CA2243291A1 - Sonde acoustique multielements comprenant une electrode de masse commune - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une sonde acoustique multiéléments comprenant des transducteurs piézoélectriques (Tij) et un réseau d'interconnexions reliant les transducteurs acoustiques à un dispositif électronique de commande et de traitement du signal. Cette sonde comprend en outre une électrode de masse continue (P) intégrée entre les transducteurs et des éléments d'adaptation acoustique, en regard des transducteurs piézoélectriques, les éléments d'adaptation acoustique étant totalement découplés mécaniquement les uns des autres. Application: imagerie médicale ou sous-marine.
Description
W O 98/23392 PCT~R97/02110 SONDE ACOUSTIQUE MULTIELEMENTS COMPRFNANT UNE
ELECTRODE DE MASSE COMMUNE
Le domaine de l'invention est celui des transducteurs acoustiques pou\~ant être utllisés notamment en imagerie médicale ou sous-marine.
De manière générale, une sonde ~cousti~ue co" ,prend un ense,l,ble de transd~cte~lrs pie~oéler,triques reliés à un dispositif 5 d'électronique de commande par l'intermédiaire d'un réseau d'il ,lerc~,l,lexion.
Ces transd~ ~cte~ ~rs piézoélectriques émettent des ondes Z4co~ ~stiques qui après r~fiexion dans un milieu donné, fournissent des Wurll)~lions concernant ledit milieu. Généralement, on fixe à la surface des 10 trans~ ctel-rs piézoélectriques une ou deux lames d'adaptation acoustique du type quart d'onde par exemple, pour améliorer le transfert d'énergie ~ustique dans ledit milieu.
Le matériau de ces lames d'adaptalion peut être de type polymère charge de particuies minérales dont on ajuste les proportions pour obtenir 5 les propriétés acoustiques désirées. En général, ces lames sont mises en forme par moulage ou usinage puis assemblées par collage sur une des faces des transd~ ~cte~ ~s piézoélectriques.
Plus précisément, dans le cas de sonde possédant un ensemble de transdl ~cteurs élémentaires, on sépare mécaniquement les transducteurs de lype piézoélectriques par une découpe d'une lame monolithique de ma~eriau piézoélectrique, par exemple de céramique de type PZT. Il est alors également nécess~ire de découper de la même façon la ou les couc:hes d'~sd~rt~tion acoustique associées, afin d'éviter tout couplage acoustique entre transducte~rs élémentaires par l'intermédiaire de cette ou 25 de ces couches d'ada,)lalion. La déco~ ~pe de ces couches d'adaptation et de la ~uche piézoélectrique est donc généralement réalisée simultanément, pam~xemple a l'aide d'une scie diamantée.
Chaque transducteur piézoélectrique élémentaire doit être relié
d'un côté à la masse et de l'autre à un contact positif (encore appelé point r 30 ChalJd).
Généralement la masse est située vers le milieu de propagation (par exemple le patient dans le cas d'une sonde acoustique d'échographie), c'est-a-dire qu'elle doit être du côté des éléments d'adapta~io, I acoustique.
ELECTRODE DE MASSE COMMUNE
Le domaine de l'invention est celui des transducteurs acoustiques pou\~ant être utllisés notamment en imagerie médicale ou sous-marine.
De manière générale, une sonde ~cousti~ue co" ,prend un ense,l,ble de transd~cte~lrs pie~oéler,triques reliés à un dispositif 5 d'électronique de commande par l'intermédiaire d'un réseau d'il ,lerc~,l,lexion.
Ces transd~ ~cte~ ~rs piézoélectriques émettent des ondes Z4co~ ~stiques qui après r~fiexion dans un milieu donné, fournissent des Wurll)~lions concernant ledit milieu. Généralement, on fixe à la surface des 10 trans~ ctel-rs piézoélectriques une ou deux lames d'adaptation acoustique du type quart d'onde par exemple, pour améliorer le transfert d'énergie ~ustique dans ledit milieu.
Le matériau de ces lames d'adaptalion peut être de type polymère charge de particuies minérales dont on ajuste les proportions pour obtenir 5 les propriétés acoustiques désirées. En général, ces lames sont mises en forme par moulage ou usinage puis assemblées par collage sur une des faces des transd~ ~cte~ ~s piézoélectriques.
Plus précisément, dans le cas de sonde possédant un ensemble de transdl ~cteurs élémentaires, on sépare mécaniquement les transducteurs de lype piézoélectriques par une découpe d'une lame monolithique de ma~eriau piézoélectrique, par exemple de céramique de type PZT. Il est alors également nécess~ire de découper de la même façon la ou les couc:hes d'~sd~rt~tion acoustique associées, afin d'éviter tout couplage acoustique entre transducte~rs élémentaires par l'intermédiaire de cette ou 25 de ces couches d'ada,)lalion. La déco~ ~pe de ces couches d'adaptation et de la ~uche piézoélectrique est donc généralement réalisée simultanément, pam~xemple a l'aide d'une scie diamantée.
