FR2980326A1

FR2980326A1 - Ultrasound transducer comprises piezoelectric element defining front side and back side, lens connected to front side of piezoelectric element, heat sink connected to back side of piezoelectric element, and backside matching layer

Info

Publication number: FR2980326A1
Application number: FR1258605A
Authority: FR
Inventors: Alan C Tai; Hiroshi Isono
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2013-03-22
Also published as: KR20130030226A; CN102989654B; CN102989654A; JP2013066177A; JP6548201B2

Abstract

An ultrasound transducer (400) comprises piezoelectric element (108) defining front side and back side and configured to convert electrical signals into ultrasound waves to be transmitted from front side toward a target and convert ultrasound waves into electrical signals, lens (102) connected to front side of piezoelectric element, heat sink connected to back side of piezoelectric element, and backside matching layer (401) disposed and thermally connected between piezoelectric element and heat sink and configured to conduct heat from piezoelectric element to heat sink. An independent claim is included for manufacturing method of ultrasound transducer (400) which involves attaching matching layer (401) to front side of piezoelectric element (108), attaching backside matching layer to back side of piezoelectric element, and connecting backside matching layer to heat sink, which faces back side of piezoelectric element.

Description

Couches de transmission thermique et d'adaptation acoustique pour transducteur ultrasonore Des modes de réalisation de la présente technologie concernent d'une manière générale des transducteurs ultrasonores configurés pour présenter des caractéristiques thermiques améliorées. Comme illustré dans la figure 1, les transducteurs ultrasonores 100 classiques peuvent se composer de différentes couches, comprenant une lentille 102, des couches d'adaptation d'impédance 104 et 106, un élément piézoélectrique 108, un amortisseur 110 et des éléments électriques pour une connexion à un système ultrasonore. L'élément piézoélectrique 108 peut convertir des signaux électriques en ondes ultrasonores devant être transmises à une cible, et peut également convertir des ondes ultrasonores reçues en signaux électriques. Les flèches 112 désignent des ondes ultrasonores transmises et reçues par le transducteur 100. Les ondes ultrasonores reçues peuvent être utilisées par le système ultrasonore pour créer une image de la cible. Afin d'augmenter l'énergie émise par le transducteur 100, des couches d'adaptation d'impédance 104, 106 sont disposées entre l'élément piézoélectrique 108 et la lentille 102. Dans le passé, on a pensé qu'une adaptation d'impédance optimale était obtenue lorsque les couches d'adaptation 104, 106 séparent l'élément piézoélectrique 108 et la lentille 102 d'une distance x d'environ 1/4 à 1/2 de la longueur d'onde souhaitée des ondes ultrasonores transmises, à la fréquence de résonance. On pense généralement qu'une telle configuration peut maintenir les ondes ultrasonores, qui ont été réfléchies dans les couches d'adaptation 104, 106, en phase lorsqu'elles quittent les couches d'adaptation 104, 106. La transmission des ondes ultrasonores depuis le transducteur 100 peut chauffer la lentille 102. Cependant, des transducteurs en contact avec des patients ont une température de surface maximale d'environ 40 degrés Celsius pour éviter une gêne pour le patient et respecter les limites de température réglementaires. Ainsi, la température de la lentille peut être un facteur de limitation pour la puissance de transmission des ondes et la performance du transducteur. De nombreuses techniques de gestion thermique se concentrent sur la face arrière du transducteur pour réduire à un minimum la réflexion de l'énergie ultrasonore en direction de la lentille. Néanmoins, on a besoin de transducteurs ultrasonores perfectionnés, présentant des caractéristiques thermiques améliorées. Des modes de réalisation de la présente technologie concernent d'une manière générale des transducteurs ultrasonores et des procédés de réalisation de transducteurs. Thermal Transmission and Sound Adaptation Layers for Ultrasonic Transducer Embodiments of the present technology generally relate to ultrasonic transducers configured to have improved thermal characteristics. As illustrated in FIG. 1, the conventional ultrasonic transducers 100 may be composed of different layers, comprising a lens 102, impedance matching layers 104 and 106, a piezoelectric element 108, a damper 110 and electrical elements for a plurality of layers. connection to an ultrasound system. The piezoelectric element 108 can convert electrical signals into ultrasound waves to be transmitted to a target, and can also convert received ultrasonic waves into electrical signals. The arrows 112 designate ultrasonic waves transmitted and received by the transducer 100. The received ultrasound waves can be used by the ultrasound system to create an image of the target. In order to increase the energy emitted by the transducer 100, impedance matching layers 104, 106 are disposed between the piezoelectric element 108 and the lens 102. In the past, it has been thought that an adaptation of Optimum impedance was obtained when the matching layers 104, 106 separate the piezoelectric element 108 and the lens 102 by a distance x of about 1/4 to 1/2 of the desired wavelength of the transmitted ultrasonic waves, at the resonance frequency. It is generally believed that such a configuration can maintain the ultrasonic waves, which have been reflected in the matching layers 104, 106, in phase when they leave the matching layers 104, 106. The transmission of the ultrasonic waves from the Transducer 100 can heat lens 102. However, transducers in contact with patients have a maximum surface temperature of about 40 degrees Celsius to avoid patient discomfort and meet regulatory temperature limits. Thus, the temperature of the lens can be a limiting factor for the wave transmission power and the performance of the transducer. Many thermal management techniques focus on the back side of the transducer to minimize the reflection of ultrasonic energy toward the lens. Nevertheless, advanced ultrasonic transducers with improved thermal characteristics are needed. Embodiments of the present technology generally relate to ultrasonic transducers and methods of making transducers.

Conformément à un mode de réalisation, un transducteur ultrasonore comprend un élément piézoélectrique comportant une face avant et une face arrière, l'élément piézoélectrique étant configuré pour convertir des signaux électriques en ondes ultrasonores devant être transmises depuis la face avant vers une cible, l'élément piézoélectrique étant configuré pour convertir des ondes ultrasonores reçues en signaux électriques. Le transducteur ultrasonore comprend une lentille connectée à la face avant de l'élément piézoélectrique, un dissipateur thermique connecté à la face arrière de l'élément piézoélectrique et une couche d'adaptation arrière disposée entre l'élément piézoélectrique et le dissipateur thermique. La couche d'adaptation arrière est reliée thermiquement à l'élément piézoélectrique et au dissipateur thermique. La couche d'adaptation arrière est configurée pour conduire la chaleur depuis l'élément piézoélectrique au dissipateur thermique. According to one embodiment, an ultrasonic transducer comprises a piezoelectric element having a front face and a back face, the piezoelectric element being configured to convert electrical signals into ultrasonic waves to be transmitted from the front face to a target, the piezoelectric element being configured to convert received ultrasonic waves into electrical signals. The ultrasonic transducer comprises a lens connected to the front face of the piezoelectric element, a heat sink connected to the rear face of the piezoelectric element, and a rear matching layer disposed between the piezoelectric element and the heat sink. The rear adaptation layer is thermally connected to the piezoelectric element and the heat sink. The rear adaptation layer is configured to conduct heat from the piezoelectric element to the heat sink.

