CA1298395C - Sonde d'appareil a ultrasons a barrette d'elements piezo-electriques - Google Patents

Sonde d'appareil a ultrasons a barrette d'elements piezo-electriques

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    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
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Abstract

SONDE D'APPAREIL A ULTRASONS A BARRETTE D'ELEMENTS PIEZO-ELECTRIQUES. La liaison électrique entre les circuits (13,14) de commande d'une sonde et les faces métallisées (5,6) des éléments (2) piézoélectriques de cette sonde est assurée par des métallisations (7,8) réalisées sur des pièces, support (1) ou lame (4) au contact de ces faces métallisées. La liaison mécanique et électrique entre ces métallisations peut être assurée par une mince couche de colle (19,20) non conductrice. Citation Figure 1.

Description

~2983~

SONDE D'APPAREIL A ULTRASONS A aARRETTE
D'ELEMENTS PIEZO-ELECTRIQUES.

La présente invention a pour objet une sonde d'appareil à
ultrasons à barrette d'éléments piézo-électriques. Elle ~rou~e plus particulièrement son application dans le domaine medical ou des appareils à ultrasons échographes sont utilisés à des fins de diag-nc>stic pour présenter des ima~es de ~tructures internes tJssulaires de corps humains étudiés. Elle peut néanmoins être mise en oeuvre dans d'autres domaines dès qu'un problème de connexion électrique doit ~tre régle en$re un élément piéz~électrique et les circuits de commande dlune sonde à la~uelle il appartient.
Un échographe comporte s~hématiquement un génerateur de signaux électriques et une sonde transductrice pour appli~uer une vibration mécanique correspondant à ceC signaux dans un milieu à
étudier. Pendant des arr~ts de rémission, la sonde peut être utiiisee a~une manière réversible pour recevoir des ~ignaux acoustiques rétrodiffusés par le milieu, et pour ~ransformer ces signaux en des signaux électriques ultérieurement appliques à des moyens de re-ception et de traitement. Pour diverses raisons, notamment pour des questions de résolution de rimage restltuée par un echographe, la fréquence du signal électrique - acoustique est élevée. Pour ces ;~ ! 20 m8mes raisons ~la sonde est constituee a'une pluralité a'éléments transducteurs alignés les uns à coté des autres. ~haque élement piézo-electrique transducteur comporte~deux métallisations, situees sur des faces opposées de ce~ élémerit, et qui doivent ~tre reliés aux circuits a'émission-reception de~réchographe. Les dimensions de ces éléments sont ~aibles et entrainent des difflcul2és de réalisation du système de connexion du signal éléctrique à ces éléments.
11 est connu, notamment dans une demande de brevet Europeen No 0 145 329 publiee le 19 juin 1985, ~appliquer ou de préleve- Ie signal électrique aux bornes de chaque elément trans-ducteur en soudant des pistes de liaison électrique, supportées par ,~

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~Z983~5 ,, un circuit imprimé souple, directement sur les métallisations des éléments. Ultérieurement, les circuits imprimés souples sont repliés vers l'arrière de la sonde et, par des dispositons diverses, la sonde est de plus courbée pour correspondre à une utilisation parti-5 culièrement recherchée d'exploration du milieu étudié: par balayagesectoriel. Cette solution présente de nombreux inconvénients. Par exemple les !iaisons électriques se répartissent en ps~ints chauds ~un côté de la barrette et points froids de l'autre c8té: ceci augmente les problèmes de diaphonie entre éléments dans cette barrette. En outre les éléments sont métallises sur trois de leurs sur~aces contigues, et deux métallisations électriquement indépendantes, affectées aux deux faces de l'élément, doivent être ménagées en exécutant un trait de scie dans le cristal piézo-électrique ainsi préparé. Ce trait de scie est délicat. Il a été imaginé de résoudre 15 ces inconvénients en adjoignant de part et d'autre de chaque élément transducteur, un bloc relais métallisé continuement sur au moins deux de ses faces adjacentes. Le bloc relais peut alors être relié électriquement par une de ses faces à une des faces de l'élément transducteur et par son autre ~ace à un circuit de 20 connexion de type circuit imprimé. Pour ce circuit imprimé, les problèmes de courbure de la barrette n'interYIennent plus puisque ses connexions peuvent être faites après courbure de cette barrette.
Un exemple a~une telle réalisation est montré sur la figure 1. Il a ensuite été envisagé de relier par des fils de liaisons les faces 25 correspondantes des blocs relais et des éléments. Cette operation de micro-connexion est cependant délicate à entreprendre. Dans la présente invention il a été mis à~ profit le fait que les éléments piézo-électriques sont recouverts ~une lame de transition. Cette lame permet l'adaption du si~nal acoustique au milieu à étudier.
30 Cette larne a la particularité ici d'être métallisée sur sa face en regard de l'élément piéz~électrique gu'elle couvre. Cette lame déborde par ailleurs de l'élement piéz~électrique et vient recouvrir également le bloc relais qui sert pour la liaison électrique. Les signaux électriques sont alors conduits simplement du circuit im-- . . - . :- :

