Brevet FR2770932A1 — publié le 19990514

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE SONDE ACOUSTIQUE La présente invention se rapporte aux procédés de fabrication de sondes acoustiques comprenant un ensemble d'éléments émetteurs etlou récepteurs obtenus-par découpe à partir d'un bloc transducteur de grande taille. De telles sondes sont actuellement utilisées notamment dans des applications telles que l'échographie. L'invention concerne plus particulièrement les moyens permettant de réaliser les connexions électriques entre les éléments transducteurs et les dispositifs électroniques qui y sont reliés. Elle permet de faciliter la fabrication de transducteurs comportant un grand nombre d'éléments disposés notamment selon un arrangement bidimensionnel. Parmi les procédés connus de connectique pour sonde d'échographie bidimensionnelle, un procédé décrit par la demanderesse dans la demande de brevet français publiée sous le n" 2 702 309 propose d'utiliser un film polymère mince laminé sur une céramique piézoélectrique métallisée. Selon cet art antérieur, des vias sont ensuite usinés de façon collective dans le film à l'emplacement des transducteurs élémentaires à interconnecter. Les connexions sont alors réalisées par des lignes gravées dans une couche métallique déposée sur le film et dans les vias. Ces lignes sont réalisées au niveau de la céramique ainsi qu'à sa périphérie, on dispose donc d'une connectique plane à la surface de la céramique, prolongée par une connectique souple pouvant se rabattre sur les bords de la céramique dans un minium d'encombrement Un tel procédé permet de réaliser une connectique acoustiquement discrète pouvant se conformer à des géométries parfois complexes (sondes courbes et de faible encombrement). Néanmoins, I'étape de réalisation des pistes fines à pas fin est réalisée sur un produit en fin de procédé et donc à forte valeur ajoutée et comportant des zones critiques pour la gravure des pistes à la transition entre parties souples (flex) et parties rigides (céramique). Pour pallier ces inconvénients, I'invention propose un procédé de connectique utilisant un circuit de type film de diélectrique sur lequel les lignes d'interconnexion sont réalisées avant assemblage sur les éléments actifs de la sonde. Comme il sera explicité ultérieurement, ce circuit peut avantageusement comprendre des lignes d'interconnexion sur les deux faces. Plus précisément, I'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une sonde acoustique comprenant un circuit d'interconnexion et des transducteurs élémentaires réalisés dans une lame de matériau piézoélectrique comprenant des métallisations relatives aux transducteurs élémentaires, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes; - la réalisation de pistes conductrices sur au moins l'une des faces d'un film diélectrique; - le collage dudit film diélectrique comportant des pistes conductrices, sur une couche de matériau piézoélectrique comprenant des métallisations, par une couche de colle diélectrique; - la gravure du film diélectrique et de la couche de colle diélectrique au travers d'un masque adapté pour définir des vias, au moins une partie d'un même via étant positionnée sur une piste conductrice et sur une métallisation de matériau piézoélectrique associé; - la réalisation de contacts électriques entre une piste conductrice et la métallisation de matériau piézoélectrique associé. Selon une variante de l'invention, les pistes conductrices sont réalisées sur la face inférieure du film diélectrique, la couche de colle étant en contact avec cette face inférieure et la couche de matériau piézoélectrique. Selon cette variante, un masque métallique peut avantageusement être réalisé à la surface du film diélectrique, pour l'étape ultérieure de gravure des vias. De manière générale, le contact électrique entre une piste conductrice et la métallisation du matériau piézoélectrique associé est obtenu par dépôt localisé d'un matériau conducteur qui peut être une couche métallique gravée par masquage ou une résine conductrice. Selon une variante, le contact électrique entre une piste conductrice et la métallisation de matériau piézoélectrique associé, peut être obtenu par dépôts successifs d'une couche de métallisation et d'une couche de résine de masquage, puis gravure pour ne laisser de la couche de métallisation qu'au niveau des vias. Selon une autre variante de l'invention, la face supérieure du film diélectrique comprend des pistes métalliques. Dans ce cas, la gravure peut avantageusement être réalisée à travers un masque mécanique après avoir recouvert la face supérieure comprenant les pistes conductrices d'une résine. Après gravure des vias, I'étape de réalisation de contact électrique entre une piste conductrice et la métallisation de matériau piézoélectrique associé, peut être effectuée par dépôt d'une couche de métal, puis gravure pour ne laisser de la couche conductrice qu'au fond des vias comme il sera explicité ultérieurement. De manière générale, la reprise des contacts électriques peut être effectuée par remplissage des vias par une résine conductrice, plutôt que par dépôt d'une couche de métallisation puis gravure de cette couche. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 illustre un premier exemple de circuit souple comprenant des pistes conductrices en face inférieure, utilisé dans une sonde acoustique selon l'invention; - les figures 2a à 2f illustrent différentes étapes d'un exemple de procédé de fabrication selon l'invention utilisant le circuit souple illustré en figure 1; - les figures 3a et 3b illustrent un premier exemple de reprise de contact électrique dans les vias, utilisé dans le procédé selon l'invention; - les figures 4a à 4d illustrent un deuxième exemple de reprise de contact électrique dans les vias, utilisé dans le procédé selon l'invention; - la figure 5 illustre une réalisation dans laquelle 7 bandes d'éléments piézoélectriques sont interconnectées sur 4 voies; - la figure 6 illustre un second exemple de circuit souple comprenant des pistes conductrices en face supérieure, utilisé dans une sonde acoustique selon l'invention; - les figures 7a à 7d illustrent différentes étapes d'un exemple de procédé de fabrication selon l'invention, utilisant le circuit souple illustré en figure 6; - les figures 8a à 8d illustrent une réalisation dans laquelle 5 bandes d'éléments piézoélectriques sont interconnectées sur 3 voies. De manière générale, le procédé selon l'invention comprend dans un premier temps la réalisation de pistes conductrices sur un film diélectrique qui constituera le circuit d'interconnexion. Avantageusement, il peut s'agir d'un film souple en polymère de type film de polyimide. Selon un premier exemple de procédé, le circuit souple Il comprend sur une face dite inférieure des pistes d'interconnexion PI (par exemple en cuivre doré) correspondant au niveau 1 de la figure la et sur une face dite supérieure un plan métallique (par exemple en cuivre) 14 dans lequel sont réalisées des ouvertures destinées ultérieurement à l'usinage sélectif de film diélectrique et correspondant au niveau 2 de la figure 1. La superposition des niveaux 1 et 2 de la figure la met en évidence que volontairement on définit plusieurs ouvertures Ol superposées à une même piste conductrice PI. Ceci constitue une meilleure sécurité pour la reprise des contacts électriques et permet également un ajustement des impédances acoustiques en fonction de nombre de vias qui pourront être réalisés dans le film diélectrique constitutif du circuit souple. Le circuit souple 13 comportant des pistes conductrices PI est laminé sur une couche métallisée de matériau piézoélectrique 13. Typiquement, il peut s'agir d'une lame piézoélectrique PZT, métallisée, dans laquelle ont été réalisées préalablement des traits de scie Tl permettant d'isoler des métallisations Mi et qui permettront ultérieurement d'individualiser les éléments piézoélectriques. La figure 2a représente à cet effet le circuit souple apposé sur la lame piézoélectrique. Pour des questions de représentation plus aisée le plan métallique n'est pas représenté en figure 2a pour laisser figurer les pistes conductrices PI. On réalise ensuite l'usinage des vias dans le film diélectrique, audessus de chaque élément piézoélectrique à connecter. L'usinage est réalisé au travers du masque présent sur le circuit souple par ablation laser ou par gravure ionique réactive, ainsi une partie de la piste conductrice ainsi que la métallisation du transducteur à connecter sont mises à nu au fond de chaque via, comme illustré en figure 2b. II est à noter qu'il est également possible d'utiliser un masque mécanique positionné sur l'assemblage, en remplacement du plan métallique de masquage. Lorsque les vias ont été réalisés on procède alors à la reprise des contacts électriques dans les vias. Cette étape peut être réalisée de plusieurs manières et notamment selon les deux variantes décrites ci-après. Selon une première seconde variante, la reprise des contacts est directement effectuée en utilisant une résine conductrice thermodurcissable. Le film diélectrique il et la métallisation