FR2828056A1 - Medical ultrasonic probe multielement piezoelectric transducer manufacture method having piezoelectric element isolating element placed/fractioned with grooves dielectric filled and front conductor covering - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention concerne un procédé de fabrication de transducteurs piézo-électriques multi-éléments, ainsi que les
transducteurs piézo-électriques multi-éléments obtenus. The present invention relates to a method for manufacturing multi-element piezoelectric transducers, as well as
multi-element piezoelectric transducers obtained.
Les matériaux piézo-électriques acquièrent des charges électriques à leur surface lorsqu'ils sont soumis à des contraintes mécaniques (effet direct) ou bien se déforment sous l'action des forces internes lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique (effet indirect). Recouvert d'électrodes auxquelles on applique une tension électrique alternative, un tel matériau devient un oscillateur. Selon ses dimensions et sa géométrie, le matériau possède alors diverses fréquences propres, s'étendant de 1 kHz à 130 MHz, permettant leur utilisation variée comme oscillateur. Piezoelectric materials acquire electrical charges on their surface when they are subjected to mechanical stresses (direct effect) or are deformed under the action of internal forces when they are subjected to an electric field (indirect effect). Covered with electrodes to which an alternating electric voltage is applied, such a material becomes an oscillator. Depending on its dimensions and geometry, the material then has various natural frequencies, ranging from 1 kHz to 130 MHz, allowing their varied use as an oscillator.
Ainsi, de tels transducteurs piézo-électriques multi-éléments généralement réalisés à partir de matériaux ferroélectriques, en particulier les céramiques piézo-électriques, sont destinés à convertir de façon réversible de l'énergie électrique en énergie mécanique. Ils sont généralement utilisés dans l'émission et la détection ultrasonore. Thus, such multi-element piezoelectric transducers generally produced from ferroelectric materials, in particular piezoelectric ceramics, are intended to reversibly convert electrical energy into mechanical energy. They are generally used in ultrasonic emission and detection.
Inséré dans une sonde ultrasonore, le transducteur peut être utilisé à la fois comme émetteur et récepteur, en particulier dans l'imagerie ultrasonore médicale, comme en échographie, par exemple. Dans ce cas, il est nécessaire de travailler à des hautes fréquences, typiquement de l'ordre de 10 MHz à 25 MHz. Inserted into an ultrasound probe, the transducer can be used both as a transmitter and a receiver, in particular in medical ultrasound imaging, such as in ultrasound, for example. In this case, it is necessary to work at high frequencies, typically of the order of 10 MHz to 25 MHz.
On connaît de tels transducteurs multi-éléments en céramique, mais qui travaillent à des fréquences inférieures à 10 MHz. Les éléments piézo-électriques sont placés côte à côte, préférentiellement alignés et sont reliés aux bornes électriques d'un circuit intégré par l'intermédiaire de lames métalliques et de câblage électrique. Such ceramic multi-element transducers are known, but which work at frequencies below 10 MHz. The piezoelectric elements are placed side by side, preferably aligned and are connected to the electrical terminals of an integrated circuit by means of metal blades and electrical wiring.
En fait, de la fréquence de fonctionnement du transducteur dépend la profondeur du milieu à examiner. Ainsi, plus la fréquence de fonctionnement est élevée et plus l'épaisseur de céramique dans la direction de propagation est faible. In fact, the operating frequency of the transducer depends on the depth of the medium to be examined. Thus, the higher the operating frequency, the smaller the thickness of ceramic in the direction of propagation.
En échographie B, on cherche à obtenir à une vue tridimensionnelle de l'organe analysé. La combinaison du balayage électronique obtenu par la vibration successive de chaque élément piézo-électrique avec le mouvement de la sonde ultrasonore permet d'obtenir l'image souhaitée. In ultrasound B, we seek to obtain a three-dimensional view of the organ analyzed. The combination of the electronic scanning obtained by the successive vibration of each piezoelectric element with the movement of the ultrasonic probe makes it possible to obtain the desired image.
L'échographie B, particulièrement utilisée et connue en obstétrique, est de plus en plus employée en ophtalmologie, dermatologie, parodontal, etc., Ultrasound B, particularly used and known in obstetrics, is increasingly used in ophthalmology, dermatology, periodontal, etc.,
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ce qui conduit au développement de sondes haute fréquence, de haute définition, qui permettent d'obtenir une profondeur de focalisation faible pour pouvoir explorer un organe ou un tissu en coupe situé juste sous la sonde ultrasonore, comme la gencive et l'os maxillaire entourant une dent par exemple. Ce mode d'utilisation conduit à une fréquence d'utilisation très élevée et donc à une épaisseur de céramique très faible. Par exemple, une céramique de type PZT (oxyde de plomb zirconium titane), qui fonctionne à 20 MHz, doit avoir une épaisseur d'environ 0,1 mm. which leads to the development of high-frequency, high-definition probes, which make it possible to obtain a shallow focusing depth in order to be able to explore an organ or cut tissue located just below the ultrasound probe, such as the surrounding gum and maxillary bone a tooth for example. This mode of use leads to a very high frequency of use and therefore to a very low ceramic thickness. For example, a ceramic of the PZT (lead zirconium titanium oxide) type, which operates at 20 MHz, must have a thickness of approximately 0.1 mm.
Il s'ensuit des difficultés techniques de mise en oeuvre, en particulier pour le câblage des éléments piézo-électriques. It follows from the technical difficulties of implementation, in particular for the wiring of the piezoelectric elements.
Un premier objet de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication de transducteurs piézo-électriques multi-éléments fonctionnant à haute fréquence qui soit simple à réaliser. A first object of the present invention is to provide a method of manufacturing multi-element piezoelectric transducers operating at high frequency which is simple to carry out.
Cet objet est atteint par le fait que le procédé comprend les étapes suivantes : - on amène un élément piézo-électrique comportant au moins une face avant et une face arrière longitudinales métallisées et polarisées, - on fixe ladite face arrière métallisée sur une face longitudinale d'un élément acoustiquement isolant pour former un ensemble solidaire, - on dispose un premier circuit électrique superficiel au moins sur une partie d'une première face adjacente de l'ensemble, ladite première face adjacente de l'ensemble étant longitudinale et adjacente à ladite face avant de l'élément piézo-électrique, - on fractionne ledit ensemble en sections en réalisant des rainures sensiblement transversales aux dites faces métallisées dudit ensemble tout en conservant un réseau d'interconnexion électrique pour relier la face arrière de chacune desdites sections à un pôle positif d'une alimentation électrique, - on remplit chacune desdites rainures avec une entretoise diélectrique et, - on applique un revêtement électriquement conducteur sur la face avant desdites sections qui est connecté audit réseau d'interconnexion électrique pour relier la face avant de chacune desdites sections à une masse commune. This object is achieved by the fact that the method comprises the following steps: - a piezoelectric element is provided comprising at least one front face and a rear face metallized and polarized longitudinal, - said rear face metallized is fixed on a longitudinal face d 'an acoustically insulating element to form an integral assembly, - there is a first surface electrical circuit at least on a part of a first adjacent face of the assembly, said first adjacent face of the assembly being longitudinal and adjacent to said face before the piezoelectric element, - said assembly is divided into sections by making grooves substantially transverse to said metallized faces of said assembly while retaining an electrical interconnection network to connect the rear face of each of said sections to a positive pole an electrical power supply, - each of said grooves is filled with a maintenance dielectric oise and, - an electrically conductive coating is applied to the front face of said sections which is connected to said electrical interconnection network to connect the front face of each of said sections to a common ground.