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133~i primé, au ~loc relais, à la métallisation de la lame, puis enfin à la métallisation de l'élément piéz~électrique.
Dans un perfectionnement de l'inYen~ion on utilise une couche de colle non conductrice pour assurer la continuité mécanique-5 électrique entre le support, I'élément, et la lame. Contrairement àce à quoi on pouvait s'attendre, la couche de colle non conductrice ne constitue pas un écran isolant pour la liaison électrique. En effet les colles non conductrices présentent la particularité ~être très fluides. Elles peuvent donc être mises en oeuvre en très fine 10 épaisseur. En utilisant alors des défauts d'aspect des métallisa~ions, qui confèrent à ces métallisations un aspect granule, on peut en exerçant une pression suffisante lors du collage des pièces par leur partie métallisée obtenir un écrouissage, une interpenétration molé-culaire entre ces couches de métallisation. De cette facon la liaison 15 entre ces couches peut etre considérée comme une dispersion ~une multitude de ponts électriques entre des liaisons mécaniques prov~
quées par la présence de la colle~ Dans tous les cas le collage des métallisations, par colle conductrice ou non, présente l'avantage sur les soudures de ne pas provoquer de risque supplémentaire de 20 décollement de ces métallisations.
L'invention concerne donc une sonde d'appareil à ultrasons du type à barrette ~éléments piézo~lectriques, chaque élément étan~
inseré entre un support et une lame de transition acoustique, et étant métallise sur ses faces en regard du support et de sa lame, 25 caractérisée en ce que la lame et/ou le support comportent une metallisation en regard destiné à ~tre connectée à la métallisation correspondante de l'élément.
L'invention sera mieux comprise à la lec~ure de la descrip~ion qui suit et à l'examen des figures qui raccompagnent. Elles ne sont 30 données qu'à titre indicatif et nullement limitatif ~e l'invention. Les figures montrent:
- figure 1: une vue en perspectiYe ~une sonde ~appareil à ultrasons conforme à rinvention;

: .
.

~9~

- figure 2: une coupe ~un détail d'une partie de la figure I montrant schématiquement la continuité électrique.
La ~igure 1 représente en partie une sonde ~appareil à
ultrasons à barrette ~éléments piézo electriques conforme à rin-vention. Cette sonde comporte un support 1 commun à une pluralité
d'éléments transducteurs tels que 2. Les éléments transducteurs sont séparés Jes uns des autres par des séparations telles que 3. Chaque élément est recouvert par une lame 4 dite de transition acoustique et possede sur ses faces en regard du support et de la lame une métallisation res,~ctivement 5 et 6. Dans l'invention le support et la lame comportent également des métallisations respectivement 7 et 8. Ces métallisations sont destinées à être connectées aux métal-lisations des élémentsO C)ans un exemple préféré de réalisation, le dispositi~ de liaison électrique des élérnents comporte de part et dlautre de chaque élément un bloc relais parallélépipèdique tel que 9 ou 10. Les blocs sont réalisés en matériau isolant, par exemple en une céramique~ lls sont métallisés sur leur sur~ace par deux métal-lisations électriquement indépendantes respectivement 11 et 12 à
chaque fois. Les diverses métallisations sont obtenues simplement9 par exemple par évaporatior~projection sous vide, par électrolyse ou autres. Les signaux électriques sont conduits entre les circuits élec~roniques de la sonde (non représentés) et les éléments piéz~
électriques7 par des circuits imprimés tels que 13 et 14, dont les pistes 15 ou 16 sont reliées par des liaisons 17, 18 aux faces latérales métallisees électriquement indépendantes des blocs 9 et 10. La connexion des liaisons est obtenues par exemple par therm~
compression des extrémités d~s fils 17 et 1~. Cette ~herm~
compression ne peut pas provoquer de dégat dans les métallisations du support, de l'élément ou de sa lame? puisque ces pièces ne sont que collées les unes aux autres.
A titre de perfectionnement à l'inYention on note la présence, pour conduire les signaux éléctriques entre les métallisations 6 et 8 d~une part, et/ou entre les métallisations 5 et 7 d'autre part, ~e couches respectivement 19 et 20 de colle non conductrice. La ~igure .
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2 est un agrandissement d'une partie P de la liaison entre la face superieure ~un élément piéz~électrique et la face inférieure de la lame de transition qui le recouvre. Elle montre que les métal-lisations 6 et X respectivement de ces deux pièces ne sont pas parfaitement lisses. Elles présentent par contre des aspérités micro-scopiques. On répand alors une couche de colle non conductrice 19 avant l'assemblage de ces pièces. On exerce ensuite une pression suf~isante, par exemple de l'ordre de 50 kgf par cm2, et la colle très fluide s'échappe sur les cotés du collage. Elle ne laisse en place que des minuscules liaisons mécaniques 21 parmis lesquelles est dispersé
une multitude de ponts éléctriques 22. Dans ces conditions la liaison électrique est bonne entre la metallisation 8 et entre la métal-lisation 6 et le couplage acoustique entre l'élérnent 2 et sa lame 4 est direct. On peut opérer de même pour le support.
Une barrette d'éléments piézo electriques est fabriquée de la manière suivante: sur un suppor~ I alongé en forme de T inversé, et préalablement métallise sur sa face superieure, on place, d'une manière préférée avec une couche de colle non conductrice, un barreau ~un matériau piéz~électrique métallisé sur ses deux faces.
Puis on place sur les deux ailes 23 et ~4 du support des réglettes comportant deux métallisations éiectriquement indépendantes: là
aussi de préférence en utilisant une couche de colle non conductrice interposée. Enfin on colle, avec une colle non conductrice, une lame, ~une même longueur que le sup~ort, que le barreau piéz~élec-trique, et que les réglettes, au dessus du tout. On soumet l'ensemble à une pression suffisante et on laisse prendre la colle. Lorsque la prise es~ terminee on exécute les découpes 3, par exemple à la scie, pour separer la barrette en de multiples éléments indépendants. Les découpes ne sont pas totales, le support reste commun à tous les éléments. Pour constituer une barrette courbe il suffit ensuite de courber le support 1 dans la forme~ voulue. D'une manière préferée le support est en un matériau therm~déformable et la courbure est obtenue au cours d'un cycle d'échauffement-refroidissement.