Chaque transducteur piézoélectrique élémentaire doit être relié
d'un côté à la masse et de l'autre à un contact positif (encore appelé point r 30 ChalJd).
Généralement la masse est située vers le milieu de propagation (par exemple le patient dans le cas d'une sonde acoustique d'échographie), c'est-a-dire qu'elle doit être du côté des éléments d'adapta~io, I acoustique.
2 PCT~R97/02110 La découpe simultanée des couches d'adap~alio,) acoustique et de matériau piézoélectrique a pour conséquence de découper également l'électrode de masse lorsque cette dernière est constituée par une couche métallique insérée entre le matériau d'adaptation acoustique et le matériau 5 piézoélectrique. Dans le cas d'une sonde à réseau monodimensionnel on conserve la continuité de l'électrode de masse dans une direction. Dans le cas d'une sonde à réseau bkl;".ensionnel, où l'on découre les éléments dans deux directions il ~aut co,~se,~/er la continuité de l'électrode de masse dans au moins une direction de façon à pouvoir récupérer la masse à la 10 périphérie de l'ensernble matriciel de transducteurs piézoélectriques élémenlaires.
Selon l'art antérieur, pour conserver une continuité de la masse dans le cas d'une sonde bidimensionnelle il a été proposé de procéder de la manière suivante:
Sur un réseau d'interconnexion 1 on procède au dépôt d'une couche conductrice puis on ~iépose une lame de matériau piézoélectrique par collage.
On procède à des ~iécoures selon une direction Dy illustrée en figure 1 de la matrice de transducteurs Tij. On colle une ou plusieurs lames 20 d'adaptation acoustique de ta même manière. La face inférieure de ia première lame d'ada,~talion :~GOI ~stique est métallisée ce qui permet de ramener les masses sur les bords de la matrice.
Fnfin on procède à la découpe de l'ensemble (lames d'adaptation acoustique et lame de matériau piézoélectrique) dans la direction Dx 25 perpendiculaire à la direction Dy.
On obtient ainsi une matrice de Tij tran~sducte~lrs piézoélectriques élémentaires recouverts de Ai élé"-~nls d'adap~alion acoustique, avec Pi électrodes de masse insérées entre les transducteurs Tij et les éléments Ai.
Néanmoins cette méthode présente l'inconvénient de relier 30 mécaniquement les transducteurs élémentaires d'une même ligne i selon la direction Dx ce qui nuit aux pe~run~ances de la sonde acoustique qui en résulte.
C'est pourquoi l'invention propose une sonde acoustique co",prenant une élecl(ùde de masse continue insérée entre des
Selon l'art antérieur, pour conserver une continuité de la masse dans le cas d'une sonde bidimensionnelle il a été proposé de procéder de la manière suivante:
Sur un réseau d'interconnexion 1 on procède au dépôt d'une couche conductrice puis on ~iépose une lame de matériau piézoélectrique par collage.
On procède à des ~iécoures selon une direction Dy illustrée en figure 1 de la matrice de transducteurs Tij. On colle une ou plusieurs lames 20 d'adaptation acoustique de ta même manière. La face inférieure de ia première lame d'ada,~talion :~GOI ~stique est métallisée ce qui permet de ramener les masses sur les bords de la matrice.
Fnfin on procède à la découpe de l'ensemble (lames d'adaptation acoustique et lame de matériau piézoélectrique) dans la direction Dx 25 perpendiculaire à la direction Dy.
On obtient ainsi une matrice de Tij tran~sducte~lrs piézoélectriques élémentaires recouverts de Ai élé"-~nls d'adap~alion acoustique, avec Pi électrodes de masse insérées entre les transducteurs Tij et les éléments Ai.
Néanmoins cette méthode présente l'inconvénient de relier 30 mécaniquement les transducteurs élémentaires d'une même ligne i selon la direction Dx ce qui nuit aux pe~run~ances de la sonde acoustique qui en résulte.
C'est pourquoi l'invention propose une sonde acoustique co",prenant une élecl(ùde de masse continue insérée entre des
3~ transducteurs piézoélectriques éiémentaires déGo~piés les uns des autres, CA 0224329l l998-07-l3 W 098/23392 PCT~R97tO2110 et cies éléments d'adaptation acoustique également découplés les uns des autres de manière à résoudre le problème de t'art antérieur.
Plus précisément I'invention a pour objet une sonde ~col~stique conlpre, ~ant des éléments d'adaplalion ~coustique des transduc1el IrS
5 pié;~oélectriques élémentaires et un réseau d'il ,lert;o""exions reliant les transrlurtel-rs ~coustirluPs à un i1isposilir électronique de cor,.,.,ande et de,er -a,)l du signal caractérisée en ce qu'elle compr~:nd une électrode de ma~ise continue insérée entre les transdllctellrs ~cousti~les élémentaires et des éléments d'~ t~lion ~co~lstique.