Le circuit électrique étant disposé directement sur l'élément acoustiquement isolant, il n'est pas nécessaire de réaliser de câblage de The electrical circuit being placed directly on the acoustically insulating element, it is not necessary to carry out wiring of
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connexion. L'élément acoustiquement isolant a donc à la fois une fonction acoustique et une fonction électronique. connection. The acoustically insulating element therefore has both an acoustic and an electronic function.
Selon l'invention, on utilise un élément métallisé et polarisé, préférentiellement une céramique, comme élément piézo-électrique. La découpe de l'élément piézo-électrique en sections est d'autant plus aisée que l'élément piézo-électrique est fixé sur l'élément acoustiquement isolant. En effet, la céramique se trouve être renforcée par son contact avec l'élément acoustiquement isolant. Ainsi, selon ce procédé, il est possible de sectionner la céramique sur toute son épaisseur en sections minces, préférentiellement d'épaisseurs comprises entre 0,2 mm et 0,07 mm. Les sections sont électriquement isolées et maintenues par la présence d'une entretoise diélectrique qui renforce l'ensemble du transducteur d'un point de vue mécanique. According to the invention, a metallized and polarized element, preferably a ceramic, is used as the piezoelectric element. Cutting the piezoelectric element into sections is all the easier when the piezoelectric element is fixed to the acoustically insulating element. Indeed, the ceramic is found to be reinforced by its contact with the acoustically insulating element. Thus, according to this method, it is possible to cut the ceramic over its entire thickness into thin sections, preferably of thicknesses between 0.2 mm and 0.07 mm. The sections are electrically isolated and maintained by the presence of a dielectric spacer which strengthens the whole transducer from a mechanical point of view.
Pour s'assurer de l'absence de tout contact électrique entre les éléments piézo-électriques du côté de la face arrière, qui correspond au pôle positif du transducteur, on sectionne la céramique jusque dans une portion de l'élément acoustiquement isolant. A l'inverse, pour avoir un contact entre tous les éléments piézo-électriques du côté de la face avant, correspondant à la masse, on applique un revêtement électriquement conducteur complémentaire sur les sections et les entretoises diélectriques. To ensure that there is no electrical contact between the piezoelectric elements on the side of the rear face, which corresponds to the positive pole of the transducer, the ceramic is cut into a portion of the acoustically insulating element. Conversely, to have contact between all the piezoelectric elements on the side of the front face, corresponding to the ground, a complementary electrically conductive coating is applied to the dielectric sections and spacers.
Avantageusement, on réalise en outre une couche métallique arrière d'une épaisseur comprise entre 10pm et 50 pm, entre la face arrière dudit élément piézo-électrique et ladite face longitudinale dudit élément acoustiquement isolant avant de fixer, par collage ou par moulage, ladite face arrière sur ladite face longitudinale dudit élément acoustiquement isolant. La couche métallique arrière peut être obtenue par dépôt de matériau électriquement conducteur tel qu'un métal ou bien, préférentiellement par une lame métallique pleine de géométrie ad hoc. Advantageously, a rear metallic layer with a thickness of between 10 μm and 50 μm is also produced, between the rear face of said piezoelectric element and said longitudinal face of said acoustically insulating element before fixing, by gluing or by molding, said face. rear on said longitudinal face of said acoustically insulating element. The rear metal layer can be obtained by depositing an electrically conductive material such as a metal or, preferably, by a metal strip full of ad hoc geometry.
La couche de métallisation habituelle de la face arrière étant généralement très mince, de l'ordre de 1 pm à 5 Mm d'épaisseur, il est nécessaire d'augmenter son épaisseur entre 10 pm et 50 Mm pour former la couche métallique ou bien, préférentiellement, d'intercaler une lame métallique entre l'élément piézo-électrique et l'élément acoustiquement isolant d'une épaisseur correspondante. La réalisation de la couche The usual metallization layer of the rear face being generally very thin, of the order of 1 μm to 5 mm in thickness, it is necessary to increase its thickness between 10 μm and 50 mm to form the metallic layer or else, preferably, to insert a metal strip between the piezoelectric element and the acoustically insulating element of a corresponding thickness. The realization of the layer
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métallique arrière peut se faire simultanément avec la métallisation de la face arrière, lorsque les mêmes matériaux métalliques sont employés. rear metal can be done simultaneously with the metallization of the rear face, when the same metallic materials are used.
Ainsi, on assure un meilleur contact entre les sections de l'élément piézo-électrique et le circuit électrique, ce qui évite de procéder à des soudures complémentaires, point par point, par exemple, entre chaque section et le circuit électrique. En effet, le contact entre le circuit électrique et chaque élément piézo-électrique ne se fait que par l'épaisseur de la couche métallique arrière. Thus, better contact is made between the sections of the piezoelectric element and the electrical circuit, which avoids carrying out additional welds, point by point, for example, between each section and the electrical circuit. Indeed, the contact between the electrical circuit and each piezoelectric element is made only by the thickness of the rear metal layer.
Avantageusement, on utilise une couche métallique en cuivre et les couches métalliques de chacune des faces longitudinales métallisées de l'élément piézo-électrique sont en argent, en or ou en nickel. Advantageously, a metallic layer of copper is used and the metallic layers of each of the metallized longitudinal faces of the piezoelectric element are made of silver, gold or nickel.
Ainsi, l'élément piézo-électrique est facilement polarisable et le contact électrique entre la face arrière de l'élément piézo-électrique et la couche métallique est amélioré. Thus, the piezoelectric element is easily polarizable and the electrical contact between the rear face of the piezoelectric element and the metal layer is improved.
Avantageusement, on peut réaliser lesdites sections soit par découpe mécanique de l'élément piézo-électrique, soit par ablation laser de l'élément piézo-électrique. Advantageously, said sections can be produced either by mechanical cutting of the piezoelectric element, or by laser ablation of the piezoelectric element.
Les deux procédés permettent d'obtenir des sections minces aux dimensions souhaitées, tout en évitant d'endommager l'élément piézo- électrique. Le fait d'avoir fixé l'élément piézo-électrique sur l'élément acoustiquement isolant permet de consolider l'ensemble et de diminuer les risques de rupture de la céramique au cours de la réalisation des sections. Both methods make it possible to obtain thin sections with the desired dimensions, while avoiding damage to the piezoelectric element. The fact of having fixed the piezoelectric element on the acoustically insulating element makes it possible to consolidate the whole and to reduce the risks of rupture of the ceramic during the production of the sections.
Avantageusement, on dispose en outre soit par collage, soit par surmoulage une lame quart d'onde ou demi-onde sur la face avant de l'ensemble sectionné de manière à adapter les diverses impédances acoustiques et ainsi améliorer le rendement de la sonde ultrasonore. Advantageously, a quarter-wave or half-wave plate is also provided either by bonding or by overmolding on the front face of the sectioned assembly so as to adapt the various acoustic impedances and thus improve the efficiency of the ultrasonic probe.
Le réseau d'interconnexion comprend avantageusement d'une part, des languettes reliées à la couche métallique par son épaisseur, donc à la face arrière de chaque élément piézo-électrique et d'autre part, un raccord périphérique commun relié à la face avant métallisée de chaque élément piézo-électrique. The interconnection network advantageously comprises on the one hand, tabs connected to the metal layer by its thickness, therefore on the rear face of each piezoelectric element and on the other hand, a common peripheral connection connected to the metallized front face of each piezoelectric element.
On dispose en outre avantageusement un deuxième circuit électrique superficiel semblable au premier circuit électrique, au moins sur une partie de la deuxième face adjacente de l'ensemble. There is also advantageously a second surface electrical circuit similar to the first electrical circuit, at least on a part of the second adjacent face of the assembly.
