Brevet FR2485857A1 — publié le 19811231

L'invention concerne une sonde ultrasonore multiéléments et son procédé de fabrication. De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une sonde ultrasonore com- prenant plusieurs transducteurs piézoélectriques élé- mentaires, juxtaposés soit sous la forme. d'un réseau linéaire appelé barrette, soit sous une forme matri- cielle. Le procédé concerne aussi la fabrication d'une sonde multiannulaire. Dans ce type de sonde, lei trans- ducteurs élémentaires présentent la forme d'anneaux disposés de façon concentrique. Ces sondes ultrasonores s'appliquent en par- ticulier aux techniques d'imagerie médicale par écho- graphie. Dans ces techniques, les ondes ultrasonores émises par les transducteurs se propagent dans les tis- sus et se réfléchissent sur les interfaces (séparation ou discontinuité entre deux milieux de propriétés acoustiques différentes). L'onde réfléchie ou écho pro- venant de ces interfaces atteint les transducteurs uti- lisés alors comme récepteurs avec un retard par rapport à l'émission qui est d'autant plus grand que la surface réfléchissante est plus éloignée de la sonde. On mesure alors ce retard, et, lorsque le temps nécessaire pour un aller et retour de l'onde s'est écoulé, une nouvelle impulsion peut être émise. Les échos ainsi obtenus peuvent être présen- tés par exemple sur l'écran d'un oscilloscope. Une ima- ge en deux dimensions peut être obtenue en déplaçant angulairement dans la zone à visualiser le faisceau d'émission; c'est ce qu'on appelle un balayage secto- riel. Pour une imagerie ultrasonore par balayage sectoriel, les sondes utilisées nécessitent des trans- ducteurs élémentaires de petites dimensions. En effet, il est nécessaire que le lobe d'émission et de réception des ondes ultrasonores de ces transducteurs soient circulaires pour que la sensi- bilité de chaque transducteur élémentaire varie peu en fonction de l'angle d'émission. De plus, la directivité d'un transducteur est liée à ses dimensions et, plus un transducteur est large plus il est directif. De plus, pour obtenir un pouvoir de résolu- tion correct permettant de distinguer deux points d'échos situés latéralement par rapport à la ligne de tir, il est nécessaire de focaliser l'onde ultrasonore reçue par les transducteurs. Pour permettre une focalisation efficace, il faut que la lentille acoustique, formée par exemple par la barrette, présente une grande ouverture, donc une.- grande dimension. Le résultat de ces deux impératifs (balayage - sectoriel et focalisation de l'onde à la réception> conduit à des sondes ayant de nombreux éléments de fai- bles dimensions. La faible taille des éléments du transducteur ainsi que leur nombre posent des problèmes de câblage considérables. En effet, il faut raccorder les deux fa- ces de chaque transducteur élémentaire, l'une à la mas- se, l'autre à un connecteur qui va servir de liaison avec l'électronique de traitement. La soudure de ces fils sur chaque transducteur élémentaire est délicate et nécessite une opération manuelle fastidieuse. La présente invention permettant de remédier à ces inconvénients concerne une amélioration des tech- niques de raccordement des transducteurs élémentaires à un connecteur de jonction. Le procédé de fabrication d'une sonde ultra- sonore multiéléments se caractérise en ce que: -on relie mécaniquement au moins un bloc de céramique piézoélectrique comportant deux couches conductri- ces, une couche supérieure et une couche inferieure, à au moins un circuit imprimée l'ensemble constitué par le ou lesdits circuits imprimés comportant au moins une face entièrement métallisée et au moins une face munie de bandes conductrices parallèles, - on relie électriquement l'une des couches conductÈ ces dudit bloc à l'une des faces du circuit imprimé et l'autre couche conductrice dudit bloc à l'autre face du circuit imprimé, - on découpe le bloc de céramique et la partie supé- rieure du circuit imprimé de façon à former les élé- ments piézoélectriques distincts les