Brevet FR2806332A1 — publié le 20010921

Le domaine de l'invention est celui des sondes acoustiques comprenant un ensemble d'éléments émetteurs et/ou récepteurs obtenus par découpe à partir d'un bloc transducteur. De telles sondes sont actuellement utilisées notamment dans des applications telles que l'échographie. Plus précisément l'invention se rapporte à des sondes acoustiques unidirectionnelles, constituées d'éléments linéaires qui peuvent être excités indépendamment les uns des autres grâce à un réseau d'interconnexion relié à un circuit de commande. Une méthode de réalisation de ces sondes consiste à réaliser dans un premier temps un assemblage: circuit imprimé comportant un réseau d'interconnexion/couche de matériau piézo-électrique/lames d'adaptation acoustiques puis à procéder à la découpe d'éléments piézo- électriques unitaires. La demande internationale WO 97/17145 déposée par la demanderesse décrit un tel procédé et plus particulièrement un procédé de fabrication dans le cas de sonde utilisant un circuit imprimé sur lequel on réalise des pistes conductrices permettant d'adresser les différents éléments acoustiques. La Figure 1 illustre en effet plus précisément un matériau piézo- électrique 23 assemblé à des lames d'adaptation acoustique Li1 et Li2, ledit matériau étant découpé selon deux directions perpendiculaires par le type de traits de scie Ti et Tj. Un circuit imprimé souple 22 comprend des pistes conductrices PI et des via, au moins une partie d'un même via étant positionnée sur une piste conductrice et sur une métallisation Mi de matériau piézo-électrique associé. Dans cette configuration des voies acoustiques linéaires sont définies parallèlement aux traits Tj, chaque voie acoustique étant subdivisée en sous-voie définie parallèlement aux traits Ti. Lorsque l'assemblage précédemment décrit est réalisé, on procède à la conformation de la sonde qui est une opération permettant de réaliser des sondes courbes particulièrement recherchées dans le domaine de l'échographie. A cet effet le circuit imprimé comprenant ses éléments acoustiques unitaires peut être collé à la surface d'un matériau absorbeur massif présentant une surface courbe. Le circuit imprimé souple est alors rabattu sur les bords de la céramique et de l'absorbeur comme l'illustre la Figure 2. Les voies acoustiques définies parallèlement à l'axe X, sont également parallèles aux pistes PI, l'ensemble du circuit imprimé et des pistes conductrices est d'une part déposé à la surface de l'absorbeur ABS et d'autre part replié verticalement sur les cotes A et A' dudit absorbeur pour des questions de compacité. Selon cette configuration les pistes sont alors repliées à 90 avec un angle vif ce qui tend à les fragiliser voir les casser. Pour résoudre ce problème, la présente invention propose une sonde acoustique comprenant un nouveau réseau d'interconnexion réalisé à la surface d'un film diélectrique souple permettant lors de l'opération de conformation d'optimiser l'encombrement de la sonde et la solidité des connexions électriques. Plus précisément l'invention a pour objet une sonde acoustique unidirectionnelle comprenant des transducteurs piézo-électriques linéaires à la surface d'un film diélectrique, ledit film diélectrique comportant des moyens de connexion électrique desdits transducteurs piézoélectriques, à un dispositif de commande caractérisé en ce que les moyens de connexion comprennent: - des plages primaires de connexion, en regard des transducteurs piézo-électriques; - des plages secondaires de connexion, déportées par rapport aux transducteurs piézo-électriques, de manière à pouvoir connecter lesdits transducteurs au dispositif de commande; - des pistes conductrices reliant les plages primaires de connexion aux plages secondaires de connexion, lesdites pistes conductrices étant selon une direction Dx perpendiculaire à la direction Dy définie par le grand axe des transducteurs piézo-électriques. Dans une variante avantageuse de l'invention, chaque transducteur piézoélectrique comportant une électrode de commande et une électrode de masse, le film diélectrique peut comprendre: - sur sa face supérieure, des premières plages primaires de connexion en contact avec les électrodes de commande, des secondes plages primaires de connexion en contact avec les électrodes de masse et des premières plages secondaires de connexion; sur sa face inférieure, des troisièmes plages primaires de connexion reliées aux premières plages primaires de connexion par des via conducteurs, des secondes plages secondaires de connexion reliées d'une part aux premières plages secondaires de connexion par des via conducteurs et d'autre part aux troisièmes plages primaires de connexion par des pistes conductrices, et des quatrièmes plages primaires de connexion reliées aux secondes plages primaires de connexion par des via conducteurs. Avantageusement les secondes plages secondaires de connexion font partie d'une région conductrice située sur le pourtour