L'électrode de masse peut typiquement être une feuille métallique par exemple en cuivre ou en argent.
Il peut également être un film de polymère métallisé de type pol~l~imide ou polyester cuivré ou doré ou bien encore un film de polymère chargé de particules conductrices.
Les éléments d'~d~rt~tion ~co~lstique peuvent avant~ge~sement être en résTne époxy chargée de particules de tu.,g~ e etlou d'alumlne, alors que les transducteurs piézoélectriques élémentaires peuvent ê~re en cérar..i~ue de type PZT.
Selon une variante de l'invention la sonde acoustique coillpfelld des éléments d'ada~ta~ion ~coustique Aii1 d'impédance voisine de celle du milieu de propagation de la sonde acoustique et situés au-dessus de l'électrode de masse et des éléments d'adaptation ~a~ustique Aij2 d'impédance voisine de celle des transduGteurs piézoélectriques et situés entre l'électrode de masse et les transductellrs piézoélectriques.
Typiquement lorsque la sonde :~co~lstiq~e selon l'invention est destinée à fonctionner en milieu ~ql~elnc les transducteurs piézoélectriques étant en céramique les eléments Aii1 ont une impédance de l'ordre de 2 à 3 Méga Rayleigh les éléments Aii2 ont une impédance de l'ordre de 8 à 9 Méga Rayleigh.
L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication de la sonde acoustique selon l'invention. Ce procéde col"~renant la ré~lis~tion de transducteurs piézoélectriques élé",en~ai,es (Tij) à la surface d'un réseau d'interconnexions reliant les transducte~-rs acoustiques à un dispositif de cornmande et de traitement du signal est caractérisé en ce qu'il c~".po"e en outre les étapes suivantes:
CA 0224329l l998-07-l3 W 098/23392 PCT~FR97/02110 - le dépôt d'une couche conductrice constitutive d'une électrode de masse ~P), à la surface des transducte~ ~rs élémentaires (Tij);
- le dépôt d'au moins une couche de matériau d'adaptation acoustique;
- la gravure sélective de la ou les couche(s) de matériau d'adaplalio-l acol ~stique, avec arrêt d'a~ e sur la couche conductrice, de manière à co, l~liluer des éléments d'ad~. taLio~
~co~lstique (Alj).
Avant~geusement~ la gravure sélective peut être effectuée par laser de type C02, laser UV de type Excimère ou bien encore laser du type YAG.
Selon un procédé de fa~rication de la sonde ~coustique de l'invention, I'électrode de masse peut être un film polyimide métallisé de cuivre, les éléments d'adaptation acoustique Ai; peuvent alors être définis par ~ravure au laser C02 avec une densité d'énergie de l'ordre de quelques Joules par cm2 (de manière à ne pas attaquer la métallisation) d'une couche de résine époxy chargée de particules de tungstène.
Selon une variante du procédé de l'invention, on e~fectue le dépôt 20 de deux couches de matériau d'adaptation acoustique, une première couche présentant une impédance proche de celle des transducteurs piézoélectriques, une seconde couche présentant une impédance proche de celle du milieu dans lequel la sonde acoustique est destinée à fonctionner.
L'ensemble des deux couches est gravé avec arrêt d'attaque sur la couche 25 conductrice.
Selon une autre variante de l'invention, une couche d'impédance voisine de celle des transd~cte~rs et conductrice est déposée à la surface d'une couche de matériau piézoélectrique, I'ensemble est décol Ipé de manière a définir les transd~çteurs piézoélectriques Tij et une première série 3Q d'éléments d'adaptation acoustique de forte impédance. Une couche conductrice d'électrode de masse est déposée sur l'ensemble des transducte~ Irs Tij recouverts des éléments Aij1 . Une seconde couche d'adap~lio" acoustique est apposée à la surface de l'électrode de masse P, des éléments Aii2 sont alors définis par dec~re sélective de la couche de ~aible impédance avec arrêt de gravure sur l'électrode de masse.
WO 98/23'S92 PCT~R97/02110 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages appara~~tront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre non C,~ir et grâce aux figures annexées parmi les~elles:
- la figure 1 illustre une sonde ~co~ Isti~ue selon l'art connu;
5- la figure 2 illustre un premier exemple de sonde ~coustique selon l'invention;
- la figure 3 illustre une première étape de fabrication d'un exemple de réseau d'inte~o,)nexions, utilisé dans une sonde ~col Istique selon l'invention;
to- la figure 4 illustre une deuxième étape de fabrication d'un exemple de réseau d'interconnexions, utilisé dans une sonde acoustique selon l'invention;
- la figure 5 illustre une étape de procédé de fabrication de sonde ~co~ ~stique commune au procédé de l'art antérieur et au 1~procédé de l'invention;
- la figure 6 illustre une étape du procédé de fal~ric~lio" d'une sonde acoustique selon l'invention, comprenant le dépôt d'une couche conductrice à la surface des transd~ ~cte~ Irs élémentaires Tij;
20- la figure 7 illustre une étape du procédé de fabrication d'une sonde ~Gollstique selon l'invention, comprenant le dépôt de lames d'adaptation acoustique;
- la figure 8 illustre une étape du procédé de fabrication d'une sonde acoustique selon l'invention comprenant la découpe 25sélective des lames d'adaptation ~consitique de manière à
définir les éléments Aij;
- la figure 9 illustre un second exemple de sonde acoustique selon l'invention.