d'élément piézoélectrique forment un réservoir au-dessus des points à connecter. Le dépôt de résine conductrice 17 peut donc être autopositionné par un simple raclage de la surface de la sonde (figure 3a correspondant à une vue en coupe selon l'axe AAde la figure 1). Ensuite, la gravure sélective du métal de la couche 14 permet d'isoler les plots de connectique tout en éliminant les éventuelles traces de résine conductrice thermodurcissable en surface (figure 3b). Selon une deuxième variante, la reprise des contacts est effectuée par métallisation collective, à l'aide d'une couche métallique 15 (figure 4a). Le métal déposé au fond des vias réalise la connexion électrique entre la piste conductrice et la métallisation présente au fond du via. On procède alors au dépôt d'une résine de masquage 16 qui permet par procédé de photolithographie de définir un masque de résine pour graver sélectivement la couche de métal 15 et ainsi isoler chaque via (figure 4b). Par photolithographie, il est alors possible d'éliminer la surface tout en conservant une couche de protection au fond de chaque via (figure 4c). On peut alors procéder à la gravure de la couche métallique 15 comme illustré en figure 4d de manière à obtenir le contact électrique entre une piste conductrice et une métallisation d'élément piézoélectrique associé. La figure 2c illustre une configuration dans laquelle le contact électrique est assuré par des plots de résine conductrice 17. Pour individualiser les éléments transducteurs on peut avantageusement procéder à des traits de scie Ti selon des directions parallèles à l'axe AA représenté en figure 1 (voir figure 2d). On procède alors à l'assemblage de deux lames Li1 et Li2 d'adaptation acoustique, avec la lame piézoélectrique découpée 13. La lame Li1 supérieure possède une surface métallisée Pli de manière à reconstituer une continuité de plan de masse (figure 2e). On procède enfin à des traits de scie Tj selon des directions perpendiculaires aux traits Ti (figure 2f). On obtient ainsi une matrice d'éléments piézoélectriques adressables par l'intermédiaire des sorties dites points chauds (pistes PI) et de la sortie plan de plan P. A titre d'exemple la figure 5 illustre une réalisation dans laquelle 7 bandes symétriques sont interconnectées sur 4 voies. Typiquement, les éléments piézoélectriques sont matérialisés par les traits pointillés. Typiquement, cette configuration permet la définition d'éléments piézoélectriques de largeur et de l'ordre de 480 pm et une largeur de piste ep de l'ordre de 50 pm. Selon un second exemple de procédé, le circuit souple comprend des pistes conductrices sur la face supérieure (niveau 2) et un plan de masse P côté opposé sur la face dite inférieure (niveau 1). Dans ce cas de figure, le film de diélectrique 21 comprend sur sa face supérieure les pistes conductrices PI et sur sa face inférieure le plan de masse P avec ouverture prévue à l'emplacement des éléments transducteurs, comme illustré en figure 6. Dans un second temps, on procède au laminage du film diélectrique 21 sur la couche de matériau piézoélectrique 23 comportant des découpes Tl, par l'intermédiaire d'une couche de colle diélectrique 22 (figure 7a). On procède ensuite au laminage d'une couche de résine au-dessus du film diélectrique 21 et de ses pistes conductrices PI. L'usinage des vias est alors obtenu par ablation laser au travers d'un masque mécanique 24 (figure 7b). De même que dans le premier exemple de procédé cité précédemment, la reprise de contact peut être effectuée par métallisation collective ou par l'utilisation d'une résine conductrice, comme illustré en figure 7c. Dans le cas d'une métallisation collective, une couche de métal est déposée sur la couche de résine gravée 26 et sur les vias. Ainsi le métal déposé au fond des vias, réalise la connexion électrique entre la ligne et la métallisation de l'élément piézoélectrique associé. La gravure sélective du métal présent en surface, au travers d'un masque de résine permet d'isoler chaque via. Selon une autre variante, la reprise des contacts peut être obtenue par remplissage des vias à l'aide d'une résine conductrice thermodurcissable 27. Le dépôt de résine conductrice peut ainsi être autopositionné par un simple raclage de la surface de la sonde. II est également possible d'obtenir la reprise des contacts, par sérigraphie de plots de résine conductrice à cheval sur les pistes conductrices et sur les vias, permettant ainsi de s'affranchir du laminage de la couche de résine. De même que dans l'exemple précédent, on procède à l'assemblage