Ainsi, les sections peuvent être plus minces et la géométrie du circuit électrique de chaque face peut être moins bien définie que dans le Thus, the sections can be thinner and the geometry of the electrical circuit of each face can be less well defined than in the
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cas d'un seul circuit sur une seule face. En effet, dans le cas de deux circuits électriques, les sections sont alternativement reliées au circuit de la première face ou au circuit de la deuxième face. case of a single circuit on one side. Indeed, in the case of two electrical circuits, the sections are alternately connected to the circuit of the first face or to the circuit of the second face.
En effet, avantageusement, lorsque les sections sont respectivement reliées en alternance à une languette de la première face adjacente et à une languette de la deuxième face adjacente de manière à former une interconnexion électrique des sections entre les première et deuxième faces adjacentes, il est possible de réduire l'épaisseur des sections de manière considérable, sans pour autant avoir des languettes trop minces difficilement réalisables. In fact, advantageously, when the sections are respectively connected alternately to a tongue of the first adjacent face and to a tongue of the second adjacent face so as to form an electrical interconnection of the sections between the first and second adjacent faces, it is possible to reduce the thickness of the sections considerably, without having too thin tabs which are difficult to produce.
Ainsi, l'ensemble de la face arrière se trouve être raccordé au pôle positif du transducteur, puisque toutes les sections sont reliées, par l'intermédiaire d'une languette à une des faces adjacentes, elles-mêmes connectées au pôle positif. On évite avec ce procédé d'avoir à recourir à des techniques de brasage ou de soudage pour réaliser l'interconnexion électrique, ce qui évite d'endommager l'élément piézo-électrique fortement fragilisé par son sectionnement, d'autant plus qu'il est préférentiellement en céramique, c'est-à-dire en matériau fragile. Thus, the entire rear face is found to be connected to the positive pole of the transducer, since all the sections are connected, by means of a tongue to one of the adjacent faces, themselves connected to the positive pole. This method avoids having to resort to soldering or welding techniques to make the electrical interconnection, which avoids damaging the piezoelectric element which is greatly weakened by its sectioning, especially since it is preferably made of ceramic, that is to say of fragile material.
Avantageusement, on réalise l'assemblage de la face arrière de l'élément piézo-électrique comportant la couche métallique sur la face longitudinale de l'élément isolant soit par moulage, soit par collage. Advantageously, the rear face of the piezoelectric element comprising the metal layer is assembled on the longitudinal face of the insulating element either by molding or by bonding.
Selon une première variante, on réalise avantageusement au moins le circuit électrique superficiel et/ou le revêtement électriquement conducteur de la face avant sectionnée par dépôt métallique soit en phase vapeur soit électrochimiquement. According to a first variant, advantageously at least the surface electrical circuit and / or the electrically conductive coating of the front face sectioned by metal deposition is produced either in the vapor phase or electrochemically.
Avantageusement, pour délimiter le réseau d'interconnexion, on enlève une partie du dépôt métallique, en particulier avantageusement par laser, de manière à réaliser une géométrie de réseau précise sans endommager l'élément piézo-électrique. Advantageously, to delimit the interconnection network, part of the metal deposit is removed, in particular advantageously by laser, so as to produce a precise network geometry without damaging the piezoelectric element.
Selon une seconde variante, on réalise avantageusement un clinquant, préférentiellement en cuivre, qui en le pliant, en forme de L, va former la couche métallique et le circuit électrique superficiel d'au moins une des faces adjacentes de l'ensemble. Lorsque l'on réalise un transducteur avec deux circuits électriques, le clinquant, plié en forme de U, constitue alors la couche métallique et les deux circuits. According to a second variant, a foil, preferably made of copper, is advantageously produced which, by bending it, in the form of an L, will form the metal layer and the surface electrical circuit of at least one of the adjacent faces of the assembly. When a transducer is produced with two electrical circuits, the foil, folded in a U-shape, then constitutes the metal layer and the two circuits.
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Avantageusement, avant de réaliser l'assemblage avec l'élément acoustiquement isolant, on plie le clinquant et on le fixe sur l'élément piézo-électrique par brasage à froid, de manière à pouvoir ensuite mouler l'élément isolant dans le clinquant. Advantageously, before carrying out the assembly with the acoustically insulating element, the foil is folded and it is fixed on the piezoelectric element by cold brazing, so as to then be able to mold the insulating element in the foil.
L'assemblage est alors simplifié, puisque le clinquant sert de moule à l'élément isolant. The assembly is then simplified, since the foil serves as a mold for the insulating element.
Un deuxième objet de la présente invention est de proposer un transducteur multi-éléments qui puisse fonctionner à haute fréquence, tout en étant de taille miniature. A second object of the present invention is to provide a multi-element transducer which can operate at high frequency, while being of miniature size.
Ce but est atteint grâce au fait que le transducteur comporte : - un élément acoustiquement isolant présentant au moins une face longitudinale, - un élément piézo-électrique comportant une face avant et une face arrière métallisées et polarisées, ladite face arrière étant fixée sur ledit élément acoustiquement isolant pour former un ensemble qui comporte une face avant longitudinale pourvue de rainures délimitant des sections sensiblement parallèles entre-elles selon une direction sensiblement transversale à la direction longitudinale de l'élément piézo- électrique et, - un réseau d'interconnexion formé sur ledit élément acoustiquement isolant pour relier la face arrière desdites sections à un pôle positif d'une alimentation électrique et la face avant desdites sections à une masse commune. This object is achieved thanks to the fact that the transducer comprises: - an acoustically insulating element having at least one longitudinal face, - a piezoelectric element comprising a metallized and polarized front face and a rear face, said rear face being fixed on said element acoustically insulating to form an assembly which comprises a longitudinal front face provided with grooves delimiting sections which are substantially parallel to one another in a direction substantially transverse to the longitudinal direction of the piezoelectric element and, - an interconnection network formed on said acoustically insulating element for connecting the rear face of said sections to a positive pole of an electrical supply and the front face of said sections to a common ground.
Le réseau d'interconnexion étant formé directement sur l'élément acoustiquement isolant, les sections d'élément piézo-électrique peuvent être d'autant plus minces. Ainsi, les épaisseurs d'éléments peuvent atteindre des valeurs comprises entre 0,2 mm à 0,07 mm. Avec ces épaisseurs d'éléments, on obtient des transducteurs qui fonctionnent à haute fréquence, préférentiellement entre 15 MHz et 30 MHz, selon le nombre de sections qui peut varier préférentiellement de trente-deux à mille vingt-quatre. The interconnection network being formed directly on the acoustically insulating element, the sections of piezoelectric element can be all the more thinner. Thus, the thicknesses of elements can reach values between 0.2 mm to 0.07 mm. With these element thicknesses, transducers are obtained which operate at high frequency, preferably between 15 MHz and 30 MHz, depending on the number of sections which can vary preferentially from thirty-two to one thousand and twenty-four.
Avantageusement, les rainures comportent une entretoise diélectrique destinée à isoler électriquement et acoustiquement les sections et qui permet en outre un renforcement de l'ensemble des sections notamment lorsqu'elles sont très minces en jouant un rôle de soutien mécanique. En outre, ces entretoises diélectriques permettent la Advantageously, the grooves comprise a dielectric spacer intended to electrically and acoustically isolate the sections and which also allows a reinforcement of the set of sections in particular when they are very thin by playing a role of mechanical support. In addition, these dielectric spacers allow the
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mise à niveau de la face avant sectionnée de la céramique, de sorte que la face avant rétablie puisse être revêtue continûment d'une couche électrique conductrice reliant la face avant de chacune des sections à la masse. leveling of the sectioned front face of the ceramic, so that the restored front face can be continuously coated with an electrically conductive layer connecting the front face of each of the sections to ground.
Le transducteur comporte en outre, avantageusement une lame quart d'onde fixée sur la face avant de la lame piézo-électrique sectionnée et revêtue d'une couche conductrice reliée à la masse, de manière à adapter les différentes impédances acoustiques et d'augmenter le rendement. The transducer also advantageously comprises a quarter wave blade fixed to the front face of the piezoelectric blade sectioned and coated with a conductive layer connected to ground, so as to adapt the different acoustic impedances and to increase the performance.