Selon un mode de réalisation, un transducteur ultrasonore comprend un élément piézoélectrique comportant une face avant et une face arrière. L'élément piézoélectrique est configuré pour convertir des signaux électriques en ondes ultrasonores devant être transmises depuis la face avant vers une cible. L'élément piézoélectrique est configuré pour convertir des ondes ultrasonores reçues en signaux électriques. Le transducteur ultrasonore comprend une lentille connectée à la face avant de l'élément piézoélectrique, un dissipateur thermique connecté à la face arrière de l'élément piézoélectrique, et une couche d'adaptation arrière connectée à la fois à l'élément piézoélectrique et au dissipateur thermique. La couche d'adaptation arrière comprend une aile configurée pour s'étendre au-delà d'une extrémité de l'élément piézoélectrique, jusqu'au dissipateur thermique. La couche d'adaptation arrière est configurée pour conduire la chaleur depuis l'élément piézoélectrique au dissipateur thermique. Selon un mode de réalisation, un procédé de fabrication d'un transducteur ultrasonore comprend la fixation d'une couche d'adaptation à une face avant d'un élément piézoélectrique, la fixation d'une couche d'adaptation arrière à une face arrière de l'élément piézoélectrique, et la connexion de la couche d'adaptation arrière à un dissipateur thermique, le dissipateur thermique se situant en vis-à-vis de la face arrière de l'élément piézoélectrique. L'objet de l'invention sera mieux compris à l'étude détaillée de la description de modes de réalisation de l'invention, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel - la figure 1 représente une coupe transversale de couches d'un transducteur ultrasonore selon l'état de la technique, - la figure 2A représente une coupe transversale de couches d'un transducteur ultrasonore utilisé conformément à des modes de réalisation de la présente technologie, - la figure 2B représente un tableau de propriétés de couches d'adaptation pour des transducteurs ultrasonores utilisés conformément à des modes de réalisation de la présente technologie, - la figure 3 représente une coupe transversale de couches d'un transducteur ultrasonore utilisé conformément à des modes de réalisation de la présente technologie, - la figure 4 représente une coupe transversale de couches d'un transducteur ultrasonore utilisé conformément à des modes de réalisation de la présente technologie, - la figure 5 représente une coupe transversale de couches d'un transducteur ultrasonore utilisé conformément à des modes de réalisation de la présente technologie, - la figure 6 est une vue en perspective de couches d'un transducteur ultrasonore utilisé conformément à des modes de réalisation de la présente technologie, - la figure 7 représente des résultats d'une simulation par ordinateur pour un transducteur ultrasonore utilisé conformément à des modes de réalisation de la présente technologie, - la figure 8 représente un graphique illustrant des résultats d'expériences de mesures de températures à la surface de la lentille pour un transducteur classique et un transducteur construit conformément à un mode de réalisation de la présente technologie, - la figure 9 représente une coupe transversale de couches d'un transducteur ultrasonore utilisé conformément à des modes de réalisation de la présente technologie, - la figure 10 représente une vue en perspective d'un transducteur ultrasonore utilisé conformément à des modes de réalisation de la présente technologie, - la figure 11 représente une coupe transversale de couches d'un transducteur ultrasonore utilisé conformément à des modes de réalisation de la présente technologie, - la figure 12 représente un graphique illustrant des données de simulation, - la figure 13 représente un graphique illustrant des données de simulation. Les modes de réalisation de la présente technologie concernent d'une manière générale des transducteurs ultrasonores configurés pour présenter des caractéristiques thermiques améliorées. Dans le dessin, des éléments identiques sont désignés par des références identiques. La figure 1 représente une coupe transversale de couches d'un transducteur ultrasonore 100 de l'état de la technique. Le transducteur 100 a été décrit dans l'arrière-plan et comprend deux couches d'adaptation 104, 106 disposées entre la lentille 102 et l'élément piézoélectrique 108. Les couches d'adaptation 104, 106 établissent une distance combinée x entre la lentille 102 et l'élément piézoélectrique 108, laquelle distance x est d'environ 1/4 à 1/2 de la longueur d'onde souhaitée des ondes ultrasonores transmises à la fréquence de résonance. La figure 2A représente une coupe transversale de couches d'un transducteur ultrasonore 200 utilisé conformément à un mode de réalisation de la présente technologie. Le transducteur 200 comprend la lentille 102, les couches d'adaptation d'impédance 203206, l'élément piézoélectrique 108, l'amortisseur 110 et des éléments électriques pour la connexion à un système ultrasonore. L'amortisseur 110 comprend un dissipateur thermique et un élément de gestion thermique. Dans certains modes de réalisation, les couches d'adaptation 203-206, l'élément piézoélectrique 108 et la lentille 102 peuvent être fixés les uns aux autres en utilisant de l'époxy ou des matériaux adhésifs traités par application d'une pression, par exemple par un outillage et/ou une presse. According to one embodiment, an ultrasonic transducer comprises a piezoelectric element comprising a front face and a rear face. The piezoelectric element is configured to convert electrical signals into ultrasonic waves to be transmitted from the front to a target. The piezoelectric element is configured to convert received ultrasonic waves into electrical signals. The ultrasonic transducer comprises a lens connected to the front face of the piezoelectric element, a heat sink connected to the rear face of the piezoelectric element, and a rear matching layer connected to both the piezoelectric element and the dissipator. thermal. The rearward adaptation layer includes a wing configured to extend beyond one end of the piezoelectric element to the heat sink. The rear adaptation layer is configured to conduct heat from the piezoelectric element to the heat sink. According to one embodiment, a method of manufacturing an ultrasonic transducer comprises attaching an adaptation layer to a front face of a piezoelectric element, attaching a rear adaptation layer to a rear face of a piezoelectric element. the piezoelectric element, and the connection of the rear adaptation layer to a heat sink, the heat sink being located vis-à-vis the rear face of the piezoelectric element. The object of the invention will be better understood from the detailed description of the description of embodiments of the invention, taken by way of nonlimiting examples and illustrated by the appended drawing, in which - FIG. cross-section of layers of an ultrasonic transducer according to the state of the art; FIG. 2A shows a cross-section of layers of an ultrasonic transducer used in accordance with embodiments of the present technology; FIG. array of matching layer properties for ultrasonic transducers used in accordance with embodiments of the present technology; FIG. 3 is a cross-sectional view of layers of an ultrasonic transducer used in accordance with embodiments of the present technology; FIG. 4 represents a cross-section of layers of an ultrasound transducer used in accordance with In this embodiment, FIG. 5 shows a cross-section of layers of an ultrasonic transducer used in accordance with embodiments of the present technology. FIG. 6 is a perspective view of layers of an ultrasonic transducer. used in accordance with embodiments of the present technology, - Figure 7 shows results of a computer simulation for an ultrasonic transducer used in accordance with embodiments of the present technology, - Figure 8 is a graph illustrating results of lens surface temperature measurement experiments for a conventional transducer and a transducer constructed in accordance with an embodiment of the present technology; - Fig. 9 shows a cross section of layers of an ultrasonic transducer used in accordance with to embodiments of the present technology Fig. 10 shows a perspective view of an ultrasonic transducer used in accordance with embodiments of the present technology; Fig. 11 shows a cross section of layers of an ultrasonic transducer used in accordance with embodiments; of the present technology; FIG. 12 represents a graph illustrating simulation data; FIG. 13 represents a graph illustrating simulation data. Embodiments of the present technology generally relate to ultrasonic transducers configured to have improved thermal characteristics. In the drawing, identical elements are designated by identical references. FIG. 1 represents a cross section of layers of an ultrasound transducer 100 of the state of the art. The transducer 100 has been described in the background and comprises two matching layers 104, 106 disposed between the lens 102 and the piezoelectric element 108. The matching layers 104, 106 establish a combined distance x between the lens 102 and the piezoelectric element 108, which distance x is about 1/4 to 1/2 of the desired wavelength of the ultrasonic waves transmitted at the resonant frequency. Figure 2A shows a cross section of layers of an ultrasonic transducer 200 used in accordance with an embodiment of the present technology. Transducer 200 includes lens 102, impedance matching layers 203206, piezoelectric element 108, damper 110 and electrical elements for connection to an ultrasonic system. The damper 110 includes a heat sink and a thermal management element. In some embodiments, the matching layers 203-206, the piezoelectric element 108 and the lens 102 may be affixed to each other using epoxy or pressure treated adhesive materials, such as example by a tool and / or a press.