La sonde acousti~ue selon l'invention comprend des 30transducteurs élémentaires piézoélectriques ~organisés en matrice linéaire ou dle façon préférentielle bidimensionnelle) Tij, reportés sur une matrice de plots d'interconnexion en regard. Cette matrice d'inlerco"nexions est co"~liluée par des extrémités de pistes métalliques émergeant sur l'une des faces d'un réseau d'interconnexions décrit ci-après et nommé "backing". Les WO 98/23392 PCT~FR97tO2110 extrémités opposées des pistes métalliques sont généralement connectées a un dispositif électronique de commande et d'analyse.
La figure 2 illustre un premier exemple de sonde acoustique selon l'invention dans laquelle l'ensemble de la sonde apparaît partiellement coupé. Le "backing" 1 supporte les transdl ~cteurs piézoélectriques ~lén,e"laires Tij. Une électrode de masse continue P est apposée à la surface des transd~ctellrs Tq et supporte l'ensemble des éléments discrels d'ada,otalio, I acoustique Ai; qui peuvent résulter du dépôt d'une ou plusieurs couches de n,aléri~u d'~d~rla~ion ~co~lstique (dans l'exemple de la figure 2 10 deux couches sont représentées et conduisent à l'obtel,lio" d'éléments Aii1 et d'éléments Aij2).
Dans le cas d'une l!~al, ice de MxN transclucteurs piézoélectriques le réseau d'interconnexions peut notamment être réalisé de la manière suivante:
On utilise M substrats diélectriques sur lesq~lelc ont été réalisées N pistes conductrices le long d'un axe ~:)x. Chaque substrat peut co"~po~ler une fenêtre laissant localement à nu les pistes conductrices. L'ensemble des M substrats sont alignés et empilés selon une direction Dy. On obtient ainsi un empilement de M substrats diélectriques ledit empiiement présentant une cavité comportant MxN pistes conductrices. La figue 3 illustre la construction de cet empilement.
On remplit la cavité ainsi formée d'une résine durcissable isolante électriquement et possédant les propriétés d'atténuation ar~ustique désirée. Après durcissement de la résine on coupe l'empilement selon un 25 plan Pc perpendiculaire à l'axe des pistes au niveau de la cavité pri:f~r"~éecomme l'illustre la figure 4 afin de réaliser une surface co"~liluée de MxN
sections de pistes affleurant perpenrlicul~irement la résine au niveau du backing 1.
Pour assurer la connexion entre ces MxN sections de pistes et les transducteurs piézoélectriques Tij on peut avantageusement procéder de la manière suivante:
On métallise avec une couche Me l'ensemble de la surface du ~acking 1 consliluée des MxN sections de pistes. On y appose une couche de matériau piézoélectrique de type céramique PZT. On procède alors à la 3s décollre par exemple par sciage de la couche Me et de la couche de W O 98123392 PCT~R97/02110 céramique, de manière à définir les transd~&te!~rs Tij indépendants les uns des autres. L'arrêt de la découpe peut être effectué à la surface de la résine et le contrôle de cette gravure ne nécessite pas une précision extrême. La figure ~ illustre la matrice de transducte~lrs Tij dé~inis sur des méP~lis~tions5 élémentaires Mejj correspondant aux eollla~ls "point chaud" évoqués précédemment, I'e"sen,ble étant ainsi connecté électriquement au backing 1.
L'el,selllble ainsi constitué est recouvert par une électrode de masse conductrice P, comme illustré en figure 6, apposée puis collée, qu'il s'agisse d'une feuille métallique ou d'un fiim de polymère mét~ cé.
On proc~de alors au coll~e de deux lames de matériau d'ad<-ipl~lion acoustique L1 et L 2, c~" ,r"e ~ I:prése, ,lées en figure 8. La prerrlière lame 1 1 présente une forte impédance voisine de celle du matériau cons~iL~tif des transducteurs, la deuxième lame L2 présente une plus faible 1~ impé dance voisine du milieu dans lequel on veut utiliser la sonde ~col~lstique. La deco~ e doit sépar~r l"écani1~ement les lames d'~dalJt~lion sans découper l'électrode de masse i~.
