WO2025078145A1 - Ultrasonic probe comprising an array of transducer elements - Google Patents
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- G01S15/8925—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array the array being a two-dimensional transducer configuration, i.e. matrix or orthogonal linear arrays
Definitions
- TITLE Ultrasonic probe with transducer element array
- the present description relates generally to ultrasonic probes with a matrix of transducer elements, which may be designated “matrix ultrasonic probes", and in particular to low-frequency matrix ultrasonic probes, i.e. adapted to operate at frequencies typically lower than 2 MHz.
- matrix ultrasonic probes i.e. adapted to operate at frequencies typically lower than 2 MHz.
- the present description relates in particular to curved matrix ultrasonic probes.
- Matrix ultrasonic probes generally comprise a plurality of transducer elements arranged next to each other in a matrix array.
- the transducer elements of the matrix network are preferably addressed individually, as opposed to row and column addressing.
- each transducer element typically comprises a layer of piezoelectric material, or piezoelectric layer, and front and rear electrodes adapted to apply an electrical excitation signal to the transducer element and/or to recover a signal from the transducer element to be transformed into a signal. electrical.
- One of the front and rear electrodes can be connected to ground, and the other can be dedicated to the signal.
- Matrix ultrasound probes can be used for 2D or even 3D imaging, particularly in medical imaging applications.
- One embodiment overcomes all or part of the drawbacks of known matrix ultrasonic probes.
- an ultrasonic probe comprising an array of piezoelectric transducer elements, said array comprising:
- first piezoelectric layer divided into a plurality of first piezoelectric sub-elements each comprising a first electrode at a first face of said first piezoelectric layer, the first dielectric layer further comprising a first ground electrode at a second face opposite the first face of said first piezoelectric layer;
- the second dielectric layer comprising a second ground electrode at a first face of said second piezoelectric layer and being divided into a plurality of second piezoelectric sub-elements each comprising a second electrode at a second face opposite the first face of said second piezoelectric layer; the first and second piezoelectric layers extending along a main plane, and the second piezoelectric sub-elements being aligned with the first piezoelectric sub-elements in a direction transverse to said main plane;
- a first collector assembled to the first face of the first piezoelectric layer, and comprising first conductive tracks connected to the first electrodes;
- each piezoelectric transducer element comprising one of the first piezoelectric sub-elements aligned with one of the second piezoelectric sub-elements, and a portion of the ground plane between said first and second aligned piezoelectric sub-elements.
- the first and second electrodes of the same piezoelectric transducer element are electrically connected to each other, for example the first and second metal tracks connected respectively to said first and second electrodes are electrically connected to each other.
- the first piezoelectric layer and/or the second piezoelectric layer :
- - comprises a piezoelectric composite
- - has a thickness between 0.5 and 10 mm.
- the ground plane [ 0012 ] According to one embodiment, the ground plane:
- - is a metallic layer, for example a metal plate, for example copper, aluminum or brass; and/or
- connection tab adapted to electrically connect the ground plane to a ground outside of said stack
- - has a thickness between 10 and 500 pm.
- the matrix comprises:
- the matrix has a curved shape, the main plane then being curved.
- the matrix further comprises a first acoustic impedance matching layer between the first piezoelectric layer and the first collector, said first acoustic impedance matching layer being structured such that each piezoelectric transducer element comprises a portion of said first acoustic impedance matching layer between the first electrode and the first collector, the first acoustic impedance matching layer being for example made of graphite.
- the probe further comprises a second acoustic impedance matching layer, the first collector being between the first layer piezoelectric and said second acoustic impedance matching layer, for example between a first acoustic impedance matching layer and said second acoustic impedance matching layer.
- the first collector comprises a first insulating substrate, for example a flexible insulating substrate, the first metal tracks being located on or in the first insulating substrate, and being connected to first contact pads connected or connected to the first electrodes; and/or
- the second collector comprises a second insulating substrate, for example a flexible insulating substrate, the second metal tracks being located on or in the second insulating substrate, and being connected to second contact pads connected or connected to the second electrodes.
- the first and second piezoelectric sub-elements of each piezoelectric transducer element are divided into several parts, the parts of the same piezoelectric transducer element sharing the same first and second electrodes.
- the first piezoelectric sub-elements and the sub-second piezoelectric elements are distributed in two orthogonal directions of the main plane.
- the ultrasonic probe further comprises an acoustic attenuation layer on the second collector, a shaper on the acoustic attenuation layer, and a printed circuit on the shaper, the ground plane being electrically connected to a ground via the printed circuit, and the first and second electrodes of a same piezoelectric transducer element being for example also electrically connected to each other by means of the printed circuit.
- One embodiment provides a method of manufacturing an array of piezoelectric transducer elements of an ultrasonic probe, the method comprising: forming a stack of a first piezoelectric layer having a first ground electrode on a second face, a ground plane on the second face of the first piezoelectric layer, and a second piezoelectric layer having a second ground electrode at a first face positioned on the ground plane, the first and second piezoelectric layers extending along a principal plane;
- the first piezoelectric layer into several first piezoelectric sub-elements each comprising a first electrode on a first face of the first piezoelectric layer opposite the second face of said first piezoelectric layer;
- the second piezoelectric layer into several second piezoelectric sub-elements each comprising a second electrode on a second face of the second piezoelectric layer opposite the first face of said second piezoelectric layer; the second piezoelectric sub-elements being aligned with the first piezoelectric sub-elements in a direction transverse to the main plane; the cuts of the first and second piezoelectric layers stopping at least before the ground plane; the assembly of a first collector comprising first conductive tracks on the first face of the cut first piezoelectric layer, said assembly comprising electrically connecting the first conductive tracks to the first electrodes; assembling a second collector comprising second conductive tracks to the second face of the second cut piezoelectric layer, said assembly comprising electrically connecting the second conductive tracks to the second electrodes; each piezoelectric transducer element comprising one of the first piezoelectric sub-elements aligned with one of the second piezoelectric sub-elements, and
- the method further comprises forming an electrical connection between the first and second electrodes of the same piezoelectric transducer element, for example by electrically connecting the first and second metal tracks connected respectively to said first and second electrodes.
- the first and second piezoelectric layers are not cut over their entire thickness, so as to retain a thickness of piezoelectric material on at least one of the two faces of the ground plane.
- the steps of cutting the first and second piezoelectric layers further comprise secondary cuts of the first and second piezoelectric sub-elements so as to divide each piezoelectric transducer element into several parts sharing the same first and second electrodes, the secondary cuts being less deep than the cuts for forming the first and second piezoelectric sub-elements.
- the method further comprises assembling a first adaptation layer acoustic impedance to the first face of the first piezoelectric layer before the step of assembling the first collector, so that the first acoustic impedance matching layer is found in the matrix between the first piezoelectric layer and the first collector, the cutting of the first piezoelectric layer including the cutting of said first acoustic impedance matching layer throughout its thickness.
- the method further comprises a step of curving the matrix after the steps of cutting the first and second piezoelectric layers, and for example after the steps of assembling the first and second collectors.
- Figure 1A is a very schematic perspective view of an example of a matrix of piezoelectric transducer elements of a matrix ultrasonic probe
- Figure 1B is an exploded perspective view showing details of an array of piezoelectric transducer elements similar to the array of Figure 1A;
- Figure 2A is a very schematic perspective view of a matrix of piezoelectric transducer elements of an ultrasonic probe according to one embodiment
- Figure 2B is a perspective view showing details of collectors of an array of piezoelectric transducer elements similar to the array of Figure 2A;
- Figure 3A, Figure 3B, Figure 3C and Figure 3D are perspective and side views illustrating successive steps of an exemplary method of manufacturing an array of piezoelectric transducer elements of an ultrasonic probe according to one embodiment;
- Figure 4 is a very schematic perspective view of an ultrasonic probe according to one embodiment.
- this plane when referring to a plane or a principal plane, this plane may be curved.
- a principal plane may be referred to as a principal surface.
- an electrical collector which corresponds to a set of conductive tracks insulated from each other in the collector and arranged on an insulating substrate, for example flexible, for example made of a polyimide material.
- Each conductive track is generally terminated at one of its ends by a metal surface intended to be in contact with an electrode of a transducer element, and at its other end by a metal surface making it possible to connect the conductive track to the rest of the ultrasonic probe.
- the following description relates to ultrasonic probes with an array of piezoelectric transducer elements.
- the piezoelectric transducer elements may be made from a layer of piezoelectric material, or piezoelectric layer, which layer is then divided into several piezoelectric elements.
- the thicker the piezoelectric layer must be.
- the thickness may be about 6 mm for 400 MHz.
- the thicker the piezoelectric layer the greater the electrical capacity of the piezoelectric transducer elements of the array is small.
- the surface area of each piezoelectric transducer element of the array may be small, further reducing the electrical capacitance.
- one solution is to superimpose two layers of piezoelectric material, each layer being between two electrodes, one of which can be connected to ground, the other generally being for a signal.
- This solution aims to reduce the imaginary part of the electrical impedance of the probe.
- the polarizations of the two piezoelectric layers are generally normal to the main surfaces of these piezoelectric layers and either in opposite directions or in the same direction.
- the thickness of the piezoelectric material of each layer is then divided by two, and the capacity of the stack can be multiplied by four for the same total thickness.
- the imaginary part of the electrical impedance can thus be divided by four.
- Figure 1A is a highly schematic perspective view of an exemplary array 100 of piezoelectric transducer elements of an array ultrasound probe.
- Figure 1B is an exploded perspective view showing details of an array of piezoelectric transducer elements similar to the array 100 of Figure 1A.
- the matrix 100 comprises two piezoelectric layers superimposed on each other: a first layer piezoelectric 110 surmounted by a second piezoelectric layer 120.
- the upper and lower faces of the first piezoelectric layer 110 are metallized, that is to say that the first piezoelectric layer 110 comprises a core of piezoelectric material 111 covered on the upper and lower faces by a metal layer: a first metal layer 112 on the upper face and a second metal layer 113 on the lower face.
- the first metal layer 112 is structured, that is to say divided in the direction of its thickness, or transverse direction, using several first notches 114 (kerfs), to form several first electrodes 115 separated from each other by these first notches, thus forming several first piezoelectric transducer sub-elements.
- the first notches 114 therefore correspond to portions of the first piezoelectric layer 110 in which the upper metallization is removed.
- the second metal layer 113 unstructured, forms a first common ground electrode.
- the upper and lower faces of the second piezoelectric layer 120 are metallized, that is to say that the second piezoelectric layer 120 comprises a core of piezoelectric material 121 covered on the upper and lower faces by a metallic layer: a first metallic layer 122 on the lower face and a second metallic layer 123 on the upper face.
- the first metallic layer 122 is structured, that is to say divided in the direction of its thickness, using several second notches 124 (kerfs), to form several second electrodes 125 separated from each other by these second notches, thus forming several second piezoelectric transducer sub-elements.
- the second notches 124 therefore correspond to portions of the second piezoelectric layer 120 in which the lower metallization is removed.
- the second metal layer 123 unstructured, forms a second common ground electrode.
- the first notches 114 are arranged opposite the second notches 124.
- the first electrodes 115 are arranged opposite the second electrodes 125.
- each notch 114, 124 is greater than or equal to the thickness of the metallization of the first metal layer 112, 122, and may extend into the piezoelectric layer, or even into the entire thickness of the piezoelectric layer, or even pass through the second metal layer 113, 123, thus forming several ground electrodes, in which case, it is generally ensured that these ground electrodes can again be electrically connected.
- a collector 130 is disposed between the first and second metallized piezoelectric layers.
- the collector 130 may comprise an insulating substrate, typically flexible (flex).
- the collector 130 comprises:
- an insulating substrate 131 for example flexible, for example made of a polyimide material
- first metal tracks 132 on a lower face 131A (first face) of the insulating substrate, each first metal track 132 ending with a first metal pad 133, or contact pad;
- each second metal track 134 terminating in a second metal pad 135, or contact pad.
- the second metal tracks 134 are arranged opposite the first metal tracks 132.
- the second metal pads 135 are arranged opposite the first metal pads 133.
- the collector 130 can be locally metallized on each of its first and second faces.
- Each first electrode 115 of the first piezoelectric layer 110 is electrically connected to a first metal pad 133 of the collector, and each second electrode 125 of the second piezoelectric layer 120 is electrically connected to a second metal pad 135 of the collector 130.
- the matrix 100 comprises one or more acoustic impedance matching layers 102, preferably on a first face 100A (front face) of the matrix intended to be oriented on the side of the region of interest.
- the acoustic impedance matching layer 102 can thus be at least partially in contact with the first piezoelectric layer 110.
- a disadvantage of the implementation of the matrix 100 of FIGS. 1A and 1B is that the metal tracks 132, 134 and/or the metal pads 133, 135 of the collector 130 can short-circuit the piezoelectric transducer elements 101.
- the first and second electrodes 115, 125, and the first and second metal pads 133, 135 are well aligned, forming piezoelectric transducer elements 101 insulated from each other, and the metal tracks 132, 134 of the collector 130 are not covered by the metallized piezoelectric layers 110, 120, which corresponds to an ideal configuration.
- the matrix of piezoelectric transducer elements is made up of piezoelectric elements in two directions, for example made up of several rows and columns of piezoelectric elements
- short circuits can occur.
- the collector tracks which connect the piezoelectric elements located most in the center of the matrix can come into contact with the electrodes of the piezoelectric elements located at the periphery of the matrix.
- This disadvantage can be avoided, for example by covering with an insulating layer, for example made of the same material as the insulating substrate of the collector, the outer faces of the tracks, that is to say the faces which are not in contact with the insulating substrate of the collector, without however covering the metal pads of the collector to maintain electrical contact with the electrodes of the piezoelectric elements.
- the performance of the piezoelectric transducer is degraded when the thickness of the layers located between the piezoelectric layers is increased, since the acoustic impedance of these insulating layers is significantly different from that of the piezoelectric layers.
- This other drawback can be avoided, for example, by extending the collector tracks so that they extend only opposite the notches 114, 124, or kerfs, of the piezoelectric layers 110, 120.
- the collector 130 cannot extend from the lateral faces of the piezoelectric layers 110, 120 which are covered by the conductive ground sheet 103, which means that no visual markers can be provided on the collector to guarantee alignment in the direction formed by the plane of the pads 133, 135 and the plane of the conductive sheet 103.
- the inventors propose a matrix ultrasonic probe, which makes it possible to overcome all or part of the drawbacks described above, in particular to respond to the problem of individual electrical connection of the piezoelectric transducer elements, and this, preferably with a simple solution to implement, for example a solution which makes it possible to avoid alignment problems and/or which makes it possible to avoid short circuits between piezoelectric translator elements.
- Embodiments presented also make it possible to have a matrix ultrasound probe which is curved.
- Embodiments of matrix ultrasonic probes will be described below. The embodiments described are non-limiting and various variants will become apparent to those skilled in the art from the indications of the present description.
- Figure 2A is a highly schematic perspective view of an array 200 of piezoelectric transducer elements of an ultrasonic probe according to one embodiment.
- Figure 2B is a perspective view showing details of collectors of an array of piezoelectric transducer elements similar to the array 200 of Figure 2A.
- the array 200 comprises two piezoelectric layers, a first piezoelectric layer 210 and a second piezoelectric layer 220, stacked one above the other.
- the first and second piezoelectric layers extend along a main plane, which may be curved.
- the material of the piezoelectric layers may be, for example, a ceramic, a composite ceramic, or a crystal.
- the material of the piezoelectric layers may be, for example, PZT (Lead Zirconate Titanate), a lead-free piezoelectric material, such as BaTiOs (Barium Titanate) or KNN (Potassium Sodium Niobate).
- each piezoelectric layer may be between 0.5 and 10 mm, for example equal to approximately 1.8 mm.
- the lower and upper faces of the piezoelectric layers may be metallized, for example by chemical deposition process, by spraying one or more layers, for example of gold, silver or nickel.
- a ground recovery plane 203 is positioned between the two piezoelectric layers.
- the plane ground can be a conductive layer, for example a conductive plate.
- the ground plane 203 extends laterally at one of its ends beyond the stack of piezoelectric layers by a connection tab 204 adapted to the electrical connection of this ground plane to the outside of the stack of piezoelectric layers.
- the thickness of the ground plane 203 may be between 10 and 500 pm, for example equal to approximately 100 pm.
- the material of the ground plane 203 is for example copper, aluminum or brass.
- the acoustic impedance of the material of the ground plane 203 is close to that of the piezoelectric layers 210, 220, thus facilitating the propagation of the ultrasonic wave within the ultrasonic probe, in comparison with the example of the ultrasonic probe of FIGS. 1A and 1B.
- the two piezoelectric layers 210, 220 are structured, that is to say divided into several piezoelectric transducer elements 201, this division being carried out in the direction transverse to the main plane of these piezoelectric layers.
