FR2879023A1 - Matrice de transducteurs pour grande surface - Google Patents

Abstract

Matrice (10) de transducteurs à chevauchement pour grande surface, comprenant un substrat (12) ayant un recto (14) et un verso (16), une pluralité de transducteurs (18) disposés au recto (14) du substrat (12) et combinés sous la forme d'une matrice en deux dimensions de transducteurs dans le plan X-Y, plusieurs connecteurs disposés au verso (16) du substrat (12), où les connecteurs sont électriquement couplés aux éléments transducteurs (18). Par ailleurs, une matrice de transducteurs à empilement comprenant un dispositif électronique disposé dans une première couche, un substrat (12) comportant un recto (14) et un verso (16), une couche d'interconnexion électrique disposés sur le substrat (12) et une pluralité de transducteurs (18) disposés dans une troisième couche où les transducteurs (18) sont couplés électriquement aux dispositifs électroniques (48) disposés dans la première couche.

Description

MATRICE DE TRANSDUCTEURS POUR GRANDE SURFACE

La présente invention concerne d'une façon générale le domaine des matrices de transducteurs et, plus particulièrement, des matrices de transducteurs techniques.

Les transducteurs sont des dispositifs qui transforment des signaux d'entrée, se présentant sous une première forme, en signaux de sortie d'une forme différente. Les transducteurs couramment utilisés comprennent des capteurs optiques, des capteurs thermiques et des capteurs acoustiques. Un transducteur à ultrasons constitue un exemple de capteur acoustique. Dans les dispositifs à ultrasons, les transducteurs transforment des signaux sous la forme d'une énergie électrique en énergie acoustique ou produisent des signaux électriques à partir d'ondes acoustiques absorbées.

Diverses applications, par exemple des diagnostics biomédicaux non invasifs et des contrôles non destructifs (CND) de matières, impliquent l'utilisation de matrices de transducteurs, où les transducteurs sont souvent configurés en deux dimensions (c'est-à-dire dans le plan X-Y). Par exemple, des matrices de transducteurs à ultrasons sont utilisées en imagerie médicale, en évaluation non destructive (CND) et d'autres applications.

Des applications telles que l'imagerie médicale et industrielle, le CND, la sécurité, les contrôles de bagages, l'astrophysique et la médecine peuvent impliquer l'utilisation de transducteurs couvrant de grandes surfaces. Dans le domaine du diagnostic médical, par exemple, mais d'une manière nullement limitative l'échographie et la mammographie, il peut être souhaitable d'employer des transducteurs couvrant de grandes surfaces. Par exemple, dans un système d'imagerie radiographique, des transducteurs pour grandes surfaces peuvent être nécessaires pour couvrir la zone du détecteur de rayons X. Dans le domaine des CND, nombre de méthodes d'examen utilisent un capteur à contact unique qui n'interroge qu'une petite zone de la structure. En général, un opérateur qualifié place le capteur sur la structure et interprète le signal qui en résulte pour détecter des défauts. Par conséquent, l'examen de grandes surfaces peut être extrêmement long et la détection de défauts peut être difficile pour des structures à géométrie complexe. Malgré des progrès récents dans la technologie de l'exploration robotisée, il existe un besoin de systèmes d'exploration de grandes surfaces.

Les conditions préalables pour chaque application nécessitant l'utilisation de transducteurs pour grandes surfaces présentent des différences de dimensions et de forme. Les différents niveaux de complexité et de coûts liés à l'élaboration d'un transducteur unique pour couvrir une grande surface peuvent être très élevés. En outre, il existe des limites dans les technologies de fabrication en ce qui concerne les dimensions maximales du transducteur pour grandes surfaces pouvant être fabriqué de manière avantageuse. En outre, les dépenses impliquées par la réparation des transducteurs pour grandes surfaces peuvent être considérables.

Des matrices de transducteurs peuvent être utilisées pour pallier les problèmes liés à l'emploi de transducteurs uniques pour grandes surfaces. Le plan X-Y peut être employé pour assembler les réseaux de transducteurs afin de faciliter la construction de matrices de transducteurs pour grandes surfaces. Cependant, de telles matrices peuvent être très denses et nécessiter une grande quantité de composants électroniques de commande et d'amplification pour faire fonctionner les différents transducteurs de la matrice. Actuellement, les composants électroniques de commande et d'amplification employés pour faire fonctionner les différents transducteurs sont également placés dans le plan X-Y, ce qui a pour conséquence un grand encombrement et potentiellement des manques dans la zone couverte par les transducteurs du fait de la nécessité de placer des composants électroniques dans ou au voisinage immédiat du transducteur. En outre, la densité d'entrée/sortie (E/S) requise pour coupler les différents transducteurs aux composants électroniques correspondants peut être très grande. En outre, la densité d'E/S peut être trop grande pour être compatible avec les méthodes d'interconnexion classiques. Actuellement, les longueurs d'interconnexion nécessaires pour coupler les éléments transducteurs au dispositif électronique sont très grandes. Il serait souhaitable de limiter fortement les longueurs d'interconnexion afin de pallier les problèmes liés aux longueurs d'interconnexion les plus grandes, par exemple des effets de capacité et une perte de qualité des signaux.