de la surface inférieure du film diélectrique constituant la masse. L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication de sondes acoustiques. Plus précisément l'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication de sondes acoustiques unidirectionnelles comportant des transducteurs piézo-électriques linéaires caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - la réalisation sur chacune des faces d'un film diélectrique de plages primaires de connexion destinées à être en regard des transducteurs piézo-électriques et de plages secondaires de connexion destinées à être déportées par rapport aux transducteurs piézoélectriques; - la réalisation de pistes électriques reliant des plages primaires de connexion et des plages secondaires de connexion, sur la face inférieure du film; - le collage d'une couche de matériau piézoélectrique comprenant des métallisations, sur la face supérieure du film diélectrique; - la découpe de la couche de matériau piézo-électrique selon une première direction de manière à définir les transducteurs piézoélectriques linéaires, ladite première direction étant perpendiculaire à une seconde direction parallèle aux pistes conductrices. Avantageusement l'opération de découpe des éléments acoustiques linéaires est effectuée jusque dans le film diélectrique. L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication collective de sondes acoustiques, caractérisé en ce qu'il comprend: - la réalisation à la surface d'un film diélectrique d'un ensemble de plages primaires de connexion, de plages secondaires de connexion et de pistes conductrices reliant des plages primaires de connexion à des plages secondaires de connexion; - l'assemblage d'un ensemble de couches de matériau piézoélectrique et de couches de matériau d'adaptation acoustique, sur l'ensemble des plages de connexion de manière à définir un ensemble de sondes acoustiques à la surface du film diélectrique; - la découpe des couches de matériau piézo-électrique et des couches de matériau d'adaptation acoustique de manière à définir un ensemble de sondes comprenant des transducteurs piézo-électriques linéaires; - la découpe des ensembles film diélectrique / transducteurs piézo-électriques linéaires de manière à individualiser les sondes acoustiques unidirectionnelles. 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 une sonde acoustique multi-éléments selon l'art connu comprenant un circuit imprimé et des pistes conductrices parallèles aux voies acoustiques définies par les éléments acoustiques; - la Figure 2 schématise le circuit imprimé d'une sonde acoustique conformée sur un absorbeur et utilisant les éléments acoustiques tels qu'illustrés en Figure 1, de l'art connu; - la Figure 3a illustre une vue de dessus d'un exemple de sonde selon l'invention; - la Figure 3b illustre une vue en coupe de l'exemple de sonde illustrée en Figure 3a; - la Figure 4a illustre une vue de dessus d'un circuit imprimé souple utilisé dans une sonde selon l'invention; - la Figure 4b illustre une vue de dessous du même circuit imprimé souple utilisé dans une sonde selon l'invention; - la Figure 5 illustre une étape du procédé de la fabrication collective de sondes selon l'invention; - la Figure 6 illustre une sonde selon l'invention, conformée sur un absorbeur. L'invention va être décrite dans le cas d'un exemple particulier d'une sonde unidirectionnelle comprenant huit transducteurs linéaires mais s'applique quel que soit le nombre N de transducteurs linéaires. De façon générale la sonde selon l'invention comprend un film diélectrique souple encore dénommé ci-après circuit imprimé souple (en raison des connexions électriques que l'on y réalise), sur lequel sont réalisées différentes plages de connexion permettant l'adressage des transducteurs piézo-électriques. Les plages de connexion en regard des transducteurs sont appelées: plages de connexion primaire, les plages de connexion déportées par rapport aux transducteurs sont appelées: plages de connexion secondaire. De manière classique chaque transducteur piézo-électrique comprend une électrode de masse Emi et une électrode de commande Ej encore appelée "point chaud" dans le domaine des capteurs ultrasonores. La Figure 3a illustre une sonde selon l'invention vue de dessus. La Figure 3b illustre la même sonde vue en coupe selon l'axe CC'. Les éléments transducteurs piézo-électriques TP1 sont constitués d'un matériau piézo- électrique pouvant être de type céramique et séparés par des découpes Tj. Leur surface est métallisée partiellement de manière à définir une électrode de commande Ec1 et une électrode de masse Emi pour chacun desdits transducteurs. Ces électrodes sont connectées par des via conducteurs Vi à la surface inférieure du circuit imprimé CIS, comme cela va être développé ci-après. De manière classique la surface supérieure de la céramique est recouverte d'éléments d'adaptation acoustique Li1 et Li2 dont les propriétés électriques sont choisies pour assurer