Brevet FR2810907A1 — publié le 20020104

Le domaine de l'invention est celui des sondes acoustiques notamment utilisées pour l'imagerie médicale et plus précisément celui des sondes composées de plusieurs éléments (ou voies) excités indépendamment les uns des autres. Des méthodes de réalisation de ces sondes ont été décrites dans plusieurs documents et notamment dans la demande de brevet WO 97/17145. Cette méthode consiste à réaliser dans un premier temps un assemblage: circuit imprimé comportant un réseau d'interconnexion / couche de matériau piézoélectrique / lame d'adaptation acoustique. Plus précisément le circuit imprimé comporte des pistes conductrices permettant d'adresser différents éléments acoustiques. L'électrode de masse est commune à tous les éléments et est réalisée en intercalant entre les lames d'adaptation acoustique et la couche de matériau piézo-électrique, un film mince métallique ou de polymère métallisé. Ce film mince est alors replié sur les côtés comme l'illustre la Figure 1 qui représente des éléments transducteurs Tij (réalisés en matériau piézoélectrique), et des éléments d'adaptation acoustiques Aji et Aj2 dont l'impédance varie de manière à assurer une adaptation acoustique efficace. Chaque transducteur élémentaire peut ainsi être commandé entre le plan de masse P et une métallisation Meij connectée au réseau d'interconnexion 1. Pour satisfaire à des contraintes d'encombrement le plan de masse souple est replié sur les faces latérales de la sonde, conduisant en raison du rayon de courbure dudit plan a une dimension typiquement de l'ordre de 500 pm, augmentant par la même l'empreinte de la sonde. Il est à noter par ailleurs que ce plan de masse situé entre les éléments piézo-électriques et les éléments d'adaptation acoustique introduit un élément perturbateur au niveau de la propagation des ondes acoustiques et entraîne une dégradation des performances acoustiques de la sonde. L'augmentation de la taille de l'empreinte de la sonde et/ou la dégradation des performances acoustiques constituent des facteurs limitatifs pour des applications endocavitaires ou cardiologiques qui utilisent des sondes à faible empreinte et à hautes performances acoustiques. Dans ce contexte la présente invention propose un nouveau procédé de fabrication de sonde acoustique utilisant une méthode originale de fabrication du plan de masse. Plus précisément l'invention a pour objet un procédé de fabrication de sonde acoustique comportant des transducteurs piézo-électriques unitaires, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - la réalisation d'un réseau de connexion comprenant des connexions primaires et des plages de masse, destinées à adresser les transducteurs piézo-électriques, à la surface d'un film diélectrique; - la superposition d'une couche de matériau piézo- électrique à la surface du réseau de connexion; - la superposition d'une couche de matériau conducteur adhésif de type thermodurcissable ou thermoplastique à la surface du matériau piézo-électrique et recouvrant au moins partiellement le film diélectrique au niveau des plages de masse; - I'assemblage du matériau conducteur adhésif à la surface du matériau piézo-électrique et à la surface du film diélectrique, par chauffage; - la découpe après chauffage de l'ensemble constitué par la couche de matériau adhésif conducteur et du matériau piézo-électrique de manière à définir les transducteurs piézo-électriques unitaires. Pour réaliser l'assemblage par chauffage on peut en effet prendre un matériau adhésif thermoplastique ou thermodurcissable. L'adhésif thermoplastique passe de l'état solide à l'état liquide (pâteux) par chauffage. Ce changement d'état est réversible, c'est-à-dire qu'à haute température l'adhésif thermoplastique devient liquide (pâteux) et il redevient solide à la température ambiante. L'adhésif thermodurcissable passe également de l'état liquide (pâteux) à l'état solide par chauffage et contrairement aux thermoplastiques ce changement d'état n'est pas réversible. L'assemblage peut avantageusement être réalisé en exerçant une pression au niveau de la couche de matériau conducteur thermodurcissable ou thermoplastique, ou bien encore en exerçant une dépression en dessous de ladite couche de matériau conducteur thermodurcissable ou thermoplastique de manière à favoriser l'adhérence. Grâce à ce procédé la couche de matériau adhésif conducteur thermodurcissable ou thermoplastique, chauffée permet d'obtenir une couche mince conductrice constitutive d'un plan de masse épousant les contours du matériau piézo-électrique et ne nécessitant plus comme dans I'art antérieur l'utilisation d'une colle entre un plan de masse conducteur et la couche de matériau piézo- électrique, couche de colle qui introduit des perturbations acoustiques et une surépaisseur de l'ordre de 2 à 10 microns. Cette couche constitue un drapage de l'ensemble du matériau piézo- électrique. Avantageusement le matériau conducteur thermodurcissable ou thermoplastique peut être une résine chargée en particules conductrices, le taux de charge pouvant être ajusté pour obtenir l'adaptation acoustique, avec le milieu ambiant. 