Il serait donc souhaitable d'assembler des matrices de transducteurs pour grandes surfaces afin de pallier des problèmes correspondants tels que les niveaux de complexité et de coûts associés à la fabrication et à la réparation d'un seul transducteur pour grande surface. En outre, il serait souhaitable de placer les composants électroniques correspondants à proximité immédiate des différents éléments transducteurs de la matrice de transducteurs afin de limiter fortement les dimensions, la complexité, les longueurs d'interconnexion du système et d'améliorer les performances des matrices de transducteurs.

En bref, selon une première forme de réalisation de la présente technique, il est présenté une matrice de transducteurs. La matrice de transducteurs comprend un substrat comportant un recto et un verso, une pluralité de transducteurs disposés au recto du substrat et alignés dans une direction horizontale et une direction verticale pour former une matrice de transducteurs chacun des différents transducteurs étant configuré pour détecter un signal d'entrée correspondant, et une pluralité de connecteurs disposés au verso du substrat, où les connecteurs sont électriquement couplés aux différents transducteurs.

Selon un autre aspect de la présente technique, il est présenté un procédé pour fabriquer une matrice de transducteurs à chevauchement. Le procédé comprend les étapes consistant à fabriquer une plaquette comportant une pluralité de transducteurs, découper en dés la plaquette pour former des transducteurs individuels, contrôler les différents transducteurs pour identifier une pluralité de transducteurs connus de bonne qualité, élaborer un substrat comportant un recto et un verso, le verso du substrat comportant une pluralité de connecteurs, placer les différents transducteurs connus de bonne qualité au recto du substrat et aligner les différents transducteurs dans une direction horizontale et une direction verticale pour former une matrice de transducteurs à chevauchement, et coupler électriquement les connecteurs présents au verso du substrat à la pluralité de transducteurs connus de bonne qualité.

Selon un autre aspect de la présente technique, il est présenté une matrice de transducteurs à empilement. La matrice de transducteurs à empilement comprend un dispositif électronique disposé dans une première couche et couplé à une pluralité de transducteurs, le dispositif électronique étant configuré pour traiter une pluralité de signaux d'entrée, un substrat disposé dans une deuxième couche et comportant un recto et un verso, une couche d'interconnexion électrique disposée sur le substrat, et une pluralité de transducteurs disposés dans une troisième couche, les différents transducteurs étant configurés pour traiter une pluralité de signaux d'entrée.

Les différents transducteurs peuvent se chevaucher pour assembler une grande matrice de transducteurs.

Le dispositif électronique peut comporter au moins un processeur de 35 signaux couplé électriquement au transducteur.

La matrice de transducteurs à empilement peut comporter en outre un interposeur placé entre les différents transducteurs et le dispositif électronique, configuré pour faciliter la connexion électrique entre les différents transducteurs et le dispositif électronique.

Selon une autre forme de réalisation de la présente technique, il est présenté un procédé pour fabriquer une matrice de transducteurs à empilement. Le procédé comprend les étapes consistant à fabriquer une interconnexion électrique sur un substrat ayant un recto et un verso, disposer une pluralité de transducteurs au recto du substrat et coupler les différents transducteurs présents sur le recto du substrat à un dispositif électronique correspondant.

Selon un autre aspect de la présente technique, il est présenté un procédé pour aligner une pluralité de dispositifs électroniques avec une pluralité de transducteurs dans une matrice de transducteurs formée dans un plan X-Y. Le procédé comprend les étapes consistant à placer chacun des différents dispositifs électroniques dans une direction prédéterminée, aligner chacun des différents transducteurs avec l'un, correspondant, des différents dispositifs électroniques à l'aide d'un espaceur préalablement fabriqué, et coupler chacun des différents dispositifs électroniques au transducteur correspondant de la matrice de transducteurs par l'intermédiaire d'une interconnexion.

La mise en place peut comporter un empilement des dispositifs électroniques dans la direction prédéterminée.

Le procédé peut comprendre également une étape consistant à réaligner les espaceurs préalablement fabriqués pour ajuster les espaces entre les différents transducteurs et l'un, correspondant, des différents dispositifs électroniques.