une bonne adaptation acoustique. Les transducteurs sont collés à la surface d'un circuit imprimé souple CIS comportant des connexions électriques prédéfinies. Les transducteurs linéaires sont ainsi définis parallèles à la direction Dy représentée en Figure 3a. Les Figures 4a et 4b illustrent respectivement une vue de dessus du circuit imprimé et une vue de dessous dudit circuit, la surface vue de dessus étant en contact avec le matériau piézo-électrique. Plus précisément la Figure 4a montre dans la partie centrale du circuit imprimé flexible CIS des premières plages primaires de connexion pppqc pour connecter électriquement les électrodes de commande Ec, des transducteurs, des secondes plages primaires de connexion sppc1 en contact avec les électrodes de masse Em1 des transducteurs TP1 ainsi que des premières plages secondaires de connexion ppsci les secondes plages primaires de connexion sppci correspondent à une plage de masse PMs réalisée à la périphérie du circuit imprimé souple. Cette plage de masse est découpée lors de l'opération de découpe du matériau piézo-électrique en transducteurs linéaires puisque cette découpe est opérée au niveau de l'ensemble lames d'adaptation/matériau piézo-électrique, la découpe se prolongeant jusque dans le circuit imprimé souple et conduisant par la même à séparer en secondes plages primaires de connexion sppci, la plage de masse élaborée à la périphérie de la surface supérieure du circuit imprimé souple. La surface inférieure du circuit imprimé souple illustrée en Figure 4b comprend des troisièmes plages primaires de connexion tppci en regard des premières plages primaires de connexion pppc1, et connectées à ces dernières par l'intermédiaire de via conducteurs. Elle comprend également des secondes plages secondaires de connexion spsci reliées aux plages tppci par l'intermédiaire de pistes conductrices PI selon une direction Dx et reliées par l'intermédiaire de via conducteurs aux premières plages secondaires de connexion ppsci, depuis lesquelles il devient possible d'adresser les électrodes de commande des transducteurs piézo-électriques TPi. Par ailleurs des via conducteurs au travers du circuit imprimé souple permettent la connexion des secondes plages primaires de connexion sppci à la plage de masse PMi réalisée à la périphérie du circuit imprimé souple sur sa surface inférieure et ainsi assurer la reprise de masse de l'ensemble des transducteurs piézo-électriques TPi. Avantageusement le film diélectrique présente une largeur lex en périphérie plus grande que sa largeur centrale lI. Une telle configuration permet d'augmenter le pas entre les plages de connexion secondaires par rapport au pas entre les plages de connexion primaires. Par ailleurs les plages de connexion en contact avec les électrodes de masse et les plages de connexion en contact avec les électrodes de commande sont réparties sur le film diélectrique souple de manière à également avantageusement répartir les via conducteurs selon une direction Dg faisant un angle d'environ 45 avec la direction Dx, de manière à ce que les via conducteurs ne présentent pas de zone de recouvrement entre eux. Etape d'assemblage De manière générale l'assemblage du matériau piézoélectrique type céramique sur le circuit imprimé souple peut être réalisé par collage avec un film adhésif conducteur anisotrope (ACF). L'ACF est un film polymère chargé avec des billes polymères métallisées ou métalliques. La conductivité électrique est réalisée par écrasement des billes dans l'axe de conduction lors du collage sous pression de la céramique sur le circuit imprimé. Il peut également s'agir d'une résine polymère chargée avec des billes polymères métallisées ou métalliques. La conductivité électrique est obtenue également par écrasement des billes dans l'axe de conduction lors du collage sous pression. Selon une autre variante de l'invention, le contact électrique peut également être assuré grâce à l'utilisation d'une résine conductrice isotrope ou d'un film conducteur isotrope comprenant un matériau polymère chargé par exemple à 80 % avec des particules métalliques de type Argent, Nickel, ... La conductivité électrique qui est dans ce cas isotrope est assurée par les contacts physiques entre les particules métalliques. Etape de découpe Les transducteurs piézo-électriques linéaires peuvent être découpés dans le matériau piézo-électrique recouvert de ses lames d'adaptation, avec une scie diamantée, selon la direction Dy illustrée en Figure 3a. Typiquement la largeur d'un transducteur linéaire peut varier entre et 500 microns. Pour isoler électriquement les transducteurs linéaires, les traits de découpe s'arrêtent dans l'épaisseur du film diélectrique. Plutôt que d'utiliser une scie diamantée, il est également possible de procéder à une découpe laser des différents éléments. Il est également possible de combiner les deux types de découpe. Ainsi les lames d'adaptation acoustique peuvent être découpées au laser alors que la céramique