Comme dans les transducteurs ultrasonores classiques, l'élément piézoélectrique 108 peut convertir des signaux électriques en ondes ultrasonores devant être transmises à une cible, et peut également convertir des ondes ultrasonores reçues en signaux électriques. Les flèches 112 désignent les ondes ultrasonores transmises et reçues par le transducteur 200. Les ondes ultrasonores reçues peuvent être utilisées par le système ultrasonore pour créer une image de la cible. Afin d'augmenter l'énergie émise par le transducteur 100, les couches d'adaptation d'impédance 203-206 sont disposées entre l'élément piézoélectrique 108 et la lentille 102. Les couches d'adaptation 203-206 séparent l'élément piézoélectrique 108 et la lentille 102 d'une distance y qui peut être inférieure ou supérieure à la distance x (qui est d'environ 1/4 à 1/2 de la longueur d'onde souhaitée des ondes ultrasonores transmises à la fréquence de résonance). Comme montré dans la figure 1, les transducteurs classiques comprennent en général deux couches d'adaptation 104, 106. De telles couches d'adaptation comportent en général de l'époxy et des charges. On a constaté que le fait d'inclure une couche d'adaptation à proximité de l'élément piézoélectrique, qui présente une impédance acoustique relativement plus élevée et une conductivité thermique relativement plus élevée, peut améliorer les caractéristiques thermiques et/ou les propriétés acoustiques. Les modes de réalisation illustrés ici représentent des transducteurs conformes à l'invention dotés de trois ou quatre couches d'adaptation. Néanmoins, les modes de réalisation peuvent comprendre seulement deux couches d'adaptation ou plus de quatre couches d'adaptation, par exemple cinq ou six. La figure 2B représente un tableau de propriétés de couches d'adaptation 203-206 pour des modes de réalisation de transducteurs ultrasonores conformes à l'invention. La couche d'adaptation 206, qui est disposée entre l'élément piézoélectrique 108 et la couche d'adaptation 205, peut être constituée d'un matériau ayant une impédance acoustique d'environ 10-20 MRayl et une conductivité thermique supérieure à environ 30 W/mK. La couche d'adaptation 206 peut avoir une épaisseur inférieure à environ 0,22k, k étant la longueur d'onde souhaitée des ondes ultrasonores transmises à la fréquence de résonance. Dans certains modes de réalisation, la couche d'adaptation 206 peut être constituée d'un métal ou de métaux, tel(s) que le cuivre, un alliage de cuivre, le cuivre doté d'un motif de graphite encastré, le magnésium, un alliage de magnésium, un matériau semi-conducteur tel que le silicium, l'aluminium (plaque ou barrette) et/ou un alliage d'aluminium, par exemple. Les métaux peuvent présenter une impédance acoustique relativement élevée qui est telle que les ondes ultrasonores se déplacent dans la couche à une vitesse plus élevée, ce qui nécessite une couche d'adaptation plus épaisse pour obtenir les caractéristiques acoustiques souhaitées. La couche d'adaptation 205, qui est disposée entre la couche d'adaptation 206 et la couche d'adaptation 204, peut être constituée d'un matériau présentant une impédance acoustique d'environ 5-15 MRayl et une conductivité thermique d'environ 1-300 W/mK. La couche d'adaptation 205 peut avoir une épaisseur inférieure à environ 0,25k. Dans certains modes de réalisation, la couche d'adaptation 205 peut être constituée d'un métal ou de métaux, tel(s) que le cuivre, un alliage de cuivre, le cuivre doté d'un motif de graphite encastré, le magnésium, un alliage de magnésium, l'aluminium (plaque ou barrette), un alliage d'aluminium, une résine époxy chargée, une vitrocéramique, une céramique composite et/ou par exemple du Macor. La couche d'adaptation 204, qui est disposée entre la couche d'adaptation 205 et la couche d'adaptation 203, peut être constituée d'un matériau présentant une impédance acoustique d'environ 2-8 MRayl et une conductivité thermique d'environ 0,5-50 W/mK. La couche d'adaptation 204 peut avoir une épaisseur inférieure à environ 0,25k. Dans certains modes de réalisation, la couche d'adaptation 204 peut être constituée d'un élément non-métallique, tel qu'une résine époxy comportant des charges, par exemple des charges à base de silice. Dans certains modes de réalisation, la couche d'adaptation 204 peut par exemple être constituée d'un matériau de type graphite. Les non-métaux, tels qu'une résine époxy comportant des charges, peuvent présenter une impédance acoustique relativement basse qui est telle que les ondes ultrasonores se déplacent dans la couche à une vitesse plus faible, ce qui nécessite une couche d'adaptation plus mince pour obtenir les caractéristiques acoustiques souhaitées. La couche d'adaptation 203, qui est disposée entre la couche d'adaptation 204 et la lentille 102, peut être constituée d'un matériau présentant une impédance acoustique d'environ 1,5-3 MRayl et une conductivité thermique d'environ 0,5-50 W/mK. La couche d'adaptation 203 peut avoir une épaisseur inférieure à environ 0,25k. Dans certains modes de réalisation, la couche d'adaptation 203 peut être constituée d'un élément non-métallique, tel qu'une matière plastique et/ou une résine époxy comportant des charges, par exemple des charges à base de silice. Dans un mode de réalisation, l'impédance acoustique des couches d'adaptation 203-206 diminue à mesure que la distance des couches 203-206 par rapport à l'élément piézoélectrique 108 augmente. Cela signifie que la couche d'adaptation 206 peut avoir une impédance acoustique plus élevée que la couche d'adaptation 205, la couche 205 peut avoir une impédance acoustique plus élevée que la couche 204, et la couche 204 peut avoir une impédance acoustique plus élevée que la couche 203. On a constaté que la mise en place de trois couches d'adaptation ou plus avec des impédances acoustiques qui diminuent de cette manière peut améliorer les propriétés acoustiques, par exemple la sensibilité et/ou la largeur de bande aux bords. Ces propriétés acoustiques perfectionnées peuvent améliorer à leur tour la détection de structures dans une cible telle que le corps humain. As in conventional ultrasonic transducers, the piezoelectric element 108 can convert electrical signals into ultrasound waves to be transmitted to a target, and can also convert received ultrasonic waves into electrical signals. The arrows 112 designate the ultrasonic waves transmitted and received by the transducer 200. The received ultrasound waves can be used by the ultrasound system to create an image of the target. In order to increase the energy emitted by the transducer 100, the impedance matching layers 203-206 are disposed between the piezoelectric element 108 and the lens 102. The 203-206 matching layers separate the piezoelectric element 108 and the lens 102 by a distance y which may be smaller or greater than the distance x (which is about 1/4 to 1/2 of the desired wavelength of the ultrasonic waves transmitted at the resonant frequency) . As shown in FIG. 1, conventional transducers generally comprise two matching layers 104, 106. Such matching layers generally include epoxy and fillers. It has been found that including an adaptation layer near the piezoelectric element, which has a relatively higher acoustic impedance and a relatively higher thermal conductivity, can improve the thermal characteristics and / or the acoustic properties. Embodiments illustrated herein represent transducers in accordance with the invention having three or four matching layers. Nevertheless, the embodiments may comprise only two adaptation layers or more than four adaptation layers, for example five or six. Fig. 2B shows an array of 203-206 matching layer properties for embodiments of ultrasonic transducers according to the invention. The matching layer 206, which is disposed between the piezoelectric element 108 and the matching layer 205, may be made of a material having an acoustic impedance of about 10-20 mMax and a thermal conductivity greater than about 30 mM. W / mK. The matching layer 206 may have a thickness of less than about 0.22k, where k is the desired wavelength of the ultrasonic waves transmitted at the resonant frequency. In some embodiments, the matching layer 206 may be made of a metal or metals, such as copper, a copper alloy, copper with an embedded graphite pattern, magnesium, a magnesium alloy, a semiconductor material such as silicon, aluminum (plate or strip) and / or an aluminum alloy, for example. The metals may have a relatively high acoustic impedance which is such that ultrasonic waves move in the layer at a higher rate, requiring a thicker matching layer to achieve the desired acoustic characteristics. The matching layer 205, which is disposed between the matching layer 206 and the matching layer 204, may be made of a material having an acoustic impedance of about 5-15 MRayl and a thermal conductivity of about 1-300 W / mK. The matching layer 205 may be less than about 0.25k thick. In some embodiments, the matching layer 205 may be made of a metal or metals, such as copper, a copper alloy, copper with an embedded graphite pattern, magnesium, a magnesium alloy, aluminum (plate or strip), an aluminum alloy, a filled epoxy resin, a glass-ceramic, a composite ceramic and / or for example Macor. The matching layer 204, which is disposed between the matching layer 205 and the matching layer 203, may be made of a material having an acoustic impedance of about 2-8 MRayl and a thermal conductivity of about 0.5-50 W / mK. The matching layer 204 may be less than about 0.25k thick. In some embodiments, the matching layer 204 may be made of a non-metallic element, such as an epoxy resin having fillers, for example, silica-based fillers. In some embodiments, the matching layer 204 may for example be made of a graphite material. Non-metals, such as an epoxy resin having fillers, may have a relatively low acoustic impedance which is such that ultrasonic waves move in the layer at a slower rate, requiring a thinner adaptation layer to obtain the desired acoustic characteristics. The matching layer 203, which is disposed between the matching layer 204 and the lens 102, may be made of a material having an acoustic impedance of about 1.5-3 MRayl and a thermal conductivity of about 0. , 5-50 W / mK. The adaptation layer 203 may have a thickness of less than about 0.25k. In some embodiments, the matching layer 203 may be made of a non-metallic element, such as a plastics material and / or an epoxy resin having fillers, for example silica-based fillers. In one embodiment, the acoustic impedance of the adaptation layers 203-206 decreases as the distance of the layers 203-206 from the piezoelectric element 108 increases. This means that the matching layer 206 may have a higher acoustic impedance than the matching layer 205, the layer 205 may have a higher acoustic impedance than the layer 204, and the layer 204 may have a higher acoustic impedance That layer 203. It has been found that placing three or more matching layers with acoustic impedances that decrease in this way can improve the acoustic properties, for example the sensitivity and / or bandwidth at the edges. These improved acoustic properties can in turn improve the detection of structures in a target such as the human body.

Dans un mode de réalisation, la conductivité thermique des couches d'adaptation 205, 206 est plus grande que la conductivité thermique des couches d'adaptation 203, 204. On a constaté que la disposition d'une couche d'adaptation ayant une conductivité thermique relativement élevée (par exemple les couches d'adaptation 205 et/ou 206) à proximité de l'élément piézoélectrique 108 peut améliorer les caractéristiques thermiques. Par exemple, ces couches d'adaptation peuvent dissiper la chaleur générée par l'élément piézoélectrique 108, plus facilement que des couches d'adaptation présentant une conductivité thermique plus faible, telles que les couches 203 et 204. In one embodiment, the thermal conductivity of the matching layers 205, 206 is greater than the thermal conductivity of the matching layers 203, 204. It has been found that the provision of an adaptation layer having a thermal conductivity relatively high (e.g., matching layers 205 and / or 206) near the piezoelectric element 108 can improve the thermal characteristics. For example, these matching layers may dissipate the heat generated by the piezoelectric element 108, more easily than matching layers having a lower thermal conductivity, such as layers 203 and 204.