- each piezoelectric layer is cut over all, or almost all, of its thickness, on either side of the ground plane 203.
- the first piezoelectric layer 210 is divided, for example cut, into several first piezoelectric sub-elements 211 and the second piezoelectric layer 220 is divided, for example cut, into several second piezoelectric sub-elements 221, without the ground plane 203 being cut.
- the ground plane 203 is common to all the transducer elements. piezoelectric 201.
- the first and second piezoelectric sub-elements are aligned with each other in the transverse direction, that is to say that each first piezoelectric sub-element 211 is superimposed on a second piezoelectric sub-element 221, with a portion of the ground plane 203 between these two piezoelectric sub-elements, and this, without or with little overhang.
- a piezoelectric transducer element 201 is formed by aligning in the transverse direction a first piezoelectric sub-element 211 and a second piezoelectric sub-element 221, with a portion of the ground plane 203 between the two aligned piezoelectric sub-elements.
- a piezoelectric transducer element 201 includes a first piezoelectric sub-element 211 and a second piezoelectric sub-element 221 aligned with the first piezoelectric sub-element, as well as a portion of the ground plane 203 between the two aligned piezoelectric sub-elements.
- This method of cutting the piezoelectric layers 210, 220 on either side of the ground plane 203 makes it possible to achieve good alignment of the two structured piezoelectric layers, i.e. good alignment of the first piezoelectric sub-elements 211 cut from the first piezoelectric layer 210 with the second piezoelectric sub-elements 221 cut from the second piezoelectric layer 220.
- each piezoelectric layer 210, 220 is metallized, in a similar manner to the piezoelectric layers 110, 120 of FIGS. 1A and 1B, except that that the first metal layers are on the outside, and thus the first and second electrodes come into contact with respectively the first and second metal pads 234, 244 of the first and second collectors 230, 240 described later, and that the second metal layers, and thus the common ground electrodes, are on the inside, in contact with the ground plane 203.
- the upper 210B and lower 210A faces of the first piezoelectric layer 210 are metallized, that is to say each covered by a metal layer:
- this first metal layer being structured, that is to say divided in the direction of its thickness, or transverse direction, using several first notches (kerfs) 214 to form several first electrodes 215 separated from each other by these first notches; and
- the upper and lower faces of the second piezoelectric layer 220 are metallized, that is to say each covered by a metal layer:
- this first metal layer being structured, that is to say divided in the direction of its thickness, using several second notches (kerfs) 224, to form several second electrodes 225 separated from each other by these second notches; and
- the ground plane 203 is between the second face 210B of the first piezoelectric layer 210 and the first face 221A of the second piezoelectric layer 220, and is in contact with the first and second common ground electrodes 213, 223.
- this cutting method makes it easier to deform the ultrasonic probe, for example to obtain a curved shape.
- This cutting method is even more advantageous for bending the stack of piezoelectric layers when the stack also comprises an acoustic impedance matching layer, for example made of graphite, as described later. Indeed, the thickness of the piezoelectric stack, combined with that of the graphite, can make deformation impossible without breaking the materials.
- the widths of the cutouts can be adjusted so that, during deformation, the first piezoelectric sub-elements, respectively the second piezoelectric sub-elements, do not touch each other and are not short-circuited.
- the first and second piezoelectric layers 210, 220 are not necessarily cut across their thickness, i.e. a small thickness e1, e2 of piezoelectric material can be maintained on the two faces of the ground plane 203, between two piezoelectric transducer elements 201, forming a heel of piezoelectric material of thickness e1 or e2 on either side of the ground plane 203.
- This heel of thickness el or e2 makes it possible to avoid cutting the ground plane 203 when cutting the first and second piezoelectric layers 210, 220.
- the thickness el, e2 of each heel is at least equal to the tolerances of the cutting method. This tolerance depends on factors such as the cutting depth, the cutting width, and the dimensions of the transducer elements. This tolerance is for example less than 50 pm, or even less than 10 pm.
- This heel also makes it possible to guarantee an absence of flaking (loss of adhesion) between the ground plane 203 and the piezoelectric material of the first and second piezoelectric layers 210, 220.
- a heel thickness e1, e2 for example less than 10 ⁇ m, or even less than 1 ⁇ m, is suitable.
- Each heel can also contribute, with the ground plane 203, to maintaining the rigidity of the assembly during the manufacturing steps of the matrix of transducer elements which follow the cutting of the first and second piezoelectric layers 210, 220.
- the thickness e1, e2 of the heel is calculated in such a way that the Young's modulus resulting from the stacking of the two heels of piezoelectric material and the ground plane 203 makes it possible to guarantee a vertical deformation of the matrix 200 of transducer elements for example less than 10%, or less than 5% of the total thickness of this matrix.
- each piezoelectric layer 210, 220 may be defined so as to guarantee rigidity of the assembly before deformation and/or allow deformation without breaking of the piezoelectric layers, even when these piezoelectric layers exceed a limit thickness beyond which they can break, depending on the target radius of curvature, then maintain this deformation.
- the thickness of this heel may thus be defined as a function of this limit thickness, for example being less than or equal to this limit thickness, while being greater than a value sufficient to ensure rigidity before and after deformation.
- the thickness e1 and/or e2 is for example between 5 and 100 ⁇ m.
- the first and second piezoelectric layers may be cut over their entire thickness, down to the ground plane.
- the ground plane 203 can form a mechanical support for the two piezoelectric layers 210, 220 once structured.
- the ground plane 203 can be adapted to follow the curvature given to the two piezoelectric layers 210, 220 structured into piezoelectric transducer elements 201.
- the ground plane 203 can form a neutral fiber between the two piezoelectric layers 210, 220.
- the ground plane 203 can also improve the heat dissipation of the piezoelectric transducer elements 201.
- the ground plane can be used as an efficient heat sink, because it is placed directly on a maximized exchange surface with the two piezoelectric layers 210, 220, and within the source of the heating.
- a first collector 230 is positioned on the lower face (first face) 210A of the first piezoelectric layer 210, at a first face 200A of the matrix 200, corresponding for example to the front face of the probe, which is the face intended to be oriented on the side of the region of interest.
- This first face 210A of the first piezoelectric layer 210 is opposite the second face 210B of the first piezoelectric layer in contact with the ground plane 203.
- a second collector 220 is positioned on the upper face (second face) 220B of the second piezoelectric layer 220, at a second face 200B of the matrix 200, corresponding for example to the rear face of the probe, which is the face opposite the front face 200A of the probe.
- This second face 220B of the second piezoelectric layer 220 is opposite the first face 220A of the second piezoelectric layer in contact with the ground plane 203.
- the first collector 230 comprises:
- first insulating substrate 231 for example flexible, for example made of a polyimide material, having a lower face 231A (first face) and an upper face 231B (second face);
- the second collector 240 comprises:
- a second insulating substrate 241 for example flexible, for example made of a polyimide material, having a lower face 241A (first face) and an upper face 241B (second face);
- each second metal track 242 being intended to connect the piezoelectric transducer elements 201 of the matrix 200 to the rest of the probe and ending with a second metal pad 243, each second metal pad 243 being connected to a second contact pad 244 on the lower face 241A of the second insulating substrate 241 by a via 245 passing through the second insulating substrate 241.
- the second contact pads 244 are arranged opposite the first contact pads 234.
- the second metal pads 243 are arranged opposite the first metal pads 233.
- the first electrode 215 of each first piezoelectric element 211 is connected to a first contact pad 234 of the first collector 230, for example through or via a first acoustic impedance matching layer 202 when it is present between the first piezoelectric layer 210 and the first collector 230 (described later).
- the second electrode 225 of each second piezoelectric element 221 is connected to a second contact pad 244 of the second collector 240.
- the first contact pads 234, the second contact pads 244, the first electrodes 215 and the second electrodes 225 are aligned, an assembly formed by the alignment of a first contact pad 234, a second contact pad 244, a first electrode 215 and of a second electrode 225 forming, with portions of the ground plane 203 and the first and second common ground electrodes 213, 223, the piezoelectric transducer element 201.
- each piezoelectric transducer element 201 of the matrix network 200 comprises a first electrode 215 connected to a first track 232 of the first collector 230 and a second electrode 225 connected to a second track 242 of the second collector 240, and comprises a common ground electrode 213, 223 connected to the ground plane 203.
- the metal tracks 232, 242 of the collectors 230, 240 are adapted to electrically and individually connect the different piezoelectric transducer elements 201.
- Each transducer element 201 can therefore be controlled individually, unlike addressing by rows and columns.
- the first and second collectors are not necessarily identical.
- the collectors may be adapted to the curvature.
- the pitch between the tracks and pads of the collector closest to the center of the curvature may advantageously be less than the pitch between the tracks and pads of the collector furthest from the center of the curvature.
- each collector may be between 10 and 500 ⁇ m, for example between 10 and 100 ⁇ m, for example equal to approximately 20 ⁇ m.
- the first and second electrodes 215, 225 of the same piezoelectric transducer element 201 are preferably electrically connected, for example connected, to each other, via the collectors, preferably outside the stack of piezoelectric layers, the ground plane and the collectors, the two piezoelectric sub-elements 211, 221 of the same piezoelectric transducer element then being driven at the same time.
- the first and second electrodes 215, 225 of the same piezoelectric transducer element 201 are connected to each other by means of a printed circuit board (PCB) assembled to the matrix 200, as illustrated and described later in relation to FIG. 4.
- the ground plane 203 can also be connected to ground by means of the printed circuit.
- the piezoelectric layers 210, 220 are oriented so that their respective polarizations are opposite, so that each piezoelectric layer expands or contracts in a similar manner when the same voltage is applied to the first and second electrodes 215, 225 of each same piezoelectric transducer element 201.
- the probe 200 comprises a first acoustic impedance matching layer 202, preferably on the front face 200A of the probe.
- the first acoustic impedance matching layer 202 is arranged between the first piezoelectric layer 210 and the first collector 230. This makes it possible to offset the electrical contact and thus avoid a break in acoustic impedance between the piezoelectric material of the first piezoelectric layer 210 and the first collector 230.
- the first matching layer 202 is preferably electrically conductive.
- the acoustic impedance of the first matching layer 202 is preferably between the acoustic impedance of the first collector 230 and that of the first piezoelectric layer 210, for example between approximately 3.10 6 Pa.s/m (Rayl) for a polyimide collector and approximately 30.10 6 Pa.s/m for a piezoelectric ceramic or approximately 20.10 6 Pa.s/m for a piezoelectric composite.
- the first impedance matching layer 202 may be a matching blade whose acoustic impedance decreases between the first piezoelectric layer 210 and the first collector 230, for example with several layers of different materials.
- the thickness of the first impedance matching layer 202 can be calculated for example to operate as a quarter-wave plate, a thickness for which the interferences promote the passage of the wave around the working frequency.
- the material of the first impedance matching layer 202 may be electrically conductive.
- the first adaptation layer 202 is made of graphite.
- the acoustic impedance of the first adaptation layer 202 is between 3.10 6 Pa.s/m and 6.10 6 Pa.s/m.
- the piezoelectric transducer elements 201 may each comprise a portion of the first acoustic impedance matching layer 202.
- the first impedance matching layer 202 may be cut at the same time as the first piezoelectric layer 210 when forming the first piezoelectric sub-elements 211.
- the probe may comprise a second acoustic impedance matching layer arranged such that the first collector is located between the first piezoelectric layer, or the first acoustic impedance matching layer, and the second acoustic impedance matching layer.
- the acoustic impedance of the second acoustic impedance matching layer is then preferably between the acoustic impedance of the first collector and that of the medium in which the probe is intended to be installed, for example between about 3.10 6 Pa.s/m (Rayl) for a polyimide collector and about 1.5.10 6 Pa.s/m for water.
- the material of the second impedance matching layer is preferably electrically non-conductive.
- This material may be, for example, a polymer, for example epoxy, for example a charged polymer.
- each acoustic impedance matching layer is for example equal to a quarter of the central wavelength of the acoustic wave.
- the thickness of each acoustic impedance matching layer may be between 1 and 5 mm, for example equal to approximately 2 mm.
- Each piezoelectric transducer element 201 may also be divided, for example cut, into several parts sharing the same first and second electrodes, for example into four parts, as illustrated in FIG. 3D described later. This may make it possible to reduce the impact of possible lateral modes due to the geometry of the piezoelectric transducer elements.
- Figure 3A, Figure 3B, Figure 3C and Figure 3D are perspective and side views illustrating successive steps of an exemplary method of manufacturing an ultrasonic probe according to one embodiment.
- the exemplary method is described with reference to the ultrasonic probe 200 of Figures 2A and 2B, but may be adapted to make any other ultrasonic probe according to one embodiment.
- Figure 3A illustrates a structure obtained at the end of the stacking, from top to bottom: of the second piezoelectric layer 220, of the ground plane 203, of the first piezoelectric layer 210, and of the first acoustic impedance matching layer 202.
- the ground plane 203 extends beyond the stack of piezoelectric layers by connection tabs 204 adapted to electrically connect the ground plane 203 to ground outside the stack of piezoelectric layers.
- connection tabs 204 have been shown in Figures 3A to 3C, but this is not limiting and there may be fewer, or more.
- Figure 3B illustrates a structure obtained after making cutouts 301 in the thickness of the second piezoelectric layer 220 to form the sub-second piezoelectric elements 221.
- the cutouts 301 stop at least before the ground plane 203, which is not cut.
- a thickness e2 of the second piezoelectric layer 220 can be maintained, as described in relation to Figure 2A.
- the cutouts extend along two orthogonal directions of the main plane.
- the second piezoelectric sub-elements 221 form, for example, squares in top view, but other shapes are conceivable.
- Figure 3C illustrates a structure obtained after turning over the structure of Figure 3B and making cuts 302 of the first piezoelectric layer 210 and the first impedance matching layer 202 into the first piezoelectric sub-elements 211 by aligning with the second piezoelectric sub-elements 221.
- the cuts 302 stop at least before the ground plane 203, which is not cut.
- a thickness el of the first piezoelectric layer 210 can be maintained, as described in relation to Figure 2A.
- the cuts are made along two orthogonal directions of the main plane.
- the first piezoelectric sub-elements 211 form, for example, squares in top view, but other shapes are conceivable.
- the two piezoelectric layers 210, 220 are not necessarily cut across their thickness, that is to say that a small thickness e1, e2, as shown in FIG. 2A, of piezoelectric material can be maintained on each of the two faces of the ground plane 203, between two adjacent piezoelectric elements, so as to maintain a heel of piezoelectric material, for example of one or several hundred microns, on either side of the ground plane 203.
- a small thickness e1, e2 as shown in FIG. 2A of piezoelectric material can be maintained on each of the two faces of the ground plane 203, between two adjacent piezoelectric elements, so as to maintain a heel of piezoelectric material, for example of one or several hundred microns, on either side of the ground plane 203.
- this makes it possible to stiffen the stack and makes it possible, in the case of a curved probe, to promote deformation without rupture, to maintain the radius obtained after the deformation (curvature) described below.
- Figure 3D illustrates a structure obtained after curving the structure of Figure 3C.
- the curvature can be obtained by heating to deform the piezoelectric material, for example at approximately 80°C.
- the shape of the curvature can be for example cylindrical, for example spherical, for example parabolic and more generally according to a variable shape in each direction of the matrix.
- FIG. 3D shows that secondary cutouts 303 have been made, before curvature, to divide each piezoelectric transducer element 201 into several parts, for example four parts.
- the secondary cutouts are preferably less deep than the cutouts for forming the piezoelectric transducer elements. These secondary cutouts are optional, but can be advantageous, in particular to reduce the impact of possible lateral modes due to the geometry of the elements.
- the first collector 230 is assembled on the first acoustic impedance matching layer 202 of the side of the front face 200A of the matrix 200, and the second collector 240 is assembled on the second piezoelectric layer 220 on the side of the rear face 200B of the matrix 200.
- the first contact pads of the first collector 230 are then electrically connected to the first electrodes, respectively to the second electrodes.
- the first and second electrodes of the same piezoelectric transducer element 201 can be connected to each other via the first and second collectors.
- a matrix according to this embodiment advantageously facilitates a visual alignment of the collectors with the piezoelectric layers.
- a second acoustic impedance matching layer 311 can be added to the first collector 230 on the side of the front face 200A of the matrix 200, and an acoustic attenuation layer 312, which can be known by the English term "backing", on the second collector 240 on the side of the rear face 200B of the matrix 200.
- the second impedance matching layer 311 is preferably electrically non-conductive to avoid short-circuiting the tracks of the first collector 230 which are opposite each other. Otherwise, an insulating layer is interposed between the first collector 230 and the second acoustic impedance matching layer 311.
- FIG 4 is a very schematic perspective view of an ultrasonic probe 400 according to one embodiment.