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 configuration de sonde acoustique selon l'art connu comprenant un plan de masse compris entre les transducteurs piézoélectriques et les lames d'adaptation acoustiques. - les Figures 2a - 2e illustrent les principales étapes du procédé selon l'invention; - la figure 3 illustre une vue en coupe d'une sonde fabriquée selon le procédé décrit en Figures 2a - 2e; - la Figure 4 illustre une étape de découpe permettant d'obtenir des transducteurs unitaires comprise dans le procédé de l'invention - la Figure 5 illustre une étape de découpe de transducteurs piézo-électriques dans un second exemple de procédé de fabrication de souche selon l'invention; - la Figure 6 illustre une vue en coupe d'une sonde fabriquée selon le second exemple illustré en Figure 5. Nous allons décrire un exemple de sonde acoustique unidirectionnelle comportant des transducteurs piézo-électriques linéaires et réalisée selon le procédé de l'invention. De façon générale la sonde comprend un ensemble de transducteurs piézoélectriques unitaires comportant chacun une électrode de masse et une électrode de commande encore appelée "point chaud", dans le domaine des capteurs ultrasonores. Pour connecter l'ensemble de ces électrodes on utilise avantageusement un film diélectrique souple sur lequel sont réalisées des connexions destinées aux points chauds et aux électrodes de masse. La Figure 2a illustre un tel circuit imprimé. Plus précisément le film souple Fd comporte des plages de connexions dites primaires Pcp destinées à être en regard des transducteurs piézoélectriques, des plages de connexion dites secondaires Pcs déportées par rapport aux transducteurs et des plages de masse PM destinées à adresser les électrodes de masse. De manière plus précise, les plages de connexion primaire et les plages de connexion secondaires sont reliées par l'intermédiaire de via conducteurs et de pistes conductrices réalisées sur la face du film diélectrique souple opposée à celle sur laquelle sont connectés les transducteurs piézo-électriques. Avec ce type de configuration il est possible d'adresser toutes les électrodes des transducteurs depuis la même face. Nous allons ci-après décrire l'empilement de couches nécessaire à la réalisation d'une sonde acoustique selon l'invention. Selon le procédé de l'invention, on dépose alors un film conducteur au niveau des plages de connexion primaire Pcp destiné à connecter électriquement et mécaniquement une couche de matériau piézo-électrique destinée à la fabrication des transducteurs piézoélectriques. Cette couche conductrice intermédiaire CI peut avantageusement être de type matériau conducteur anisotrope, c'est-à-dire qui présente la propriété d'être conducteur dans une direction privilégiée et qui pressé à chaud permet d'assurer le contact électrique uniquement selon par exemple une direction perpendiculaire au plan du film souple Fd, soit selon un axe Z, perpendiculaire au plan (X, Y) représenté en Figure 2b. Une telle résine permet ainsi tout en assurant une adhérence continue et uniforme au niveau d'une couche de matériau piézo-électrique déposée sur un substrat de ne connecter que selon un axe Z et non des axes X ou Y des éléments piézo-électriques à des connexions électriques situées au niveau du film diélectrique souple Fd. Typiquement ce matériau peut comprendre un liant chargé de particules conductrices. On vient alors superposer une couche CT de matériau piézo-électrique sur la couche intermédiaire conductrice Cl comme illustrée en Figure 2c. Il est à noter que les couches C1 et CT ne viennent pas recouvrir les plages de masse PM et les plages de connexion secondaire Pcs qui doivent pouvoir être accessibles depuis la face représentée sur les Figures 2b et 2c. Lorsque la couche CT de matériau piézo-électrique métallisée en face inférieure et en face supérieure est positionnée sur la couche de matériau conducteur C1, on vient positionner une couche de matériau conducteur Cd thermoplastique ou thermodurcissable, destinée à draper l'ensemble de la couche céramique sur le film diélectrique souple. Pour cela cette couche présente une surface supérieure à celle du matériau piézo- électrique de manière à réaliser un drapage efficace, retombant sur le film diélectrique (Figure 2d). Enfin après avoir positionné la couche de matériau conducteur Cd, on vient superposer une ou deux couches d'adaptation acoustique Ca1 et/ou Ca2 aux dimensions de la couche de matériau piézo-électrique (Figure 2c). Selon l'invention, la superposition de couches ainsi réalisée à la surface d'un film diélectrique souple est chauffée en autoclave par exemple pour assurer l'assemblage des différentes couches. Plus précisément la couche conductrice intermédiaire C1 et la couche