La figure 3 représente une coupe transversale de couches d'un transducteur ultrasonore 300 utilisé conformément à des modes de réalisation de la présente technologie. Le transducteur 300 comprend une première couche d'adaptation d'impédance 303, une deuxième couche d'adaptation d'impédance 304, une troisième couche d'adaptation d'impédance 305, un élément piézoélectrique 308 et un amortisseur 310. Les couches représentées comportent des encoches majeures 312 et des encoches mineures 314. Les encoches majeures 312 s'étendent à travers les couches d'adaptation 303-305, à travers l'élément piézoélectrique 308 et dans l'amortisseur 310. Les encoches majeures 312 peuvent offrir une séparation électrique entre des parties de l'élément piézoélectrique 308. Les encoches mineures 314 s'étendent à travers les couches d'adaptation 303-305 et en partie à travers l'élément piézoélectrique 308. Les encoches mineures ne traversent pas complètement l'élément piézoélectrique 308 et ne s'étendent pas jusque dans l'amortisseur 310. Les encoches mineures 314 n'établissent pas de séparation électrique entre des parties de l'élément piézoélectrique 308. Elles peuvent améliorer la performance acoustique, par exemple en amortissant les vibrations horizontales entre des parties adjacentes des couches. Dans certains modes de réalisation, les encoches peuvent être prévues avec un rapport profondeur de coupe-largeur de coupe d'environ 30 à 1. Dans certains modes de réalisation, les encoches majeures peuvent avoir une profondeur de coupe d'environ 1,282 millimètres, et les encoches mineures peuvent avoir une profondeur de coupe d'environ 1,085 millimètres, les deux types d'encoche ayant par exemple une largeur de coupe d'environ 0,045 millimètre. Dans certains modes de réalisation, les encoches peuvent par exemple avoir une largeur de coupe d'environ 0,02 à 0,045 millimètre. On a constaté que la réduction à un minimum de l'épaisseur des couches d'adaptation 203-206 peut améliorer la performance acoustique en permettant le découpage en dés des couches du transducteur, comme montré dans la figure 3. On a également constaté que la réduction à un minimum de l'épaisseur des couches d'adaptation 203-206 peut rendre possible le découpage en dés, avec un rapport profondeur de coupe-largeur de coupe qui est inférieur à 30 à 1. En utilisant les technologies courantes de découpage en dés, par exemple une scie de découpage de dés, il est difficile d'obtenir un rapport profondeur de coupe-largeur de coupe qui soit supérieur à 30 à 1. Les encoches peuvent être réalisées dans les couches du transducteur en utilisant des lasers ou d'autres procédés connus. La figure 4 représente une coupe transversale de couches d'un transducteur ultrasonore 400 utilisé conformément à des modes de réalisation de la présente technologie. Le transducteur 400 est configuré de façon similaire au transducteur 200 représenté dans la figure 2A. Cependant, le transducteur 400 comprend la couche d'adaptation 401 à la place de la couche d'adaptation 206. La couche d'adaptation 401 est disposée entre l'élément piézoélectrique 108 et la couche d'adaptation 205 et peut être constituée d'un matériau et présenter une épaisseur similaires à ceux de la couche d'adaptation 206 montrée dans la figure 2A. La couche d'adaptation 401 comporte des ailes 402 qui s'étendent au-delà des extrémités de l'élément piézoélectrique 108, jusqu'à l'amortisseur 110. Les ailes 402 peuvent être formées en réalisant la couche d'adaptation 401 de manière à ce qu'elle s'étende au-delà des extrémités de l'élément piézoélectrique 108. Plusieurs entailles 403 peuvent être prévues dans une surface de la couche d'adaptation 401, et les parties de la couche 401 qui s'étendent au-delà des extrémités de l'élément piézoélectrique 108 peuvent être pliées dans la direction opposée aux entailles 403, vers l'élément piézoélectrique 108 et l'amortisseur 110, de manière à ce que les entailles 403 soient disposées sur et/ou autour de coudes extérieurs des plis, comme montré dans la figure 4. L'opération de pliage peut être complète lorsque les ailes 402 sont placées autour des extrémités de l'élément piézoélectrique 108 et de l'amortisseur 110. Les ailes 402 sont configurées pour conduire la chaleur depuis l'élément piézoélectrique 108 à un dissipateur thermique et/ou un élément de gestion thermique sur l'amortisseur 110. La conductivité thermique relativement élevée de la couche d'adaptation 401 et des ailes 402 peut favoriser la transmission de chaleur souhaitée vers l'amortisseur 110 du transducteur 400 et à partir de la lentille 102. Les ailes 402 peuvent également former un moyen de mise à la terre pour le transducteur 400, en le connectant au circuit de mise à la terre approprié, tel qu'un circuit souple qui est généralement placé entre l'élément piézoélectrique 108 et l'amortisseur 110. Les ailes 402 peuvent également agir comme blindage électrique pour le transducteur 400. La figure 5 représente une coupe transversale de couches d'un transducteur ultrasonore 500 utilisé conformément à des modes de réalisation de la présente technologie. Le transducteur 500 est configuré de façon similaire au transducteur 200 représenté dans la figure 2A. Cependant, le transducteur 500 comprend la couche d'adaptation 501 à la place de la couche d'adaptation 206. La couche d'adaptation 501 est disposée entre l'élément piézoélectrique 108 et la couche d'adaptation 205 et peut être constituée d'un matériau et présenter une épaisseur similaires à ceux de la couche d'adaptation 206 montrée dans la figure 2A. La couche d'adaptation 501 s'étend au-delà des extrémités de l'élément piézoélectrique 108. Par exemple, dans un mode de réalisation, la couche d'adaptation 501 peut s'étendre au-delà des extrémités de l'élément piézoélectrique 108, d'environ un millimètre ou moins. Sont fixées aux parties prolongées de la couche d'adaptation 501, des feuilles 502 qui s'étendent sur les extrémités de l'élément piézoélectrique 108, jusqu'à l'amortisseur 110. Les feuilles 502 peuvent être fixées à la couche d'adaptation 501 en utilisant une résine époxy thermoconductrice. Les feuilles 502 sont constituées d'un matériau présentant une conductivité thermique relativement élevée, par exemple du même matériau que la couche d'adaptation 501, de graphite et/ou par exemple d'une résine époxy thermoconductrice. Figure 3 shows a cross section of layers of an ultrasonic transducer 300 used in accordance with embodiments of the present technology. The transducer 300 comprises a first impedance matching layer 303, a second impedance matching layer 304, a third impedance matching layer 305, a piezoelectric element 308 and a damper 310. The layers shown comprise major notches 312 and minor notches 314. Major notches 312 extend through matching layers 303-305 through piezoelectric element 308 and into damper 310. Major notches 312 may provide separation between the portions of the piezoelectric element 308. The minor notches 314 extend through the matching layers 303-305 and partly through the piezoelectric element 308. The minor notches do not completely traverse the piezoelectric element. 308 and do not extend into the damper 310. The minor notches 314 do not establish electrical separation between parts of the elephant. Piezoelectric 308. They can improve the acoustic performance, for example by damping horizontal vibrations between adjacent portions of the layers. In some embodiments, the notches may be provided with a cutting depth-to-cutting ratio of about 30 to 1. In some embodiments, the major notches may have a depth of cut of about 1.282 millimeters, and the minor notches may have a depth of cut of about 1.085 millimeters, both types of notches having for example a cutting width of about 0.045 millimeters. In some embodiments, the notches may for example have a cutting width of about 0.02 to 0.045 millimeters. It has been found that reducing the thickness of the 203-206 adaptation layers to a minimum can improve the acoustic performance by allowing the transducer layers to be diced, as shown in FIG. minimizing the thickness of 203-206 matching layers can make dicing possible, with a cutting depth-to-cutting ratio ratio that is less than 30 to 1. Using common cutting technologies dice, for example a dicing saw, it is difficult to obtain a cutting depth-cutting width ratio that is greater than 30 to 1. The notches can be made in the layers of the transducer using lasers or dice. other known methods. Figure 4 shows a cross section of layers of an ultrasonic transducer 400 used in accordance with embodiments of the present technology. The transducer 400 is similarly configured to the transducer 200 shown in FIG. 2A. However, the transducer 400 includes the matching layer 401 in place of the matching layer 206. The matching layer 401 is disposed between the piezoelectric element 108 and the matching layer 205 and may be comprised of a material and have a thickness similar to those of the matching layer 206 shown in Figure 2A. The matching layer 401 has wings 402 which extend beyond the ends of the piezoelectric element 108, to the damper 110. The wings 402 can be formed by making the matching layer 401 so that it extends beyond the ends of the piezoelectric element 108. A plurality of notches 403 may be provided in a surface of the matching layer 401, and the portions of the layer 401 which extend beyond beyond the ends of the piezoelectric element 108 can be bent in the opposite direction to the notches 403, to the piezoelectric element 108 and the damper 110, so that the notches 403 are disposed on and / or around outer bends folds, as shown in FIG. 4. The folding operation can be complete when the wings 402 are placed around the ends of the piezoelectric element 108 and the shock absorber 110. gured to conduct heat from the piezoelectric element 108 to a heat sink and / or a thermal management element on the damper 110. The relatively high thermal conductivity of the matching layer 401 and the wings 402 can promote the transmission of heat. desired heat to the damper 110 of the transducer 400 and from the lens 102. The wings 402 may also form grounding means for the transducer 400, by connecting it to the appropriate grounding circuit, such as a flexible circuit which is generally placed between the piezoelectric element 108 and the damper 110. The wings 402 may also act as electrical shielding for the transducer 400. Figure 5 shows a cross-section of layers of an ultrasonic transducer 500 used according to embodiments of the present technology. The transducer 500 is similarly configured to the transducer 200 shown in FIG. 2A. However, the transducer 500 includes the matching layer 501 in place of the matching layer 206. The matching layer 501 is disposed between the piezoelectric element 108 and the matching layer 205 and may be comprised of a material and have a thickness similar to those of the matching layer 206 shown in Figure 2A. The matching layer 501 extends beyond the ends of the piezoelectric element 108. For example, in one embodiment, the matching layer 501 may extend beyond the ends of the piezoelectric element. 108, about one millimeter or less. Attached to the extended portions of the matching layer 501 are sheets 502 which extend over the ends of the piezoelectric element 108 to the damper 110. The sheets 502 can be attached to the matching layer. 501 using a thermally conductive epoxy resin. The sheets 502 are made of a material having a relatively high thermal conductivity, for example of the same material as the matching layer 501, graphite and / or for example a thermally conductive epoxy resin.