L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: la Fig. 1 est une vue en perspective illustrant la formation d'une combinaison de transducteurs sur un substrat, selon un premier aspect de la présente technique; la Fig. 2 est une vue en perspective d'une forme de réalisation d'une matrice de transducteurs à chevauchement employant un interposeur, selon un autre aspect de la présente technique; la Fig. 3 est une vue en perspective représentant une première face de l'interposeur représenté sur la Fig. 2; la Fig. 4 est une vue en perspective représentant une deuxième face de l'interposeur représenté sur la Fig. 2; la Fig. 5 est une vue en perspective illustrant l'empilement d'un dispositif électronique sur l'ensemble d'une matrice de transducteurs selon l'exemple de la Fig. 2, conformément à un autre aspect de la présente technique; la Fig. 6 est une vue en perspective représentant l'ensemble superposé selon l'exemple de la Fig. 5 lorsque le dispositif électronique est représenté sous la forme 1 o d'une pile de dispositifs électroniques, conformément à encore un autre aspect de la présente technique; la Fig. 7 est une vue schématique illustrant une forme de réalisation pour 1"empilement de dispositifs électroniques dans la direction Z; et la Fig. 8 illustre des étapes pour l'alignement des éléments transducteurs et des dispositifs électroniques correspondants, selon un aspect de la présente technique.

Considérant maintenant les dessins, et en référence à la Fig. 1, il est représenté une matrice 10 de transducteurs utilisable avec un système tel que, de manière nullement limitative, un appareil d'échographie ou un détecteur de rayons X. Dans la forme de réalisation illustrée, la matrice 10 de transducteurs peut servir à détecter plusieurs signaux d'entrée.

Dans une configuration actuellement envisagée, représentée sur la Fig. 1, la matrice 10 de transducteurs est représentée schématiquement comme comportant un substrat 12. Le substrat 12 a un recto 14 et un verso 16. Ordinairement, le substrat peut comporter un matériau semi-conducteur tel que du silicium ou une matière flexible telle que du polyimide, encore que d'autres types de matières à propriétés similaires puissent être employés.

Les transducteurs sont des dispositifs généralement utilisés pour convertir en ou à partir d'un signal électronique un signal qui peut être acoustique, thermique, manométrique, optique ou autre. Dans l'exemple de forme de réalisation illustré sur la Fig. 1, la matrice 10 de transducteurs comprend une pluralité de transducteurs individuels 18 conçus pour détecter plusieurs signaux d'entrée, disposés sur le substrat 12. Par exemple, les transducteurs 18 qui composent la matrice 10 de transducteurs peuvent comporter une pluralité de dispositifs de détection, par exemple, mais de manière nullement limitative, une photodiode, une photodiode à rétroéclairage, un capteur acoustique, un capteur thermique ou un capteur de rayonnement électromagnétique. En outre, les éléments transducteurs peuvent également comporter des dispositifs à systèmes micro-électromécaniques (MEM) tels que, mais de manière nullement limitative, des transducteurs capacitifs micro-usinés à ultrasons (cMUT).

Le chevauchement est une solution intéressante aux problèmes posés par la construction d'un transducteur pour grande surface. Un exemple de matrice de transducteurs selon la présente technique peut être construit en faisant se chevaucher 1 o des éléments transducteurs individuels 18 afin de former une matrice de transducteurs pour grande surface (X, Y).

Selon une première forme de réalisation de la présente technique, une plaquette comprenant une pluralité d'éléments transducteurs est fabriquée. La plaquette est ensuite découpée en dés pour former des éléments transducteurs individuels. Les éléments transducteurs individuels sont ensuite contrôlés et des transducteurs connus de bonne qualité sont identifiés comme éléments transducteurs 18 utilisables avantageusement pour construire la matrice de transducteurs pour grande surface.

Dans la forme de réalisation illustrée sur la Fig. 1, des directions X, Y et Z sont respectivement désignées par des repères 20, 22 et 24. Les différents éléments transducteurs 18 sont disposés au recto 14 du substrat 12 et sont alignés sur une rangée dans la direction horizontale X 20. En outre, plusieurs éléments transducteurs 18 sont également disposés au recto 14 du substrat 12 et sont alignés sous la forme d'une colonne dans la direction verticale Y 22. Dans une présente configuration, les différents éléments transducteurs 18 sont combinés en rangées et colonnes dans le plan X-Y pour former une matrice 26 de transducteurs à chevauchement. Les éléments transducteurs 18 peuvent aussi être électriquement couplés les uns aux autres dans les directions horizontale 20 et verticale 22. Par conséquent, la disposition d'une pluralité d'éléments transducteurs 18 de manière mutuellement adjacente selon une combinaison en grille aboutit à une matrice de transducteurs pour grande surface pouvant servir à couvrir une plus grande surface. Par exemple, la matrice 26 de transducteurs à chevauchement pour grande surface peut être utilisée pour obtenir une image d'une grande surface. En outre, bien que le présent exemple de forme de réalisation illustre des éléments transducteurs disposés sur le substrat, dans un autre exemple possible de forme de réalisation, les éléments transducteurs peuvent être disposés de manière à former une surface plane de transducteurs en limitant ainsi fortement la hauteur de l'ensemble.