uns des autres, à isoler mécaniquement lesdits éléments et à- isoler électriquement les connexions relatives à chacun de ces éléments. Selon un mode préféré de l'invention, la liaison mécanique entre le bloc de céramique et le cir- cuit imprimé est réalisée au moyen d'un amortisseur mé- canique électriquement isolant, ledit bloc étant collé sur ledit amortisseur par exemple au moyen d'une colle conductrice. Selon un autre mode préféré de l'invention1 la partie supérieure de l'amortisseur mécanique est dé- coupée de façon à réaliser sur la sonde une partie émettrice et une partie réceptrice distinctes. La sonde ultrasonore multiéléments obtenue suivant le procédé de fabrication se caractérise en ce qu'elle comprend au moins un bloc de céramique piézo- électrique comportant deux couches conductrices, une couche supérieure et une couche inférieure, deux cir- cuits imprimés comportant chacun une face entièrement métallisée et une face munie de bandes conductrices pa- rallèles, le bloc de céramique étant relié mécanique- ment aux deux circuits imprimés, l'une des couches con- ductrices dudit bloc étant reliée électriquement à l'une des faces des circuits imprimés et l'autre couche conductrice dudit bloc à l'autre face des circuits im- primés, ledit bloc de céramique et la partie supérieure de chaque circuit imprimé étant entièrement découpées forment ainsi les éléments piézoélectriques séparés mé- caniquement les uns des autres et équidistants les uns des autres et les-connexions relatives à chacun d'eux. Le fait de créer une partie. émettrice dis- tincte d'une partie réceptrice permet d'obtenir une meilleure focalisation de l'onde ultrasonore reçue par les transducteurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux à l'aide de la descrip- tion qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et non limitatif,. en référence aux figures annexées dans lesquelles: - la figure 1 représente schématiquement le procédé de fabrication d'une sonde ultrasonore selon l'invention; - la figure 2 représente schématiquement une première variante du procédé de la figure 1; - la figure 3 représente schématiquement une. deuxième variante du procédé de la figure 1; - la figure 4 représente schématiquement une sonde ultrasonore de forme parallélépipédique obtenue selon le procédé de l'invention; - la figure 5 représente schématiquement une variante de la sonde ultrasonore de la figure 4; - la figure 6 représente schématiquement une vue de dessus d'une sonde multiannulaire obtenue selon le procédé de l'invention; - la figure 7 représente schématiquement une coupe transversale de la figure 6. Pour bien comprendre la fabrication d'une sonde ultrasonore, selon l'invention, le procédé sera décrit à partir d'une sonde ultrasonore présentant, en fin de fabrication une forme parallélépipédique. Ce procédé est schématisé sur les figures 1, 2 et 3 et la sonde ainsi obtenue est représentée sur la figure 4. Le procédé selon l'invention utilise un bloc de céramique piézoélectrique 2 de forme parallélépipé- dique, schématisé sur la figure 1, que l'on colle au moyen d'une colle conductrice 4 sur un support isolant 6 de forme parallélépipédique et qui est de préférence un amortisseur mécanique. Ce bloc de céramique 2 pré- sente une longueur définie par celle de la sonde à fa- briquer et une largeur d'environ 1 cm. Ce bloc de céra- mique 2 comprend deux couches conductrices, une couche supérieure 8 et une couche inférieure 10. Cette sonde comprend, de plus, deux circuits imprimés 12 et 14 comportant chacun la moitié du câbla- ge électrique de la sonde. Ces circuits imprimés 12 et 14 comprennent chacun une face entièrement métallisée 16 et une face 18 munie de bandes conductrices 20 pa- rallèles entre elles. Ces bandes conductrices 20 sont disposées à égale distance l'une de l'autre d'une dis- tance égale à 2p. Sur la partie supérieure des faces 18 des circuits imprimés 12 et 14 est déposé, sur toute la largeur des circuits, un ruban métallique conducteur 22 d'environ 2 mm de