de lame d'adaptation acoustique Li1 et Li2 puis à la découpe des éléments par des traits de scie Ti et TJ (figure 7d). L'adressage des éléments transducteurs se fait ainsi par l'intermédiaire des sorties dites points chauds (pistes PI) et de la sortie plan de masse P. Selon un troisième exemple de procédé, on réalise un circuit souple avec des pistes conductrices sur le niveau 1 et sur le niveau 2 correspondant respectivement aux surfaces supérieure et inférieure du film diélectrique. Le niveau 2 peut comprendre en plus avantageusement un plan de masse P2. Les étapes de procédé pour réaliser les vias et les reprises de contact peuvent être similaires à celles décrites dans le second exemple de procédé. L'intérêt d'une telle configuration de circuit souple, réside dans l'augmentation de la densité des interconnexions sur les transducteurs en utilisant un deuxième niveau de connectique. A titre d'exemple, les figures 8a à 8d illustrent une réalisation dans laquelle 5 bandes symétriques peuvent être connectées sur 3 voies. Les pistes conductrices du niveau supérieur 1 sont référencées PI1, les pistes conductrices du niveau inférieur sont référencées Pl2. Typiquement, cette configuration permet la définition de largeur d'éléments piézoélectriques eT de l'ordre de 250 pm avec une largeur de via ev de l'ordre de 130 um et une largeur de pistes ep de l'ordre de 50 pm. Les figures 8b, 8c et 8d représentent respectivement les coupes de la figure 6a selon les plans BB, CC, DD. Dans cette configuration, le film diélectrique 31 comprend des pistes métalliques supérieures P11 et des pistes métalliques inférieures PI2. Les vias sont remplis de résine conductrice 37; le film diélectrique 31 est laminé sur la couche de matériau piézoélectrique 33, par l'intermédiaire d'une couche de colle 32. La résine 36, nécessaire aux étapes de procédé, a été maintenue. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une sonde acoustique comprenant un circuit d'interconnexion et des transducteurs élémentaires réalisés dans une lame de matériaupiézoélectrique, caractérisé en ce qu'il comprendtes étapes suivantes: - la réalisation de pistes conductrices sur au moins l'une des faces d'un film diélectrique (11, 21, 31); - le collage dudit film diélectrique comportant des pistes conductrices sur une couche (13, 23, 33) de matériau piézoélectrique comprenant des métallisations, par une couche de colle diélectrique (12, 22, 32); - la gravure du film diélectrique (11, 21, 31) et de la couche de colle diélectrique (12, 22, 32) au travers d'un masque adapté pour définir des vias, au moins une partie d'un même via étant positionnée sur une piste conductrice et sur une métallisation de matériau piézoélectrique associé; - la réalisation de contacts électriques entre une piste conductrice (PI, PI1, Pl2) et la métallisation de matériau piézoélectrique associé (mi). 2. Procédé de fabrication d'une sonde acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend la réalisation de pistes conductrices sur la face dite inférieure du film diélectrique (11, 21, 31), la couche de colle (12, 22, 32) étant en contact avec cette face dite inférieure et la couche de matériau piézoélectrique (13, 23, 33). 3. Procédé de fabrication d'une sonde acoustique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend la réalisation de pistes conductrices sur la face supérieure du film diélectrique (11, 21, 31). 4. Procédé de fabrication d'une sonde acoustique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend la réalisation d'un plan de masse (P) au niveau de la face inférieure du film diélectrique. 5. Procédé de fabrication d'une sonde acoustique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend la réalisation d'un masque métallique sur la face supérieure du film diélectrique (11, 21, 31). 6. Procédé de fabrication d'une sonde acoustique selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend la gravure du film diélectrique (11,21,31) et de la couche de colle diélectrique (12, 22, 32) au travers d'un masque mécanique. 7. Procédé de fabrication d'une sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les contacts électriques entre une piste conductrice (PI, Pli, Pl2) et une métallisation (mi) sont réalisés par dépôt d'une couche métallique (15, 25), puis gravure locale de ladite couche métallique (15, 25). 8. Procédé de fabrication d'une sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les contacts électriques entre une piste conductrice (PI, Pli, PI2) et une métallisation (mi) sont réalisés par dépôt d'une résine conductrice dans les vias.