FR2802449A1 - Sonde acoustique lineaire multi-elements et procede de fabrication collective de sondes acoustiques - Google Patents
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Abstract
L'invention conceme une sonde acoustique unidirectionnelle comprenant une série de transducteurs piézo-électriques linéaires à la surface d'un réseau d'interconnexions reliant les transducteurs acoustiques à un dispositif électronique de commande caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins une première série d'éléments d'adaptation acoustiques reliés par des surfaces conductrices aux transducteurs, les faces latérales des transducteurs ou des éléments d'adaptation acoustiques étant conductrices et connectées à une fine couche conductrice s'étendant jusqu'au réseau d'interconnexions, pour assurer la reprise de masse constituée par les surfaces conductrices.L'invention conceme également un procédé collectif de fabrication de ces sondes.Applications : sonde d'échographie de faible taille endocavitaire ou cardiologique.
Description
domaine de l'invention est celui des sondes acoustiques notamment utilisées pour l'imagerie médicale et plus précisément de sondes composées plusieurs éléments (ou voies) excités indépendemment les uns des autres.
méthode de réalisation de ces sondes est décrite dans plusieurs documents, notamment pour les sondes unidirectionnelles dans demande brevet européen 0190948 ou pour les sondes bidimensionnelles dans la demande internationale WO 97/17145 déposée par demanderesse.
Cette méthode consiste à assembler sur un réseau d'interconnexions (décrit plus en détails ultérieurement) une céramique piézoélectrique et des lames d'adaptation acoustique puis à procéder à découpe éléments, capables d'être excités indépendamment. Chaque élément est relié à une piste du circuit électrique (film polymide avec pistes métallisées) qui permet l'excitation.
L'électrode de masse commune à l'ensemble des transducteurs est réalisée en intercalant entre les lames d'adapatation et la céramique un film mince métallique ou un film polymère métallisé.
Ce film mince est replié sur les côtés de la couche comme l'illustre la Figure 1 qui représente les éléments transducteurs Tij, les éléments d'adaptation acoustiques Aijl et Aij2 dont l'impédance varie de manière assurer une adaptation acoustique efficace. Chaque transducteur élémentaire peut ainsi être commandé entre le plan de masse P et métallisation Meij connectée au réseau d'interconnexion 1. Pour satisfaire à des contraintes d'encombrement le plan de masse souple est replié sur faces latérales de la sonde, conduisant en raison du rayon de courbure dudit plan a une dimension typiquement de l'ordre de 500 Nm. Par ailleurs présence plan de masse situé entre les éléments piézoélectriques et les éléments d'adaptation acoustique introduit un élément perturbateur au niveau de propagation des ondes acoustiques. Pour résoudre ces problèmes l'invention propose une sonde acoustique faible encombrement, facteur essentiel notamment dans les applications d'échographie endocavitaires ou cardiologiques et n'intégrant pas de plan masse intermédiaire.
effet l'invention a pour objet une sonde acoustique unidirectionnelle comprenant une série de transducteurs piézo-électriques linéaires à surface d'un réseau d'interconnexions reliant les transducteurs acoustiques ' un dispositif électronique de commande caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins une première série d'éléments d'adaptation acoustiques reliés par des surfaces conductrices aux transducteurs les faces latérales des transducteurs ou des éléments d'adaptation acoustiques étant conductrices et connectées à une fine couche conductrice s'étendant jusqu'au réseau d'interconnexions, pour assurer la reprise de masse constituée par les surfaces conductrices.
L'existence de faces latérales conductrices permet d'accoler directement une fine couche conductrice sur lesdites faces latérales de manière à assurer la reprise du plan de masse. Typiquement cette fine couche conductrice peut présenter une épaisseur de quelques dizaines de microns et contribuer à réduire encore l'empreinte de la sonde.
L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication collective de la sonde unidirectionnelle de l'invention comprenant les étapes suivantes - la réalisation d'un ensemble de réseaux d'interconnexions ; - l'assemblage d'une couche de matériau piézo-electrique et d'au moins une première couche de matériau d'adaptation acoustique à la surface de l'ensemble réseaux d'interconnexions ; - une première série de découpes de l'assemblage selon une première direction de manière à définir en regard de chacun des réseaux d'interconnexion, des transducteurs lineaires ; - le collage d'une fine couche conductrice au niveau des faces latérales de l'assemblage de la couche piézo-électrique et de la lame d'adaptation acoustique, ladite couche se prolongeant au niveau des réseaux d'interconnexions ; - une seconde série de découpes selon la première direction sur l'épaisseur totale, de l'ensemble constitué par réseaux d'interconnexions/la couche de matériau piézo-électrique et la lame d'adaptation acoustique de manière à individualiser les sondes unidirectionnelles.