- the ultrasonic probe 400 comprises an array of transducer elements, which may be the array 200 of Figure 2, or of Figure 3.
- the ultrasonic probe 400 further comprises a second acoustic impedance matching layer 311 on the first collector 230 on the side of the front face 200A of the matrix 200, an acoustic attenuation layer 312, or backing, on the second collector 240 on the side of the rear face 200B of the matrix, a shaper 413 on the acoustic attenuation layer 312, and a printed circuit 414, or PCB, on the shaper 413.
- the ground plane 203 can be connected to ground by means of the printed circuit 414 via the connection tabs 204.
- the first and second electrodes of the same piezoelectric transducer element can also be connected to each other by means of the printed circuit 414.
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Abstract
Description
DESCRIPTION DESCRIPTION
TITRE : Sonde ultrasonore à matrice d'éléments transducteursTITLE: Ultrasonic probe with transducer element array
La présente demande est basée sur, et revendique la priorité de , la demande de brevet français 2310965 déposée le 12 octobre 2023 et ayant pour titre "Sonde ultrasonore à matrice d' éléments transducteurs , qui est considérée comme faisant partie intégrante de la présente description dans les limites prévues par la loi . The present application is based on, and claims priority from, French patent application 2310965 filed on October 12, 2023 and entitled "Ultrasonic probe with matrix of transducer elements", which is considered to be an integral part of the present description within the limits provided by law.
Domaine technique Technical field
[ 0001 ] La présente description concerne de façon générale les sondes ultrasonores à matrice d' éléments transducteurs , pouvant être désignées " sondes ultrasonores matricielles" , et en particulier les sondes ultrasonores matricielles basse- fréquence , c' est-à-dire adaptées à fonctionner à des fréquences typiquement inférieures à 2 MHz . La présente description concerne notamment des sondes ultrasonores matricielles courbes . [0001] The present description relates generally to ultrasonic probes with a matrix of transducer elements, which may be designated "matrix ultrasonic probes", and in particular to low-frequency matrix ultrasonic probes, i.e. adapted to operate at frequencies typically lower than 2 MHz. The present description relates in particular to curved matrix ultrasonic probes.
Technique antérieure Prior art
[ 0002 ] Les sondes ultrasonores matricielles comportent généralement une pluralité d' éléments transducteurs disposés les uns à côté des autres selon un réseau matriciel . [0002] Matrix ultrasonic probes generally comprise a plurality of transducer elements arranged next to each other in a matrix array.
[ 0003 ] Les éléments transducteurs du réseau matriciel sont de préférence adressés individuellement , contrairement à un adressage par lignes et par colonnes . [0003] The transducer elements of the matrix network are preferably addressed individually, as opposed to row and column addressing.
[ 0004 ] Lorsque les éléments transducteurs sont des éléments transducteurs piézoélectriques , chaque élément transducteur comprend typiquement une couche de matériau piézoélectrique , ou couche piézoélectrique , et des électrodes avant et arrière adaptées à appliquer à l ' élément transducteur un signal électrique d' excitation et/ou à récupérer de l ' élément transducteur un signal pour être trans formé en signal électrique. Une des électrodes avant et arrière peut être connectée à la masse, et l'autre peut être dédiée au signal. [0004] When the transducer elements are piezoelectric transducer elements, each transducer element typically comprises a layer of piezoelectric material, or piezoelectric layer, and front and rear electrodes adapted to apply an electrical excitation signal to the transducer element and/or to recover a signal from the transducer element to be transformed into a signal. electrical. One of the front and rear electrodes can be connected to ground, and the other can be dedicated to the signal.
[0005] Les sondes ultrasonores matricielles peuvent être utilisées pour de l'imagerie 2D, voire 3D, notamment dans des applications d'imagerie médicale. [0005] Matrix ultrasound probes can be used for 2D or even 3D imaging, particularly in medical imaging applications.
[0006] Il existe un besoin d'une sonde ultrasonore à matrice d'éléments transducteurs piézoélectriques, qui soit adaptée à fonctionner à basse-fréquence, c'est-à-dire à des fréquences typiquement inférieures à 2 MHz, palliant au moins en partie certains des inconvénients des sondes ultrasonores matricielles connues. [0006] There is a need for an ultrasonic probe with a matrix of piezoelectric transducer elements, which is suitable for operating at low frequency, i.e. at frequencies typically lower than 2 MHz, at least partially overcoming some of the drawbacks of known matrix ultrasonic probes.
[0007] Il serait souhaitable de disposer d'une telle sonde ultrasonore matricielle qui puisse en outre être courbe.[0007] It would be desirable to have such a matrix ultrasonic probe which can also be curved.
Résumé de l'invention Summary of the invention
[0008] Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des sondes ultrasonores matricielles connues. [0008] One embodiment overcomes all or part of the drawbacks of known matrix ultrasonic probes.
[0009] Un mode de réalisation prévoit une sonde ultrasonore comprenant une matrice d'éléments transducteurs piézoélectriques, ladite matrice comprenant : [0009] One embodiment provides an ultrasonic probe comprising an array of piezoelectric transducer elements, said array comprising:
- une première couche piézoélectrique divisée en une pluralité de premiers sous-éléments piézoélectriques comprenant chacun une première électrode à une première face de ladite première couche piézoélectrique, la première couche diélectrique comprenant en outre une première électrode de masse à une deuxième face opposée à la première face de ladite première couche piézoélectrique ; - a first piezoelectric layer divided into a plurality of first piezoelectric sub-elements each comprising a first electrode at a first face of said first piezoelectric layer, the first dielectric layer further comprising a first ground electrode at a second face opposite the first face of said first piezoelectric layer;
- une deuxième couche piézoélectrique empilée au-dessus de la première couche piézoélectrique, la deuxième couche diélectrique comprenant une deuxième électrode de masse à une première face de ladite deuxième couche piézoélectrique et étant divisée en une pluralité de deuxièmes sous-éléments piézoélectriques comprenant chacun une deuxième électrode à une deuxième face opposée à la première face de ladite deuxième couche piézoélectrique ; les première et deuxième couches piézoélectriques s ' étendant selon un plan principal , et les deuxièmes sous-éléments piézoélectriques étant alignés avec les premiers sous- éléments piézoélectriques dans une direction transversale audit plan principal ; - a second piezoelectric layer stacked above the first piezoelectric layer, the second dielectric layer comprising a second ground electrode at a first face of said second piezoelectric layer and being divided into a plurality of second piezoelectric sub-elements each comprising a second electrode at a second face opposite the first face of said second piezoelectric layer; the first and second piezoelectric layers extending along a main plane, and the second piezoelectric sub-elements being aligned with the first piezoelectric sub-elements in a direction transverse to said main plane;
- un plan de masse localisé entre , et en contact avec, la deuxième face de la première couche piézoélectrique et la première face de la deuxième couche piézoélectrique ; - a ground plane located between, and in contact with, the second face of the first piezoelectric layer and the first face of the second piezoelectric layer;
- un premier collecteur assemblé à la première face de la première couche piézoélectrique , et comprenant des premières pistes conductrices reliées aux premières électrodes ; - a first collector assembled to the first face of the first piezoelectric layer, and comprising first conductive tracks connected to the first electrodes;
- un deuxième collecteur assemblé à la deuxième face de la deuxième couche piézoélectrique , et comprenant des deuxièmes pistes conductrices reliées aux deuxièmes électrodes ; chaque élément transducteur piézoélectrique comprenant un des premiers sous-éléments piézoélectriques aligné avec un des deuxièmes sous-éléments piézoélectriques , et une portion du plan de masse entre lesdits premier et deuxième sous-éléments piézoélectriques alignés . - a second collector assembled to the second face of the second piezoelectric layer, and comprising second conductive tracks connected to the second electrodes; each piezoelectric transducer element comprising one of the first piezoelectric sub-elements aligned with one of the second piezoelectric sub-elements, and a portion of the ground plane between said first and second aligned piezoelectric sub-elements.
[ 0010 ] Selon un mode de réalisation, les première et deuxième électrodes d' un même élément transducteur piézoélectrique sont reliées électriquement entre elles , par exemple les première et deuxième pistes métalliques reliées respectivement auxdites première et deuxième électrodes sont reliées électriquement entre elles . [0010] According to one embodiment, the first and second electrodes of the same piezoelectric transducer element are electrically connected to each other, for example the first and second metal tracks connected respectively to said first and second electrodes are electrically connected to each other.
[ 0011 ] Selon un mode de réalisation, la première couche piézoélectrique et/ou la deuxième couche piézoélectrique :[ 0011 ] According to one embodiment, the first piezoelectric layer and/or the second piezoelectric layer:
- comprend un composite piézoélectrique ; et/ou - comprises a piezoelectric composite; and/or
- a une épaisseur comprise entre 0 , 5 et 10 mm . - has a thickness between 0.5 and 10 mm.
[ 0012 ] Selon un mode de réalisation, le plan de masse : [ 0012 ] According to one embodiment, the ground plane:
- est une couche métallique , par exemple une plaque métallique , par exemple en cuivre, en aluminium ou en laiton ; et/ou- is a metallic layer, for example a metal plate, for example copper, aluminum or brass; and/or
- se prolonge au-delà de l'empilement des première et deuxième couches piézoélectriques par une patte de connexion adaptée à relier électriquement le plan de masse à une masse à l'extérieur dudit empilement ; et/ou - extends beyond the stack of the first and second piezoelectric layers by a connection tab adapted to electrically connect the ground plane to a ground outside of said stack; and/or
- a une épaisseur comprise entre 10 et 500 pm. - has a thickness between 10 and 500 pm.
[0013] Selon un mode de réalisation, la matrice comprend : [0013] According to one embodiment, the matrix comprises:
- une première épaisseur de matériau piézoélectrique de la première couche piézoélectrique entre deux premiers sous- éléments piézoélectriques adjacents sur une première face du plan de masse, la première épaisseur étant inférieure à l'épaisseur de la première couche piézoélectrique ; et/ou- a first thickness of piezoelectric material of the first piezoelectric layer between two adjacent first piezoelectric sub-elements on a first face of the ground plane, the first thickness being less than the thickness of the first piezoelectric layer; and/or
- une deuxième épaisseur de matériau piézoélectrique de la deuxième couche piézoélectrique entre deux deuxièmes sous- éléments piézoélectriques adjacents sur une deuxième face du plan de masse opposée à la première face dudit plan de masse, la deuxième épaisseur étant inférieure à l'épaisseur de la deuxième couche piézoélectrique. - a second thickness of piezoelectric material of the second piezoelectric layer between two second adjacent piezoelectric sub-elements on a second face of the ground plane opposite the first face of said ground plane, the second thickness being less than the thickness of the second piezoelectric layer.
[0014] Selon un mode de réalisation, la matrice présente une forme courbe, le plan principal étant alors courbe. [0014] According to one embodiment, the matrix has a curved shape, the main plane then being curved.
[0015] Selon un mode de réalisation, la matrice comprend en outre une première couche d'adaptation d'impédance acoustique entre la première couche piézoélectrique et le premier collecteur, ladite première couche d'adaptation d'impédance acoustique étant structurée de sorte que chaque élément transducteur piézoélectrique comprend une portion de ladite première couche d'adaptation d'impédance acoustique entre la première électrode et le premier collecteur, la première couche d'adaptation d'impédance acoustique étant par exemple en graphite. [0015] According to one embodiment, the matrix further comprises a first acoustic impedance matching layer between the first piezoelectric layer and the first collector, said first acoustic impedance matching layer being structured such that each piezoelectric transducer element comprises a portion of said first acoustic impedance matching layer between the first electrode and the first collector, the first acoustic impedance matching layer being for example made of graphite.
[0016] Selon un mode de réalisation, la sonde comprend en outre une deuxième couche d'adaptation d'impédance acoustique, le premier collecteur étant entre la première couche piézoélectrique et ladite deuxième couche d ' adaptation d ' impédance acoustique , par exemple entre une première couche d ' adaptation d ' impédance acoustique et ladite deuxième couche d ' adaptation d ' impédance acoustique . [0016] According to one embodiment, the probe further comprises a second acoustic impedance matching layer, the first collector being between the first layer piezoelectric and said second acoustic impedance matching layer, for example between a first acoustic impedance matching layer and said second acoustic impedance matching layer.
[ 0017 ] Selon un mode de réalisation : [ 0017 ] According to one embodiment:
- le premier collecteur comprend un premier substrat isolant , par exemple un substrat isolant souple , les premières pistes métalliques étant localisées sur ou dans le premier substrat isolant , et étant reliées à des premiers plots de contact reliés ou connectés aux premières électrodes ; et/ou - the first collector comprises a first insulating substrate, for example a flexible insulating substrate, the first metal tracks being located on or in the first insulating substrate, and being connected to first contact pads connected or connected to the first electrodes; and/or
- le deuxième collecteur comprend un deuxième substrat isolant , par exemple un substrat isolant souple , les deuxièmes pistes métalliques étant localisées sur ou dans le deuxième substrat isolant , et étant reliées à des deuxièmes plots de contact reliés ou connectés aux deuxièmes électrodes . - the second collector comprises a second insulating substrate, for example a flexible insulating substrate, the second metal tracks being located on or in the second insulating substrate, and being connected to second contact pads connected or connected to the second electrodes.
[ 0018 ] Selon un mode de réalisation, les premiers et deuxièmes sous-éléments piézoélectriques de chaque élément transducteur piézoélectrique sont divisés en plusieurs parties , les parties du même élément transducteur piézoélectrique partageant les mêmes première et deuxième électrodes . [0018] According to one embodiment, the first and second piezoelectric sub-elements of each piezoelectric transducer element are divided into several parts, the parts of the same piezoelectric transducer element sharing the same first and second electrodes.
[ 0019 ] Selon un mode de réalisation, les premiers sous- éléments piézoélectriques et les sous-deuxièmes éléments piézoélectriques sont distribués dans deux directions orthogonales du plan principal . [0019] According to one embodiment, the first piezoelectric sub-elements and the sub-second piezoelectric elements are distributed in two orthogonal directions of the main plane.
[ 0020 ] Selon un mode de réalisation, la sonde ultrasonore comprend en outre une couche d' atténuation acoustique sur le deuxième collecteur, un conformateur sur la couche d' atténuation acoustique , et un circuit imprimé sur le conformateur, le plan de masse étant relié électriquement à une masse via le circuit imprimé , et les première et deuxième électrodes d' un même élément transducteur piézoélectrique étant par exemple également reliées électriquement entre elles au moyen du circuit imprimé . [0020] According to one embodiment, the ultrasonic probe further comprises an acoustic attenuation layer on the second collector, a shaper on the acoustic attenuation layer, and a printed circuit on the shaper, the ground plane being electrically connected to a ground via the printed circuit, and the first and second electrodes of a same piezoelectric transducer element being for example also electrically connected to each other by means of the printed circuit.
[ 0021 ] Un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d' une matrice d' éléments transducteurs piézoélectriques d' une sonde ultrasonore , le procédé comprenant : la formation d' un empilement d' une première couche piézoélectrique munie d' une première électrode de masse sur une deuxième face , d' un plan de masse sur la deuxième face de la première couche piézoélectrique , et d' une deuxième couche piézoélectrique munie d' une deuxième électrode de masse à une première face positionnée sur le plan de masse , les première et deuxième couches piézoélectriques s ' étendant selon un plan principal ; [0021] One embodiment provides a method of manufacturing an array of piezoelectric transducer elements of an ultrasonic probe, the method comprising: forming a stack of a first piezoelectric layer having a first ground electrode on a second face, a ground plane on the second face of the first piezoelectric layer, and a second piezoelectric layer having a second ground electrode at a first face positioned on the ground plane, the first and second piezoelectric layers extending along a principal plane;
- la découpe , dans toute ou partie de son épaisseur, de la première couche piézoélectrique en plusieurs premiers sous- éléments piézoélectriques comprenant chacun une première électrode à une première face de la première couche piézoélectrique opposée à la deuxième face de ladite première couche piézoélectrique ; - cutting, in all or part of its thickness, the first piezoelectric layer into several first piezoelectric sub-elements each comprising a first electrode on a first face of the first piezoelectric layer opposite the second face of said first piezoelectric layer;
- la découpe , dans toute ou partie de son épaisseur, de la deuxième couche piézoélectrique en plusieurs deuxièmes sous- éléments piézoélectriques comprenant chacun une deuxième électrode à une deuxième face de la deuxième couche piézoélectrique opposée à la première face de ladite deuxième couche piézoélectrique ; les deuxièmes sous-éléments piézoélectriques étant alignés avec les premiers sous-éléments piézoélectriques dans une direction transversale au plan principal ; les découpes des première et deuxième couches piézoélectriques s ' arrêtant au moins avant le plan de masse ; l ' assemblage d' un premier collecteur comprenant des premières pistes conductrices à la première face de la première couche piézoélectrique découpée , ledit assemblage comprenant la liaison électrique des premières pistes conductrices aux premières électrodes ; l ' assemblage d' un deuxième collecteur comprenant des deuxièmes pistes conductrices à la deuxième face de la deuxième couche piézoélectrique découpée , ledit assemblage comprenant la liaison électrique des deuxièmes pistes conductrices aux deuxièmes électrodes ; chaque élément transducteur piézoélectrique comprenant un des premiers sous-éléments piézoélectriques aligné avec un des deuxièmes sous-éléments piézoélectriques , et une portion du plan de masse entre lesdits premier et deuxième sous-éléments piézoélectriques alignés . - cutting, in all or part of its thickness, the second piezoelectric layer into several second piezoelectric sub-elements each comprising a second electrode on a second face of the second piezoelectric layer opposite the first face of said second piezoelectric layer; the second piezoelectric sub-elements being aligned with the first piezoelectric sub-elements in a direction transverse to the main plane; the cuts of the first and second piezoelectric layers stopping at least before the ground plane; the assembly of a first collector comprising first conductive tracks on the first face of the cut first piezoelectric layer, said assembly comprising electrically connecting the first conductive tracks to the first electrodes; assembling a second collector comprising second conductive tracks to the second face of the second cut piezoelectric layer, said assembly comprising electrically connecting the second conductive tracks to the second electrodes; each piezoelectric transducer element comprising one of the first piezoelectric sub-elements aligned with one of the second piezoelectric sub-elements, and a portion of the ground plane between said aligned first and second piezoelectric sub-elements.