de matériau adhésif conducteur Cd sont composées de matériau thermodurcissable ou thermoplastique. Ainsi on réalise l'adhérence de la couche Cd sur le film souple et notamment au niveau des plages de masse PM, et à la surface de la couche de matériau piézo-électrique on réalise également l'adhérence de la couche de matériau piézo-électrique sur le film diélectrique par l'intermédiaire de la couche intermédiaire C1. La Figure 3 illustre une vue en coupe selon l'axe AA' représenté en Figure 2c. Plus précisément la Figure 3 met en évidence le contact électrique entre la métallisation inférieure Mei de la céramique et la plage de connexion primaire par l'intermédiaire de la couche C1, et la mise en contact électrique entre la métallisation supérieure Mes de la couche de céramique et la plage de masse PM grâce à la couche conductrice de drapage Cd. Avantageusement la couche d'adaptation acoustique Cal peut être réalisée dans le même matériau que la couche conductrice Cd, la couche Ca2 représentant une couche d'adaptation acoustique d'impédance acoustique plus faible. En effet la couche conductrice peut être typiquement réalisée avec un mélange de résine thermodurcissable ou thermoplastique avec des charges métalliques, type résine époxy chargée de nickel. La résistivité volumique d'un tel matériau peut être typiquement inférieure à 10-3 2.m et son impédance acoustique de l'ordre de 9M Rayleigh, impédance adaptée pour la couche Cia, la couche Clb présentant plutôt une impédance de l'ordre de 3 Mega Rayleigh. Ceci constitue un avantage important d'un point de vue acoustique puisque le plan de masse ainsi constitué par la couche conductrice Cl n'introduit pas de perturbations acoustiques. L'épaisseur de la couche Cd peut avantageusement être comprise entre environ 20 et 60 microns pour permettre un drapage correct (c'est-à- dire épouser la forme de la couche de matériau piézo-électrique, il s'agit le plus souvent d'une lame de céramique de type PZT d'une épaisseur de l'ordre de 150 - 600 pm et pour garder la souplesse des plages de masse. En effet on peut ainsi diminuer l'encombrement de la sonde en pliant et en collant la plage de masse sur les faces latérales de l'absorbeur. Il est à noter que selon la nature des couches conductrices employées Cd et C1, I'opération d'assemblage peut avoir lieu en deux temps et notamment si ces couches sont réalisées à partir de deux résines n'ayant pas le même cycle de polymérisation. Dans ce cas, une première étape de chauffage est effectuée pour réaliser l'assemblage du matériau piézo-électrique sur le film diélectrique Fd. Puis une seconde étape de chauffage est effectuée pour assembler la couche conductrice Cd à la surface du film diélectrique et à la surface du matériau piézo-électrique. Dans tous les cas l'assemblage est obtenu par collage du matériau conducteur, qui devient adhésif en température. Les opérations d'assemblage peuvent être réalisées sous vide ou sous pression. Typiquement, on peut soit exercer une pression au-dessus de la couche de drapage Cd, soit exercer une dépression en dessous de cette couche. Il est également possible de cumuler les deux effets en créant une dépression au niveau de la couche Cd et en enfermant le tout dans une enveloppe sur laquelle on exerce une pression. Lorsque l'opération ou les opérations d'assemblage précitées sont effectuées, on procède alors à une opération de découpe Tj de l'ensemble de manière à individualiser des transducteurs piézo-électriques élémentaires TPi comme illustré en Figure 4. Cette opération de découpe peut être effectuée avec une scie diamantée selon la direction Dy illustrée en Figure 4. On définit ainsi des transducteurs linéaires dont la largeur peut typiquement varier entre 50 et 500 microns. Pour isoler électriquement les transducteurs linéaires, les traits de découpe s'arrêtent dans l'épaisseur du film diélectrique Fd. Il est également possible de procéder à une découpe laser de l'assemblage réalisé précédemment. Il est enfin possible de combiner les deux types de découpe. Ainsi les lames d'adaptation acoustique peuvent être découpées au laser alors que le matériau piézo-électrique en l'occurrence la céramique peut être découpé grâce à la scie mécanique. Cette dernière méthode de découpe permet de libérer les contraintes thermiques dues au collage de matériaux possédant des coefficients de dilatation thermique 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. Lorsque les transducteurs linéaires sont ainsi élaborés à la surface du film diélectrique, on peut procéder de manière classique à une opération de conformation qui permet de réaliser des sondes courbes, particulièrement recherchées dans le domaine de l'échographie. En effet grâce au film diélectrique souple employé et à la découpe préalable de transducteurs linéaires, on obtient un degré suffisant de courbure dudit film diélectrique pour venir l'assembler à la surface d'un absorbeur (matériau absorbant les ondes