Les feuilles 502 sont configurées pour conduire la chaleur depuis l'élément piézoélectrique 108 à un dissipateur thermique et/ou un élément de gestion thermique sur l'amortisseur 110. La conductivité thermique relativement élevée de la couche d'adaptation 501 et des feuilles 502 peut favoriser la transmission de chaleur souhaitée vers l'amortisseur 110 du transducteur 400 et en partant de la lentille 102. La figure 6 représente une vue en perspective d'un transducteur ultrasonore 600 utilisé conformément à des modes de réalisation de la présente technologie. Le transducteur 600 comprend une couche d'adaptation d'impédance 401 avec des ailes 402, un élément piézoélectrique 308 et un amortisseur 310. D'autres couches d'adaptation d'impédance et la lentille ne sont pas représentées dans la figure 6. Les couches montrées comportent des encoches majeures 312 et des encoches mineures 314 qui sont sensiblement perpendiculaires à la direction azimutale (a) et sensiblement parallèles à la direction d'élévation (e). Les encoches majeures 312 s'étendent à travers les couches d'adaptation et l'élément piézoélectrique 308 et jusque dans l'amortisseur 310. Les encoches mineures 314 s'étendent à travers les couches d'adaptation et partiellement à travers l'élément piézoélectrique 308. Les encoches mineures ne traversent pas complètement l'élément piézoélectrique 308 et ne s'étendent pas jusque dans l'amortisseur 310. Les ailes 402 sont disposées autour de quatre côtés du transducteur 600 et sont destinées à être pliées en direction de l'élément piézoélectrique 308 et de l'amortisseur 310, de manière à ce que les ailes 402 puissent conduire la chaleur depuis l'élément piézoélectrique 308 à un dissipateur thermique et/ou un élément de gestion thermique sur l'amortisseur 110. Dans d'autres modes de réalisation, les ailes 402 peuvent être prévues autour d'un, deux, trois ou quatre côtés d'un transducteur. Par exemple, dans certaines modes de réalisation, les ailes 402 peuvent être prévues seulement sur deux côtés opposés d'un transducteur, de manière à ce que les ailes soient disposées de façon sensiblement perpendiculaire aux encoches 312 et 314. Dans ces modes de réalisation, les ailes 402 s'étendent le long de la direction azimutale (a) et pas dans la direction de l'élévation (e). La figure 7 représente les résultats d'une simulation par ordinateur pour un transducteur ultrasonore utilisé conformément à des modes de réalisation de la présente technologie. La figure 7 illustre les résultats d'une étude de simulation pour un transducteur à réseau linéaire à une dimension de 3,5 MHz, comportant trois couches d'adaptation. La couche d'adaptation la plus proche de l'élément piézoélectrique (la première couche d'adaptation) est constituée d'une barrette d'aluminium avec une impédance acoustique de 13,9 MRayl. La deuxième couche d'adaptation est constituée d'époxy chargée avec une impédance acoustique de 6,127 MRayl. La troisième couche d'adaptation est constituée d'une substance non définie avec une impédance acoustique de 2,499 MRayl (par exemple de la matière plastique et/ou une résine époxy avec des charges, telles que des charges de silice). Compte tenu de ces impédances acoustiques, la simulation indique que les couches peuvent avoir des épaisseurs respectives de 0,2540 millimètre (barrette d'aluminium); de 0,1400 millimètre (époxy chargée), de 0,1145 millimètre (matériau non défini). La simulation par ordinateur montre que la distance de la couche d'adaptation intérieure par rapport à la couche d'adaptation extérieure (par exemple la distance de la couche 206 à la couche 203, comme montré dans la figure 2) peut être plus petite que celle des couches d'adaptation dans des transducteurs classiques, telles que celles représentées dans la figure 1, qui peuvent avoir une épaisseur de couche d'adaptation d'environ 1/4 de la longueur d'onde souhaitée des ondes ultrasonores transmises à la fréquence de résonance. De telles simulations peuvent utiliser par exemple un modèle KLM, un modèle de Mason et/ou une simulation par éléments finis pour déterminer les caractéristiques souhaitées. La simulation pour des études de performance acoustique peut être utilisée pour optimiser les caractéristiques des couches d'adaptation, de manière à ce que des couches d'adaptation avec une impédance acoustique et une conductivité thermique souhaitées soient réalisées avec une épaisseur minimale, ce qui permet d'effectuer de façon plus efficace les opérations de coupe. La figure 8 est un graphique 800 illustrant les résultats expérimentaux de mesure de températures à la surface de la lentille d'un transducteur classique et d'un transducteur conçu conformément à un mode de réalisation de la présente technologie. Le graphique représente la température à la surface de la lentille, en fonction du temps. Les mesures de température pour le transducteur classique sont indiquées par la ligne 802, et les mesures de température pour le transducteur conçu conformément à un mode de réalisation de la présente technologie sont indiquées par la ligne 804. Au cours de l'expérience, les deux transducteurs étaient connectés à un système ultrasonore, dans les mêmes conditions et avec les mêmes réglages. Le transducteur construit conformément à un mode de réalisation de la présente technologie maintenait une température de surface de lentille qui était inférieure d'environ 3 à 4 degrés Celsius à celle du transducteur classique, pendant un laps de temps de 40 minutes. La figure 9 représente une coupe transversale de couches d'un transducteur ultrasonore 900. Le transducteur 900 comprend trois couches d'adaptation 902, 904 et 906 disposées entre la lentille 908 et l'élément piézoélectrique 910. D'autres modes de réalisation peuvent comporter un nombre différent de couches d'adaptation. Par exemple, certains modes de réalisation peuvent avoir seulement deux couches d'adaptation, tandis que d'autres modes de réalisation peuvent avoir quatre ou plus de couches d'adaptation. L'élément piézoélectrique 910 peut convertir des signaux électriques en ondes ultrasonores dirigées sur une cible, et peuvent également convertir des ondes ultrasonores reçues en signaux électriques. L'élément piézoélectrique 910 est formé pour présenter une face avant 912 et une face arrière 914. Pour les besoins de la présente description, la face avant 912 est définie pour englober la face de l'élément piézoélectrique 910 à partir de laquelle les ondes ultrasonores sont émises en direction de la lentille 908. La face arrière 914 est définie pour englober la face de l'élément piézoélectrique 910 qui est opposée à la face avant 912 et tournée dans le sens opposé à la lentille 908. Le transducteur ultrasonore 900 comporte une couche de désadaptation 916, connectée à la face arrière 914 de l'élément piézoélectrique 910, et un élément souple 918 fixé à la couche de désadaptation 916. L'élément piézoélectrique 910 peut être en un matériau piézoélectrique tel que le zirconate titanate de plomb (PZT) ou un matériau composite à base de PZT. Conformément à d'autres modes de réalisation, le matériau piézoélectrique peut également comporter un monocristal, tel que PMN-PT. Le transducteur ultrasonore 900 comprend également une couche d'adaptation arrière 920, un amortisseur thermique 922 et un dissipateur thermique 924. Dans certains modes de réalisation, les couches d'adaptation 902, 904 et 906, l'élément piézoélectrique 910 et la lentille 908 peuvent être fixés les uns aux autres en utilisant une résine époxy ou un autre matériau adhésif traité sous pression, par exemple celle fournie par un outillage telle qu'une presse. Les flèches 927 désignent les ondes ultrasonores transmises et reçues par le transducteur ultrasonore 900. Les ondes ultrasonores reçues peuvent être utilisées par un système ultrasonore pour générer une image de la cible. Les couches d'adaptation 902, 904 et 906 sont disposées entre l'élément piézoélectrique 910 et la lentille 908 afin d'augmenter l'énergie des ondes transmises par le transducteur ultrasonore 900. Chacune des couches d'adaptation 902, 904 et 906 peut être réalisée à partir d'une résine époxy et d'une ou plusieurs charges différentes. Les charges peuvent être utilisées pour ajuster l'impédance acoustique de chacune des couches d'adaptation 902, 904 et 906, conformément à un mode de réalisation. Le mode de réalisation montré dans la figure 10 comprend trois couches d'adaptation, mais d'autres modes de réalisation peuvent comporter moins ou plus de couches d'adaptation. Par exemple, d'autres modes de réalisation peuvent avoir une seule couche d'adaptation, deux couches d'adaptation ou plus de trois couches d'adaptation, à la place des couches d'adaptation 902, 904 et 906 représentées dans la figure 9. The sheets 502 are configured to conduct heat from the piezoelectric element 108 to a heat sink and / or a thermal management element on the damper 110. The relatively high thermal conductivity of the matching layer 501 and the sheets 502 may promoting the desired heat transmission to the damper 110 of the transducer 400 and from the lens 102. Figure 6 is a perspective view of an ultrasonic transducer 600 used in accordance with embodiments of the present technology. The transducer 600 comprises an impedance matching layer 401 with flanges 402, a piezoelectric element 308 and a damper 310. Other impedance matching layers and the lens are not shown in FIG. The layers shown have major notches 312 and minor notches 314 that are substantially perpendicular to the azimuthal direction (a) and substantially parallel to the elevation direction (e). The major notches 312 extend through the matching layers and the piezoelectric element 308 and into the damper 310. The minor notches 314 extend through the matching layers and partially through the piezoelectric element. 308. The minor notches do not completely pass through the piezoelectric element 308 and do not extend into the damper 310. The wings 402 are arranged around four sides of the transducer 600 and are intended to be folded towards the piezoelectric element 308 and the damper 310, so that the wings 402 can conduct heat from the piezoelectric element 308 to a heat sink and / or a thermal management element on the damper 110. In others Embodiments, wings 402 may be provided around one, two, three or four sides of a transducer. For example, in some embodiments, the wings 402 may be provided only on two opposite sides of a transducer, such that the wings are disposed substantially perpendicular to the notches 312 and 314. In these embodiments, wings 402 extend along the azimuthal direction (a) and not in the direction of elevation (e). Figure 7 shows the results of a computer simulation for an ultrasonic transducer used in accordance with embodiments of the present technology. Figure 7 illustrates the results of a simulation study for a 3.5 MHz linear array transducer with three matching layers. The closest matching layer of the piezoelectric element (the first matching layer) consists of an aluminum bar with an acoustic impedance of 13.9 MRayl. The second matching layer consists of epoxy charged with an acoustic impedance of 6,127 MRayl. The third matching layer consists of an undefined substance with an acoustic impedance of 2,499 MRayl (eg plastic and / or epoxy resin with fillers, such as silica fillers). Given these acoustic impedances, the simulation indicates that the layers may have respective thicknesses of 0.2540 millimeters (aluminum strip); of 0.1400 millimeter (filled epoxy), 0.1145 millimeter (undefined material). The computer simulation shows that the distance of the inner adaptation layer from the outer adaptation layer (for example the distance from the layer 206 to the layer 203, as shown in FIG. 2) may be smaller than that of the matching layers in conventional transducers, such as those shown in Fig. 1, which may have an adaptation layer thickness of about 1/4 of the desired wavelength of the ultrasonic waves transmitted at the frequency of resonance. Such simulations can use for example a KLM model, a Mason model and / or a finite element simulation to determine the desired characteristics. The simulation for acoustic performance studies can be used to optimize the characteristics of the adaptation layers, so that adaptation layers with a desired acoustic impedance and thermal conductivity are realized with a minimum thickness, allowing to perform cutting operations more efficiently. Fig. 8 is a graph 800 illustrating the experimental results of lens surface temperature measurements of a conventional transducer and a transducer designed in accordance with an embodiment of the present technology. The graph represents the temperature at the surface of the lens, as a function of time. The temperature measurements for the conventional transducer are indicated by line 802, and the temperature measurements for the transducer designed in accordance with one embodiment of the present technology are indicated by line 804. During the experiment, both Transducers were connected to an ultrasound system, under the same conditions and with the same settings. The transducer constructed in accordance with one embodiment of the present technology maintained a lens surface temperature which was about 3 to 4 degrees Celsius lower than that of the conventional transducer for a period of 40 minutes. Figure 9 shows a cross-section of layers of an ultrasonic transducer 900. The transducer 900 comprises three matching layers 902, 904 and 906 disposed between the lens 908 and the piezoelectric element 910. Other embodiments may include a different number of adaptation layers. For example, some embodiments may have only two matching layers, while other embodiments may have four or more matching layers. The piezoelectric element 910 can convert electrical signals into ultrasound waves directed at a target, and can also convert received ultrasonic waves into electrical signals. The piezoelectric element 910 is formed to have a front face 912 and a rear face 914. For purposes of this disclosure, the front face 912 is defined to encompass the face of the piezoelectric element 910 from which the ultrasonic waves are transmitted towards the lens 908. The rear face 914 is defined to encompass the face of the piezoelectric element 910 which is opposed to the front face 912 and turned in the opposite direction to the lens 908. The ultrasonic transducer 900 has a mismatch layer 916, connected to the rear face 914 of the piezoelectric element 910, and a flexible element 918 attached to the mismatch layer 916. The piezoelectric element 910 may be made of a piezoelectric material such as lead zirconate titanate ( PZT) or a composite material based on PZT. According to other embodiments, the piezoelectric material may also include a single crystal, such as PMN-PT. The ultrasonic transducer 900 also includes a rear matching layer 920, a thermal damper 922 and a heat sink 924. In some embodiments, the matching layers 902, 904 and 906, the piezoelectric element 910 and the lens 908 may be attached to each other using an epoxy resin or other pressure-treated adhesive material, for example that provided by a tool such as a press. The arrows 927 designate the ultrasonic waves transmitted and received by the ultrasonic transducer 900. The received ultrasound waves can be used by an ultrasound system to generate an image of the target. The matching layers 902, 904, and 906 are disposed between the piezoelectric element 910 and the lens 908 to increase the energy of the waves transmitted by the ultrasonic transducer 900. Each of the matching layers 902, 904, and 906 may be made from an epoxy resin and one or more different fillers. The charges can be used to adjust the acoustic impedance of each of matching layers 902, 904 and 906, in accordance with one embodiment. The embodiment shown in Figure 10 comprises three adaptation layers, but other embodiments may have fewer or more matching layers. For example, other embodiments may have a single matching layer, two matching layers, or more than three matching layers, in place of the matching layers 902, 904, and 906 shown in FIG. .