large. De ce ruban 22 partent les bandes conductrices 20 perpendiculaires audit ru- ban 22. Les circuits imprimés 12 et 14 ainsi réalisés sont fixés latéralement sur le support isolant 6 de façon que les faces 18 munies des bandes conductrices soient placées en regard l'une de l'autre et ce, de manière que les bandes conductrices 20 de l'un des cir- cuits soient décalées par rapport aux bandes conductri- ces de l'autre circuit imprimé d'une distance égale à 2. Un cordon de colle conductrice 24, schématisé sur la figure 2, est alors déposé tout au long du ruban conducteur 22 de façon à relier la couche inférieure conductrice 10 du bloc de céramique 2 au ruban métalli- que 22. Ce cordon de colle conductrice 24 ne doit pas toucher les parties latérales du bloc de céramique 2 de manière à ne pas court-circuiter les deux couches con- ductrices 8 et 10 dudit bloc. Une résine isolante 26, schématisée sur la figure 2, est alors disposée entre le bloc de céramique 2 et la partie supérieure du ruban métallique 22, réfé- rencée 22a, en affleurement de la couche conductrice supérieure 8 du bloc de céramique 2. Une couche conduc- trice 28 est alors déposée au-dessus de la résine iso- Jante 26 permettant de relier électriquement la couche conductrice supérieure 8 du bloc de céramique 2 à la face 16 entièrement métallisée des circuits imprimés 12 et 14. La face métallisée 16 des circuits imprimés 12 et 14 constitue une face de référence reliée à la masse, tandis que la face 18 des circuits imprimés 12 et 14 est reliée à un connecteur 30, situé sur la par-- tie inférieure des circuits imprimés 12 et 14 et sché- matisé sur la figure 3, servant de liaison avec l'élec- tronique de traitement (non représentée). En conséquen- ce, dans le mode de réalisation représenté sur la figu- re 2, la couche inférieure conductrice 10 du bloc de céramique 2 est reliée au connecteur 30 et la couche supérieure conductrice 8 du bloc de céramique 2 est reliée à la masse. Sur la figure 3, représentant un autre mode de réalisation, la couche supérieure conductrice 8 du bloc de céramique 2 est reliée au connecteur 30, tandis que la face inférieure conductrice 10 du bloc de céra- mique 2 est reliée à la masse. Dans ce mode de réalisation, l'amortisseur ratecanîque 6 est recouvert sur toutes ses faces d'un dépôt métallique 32. Dans ce mode de réalisation, les circuits imb primés 12 et 14 sont réalisés et fixés comme précédem- ment et le bloc de céramique 2 est collé au moyen d'une colle conductrice 4 sur l'amortisseur 6 métallisé. De même une résine isolante 26.est déposée entre le bloc de céramique 2 et la partie supérieure 22a du ruban métallique 22. Dans ce mode de réalisation, on. dépose une couche isolante 34 sur la couche métallique 32 déposée sur l'amortisseur 6, placée en regard des circuits im-b primés 12 et 14. Sur la résine isolante 26, au-dessus de la couche conductrice supérieure 8 du bloc de céra- mique 2, est déposée une couche conductrice 36 permet- tant de relier électriquement ladite couche supérieure 8 du bloc de céramique 2 à la face 1é, munie de bandes conductrices 20, des circuits imprimés 12 et 14. Dans ce mode de réalisation, la couche con- ductrice inférieure 10 du bloc de céramique 2 est re- liée par l'intermédiaire de la colle conductrice 4 et de la couche métallique 32 à la masse, par exemple, au moyen d'un fil 38 pouvant être collé par une colle con- ductrice 40 sur le substrat des circuits imprimés ou sur le bloc amortisseur 6. La sonde ainsi réalisée suivant l'un ou l'au- tre des modes de réalisation décrits précédemment est alors découpée au moyen d'une scie à fil ou d'uune scie diamantée, comme représenté sur la figure 4X de façon à réaliser les éléments transducteurs élémentaires 42 isolés mécaniquement les uns des autres, et de façon à isoler électriquement les connexions relatives à chacun de ces éléments. Pour réaliser cela il est nécessaire de découper entièrement le bloc de céramique 2 ainsi que le ruban métallique 22 déposé sur la partie supé- rieure des