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~ Z9i33~5 '':

L'invention apporte de plus un avantage inattendu. L'usage de colle non conductrice permet d'éliminer tout risque de court-circuit entre les différentes métallisations. C:es court-circuits peuvent être d&s, dans l'état de la technique citée, à rusage de colles con-5 ductrices qui se répandent partout. Il en résulte que le rendement defabrication des sondes peut être ici considérablement augmenté.
D'une manière préférée la colle non conductrice est une colle structurale, donc à très haut pouvoir d'adhésion, et elle est en plus une colle dite haute température9 c'est-à-dire très stable à basse 10 température ou à température ambiante mais très fluide à sa (haute) temperature de mise en oeuvre. Il n'est cependant pas nécessaire dlexécuter toutes les liaisons électriques des éléments de la barrette avec de la colle non conductrice. En particulier les liaisons entre la métallisation 5 d'un élément et la métallisation 7 du support ne doit 15 pas necessairement être réalisée avec une couche de colle non conductrice. A cet endroit, en effet, des réflexions parasites de vibration acoustiques sont moins à craindre car elles se produisent dans une direction non utile: vers l'arrière de la barrette. Elles sont donc moins génantes.

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Claims (9)

1. Sonde pour appareil à ultrasons du type à barrette d'éléments transducteurs piézo-électriques, chaque élément étant inséré entre un support, et une lame de transition acoustique, et étant métallisé sur ses faces en regard du support et de sa lame, caractérisée en ce que la lame et/ou le support comportent une métallisation en regard destinée à être connectée à la métallisation correspondante de l'élément, la lame et le support débordant latéralement et étant connectés à l'appareil à ultrasons par contact électrique sur ces parties en débordement.
2. Sonde selon la revendication caractérisée en ce que le support est commun à tous les éléments.
3. Sonde selon la revendication 1 caractérisée en ce que la connexion des métallisations est obtenue par collage.
4. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la lame et le support, débordant latéralement des éléments, enserrent à l'endroit de chaque élément au moins un relais de liaison électrique.
5. Sonde selon la revendication 4 caractérisée en ce que le relais comporte un parallélépipède muni d'au moins une métallisation continue réalisée sur au moins deux de ses faces contiguës pour entrer en contact avec la métallisation de la lame ou du support.
6. Sonde selon la revendication 5, caractérisée en ce que le parallélépipède est collé
par sa métallisation avec une colle à la métallisation du support ou de la lame.
7. Sonde selon l'une quelconque des revendications 2, 3, 5 et 6 caractérisée en ce que le support est thermo-déformable et thermo-déformé pour constituer une barrette courbe.
8. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 5 et 6 caractérisée en ce qu'une mince couche de colle non conductrice est interposée entre les métallisations correspondantes du support, de l'élément, et de la lame pour assurer une continuité électrique.
9. Sonde selon la revendication 8, caractérisée en ce que les métallisations correspondantes à coller comportent un aspect de surface favorable à leur écrouissage les unes dans les autres.
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