Avantageusement le procédé de l'invention peut comprendre une étape supplémentaire de découpe transversale dans une direction perpendiculaire à la première direction, pour définir des transducteurs constitués d'air et de matériau piézo-électrique (composite air/céramique).
L'invention sera mieux comprise d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles - la Figure 1 illustre une sonde acoustique selon l'art antérieur; - la Figure 2 illustre la réalisation des reseaux d'interconnexions utilisés dans l'invention ; - la Figure 2a illustre une vue de dessus ; - la Figure 2b illustre une coupe selon l'axe AA' ; - la Figure 3 illustre l'assemblage collectif de la couche de matériau piézo-électrique et des lames d'adaptation acoustique au-dessus d'un ensemble de réseaux d'interconnexions alignés ; - la Figure 4 illustre les découpes longitudinales effectuées pour obtenir les voies acoustiques de chacune des sondes à individualiser ultérieurement ; - la Figure 5 illustre les découpes longitudinales effectuées pour séparer les sondes unitaires ; - la Figure 6a illustre un premier exemple de reprise de plan de masse sur la tranche dans le cas l'utilisation d'une lame d'adaptation conductrice ; - la Figure 6b illustre le premier exemple de reprise de plan de masse en perspective et utilisant des transducteurs air/céramique.
- la Figure 7 illustre un second exemple de reprise de plan de masse sur la tranche dans le cas l'utilisation d'une lame de céramique métallisée en surface et sur les faces latérales. Nous allons décrire plus en détails une sonde à faible empreinte selon l'invention et un procédé collectif permettant de fabriquer des sondes unidirectionnelles à faibles empreintes.
La sonde comporte un réseau d'interconnexions permettant de connecter éléments actifs piézo-électriques à un circuit de commande de traitement du signal de la réponse acoustique de la sonde.
Pour réaliser le réseau d'interconnexions, on peut avantageusement utiliser des circuits imprimés sur lesquels sont réalisés pistes conductrices.
Dans le cadre de l'invention les réseaux d'interconnexions peuvent être réalises de manière collective comme illustré en Figure 2. Un ensemble de circuits imprimés Cl; sont maintenus dans un moule M et sont maintenus par exemple à l'aide de goupille de centrage Gc (Figure 2b). Les circuits imprimés comportent un ensemble de pistes P, conductrices représentées Figure 2a, peuvent notamment comporter des pistes sur leur deux faces. Dans ce dernier cas, les pistes opposées face à face sont reliées électriquement par des vias. Cette redondance permettra d'augmenter surface contact entre un transducteur piézo-électrique et les pistes conductrices. Par ailleurs les circuits imprimés peuvent avantageusement être conçus identiques et de telle manière qu'en retournant un circuit imprime sur deux en superposant les trous de centrage les pistes de deux circuits imprimés adjacents soient intercalées. En effet typiquement les pistes peuvent avoir une largeur de 50 Nm et peuvent être séparées d'environ 50 Nm donc conduisent à un pas de 100 Nm. En utilisant deux circuits imprimés dont les pistes sont décalées, on parvient ainsi à réduire le pas des pistes d'adressage d'un facteur 2.
De manière plus générale la largeur d'une piste peut varier entre 50 et 200 microns et son épaisseur peut varier entre 5 et 50 microns.
Les réseaux d'interconnexions Ri sont obtenus en polymérisant dans le moule un mélange de résine thermodurcissable et de charges élastomères, R (et/ou minérales, et/ou métalliques). L'intérêt de l'utilisation de ces charges réside dans l'adaptation acoustique qu'elles procurent notamment dans l'absorption des ondes générées sur la face dite arrière, côté circuit de commande. Nous appellerons par la suite réseaux d'interconnexions l'ensemble constitué du mélange et des circuits imprimés intégrés au mélange.
La face avant des réseaux d'interconnexions est polie pour que pistes soient dans un plan identique. La section des pistes peut être couverte par une fine couche de métallisation en or pour éviter des problèmes de résistivité électrique dus à l'oxydation des pistes en cuivre. Cette métallisation peut avantageusement être réalisée localement par voie électrochimique.
Selon une variante de l'invention, toute la face dite avant comportant les pistes, peut être métallisée par évaporation ou par la technique de dépôt sous vide, dans le but d'augmenter la surface de collage conducteur entre la couche piézo-électrique et les pistes.