Comme décrit plus haut, l'épaisseur de chaque couche d'adaptation 902, 904 et 906 peut correspondre à 1/4 ou moins de la longueur d'onde à la fréquence de résonance du transducteur ultrasonore 900. Cependant, selon d'autres modes de réalisation, les couches d'adaptation 902, 904 et 906 peuvent être plus épaisses que 1/4 de la longueur d'onde à la fréquence de résonance du transducteur ultrasonore 900. Par exemple, une ou plusieurs des couches d'adaptation peuvent correspondre à 1/2 de la longueur d'onde à la fréquence de résonance, conformément à un mode de réalisation. L'impédance acoustique de chaque couche d'adaptation 902, 904 et 906 peut être choisie pour réduire le défaut d'adaptation des impédances acoustiques entre l'élément piézoélectrique 910 et la lentille 908. Les couches d'adaptation 902, 904 et 906 ont pour effet de produire moins de réflexion et/ou de réfraction des ondes ultrasonores entre l'élément piézoélectrique 910 et la lentille 908. La lentille 908 peut avoir une impédance acoustique d'environ 1,5 MRayl, et l'élément piézoélectrique 910 peut avoir une impédance acoustique de 30 MRayl. Conformément à d'autres modes de réalisation, la lentille 908 peut avoir n'importe quelle impédance acoustique comprise dans la plage allant de 1,2 MRayl à 1,6 MRayl, et l'élément piézoélectrique 910 peut avoir n'importe quelle impédance acoustique comprise dans la plage allant de 20 MRayl et 40 MRayl. La première couche d'adaptation 902 peut avoir une impédance acoustique de 10-20 MRayl, la deuxième couche 904 peut avoir une impédance acoustique de 5-15 MRayl et la troisième couche 906 peut avoir une impédance acoustique de 2-8 MRayl. Chacune des couches d'adaptation 902, 904 et 906 peut correspondre approximativement à 1/4 de la longueur d'onde souhaitée, ou moins, afin de réduire à un minimum l'interférence destructive provoquée par les ondes réfléchies par les limites entre les différentes couches d'adaptation 902, 904 et 906. Chaque couche d'adaptation 902, 904 et 906 peut être constituée d'un métal, tel que le cuivre, un alliage de cuivre, le cuivre doté d'un motif de graphite encastré, le magnésium, un alliage de magnésium, l'aluminium, un alliage d'aluminium, une résine époxy chargée, une vitrocéramique, une céramique composite et/ou par exemple du Macor. Selon un mode de réalisation, l'impédance acoustique des couches d'adaptation 902, 904 et 906 diminue à mesure que la distance des couches d'adaptation 902, 904 et 906 par rapport à l'élément piézoélectrique 910 augmente. Cela signifie que la première couche d'adaptation 902 peut avoir une impédance acoustique plus élevée que la deuxième couche d'adaptation 904, et la deuxième couche d'adaptation 904 peut avoir une impédance acoustique plus élevée que la troisième couche d'adaptation 906. As described above, the thickness of each matching layer 902, 904 and 906 may be 1/4 or less of the wavelength at the resonant frequency of the ultrasonic transducer 900. However, in other modes of embodiment, the matching layers 902, 904 and 906 may be thicker than 1/4 of the wavelength at the resonant frequency of the ultrasonic transducer 900. For example, one or more of the matching layers may correspond at 1/2 of the wavelength at the resonant frequency, in accordance with one embodiment. The acoustic impedance of each matching layer 902, 904 and 906 can be chosen to reduce the mismatch of the acoustic impedances between the piezoelectric element 910 and the lens 908. The matching layers 902, 904 and 906 have for effect of producing less reflection and / or refraction of the ultrasonic waves between the piezoelectric element 910 and the lens 908. The lens 908 may have an acoustic impedance of about 1.5 MRayl, and the piezoelectric element 910 may have an acoustic impedance of 30 MRayl. According to other embodiments, the lens 908 can have any acoustic impedance in the range of 1.2 MRay1 to 1.6 MRayl, and the piezoelectric element 910 can have any acoustic impedance in the range from 20 mMayl to 40 mMal. The first matching layer 902 may have an acoustic impedance of 10-20 MRayl, the second layer 904 may have an acoustic impedance of 5-15 MRayl, and the third layer 906 may have an acoustic impedance of 2-8 MRayl. Each of the matching layers 902, 904 and 906 may be approximately 1/4 of the desired wavelength, or less, in order to minimize the destructive interference caused by reflected waves by the boundaries between the different wavelengths. adaptation layers 902, 904 and 906. Each adaptation layer 902, 904 and 906 may be made of a metal, such as copper, a copper alloy, copper with a recessed graphite pattern, magnesium, a magnesium alloy, aluminum, an aluminum alloy, a filled epoxy resin, a glass ceramic, a composite ceramic and / or for example Macor. According to one embodiment, the acoustic impedance of the matching layers 902, 904 and 906 decreases as the distance of the matching layers 902, 904 and 906 relative to the piezoelectric element 910 increases. This means that the first matching layer 902 may have a higher acoustic impedance than the second matching layer 904, and the second matching layer 904 may have a higher acoustic impedance than the third matching layer 906.

Conformément à un mode de réalisation, chaque couche 902, 904 et 906 peut présenter une conductivité thermique relativement élevée, par exemple supérieure à 30 W/mK. La couche de désadaptation 916 présente une impédance acoustique plus élevée que l'élément piézoélectrique 910 afin d'augmenter la puissance des ondes ultrasonores transmises à la lentille 908. Selon un mode de réalisation, la couche de désadaptation 916 peut être faite d'un métal, par exemple d'un alliage à base de carbure, avec une impédance acoustique de 40 MRayl à 120 MRayl, conformément à un exemple de réalisation. According to one embodiment, each layer 902, 904 and 906 may have a relatively high thermal conductivity, for example greater than 30 W / mK. The mismatch layer 916 has a higher acoustic impedance than the piezoelectric element 910 in order to increase the power of the ultrasonic waves transmitted to the lens 908. According to one embodiment, the mismatch layer 916 can be made of a metal , for example a carbide-based alloy, with an acoustic impedance of 40 MRay1 to 120 MRayl, according to an exemplary embodiment.