On obtient de cette façon un déco~ ~rlage acoustique des transd~e~-rg élémentaires Tij, tout en ~cildant une continuité électrique 20 permettant de récupérer le conL;~;l de masse à la périphérie de la sonde.
En particulier cette découre peut être effectuée par laser. Le lasel utilisé peut être par exemple un laser infrarouge de type CO2 ou un laser UV de type Excimère ou de type YAG triplé ou quadruplé.
Par un choix approp,ié des différents matériaux constitutifs de 25 I'élec:trode de masse et des éléments d'adcipldlion ~ oustique, et des paramètres du f~isce~u laser: longueur d'onde, densité d'énergie, il devient possihle d'effectuer un usinage sélectif des lames d'ada~lalion ~oo~sti~ue sans affecter l'électrode de masse. La découpe peut être effectuée à l'aide d'un f~isce~l laser focalisé et piloté pour décrire les déco~pes désirées ou 3C) encore par balayage à travers un masque aligné sur les voies de decoure.
Selon une autre vai ial ,le de l'invention, la sonde ac~ustique comprend deux séries d'éléments d'adaptdiiG,) aconctiq~e Aij1 et Aii2 séparés F3ar l'électrode continue de masse.
Cette sonde co,~ erld des transd~Jctellrs éléll,ei,lciires Tij, 3~ reportés sur une matrice de plots d'interconnexion en regard faisant partie W O 98123392 PCTn~R97/02110 d'un réseau d'i,-~erco",)exions. La figure 9 illustre cette configuration. La première serie d'éléments d'ada,ot~Lion acoustique, de forte impédance peut être définie en même temps que les éléments piézoélectriques à partir de la ~iécoure par exemple par sciage de la couche Me de mét~llis~tion s précédemment citée, de la couche de céramique (constitutive des transducteurs élémentaires) et d'une première lame L1 d'ada~ LaLion ~coustique, qui doit être conductrice.
L'ensemble ainsi constitué, électrodes Mejj, transd~ ~cteurs Tij, éléments Aii1 est recouvert par une électrode de masse conductrice P, 0 apposée puis collée.
On peut alors procéder au collage d'une deuxième lame à faible impédance L2, rléco~lrée par gravure avec arrêt d'attaque sur l'électrode de masse, de manière à définir les éléments Aij ~ de faible impédance. Un des intérêts de cette variante de l'invention réside dans la faible épaisseur à
5 deco~lrer par gravure sélective, tout en disposant d'une sonde possédant ava,l~ageusement des éléments de forte impédance et des élé"~er,~s de faible impédance.
Plus précisément I'invention a pour objet une sonde ~col~stique conlpre, ~ant des éléments d'adaplalion ~coustique des transduc1el IrS
5 pié;~oélectriques élémentaires et un réseau d'il ,lert;o""exions reliant les transrlurtel-rs ~coustirluPs à un i1isposilir électronique de cor,.,.,ande et de,er -a,)l du signal caractérisée en ce qu'elle compr~:nd une électrode de ma~ise continue insérée entre les transdllctellrs ~cousti~les élémentaires et des éléments d'~ t~lion ~co~lstique.
L'électrode de masse peut typiquement être une feuille métallique par exemple en cuivre ou en argent.
Il peut également être un film de polymère métallisé de type pol~l~imide ou polyester cuivré ou doré ou bien encore un film de polymère chargé de particules conductrices.
Les éléments d'~d~rt~tion ~co~lstique peuvent avant~ge~sement être en résTne époxy chargée de particules de tu.,g~ e etlou d'alumlne, alors que les transducteurs piézoélectriques élémentaires peuvent ê~re en cérar..i~ue de type PZT.
Selon une variante de l'invention la sonde acoustique coillpfelld des éléments d'ada~ta~ion ~coustique Aii1 d'impédance voisine de celle du milieu de propagation de la sonde acoustique et situés au-dessus de l'électrode de masse et des éléments d'adaptation ~a~ustique Aij2 d'impédance voisine de celle des transduGteurs piézoélectriques et situés entre l'électrode de masse et les transductellrs piézoélectriques.
Typiquement lorsque la sonde :~co~lstiq~e selon l'invention est destinée à fonctionner en milieu ~ql~elnc les transducteurs piézoélectriques étant en céramique les eléments Aii1 ont une impédance de l'ordre de 2 à 3 Méga Rayleigh les éléments Aii2 ont une impédance de l'ordre de 8 à 9 Méga Rayleigh.