faces 18 des circuits imprimés 12 et 14. Les connexions de chaque transducteur 42 sont constituées d'une part par des bandes conductrices 20 des circuits imprimés 12 et 14, une bande conductrice 20 pour chaque transducteur, et d'autre part, soit par la face métal- lisée 16 desdits circuits, soit par la couche conduc- trice 32 de l'amortisseur 6. Les découpes 44 sont réalisées à une distance égale à y, ce qui permet, par exemple, de relier l'une des extrémités du transducteur 42a au connecteur 30 au moyen de la bande conductrice 20a du circuit imprimé 12 et de relier l'une des extrémités du transducteur 42b- * au connecteur 30 au moyen d'une bande conductrice 2Gb -du circuit imprimé 14. L'autre extrémité des transduc- teurs 42a et 42b est reliée respectivement à la face métallisée 16 des circuits 14 et 12. La largeur de chaque bande conductrice- 20 doit être inférieure à la découpe 44 de manière à ne pas couper en deux parties lesdites bandes, ce qui créerait un court-circuit de tous les éléments trans- ducteurs. Une partie de l'amortisseur mécanique 6, com- me schématisé sur la figure 5, peut être découpé au moyen de deux découpes 46 de façon à réaliser sur la sonde une partie émettrice 48 et une partie réceptrice distinctes l'une de l'autre. Le fait de séparer la partie émettrice 48 de la partie réceptrice 50 permet d'obtenir une meilleure puissance de focalisation de l'onde ultrasonore reçue par les transducteurs récep- teurs du fait que dans ce-cas la partie émettrice 48 participe peu à la focalisation et un isolement mécani- que important entre la partie émettrice à haut niveau d'émission et la partie réceptrice à faible niveau de réception. Cette technique de câblage et de découpe de la sonde s'applique de plus à d'autres formes de sondes multiéléments comme par exemple des sondes multiannu- laires représentées sur les figures 6 et 7. Dans ce mode de réalisation, l'amortisseur mécanique 50 est constitué de deux demi-cylindres 50a et 50b sur lesquels sont collés au moyen d'une colle conductrice 4 deux demi-pastilles de céramique 52a et 52b. Les deux demi-cylindres SOa et 5Qb sont position- nés de part et d'autre de deux circuits imprimés 12 et 14, réalisés comme précédemment et accolés. Ces deux circuits imprimés 12 et 14 sont fixés sur les deux demi-cylindres 50a et 50b de façon que la face métalli- sée 16 du circuit imprimé 12 ainsi que la face 18, munie des bandes conductrices 20, du circuit imprimé 14 soient fixées sur le même demicylindre 52a et que la face métallisée 16 du circuit imprimé 14 ainsi que la face 18, munies des bandes conductrices 20, du circuit imprimé 12 soient fixées sur le même demi-cylindre 52b. Comme dans la réalisation précédemment dé- crite, chacun des circuits imprimés porte la moitié des bandes conductrices. Comme dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, la couche supérieure conductrice 54 des pastilles de céramique 52 est reliée électriquement à la face métallisée 16 des circuits imprimés 12 et 14 au moyen d'une couche conductrice 56 et la couche infé- rieure conductrice 58 des pastilles de céramique 52 à la face 18, munies des bandes conductrices 20 des cir- cuits imprimés 12 et 14 au moyen du ruban métallique 22 desdits circuits et d'un cordon de colle. Comme précé- demment, des isolants sont prévus pour éviter de court- circuiter les deux couches conductrices 54 et 58 des pastilles de céramique 52. La sonde ainsi réalisée peut alors être dé- coupée de façon à obtenir des transducteurs élémentai- res 60 de forme annulaire concentriques séparés les uns des autres mécaniquement par les découpes 62 et situés à une distance égale à la distance séparant les bandes conductrices 20 d'un même circuit imprimé. Comme précé- demment, pour obtenir les connexions relatives à chacun de ces transducteurs 60, il est nécessaire de découper toute l'épaisseur des demi-pastilles de céramique 50 ainsi que la partie supérieure des circuits imprimés 12 et 14. Une découpe plus importante 64 peut être réali- sée au niveau du