L'impédance acoustique de la couche de désadaptation 916 est relativement élevée afin de "serrer" acoustiquement l'élément piézoélectrique, de manière à ce que la majeure partie de l'énergie acoustique soit transmise par la face avant 912 de l'élément piézoélectrique 910. Il convient de noter que d'autres modes de réalisation peuvent utiliser une couche de désadaptation faite d'un matériau différent et/ou avec une impédance acoustique sélectionnée dans une plage différente. Dans d'autres modes de réalisation, le transducteur ultrasonore peut ne pas comporter de couche de désadaptation. The acoustic impedance of the mismatch layer 916 is relatively high in order to acoustically "tighten" the piezoelectric element, so that the majority of the acoustic energy is transmitted by the front face 912 of the piezoelectric element 910. It should be noted that other embodiments may use a mismatch layer made of a different material and / or with a selected acoustic impedance in a different range. In other embodiments, the ultrasound transducer may not have a mismatch layer.

La couche d'adaptation arrière 920 est fixée à l'élément souple 918. La couche d'adaptation arrière 920 peut être en aluminium, selon un mode de réalisation, mais d'autres matériaux thermoconducteurs, englobant des alliages d'aluminium, le cuivre, des alliages de cuivre et d'autres métaux, peuvent également être utilisés. La couche d'adaptation arrière 920 est connectée indirectement à l'élément piézoélectrique 910, par l'intermédiaire de l'élément souple 918 et la couche de désadaptation 916. Pour les besoins de la présente description, le terme "connecté indirectement" est défini pour englober deux structures connectées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une ou plusieurs structures ou de composants supplémentaires. Conformément à un mode de réalisation, l'élément piézoélectrique 910, la couche de désadaptation 916 et l'élément souple 918 peuvent être fixés les uns aux autres par un matériau thermoconducteur, tel qu'une résine époxy avec des additifs conducteurs. La chaleur est conduite depuis l'élément piézoélectrique 910, à travers la couche de désadaptation 916 et à travers l'élément souple 918, jusqu'à la couche d'adaptation arrière 920. Conformément à un mode de réalisation, l'élément souple 918 peut être relativement mince, par exemple d'une épaisseur d'environ 100 i.tm ou moins. Bien que l'élément souple 918 puisse comporter des traces de cuivre avec une couche isolante de polyimide, la chaleur est transmise efficacement de la couche de désadaptation 916, à travers l'élément souple 918, jusqu'à la couche d'adaptation arrière 920, grâce à la minceur de l'élément souple 918. The rear adaptation layer 920 is fixed to the flexible element 918. The rear adaptation layer 920 may be made of aluminum, according to one embodiment, but other thermally conductive materials, including aluminum alloys, copper Copper alloys and other metals can also be used. The rear matching layer 920 is connected indirectly to the piezoelectric element 910, via the flexible element 918 and the mismatch layer 916. For the purposes of the present description, the term "indirectly connected" is defined to encompass two structures connected to each other via one or more additional structures or components. According to one embodiment, the piezoelectric element 910, the mismatch layer 916 and the flexible element 918 can be attached to each other by a thermally conductive material, such as an epoxy resin with conductive additives. The heat is conducted from the piezoelectric element 910, through the mismatch layer 916 and through the flexible member 918, to the rear adapter layer 920. In accordance with one embodiment, the flexible member 918 can be relatively thin, for example of a thickness of about 100 μm or less. Although the flexible member 918 may have traces of copper with an insulating layer of polyimide, the heat is efficiently transmitted from the mismatch layer 916 through the flexible member 918 to the rear mating layer 920. thanks to the thinness of the flexible element 918.

Des détails supplémentaires concernant la couche d'adaptation arrière 920 seront décrits ci-après. Bien que la couche de désadaptation 916 élimine un pourcentage élevé de l'énergie acoustique émise par la face arrière de l'élément piézoélectrique 910, il est possible qu'une partie de l'énergie acoustique soit toujours transmise à travers la couche de désadaptation 916, l'élément souple 918 et la couche d'adaptation arrière 920. Pour amortir cette énergie acoustique, le transducteur ultrasonore 900 comprend un amortisseur thermique 922. Cet amortisseur thermique 922 est fait d'un matériau présentant une atténuation acoustique relativement élevée, de sorte qu'il peut atténuer les ondes ultrasonores émises par l'élément piézoélectrique 910. Par exemple, l'amortisseur thermique 922 peut être fait d'une résine époxy dotée d'une charge, telle que le dioxyde de titane. Additional details regarding the rearward adaptation layer 920 will be described hereinafter. Although the mismatch layer 916 removes a high percentage of the acoustic energy emitted by the back side of the piezoelectric element 910, it is possible that some of the acoustic energy is still transmitted through the mismatch layer 916. , the flexible element 918 and the rear adaptation layer 920. To dampen this acoustic energy, the ultrasonic transducer 900 comprises a thermal damper 922. This thermal damper 922 is made of a material having a relatively high acoustic attenuation, so it can attenuate the ultrasonic waves emitted by the piezoelectric element 910. For example, the thermal damper 922 can be made of an epoxy resin with a filler, such as titanium dioxide.

L'amortisseur thermique 922 peut avoir une épaisseur d'environ 2 mm. Dans d'autres modes de réalisation, l'amortisseur thermique 922 peut avoir une épaisseur comprise entre 1 mm et 20 mm. Toutefois, lorsque l'amortisseur thermique 922 est réalisé à partir d'époxy avec une charge, il a tendance à présenter une conductivité thermique relativement faible - par exemple, la conductivité thermique de l'époxy comportant du dioxyde de titane est généralement inférieure à 10 W/mK. Le dissipateur thermique 924 est fixé l'amortisseur thermique 922 et est constitué d'un matériau ayant une capacité de chaleur massique élevée, tel que l'aluminium ou un alliage d'aluminium. Puisque la chaleur n'est pas conduite de manière efficace à travers l'amortisseur thermique 922, la couche d'adaptation arrière 920 comprend des ailes 926 qui s'étendent au-delà d'un bord de l'élément piézoélectrique 910. Les ailes 926 peuvent être pliées, de manière à être en contact avec le dissipateur thermique 924. Les ailes 926 peuvent être connectées au dissipateur thermique 924 par une résine époxy thermoconductrice, une soudure ou toute autre technologie permettant d'obtenir une jonction thermoconductrice. Pour les besoins de la présente description, le terme "thermoconducteur" est défini pour englober une connexion conductrice qui transfère de la chaleur à une vitesse d'au moins 10 W/m.K. Toutefois, il est préférable que la connexion conductrice transmette la chaleur à une vitesse supérieure à 20 W/m.K. Conformément à un exemple de réalisation, la couche d'adaptation arrière 920 peut comporter plusieurs entailles 928 dans la surface avant de la couche 920, afin de faciliter le pliage de la couche d'adaptation arrière 920 pour obtenir une position en contact avec le dissipateur thermique 924. Conformément à un mode de réalisation, les couches représentées peuvent comprendre plusieurs encoches majeures (non représentées) dans les couches d'adaptation 902, 904 et 906 et l'élément piézoélectrique 910, afin de créer une séparation électrique entre des parties de l'élément piézoélectrique 910. Par ailleurs, les couches représentées peuvent comprendre plusieurs encoches mineures dans les couches d'adaptation 902, 904 et 906 et une partie de l'élément piézoélectrique 910, afin d'amortir efficacement les vibrations horizontales. La figure 10 est une vue en perspective du transducteur ultrasonore 900 montré dans la figure 9. Des références identiques sont utilisées pour désigner des éléments qui sont communs aux figures 9 et 10. La figure 10 illustre les ailes 926 dans leur position étendue, avant qu'elles ne soient pliées vers le bas pour entrer en contact avec le dissipateur thermique 924. La vue en coupe transversale de la figure 9 montre seulement deux des quatre ailes 926. Dans la figure 10, on voit que la couche d'adaptation arrière 920 comprend quatre ailes 926. Un axe de coordonnées 930 est également représenté dans la figure 10. Le mode de réalisation de la figure 10 comprend des ailes 926 s'étendant dans les deux directions x positive et négative à partir du transducteur ultrasonore 900, ainsi que dans les deux directions y positive et négative à partir du transducteur ultrasonore 900. Les couches d'adaptation arrière d'autres modes de réalisation peuvent comprendre moins de quatre ailes. Par exemple, un mode de réalisation (non représenté) peut comporter une couche d'adaptation avec seulement deux ailes. Si un mode de réalisation ne comporte que deux ailes, il peut être avantageux que les ailes soient disposées de façon sensiblement parallèle à des encoches réalisées au cours de l'opération de découpage en dés. Cela signifie que si les découpages en dés se font dans une direction y, il peut être avantageux que les ailes s'étendent dans la direction y positive et négative, de sorte qu'il y a des parties non découpées en dés de l'élément piézoélectrique 910, qui forment des passages thermiques de bonne qualité depuis l'élément piézoélectrique 910 jusqu'aux ailes 926. The thermal damper 922 may have a thickness of about 2 mm. In other embodiments, the thermal damper 922 may have a thickness of between 1 mm and 20 mm. However, when the thermal damper 922 is made from epoxy with a load, it tends to have a relatively low thermal conductivity - for example, the thermal conductivity of the titanium dioxide epoxy is generally less than 10. W / mK. The heat sink 924 is attached to the thermal damper 922 and is made of a material having a high heat capacity, such as aluminum or an aluminum alloy. Since the heat is not effectively conducted through the thermal damper 922, the rearward adaptation layer 920 includes wings 926 that extend beyond an edge of the piezoelectric element 910. The wings 926 may be bent to contact the heat sink 924. The wings 926 may be connected to the heat sink 924 by thermally conductive epoxy resin, solder or other technology to provide a thermally conductive junction. For purposes of this disclosure, the term "thermally conductive" is defined to include a conductive connection that transfers heat at a rate of at least 10 W / m.K. However, it is preferable that the conductive connection transmits heat at a speed greater than 20 W / m.K. According to an exemplary embodiment, the rear adaptation layer 920 may comprise a plurality of notches 928 in the front surface of the layer 920, in order to facilitate the folding of the rear adaptation layer 920 to obtain a position in contact with the dissipator 924. In accordance with one embodiment, the layers shown may comprise a plurality of major notches (not shown) in the matching layers 902, 904 and 906 and the piezoelectric element 910, to create electrical separation between portions of the piezoelectric element 910. In addition, the layers shown may comprise a plurality of minor notches in the matching layers 902, 904 and 906 and a portion of the piezoelectric element 910 to effectively damp the horizontal vibrations. FIG. 10 is a perspective view of the ultrasonic transducer 900 shown in FIG. 9. Identical references are used to designate elements that are common to FIGS. 9 and 10. FIG. 10 illustrates the wings 926 in their extended position, before they are folded down to contact the heat sink 924. The cross-sectional view of Figure 9 shows only two of the four wings 926. In Figure 10, it can be seen that the rear adaptation layer 920 comprises four wings 926. A coordinate axis 930 is also shown in FIG. 10. The embodiment of FIG. 10 comprises wings 926 extending in both positive and negative x directions from the ultrasonic transducer 900, as well as in both directions y positive and negative from the ultrasonic transducer 900. The rearward adaptation layers of other embodiments may comprise less than re wings. For example, an embodiment (not shown) may include an adaptation layer with only two wings. If an embodiment has only two wings, it may be advantageous that the wings are arranged substantially parallel to notches made during the dicing operation. This means that if the dicing is in a y direction, it may be advantageous for the wings to extend in the positive and negative y directions, so that there are non-diced parts of the element. piezoelectric 910, which form thermal passages of good quality from the piezoelectric element 910 to wings 926.