[ 0022 ] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre la formation d' une liaison électrique entre les première et deuxième électrodes d' un même élément transducteur piézoélectrique , par exemple en reliant électriquement les première et deuxième pistes métalliques reliées respectivement auxdites première et deuxième électrodes . [0022] According to one embodiment, the method further comprises forming an electrical connection between the first and second electrodes of the same piezoelectric transducer element, for example by electrically connecting the first and second metal tracks connected respectively to said first and second electrodes.
[ 0023 ] Selon un mode de réalisation, les première et deuxième couches piézoélectriques ne sont pas découpées sur toute leur épaisseur, de manière à conserver une épaisseur de matériau piézoélectrique sur au moins une des deux faces du plan de masse . [0023] According to one embodiment, the first and second piezoelectric layers are not cut over their entire thickness, so as to retain a thickness of piezoelectric material on at least one of the two faces of the ground plane.
[ 0024 ] Selon un mode de réalisation, les étapes de découpe des première et deuxième couches piézoélectriques comprend en outre des découpes secondaires des premiers et deuxièmes sous- éléments piézoélectriques de manière à diviser chaque élément transducteur piézoélectrique en plusieurs parties partageant les mêmes première et deuxième électrodes , les découpes secondaires étant moins profondes que les découpes pour former les premiers et deuxièmes sous-éléments piézoélectriques . [0024] According to one embodiment, the steps of cutting the first and second piezoelectric layers further comprise secondary cuts of the first and second piezoelectric sub-elements so as to divide each piezoelectric transducer element into several parts sharing the same first and second electrodes, the secondary cuts being less deep than the cuts for forming the first and second piezoelectric sub-elements.
[ 0025 ] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre l ' assemblage d' une première couche d ' adaptation d'impédance acoustique à la première face de la première couche piézoélectrique avant l'étape d'assemblage du premier collecteur, de sorte que la première couche d'adaptation d'impédance acoustique se retrouve dans la matrice entre la première couche piézoélectrique et le premier collecteur, la découpe de la première couche piézoélectrique incluant la découpe de ladite première couche d'adaptation d'impédance acoustique dans toute son épaisseur. [0025] According to one embodiment, the method further comprises assembling a first adaptation layer acoustic impedance to the first face of the first piezoelectric layer before the step of assembling the first collector, so that the first acoustic impedance matching layer is found in the matrix between the first piezoelectric layer and the first collector, the cutting of the first piezoelectric layer including the cutting of said first acoustic impedance matching layer throughout its thickness.
[0026] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de courbure de la matrice après les étapes de découpe des première et deuxième couches piézoélectriques, et par exemple après les étapes d'assemblage des premier et deuxième collecteurs. [0026] According to one embodiment, the method further comprises a step of curving the matrix after the steps of cutting the first and second piezoelectric layers, and for example after the steps of assembling the first and second collectors.
Brève description des dessins Brief description of the drawings
[0027] Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : [0027] These characteristics and advantages, as well as others, will be explained in detail in the following description of particular embodiments given without limitation in relation to the attached figures among which:
[0028] la figure IA est une vue en perspective très schématique d'un exemple de matrice d'éléments transducteurs piézoélectriques d'une sonde ultrasonore matricielle ; [0028] Figure 1A is a very schematic perspective view of an example of a matrix of piezoelectric transducer elements of a matrix ultrasonic probe;
[0029] la figure IB est une vue éclatée en perspective montrant des détails d'une matrice d'éléments transducteurs piézoélectriques similaire à la matrice de la figure IA ; [0029] Figure 1B is an exploded perspective view showing details of an array of piezoelectric transducer elements similar to the array of Figure 1A;
[0030] la figure 2A est une vue en perspective très schématique d'une matrice d'éléments transducteurs piézoélectriques d'une sonde ultrasonore selon un mode de réalisation ; [0030] Figure 2A is a very schematic perspective view of a matrix of piezoelectric transducer elements of an ultrasonic probe according to one embodiment;
[0031] la figure 2B est une vue en perspective montrant des détails de collecteurs d'une matrice d'éléments transducteurs piézoélectriques similaire à la matrice de la figure 2A ; [ 0032 ] la figure 3A, la figure 3B, la figure 3C et la figure 3D sont des vues en perspective et de côté illustrant des étapes successives d' un exemple de méthode de fabrication d' une matrice d' éléments transducteurs piézoélectriques d' une sonde ultrasonore selon un mode de réalisation ; et [0031] Figure 2B is a perspective view showing details of collectors of an array of piezoelectric transducer elements similar to the array of Figure 2A; [0032] Figure 3A, Figure 3B, Figure 3C and Figure 3D are perspective and side views illustrating successive steps of an exemplary method of manufacturing an array of piezoelectric transducer elements of an ultrasonic probe according to one embodiment; and
[ 0033 ] la figure 4 est une vue en perspective très schématique d' une sonde ultrasonore selon un mode de réalisation . [0033] Figure 4 is a very schematic perspective view of an ultrasonic probe according to one embodiment.
Description des modes de réalisation Description of the embodiments
[ 0034 ] De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les di f férentes figures . En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux di f férents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles , dimensionnelles et matérielles identiques . [0034] The same elements have been designated by the same references in the different figures. In particular, the structural and/or functional elements common to the different embodiments may have the same references and may have identical structural, dimensional and material properties.
[ 0035 ] Par souci de clarté , seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés . En particulier, la réalisation des transducteurs piézoélectriques des sondes décrites n' a pas été détaillée , les modes de réalisation décrits étant compatibles avec toutes ou la plupart des structures connues de transducteurs piézoélectriques . En outre , la réalisation des circuits de commande des transducteurs piézoélectriques n' a pas été détaillée , les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les circuits de commande usuels de transducteurs piézoélectriques ou la réalisation des circuits de commande étant à la portée de la personne du métier à partir des indications de la présente description . [0035] For the sake of clarity, only the steps and elements useful for understanding the described embodiments have been shown and are detailed. In particular, the production of the piezoelectric transducers of the described probes has not been detailed, the described embodiments being compatible with all or most of the known structures of piezoelectric transducers. Furthermore, the production of the control circuits of the piezoelectric transducers has not been detailed, the described embodiments being compatible with the usual control circuits of piezoelectric transducers or the production of the control circuits being within the reach of the person skilled in the art from the indications of the present description.
[ 0036 ] Sauf précision contraire , lorsque l ' on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signi fie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments. [ 0036 ] Unless otherwise specified, when referring to two elements connected to each other, this means directly connected without intermediate elements other than conductors, and when we refer to two elements connected (in English "coupled") to each other, this means that these two elements can be connected or be connected by means of one or more other elements.
[0037] Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures. [0037] In the following description, when reference is made to absolute position qualifiers, such as the terms "front", "back", "top", "bottom", "left", "right", etc., or relative position qualifiers, such as the terms "above", "below", "upper", "lower", etc., or to orientation qualifiers, such as the terms "horizontal", "vertical", etc., reference is made unless otherwise specified to the orientation of the figures.
[0038] Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. [0038] Unless otherwise specified, the expressions "about", "approximately", "substantially", and "of the order of" mean to within 10%, preferably to within 5%.
[0039] Sauf précision contraire, lorsqu'il est fait référence à deux éléments assemblés l'un à l'autre, ceci inclut qu'un autre élément, ou une ou plusieurs couches, soient entre les deux éléments. [0039] Unless otherwise specified, when referring to two elements assembled together, this includes another element, or one or more layers, being between the two elements.
[0040] Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à un plan ou un plan principal, ce plan peut être courbe. Un plan principal peut être désigné par surface principale . [0040] In the following description, when referring to a plane or a principal plane, this plane may be curved. A principal plane may be referred to as a principal surface.
[0041] Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des éléments "alignés", ou "alignés dans la direction transversale", ceci signifie que ces éléments sont superposés l'un au-dessus de l'autre et que les bords des éléments superposés correspondent sensiblement, c'est-à-dire qu'il n'y a pas, ou peu, de débord entre les éléments superposés. Il peut aussi être indiqué que ces éléments sont en vis-à-vis. [0042] Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à une sonde, à une sonde ultrasonore ou à une sonde ultrasonore matricielle, il est fait référence sauf précision contraire à une sonore ultrasonore comprenant une matrice d'éléments transducteurs piézoélectriques. En outre, lorsque l'on fait référence à des éléments transducteurs, ou à des éléments piézoélectriques, ou encore à des transducteurs, il est fait référence sauf précision contraire à des éléments transducteurs piézoélectriques. [0041] In the following description, when reference is made to "aligned" or "aligned in the transverse direction" elements, this means that these elements are superimposed one on top of the other and that the edges of the superimposed elements correspond substantially, that is to say that there is little or no overhang between the superimposed elements. It may also be indicated that these elements are facing each other. [0042] In the following description, when reference is made to a probe, an ultrasonic probe or an ultrasonic matrix probe, reference is made, unless otherwise specified, to an ultrasonic probe comprising an array of piezoelectric transducer elements. Furthermore, when reference is made to transducer elements, or to piezoelectric elements, or to transducers, reference is made, unless otherwise specified, to piezoelectric transducer elements.
[0043] Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à un collecteur, il est fait référence sauf précision contraire à un collecteur électrique, qui correspond à un ensemble de pistes conductrices isolées les unes des autres dans le collecteur et disposées sur un substrat isolant, par exemple flexible, par exemple en un matériau polyimide. [0043] In the following description, when reference is made to a collector, unless otherwise specified, reference is made to an electrical collector, which corresponds to a set of conductive tracks insulated from each other in the collector and arranged on an insulating substrate, for example flexible, for example made of a polyimide material.
[0044] Chaque piste conductrice est généralement terminée à l'une de ses extrémités par une surface métallique destinée à être en contact avec une électrode d'un élément transducteur, et à son autre extrémité par une surface métallique permettant de relier la piste conductrice au reste de la sonde ultrasonore . [0044] Each conductive track is generally terminated at one of its ends by a metal surface intended to be in contact with an electrode of a transducer element, and at its other end by a metal surface making it possible to connect the conductive track to the rest of the ultrasonic probe.
[0045] La description qui suit concerne les sondes ultrasonores à matrice d'éléments transducteurs piézoélectriques. Les éléments transducteurs piézoélectriques peuvent être réalisés à partir d'une couche de matériau piézoélectrique, ou couche piézoélectrique, laquelle couche est ensuite divisée en plusieurs éléments piézoélectriques. [0045] The following description relates to ultrasonic probes with an array of piezoelectric transducer elements. The piezoelectric transducer elements may be made from a layer of piezoelectric material, or piezoelectric layer, which layer is then divided into several piezoelectric elements.
[0046] Plus la fréquence de fonctionnement d'une sonde ultrasonore matricielle est basse, plus la couche piézoélectrique doit être épaisse. Par exemple, l'épaisseur peut être d'environ 6 mm pour 400 MHz. Or, plus la couche piézoélectrique est épaisse, plus la capacité électrique des éléments transducteurs piézoélectriques de la matrice est faible. De plus, la surface de chaque élément transducteur piézoélectrique de la matrice peut être faible, ce qui réduit davantage la capacité électrique. [0046] The lower the operating frequency of an array ultrasonic probe, the thicker the piezoelectric layer must be. For example, the thickness may be about 6 mm for 400 MHz. However, the thicker the piezoelectric layer, the greater the electrical capacity of the piezoelectric transducer elements of the array is small. In addition, the surface area of each piezoelectric transducer element of the array may be small, further reducing the electrical capacitance.
[0047] Pour augmenter les performances acoustiques et électriques de la sonde, une solution est de superposer deux couches de matériau piézoélectrique, chaque couche étant entre deux électrodes dont une peut être reliée à la masse, l'autre étant généralement pour un signal. Cette solution vise à réduire la partie imaginaire de l'impédance électrique de la sonde. Selon la disposition des électrodes, les polarisations des deux couches piézoélectriques sont généralement normales aux surfaces principales de ces couches piézoélectriques et, soit de sens opposés, soit de même sens. [0047] To increase the acoustic and electrical performance of the probe, one solution is to superimpose two layers of piezoelectric material, each layer being between two electrodes, one of which can be connected to ground, the other generally being for a signal. This solution aims to reduce the imaginary part of the electrical impedance of the probe. Depending on the arrangement of the electrodes, the polarizations of the two piezoelectric layers are generally normal to the main surfaces of these piezoelectric layers and either in opposite directions or in the same direction.
[0048] Par exemple, on peut utiliser un empilement de deux couches piézoélectriques ayant chacune une épaisseur égale à la moitié de l'épaisseur d'une couche piézoélectrique unique, et étant chacune entre deux électrodes. Ceci forme deux capacités empilées l'une sur l'autre que l'on peut additionner On divise alors par deux l'épaisseur du matériau piézoélectrique de chaque couche, et on peut multiplier par quatre la capacité de l'empilement pour une même épaisseur totale. La partie imaginaire de l'impédance électrique peut ainsi être divisée par quatre. [0048] For example, one can use a stack of two piezoelectric layers each having a thickness equal to half the thickness of a single piezoelectric layer, and each being between two electrodes. This forms two capacitors stacked on top of each other which can be added. The thickness of the piezoelectric material of each layer is then divided by two, and the capacity of the stack can be multiplied by four for the same total thickness. The imaginary part of the electrical impedance can thus be divided by four.
[0049] La figure IA est une vue en perspective très schématique d'un exemple de matrice 100 d'éléments transducteurs piézoélectriques d'une sonde ultrasonore matricielle. La figure IB est une vue éclatée en perspective montrant des détails d'une matrice d'éléments transducteurs piézoélectriques similaire à la matrice 100 de la figure IA. [0049] Figure 1A is a highly schematic perspective view of an exemplary array 100 of piezoelectric transducer elements of an array ultrasound probe. Figure 1B is an exploded perspective view showing details of an array of piezoelectric transducer elements similar to the array 100 of Figure 1A.
[0050] La matrice 100 comprend deux couches piézoélectriques superposées l'une sur l'autre : une première couche piézoélectrique 110 surmontée par une deuxième couche piézoélectrique 120 . [0050] The matrix 100 comprises two piezoelectric layers superimposed on each other: a first layer piezoelectric 110 surmounted by a second piezoelectric layer 120.
[ 0051 ] Comme illustré plus en détails dans la figure IB, les faces supérieures et inférieures de la première couche piézoélectrique 110 sont métallisées , c' est-à-dire que la première couche piézoélectrique 110 comprend une âme en matériau piézoélectrique 111 couverte sur les faces supérieures et inférieures par une couche métallique : une première couche métallique 112 sur la face supérieure et une deuxième couche métallique 113 sur la face inférieure . La première couche métallique 112 est structurée , c' est-à-dire divisée dans la direction de son épaisseur, ou direction transversale , à l ' aide de plusieurs premières encoches 114 ( kerfs ) , pour former plusieurs premières électrodes 115 séparées entre elles par ces premières encoches , formant ainsi plusieurs premiers sous-éléments transducteurs piézoélectriques . Les premières encoches 114 correspondent donc à des portions de la première couche piézoélectrique 110 dans lesquelles la métallisation supérieure est supprimée . La deuxième couche métallique 113 , non structurée , forme une première électrode commune de masse . [0051] As illustrated in more detail in Figure 1B, the upper and lower faces of the first piezoelectric layer 110 are metallized, that is to say that the first piezoelectric layer 110 comprises a core of piezoelectric material 111 covered on the upper and lower faces by a metal layer: a first metal layer 112 on the upper face and a second metal layer 113 on the lower face. The first metal layer 112 is structured, that is to say divided in the direction of its thickness, or transverse direction, using several first notches 114 (kerfs), to form several first electrodes 115 separated from each other by these first notches, thus forming several first piezoelectric transducer sub-elements. The first notches 114 therefore correspond to portions of the first piezoelectric layer 110 in which the upper metallization is removed. The second metal layer 113, unstructured, forms a first common ground electrode.