transducteur central 66, comme précé-= demment, de façon à séparer la partie émettrice 66 de la partie réceptrice. Dans ces conditions, il est né- cessaire de découper la partie supérieure des deux demi-cylindres 50a et 50b. Il faut noter que, pour la réalisation d'une sonde multiannulaire, il n'est pas nécessaire d'utili- ser deux demi-pastilles telles que 52a et 52b. On peut procéder comme suit: chaque demi-cylindre 50a et 50b comporte, au contact avec les circuits imprimés 12 et 14, une gorge 68, comme représenté sur le schéma A, que l'on remplit de colle conductrice et dont la profondeur est inférieure à la profondeur des découpes 62; cette colle conductrice établit le contact avec les circuits imprimés d'une part, avec la couche inférieure 56 de la céramique d'autre part; le cordon de colle conductrice est découpé en même temps que la céramique, ce qui sé- pare les transducteurs élémentaires. Toutes les réalisations, décrites jusqu'à présent, de l'invention, comportent l'utilisation de deux circuits imprimés double face, l'une des faces 18 -30 munie de bandes conductrices 20 et l'autre entièrement métallisée 16; il est bien'évident que font partie de l'invention des réalisations équivalentes, telles que celles utilisant un seul circuit imprimé double face, comme décrit ci-dessus ou utilisant deux circuits im- primés simple face, l'un muni des bandes conductrices, l'autre d'une couche entièrement métallisée, à partir du moment o l'on solidarise mécaniquement un circuit portant les connexions avec un bloc de céramique piézo- électrique et o l'on réalise un découpage pour isoler 3 mécarliquement les transducteurs piézoélectriques elé mientaires et électriquement leur connexion d'excita- tion et/ou de prélèvement des signaux utileso Enfine cette technique s'applique à des son- des matricielles par juxtaposition de barrettes en ma- !0 tériau piézoélectrique, séparés par des circuits impri- més double facev chaque barrette étant associée aux circuits imprimés voisins. Un découpage dans le sens perpendiculaire aux barrettes permettant d'isoler mé- caniquement les transducteurs élémentaires et électri- quement leursconnexions. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une sonde ultra- sonore multiéléments, caractérisé en ce que: - on relie mécaniquement au moins un bloc de céramique piézoélectrique (2, 52) comportant deux couches con- ductrices, une couche supérieure (8, 54) et une cou- che inférieure (10, 58), à au moins un circuit impri- mé (12, 14), l'ensemble constituépar le ou lesdits circuits imprimés comportant au moins une face entiè- rement métallisée (16) et au moins une face (18) mu- nie de bandes conductrices (20) parallèles, - on relie électriquement l'une des couches conductri- ces dudit bloc à l'une des faces (16, 18) du circuit imprimé (12, 14) et l'autre couche conductrice dudit, bloc à l'autre face (16, 18) du circuit imprimé, - on découpe le bloc de céramique (2, 52) et la partie supérieure du circuit imprimé de façon à former les éléments piézoélectriques (42, 60), à isoler mécani- quement lesdits éléments et à isoler électriquement les connexions relatives à chacun de ces éléments. 2. Procédé de fabrication selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la liaison mécanique en- tre le bloc de céramique (2, 52) et le circuit imprimé (12, 14) est réalisée au moyen d'un amortisseur mécani- que électriquement isolant (6, 50), ledit bloc étant collé sur ledit amortisseur. 3. Procédé de fabrication selon l'une quel- conque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on dispose le circuit imprimé (12, 14) de façon qu'à chaque bande conductrice (20) corresponde une seule ex- trémité d'un élément transducteur (42, 60). 4. Procédé de fabrication selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on dépose un ruban métallique conducteur (22) sur la partie supérieure des faces (18) des circuits imprimés (12, 14) munies des bandes conductrices (20). 