Avantageusement, selon une autre variante, le transducteur comporte une couche métallique, formée par un dépôt de matériau électriquement conducteur de type métallique ou bien une lame métallique, disposée entre l'élément acoustiquement isolant et la face arrière dudit élément piézo-électrique. Advantageously, according to another variant, the transducer comprises a metallic layer, formed by a deposit of electrically conductive material of metallic type or else a metallic strip, disposed between the acoustically insulating element and the rear face of said piezoelectric element.
Avantageusement, le transducteur comporte un clinquant en cuivre qui remplace d'une part la couche métallique et d'autre part, le réseau d'interconnexion électrique. Advantageously, the transducer comprises a copper foil which replaces on the one hand the metallic layer and on the other hand, the electrical interconnection network.
Dans ce cas, le contact entre la face arrière de chaque élément piézo-électrique est amélioré, puisque le circuit électrique superficiel est relié mécaniquement à la couche métallique arrière puisqu'ils ne forment qu'un seul et même composant, soit le clinquant. In this case, the contact between the rear face of each piezoelectric element is improved, since the surface electrical circuit is mechanically connected to the rear metal layer since they form only one and the same component, the foil.
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. The invention will be clearly understood and its advantages will appear better on reading the detailed description which follows, of embodiments shown by way of nonlimiting examples.
La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : -la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une sonde ultrasonore comportant un transducteur selon l'invention, - la figure 2 est une vue partielle agrandie du transducteur de la figure 1 comportant un circuit électrique superficiel, - la figure 3A est une vue partielle agrandie du transducteur comportant deux circuits électriques superficiels vu de dessus, - la figure 3B est une vue partielle agrandie du transducteur comportant deux circuits électriques superficiels vu de dessous, - la figure 4 est une vue en perspective montrant l'élément piézo- électrique et l'élément acoustiquement isolant, The description refers to the appended drawings in which: FIG. 1 is a diagrammatic section view of an ultrasonic probe comprising a transducer according to the invention, FIG. 2 is a partial enlarged view of the transducer of FIG. 1 comprising superficial electrical circuit, - Figure 3A is an enlarged partial view of the transducer having two superficial electrical circuits seen from above, - Figure 3B is a partial enlarged view of the transducer having two superficial electrical circuits seen from below, - Figure 4 is a perspective view showing the piezoelectric element and the acoustically insulating element,
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- la figure 5 est une vue en perspective analogue à la figure 4 dans laquelle l'ensemble élément piézo-électrique-élément acoustiquement isolant comporte un réseau électrique, - la figure 6 est une vue en perspective d'un clinquant, - la figure 7 est une vue en perspective du clinquant fixé sur l'élément piézo-électrique et, - la figure 8 est une vue en perspective du transducteur avec clinquant. - Figure 5 is a perspective view similar to Figure 4 in which the piezoelectric element-acoustically insulating element assembly comprises an electrical network, - Figure 6 is a perspective view of a foil, - Figure 7 is a perspective view of the foil attached to the piezoelectric element and, - Figure 8 is a perspective view of the transducer with foil.
La figure 1 montre une sonde 10 ultrasonore dans laquelle un transducteur 12 haute fréquence multi-éléments est incorporé. Le transducteur 12 piézo-électrique est placé dans un blindage 14, pour éviter tout risque de perturbations par interférences électromagnétiques, pendant l'utilisation de la sonde 10. Une telle sonde 10 est destinée à être employée en particulier comme sonde d'exploration dans l'imagerie ultrasonore médicale, en échographie par exemple. FIG. 1 shows an ultrasonic probe 10 in which a multi-element high frequency transducer 12 is incorporated. The piezoelectric transducer 12 is placed in a shield 14, to avoid any risk of interference by electromagnetic interference, during the use of the probe 10. Such a probe 10 is intended to be used in particular as an exploration probe in the medical ultrasound imaging, for example in ultrasound.
En échographie, la sonde 10 sert d'émetteur et de récepteur pour les ondes réfléchies par les surfaces planes perpendiculairement au trajet du faisceau. En combinant un balayage électronique obtenu par la vibration successive de chaque élément piézo-électrique et un balayage manuel de la sonde par l'opérateur, on arrive à une vue tridimensionnelle de l'organe. In ultrasound, the probe 10 serves as a transmitter and receiver for the waves reflected by the flat surfaces perpendicular to the path of the beam. By combining an electronic scan obtained by the successive vibration of each piezoelectric element and a manual scan of the probe by the operator, we arrive at a three-dimensional view of the organ.
Cependant, en échographie B en particulier dans le domaine parodontal, il est parfois souhaitable d'avoir une profondeur de focalisation faible, ce qui entraîne une fréquence d'utilisation élevée supérieure à 15 MHz, pouvant atteindre jusqu'à 25 MHz ; ce qui conduit nécessairement à un transducteur 12 multi-éléments comportant un élément piézo-électrique 16 de faible épaisseur dans la direction de propagation de l'onde acoustique. However, in ultrasound B, in particular in the periodontal domain, it is sometimes desirable to have a low focusing depth, which results in a high frequency of use greater than 15 MHz, which can reach up to 25 MHz; which necessarily leads to a multi-element transducer 12 comprising a piezoelectric element 16 of small thickness in the direction of propagation of the acoustic wave.
La difficulté réside donc dans l'obtention d'un tel transducteur 12 multi-éléments haute fréquence. The difficulty therefore lies in obtaining such a high frequency multi-element transducer 12.
Selon l'invention, le transducteur 12 comporte un élément acoustiquement isolant 18 placé vers l'avant de la sonde 10 sur lequel est disposé un réseau de connexion 20 qui permet de relier chacune des différentes sections 16i de l'élément piézo-électrique 16 une alimentation électrique (non représentée). Les sections 16i sont sensiblement parallèles entre-elles selon une direction sensiblement transversale à la According to the invention, the transducer 12 comprises an acoustically insulating element 18 placed towards the front of the probe 10 on which is disposed a connection network 20 which makes it possible to connect each of the different sections 16i of the piezoelectric element 16 a power supply (not shown). The sections 16i are substantially parallel to each other in a direction substantially transverse to the
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direction longitudinale de l'élément piézo-électrique 16, c'est-à-dire dans la direction de propagation de l'onde. longitudinal direction of the piezoelectric element 16, that is to say in the direction of propagation of the wave.
Le nombre de sections 16i peut être de trente-deux, soixantequatre, cent vingt-huit, deux cent cinquante six, cinq cent douze, et jusqu'à mille vingt-quatre ; le multiple employé est préférentiellement trente-deux ce qui correspond à un multiple de pixels sur un écran destiné à transmettre l'image obtenue. On utilise préférentiellement un élément piézo-électrique 16 parallélépipédique en céramique 16, par exemple en céramique PZT (oxyde de plomb, zirconium et titane) d'épaisseur eie (représentée sur la figure 2) comprise entre 0, 07 mm et 0, 15 mm. The number of sections 16i can be thirty-two, sixty-four, one hundred twenty-eight, two hundred fifty six, five hundred twelve, and up to one thousand twenty-four; the multiple used is preferably thirty-two which corresponds to a multiple of pixels on a screen intended to transmit the image obtained. Preferably, a piezoelectric element 16 made of ceramic 16, for example of PZT ceramic (lead oxide, zirconium and titanium) of thickness ee (represented in FIG. 2) between 0.07 mm and 0.15 mm is used. .
L'épaisseur Oie étant donnée dans la direction de propagation de l'onde. The thickness Goose being given in the direction of propagation of the wave.