Lorsqu'un ensemble de réseaux d'interconnexions avec des pistes conductrices en surface est ainsi réalisé, on procède de manière collective à l'assemblage de la couche de matériau piézo-électrique et d'une ou des lames d'adaptation acoustique. Généralement l'adaptation acoustique est obtenue avec deux lames de résistivité électrique différente, une première lame dite lourde (de densité élevée en raison des propriétés acoustiques recherchées), en contact avec le matériau piézo-électrique, et une lame dite légère (de densité plus faible que celle de la lame dite lourde) en contact avec la première lame, comme illustré en Figure 3.
Typiquement la couche de matériau piézo-électrique T peut etre lame de céramique. L'assemblage céramique/réseaux d'interconnexions peut être réalisé par collage avec un film adhésif conducteur Fc (par exemple film conducteur isotrope en résine époxyde chargée ou avec un film conducteur anisotrope, dans une direction perpendiculaire au plan la couche piézo-électrique.
Le collage céramique/réseaux d'interconnexions Ri est effectue de manière collective.
Les lames L, et L2 sont ensuite collées sur la céramique T et entre elles à l'aide d'un adhésif. L'adhésif utilisé pour ce collage peut être une résine époxy liquide ou un film adhésif (par exemple Pyralux). Cette opération est elle aussi assurée de manière collective. Selon une variante de l'invention la lame L1 est conductrice (typiquement sa résistivité peut être inférieure à environ 10-3ç2.cm) de manière à pouvoir utiliser ses faces latérales pour réaliser masse comme cela sera décrit plus en détails ci-après.
Selon une autre variante la couche céramique comprend une face supérieure et des faces latérales métallisées pour réaliser reprise de plan masse.
<U>Découpe pour</U> réaliser les voies<U>acoustiques</U> élémentaires L'assemblage décrit précédemment peut alors être découpé mécaniquement avec par exemple une scie diamantée pour obtenir des voies acoustiques élémentaires dont l'épaisseur peut varier entre 20 et 100 microns. Cette opération de découpe est réalisée de manière collective.
II est à noter qu'au lieu d'avoir des voies acoustiques constituées matériau massif piézo-électrique, il peut également être intéressant d'utiliser des sondes acoustiques comportant des matériaux composites et notamment céramique/air. Pour obtenir de tels matériaux peut procéder avant l'opération d'assemblage des lames d'adaptation acoustique sur la céramique sur l'ensemble des réseaux d'interconnexions, a des opérations de découpes dites transversales, donc perpendiculaire à l'axe<B>AN</B> défini précédemment, et donc perpendiculaires aux découpes dites longitudinales définissant les voies acoustiques élémentaires. Les découpes transversales sont arrêtées au niveau du film adhésif conducteur qui assure l'assemblage de la céramique sur l'ensemble des réseaux d'interconnexion. Avec ce type de composite piézo-électrique on peut améliorer les performances acoustiques des sondes et notamment leur bande passante.
La Figure 4 illustre une vue de dessus de l'assemblage préalablement réalisé, avec les découpes longitudinales Dit définissant les voies acoustiques élémentaires. Ces découpes sont effectuées jusqu'au matériau constitutif des réseaux d'interconnexions donc au-delà du film conducteur. <U>Découpe pour séparer les sondes</U> Dans un second temps on procède à une autre série de découpes longitudinales pour séparer les sondes acoustiques unidirectionnelles. Ces découpes Die illustrées en figure 5 s'étendent sur la totalité de la profondeur de l'ensemble constitué par les lames d'adaptation acoustique/la céramique/les réseaux d'interconnexions.
<U>Réalisation de la</U> reprise <U>de plan de masse</U> Cette opération peut être aussi bien réalisée de maniere collective avant séparation des sondes unitaires qu'après découpes chacune desdites sondes. Selon l'invention les faces latérales de l'assemblage couche piézo-électrïque/lame(s) d'adaptation acoustique sont conductrices. Cette propriété peut être conférée par le caractère conducteur d'une lame d'adaptation par les faces latérales et supérieure de la céramique.
Pour récupérer la masse, on procède au collage d'une feuille métallique ou film polymère métallisé sur les faces latérales de la sonde. La Figure 6 est relative à une variante de l'invention dans laquelle la lame d'adaptation acoustique dite lourde est conductrice. Cette figure correspond à une vue en coupe d'une sonde selon l'invention. Les circuits imprimés CI, moulés dans une résine, forme le réseau d'interconnexions. Un film conducteur relie la céramique au réseau d'interconnexions. La lame lourde conductrice Li est reliée via une colle conductrice C à fine couche conductrice de masse PM.
Une couche isolante I pouvant être de l'air sépare fine couche conductrice de masse PM des flancs de la céramique, de manière à éviter tout contact électrique entre la masse et les points chauds de la sonde (Figure 6a).