[ 0052 ] Similairement , les faces supérieures et inférieures de la deuxième couche piézoélectrique 120 sont métallisées , c' est-à-dire que la deuxième couche piézoélectrique 120 comprend une âme en matériau piézoélectrique 121 couverte sur les faces supérieures et inférieures par une couche métallique : une première couche métallique 122 sur la face inférieure et une deuxième couche métallique 123 sur la face supérieure . La première couche métallique 122 est structurée , c' est-à-dire divisée dans la direction de son épaisseur, à l ' aide de plusieurs deuxièmes encoches 124 ( kerfs ) , pour former plusieurs deuxièmes électrodes 125 séparées entre elles par ces deuxièmes encoches , formant ainsi plusieurs deuxièmes sous-éléments transducteurs piézoélectriques. Les deuxièmes encoches 124 correspondent donc à des portions de la deuxième couche piézoélectrique 120 dans lesquelles la métallisation inférieure est supprimée. La deuxième couche métallique 123, non structurée, forme une deuxième électrode commune de masse. [0052] Similarly, the upper and lower faces of the second piezoelectric layer 120 are metallized, that is to say that the second piezoelectric layer 120 comprises a core of piezoelectric material 121 covered on the upper and lower faces by a metallic layer: a first metallic layer 122 on the lower face and a second metallic layer 123 on the upper face. The first metallic layer 122 is structured, that is to say divided in the direction of its thickness, using several second notches 124 (kerfs), to form several second electrodes 125 separated from each other by these second notches, thus forming several second piezoelectric transducer sub-elements. The second notches 124 therefore correspond to portions of the second piezoelectric layer 120 in which the lower metallization is removed. The second metal layer 123, unstructured, forms a second common ground electrode.
[0053] De préférence, les premières encoches 114 sont disposées en vis-à-vis des deuxièmes encoches 124. De préférence, les premières électrodes 115 sont disposées en vis-à-vis des deuxièmes électrodes 125. [0053] Preferably, the first notches 114 are arranged opposite the second notches 124. Preferably, the first electrodes 115 are arranged opposite the second electrodes 125.
[0054] La profondeur de chaque encoche 114, 124 est supérieure ou égale à l'épaisseur de la métallisation de la première couche métallique 112, 122, et peut s'étendre dans la couche piézoélectrique, voire dans toute l'épaisseur de la couche piézoélectrique, voire traverser la deuxième couche métallique 113, 123 formant ainsi plusieurs électrodes de masse, auquel cas, on s'assure généralement que ces électrodes de masse puissent à nouveau être reliées électriquement. [0054] The depth of each notch 114, 124 is greater than or equal to the thickness of the metallization of the first metal layer 112, 122, and may extend into the piezoelectric layer, or even into the entire thickness of the piezoelectric layer, or even pass through the second metal layer 113, 123, thus forming several ground electrodes, in which case, it is generally ensured that these ground electrodes can again be electrically connected.
[0055] Un collecteur 130 est disposé entre les première et deuxième couches piézoélectriques métallisées. Le collecteur 130 peut comprendre un substrat isolant, typiquement souple ( flex) . [0055] A collector 130 is disposed between the first and second metallized piezoelectric layers. The collector 130 may comprise an insulating substrate, typically flexible (flex).
[0056] Comme illustré plus en détails dans la figure IB, le collecteur 130 comprend : [0056] As illustrated in more detail in Figure 1B, the collector 130 comprises:
- un substrat isolant 131, par exemple flexible, par exemple en un matériau polyimide ; - an insulating substrate 131, for example flexible, for example made of a polyimide material;
- des premières pistes métalliques 132 sur une face inférieure 131A (première face) du substrat isolant, chaque première piste métallique 132 se terminant par un premier plot métallique 133, ou plot de contact ; - first metal tracks 132 on a lower face 131A (first face) of the insulating substrate, each first metal track 132 ending with a first metal pad 133, or contact pad;
- des deuxièmes pistes métalliques 134 sur une face supérieure 131B (deuxième face, opposée à la première face) du substrat isolant, chaque deuxième piste métallique 134 se terminant par un deuxième plot métallique 135, ou plot de contact. - second metal tracks 134 on an upper face 131B (second face, opposite the first face) of the substrate insulator, each second metal track 134 terminating in a second metal pad 135, or contact pad.
[0057] De préférence, les deuxièmes pistes métalliques 134 sont disposées en vis-à-vis des premières pistes métalliques 132. De préférence, les deuxièmes plots métalliques 135 sont disposés en vis-à-vis des premiers plots métalliques 133. [0057] Preferably, the second metal tracks 134 are arranged opposite the first metal tracks 132. Preferably, the second metal pads 135 are arranged opposite the first metal pads 133.
[0058] Pour former respectivement les premières et deuxièmes pistes et plots métalliques, le collecteur 130 peut être métallisé localement sur chacune de ses première et deuxième faces . [0058] To form the first and second metal tracks and pads respectively, the collector 130 can be locally metallized on each of its first and second faces.
[0059] Chaque première électrode 115 de la première couche piézoélectrique 110 est reliée électriquement à un premier plot métallique 133 du collecteur, et chaque deuxième électrode 125 de la deuxième couche piézoélectrique 120 est reliée électriquement à un deuxième plot métallique 135 du collecteur 130. [0059] Each first electrode 115 of the first piezoelectric layer 110 is electrically connected to a first metal pad 133 of the collector, and each second electrode 125 of the second piezoelectric layer 120 is electrically connected to a second metal pad 135 of the collector 130.
[0060] De préférence, les premiers plots métalliques 133, les deuxièmes plots métalliques 135, les premières électrodes 115 et les deuxièmes électrodes 125 sont alignés, un ensemble formé par l'alignement d'un premier plot métallique 133, d'un deuxième plot métallique 135, d'une première électrode 115 et d'une deuxième électrode 125 formant un élément transducteur piézoélectrique 101. Les premières et deuxièmes encoches 114, 124 permettent aussi de faciliter cet alignement. [0060] Preferably, the first metal pads 133, the second metal pads 135, the first electrodes 115 and the second electrodes 125 are aligned, an assembly formed by the alignment of a first metal pad 133, a second metal pad 135, a first electrode 115 and a second electrode 125 forming a piezoelectric transducer element 101. The first and second notches 114, 124 also make it possible to facilitate this alignment.
[0061] La surface des premiers plots métalliques 133, respectivement des deuxièmes plots métalliques 135, peut être inférieure à la surface des premières électrodes 125, respectivement des deuxièmes électrodes 115, notamment afin de compenser d'éventuelles erreurs d'alignement lors de l'opération d'empilement du collecteur 130 avec les deux couches piézoélectriques 110, 120. En effet, une erreur d'alignement trop importante peut conduire à ce qu'un premier plot métallique 133, respectivement un deuxième plot métallique 135, vienne court circuiter une première électrode 115 avec une autre première électrode adjacente, respectivement une deuxième électrode 125 avec une autre deuxième électrode adjacente. [0061] The surface area of the first metal pads 133, respectively of the second metal pads 135, may be less than the surface area of the first electrodes 125, respectively of the second electrodes 115, in particular in order to compensate for possible alignment errors during the operation of stacking the collector 130 with the two piezoelectric layers 110, 120. Indeed, too large an alignment error may lead to a first metal pad 133, respectively a second metal pad 135, short-circuits a first electrode 115 with another adjacent first electrode, respectively a second electrode 125 with another adjacent second electrode.
[0062] En outre, la matrice 100 comprend une, ou plusieurs, couche d'adaptation d'impédance acoustique 102, de préférence sur une première face 100A (face avant) de la matrice destinée à être orientée du côté de la région d'intérêt. La couche d'adaptation d'impédance acoustique 102 peut ainsi être au moins partiellement en contact avec la première couche piézoélectrique 110. [0062] Furthermore, the matrix 100 comprises one or more acoustic impedance matching layers 102, preferably on a first face 100A (front face) of the matrix intended to be oriented on the side of the region of interest. The acoustic impedance matching layer 102 can thus be at least partially in contact with the first piezoelectric layer 110.
[0063] Une bande, ou une feuille, conductrice 103, par exemple métallique, est prévue à chaque extrémité et sur l'extérieur des première et deuxième couches piézoélectriques métallisées 110, 120 pour la reprise de masse avec le reste de la sonde ultrasonore. Chaque bande conductrice 103 de reprise de masse est en contact avec les deuxièmes couches métalliques 113, 123 des première et deuxième couches piézoélectriques 110, 120, par exemple en étant repliée sur les deuxièmes couches métalliques 113, 123, et peut ainsi être positionnée entre la première couche piézoélectrique 110, par exemple la deuxième couche métallique 113 de la première couche piézoélectrique 110, et la couche d'adaptation d'impédance acoustique 102. [0063] A conductive strip, or sheet 103, for example metallic, is provided at each end and on the outside of the first and second metallized piezoelectric layers 110, 120 for grounding with the rest of the ultrasonic probe. Each conductive grounding strip 103 is in contact with the second metal layers 113, 123 of the first and second piezoelectric layers 110, 120, for example by being folded over the second metal layers 113, 123, and can thus be positioned between the first piezoelectric layer 110, for example the second metal layer 113 of the first piezoelectric layer 110, and the acoustic impedance matching layer 102.
[0064] Un inconvénient de la mise en œuvre de la matrice 100 des figures IA et IB est que les pistes métalliques 132, 134 et/ou les plots métalliques 133, 135 du collecteur 130 peuvent court-circuiter les éléments transducteurs piézoélectriques 101. Dans l'exemple des figures IA et IB, les premières et deuxièmes électrodes 115, 125, et les premiers et deuxièmes plots métalliques 133, 135 sont bien alignés, formant des éléments transducteurs piézoélectriques 101 isolés entre eux, et les pistes métalliques 132, 134 du collecteur 130 ne sont pas recouvertes par les couches piézoélectriques métallisées 110, 120, ce qui correspond à une configuration idéale. [0064] A disadvantage of the implementation of the matrix 100 of FIGS. 1A and 1B is that the metal tracks 132, 134 and/or the metal pads 133, 135 of the collector 130 can short-circuit the piezoelectric transducer elements 101. In the example of FIGS. 1A and 1B, the first and second electrodes 115, 125, and the first and second metal pads 133, 135 are well aligned, forming piezoelectric transducer elements 101 insulated from each other, and the metal tracks 132, 134 of the collector 130 are not covered by the metallized piezoelectric layers 110, 120, which corresponds to an ideal configuration.
[0065] Par contre, lorsque la matrice d'éléments transducteurs piézoélectriques est constituée d'éléments piézoélectriques dans deux directions, par exemple constituée de plusieurs lignes et colonnes d'éléments piézoélectriques, des courts-circuits peuvent se produire. Par exemple, les pistes du collecteur qui relient les éléments piézoélectriques situés le plus au centre de la matrice peuvent entrer en contact avec les électrodes des éléments piézoélectriques situés à la périphérie de la matrice. Cet inconvénient peut être évité, par exemple en recouvrant par une couche isolante, par exemple en le même matériau que le substrat isolant du collecteur, les faces extérieures des pistes, c'est-à-dire les faces qui ne sont pas en contact avec le substrat isolant du collecteur, sans toutefois recouvrir les plots métalliques du collecteur pour conserver le contact électrique avec les électrodes des éléments piézoélectriques. Cependant, les performances du transducteur piézoélectrique se trouve dégradées lorsqu'on augmente l'épaisseur des couches situées entre les couches piézoélectriques, dans la mesure où l'impédance acoustique de ces couches isolantes est sensiblement différente de celle des couches piézoélectriques. Cet autre inconvénient peut être évité, par exemple en prolongeant les pistes du collecteur de manière à ce qu'elles s'étendent uniquement en vis-à-vis des encoches 114, 124, ou kerfs, des couches piézoélectriques 110, 120. Cependant, dans le cas d'une matrice constituée d'un nombre important d'éléments transducteurs piézoélectriques, le passage de l'ensemble des pistes nécessite d'augmenter la largeur des encoches en vis- à-vis, et les performances de la sonde peuvent alors se trouver dégradées car cela implique soit de réduire la surface active des éléments piézoélectriques (en conservant la distance inter-éléments) , soit d'augmenter le pas interéléments (en conservant la surface de chaque élément piézoélectrique) . [0065] On the other hand, when the matrix of piezoelectric transducer elements is made up of piezoelectric elements in two directions, for example made up of several rows and columns of piezoelectric elements, short circuits can occur. For example, the collector tracks which connect the piezoelectric elements located most in the center of the matrix can come into contact with the electrodes of the piezoelectric elements located at the periphery of the matrix. This disadvantage can be avoided, for example by covering with an insulating layer, for example made of the same material as the insulating substrate of the collector, the outer faces of the tracks, that is to say the faces which are not in contact with the insulating substrate of the collector, without however covering the metal pads of the collector to maintain electrical contact with the electrodes of the piezoelectric elements. However, the performance of the piezoelectric transducer is degraded when the thickness of the layers located between the piezoelectric layers is increased, since the acoustic impedance of these insulating layers is significantly different from that of the piezoelectric layers. This other drawback can be avoided, for example, by extending the collector tracks so that they extend only opposite the notches 114, 124, or kerfs, of the piezoelectric layers 110, 120. However, in the case of a matrix consisting of a large number of piezoelectric transducer elements, passing all of the tracks requires increasing the width of the opposing notches, and the performance of the probe can then be degraded because this involves either reducing the surface area activates piezoelectric elements (while maintaining the inter-element distance), or increases the inter-element pitch (while maintaining the surface area of each piezoelectric element).
[0066] En outre, il peut se poser un problème d'alignement de l'empilement constitué des deux couches piézoélectriques 110, 120 et du collecteur 130, par exemple lorsque celui-ci est réalisé visuellement par un opérateur. Les seuls repères visuels situés en périphérie de la matrice sont d'une part les extrémités des encoches 114, 124, ou kerfs, qui débouchent à certaines faces latérales des couches piézoélectriques 110, 120, et d'autre part les motifs constitués par les pistes 132, 134 du collecteur 130 qui s'étendent à l'extérieur de la matrice 100. Cependant, le collecteur 130 ne peut s'étendre à partir des faces latérales des couches piézoélectriques 110, 120 qui sont recouvertes par la feuille conductrice 103 de reprise de masse, ce qui fait qu'on ne peut pas disposer pas de repères visuels sur le collecteur pour garantir l'alignement dans la direction formée par le plan des plots 133, 135 et le plan de la feuille conductrice 103. [0066] Furthermore, there may be a problem of alignment of the stack consisting of the two piezoelectric layers 110, 120 and the collector 130, for example when this is carried out visually by an operator. The only visual markers located on the periphery of the matrix are, on the one hand, the ends of the notches 114, 124, or kerfs, which open onto certain lateral faces of the piezoelectric layers 110, 120, and, on the other hand, the patterns formed by the tracks 132, 134 of the collector 130 which extend outside the matrix 100. However, the collector 130 cannot extend from the lateral faces of the piezoelectric layers 110, 120 which are covered by the conductive ground sheet 103, which means that no visual markers can be provided on the collector to guarantee alignment in the direction formed by the plane of the pads 133, 135 and the plane of the conductive sheet 103.
[0067] Les inventeurs proposent une sonde ultrasonore matricielle, qui permette de pallier tout ou partie des inconvénients décrits précédemment, en particulier de répondre au problème de connexion électrique individuelle des éléments transducteurs piézoélectriques, et ce, de préférence avec une solution simple à mettre en oeuvre, par exemple une solution qui permette d'éviter des problèmes d'alignement et/ou qui permette d'éviter des courts-circuits entre éléments traducteurs piézoélectriques. [0067] The inventors propose a matrix ultrasonic probe, which makes it possible to overcome all or part of the drawbacks described above, in particular to respond to the problem of individual electrical connection of the piezoelectric transducer elements, and this, preferably with a simple solution to implement, for example a solution which makes it possible to avoid alignment problems and/or which makes it possible to avoid short circuits between piezoelectric translator elements.