L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication de la sonde acoustique selon l'invention. Ce procéde col"~renant la ré~lis~tion de transducteurs piézoélectriques élé",en~ai,es (Tij) à la surface d'un réseau d'interconnexions reliant les transducte~-rs acoustiques à un dispositif de cornmande et de traitement du signal est caractérisé en ce qu'il c~".po"e en outre les étapes suivantes:
CA 0224329l l998-07-l3 W 098/23392 PCT~FR97/02110 - le dépôt d'une couche conductrice constitutive d'une électrode de masse ~P), à la surface des transducte~ ~rs élémentaires (Tij);
- le dépôt d'au moins une couche de matériau d'adaptation acoustique;
- la gravure sélective de la ou les couche(s) de matériau d'adaplalio-l acol ~stique, avec arrêt d'a~ e sur la couche conductrice, de manière à co, l~liluer des éléments d'ad~. taLio~
~co~lstique (Alj).
Avant~geusement~ la gravure sélective peut être effectuée par laser de type C02, laser UV de type Excimère ou bien encore laser du type YAG.
Selon un procédé de fa~rication de la sonde ~coustique de l'invention, I'électrode de masse peut être un film polyimide métallisé de cuivre, les éléments d'adaptation acoustique Ai; peuvent alors être définis par ~ravure au laser C02 avec une densité d'énergie de l'ordre de quelques Joules par cm2 (de manière à ne pas attaquer la métallisation) d'une couche de résine époxy chargée de particules de tungstène.
Selon une variante du procédé de l'invention, on e~fectue le dépôt 20 de deux couches de matériau d'adaptation acoustique, une première couche présentant une impédance proche de celle des transducteurs piézoélectriques, une seconde couche présentant une impédance proche de celle du milieu dans lequel la sonde acoustique est destinée à fonctionner.
L'ensemble des deux couches est gravé avec arrêt d'attaque sur la couche 25 conductrice.
Selon une autre variante de l'invention, une couche d'impédance voisine de celle des transd~cte~rs et conductrice est déposée à la surface d'une couche de matériau piézoélectrique, I'ensemble est décol Ipé de manière a définir les transd~çteurs piézoélectriques Tij et une première série 3Q d'éléments d'adaptation acoustique de forte impédance. Une couche conductrice d'électrode de masse est déposée sur l'ensemble des transducte~ Irs Tij recouverts des éléments Aij1 . Une seconde couche d'adap~lio" acoustique est apposée à la surface de l'électrode de masse P, des éléments Aii2 sont alors définis par dec~re sélective de la couche de ~aible impédance avec arrêt de gravure sur l'électrode de masse.
WO 98/23'S92 PCT~R97/02110 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages appara~~tront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre non C,~ir et grâce aux figures annexées parmi les~elles:
- la figure 1 illustre une sonde ~co~ Isti~ue selon l'art connu;
5- la figure 2 illustre un premier exemple de sonde ~coustique selon l'invention;
- la figure 3 illustre une première étape de fabrication d'un exemple de réseau d'inte~o,)nexions, utilisé dans une sonde ~col Istique selon l'invention;
to- la figure 4 illustre une deuxième étape de fabrication d'un exemple de réseau d'interconnexions, utilisé dans une sonde acoustique selon l'invention;
- la figure 5 illustre une étape de procédé de fabrication de sonde ~co~ ~stique commune au procédé de l'art antérieur et au 1~procédé de l'invention;
- la figure 6 illustre une étape du procédé de fal~ric~lio" d'une sonde acoustique selon l'invention, comprenant le dépôt d'une couche conductrice à la surface des transd~ ~cte~ Irs élémentaires Tij;
20- la figure 7 illustre une étape du procédé de fabrication d'une sonde ~Gollstique selon l'invention, comprenant le dépôt de lames d'adaptation acoustique;
- la figure 8 illustre une étape du procédé de fabrication d'une sonde acoustique selon l'invention comprenant la découpe 25sélective des lames d'adaptation ~consitique de manière à
définir les éléments Aij;
- la figure 9 illustre un second exemple de sonde acoustique selon l'invention.
La sonde acousti~ue selon l'invention comprend des 30transducteurs élémentaires piézoélectriques ~organisés en matrice linéaire ou dle façon préférentielle bidimensionnelle) Tij, reportés sur une matrice de plots d'interconnexion en regard. Cette matrice d'inlerco"nexions est co"~liluée par des extrémités de pistes métalliques émergeant sur l'une des faces d'un réseau d'interconnexions décrit ci-après et nommé "backing". Les WO 98/23392 PCT~FR97tO2110 extrémités opposées des pistes métalliques sont généralement connectées a un dispositif électronique de commande et d'analyse.
La figure 2 illustre un premier exemple de sonde acoustique selon l'invention dans laquelle l'ensemble de la sonde apparaît partiellement coupé. Le "backing" 1 supporte les transdl ~cteurs piézoélectriques ~lén,e"laires Tij. Une électrode de masse continue P est apposée à la surface des transd~ctellrs Tq et supporte l'ensemble des éléments discrels d'ada,otalio, I acoustique Ai; qui peuvent résulter du dépôt d'une ou plusieurs couches de n,aléri~u d'~d~rla~ion ~co~lstique (dans l'exemple de la figure 2 10 deux couches sont représentées et conduisent à l'obtel,lio" d'éléments Aii1 et d'éléments Aij2).