La lame lourde conductrice peut être réalisée avec mélange de résine thermodurcissable ou thermoplastique avec des charges métalliques (par exemple il peut s'agir d'une résine époxy chargée nickel). La résistivité volumique de la lame est typiquement inférieure à 10-3O.cm et son impédance acoustique peut varier entre 7 et 10 MRayleigh.
La Figure 6b illustre le même type d'exemple que la Figure 6a dans le cas d'un composite air/céramique. Après les différentes découpes longitudinales Dii et découpes transversales Dj on définit les transducteurs élémentaires avec leurs éléments d'adaptation Lii et Lie.
La couche conductrice PM accolée à la couche isolante I en contact avec éléments piézo-électriques et le réseau d'interconnexions. Les transducteurs élémentaires Ti sont connectés au réseau d'interconnexion via le film conducteur F..
Avantageusement le réseau d'interconnexions peut comporter un connecteur pour faciliter l'adressage de la sonde.
La Figure 7 illustre une variante dans laquelle la face supérieure et les faces latérales de la céramique sont rendues conductrices. Ainsi la masse PM peut être récupérée à partir des métallisations Mc; des faces supérieures latérales du matériau piézo-électrique.
La fine couche conductrice de masse PM est reliée via une colle conductrice aux métallisations Mc;, de manière analogue à la variante décrite en Figure 6.
métallisation de la céramique peut être réalisée par un dépôt sous vide, l'épaisseur de la métallisation pouvant être de l'ordre de 1 Nm.
Claims (1)
1. Sonde acoustique unidirectionnelle comprenant une serie de transducteurs piézo-électriques linéaires (Ti) à la surface d'un réseau d'interconnexions (R;) reliant les transducteurs acoustiques (Ti) à un dispositif électronique de commande caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins une première série d'éléments d'adaptation acoustiques (Lii) reliés par des surfaces conductrices aux transducteurs (Ti), les faces latérales des transducteurs (Ti) ou des éléments d'adaptation acoustiques (Li. étant conductrices et connectées à une fine couche conductrice s'étendant jusqu'au réseau d'interconnexions, pour assurer la reprise de masse constituée par les surfaces conductrices. Sonde acoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surfaces conductrices sont les surfaces inférieures des élements d'adaptation acoustique Lii constitués d'un matériau conducteur de résistivité volumique l'ordre de 10'3 O.cm. 3. Sonde acoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surfaces conductrices sont des métallisations réalisées à la surface des transducteurs (Ti). 4. Sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend une deuxième série d'éléments d'adaptation acoustique à la surface de la première série d'éléments d'adaptation acoustique (Li2). 5. Sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la première série d'éléments d'adaptation acoustique (Lii) sont constitués d'une résine chargée avec des particules métalliques. 6. Sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les transducteurs linéaires sont métallisés sur leur face supérieure et leurs faces latérales. 7. Sonde acoustique selon l'une revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre colle conductrice assurant le contact électrique entre les faces latérales des transducteurs recouverts des éléments d'adaptation acoustique et la fine couche. 8. Sonde acoustique selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'épaisseur de la fine couche conductrice de l'ordre de quelques dizaines de microns. 9. Sonde acoustique selon l'une revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les transducteurs piézo-électriques linéaires comprennent des découpes (Dl) selon un axe parallèle aux faces latérales des transducteurs de manière à constituer transducteurs composite air-matériau piézo-électrique. 10. Procédé de fabrication collective de sondes acoustiques unidirectionnelle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes - la réalisation d'un ensemble de reseaux d'interconnexions (Rl;) ; - l'assemblage d'un couche de matériau piézo-électrique et d'au moins une première couche matériau d'adaptation acoustique à la surface de l'ensemble des réseaux d'interconnexions ; - une première série de découpes ) de l'assemblage selon une première direction perpendiculaire aux faces latérales du matériau piézo-électrique de manière à définir, en regard de chacun des réseaux d'interconnexions, un ensemble de transducteurs linéaires (T;) ; - le collage d'une fine couche conductrice au niveau des faces latérales de l'assemblage de la couche piézo-électrique et de la lame d'adaptation acoustique, se prolongeant au niveau des réseaux d'interconnexions ; - une seconde série de découpes (Di2) selon la première direction sur l'épaisseur totale de l'ensemble constitué par les reseaux d'interconnexions/la couche de matériau piézo électrique et la lame d'adaptation acoustique manière à individualiser les sondes unidirectionnelles. 11. Procédé de fabrication selon la revendication caractérisé en ce qu'il comprend une étape de découpes transversales (Dj) dans une direction perpendiculaire à la première direction de manière à définir des transducteurs constitués d'air et de matériau piézo-électrique. 12. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en que l'assemblage du matériau piézo-électrique à la surface des réseaux d'interconnexions est réalisé par collage avec un film adhésif conducteur
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