminue F0 et Q F0 et Q chargé < non-chargé

Chargé => packaging PDMS diminue le couplage donc quand épaisseur augmente F0 et Q augmentent

MERCI

Orsay, le 30 août 2011

18

Etude bibliographique de la fabrication des micro-bobines 3D

19

Méthode de fabrication20

Wire-bonder Micro-moulage 3D sur substrat plan

Lithographie (et micro-moulage) directement sur capillaire

Procédés de fabrication21

t≈49 jourst≈70,5min

22