Dans le cas d'une l!~al, ice de MxN transclucteurs piézoélectriques le réseau d'interconnexions peut notamment être réalisé de la manière suivante:
On utilise M substrats diélectriques sur lesq~lelc ont été réalisées N pistes conductrices le long d'un axe ~:)x. Chaque substrat peut co"~po~ler une fenêtre laissant localement à nu les pistes conductrices. L'ensemble des M substrats sont alignés et empilés selon une direction Dy. On obtient ainsi un empilement de M substrats diélectriques ledit empiiement présentant une cavité comportant MxN pistes conductrices. La figue 3 illustre la construction de cet empilement.
On remplit la cavité ainsi formée d'une résine durcissable isolante électriquement et possédant les propriétés d'atténuation ar~ustique désirée. Après durcissement de la résine on coupe l'empilement selon un 25 plan Pc perpendiculaire à l'axe des pistes au niveau de la cavité pri:f~r"~éecomme l'illustre la figure 4 afin de réaliser une surface co"~liluée de MxN
sections de pistes affleurant perpenrlicul~irement la résine au niveau du backing 1.
Pour assurer la connexion entre ces MxN sections de pistes et les transducteurs piézoélectriques Tij on peut avantageusement procéder de la manière suivante:
On métallise avec une couche Me l'ensemble de la surface du ~acking 1 consliluée des MxN sections de pistes. On y appose une couche de matériau piézoélectrique de type céramique PZT. On procède alors à la 3s décollre par exemple par sciage de la couche Me et de la couche de W O 98123392 PCT~R97/02110 céramique, de manière à définir les transd~&te!~rs Tij indépendants les uns des autres. L'arrêt de la découpe peut être effectué à la surface de la résine et le contrôle de cette gravure ne nécessite pas une précision extrême. La figure ~ illustre la matrice de transducte~lrs Tij dé~inis sur des méP~lis~tions5 élémentaires Mejj correspondant aux eollla~ls "point chaud" évoqués précédemment, I'e"sen,ble étant ainsi connecté électriquement au backing 1.
L'el,selllble ainsi constitué est recouvert par une électrode de masse conductrice P, comme illustré en figure 6, apposée puis collée, qu'il s'agisse d'une feuille métallique ou d'un fiim de polymère mét~ cé.
On proc~de alors au coll~e de deux lames de matériau d'ad<-ipl~lion acoustique L1 et L 2, c~" ,r"e ~ I:prése, ,lées en figure 8. La prerrlière lame 1 1 présente une forte impédance voisine de celle du matériau cons~iL~tif des transducteurs, la deuxième lame L2 présente une plus faible 1~ impé dance voisine du milieu dans lequel on veut utiliser la sonde ~col~lstique. La deco~ e doit sépar~r l"écani1~ement les lames d'~dalJt~lion sans découper l'électrode de masse i~.
On obtient de cette façon un déco~ ~rlage acoustique des transd~e~-rg élémentaires Tij, tout en ~cildant une continuité électrique 20 permettant de récupérer le conL;~;l de masse à la périphérie de la sonde.
En particulier cette découre peut être effectuée par laser. Le lasel utilisé peut être par exemple un laser infrarouge de type CO2 ou un laser UV de type Excimère ou de type YAG triplé ou quadruplé.
Par un choix approp,ié des différents matériaux constitutifs de 25 I'élec:trode de masse et des éléments d'adcipldlion ~ oustique, et des paramètres du f~isce~u laser: longueur d'onde, densité d'énergie, il devient possihle d'effectuer un usinage sélectif des lames d'ada~lalion ~oo~sti~ue sans affecter l'électrode de masse. La découpe peut être effectuée à l'aide d'un f~isce~l laser focalisé et piloté pour décrire les déco~pes désirées ou 3C) encore par balayage à travers un masque aligné sur les voies de decoure.
Selon une autre vai ial ,le de l'invention, la sonde ac~ustique comprend deux séries d'éléments d'adaptdiiG,) aconctiq~e Aij1 et Aii2 séparés F3ar l'électrode continue de masse.
Cette sonde co,~ erld des transd~Jctellrs éléll,ei,lciires Tij, 3~ reportés sur une matrice de plots d'interconnexion en regard faisant partie W O 98123392 PCTn~R97/02110 d'un réseau d'i,-~erco",)exions. La figure 9 illustre cette configuration. La première serie d'éléments d'ada,ot~Lion acoustique, de forte impédance peut être définie en même temps que les éléments piézoélectriques à partir de la ~iécoure par exemple par sciage de la couche Me de mét~llis~tion s précédemment citée, de la couche de céramique (constitutive des transducteurs élémentaires) et d'une première lame L1 d'ada~ LaLion ~coustique, qui doit être conductrice.