Pour que l'élément piézo-électrique 16 convertisse de façon réversible de l'énergie électrique en énergie mécanique, il est nécessaire que ses faces longitudinales avant 22 et arrière 26 soient sensiblement transversales à la direction de propagation, soient métallisées et polarisées. Ainsi, la face arrière 26 est polarisée positivement. En conséquence, la face avant longitudinale 22, qui constitue a fortiori la face avant des sections 16i, est reliée à une masse 24, tandis que la face arrière longitudinale 26, qui constitue aussi la face arrière des sections 16i, est reliée au pôle positif 28 d'une alimentation électrique de tension alternative (non représentée). In order for the piezoelectric element 16 to reversibly convert electrical energy into mechanical energy, it is necessary for its front 22 and rear 26 longitudinal faces to be substantially transverse to the direction of propagation, to be metallized and polarized. Thus, the rear face 26 is positively polarized. Consequently, the longitudinal front face 22, which a fortiori constitutes the front face of the sections 16i, is connected to a mass 24, while the longitudinal rear face 26, which also constitutes the rear face of the sections 16i, is connected to the positive pole 28 of an AC voltage supply (not shown).
Les épaisseurs e22 et e26 des couches de métallisation des faces avant 22 et arrière 26, qui peuvent être en argent, en or ou en cuivre, sont préférentiellement comprises entre 1 um et 5 Mm. Comme représenté sur la figure 2, étant donnée la faible épaisseur des couches de métallisation, en particulier la face arrière 26, une lame métallique 30, formant la couche métallique arrière 30, préférentiellement en cuivre est intercalée entre la face arrière 26 et une face longitudinale 18'de l'élément acoustiquement isolant 18, afin d'augmenter la surface de contact entre le réseau électrique d'interconnexion 20 et chacune des sections 16i au niveau de la face arrière métallisée 26. La lame métallique 30 présente des dimensions longitudinales semblables à celles de l'élément acoustiquement isolant 18, avec une épaisseur minimum e30 d'environ 20 Mm. The thicknesses e22 and e26 of the metallization layers of the front 22 and rear 26 faces, which may be in silver, gold or copper, are preferably between 1 μm and 5 mm. As shown in FIG. 2, given the low thickness of the metallization layers, in particular the rear face 26, a metal strip 30, forming the rear metal layer 30, preferably made of copper, is interposed between the rear face 26 and a longitudinal face 18 ′ of the acoustically insulating element 18, so to increase the contact surface between the electrical interconnection network 20 and each of the sections 16i at the metallized rear face 26. The metal strip 30 has longitudinal dimensions similar to those of the acoustically insulating element 18, with a minimum thickness e30 of about 20 mm.
Une entretoise 32i placée entre chaque section 16i d'éléments piézo-électriques dans chacune des rainures 34i qui séparent chaque section 16i permet de séparer mécaniquement et acoustiquement chaque A spacer 32i placed between each section 16i of piezoelectric elements in each of the grooves 34i which separate each section 16i makes it possible to mechanically and acoustically separate each
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section 16i. Ainsi, la structure générale du transducteur est renforcée, ce qui permet d'avoir des épaisseurs de sections 16i plus minces. section 16i. Thus, the general structure of the transducer is reinforced, which makes it possible to have thinner section thicknesses 16i.
Les entretoises 32i sont préférentiellement composées de résine diélectrique de manière à isoler électriquement et acoustiquement chaque section 16i, notamment au niveau de leur face arrière 26 reliée au pôle positif 28. The spacers 32i are preferably composed of dielectric resin so as to electrically and acoustically isolate each section 16i, in particular at their rear face 26 connected to the positive pole 28.
Par contre sur la face avant 22, où les sections 16i sont toutes mises à la masse 24, il est préférable qu'elles soient en contact. Pour ce faire, un revêtement électriquement conducteur 36 d'épaisseur e36 comprise entre 1 pm et 5 pm, couvre la face avant 22 de chaque section 16i et de chaque entretoise 32i. By cons on the front face 22, where the sections 16i are all grounded 24, it is preferable that they are in contact. To do this, an electrically conductive coating 36 with a thickness e36 of between 1 μm and 5 μm, covers the front face 22 of each section 16i and of each spacer 32i.
Une lame quart d'onde 38 fixée sur la face avant 22 des sections 16i permet d'adapter les différentes impédances acoustiques et d'augmenter le rendement de la sonde 10. A quarter-wave plate 38 fixed to the front face 22 of the sections 16i makes it possible to adapt the different acoustic impedances and to increase the efficiency of the probe 10.
Dans ces conditions, on obtient un transducteur 12 qui comporte, par exemple, soixante-quatre sections piézo-électriques 16i de largeur tie. fonctionnant à 20 MHz. Under these conditions, a transducer 12 is obtained which comprises, for example, sixty-four piezoelectric sections 16i of width tie. operating at 20 MHz.
Selon l'invention, le réseau d'interconnexion 20 est formé d'un seul circuit électrique superficiel 20A, relié au pôle positif 28, disposé sur au moins une partie d'une première face adjacente 40 de l'ensemble élément acoustiquement isolant 18 et élément piézo-électrique 16 et d'un seul périphérique 44 relié à la masse 24. La face adjacente 40 étant sensiblement transversale à la face avant 22. According to the invention, the interconnection network 20 is formed of a single surface electrical circuit 20A, connected to the positive pole 28, disposed on at least part of a first adjacent face 40 of the assembly of acoustically insulating element 18 and piezoelectric element 16 and a single peripheral 44 connected to ground 24. The adjacent face 40 being substantially transverse to the front face 22.
En fait, les sections 16i sont toutes reliées au pôle positif 28 de l'alimentation et à la masse 24 par des câbles coaxiaux 25i soudés sur le circuit électrique superficiel 20A et le périphérique 44A. In fact, the sections 16i are all connected to the positive pole 28 of the power supply and to the ground 24 by coaxial cables 25i soldered on the surface electrical circuit 20A and the peripheral 44A.
Ainsi, chaque section 16i est reliée par l'intermédiaire d'une languette 21 A, indépendante formée sur le circuit électrique superficiel 20A à l'âme 25Aj d'un câble coaxial 25i reliée au pôle positif 28, tandis qu'elle est reliée par l'intermédiaire du périphérique 44 à la tresse 25T, dudit câble coaxial 25i reliée à la masse 24. Préférentiellement, chaque section 16i extrême est entièrement reliée à la masse 24 sur ces deux faces avant 22 et arrière 26. Thus, each section 16i is connected via an independent tab 21 A formed on the surface electrical circuit 20A to the core 25Aj of a coaxial cable 25i connected to the positive pole 28, while it is connected by via the peripheral 44 to the braid 25T, of said coaxial cable 25i connected to ground 24. Preferably, each end section 16i is entirely connected to ground 24 on these two front 22 and rear 26 faces.
Les figures 3A et 3B illustrent une variante du transducteur 12 qui consiste à avoir un deuxième circuit électrique superficiel 20B semblable au premier circuit électrique superficiel 20A, disposé sur au moins une FIGS. 3A and 3B illustrate a variant of the transducer 12 which consists in having a second surface electrical circuit 20B similar to the first surface electrical circuit 20A, arranged on at least one
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partie de la deuxième face adjacente 42 opposée à la première face adjacente 40 et un deuxième périphérique 44B. La présence de ce deuxième circuit électrique superficiel 20B permet d'avoir des épaisseurs de sections 16i très minces sans pour autant augmenter les difficultés de réalisation du réseau d'interconnexion 20. part of the second adjacent face 42 opposite the first adjacent face 40 and a second peripheral 44B. The presence of this second superficial electric circuit 20B makes it possible to have very thin section thicknesses 16i without increasing the difficulties of making the interconnection network 20.