piézo-électrique est découpée grâce à la scie mécanique. Cette dernière méthode de découpe permet de libérer les contraintes thermiques dues au collage des matériaux possédant des coefficients de dilatation thermique très différents. En découpant en premier les lames d'adaptation acoustique, on libère la céramique des contraintes thermiques et en conséquence, on évite de briser la céramique lors de la deuxième découpe. Les étapes précédentes peuvent être réalisées de manière collective. En effet un ensemble de plages de connexion primaires et secondaires peuvent être élaborées sur un même film diélectrique souple et destinées à plusieurs sondes acoustiques comme illustré en Figure 5 qui représente une vue de dessus dudit film diélectrique. Sur un film diélectrique encore dénommé circuit imprimé souple CIS, on élabore différentes plages de masse sur la face supérieure dudit circuit souple, ainsi que les plages de connexion primaires et secondaires nécessaires, en l'occurrence seules sont représentées les plages de masse PMs. Une fois réalisé l'ensemble des connexions électriques (plage de connexion, métallisation, via conducteur) sur l'ensemble du circuit imprimé souple, on vient coller localement différents matériaux piézoélectriques massifs. Comme représenté en Figure 5, un exemple de 6 lames de céramique peuvent être collées sur le circuit imprimé souple, ainsi que 6 couples de lames d'adaptation acoustique sur lesdites 6 lames de céramique. On procède alors à une étape de découpe collective. Typiquement des séries de sondes alignées verticalement sur la Figure 5 peuvent être découpées en éléments unitaires en une étape unique, comme l'illustrent les traits discontinus de la Figure 5. Après l'étape de découpe collective des transducteurs piézo- électriques linéaires, on procède à la découpe de chacune des sondes acoustiques autour des plans de masse PMs illustrées en Figure 5. Ainsi la collectivisation permet de réduire les coûts de fabrication. Etape de conformation De manière générale la conformation est l'opération qui permet de réaliser des sondes courbes. Selon l'invention grâce au film diélectrique souple employé et à la découpe préalable des transducteurs linéaires, on obtient un degré suffisant de courbure dudit film diélectrique pour venir l'assembler à la surface d'un absorbeur de surface courbe. La Figure 6 montre à cet égard l'assemblage du film souple CIS à la surface de l'absorbeur ABS et illustre bien que dans cette configuration, les pistes électriques de connexion PI ne sont plus pliées avec un angle vif de 90 mais ne sont soumises qu'à une courbure plus légère, de manière à ne plus les fragiliser comme cela était dans l'art antérieur. REVENDICATIONS 1. Sonde acoustique unidirectionnelle comprenant des transducteurs piézoélectriques linéaires (TPj) à la surface d'un film diélectrique (CIS), ledit film diélectrique comportant des moyens de connexion électrique desdits transducteurs piézo-électriques, à un dispositif de commande caractérisé en ce que les moyens de connexion comprennent: - des plages primaires de connexion, en regard des transducteurs piézo-électriques; des plages secondaires de connexion, déportées par rapport aux transducteurs piézo-électriques, de manière à pouvoir connecter lesdits transducteurs au dispositif de commande; - des pistes conductrices reliant les plages primaires de connexion aux plages secondaires de connexion, lesdites pistes conductrices étant selon une direction Dx perpendiculaire à la direction Dy définie par le grand axe des transducteurs piézo-électriques. 2. Sonde acoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque transducteur piézo-électrique (TPj) comportant une électrode de commande (Eci) et une électrode de masse (Emi), le film diélectrique (CIS) comprend: - sur sa face supérieure, des premières plages primaires de connexion (pppc1) en contact avec les électrodes de commande (Eci), des premières plages secondaires de connexion (ppsc) et des secondes plages primaires de connexion (sppc1) en contact avec les électrodes de masse (Emi); i - sur sa face inférieure, des troisièmes plages primaires de connexion (tppci) reliées aux premières plages primaires de connexion (pppci) par des via conducteurs, des secondes plages secondaires de connexion (spsci) reliées d'une part aux premières plages secondaires de connexion (ppsci) par des via conducteurs et d'autre part aux troisièmes plages primaires de connexion (tppc) par des pistes conductrices (PI), et des quatrièmes plages primaires de connexion (qppci) reliées aux secondes plages primaires de connexion (sppcj) par des via conducteurs. 3. Sonde acoustique selon la revendication 2, caractérisée en ce que les secondes plages primaires de connexion (sppc1) font partie d'une région conductrice (PMs) située à la périphérie de la surface supérieure du film diélectrique et les quatrièmes plages primaires de connexion (qppci) font partie d'une région conductrice (PMi) située à la périphérie de la surface inférieure du film diélectrique. 4. Sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que les transducteurs piézo-électriques linéaires sont recouverts d'éléments d'adaptation acoustique. 5. Sonde acoustique selon la revendication 4, caractérisée en ce que les éléments d'adaptation acoustique comprennent la superposition de deux séries d'éléments d'adaptation acoustique. 6. Sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la surface des transducteurs piézo-électriques est métallisée de manière à assurer la reprise de l'électrode de masse située à la surface supérieure des transducteurs piézo-électriques, dans le plan de la surface inférieure des transducteurs piézo-électriques, ledit plan comprenant les électrodes de commande des transducteurs piézo-électriques. 7. Sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un film conducteur anisotrope assurant le contact électrique et mécanique entre les transducteurs piézoélectriques et le circuit imprimé. 8. Sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend une résine polymère chargée de billes de polymère, métallisées ou métalliques assurant le contact électrique et mécanique entre les transducteurs piézo-électriques et le circuit imprimé. 9. Sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend une résine conductrice isotrope ou un film conducteur isotrope comportant un matériau polymère fortement chargé en particules métalliques assurant le contact électrique et mécanique entre les transducteurs piézo-électriques et le circuit imprimé. 10. Sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend un matériau massif absorbant les ondes acoustiques, supportant le film diélectrique. 11. Procédé de fabrication de sondes acoustiques unidirectionnelles comportant des transducteurs piézo-électriques linéaires caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - la réalisation sur chacune des faces d'un film diélectrique, de plages primaires de connexion destinées à être en regard des transducteurs piézo-électriques (pppci, sppci, tppci, qppci) et de plages secondaires de connexion (ppsci, spsci) destinées à être déportées par rapport aux transducteurs piézo-électriques; - la réalisation de pistes électriques reliant des plages primaires de connexion (tppci) et des plages secondaires de connexion (spsci), sur la face inférieure du film; - le collage d'une couche de matériau piézoélectrique comprenant des métallisations, sur la face supérieure du film diélectrique; - la découpe de la couche de matériau piézo-électrique selon une première direction de manière à définir les transducteurs piézoélectriques linéaires, ladite première direction étant perpendiculaire à une seconde direction parallèle aux pistes conductrices. 12. Procédé de fabrication de sondes acoustiques selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend le collage d'au moins une couche de matériau d'adaptation acoustique, à la surface de la couche de matériau piézo-électrique, et la découpe de l'ensemble des matériaux piézo- électriques et d'adaptation acoustique. 13. Procédé de fabrication de sondes acoustiques selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que l'opération de découpe est effectuée jusque dans le film diélectrique. 14. Procédé de fabrication selon la revendication 13 caractérisé en ce que la découpe est effectuée mécaniquement. 15. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que la découpe est effectuée par laser. 16. Procédé de fabrication selon la revendication 13, caractérisé en ce que la ou les couches de matériau d'adaptation acoustique est ou sont découpées au laser, la couche de matériau piézo-électrique étant découpée mécaniquement. 17. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 11 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de conformation de la sonde acoustique sur un matériau absorbeur de surface courbe consistant à coller le film diélectrique avec les transducteurs piézo-électriques linéaires, sur ladite surface courbe. 18. Procédé de fabrication collective de sondes acoustiques selon I'une des revendications 11 à 17, caractérisé en ce qu'il comprend: - la réalisation à la surface d'un film diélectrique d'un ensemble de plages primaires de connexion, de plages secondaires de connexion et de pistes conductrices reliant des plages primaires de connexion à des plages secondaires de connexion; - I'assemblage d'un ensemble de couches de matériau piézo-électrique et de couches de matériau d'adaptation acoustique, sur l'ensemble des plages de connexion de manière à définir un ensemble de sondes acoustiques à la S surface du film diélectrique; - la découpe des couches de matériau piézo-électrique et des couches de matériau d'adaptation acoustique de manière à définir un ensemble de sondes comprenant des transducteurs piézo-électriques linéaires; - la découpe des ensembles film diélectrique / transducteurs piézo-électriques linéaires de manière à individualiser les sondes acoustiques unidirectionnelles.