Selon une autre possibilité, la matrice 10 de transducteurs représentée sur la Fig. 1 peut être construite pendant le processus de fabrication. Pendant le processus de fabrication, les différents éléments transducteurs 18 peuvent être disposés en rangées et colonnes pour former une matrice monolithique de transducteurs.

Comme décrit précédemment, dans un exemple de forme de réalisation, le substrat 12 peut être fabriqué à l'aide de matériaux semi-conducteurs. Une interconnexion électrique multicouche peut être fabriquée directement sur le 1 o matériau semi-conducteur. Comme le comprendront les spécialistes de la technique, des rubans et des traversées isolés électriquement par des matériaux diélectriques peuvent être disposés et gravés pour créer des trajets électriquement conducteurs parmi les différents éléments transducteurs 18. Les éléments transducteurs 18 peuvent être disposés directement par-dessus l'interconnexion électrique multicouche sur la plaquette de semi-conducteur. La matrice 26 de transducteurs qui a été installée sur l'interconnexion électrique sur la plaquette de semi-conducteur peut être amincie pour découvrir la couche de dessous de l'interconnexion, faisant ainsi de la matrice 26 de transducteurs une matrice flexible de transducteurs avec une entrée/sortie (E/S) au verso 16. Selon une autre possibilité, des traversées peuvent être percées dans la plaquette 12 du substrat afin de coupler électriquement au verso 16 du substrat 12 les éléments transducteurs 18 présents au recto 14 du substrat 12, en créant de la sorte des trajets conducteurs depuis les éléments transducteurs 18 jusqu'au verso 16 du substrat 12. Dans ce cas, la matrice 26 de transducteurs n'a pas à être amincie et peut rester rigide pour une matrice plane de transducteurs. Un autre procédé possible consiste à réaliser une E/S au verso en disposant une interconnexion sur chacun des quatre côtés de la matrice de transducteurs monolithique ou à chevauchement. Cette interconnexion enveloppante est disposée sur les quatre côtés de la matrice 10 de transducteurs et descend le long des côtés et est électriquement couplée au verso 16 du substrat 12.

Dans une autre forme de réalisation de la présente technique, le substrat 12 peut être constitué par une matière flexible amenée à adhérer à un substrat plat ou une plaquette de semi-conducteur pour planarité. Une interconnexion multicouche peut être construite sur la matière flexible. Les transducteurs 18 peuvent être ensuite montés par-dessus la couche d'interconnexion. Une fois que les transducteurs 18 sont montés, la matière flexible peut être séparée du substrat plat pour créer une matrice flexible de transducteurs. La matrice flexible de transducteurs peut épouser n'importe quelle forme prise par les composants électroniques intégrés.

Dans les deux procédés avec interconnexion par plaquette flexible et à semi-conducteur, la face de l'interconnexion, c'est-à-dire le verso 16 de la matrice 26 de transducteurs, peut être fabriquée de manière à faciliter l'interconnexion de telle sorte que différents dispositifs électroniques intégrés puissent être fixés aux transducteurs à l'aide de brasure, d'une bosse conductrice, d'une soudure de fils ou de quelque moyen d'interconnexion et d'assemblage électrique.

Plusieurs connecteurs sont disposés au verso 16 du substrat 12. Les connecteurs peuvent comporter des connecteurs d'E/S qui facilitent le traitement d'une pluralité de signaux. En outre, les connecteurs sont électriquement couplés aux transducteurs 18 disposés au recto 14 du substrat 12. Le couplage électrique entre les connecteurs et les éléments transducteurs 18 peut s'effectuer par des procédés tels que, de manière nullement limitative, des traversées employant des trous traversants, des E/S noyées découvertes à la suite d'un amincissement du transducteur ou du substrat, et une interconnexion enveloppante formée en disposant des conducteurs électriques sur les bords des matrices de transducteurs monolithiques ou à chevauchement.

La Fig. 2 illustre un autre exemple de forme de réalisation 28 de la présente technique. Sur la Fig. 2, la matrice 26 de transducteurs est représentée pourvue d'un interposeur 30. L'interposeur est conçu pour faciliter le couplage électrique entre les différents transducteurs 18 et un dispositif électronique. L'interposeur 30 peut avoir un substrat contenant un matériau semi-conducteur. Selon une autre possibilité, l'interposeur 30 peut comporter un ensemble composite d'une ou de plusieurs couches de support et d'une ou de plusieurs couches d'interconnexion. Les "couches de support" peuvent contenir une matière ayant une fonction autre qu'une interconnexion électrique ou une isolation électrique pure. Par exemple, les couches de support peuvent contenir un matériau d'absorption acoustique conçu pour amortir les réflexions acoustiques. Dans d'autres applications, les couches de support peuvent contenir des matériaux à propriétés thermiques souhaitables. Dans encore d'autres applications, les couches de support peuvent contenir des matières conçues pour assurer un plus grand soutien mécanique.