En effet, chaque circuit électrique superficiel 20A et 20B comporte des languettes 21 AI respectivement, 21B, +1, qui viennent alternativement en regard d'une section 16i de chaque côté des faces 40 et 42, en contact avec leur face arrière 26 ou plus précisément avec la lame métallique 30. Indeed, each surface electrical circuit 20A and 20B comprises tongues 21 AI respectively, 21B, +1, which come alternately opposite a section 16i on each side of the faces 40 and 42, in contact with their rear face 26 or more precisely with the metal blade 30.
Ainsi, par exemple, la section 161 est reliée à la languette 21 A1 sur la face 40 (figure 3A), tandis que la section suivante 162 est reliée à la languette 21 B2 sur la face 42 (figure 3B). On continue avec la face 40 et ainsi de suite jusqu'à la dernière section. Préférentiellement, comme dans le cas d'un seul circuit électrique superficiel 20A (figure 2), chaque section extrême 161 et 16n est reliée intégralement à la masse 24 par leur face avant 22 et leur face arrière 26. En conséquence, les périphériques 44A et 44B forment une sorte de U dont les barres se prolongent jusqu'à la face avant 22 tandis que le fond du U se situe en retrait par rapport aux languettes 21 A, et 2181+1 sur l'élément acoustiquement isolant 18. Selon le cas, une seule languette extrême sur chaque face est reliée à la masse, auquel cas chacun des périphériques 44A et 44B forment alors une sorte de L. Thus, for example, the section 161 is connected to the tongue 21 A1 on the face 40 (FIG. 3A), while the following section 162 is connected to the tongue 21 B2 on the face 42 (FIG. 3B). We continue with face 40 and so on until the last section. Preferably, as in the case of a single surface electrical circuit 20A (FIG. 2), each end section 161 and 16n is integrally connected to ground 24 by their front face 22 and their rear face 26. Consequently, the peripherals 44A and 44B form a sort of U, the bars of which extend to the front face 22 while the bottom of the U is set back with respect to the tongues 21 A, and 2181 + 1 on the acoustically insulating element 18. Depending on the case , a single extreme tab on each face is connected to ground, in which case each of the peripherals 44A and 44B then form a sort of L.
L'écartement ell entre deux sections 16i successives reliées à leur câble coaxial respectif 25i sur la même face est, dans le cas d'un réseau d'interconnexion 20 comportant deux circuits électriques superficiels 20A et 20B, plus de deux fois plus important que dans le cas d'un seul circuit électrique superficiel 20A, comme illustré sur la figure 2, puisque seule une section sur deux est reliée à une face 40 ou 42. En effet, dans le cas du seul circuit électrique superficiel 20A, l'écartement el correspond à la largeur 134j d'une rainure 34i, tandis que l'écartement ell représente, par exemple, la largeur de deux rainures 34i et une épaisseur de section. The spacing ell between two successive sections 16i connected to their respective coaxial cable 25i on the same face is, in the case of an interconnection network 20 comprising two surface electrical circuits 20A and 20B, more than twice as large as in the case of a single surface electrical circuit 20A, as illustrated in FIG. 2, since only one section out of two is connected to a face 40 or 42. In fact, in the case of the only surface electrical circuit 20A, the spacing el corresponds to the width 134j of a groove 34i, while the spacing ell represents, for example, the width of two grooves 34i and a thickness of section.
Ainsi, la forme des languettes 21A, respectivement, 21B,,, peut être adaptée à l'espace disponible. En particulier, les languettes 21A, respectivement, 21B, +1, présentent une forme en T dont la barre supérieure présente une surface plus large que la surface de la barre verticale égale à la seule largeur de section t, facilitant la fixation de Thus, the shape of the tongues 21A, respectively, 21B ,,, can be adapted to the available space. In particular, the tongues 21A, respectively, 21B, +1, have a T-shape, the upper bar of which has a surface wider than the surface of the vertical bar equal to the only section width t, facilitating the fixing of
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l'âme 25Ai, notamment lorsque celle-ci s'effectue par soudage sur la languette. the core 25Ai, in particular when the latter is carried out by welding on the tongue.
Comme illustré sur la figure 4, selon l'invention pour réaliser un tel transducteur multi-éléments, on amène un élément piézo-électrique 16 de faible épaisseur, préférentiellement en céramique, par exemple PZT, de forme longitudinale, qui comporte une face avant 22 et une face arrière 26 longitudinales métallisées et polarisées. L'épaisseur eis de l'élément piézo-électrique 16 est voisine de 0,1 mm. As illustrated in FIG. 4, according to the invention for producing such a multi-element transducer, a piezoelectric element 16 of small thickness, preferably made of ceramic, for example PZT, of longitudinal shape, which has a front face 22, is brought in. and a rear metallized and polarized longitudinal rear face 26. The thickness eis of the piezoelectric element 16 is close to 0.1 mm.
Pour toute la suite, on s'attachera à décrire un procédé permettant de réaliser un transducteur multi-éléments 12 à soixante-quatre éléments piézo-électriques 16i, de format rectangulaire, qui fonctionne à 20 MHz. For all the rest, we will endeavor to describe a process making it possible to produce a multi-element transducer 12 with sixty-four piezoelectric elements 16i, of rectangular format, which operates at 20 MHz.
La couche de métallisation des deux faces 22 et 26 est en un des trois métaux, argent, nickel ou or et d'une épaisseur e22 et e26 comprise entre 1 pm et 10, um, préférentiellement de 5 pu. La face arrière 26 est polarisée positivement de manière à pouvoir être reliée au pôle positif d'un générateur de tension alternative (non représenté). The metallization layer of the two faces 22 and 26 is made of one of the three metals, silver, nickel or gold and with a thickness e22 and e26 of between 1 μm and 10 μm, preferably 5 μm. The rear face 26 is positively polarized so as to be able to be connected to the positive pole of an alternating voltage generator (not shown).
La couche métallique 30 est, dans la variante de réalisation actuellement décrite, réalisée non pas par une métallisation supplémentaire, mais par l'apport d'un élément additionnel, à savoir une lame métallique 30. Cette lame métallique 30, préférentiellement en cuivre, d'épaisseur e30 de 20 pm, de même géométrie que la face arrière 26 est fixée sur la face arrière 26 par brasage à froid pour augmenter les contacts électriques entre la face arrière 26 et le futur réseau d'interconnexion 20 (représenté sur la figure 5). The metal layer 30 is, in the embodiment currently described, produced not by additional metallization, but by the addition of an additional element, namely a metal blade 30. This metal blade 30, preferably made of copper, d thickness e30 of 20 μm, of the same geometry as the rear face 26 is fixed to the rear face 26 by cold brazing to increase the electrical contacts between the rear face 26 and the future interconnection network 20 (represented in FIG. 5 ).
L'assemblage de la face arrière 26 de l'élément piézo-électrique 16, a fortiori de la face arrière de la lame métallique 30 sur l'élément acoustiquement isolant 18, permettant de faciliter les opérations ultérieures, se fait préférentiellement par collage. The assembly of the rear face 26 of the piezoelectric element 16, a fortiori of the rear face of the metal strip 30 on the acoustically insulating element 18, making it possible to facilitate the subsequent operations, is preferably done by gluing.
L'élément acoustiquement isolant 18 peut aussi être directement moulé sur la face arrière de la lame métallique 30. L'élément acoustiquement isolant 18 est préférentiellement composé d'un polymère d'époxy chargé de particules de carbure de tungstène. La face arrière 18A de l'élément acoustiquement isolant 18 n'est pas plane, de manière à éviter le renvoi de l'onde émise sur la face d'émission ; la face est préférentiellement ondulée ou, si la place le permet dans la sonde 10, en forme de pyramide. The acoustically insulating element 18 can also be directly molded on the rear face of the metal strip 30. The acoustically insulating element 18 is preferably composed of an epoxy polymer loaded with tungsten carbide particles. The rear face 18A of the acoustically insulating element 18 is not flat, so as to avoid the return of the wave emitted on the emission face; the face is preferably wavy or, if space allows in the probe 10, in the shape of a pyramid.