acoustiques) de surface courbe. Cet assemblage se fait de manière classique par collage du film souple à la surface dudit absorbeur. Nous avons décrit l'invention dans le cadre d'une sonde acoustique unidirectionnelle, mais l'invention peut être tout aussi bien appliquée dans le cadre d'une sonde présentant un réseau de connexion en surface du film diélectrique souple, permettant de réaliser des sondes acoustiques comprenant des transducteurs matriciels, recouverts d'éléments d'adaptation acoustique linéaires. Dans ce cas on procède de la même façon que dans le procédé de fabrication des sondes unidirectionnelles pour déposer une couche de matériau piézo-électrique par l'intermédiaire d'une couche conductrice intermédiaire Cd sur un film diélectrique souple Fd (Figure 2c). On procède ensuite à une opération de découpe selon un axe X du matériau piézo-électrique comme illustré en Figure 5, montrant les découpes Ti dans la couche CT et la couche C1 (non représentée). La Figure 6 illustre une vue en coupe selon l'axe BB', lorsque l'on a procédé aux dépôts successifs des couches Cd, Ca1 et Ca2. On procède enfin de manière analogue au cas des sondes unidirectionnelles comportant des transducteurs linéaires, à une opération de découpes Ti selon l'axe Y, de l'ensemble de l'assemblage Cal/Ca2/Cd/CT/C1 et ce jusque dans le film diélectrique souple Fd. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de sonde acoustique comportant des transducteurs piézo-électriques unitaires, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes - la réalisation d'un réseau de connexion comprenant des connexions primaires (Pcp) etf des plages de masse (PM), destinées à adresser les transducteurs piézo-électriques, à la surface d'un film diélectrique (Fd). - la superposition d'une couche de matériau piézo-électrique (C-r) à la surface du réseau de connexion; - la superposition d'une couche de matériau adhésif (Cd) de type thermodurcissable ou thermoplastique, conducteur à la surface du matériau piézo-électrique et recouvrant au moins partiellement le film diélectrique au niveau des plages de masse; I'assemblage du matériau adhésif conducteur (Cd) à la surface du matériau piézo-électrique et à la surface du film diélectrique (Fd), par chauffage; - une opération de découpe (Tj) après chauffage de l'ensemble constitué par la couche de matériau adhésif conducteur (Cd) et du matériau piézoélectrique (C1) de manière à définir les transducteurs piézo-électriques unitaires (TPj). 2. Procédé de fabrication de sonde acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage est réalisé sous vide. 3. Procédé de fabrication de sonde acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage est réalisé sous pression. 4. Procédé de fabrication de sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau adhésif conducteur est une résine polymère chargée de particules métalliques. 5. Procédé de fabrication de sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résistivité volumique du matériau adhésif conducteur est inférieure à environ 10-3 ..cm. 6. Procédé de fabrication de sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre le dépôt d'une couche intermédiaire conductrice (Ci) thermodurcissable ou thermoplastique entre le matériau piézo-électrique et le film diélectrique. 7. Procédé de fabrication de sonde acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend le dépôt d'au moins une couche d'adaptation acoustique à la surface de la couche de matériau adhésif conducteur positionnée en regard de la couche de matériau piézo-électrique (Cia, C2a). 8. Procédé de fabrication de sonde acoustique selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend le dépôt d'une première couche d'adaptation acoustique de forte impédance sur le matériau adhésif conducteur et le dépôt d'une seconde couche d'adaptation acoustique de faible impédance, sur la première couche d'adaptation acoustique. 9. Procédé de fabrication de sonde acoustique selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la couche d'adaptation d'impédance située à la surface du matériau adhésif conducteur est constituée par le même dit matériau adhésif conducteur. 10. Procédé de fabrication de sonde acoustique selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte: - une première étape d'assemblage du matériau piézo-électrique, de la couche intermédiaire conductrice (C1) et du film diélectrique par chauffage; - une seconde étape d'assemblage du matériau adhésif conducteur sur l'assemblage matériau piézo-électrique / couche intermédiaire conductrice thermodurcissable / film diélectrique, par chauffage. 11. Procédé de fabrication de sonde acoustique selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une opération préalable de découpe (Ti) de la couche de matériau piézoélectrique selon une direction perpendiculaire à l'axe de découpe (Tj) de l'ensemble constitué par la couche de matériau adhésif conducteur / matériau piézo-électrique.