L'interposeur 30 peut également être en matière choisie dans le groupe contenant un polyimide, un aramide, un fluorocarbone ou un polyester. En outre, 35 l'interposeur 30 peut comporter un système d'interconnexion multicouche conçu pour faciliter le couplage électrique entre les différents transducteurs 18 et un dispositif électronique qui peut être couplé au verso de l'interposeur 30, comme décrit plus en détail par la suite. De plus, la couche d'interposeur 30 peut être fixée à une autre couche par l'intermédiaire des bosses de brasure 32 ou à des structures d'interconnexion alternées disposées d'un côté de l'interposeur 30.

Considérant maintenant la Fig. 3, l'interposeur 30 de la Fig. 2 est illustré comme comportant une première face 34 et une deuxième face 36. En outre, l'interposeur 30 a également une longueur 38 et une largeur 40, lesquelles peuvent être approximativement équivalentes à une longueur et une largeur du substrat 12. La première face 34 de l'interposeur 30 comporte une pluralité de connecteurs 42. Dans un exemple de forme de réalisation, les connecteurs 42 peuvent comporter des traversées dans lesquelles un métal est disposé pour créer un trajet électrique de la première face 34 à la deuxième face 36. Comme le comprendront les spécialistes de la technique, un adhésif électriquement conducteur anisotrope ou isotrope, par exemple sous la forme d'une pâte ou d'un film, peut être disposé par-dessus la première face 34 de l'interposeur 30 pour assurer une connexion physique ainsi qu'électrique entre l'interposeur 30 et le substrat 12. Selon une autre possibilité, une pâte ou un métal électriquement conducteur, par exemple de la brasure, peut être disposé sur chacun des connecteurs 42 pour créer un mécanisme afin de coupler l'interposeur 30 au substrat 12. Les connecteurs 42 présents sur la première face 34 de l'interposeur 30 peuvent servir à connecter l'interposeur 30 aux connecteurs d'un dispositif auquel l'interposeur est destiné à être fixé. Par exemple, les connecteurs 42 présents sur la première face 34 de l'interposeur 30 permettent le couplage entre l'interposeur 30 et des connecteurs au verso 16 du substrat 12. En outre, une interconnexion métal-métal peut être formée par soudage thermique, ultrasonique ou thermosonique.

La Fig. 4 représente la deuxième face 36 de l'interposeur 30. Des connecteurs 44 formés sur la deuxième face 36 de l'interposeur 30 permettent le couplage entre la deuxième face 36 de l'interposeur 30 et un composant auquel est couplé l'interposeur 30, par exemple des composants électroniques de commande et d'amplification, comme décrit plus en détail par la suite.

Selon une forme de réalisation de la présente technique, le plan X- Y est employé pour combiner les éléments transducteurs 18 afin de faciliter la construction de matrices de transducteurs pour grandes surfaces. Dans la technique antérieure, les composants électroniques de commande et d'amplification servant à faire fonctionner les différents transducteurs sont également placés dans le plan X-Y, ce qui crée un grand encombrement. En outre, il est souhaitable de limiter fortement les longueurs d'interconnexion pour empêcher de mauvaises performances liées aux longueurs d'interconnexion les plus grandes, par exemple des effets de capacité et une perte de qualité des signaux.

Les performances de la matrice 26 de transducteurs peuvent être grandement améliorées en limitant fortement les longueurs d'interconnexion entre les éléments transducteurs 18 et les composants électroniques d'amplification et de commande correspondants, ce qui peut être obtenu en plaçant les dispositifs électroniques à proximité des éléments transducteurs 18 dans la direction Z 24. Le procédé de constitution de la matrice 26 de transducteurs dans la direction Z 24 a pour effet la formation d'une matrice de transducteurs en trois dimensions afin de réaliser une grande densité volumétrique.

Les matrices 26 de transducteurs pour grandes surfaces impliquent une commande et une amplification des éléments transducteurs individuels 18. Généralement, les dispositifs électroniques de commande et d'amplification sont construits à l'aide d'un traitement de semi- conducteur tel que le procédé CMOS (métal-oxyde-semi-conducteur complémentaires). Cependant, le traitement du semi-conducteur pour les composants électroniques peut avoir un rendement différent de celui de la matrice de transducteurs pour grande surface. Ordinairement, le rendement des composants électroniques est meilleur au centre de la plaquette que sur les bords de la plaquette. Par conséquent, il peut être avantageux de fabriquer les éléments électroniques séparément des éléments transducteurs 18, en recourant à n'importe quel procédé de traitement souhaitable, et en couplant la série de composants électroniques ou les dispositifs électroniques individuels à la deuxième face 36 de l'interposeur 30. En fabriquant séparément la série de composants électroniques et en isolant la série de composants électroniques par rapport à une couche autre que celle de la matrice de transducteurs, il est possible de choisir pour chaque matrice des techniques optimales de fabrication. En ce qui concerne la matrice de transducteurs, les dispositifs électroniques qui constituent la série de composants électroniques peuvent être testés de façon à pouvoir utiliser l'outil approprié connu. Comme on le comprendra, les dispositifs électroniques plus petits correspondants peuvent être empilés, dans la direction Z 24, à proximité immédiate des différents éléments transducteurs 18 afin de former une matrice entièrement fonctionnelle 26 de transducteurs pour grande surface, comme illustré davantage ci-après en référence aux figures 5 à 7.