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Dans le but de préparer l'interconnexion électrique des couches de métallisation avec le réseau d'interconnexion, une rectification mécanique de l'ensemble ainsi obtenu céramique piézo-électrique 16 - lame métallique 30-élément acoustiquement isolant 18, permet de bien mettre à niveau les différentes surfaces avant de générer le réseau d'interconnexion 20. Cette étape permet d'éviter toute opération d'interconnexion par soudage ou brasage, qui serait délicate, étant donné la faible épaisseur e16 de la céramique piézo-électrique 16. In order to prepare the electrical interconnection of the metallization layers with the interconnection network, a mechanical rectification of the assembly thus obtained piezoelectric ceramic 16 - metal strip 30-acoustically insulating element 18, makes it possible to level well the different surfaces before generating the interconnection network 20. This step makes it possible to avoid any interconnection operation by welding or brazing, which would be delicate, given the small thickness e16 of the piezoelectric ceramic 16.
On se réfère à présent à la figure 5 sur laquelle l'élément acoustiquement isolant 18 est montré en transparence pour faire apparaître les deux circuits 20A et 20B. On réalise le réseau d'interconnexion 20 qui comporte un premier circuit électrique 20A sur la première face adjacente 40 de l'élément acoustiquement isolant 18 et un deuxième circuit électrique 20B sur la deuxième face adjacente 42. Reference is now made to FIG. 5 in which the acoustically insulating element 18 is shown in transparency to reveal the two circuits 20A and 20B. The interconnection network 20 is produced which comprises a first electrical circuit 20A on the first adjacent face 40 of the acoustically insulating element 18 and a second electrical circuit 20B on the second adjacent face 42.
Selon une première variante de l'invention, les circuits électriques superficiels 20A et 20B sont obtenus par dépôt métallique, en phase vapeur PVD, CVD, par pulvérisation, par dépôt chimique, ou électrochimique, etc. According to a first variant of the invention, the surface electrical circuits 20A and 20B are obtained by metallic deposition, in vapor phase PVD, CVD, by spraying, by chemical, or electrochemical deposition, etc.
Quel que soit le procédé de dépôt employé, les couches de métallisation varient entre 1 pm et 15 pm d'épaisseur, en étant préférentiellement de 5 pm et sont faites avec de l'argent, du cuivre ou de l'or. La métallisation se fait sur les quatre faces de l'ensemble céramique piézo-électrique 16-lame métallique 30-élément acoustiquement isolant 18 sans masque. Whatever the deposition process used, the metallization layers vary between 1 μm and 15 μm in thickness, preferably being 5 μm and are made with silver, copper or gold. The metallization is done on the four faces of the piezoelectric ceramic assembly 16-metal strip 30-acoustically insulating element 18 without mask.
Afin de délimiter le réseau d'interconnexion 20 en languettes21 Ai, respectivement 21 Bi, et en périphérique 44A, respectivement 44B, sur la face 40, respectivement 42, on enlève une partie des dépôts ainsi obtenus, par laser par exemple. Ainsi, on obtient un premier circuit électrique 20A, respectivement un deuxième circuit électrique 20B, comportant trente-deux languettes 21 Ai, respectivement 21 Bi, et un périphérique 44A, respectivement 44B, sur la première face adjacente 40, respectivement deuxième face adjacente 42. In order to delimit the interconnection network 20 in tongues21 Ai, respectively 21 Bi, and in peripheral 44A, respectively 44B, on the face 40, respectively 42, part of the deposits thus obtained is removed, by laser for example. Thus, a first electrical circuit 20A is obtained, respectively a second electrical circuit 20B, comprising thirty-two tabs 21 Ai, respectively 21 Bi, and a peripheral 44A, respectively 44B, on the first adjacent face 40, respectively second adjacent face 42.
Chacune des languettes 21 Ai et 21 Bi est reliée à la face arrière 26 de la céramique piézo-électrique 16, hormis les deux languettes extrêmes de chaque face 21 A1, 21 B1, 21 An, 21 Bn, qui permettent de relier chacun des périphériques 44A et 44B à la face avant 22. Le contact entre les Each of the tongues 21 Ai and 21 Bi is connected to the rear face 26 of the piezoelectric ceramic 16, except for the two extreme tongues of each face 21 A1, 21 B1, 21 An, 21 Bn, which allow each of the peripherals to be connected 44A and 44B on the front face 22. The contact between the
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périphériques 44A et 44B et la face avant 22 se fait soit par le contact entre les languettes extrêmes 21 A1, 21 B1, 21 An, 21 Bn lorsqu'elles sont suffisamment longues et l'épaisseur la face avant 22, soit par le contact entre les languettes extrêmes 21 A1, 21 B1, 21 An, 21 Bn et les faces 40'et 42'transversales aux faces 40 et 42. peripherals 44A and 44B and the front face 22 is made either by the contact between the end tabs 21 A1, 21 B1, 21 An, 21 Bn when they are sufficiently long and the thickness of the front face 22, or by the contact between the extreme tongues 21 A1, 21 B1, 21 An, 21 Bn and the faces 40 ′ and 42 ′ transverse to the faces 40 and 42.
Lors de la réalisation des languettes 21Ai et 21 Bi, préférentiellement par laser, on veillera à décaler les languettes 21Ai de la première face adjacente 40, des languettes 21 Bi de la deuxième face adjacente 42, d'un pas compris entre 0,1 mm et 1 mm, préférentiellement de 0,15 mm, ce qui permettra de connecter les soixante-quatre éléments piézo-électriques 16i réalisés par la suite avec les circuits électriques 20A et 20B. During the production of the tongues 21Ai and 21 Bi, preferably by laser, care will be taken to offset the tongues 21Ai of the first adjacent face 40, of the tongues 21 Bi of the second adjacent face 42, by a pitch of between 0.1 mm and 1 mm, preferably 0.15 mm, which will make it possible to connect the sixty-four piezoelectric elements 16i produced subsequently with the electrical circuits 20A and 20B.
L'étape suivante consiste à découper la céramique piézo-électrique 16 en une multitude de sections 16i sensiblement parallèles entre-elles selon une direction sensiblement transversale à la direction longitudinale de l'élément piézo-électrique, c'est-à-dire dans la direction de propagation de l'onde. The next step is to cut the piezoelectric ceramic 16 into a multitude of sections 16i substantially parallel to each other in a direction substantially transverse to the longitudinal direction of the piezoelectric element, that is to say in the direction of wave propagation.
Pour ce faire, on peut par exemple procéder par ablation laser de la céramique 16 en soixante-quatre sections 16i. Les sections 16i sont ainsi sensiblement parallèles entre-elles. To do this, one can for example proceed by laser ablation of the ceramic 16 in sixty-four sections 16i. The sections 16i are thus substantially parallel to one another.
Comme représenté sur la figure 3A, on forme ainsi soixante-cinq rainures 34i entre les sections 16i, d'une de longueur L variant de 0,08 mm à 0,30 mm selon l'épaisseur eie de la céramique 16. Pour une épaisseur de céramique de 0,1 mm, on réalise des rainures 34i de longueur 1-34, 0, 15 mm pour être certain de bien avoir sectionné la céramique sur toute son épaisseur et garantir ainsi l'absence de contact entre les sections 16i. La largeur 134, de ces rainures 34i est de l'ordre de 0,05 mm. As shown in FIG. 3A, sixty-five grooves 34i are thus formed between the sections 16i, one of length L varying from 0.08 mm to 0.30 mm depending on the thickness eie of the ceramic 16. For a thickness 0.1 mm ceramic, grooves 34i of length 1-34, 0.15 mm are produced to be sure that the ceramic has been cut through throughout its thickness and thus guarantee the absence of contact between the sections 16i. The width 134 of these grooves 34i is of the order of 0.05 mm.