5. Procédé de fabrication selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que l'on relie électriquement le ruban métallique (22) à une première couche conduc- trice (10, 58) du bloc de céramique (2, 52) au moyen d'un cordon de colle conductrice 124). 6. Procédé de fabrication selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce que l'on dépose une résine isolante (26) entre le bloc de céramique (2, 52) et la partie supérieure du ruban métallique, en affleurement de la deuxième couche conductrice (8, 54) dudit bloc. 7. Procédé de fabrication selon la revendica- tion 6, caractérisé en ce que l'on dépose au-dessus de la résine isolante (26) une couche conductrice (28) permettant de relier électriquement la deuxième couche conductrice (8, 54) du bloc de céramique (2, 52) à la face (16) entièrement métallisée des circuits impri- més (12, 14). 8. Procédé de fabrication selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que l'on recouvre ledit amor- tisseur (6) sur toute ses faces d'un dépôt métalli- que (32). 9. Procédé de fabrication selon l'une quel- conque des revendications 1, 2, 3, 4, 6 et 8, caracté- risé en ce que l'on dépose une couche isolante (34) sur les faces métallisées du bloc amortisseur (6) en regard des circuits imprimés (12, 14). 10. Procédé de fabrication selon la revendi- cation 9, caractérisé en ce que l'on dépose au-dessus de la résine isolante une couche conductrice (36) per- mettant de relier électriquement la couche conductrice supérieure (8) du bloc de céramique (2) à la face *(18) des circuits imprimés, munie des bandes conductri- ces (20). 11. Procédé de fabricatio, selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que l'on découpe la partie supérieure de l'amortisseur mécanique (6) de façon à réaliser sur la sonde une partie émettrice. (48) et une partie réceptrice (50) distinctes. 12. Sonde ultrasonore multiéléments obtenue selon le procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un bloc de céramique piézoélectrique (2, 52) comportant deux couches conductrices, une cou- che supérieure (8, 54) et une couche inférieure (10, 58), deux circuits imprimés (12, 14), comportant chacun une face entièrement métallisée (16) et une face (18) munie de bandes conductrices parallèles (20), le bloc de céramique étant relié mécaniquement aux deux cir- cuits imprimés, l'une des couches conductrices dudit bloc étant reliée électriquement à l'une des faces (16, 18) des circuits imprimés (12, 14) et l'autre couche conductrice dudit bloc à l'autre face (18, 16) des cir- cuits imprimés, ledit bloc de céramique (2, 52) et la partie supérieure de chaque circuit imprimé étant en- tièrement découpés et forment ainsi les éléments piézo- électriques (42, 60) séparés mécaniquement les uns des autres et les connexions relatives à chacun d'eux. 13. Sonde ultrasonore selon la revendication 12, caractérisée en ce que la liaison mécanique entre le bloc de céramique (2, 52) et les circuits imprimés (12, 14) est constituée au moyen d'un amortisseur méca- nique électriquement isolant (6, 50), ledit bloc étant collé sur ledit amortisseur. 14. Sonde ultrasonore selon la revendica- tion 13, caractérisée en ce que les circuits imprimés (12, 14) sont fixés latéralement sur ledit amortisseur (6) présentant une forme parallélépipédique, de façon que les faces (18) desdits circuits munies de bandes conductrices (20) soient placées en regard l'une de l'autre de manière que les bandes conductrices (20) de l'un des circuits (12, 14) soient décalées par rapport aux bandes conductrices (20) de l'autre circuit (14e 12) imprimé d'une distance égale au pas de la découpe du bloc de céramique (2),} es bandes conductrices (20) d'un mlme circuit imprimé étant distantes d'un pas égal à deux fois le pas de ladite découpe. 15. Sonde ultrasonore selon la revendica- tion 13, caractérisée en ce que ledit amortisseur est formé de deux demicylindres (50a, 50b) situes de part et d'autre des circuits imprimés (12, 14), le bloc de céramique collé (52) sur l'amortisseur étant alozs constitué de deux demi-pastilles (52a, 52b).