La Fig. 5 illustre un exemple de forme de réalisation d'un ensemble 46 à empilement. Sur la Fig. 5, une série de composants électroniques se présentant sous la forme d'un seul dispositif électronique 48 est représenté comme étant empilée sous la matrice 26 de transducteurs, dans la direction Z 24. Le dispositif électronique 48 peut par exemple comporter des dispositifs de commande et d'amplification. Comme illustré sur la Fig. 5, les éléments transducteurs 18 peuvent être amenés à se chevaucher au recto 14 (cf. Fig. 1) d'un substrat 12. En outre, comme illustré dans une configuration actuellement envisagée, l'ensemble empilé 46 peut également comporter un interposeur 30, lequel comporte un système d'interconnexion multicouche. L'interposeur 30 sert à faciliter le couplage électrique entre les différents transducteurs 18 et le dispositif électronique 48. Selon une autre possibilité, les éléments transducteurs 18 peuvent également être combinés directement sur l'interposeur 30, selon un aspect de la présente technique. En outre, l'interconnexion multicouche disposée sur le substrat 12 peut également suffire pour assurer le couplage entre les éléments transducteurs 18 et le dispositif électronique 48. Le dispositif électronique 18 peut être un processeur de signaux.

Afin de limiter le plus possible les effets défavorables de grandes longueurs d'interconnexion, les composants électroniques correspondants sont placés directement sous les éléments transducteurs 18. Dans une configuration actuellement envisagée, représentée sur la Fig. 6, undeuxième ensemble empilé 50 en trois dimensions est représenté comme comprenant une pluralité de transducteurs 18 disposés au recto 14 (cf. Fig. 1) d'un substrat 12, un interposeur 30 par l'intermédiaire duquel est constitué un système d'interconnexion multicouche, et une série de composants électroniques qui comportent une pluralité de dispositifs électroniques empilés 52. En outre, selon un aspect de la présente technique, une série de composants électroniques se présentant sous la forme d'une pluralité de dispositifs électroniques empilés 52 est illustrée sur la Fig. 6. Le système d'interconnexion multicouche disposé sur l'interposeur 30 facilite le couplage électrique entre les différents éléments transducteurs 18 placés au recto 14 du substrat 12 et les dispositifs électroniques correspondants 52. Selon un autre aspect de la présente technique, les dispositifs électroniques 52 sont représentés comme étant placés directement sous l'élément transducteur correspondant 18 que le dispositif électronique empilé 52 est conçu pour faire fonctionner.

Les dispositifs électroniques empilés 52 peuvent comporter un empilement multicouche en trois dimensions de divers composants électroniques d'amplification et de commande pouvant servir à faire fonctionner les différents éléments transducteurs 18 de la matrice 26 de transducteurs. Selon un aspect de la présente technique illustré sur la Fig. 7, il est proposé un exemple de forme de réalisation d'un empilement de plusieurs dispositifs électroniques pour former les dispositifs électroniques à empilement 52. La Fig. 7 représente le dispositif électronique 52 à empilement comme comportant quatre couches séparées de dispositifs électroniques. Par exemple, une première couche 54 peut comporter des circuits analogiques à haute tension. En outre, une deuxième couche 56 peut comporter une série de pulseurs. De plus, une troisième couche 58 peut être constituée par une série de conformateurs de faisceaux. En outre, une quatrième couche 60 peut contenir des processeurs de signaux. Selon une autre possibilité, une interconnexion d'une couche à une autre peut être réalisée à l'aide d'une pluralité de traversées 62 sous la forme de trous traversants situés sur le pourtour des couches 54, 56, 58 et 60 du dispositif électronique. De plus, comme illustré sur la Fig. 7, les quatre couches 54, 56, 58 et 60 sont empilées les unes par-dessus les autres dans une direction 64 qui est la direction Z 24. Selon une autre possibilité, les traversées 62 constituées par des trous traversants peuvent être conçues avec d'autres configurations, par exemple à travers la région formant le milieu de chaque couche 54, 56, 58 et 60. Comme on le comprendra, on peut recourir à tout moyen approprié de connexion électrique de chacune des couches 54, 56, 58 et 60.