Pour consolider mécaniquement la céramique 16 ainsi sectionnée et isoler les sections 16i électriquement et acoustiquement les unes des autres, on comble les rainures 34i avec une résine 32i de type époxy. La résine forme des entretoises 32i qui permettent en outre de remettre à niveau la face avant 22 de la céramique 16 sectionnée. To mechanically consolidate the ceramic 16 thus cut and to isolate the sections 16i electrically and acoustically from one another, the grooves 34i are filled with a resin 32i of epoxy type. The resin forms spacers 32i which also make it possible to level the front face 22 of the sectioned ceramic 16.
On procède ensuite à une métallisation supplémentaire de la face avant 22 de manière à mettre en contact toutes les sections 16i entre- elles, qui sont en fait reliées à la masse 24 de la sonde 10 (représenté sur An additional metallization of the front face 22 is then carried out so as to bring all the sections 16i into contact with each other, which are in fact connected to the ground 24 of the probe 10 (shown in
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la figure 1). Cette métallisation peut se faire de la même manière que les circuits électriques superficiels 20A et 20B à savoir par dépôt de métal en veillant à bien masquer les circuits électriques superficiels 20A et 20B reliés à la face arrière 26, de manière à ne pas les recouvrir, ce qui conduirait à les relier à la face avant 22. Les périphériques 44A et 44B peuvent être réalisés indifféremment lors de la métallisation permettant d'obtenir les languettes 21 Ai et 21 Bi précédemment décrite ou lors de la métallisation finale de la face avant 22, puisqu'ils sont tous deux destinés à être reliés à la face avant 22 mise à la masse 24. Figure 1). This metallization can be done in the same way as the surface electrical circuits 20A and 20B, namely by depositing metal, taking care to properly mask the surface electrical circuits 20A and 20B connected to the rear face 26, so as not to cover them, which would lead to connecting them to the front face 22. The peripherals 44A and 44B can be made indifferently during metallization making it possible to obtain the tongues 21 Ai and 21 Bi previously described or during the final metallization of the front face 22, since they are both intended to be connected to the front face 22 grounded 24.
Les soixante-quatre sections 16i sont ainsi reliées par leur face arrière 26 au pôle positif 28 de la sonde 10, par l'intermédiaire des âmes 25Ai de câbles coaxiaux 25i fixés préférentiellement par soudage sur les languettes 21Ai et 21 Bi en alternance d'une face adjacente 40,42 sur l'autre de manière à former une interconnexion électrique des sections 16i, tandis qu'elles sont reliées communément sur leur face avant 22 à la masse 24. The sixty-four sections 16i are thus connected by their rear face 26 to the positive pole 28 of the probe 10, by means of the cores 25Ai of coaxial cables 25i preferably fixed by welding on the tongues 21Ai and 21 Bi alternately with a adjacent face 40,42 on the other so as to form an electrical interconnection of sections 16i, while they are commonly connected on their front face 22 to earth 24.
Pour finir le transducteur 12, on dispose préférentiellement une lame quart d'onde 38 sur la face avant 22 par collage ou bien par surmoulage, de manière à adapter les différentes impédances acoustiques et augmenter le rendement de la sonde 10. La lame quart d'onde 38 est préférentiellement en époxy, d'une épaisseur e38 de 0,0113 mm. To finish the transducer 12, there is preferably a quarter wave blade 38 on the front face 22 by bonding or else overmolding, so as to adapt the different acoustic impedances and increase the output of the probe 10. The quarter blade wave 38 is preferably made of epoxy, with a thickness e38 of 0.0113 mm.
Selon une autre variante de réalisation, on peut remplacer la lame métallique 30 et les circuits électriques superficiels 20A et 20B précités par un clinquant 46, préférentiellement en cuivre, les autres éléments étant identiques à ceux précédemment cités. According to another alternative embodiment, the metal strip 30 and the above-mentioned surface electrical circuits 20A and 20B can be replaced by a foil 46, preferably made of copper, the other elements being identical to those previously mentioned.
Un tel clinquant 46, représenté sur la figure 6, comporte d'une part, une zone pleine 30'correspondant à la couche métallique 30 et d'autre part, les circuits électriques 20A et 20B constitués des languettes 21 Ai et 21 Bi et des périphériques 44A et 44B. Le clinquant 46 se présente sous la forme d'une feuille de cuivre d'une épaisseur comprise entre 5 pm et 50 pm. Such a foil 46, shown in FIG. 6, comprises on the one hand, a solid zone 30 ′ corresponding to the metallic layer 30 and on the other hand, the electrical circuits 20A and 20B constituted by the tongues 21 Ai and 21 Bi and peripherals 44A and 44B. The foil 46 is in the form of a copper foil with a thickness of between 5 μm and 50 μm.
Le clinquant 46 est plié en forme de U, de manière à faire apparaître les circuits électriques 20A et 20B sensiblement transversalement à la zone pleine 30'. The foil 46 is folded in the shape of a U, so as to make the electrical circuits 20A and 20B appear substantially transversely to the solid area 30 '.
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Comme illustré sur la figure 7, le clinquant 46 est ensuite assemblé avec la céramique 16 par brasage à une température modérée, comprise entre 700C et 90 C. As illustrated in Figure 7, the foil 46 is then assembled with the ceramic 16 by brazing at a moderate temperature, between 700C and 90 C.
L'élément acoustiquement isolant 18 de forme parallélépipédique, représenté sur la figure 8 est ensuite directement moulé dans la forme U du clinquant 46 qui fait office de moule. La face 18'de l'élément acoustiquement isolant 18 étant alors celle qui est en contact avec le fond du U. The acoustically insulating element 18 of parallelepiped shape, shown in FIG. 8 is then directly molded in the U shape of the foil 46 which acts as a mold. The face 18 ′ of the acoustically insulating element 18 then being that which is in contact with the bottom of the U.
Les opérations suivantes qui consistent à sectionner la céramique 16 en multi-éléments 16i, à métalliser la face avant 22 à l'aide d'un masque (non représenté) couvrant les circuits électriques et à mettre en place la lame quart d'onde 38 sont exactement les mêmes que celles précédemment énoncées. Une étape supplémentaire est toutefois nécessaire ; il s'agit de séparer les deux périphériques 44A et 44B de la zone pleine 30'au niveau du pli pour qu'ils ne soient pas reliés au pôle positif 28 de l'alimentation électrique, mais bien à la masse 24. Pour réaliser le contact entre les deux périphériques 44A et 44B et la face avant 22, on procède soit par métallisation des faces transversales 40'et 42', comme précédemment décrit au cours de la métallisation finale de la face avant 22, soit on prévoit une forme de cliquant 46 ayant des portions adjacentes qui leur permettent de venir en contact avec la face avant 22. The following operations which consist in cutting the ceramic 16 into multi-elements 16i, metallizing the front face 22 using a mask (not shown) covering the electrical circuits and setting up the quarter-wave plate 38 are exactly the same as those previously stated. An additional step is however necessary; this involves separating the two peripherals 44A and 44B from the solid area 30 ′ at the level of the fold so that they are not connected to the positive pole 28 of the electrical supply, but indeed to ground 24. contact between the two peripherals 44A and 44B and the front face 22, one proceeds either by metallization of the transverse faces 40 ′ and 42 ′, as previously described during the final metallization of the front face 22, or a form of clicking is provided 46 having adjacent portions which allow them to come into contact with the front face 22.
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