L'ensemble ainsi constitué, électrodes Mejj, transd~ ~cteurs Tij, éléments Aii1 est recouvert par une électrode de masse conductrice P, 0 apposée puis collée.
On peut alors procéder au collage d'une deuxième lame à faible impédance L2, rléco~lrée par gravure avec arrêt d'attaque sur l'électrode de masse, de manière à définir les éléments Aij ~ de faible impédance. Un des intérêts de cette variante de l'invention réside dans la faible épaisseur à
5 deco~lrer par gravure sélective, tout en disposant d'une sonde possédant ava,l~ageusement des éléments de forte impédance et des élé"~er,~s de faible impédance.
Claims (13)
1. Sonde acoustique comprenant des éléments d'adaptation acoustique (Aij) des transducteurs piézoélectriques élémentaires (Tij) et un réseau d'interconnexions reliant les transducteurs acoustiques à un dispositif électronique de commande et de traitement du signal caractérisée en ce qu'elle comprend une électrode de masse continue (P) insérée entre les transducteurs acoustiques élémentaires (Tij) et des éléments d'adaptation acoustique (Aij).
2. Sonde acoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'électrode de masse est une feuille métallique de type cuivre ou argent.
3. Sonde acoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'électrode de masse est un film polymère métallisé de type polyimide ou polyester cuivré ou doré.
4. Sonde acoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'électrode de masse est un film de polymère chargé de particules conductrices.
5. Sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les éléments d'adaptation acoustique sont de type résine époxy chargée de particules de tungstène et/ou d'alumine.
6. Sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les transducteurs piézoélectriques élémentaires (Tij) sont en céramique de type PZT.
7. Sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend des éléments d'adaptation acoustique (Aij1) d'impédance voisine de celle des transducteurs (Tij) et situés à la surface de l'électrode de masse (P) et des éléments d'adaptation acoustique (Aij2) d'impédance voisine de celle du milieu de propagation de la sonde et situés à la surface des éléments (Aij1).
8. Sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend des éléments d'adaptation acoustique (Aij1) et situés entre les transducteurs piézoélectriques et l'électrode de masse (P) et des éléments (Aij2) d'impédance voisine de celle du milieu de propagation de la sonde et situés à la surface de l'électrode de masse (P).
9. Procédé de fabrication d'une sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant la réalisation de transducteurs piézoélectriques élémentaires (Tij) à la surface d'un réseau d'interconnexions reliant les transducteurs acoustiques à un dispositif électronique de commande et de traitement du signal, caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes:
- le dépôt d'une couche conductrice constitutive d'une électrode de masse (P), à la surface des transducteurs élémentaires (Tij);
- le dépôt d'au moins une couche de matériau d'adaptation acoustique, sur la couche conductrice;
- la gravure sélective de la couche de matériau d'adaptation acoustique, avec arrêt d'attaque sur la couche conductrice, de manière à constituer des éléments d'adaptation acoustique (Aij, Aij1, Aij2).
- le dépôt d'une couche conductrice constitutive d'une électrode de masse (P), à la surface des transducteurs élémentaires (Tij);
- le dépôt d'au moins une couche de matériau d'adaptation acoustique, sur la couche conductrice;
- la gravure sélective de la couche de matériau d'adaptation acoustique, avec arrêt d'attaque sur la couche conductrice, de manière à constituer des éléments d'adaptation acoustique (Aij, Aij1, Aij2).
10. Procédé de fabrication d'une sonde acoustique selon la revendication 9, caractérisé en ce que la gravure sélective est effectuée par laser.
11. Procédé de fabrication d'une sonde acoustique selon la revendication 10, caractérisée en ce que le matériau d'adaptation acoustique est une résine époxy chargée de particules de tungstène et/ou d'alumine, l'électrode de masse est un film de polyimide métallisé de cuivre, le laser étant un laser CO2 émettant dans l'infrarouge.
12. Procédé de fabrication d'une sonde acoustique selon la revendication 11, caractérisé en ce que la densité d'énergie du faisceau laser est de quelques Joules par cm2.
13. Procédé de fabrication d'une sonde acoustique selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend le dépôt de deux couches de matériaux d'adaptation acoustique, d'impédances différentes, de manière à définir des éléments (Aij1) d'impédance voisine de celle des transducteurs piézoélectriques (Tij) et des éléments (Aij2) d'impédance voisine de celle du milieu de propagation de la sonde.
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| FR96/14472 | 1996-11-26 | ||
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA2243291A1 true CA2243291A1 (fr) | 1998-06-04 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA 2243291 Abandoned CA2243291A1 (fr) | 1996-11-26 | 1997-11-21 | Sonde acoustique multielements comprenant une electrode de masse commune |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA2243291A1 (fr) |
-
1997
- 1997-11-21 CA CA 2243291 patent/CA2243291A1/fr not_active Abandoned
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