La mise en place ou l'empilement des dispositifs électroniques 52, au verso d'une matrice 26 de transducteurs pour grande surface, peut offrir des avantages pour empêcher des problèmes liés à de grandes longueurs d'interconnexion. Il peut être souhaitable d'aligner les dispositifs électroniques empilés 52 avec l'élément transducteur correspondant 18. Des séparateurs préalablement fabriqués (non représentés) peuvent être employés pour aligner les dispositifs électroniques empilés 52 sous la forme d'une grille plus précise au verso de la matrice 26 de transducteurs, selon une autre forme de réalisation de la présente technique, décrite plus en détail en référence à la Fig. 8. Par ailleurs, les propriétés des matériaux des transducteurs, des composants électroniques et de l'interconnexion peuvent être choisies ou utilisées pour faciliter un alignement et un assemblage de précision des matrices de transducteurs avec les composants électroniques empilés.

La Fig. 8 est un organigramme 66 illustrant des étapes pour aligner le dispositif électronique empilé 52 (cf Fig. 6) avec un élément transducteur correspondant 18 (cf Fig. 6), selon une forme de réalisation. Le procédé résumé sur la Fig. 8 débute à l'étape 68 au cours de laquelle est réalisée la mise en place du dispositif électronique à empilement 52. Le dispositif électronique à empilement 52 est disposé dans la direction Z 24 (cf Fig. 6) par rapport à l'élément transducteur 18 que le dispositif électronique à empilement 52 est conçu pour faire fonctionner.

A la suite de l'étape 68 est réalisée l'étape 70. Au cours de l'étape 70, des séparateurs préalablement fabriqués peuvent être employés pour espacer les 1 o différents dispositifs électroniques empilés 52 sous la forme d'une grille précise au verso de la matrice 26 de transducteurs (cf. Fig. 6).

Ensuite est réalisée l'étape 72 au cours de laquelle le dispositif électronique 52 est couplé à l'élément transducteur correspondant 18. Le couplage du dispositif électronique 52 à l'élément transducteur correspondant 18 peut s'effectuer à l'aide de procédés d'activation d'interconnexion, par exemple, mais d'une manière nullement limitative, par la chaleur et la pression pour la refusion de la brasure.

L'étape 74 consiste en un réalignement des séparateurs préalablement fabriqués afin d'aligner les éléments transducteurs 18 avec leurs dispositifs électroniques empilés correspondants 52. A la suite de l'étape d'activation 72, des espaces peuvent apparaître dans l'alignement entre les différents éléments transducteurs 18 et les dispositifs électroniques concernés 52. Les séparateurs temporaires peuvent alors être réalignés pour réduire les espaces apparus pendant l'étape d'activation 72. Dans certaines applications de capteurs, les espaces dans la matrice 26 de transducteurs peuvent être acceptables. Cependant, les espaces entre les dispositifs électroniques empilés peuvent être comblés par des matières qui améliorent les performances du transducteur. Par exemple, dans un transducteur acoustique, une matière d'absorption acoustique peut être disposée dans les espaces et placée de manière à limiter les réflexions acoustiques dans l'espace.

La matrice 26 de transducteurs pour grande surface et le procédé de construction de la matrice 26 de transducteurs pour grande surface décrits ci-dessus permettent la fabrication de matrices de transducteurs en trois dimensions, pour grandes surfaces, qui peuvent trouver une application dans divers domaines tels que les systèmes diagnostiques médicaux, l'imagerie médicale et industrielle et l'évaluation et le contrôle non destructifs de matières et de structures. Par ailleurs, l'emploi de systèmes d'interconnexion multicouche disposés soit sur le substrat 12 soit sur l'interposeur 30 facilite grandement l'assemblage et les performances de transducteurs et de composants électroniques à hautes densités de connecteurs d'E/S.

De plus, en plaçant les dispositifs électroniques 52 à proximité immédiate des éléments transducteurs 18, on peut fortement améliorer les fonctions et les performances du système. Ces progrès résultent d'une forte diminution des longueurs d'interconnexion et d'un bon alignement des dispositifs électroniques 52 avec les éléments transducteurs correspondants 18. En outre, l'empilement des dispositifs électroniques correspondants 52 dans la direction Z 24 a pour effet une plus grande densité fonctionnelle pour un volume d'ensemble donné. En outre encore, en formant des ensembles dans lesquels chacun des blocs fonctionnels de l'ensemble est isolé en étant fabriqué dans une couche séparée, on peut réaliser des techniques de fabrication optimisées pour chaque type de bloc fonctionnel.