[0068] Des modes de réalisation présentés permettent également de disposer d'une sonde ultrasonore matricielle qui soit courbe. [0069] Des modes de réalisation de sondes ultrasonores matricielles vont être décrits ci-après. Les modes de réalisation décrits sont non limitatifs et diverses variantes apparaîtront à la personne du métier à partir des indications de la présente description. [0068] Embodiments presented also make it possible to have a matrix ultrasound probe which is curved. [0069] Embodiments of matrix ultrasonic probes will be described below. The embodiments described are non-limiting and various variants will become apparent to those skilled in the art from the indications of the present description.
[0070] La figure 2A est une vue en perspective très schématique d'une matrice 200 d'éléments transducteurs piézoélectriques d'une sonde ultrasonore selon un mode de réalisation. La figure 2B est une vue en perspective montrant des détails de collecteurs d'une matrice d'éléments transducteurs piézoélectriques similaire à la matrice 200 de la figure 2A. [0070] Figure 2A is a highly schematic perspective view of an array 200 of piezoelectric transducer elements of an ultrasonic probe according to one embodiment. Figure 2B is a perspective view showing details of collectors of an array of piezoelectric transducer elements similar to the array 200 of Figure 2A.
[0071] La matrice 200 comprend deux couches piézoélectriques, une première couche piézoélectrique 210 et une deuxième couche piézoélectrique 220, empilées l'une au-dessus de l'autre. Les première et deuxième couches piézoélectriques s'étendent selon un plan principal, qui peut être courbe. [0071] The array 200 comprises two piezoelectric layers, a first piezoelectric layer 210 and a second piezoelectric layer 220, stacked one above the other. The first and second piezoelectric layers extend along a main plane, which may be curved.
[0072] Le matériau des couches piézoélectriques peut être, par exemple, une céramique, une céramique composite, ou un cristal. Le matériau des couches piézoélectriques peut être, par exemple, en PZT ( Titano-Zirconate de Plomb) , en un matériau piézoélectrique sans plomb, tel que du BaTiOs (Titanate de Barium) ou du KNN (Niobate de Potassium Sodium) . [0072] The material of the piezoelectric layers may be, for example, a ceramic, a composite ceramic, or a crystal. The material of the piezoelectric layers may be, for example, PZT (Lead Zirconate Titanate), a lead-free piezoelectric material, such as BaTiOs (Barium Titanate) or KNN (Potassium Sodium Niobate).
[0073] L'épaisseur de chaque couche piézoélectrique peut être comprise entre 0,5 et 10 mm, par exemple égale à environ 1,8 mm. [0073] The thickness of each piezoelectric layer may be between 0.5 and 10 mm, for example equal to approximately 1.8 mm.
[0074] Les faces inférieures et supérieures des couches piézoélectriques peuvent être métallisées, par exemple par procédé de dépôt chimique, par pulvérisation d'une ou plusieurs couches, par exemple d'or, d'argent ou de nickel. [0074] The lower and upper faces of the piezoelectric layers may be metallized, for example by chemical deposition process, by spraying one or more layers, for example of gold, silver or nickel.
[0075] Un plan de reprise de masse 203, ou plan de masse, est positionné entre les deux couches piézoélectriques. Le plan de masse peut être une couche conductrice, par exemple une plaque conductrice. [0075] A ground recovery plane 203, or ground plane, is positioned between the two piezoelectric layers. The plane ground can be a conductive layer, for example a conductive plate.
[0076] Le plan de masse 203 se prolonge latéralement à une de ses extrémités au-delà de l'empilement des couches piézoélectriques par une patte de connexion 204 adaptée à la connexion électrique de ce plan de masse à l'extérieur de l'empilement des couches piézoélectriques. [0076] The ground plane 203 extends laterally at one of its ends beyond the stack of piezoelectric layers by a connection tab 204 adapted to the electrical connection of this ground plane to the outside of the stack of piezoelectric layers.
[0077] L'épaisseur du plan de masse 203 peut être comprise entre 10 et 500 pm, par exemple égale à environ 100 pm. [0077] The thickness of the ground plane 203 may be between 10 and 500 pm, for example equal to approximately 100 pm.
[0078] Le matériau du plan de masse 203 est par exemple du cuivre, de l'aluminium ou du laiton. Avantageusement, l'impédance acoustique du matériau du plan de masse 203 est proche de celle des couches piézoélectriques 210, 220 facilitant ainsi la propagation de l'onde ultrasonore au sein de la sonde ultrasonore, en comparaison avec l'exemple de la sonde ultrasonore des figures IA et IB. [0078] The material of the ground plane 203 is for example copper, aluminum or brass. Advantageously, the acoustic impedance of the material of the ground plane 203 is close to that of the piezoelectric layers 210, 220, thus facilitating the propagation of the ultrasonic wave within the ultrasonic probe, in comparison with the example of the ultrasonic probe of FIGS. 1A and 1B.
[0079] Les deux couches piézoélectriques 210, 220 sont structurées, c'est-à-dire divisées en plusieurs éléments transducteurs piézoélectriques 201, cette division étant réalisée dans la direction transversale au plan principal de ces couches piézoélectriques. [0079] The two piezoelectric layers 210, 220 are structured, that is to say divided into several piezoelectric transducer elements 201, this division being carried out in the direction transverse to the main plane of these piezoelectric layers.
[0080] Pour former les éléments transducteurs piézoélectriques 201, chaque couche piézoélectrique est découpée sur toute, ou presque toute, son épaisseur, de part et d'autre du plan de masse 203. [0080] To form the piezoelectric transducer elements 201, each piezoelectric layer is cut over all, or almost all, of its thickness, on either side of the ground plane 203.
[0081] Plus précisément, la première couche piézoélectrique 210 est divisée, par exemple découpée, en plusieurs premiers sous-éléments piézoélectriques 211 et la deuxième couche piézoélectrique 220 est divisée, par exemple découpée, en plusieurs deuxièmes sous-éléments piézoélectriques 221, et ce, sans que le plan de masse 203 ne soit découpé. Ainsi, le plan de masse 203 est commun à tous les éléments transducteurs piézoélectriques 201 . Les premiers et deuxièmes sous-éléments piézoélectriques sont alignés entre eux dans la direction transversale , c' est-à-dire que chaque premier sous-élément piézoélectrique 211 est superposé à un deuxième sous-élément piézoélectrique 221 , avec une portion du plan de masse 203 entre ces deux sous-éléments piézoélectriques , et ce , sans ou avec peu de débord . [0081] More precisely, the first piezoelectric layer 210 is divided, for example cut, into several first piezoelectric sub-elements 211 and the second piezoelectric layer 220 is divided, for example cut, into several second piezoelectric sub-elements 221, without the ground plane 203 being cut. Thus, the ground plane 203 is common to all the transducer elements. piezoelectric 201. The first and second piezoelectric sub-elements are aligned with each other in the transverse direction, that is to say that each first piezoelectric sub-element 211 is superimposed on a second piezoelectric sub-element 221, with a portion of the ground plane 203 between these two piezoelectric sub-elements, and this, without or with little overhang.
[ 0082 ] Un élément transducteur piézoélectrique 201 est formé par un alignement dans la direction transversale d' un premier sous-élément piézoélectrique 211 et d' un deuxième sous- élément piézoélectrique 221 , avec une portion du plan de masse 203 entre les deux sous-éléments piézoélectriques alignés . En d' autres termes , un élément transducteur piézoélectrique 201 comprend un premier sous-élément piézoélectrique 211 et un deuxième sous-élément piézoélectrique 221 aligné avec le premier sous-élément piézoélectrique , ainsi qu' une portion du plan de masse 203 entre les deux sous-éléments piézoélectriques alignés . [0082] A piezoelectric transducer element 201 is formed by aligning in the transverse direction a first piezoelectric sub-element 211 and a second piezoelectric sub-element 221, with a portion of the ground plane 203 between the two aligned piezoelectric sub-elements. In other words, a piezoelectric transducer element 201 includes a first piezoelectric sub-element 211 and a second piezoelectric sub-element 221 aligned with the first piezoelectric sub-element, as well as a portion of the ground plane 203 between the two aligned piezoelectric sub-elements.
[ 0083 ] Ce mode de découpe des couches piézoélectriques 210 , 220 de part et d' autre du plan de masse 203 permet de réaliser un bon alignement des deux couches piézoélectriques structurées , c' est-à-dire un bon alignement des premiers sous-éléments piézoélectriques 211 découpés dans la première couche piézoélectrique 210 avec les deuxièmes sous-éléments piézoélectriques 221 découpés dans la deuxième couche piézoélectrique 220 . [0083] This method of cutting the piezoelectric layers 210, 220 on either side of the ground plane 203 makes it possible to achieve good alignment of the two structured piezoelectric layers, i.e. good alignment of the first piezoelectric sub-elements 211 cut from the first piezoelectric layer 210 with the second piezoelectric sub-elements 221 cut from the second piezoelectric layer 220.
[ 0084 ] Ce mode de découpe permet de plus de structurer la métallisation extérieure ( les premières couches métalliques ) des premières et deuxièmes couches piézoélectriques pour former des premières et deuxièmes électrodes . En ef fet , bien que non détaillé en figure 2A, chaque couche piézoélectrique 210 , 220 est métallisée , de manière similaire aux couches piézoélectriques 110 , 120 des figures IA et IB, à ceci près que les premières couches métalliques sont à l'extérieur, et ainsi les premières et deuxièmes électrodes viennent en contact avec respectivement les premiers et deuxièmes plots métalliques 234, 244 des premier et deuxième collecteurs 230, 240 décrits plus après, et que les deuxièmes couches métalliques, et ainsi les électrodes communes de masse, sont à l'intérieur, en contact avec le plan de masse 203. [0084] This cutting method also makes it possible to structure the external metallization (the first metal layers) of the first and second piezoelectric layers to form first and second electrodes. Indeed, although not detailed in FIG. 2A, each piezoelectric layer 210, 220 is metallized, in a similar manner to the piezoelectric layers 110, 120 of FIGS. 1A and 1B, except that that the first metal layers are on the outside, and thus the first and second electrodes come into contact with respectively the first and second metal pads 234, 244 of the first and second collectors 230, 240 described later, and that the second metal layers, and thus the common ground electrodes, are on the inside, in contact with the ground plane 203.
[0085] Ainsi, les faces supérieure 210B et inférieure 210A de la première couche piézoélectrique 210 sont métallisées, c'est-à-dire couvertes chacune par une couche métallique :[0085] Thus, the upper 210B and lower 210A faces of the first piezoelectric layer 210 are metallized, that is to say each covered by a metal layer:
- une première couche métallique sur la face inférieure 210A (première face) , cette première couche métallique étant structurée, c'est-à-dire divisée dans la direction de son épaisseur, ou direction transversale, à l'aide de plusieurs premières encoches (kerfs) 214 pour former plusieurs premières électrodes 215 séparées entre elles par ces premières encoches ; et - a first metal layer on the lower face 210A (first face), this first metal layer being structured, that is to say divided in the direction of its thickness, or transverse direction, using several first notches (kerfs) 214 to form several first electrodes 215 separated from each other by these first notches; and
- une deuxième couche métallique sur la face supérieure 210B (deuxième face) , cette deuxième couche métallique étant non structurée, formant une première électrode commune de masse 213 en contact avec le plan de masse 203 ; le tout formant les premiers sous-éléments piézoélectriques 211. - a second metal layer on the upper face 210B (second face), this second metal layer being unstructured, forming a first common ground electrode 213 in contact with the ground plane 203; the whole forming the first piezoelectric sub-elements 211.
[0086] De même, les faces supérieure et inférieure de la deuxième couche piézoélectrique 220 sont métallisées, c'est- à-dire couvertes chacune par une couche métallique : [0086] Similarly, the upper and lower faces of the second piezoelectric layer 220 are metallized, that is to say each covered by a metal layer:
- une première couche métallique sur la face supérieure 220B (deuxième face) , cette première couche métallique étant structurée, c'est-à-dire divisée dans la direction de son épaisseur, à l'aide de plusieurs deuxièmes encoches (kerfs) 224, pour former plusieurs deuxièmes électrodes 225 séparées entre elles par ces deuxièmes encoches ; et - a first metal layer on the upper face 220B (second face), this first metal layer being structured, that is to say divided in the direction of its thickness, using several second notches (kerfs) 224, to form several second electrodes 225 separated from each other by these second notches; and
- une deuxième couche métallique sur la face inférieure 220A (première face) , cette deuxième couche métallique étant non structurée, formant une deuxième électrode commune de masse 223 en contact avec le plan de masse 203 ; le tout formant les deuxièmes sous-éléments piézoélectriques 221. - a second metallic layer on the lower face 220A (first face), this second metallic layer being unstructured, forming a second common ground electrode 223 in contact with the ground plane 203; the whole forming the second piezoelectric sub-elements 221.
[0087] Ainsi, le plan de masse 203 est entre la deuxième face 210B de la première couche piézoélectrique 210 et la première face 221A de la deuxième couche piézoélectrique 220, et est en contact avec les première et deuxième électrodes communes de masse 213, 223. [0087] Thus, the ground plane 203 is between the second face 210B of the first piezoelectric layer 210 and the first face 221A of the second piezoelectric layer 220, and is in contact with the first and second common ground electrodes 213, 223.
[0088] En outre, ce mode de découpe permet de faciliter la déformation de la sonde ultrasonore, par exemple pour obtenir une forme courbe. Ce mode de découpe est encore plus intéressant pour courber l'empilement des couches piézoélectriques lorsque l'empilement comprend un outre une couche d'adaptation d'impédance acoustique, par exemple en graphite, comme décrit plus après. En effet, l'épaisseur de l'empilement piézoélectrique, combinée avec celle du graphite, peut rendre impossible une déformation sans casser les matériaux . [0088] Furthermore, this cutting method makes it easier to deform the ultrasonic probe, for example to obtain a curved shape. This cutting method is even more advantageous for bending the stack of piezoelectric layers when the stack also comprises an acoustic impedance matching layer, for example made of graphite, as described later. Indeed, the thickness of the piezoelectric stack, combined with that of the graphite, can make deformation impossible without breaking the materials.
[0089] Dans le cas de sondes courbes, par exemple concaves ou convexes, les largeurs des découpes peuvent être ajustées pour que, lors de la déformation, les premiers sous-éléments piézoélectriques, respectivement les deuxièmes sous-éléments piézoélectriques, ne se touchent pas et ne soient pas en court-circuit . [0089] In the case of curved probes, for example concave or convex, the widths of the cutouts can be adjusted so that, during deformation, the first piezoelectric sub-elements, respectively the second piezoelectric sub-elements, do not touch each other and are not short-circuited.
[0090] Comme illustré dans la partie zoomée de la figure 2A, les première et deuxième couches piézoélectriques 210, 220 ne sont pas nécessairement découpées sur leur épaisseur, c'est- à-dire qu'on peut maintenir une faible épaisseur el, e2 de matériau piézoélectrique sur les deux faces du plan de masse 203, entre deux éléments transducteurs piézoélectriques 201, formant un talon de matériau piézoélectrique d'épaisseur el ou e2 de part et d'autre du plan de masse 203. [0090] As illustrated in the zoomed part of FIG. 2A, the first and second piezoelectric layers 210, 220 are not necessarily cut across their thickness, i.e. a small thickness e1, e2 of piezoelectric material can be maintained on the two faces of the ground plane 203, between two piezoelectric transducer elements 201, forming a heel of piezoelectric material of thickness e1 or e2 on either side of the ground plane 203.
[0091] Ce talon d'épaisseur el ou e2 permet d'éviter de venir découper le plan de masse 203 lors de la découpe des première et deuxième couches piézoélectriques 210, 220. L'épaisseur el, e2 de chaque talon est au moins égale aux tolérances du procédé de découpe. Cette tolérance dépend de facteurs tels que la profondeur de découpe, la largeur de découpe, et les dimensions des éléments transducteurs. Cette tolérance est par exemple inférieure à 50 pm, voire inférieure à 10 pm. [0091] This heel of thickness el or e2 makes it possible to avoid cutting the ground plane 203 when cutting the first and second piezoelectric layers 210, 220. The thickness el, e2 of each heel is at least equal to the tolerances of the cutting method. This tolerance depends on factors such as the cutting depth, the cutting width, and the dimensions of the transducer elements. This tolerance is for example less than 50 pm, or even less than 10 pm.
[0092] Ce talon permet en outre de garantir une absence d'écaillage (perte d'adhérence) entre le plan de masse 203 et le matériau piézoélectrique des première et deuxième couches piézoélectriques 210, 220. Pour cela, une épaisseur el, e2 de talon par exemple inférieure à 10 pm, voire inférieure à 1 pm, convient. [0092] This heel also makes it possible to guarantee an absence of flaking (loss of adhesion) between the ground plane 203 and the piezoelectric material of the first and second piezoelectric layers 210, 220. For this, a heel thickness e1, e2 for example less than 10 μm, or even less than 1 μm, is suitable.