LISTE DES REPERES

Matrice de transducteurs 12 Substrat 14 Recto du substrat 16 Verso du substrat 18 Pluralité de transducteurs Direction X 22 Direction Y 24 Direction Z 26 Matrice de transducteurs à chevauchement 28 Matrice de transducteurs à chevauchement avec interposeur 30 Interposeur 32 Pluralité de bosses de brasure 34 Recto de l'interposeur 36 Verso de l'interposeur 38 Longueur de l'interposeur Largeur de l'interposeur 42 Pluralité de connecteurs disposés au recto de l'interposeur 44 Pluralité de connecteurs disposés au verso de l'interposeur 46 Première forme de réalisation d'un ensemble à empilement 48 Dispositif électronique Deuxième forme de réalisation d'un ensemble à empilement 52 Pluralité de dispositifs électroniques empilés 54 Couche 1 contenant des circuits analogiques à haute tension 56 Couche 2 comportant des pulseurs 58 Couche 3 comportant des conformateurs de faisceaux 60 Couche 4 comportant des processeurs de signaux 62 Traversées sous forme de trous traversants 64 Direction d'empilement 66 Organigramme pour l'alignement de transducteurs avec des dispositifs électroniques 68 Etape de mise en place des dispositifs électroniques empilés Etape d'alignement des transducteurs avec les dispositifs électroniques 72 Etape de couplage de dispositifs électroniques avec des transducteurs 74 Etape de réalignement de séparateurs

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Matrice (10) de transducteurs, comprenant: un substrat (12) comportant un recto (14) et un verso (16) ; une pluralité de transducteurs (18) disposés au recto (14) du substrat (12) et alignés dans une direction horizontale (20) et une direction verticale (22) pour former une matrice (26) de transducteurs, chacun des différents transducteurs (18) étant conçu pour détecter un signal d'entrée correspondant; et une pluralité de connecteurs disposés au verso (16) du substrat (12), les différents transducteurs (18) constituant un transducteur physique, et les connecteurs étant électriquement couplés aux différents transducteurs (18).

2. Procédé pour fabriquer une matrice (10) de transducteurs à chevauchement, le procédé comprenant les étapes consistant à : fabriquer une plaquette comportant une pluralité de transducteurs (18) ; découper la plaquette en dés pour former des transducteurs individuels; contrôler les différents transducteurs pour identifier une pluralité de transducteurs connus de bonne qualité ; constituer un substrat (12) comportant un recto (14) et un verso (16), le verso (16) du substrat (12) comportant une pluralité de connecteurs; placer la pluralité de transducteurs connus de bonne qualité au recto (14) du substrat (12) et aligner les différents transducteurs (18) dans une direction horizontale (20) et une direction verticale (22) afin de former une matrice (26) de transducteurs; et coupler électriquement les connecteurs présents sur le substrat (12) à la pluralité de transducteurs connus (18) de bonne qualité.

3. Matrice (46) de transducteurs à empilement, comprenant: un dispositif électronique (48) disposé dans une première couche et couplé à une pluralité de transducteurs (18), le dispositif électronique (48) étant conçu pour traiter une pluralité de signaux d'entrée; un substrat (12) disposé dans une deuxième couche et comportant un recto (14) et un verso (16) ; une couche d'interconnexion électrique disposée au verso (16) du substrat (12) ; et une pluralité de transducteurs (18) disposés dans une troisième couche au recto (14) du substrat (12), les différents transducteurs (18) étant conçus pour détecter une pluralité de signaux d'entrée.

4. Matrice (46) de transducteurs à empilement selon la revendication 3, dans laquelle les différents transducteurs (18) se chevauchent pour constituer une grande matrice de transducteurs.

5. Matrice (46) transducteurs à empilement selon la revendication 3, dans laquelle le dispositif électronique comporte au moins un processeur de signaux couplé électriquement au transducteur.

6. Matrice (46) de transducteurs à empilement selon la revendication 3, comprenant en outre un interposeur (30) disposé entre les différents transducteurs (18) et le dispositif électronique (48), conçue pour faciliter la connexion électrique entre les différents transducteurs (18) et le dispositif électronique (48).

7. Procédé pour fabriquer une matrice (46) de transducteurs à empilement, le procédé comprenant les étapes consistant à : fabriquer une interconnexion électrique sur un substrat (12) ayant un recto (14) et un verso (16) ; disposer une pluralité de transducteurs (18) au recto (14) du substrat (12) ; et coupler les différents transducteurs (18) présents au recto (14) du substrat (12) à un dispositif électronique correspondant (48).

8. Procédé d'alignement d'une pluralité de dispositifs électroniques (52) avec une pluralité de transducteurs (18) dans une matrice (26) de transducteurs formée dans un plan X-Y, le procédé comprenant les étapes consistant à : placer dans une direction prédéterminée chaque dispositif parmi plusieurs dispositifs électroniques (52) ; aligner chacun des différents transducteurs (18) avec l'un, correspondant, de la pluralité de dispositifs électroniques (52) par l'intermédiaire d'un séparateur préalablement fabriqué ; et coupler chacun des différents dispositifs électroniques (52) au transducteur correspondant (18) de la matrice (26) de transducteurs par l'intermédiaire d'une interconnexion.

9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le positionnement consiste à empiler les dispositifs électroniques (52) dans la direction prédéterminée.

10. Procédé selon la revendication 8, comprenant en outre l'étape consistant à réaligner les séparateurs préalablement fabriqués pour ajuster des espaces entre chacun des différents transducteurs (18) et le dispositif correspondant parmi les différents dispositifs électroniques (52).