[0093] Chaque talon peut également contribuer, avec le plan de masse 203, à maintenir la rigidité de l'ensemble lors des étapes de fabrication de la matrice d' éléments transducteurs qui suivent la découpe des première et deuxième couches piézoélectriques 210, 220. Pour cela l'épaisseur el, e2 de talon est calculée de telle manière que le module d' Young résultant de l'empilement des deux talons de matériau piézoélectrique et du plan de masse 203 permette de garantir une déformation verticale de la matrice 200 d'éléments transducteurs par exemple inférieure à 10%, ou inférieure à 5% de l'épaisseur totale de cette matrice. [0093] Each heel can also contribute, with the ground plane 203, to maintaining the rigidity of the assembly during the manufacturing steps of the matrix of transducer elements which follow the cutting of the first and second piezoelectric layers 210, 220. For this, the thickness e1, e2 of the heel is calculated in such a way that the Young's modulus resulting from the stacking of the two heels of piezoelectric material and the ground plane 203 makes it possible to guarantee a vertical deformation of the matrix 200 of transducer elements for example less than 10%, or less than 5% of the total thickness of this matrix.
[0094] En adaptant les propriétés du plan de masse 203, par exemple son épaisseur et son matériau, le talon peut favoriser la formation et le maintien d'une courbure de l'empilement des couches piézoélectriques découpées, de manière à obtenir une sonde courbe. [0095] L'épaisseur el, e2 non découpée de chaque couche piézoélectrique 210, 220 peut être définie de manière à garantir une rigidité de l'ensemble avant déformation et/ou permettre une déformation sans rupture des couches piézoélectriques, même lorsque ces couches piézoélectriques dépassent une épaisseur limite au-delà de laquelle elles peuvent casser, selon le rayon de courbure visé, puis maintenir cette déformation. L'épaisseur de ce talon peut ainsi être définie en fonction de cette épaisseur limite, par exemple être inférieure ou égale à cette épaisseur limite, tout en étant supérieure à une valeur suffisante pour assurer la rigidité avant et après déformation. L'épaisseur el et/ou e2 est par exemple comprise entre 5 et 100 pm. [0094] By adapting the properties of the ground plane 203, for example its thickness and its material, the heel can promote the formation and maintenance of a curvature of the stack of cut piezoelectric layers, so as to obtain a curved probe. [0095] The uncut thickness e1, e2 of each piezoelectric layer 210, 220 may be defined so as to guarantee rigidity of the assembly before deformation and/or allow deformation without breaking of the piezoelectric layers, even when these piezoelectric layers exceed a limit thickness beyond which they can break, depending on the target radius of curvature, then maintain this deformation. The thickness of this heel may thus be defined as a function of this limit thickness, for example being less than or equal to this limit thickness, while being greater than a value sufficient to ensure rigidity before and after deformation. The thickness e1 and/or e2 is for example between 5 and 100 μm.
[0096] En variante, les première et deuxième couches piézoélectriques peuvent être découpées sur toute leur épaisseur, jusqu'au plan de masse. [0096] Alternatively, the first and second piezoelectric layers may be cut over their entire thickness, down to the ground plane.
[0097] En plus de sa fonction de mise à la masse, le plan de masse 203 peut former un support mécanique pour les deux couches piézoélectriques 210, 220 une fois structurées. [0097] In addition to its grounding function, the ground plane 203 can form a mechanical support for the two piezoelectric layers 210, 220 once structured.
[0098] Pour une sonde courbe, le plan de masse 203 peut être adapté à suivre la courbure donnée aux deux couches piézoélectriques 210, 220 structurées en éléments transducteurs piézoélectriques 201. [0098] For a curved probe, the ground plane 203 can be adapted to follow the curvature given to the two piezoelectric layers 210, 220 structured into piezoelectric transducer elements 201.
[0099] Le plan de masse 203 peut former une fibre neutre entre les deux couches piézoélectriques 210, 220. [0099] The ground plane 203 can form a neutral fiber between the two piezoelectric layers 210, 220.
[0100] Le plan de masse 203 peut également améliorer la dissipation thermique des éléments transducteurs piézoélectriques 201. Ainsi, le plan de masse peut être utilisé comme un drain thermique efficient, du fait qu'il est placé directement sur une surface maximisée d'échange avec les deux couches piézoélectriques 210, 220, et au sein de la source de l' échauf fement . [ 0101 ] Un premier collecteur 230 est positionné sur la face inférieure (première face ) 210A de la première couche piézoélectrique 210 , au niveau d' une première face 200A de la matrice 200 , correspondant par exemple à la face avant de la sonde , qui est la face destinée à être orientée du côté de la région d' intérêt . Cette première face 210A de la première couche piézoélectrique 210 est opposée à la deuxième face 210B de la première couche piézoélectrique en contact avec le plan de masse 203 . [0100] The ground plane 203 can also improve the heat dissipation of the piezoelectric transducer elements 201. Thus, the ground plane can be used as an efficient heat sink, because it is placed directly on a maximized exchange surface with the two piezoelectric layers 210, 220, and within the source of the heating. [0101] A first collector 230 is positioned on the lower face (first face) 210A of the first piezoelectric layer 210, at a first face 200A of the matrix 200, corresponding for example to the front face of the probe, which is the face intended to be oriented on the side of the region of interest. This first face 210A of the first piezoelectric layer 210 is opposite the second face 210B of the first piezoelectric layer in contact with the ground plane 203.
[ 0102 ] Un deuxième collecteur 220 est positionné sur la face supérieure ( deuxième face ) 220B de la deuxième couche piézoélectrique 220 , au niveau d' une deuxième face 200B de la matrice 200 , correspondant par exemple à la face arrière de la sonde , qui est la face opposée à la face avant 200A de la sonde . Cette deuxième face 220B de la deuxième couche piézoélectrique 220 est opposée à la première face 220A de la deuxième couche piézoélectrique en contact avec le plan de masse 203 . [0102] A second collector 220 is positioned on the upper face (second face) 220B of the second piezoelectric layer 220, at a second face 200B of the matrix 200, corresponding for example to the rear face of the probe, which is the face opposite the front face 200A of the probe. This second face 220B of the second piezoelectric layer 220 is opposite the first face 220A of the second piezoelectric layer in contact with the ground plane 203.
[ 0103 ] Comme détaillé en figure 2B, le premier collecteur 230 comprend : [ 0103 ] As detailed in Figure 2B, the first collector 230 comprises:
- un premier substrat isolant 231 , par exemple flexible , par exemple en un matériau polyimide , présentant une face inférieure 231A (première face ) et une face supérieure 231B ( deuxième face ) ; - a first insulating substrate 231, for example flexible, for example made of a polyimide material, having a lower face 231A (first face) and an upper face 231B (second face);
- des premières pistes métalliques 232 sur la face inférieure 231A du premier substrat isolant 231 , chaque première piste métallique 232 étant destinée à relier les éléments transducteurs piézoélectriques 201 de la matrice 200 au reste de la sonde et se terminant par un premier plot métallique 233 , chaque premier plot métallique 233 étant relié à un plot de contact 234 en face supérieure 231B du premier substrat isolant 231 par un via 235 traversant le premier substrat isolant 231 . [0104] Comme détaillé en figure 2B, le deuxième collecteur 240 comprend : - first metal tracks 232 on the lower face 231A of the first insulating substrate 231, each first metal track 232 being intended to connect the piezoelectric transducer elements 201 of the matrix 200 to the rest of the probe and ending with a first metal pad 233, each first metal pad 233 being connected to a contact pad 234 on the upper face 231B of the first insulating substrate 231 by a via 235 passing through the first insulating substrate 231. [0104] As detailed in Figure 2B, the second collector 240 comprises:
- un deuxième substrat isolant 241, par exemple flexible, par exemple en un matériau polyimide, présentant une face inférieure 241A (première face) et une face supérieure 241B (deuxième face) ; - a second insulating substrate 241, for example flexible, for example made of a polyimide material, having a lower face 241A (first face) and an upper face 241B (second face);
- des deuxièmes pistes métalliques 242 sur la face supérieure 241B du deuxième substrat isolant 241, chaque deuxième piste métallique 242 étant destinée à relier les éléments transducteurs piézoélectriques 201 de la matrice 200 au reste de la sonde et se terminant par un deuxième plot métallique 243, chaque deuxième plot métallique 243 étant relié à un deuxième plot de contact 244 en face inférieure 241A du deuxième substrat isolant 241 par un via 245 traversant le deuxième substrat isolant 241. - second metal tracks 242 on the upper face 241B of the second insulating substrate 241, each second metal track 242 being intended to connect the piezoelectric transducer elements 201 of the matrix 200 to the rest of the probe and ending with a second metal pad 243, each second metal pad 243 being connected to a second contact pad 244 on the lower face 241A of the second insulating substrate 241 by a via 245 passing through the second insulating substrate 241.
[0105] De préférence, les deuxièmes plots de contact 244 sont disposés en vis-à-vis des premiers plots de contact 234. De préférence, les deuxièmes plots métalliques 243 sont disposés en vis-à-vis des premiers plots métalliques 233. [0105] Preferably, the second contact pads 244 are arranged opposite the first contact pads 234. Preferably, the second metal pads 243 are arranged opposite the first metal pads 233.
[0106] La première électrode 215 de chaque premier élément piézoélectrique 211 est reliée à un premier plot de contact 234 du premier collecteur 230, par exemple à travers ou via une première couche d'adaptation d'impédance acoustique 202 lorsqu'elle est présente entre la première couche piézoélectrique 210 et le premier collecteur 230 (décrite plus après) . De même, la deuxième électrode 225 de chaque deuxième élément piézoélectrique 221 est connectée à un deuxième plot de contact 244 du deuxième collecteur 240. [0106] The first electrode 215 of each first piezoelectric element 211 is connected to a first contact pad 234 of the first collector 230, for example through or via a first acoustic impedance matching layer 202 when it is present between the first piezoelectric layer 210 and the first collector 230 (described later). Similarly, the second electrode 225 of each second piezoelectric element 221 is connected to a second contact pad 244 of the second collector 240.
[0107] De préférence, les premiers plots de contact 234, les deuxièmes plots de contact 244, les premières électrodes 215 et les deuxièmes électrodes 225 sont alignés, un ensemble formé par l'alignement d'un premier plot de contact 234, d'un deuxième plot de contact 244, d'une première électrode 215 et d'une deuxième électrode 225 formant, avec des portions du plan de masse 203 et des première et deuxième électrodes communes de masse 213, 223, l'élément transducteur piézoélectrique 201. [0107] Preferably, the first contact pads 234, the second contact pads 244, the first electrodes 215 and the second electrodes 225 are aligned, an assembly formed by the alignment of a first contact pad 234, a second contact pad 244, a first electrode 215 and of a second electrode 225 forming, with portions of the ground plane 203 and the first and second common ground electrodes 213, 223, the piezoelectric transducer element 201.
[0108] Ainsi, chaque élément transducteur piézoélectrique 201 du réseau matriciel 200 comprend une première électrode 215 reliée à une première piste 232 du premier collecteur 230 et une deuxième électrode 225 reliée à une deuxième piste 242 du deuxième collecteur 240, et comprend une électrode commune de masse 213, 223 reliée au plan de masse 203. Les pistes métalliques 232, 242 des collecteurs 230, 240 sont adaptées à venir relier électriquement et individuellement les différents éléments transducteurs piézoélectriques 201. Chaque élément transducteur 201 peut donc être commandé individuellement, contrairement à un adressage par lignes et par colonnes. [0108] Thus, each piezoelectric transducer element 201 of the matrix network 200 comprises a first electrode 215 connected to a first track 232 of the first collector 230 and a second electrode 225 connected to a second track 242 of the second collector 240, and comprises a common ground electrode 213, 223 connected to the ground plane 203. The metal tracks 232, 242 of the collectors 230, 240 are adapted to electrically and individually connect the different piezoelectric transducer elements 201. Each transducer element 201 can therefore be controlled individually, unlike addressing by rows and columns.
[0109] Les premier et deuxième collecteurs ne sont pas nécessairement identiques. Par exemple, dans le cas d'une sonde courbe, les collecteurs peuvent être adaptés à la courbure. Par exemple, le pas entre les pistes et plots du collecteur le plus proche du centre de la courbure peut être avantageusement inférieur au pas entre les pistes et plots du collecteur le plus éloigné du centre de la courbure. [0109] The first and second collectors are not necessarily identical. For example, in the case of a curved probe, the collectors may be adapted to the curvature. For example, the pitch between the tracks and pads of the collector closest to the center of the curvature may advantageously be less than the pitch between the tracks and pads of the collector furthest from the center of the curvature.
[0110] L'épaisseur de chaque collecteur peut être comprise entre 10 et 500 pm, par exemple comprise entre 10 et 100 pm, par exemple égale à environ 20 pm. [0110] The thickness of each collector may be between 10 and 500 μm, for example between 10 and 100 μm, for example equal to approximately 20 μm.
[0111] Les première et deuxième électrodes 215, 225 d'un même élément transducteur piézoélectrique 201 sont de préférence électriquement reliées, par exemple connectées, entre elles, via les collecteurs, de préférence à l'extérieur de l'empilement des couches piézoélectriques, du plan de masse et des collecteurs, les deux sous-éléments piézoélectriques 211, 221 du même élément transducteur piézoélectrique étant alors pilotés en même temps. [0111] The first and second electrodes 215, 225 of the same piezoelectric transducer element 201 are preferably electrically connected, for example connected, to each other, via the collectors, preferably outside the stack of piezoelectric layers, the ground plane and the collectors, the two piezoelectric sub-elements 211, 221 of the same piezoelectric transducer element then being driven at the same time.
[0112] Par exemple, les première et deuxième électrodes 215, 225 d'un même élément transducteur piézoélectrique 201 sont reliées entre elles au moyen d'un circuit imprimé (PCB, de l'anglais printed circuit board) assemblé à la matrice 200, comme illustré et décrit plus après en relation avec la figure 4. Le plan de masse 203 peut également être relié à la masse au moyen du circuit imprimé. [0112] For example, the first and second electrodes 215, 225 of the same piezoelectric transducer element 201 are connected to each other by means of a printed circuit board (PCB) assembled to the matrix 200, as illustrated and described later in relation to FIG. 4. The ground plane 203 can also be connected to ground by means of the printed circuit.
[0113] Dans un mode de réalisation, les couches piézoélectriques 210, 220 sont orientées pour que leurs polarisations respectives soient opposées, de manière à ce que chaque couche piézoélectrique se dilate ou se contracte de manière similaire lorsqu'on applique une même tension aux premières et deuxièmes électrodes 215, 225 de chaque même élément transducteur piézoélectrique 201. [0113] In one embodiment, the piezoelectric layers 210, 220 are oriented so that their respective polarizations are opposite, so that each piezoelectric layer expands or contracts in a similar manner when the same voltage is applied to the first and second electrodes 215, 225 of each same piezoelectric transducer element 201.
[0114] En outre, la sonde 200 comprend une première couche d'adaptation d'impédance acoustique 202, de préférence en face avant 200A de la sonde. [0114] Furthermore, the probe 200 comprises a first acoustic impedance matching layer 202, preferably on the front face 200A of the probe.
[0115] Dans l'exemple représenté, la première couche d'adaptation d'impédance acoustique 202 est disposée entre la première couche piézoélectrique 210 et le premier collecteur 230. Ceci permet de permet de déporter le contact électrique et d'éviter ainsi une rupture d'impédance acoustique entre le matériau piézoélectrique de la première couche piézoélectrique 210 et le premier collecteur 230. La première couche d'adaptation 202 est de préférence conductrice électriquement. L'impédance acoustique de la première couche d'adaptation 202 est de préférence comprise entre l'impédance acoustique du premier collecteur 230 et celle de la première couche piézoélectrique 210, par exemple entre environ 3.106 Pa.s/m (Rayl) pour un collecteur en polyimide et environ 30.106 Pa.s/m pour une céramique piézoélectrique ou environ 20.106 Pa.s/m pour un composite piézoélectrique. La première couche d'adaptation d'impédance 202 peut être une lame d'adaptation dont l'impédance acoustique diminue entre la première couche piézoélectrique 210 et le premier collecteur 230, par exemple avec plusieurs couches de matériaux différents . [0115] In the example shown, the first acoustic impedance matching layer 202 is arranged between the first piezoelectric layer 210 and the first collector 230. This makes it possible to offset the electrical contact and thus avoid a break in acoustic impedance between the piezoelectric material of the first piezoelectric layer 210 and the first collector 230. The first matching layer 202 is preferably electrically conductive. The acoustic impedance of the first matching layer 202 is preferably between the acoustic impedance of the first collector 230 and that of the first piezoelectric layer 210, for example between approximately 3.10 6 Pa.s/m (Rayl) for a polyimide collector and approximately 30.10 6 Pa.s/m for a piezoelectric ceramic or approximately 20.10 6 Pa.s/m for a piezoelectric composite. The first impedance matching layer 202 may be a matching blade whose acoustic impedance decreases between the first piezoelectric layer 210 and the first collector 230, for example with several layers of different materials.
[0116] L'épaisseur de la première couche d'adaptation d'impédance 202 peut être calculée par exemple pour fonctionner en lame quart d'onde, épaisseur pour laquelle les interférences favorisent le passage de l'onde autour de la fréquence de travail. [0116] The thickness of the first impedance matching layer 202 can be calculated for example to operate as a quarter-wave plate, a thickness for which the interferences promote the passage of the wave around the working frequency.
[0117] Le matériau de la première couche d'adaptation d'impédance 202 peut être électriquement conducteur. [0117] The material of the first impedance matching layer 202 may be electrically conductive.
[0118] Par exemple, la première couche d'adaptation 202 est en graphite. Par exemple, l'impédance acoustique de la première couche d'adaptation 202 est comprise entre 3.106 Pa.s/m et 6.106 Pa.s/m. [0118] For example, the first adaptation layer 202 is made of graphite. For example, the acoustic impedance of the first adaptation layer 202 is between 3.10 6 Pa.s/m and 6.10 6 Pa.s/m.
[0119] Les éléments transducteurs piézoélectriques 201 peuvent comprendre chacun une portion de la première couche d'adaptation d'impédance acoustique 202. La première couche d'adaptation d'impédance 202 peut être découpée en même temps que la première couche piézoélectrique 210 lors de la formation des premiers sous-éléments piézoélectriques 211. [0119] The piezoelectric transducer elements 201 may each comprise a portion of the first acoustic impedance matching layer 202. The first impedance matching layer 202 may be cut at the same time as the first piezoelectric layer 210 when forming the first piezoelectric sub-elements 211.
[0120] En variante ou en complément, la sonde peut comprendre une deuxième couche d'adaptation d'impédance acoustique disposée de telle manière que le premier collecteur se trouve entre la première couche piézoélectrique, ou la première couche d'adaptation d'impédance acoustique, et la deuxième couche d'adaptation d'impédance acoustique. L'impédance acoustique de la deuxième couche d'adaptation d'impédance acoustique est alors de préférence comprise entre l'impédance acoustique du premier collecteur et celle du milieu dans lequel est la sonde est destinée à être installée, par exemple entre environ 3.106 Pa.s/m (Rayl) pour un collecteur en polyimide et environ l,5.106 Pa.s/m pour de l'eau. [0120] Alternatively or additionally, the probe may comprise a second acoustic impedance matching layer arranged such that the first collector is located between the first piezoelectric layer, or the first acoustic impedance matching layer, and the second acoustic impedance matching layer. The acoustic impedance of the second acoustic impedance matching layer is then preferably between the acoustic impedance of the first collector and that of the medium in which the probe is intended to be installed, for example between about 3.10 6 Pa.s/m (Rayl) for a polyimide collector and about 1.5.10 6 Pa.s/m for water.
[0121] Le matériau de la deuxième couche d'adaptation d'impédance est de préférence électriquement non-conducteur. Ce matériau peut être par exemple un polymère, par exemple de l'époxy, par exemple un polymère chargé. [0121] The material of the second impedance matching layer is preferably electrically non-conductive. This material may be, for example, a polymer, for example epoxy, for example a charged polymer.
[0122] L'épaisseur de chaque couche d'adaptation d'impédance acoustique est par exemple égale au quart de la longueur d'onde centrale de l'onde acoustique. L'épaisseur de chaque couche d'adaptation d'impédance acoustique peut être comprise entre 1 et 5 mm, par exemple égale à environ 2 mm. [0122] The thickness of each acoustic impedance matching layer is for example equal to a quarter of the central wavelength of the acoustic wave. The thickness of each acoustic impedance matching layer may be between 1 and 5 mm, for example equal to approximately 2 mm.
[0123] Chaque élément transducteur piézoélectrique 201 peut également être divisé, par exemple découpé, en plusieurs parties partageant les mêmes première et deuxième électrodes, par exemple en quatre parties, comme ceci est illustré en figure 3D décrite plus après. Ceci peut permettre de diminuer l'impact d'éventuels modes latéraux dû à la géométrie des éléments transducteurs piézoélectriques. [0123] Each piezoelectric transducer element 201 may also be divided, for example cut, into several parts sharing the same first and second electrodes, for example into four parts, as illustrated in FIG. 3D described later. This may make it possible to reduce the impact of possible lateral modes due to the geometry of the piezoelectric transducer elements.
[0124] La figure 3A, la figure 3B, la figure 3C et la figure 3D sont des vues en perspective et de côté illustrant des étapes successives d'un exemple de méthode de fabrication d'une sonde ultrasonore selon un mode de réalisation. L'exemple de méthode est décrit en référence à la sonde ultrasonore 200 des figures 2A et 2B, mais peut être adapté pour réaliser tout autre sonde ultrasonore selon un mode de réalisation . [0124] Figure 3A, Figure 3B, Figure 3C and Figure 3D are perspective and side views illustrating successive steps of an exemplary method of manufacturing an ultrasonic probe according to one embodiment. The exemplary method is described with reference to the ultrasonic probe 200 of Figures 2A and 2B, but may be adapted to make any other ultrasonic probe according to one embodiment.
[0125] La figure 3A illustre une structure obtenue à l'issue de l'empilement, de haut en bas : de la deuxième couche piézoélectrique 220, du plan de masse 203, de la première couche piézoélectrique 210, et de la première couche d'adaptation d'impédance acoustique 202. [0126] Le plan de masse 203 se prolonge au-delà de l'empilement des couches piézoélectriques par des pattes de connexion 204 adaptées à la connexion électrique du plan de masse 203 à la masse à l'extérieur de l'empilement des couches piézoélectriques. Quatre pattes de connexion 204 ont été représentées dans les figures 3A à 3C, mais ceci n'est pas limitatif et il peut y en avoir moins, ou plus. [0125] Figure 3A illustrates a structure obtained at the end of the stacking, from top to bottom: of the second piezoelectric layer 220, of the ground plane 203, of the first piezoelectric layer 210, and of the first acoustic impedance matching layer 202. [0126] The ground plane 203 extends beyond the stack of piezoelectric layers by connection tabs 204 adapted to electrically connect the ground plane 203 to ground outside the stack of piezoelectric layers. Four connection tabs 204 have been shown in Figures 3A to 3C, but this is not limiting and there may be fewer, or more.
[0127] La figure 3B illustre une structure obtenue à l'issue de la réalisation de découpes 301 dans l'épaisseur de la deuxième couche piézoélectrique 220 pour former les sous- deuxièmes éléments piézoélectriques 221. Les découpes 301 s'arrêtent au moins avant le plan de masse 203, qui n'est pas découpé. Une épaisseur e2 de la deuxième couche piézoélectrique 220 peut être conservée, comme décrit en relation avec la figure 2A. Les découpes s'étendent le long de deux directions orthogonales du plan principal. Les deuxièmes sous-éléments piézoélectriques 221 forment par exemple des carrés en vue de dessus, mais d'autres formes sont envisageables. [0127] Figure 3B illustrates a structure obtained after making cutouts 301 in the thickness of the second piezoelectric layer 220 to form the sub-second piezoelectric elements 221. The cutouts 301 stop at least before the ground plane 203, which is not cut. A thickness e2 of the second piezoelectric layer 220 can be maintained, as described in relation to Figure 2A. The cutouts extend along two orthogonal directions of the main plane. The second piezoelectric sub-elements 221 form, for example, squares in top view, but other shapes are conceivable.
[0128] La figure 3C illustre une structure obtenue à l'issue du retournement de la structure de la figure 3B et de la réalisation de découpes 302 de la première couche piézoélectrique 210 et de la première couche d'adaptation d'impédance 202 en les premiers sous-éléments piézoélectriques 211 en s'alignant sur les deuxièmes sous- éléments piézoélectriques 221. Les découpes 302 s'arrêtent au moins avant le plan de masse 203, qui n'est pas découpé. Une épaisseur el de la première couche piézoélectrique 210 peut être conservée, comme décrit en relation avec la figure 2A. Les découpes sont réalisées le long de deux directions orthogonales du plan principal. Les premiers sous-éléments piézoélectriques 211 forment par exemple des carrés en vue de dessus, mais d'autres formes sont envisageables. [0129] Les deux couches piézoélectriques 210, 220 ne sont pas nécessairement découpées sur leur épaisseur, c'est-à-dire qu'on peut maintenir une faible épaisseur el, e2, comme représenté en figure 2A, de matériau piézoélectrique sur chacune des deux faces du plan de masse 203, entre deux éléments piézoélectriques adjacents, de manière à conserver un talon de matériau piézoélectrique, par exemple d'une ou plusieurs centaines de microns, de part et d'autre du plan de masse 203. Comme expliqué plus avant en relation avec la figure 2A, ceci permet de rigidifier l'empilement et permet, dans le cas d'une sonde courbée, de favoriser une déformation sans rupture, de conserver le rayon obtenu après la déformation (courbure) décrite ci-après. [0128] Figure 3C illustrates a structure obtained after turning over the structure of Figure 3B and making cuts 302 of the first piezoelectric layer 210 and the first impedance matching layer 202 into the first piezoelectric sub-elements 211 by aligning with the second piezoelectric sub-elements 221. The cuts 302 stop at least before the ground plane 203, which is not cut. A thickness el of the first piezoelectric layer 210 can be maintained, as described in relation to Figure 2A. The cuts are made along two orthogonal directions of the main plane. The first piezoelectric sub-elements 211 form, for example, squares in top view, but other shapes are conceivable. [0129] The two piezoelectric layers 210, 220 are not necessarily cut across their thickness, that is to say that a small thickness e1, e2, as shown in FIG. 2A, of piezoelectric material can be maintained on each of the two faces of the ground plane 203, between two adjacent piezoelectric elements, so as to maintain a heel of piezoelectric material, for example of one or several hundred microns, on either side of the ground plane 203. As explained further in relation to FIG. 2A, this makes it possible to stiffen the stack and makes it possible, in the case of a curved probe, to promote deformation without rupture, to maintain the radius obtained after the deformation (curvature) described below.
[0130] La figure 3D illustre une structure obtenue à l'issue de la courbure de la structure de la figure 3C. [0130] Figure 3D illustrates a structure obtained after curving the structure of Figure 3C.
[0131] La courbure peut être obtenue par chauffage pour déformer le matériau piézoélectrique, par exemple à environ 80°C. La forme de la courbure peut-être par exemple cylindrique, par exemple sphérique, par exemple parabolique et plus généralement selon une forme variable dans chaque direction de la matrice. [0131] The curvature can be obtained by heating to deform the piezoelectric material, for example at approximately 80°C. The shape of the curvature can be for example cylindrical, for example spherical, for example parabolic and more generally according to a variable shape in each direction of the matrix.
[0132] La structure de la figure 3D montre également que des découpes secondaires 303 ont été réalisées, avant courbure, pour diviser chaque élément transducteur piézoélectrique 201 en plusieurs parties, par exemple quatre parties. Les découpes secondaires sont de préférence moins profondes que les découpes pour former les éléments transducteurs piézoélectriques. Ces découpes secondaires sont optionnelles, mais peuvent être avantageuses, notamment pour diminuer l'impact d'éventuels modes latéraux dû à la géométrie des éléments . [0132] The structure of Figure 3D also shows that secondary cutouts 303 have been made, before curvature, to divide each piezoelectric transducer element 201 into several parts, for example four parts. The secondary cutouts are preferably less deep than the cutouts for forming the piezoelectric transducer elements. These secondary cutouts are optional, but can be advantageous, in particular to reduce the impact of possible lateral modes due to the geometry of the elements.
[0133] Ensuite, le premier collecteur 230 est assemblé sur la première couche d'adaptation d'impédance acoustique 202 du côté de la face avant 200A de la matrice 200 , et le deuxième collecteur 240 est assemblé sur la deuxième couche piézoélectrique 220 du côté de la face arrière 200B de la matrice 200 . Les premiers plots de contact du premier collecteur 230 , respectivement les deuxièmes plots de contact du deuxième collecteur 240 , sont alors reliés électriquement aux premières électrodes , respectivement aux deuxièmes électrodes . Les première et deuxième électrodes d' un même élément transducteur piézoélectrique 201 peuvent être reliées entre elles via les premier et deuxième collecteurs . Comparé à l ' exemple illustré dans les figures IA et IB, une matrice selon ce mode de réalisation facilite avantageusement un alignement visuel des collecteurs avec les couches piézoélectriques . [0133] Then, the first collector 230 is assembled on the first acoustic impedance matching layer 202 of the side of the front face 200A of the matrix 200, and the second collector 240 is assembled on the second piezoelectric layer 220 on the side of the rear face 200B of the matrix 200. The first contact pads of the first collector 230, respectively the second contact pads of the second collector 240, are then electrically connected to the first electrodes, respectively to the second electrodes. The first and second electrodes of the same piezoelectric transducer element 201 can be connected to each other via the first and second collectors. Compared to the example illustrated in FIGS. 1A and 1B, a matrix according to this embodiment advantageously facilitates a visual alignment of the collectors with the piezoelectric layers.
[ 0134 ] Ensuite , pour former la sonde ultrasonore matricielle , on peut raj outer une deuxième couche d' adaptation d' impédance acoustique 311 sur le premier collecteur 230 du côté de la face avant 200A de la matrice 200 , et une couche d' atténuation acoustique 312 , qui peut être connue sous le terme anglais "backing" , sur le deuxième collecteur 240 du côté de la face arrière 200B de la matrice 200 . D' autres composants de la sonde ultrasonore matricielle sont décrits plus après en lien avec la figure 4 . La deuxième couche d' adaptation d' impédance 311 est de préférence non conductrice électriquement pour éviter de court-circuiter les pistes du premier collecteur 230 qui sont en vis-à-vis . Dans le cas contraire , une couche isolante est intercalée entre le premier collecteur 230 et la deuxième couche d' adaptation d' impédance acoustique 311 . [0134] Then, to form the matrix ultrasonic probe, a second acoustic impedance matching layer 311 can be added to the first collector 230 on the side of the front face 200A of the matrix 200, and an acoustic attenuation layer 312, which can be known by the English term "backing", on the second collector 240 on the side of the rear face 200B of the matrix 200. Other components of the matrix ultrasonic probe are described later in connection with FIG. 4. The second impedance matching layer 311 is preferably electrically non-conductive to avoid short-circuiting the tracks of the first collector 230 which are opposite each other. Otherwise, an insulating layer is interposed between the first collector 230 and the second acoustic impedance matching layer 311.
[ 0135 ] La figure 4 est une vue en perspective très schématique d' une sonde ultrasonore 400 selon un mode de réalisation . La sonde ultrasonore 400 comprend une matrice d' éléments transducteurs , qui peut être la matrice 200 de la figure 2 , ou de la figure 3 . [0136] La sonde ultrasonore 400 comprend en outre une deuxième couche d'adaptation d'impédance acoustique 311 sur le premier collecteur 230 du côté de la face avant 200A de la matrice 200, une couche d'atténuation acoustique 312, ou backing, sur le deuxième collecteur 240 du côté de la face arrière 200B de la matrice, un conformateur 413 sur la couche d'atténuation acoustique 312, et un circuit imprimé 414, ou PCB, sur le conformateur 413. [0135] Figure 4 is a very schematic perspective view of an ultrasonic probe 400 according to one embodiment. The ultrasonic probe 400 comprises an array of transducer elements, which may be the array 200 of Figure 2, or of Figure 3. [0136] The ultrasonic probe 400 further comprises a second acoustic impedance matching layer 311 on the first collector 230 on the side of the front face 200A of the matrix 200, an acoustic attenuation layer 312, or backing, on the second collector 240 on the side of the rear face 200B of the matrix, a shaper 413 on the acoustic attenuation layer 312, and a printed circuit 414, or PCB, on the shaper 413.
[0137] Le plan de masse 203 peut être connecté à la masse au moyen du circuit imprimé 414 par l'intermédiaire des pattes de connexion 204. Les première et deuxième électrodes d'un même élément transducteur piézoélectrique peuvent également être connectées entre elles au moyen du circuit imprimé 414. [0137] The ground plane 203 can be connected to ground by means of the printed circuit 414 via the connection tabs 204. The first and second electrodes of the same piezoelectric transducer element can also be connected to each other by means of the printed circuit 414.
[0138] Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à la personne du métier. [0138] Various embodiments and variations have been described. Those skilled in the art will understand that certain features of these various embodiments and variations could be combined, and other variations will occur to those skilled in the art.
[0139] Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. [0139] Finally, the practical implementation of the embodiments and variants described is within the reach of those skilled in the art based on the functional indications given above.
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