Selon des modes de réalisation comportant quatre ailes 926, tel que celui représenté dans la figure 10, d'éventuels espaces créés au cours de l'opération de découpage en dés peuvent être remplis avec une substance comme la RTV ou une résine époxy qui est thermiquement conductrice mais électriquement isolante. Le fait de remplir les découpes réalisées pendant une opération de découpage en dés permet à la chaleur de passer de l'élément piézoélectrique 910, à travers la couche d'adaptation arrière 920, au dissipateur thermique 924. Il convient de noter par l'homme du métier que les ailes 926 représentées dans la figure 10 seraient reliées thermiquement au dissipateur thermique 924, avant que le transducteur ultrasonore 900 ne soit utilisé. De plus, il convient de signaler que d'autres modes de réalisation peuvent comporter une ou plusieurs ailes qui sont disposées de façon sensiblement perpendiculaire à d'éventuelles encoches faites pendant une opération de découpage en dés. La figure 11 représente une coupe transversale de couches d'un transducteur ultrasonore 950. Des références identiques sont utilisées pour désigner des éléments qui sont sensiblement identiques à ceux décrits plus haut pour la figure 9. Les éléments qui ont été décrits précédemment ne feront pas l'objet d'une nouvelle explication détaillée. Le transducteur ultrasonore 950 présente une couche d'adaptation arrière 952 comportant deux parties 954 qui s'étendent au-delà d'une extrémité 955 de l'élément piézoélectrique 910. Une feuille thermoconductrice 956 relie thermiquement chaque partie 954 au dissipateur thermique 924. Comme dans le mode de réalisation de la figure 9, la couche d'adaptation arrière 952 est configurée pour conduire la chaleur au dissipateur thermique 924. La couche d'adaptation arrière 952 peut être en aluminium ou en alliage d'aluminium, conformément à un exemple de réalisation. Les feuilles thermoconductrices 956 peuvent également être en aluminium ou en alliage d'aluminium. Les feuilles thermoconductrices 956 peuvent être connectées directement à la couche d'adaptation arrière 952 ou être fixées à la couche d'adaptation arrière 952 par un matériau tel qu'une résine époxy thermoconductrice ou une soudure. Dans certains modes de réalisation, les techniques décrites ici peuvent être appliquées en relation avec des transducteurs à réseau linéaire à une dimension, des transducteurs à deux dimensions et/ou des transducteurs à réseau annulaire. Dans certains modes de réalisation, les techniques décrites ici peuvent être appliquées en relation avec un transducteur présentant n'importe quelle géométrie. La figure 12 est un graphique avec des données de simulation. Le graphique 970 montre les fonctions de transfert de transmission/réception, pour un transducteur ultrasonore classique, sans couche d'adaptation arrière, et un transducteur ultrasonore conforme à un mode de réalisation, doté d'une couche d'adaptation arrière de 200 ùm sur un amortisseur en aluminium. Le tracé pour transducteur ultrasonore classique est représenté par une ligne, tandis que le tracé pour le transducteur ultrasonore doté de la couche d'adaptation arrière est représenté par une ligne comportant des points. Pour des parties du spectre où les deux tracés sont les mêmes, seule la ligne comportant les points est visible dans le graphique 970. Les fonctions de transfert de transmission/réception sont presque identiques sur la plupart des fréquences. Les fonctions de transfert de transmission/réception sont distinctes de 1,5 MHz à 2,8 MHz et de 3,2 MHz à 4,5 MHz. Pour toutes les autres fréquences, les fonctions de transfert de transmission/réception pour le transducteur ultrasonore conforme à un mode de réalisation et le transducteur ultrasonore classique ne peuvent pas être distinguées les unes des autres dans le graphique 970. Les similarités entre les graphiques des fonctions de transfert de transmission/réception pour le transducteur selon un mode de réalisation et le transducteur classique indiquent que la performance acoustique du transducteur conforme à un mode de réalisation est très proche de celle d'un transducteur classique. Cette simulation montre que la performance acoustique du transducteur ultrasonore conforme à un mode de réalisation n'est pas perturbée par l'incorporation d'une couche d'adaptation arrière. According to embodiments comprising four wings 926, such as that shown in FIG. 10, any spaces created during the dicing operation can be filled with a substance such as RTV or an epoxy resin which is thermally conductive but electrically insulating. Filling the blanks made during a dicing operation allows the heat to pass from the piezoelectric element 910, through the rear adaptation layer 920, to the heat sink 924. It should be noted by the man of the craft that the wings 926 shown in FIG. 10 would be thermally connected to the heat sink 924, before the ultrasonic transducer 900 is used. In addition, it should be noted that other embodiments may include one or more wings which are arranged substantially perpendicular to any notches made during a dicing operation. FIG. 11 represents a cross-section of layers of an ultrasound transducer 950. Identical references are used to designate elements which are substantially identical to those described above for FIG. 9. The elements which have been described above will not be the same. subject of a new detailed explanation. The ultrasonic transducer 950 has a rear-matching layer 952 having two portions 954 that extend beyond an end 955 of the piezoelectric element 910. A heat-conductive sheet 956 thermally connects each portion 954 to the heat sink 924. As in the embodiment of Fig. 9, the rear matching layer 952 is configured to conduct heat to the heat sink 924. The rear mating layer 952 may be aluminum or aluminum alloy, in accordance with an example of realization. The thermoconductive sheets 956 can also be made of aluminum or aluminum alloy. The thermally conductive sheets 956 may be directly connected to the backward-fitting layer 952 or affixed to the backward-fitting layer 952 by a material such as a thermally conductive epoxy or solder. In some embodiments, the techniques described herein may be applied in connection with one-dimensional linear array transducers, two-dimensional transducers, and / or annular array transducers. In some embodiments, the techniques described herein may be applied in connection with a transducer having any geometry. Figure 12 is a graph with simulation data. The graph 970 shows the transmission / reception transfer functions, for a conventional ultrasonic transducer, without a rear adaptation layer, and an ultrasonic transducer according to an embodiment, provided with a rear adaptation layer of 200 μm on an aluminum damper. The pattern for a conventional ultrasonic transducer is represented by a line, while the pattern for the ultrasonic transducer with the backward adaptation layer is represented by a line with dots. For parts of the spectrum where the two paths are the same, only the line with the points is visible in Chart 970. The transmit / receive transfer functions are almost identical on most frequencies. The transmit / receive transfer functions are separate from 1.5 MHz to 2.8 MHz and from 3.2 MHz to 4.5 MHz. For all other frequencies, the transmit / receive transfer functions for the ultrasonic transducer according to one embodiment and the conventional ultrasound transducer can not be distinguished from each other in the graph 970. The similarities between the function graphs Transmitting / receiving transfer means for the transducer according to one embodiment and the conventional transducer indicate that the acoustic performance of the transducer according to one embodiment is very close to that of a conventional transducer. This simulation shows that the acoustic performance of the ultrasonic transducer according to one embodiment is not disturbed by the incorporation of a rear adaptation layer.

La figure 13 est un graphique avec des données de simulation. Le graphique 975 montre les échos d'impulsion pour un transducteur ultrasonore classique, sans couche d'adaptation arrière, et un transducteur ultrasonore conforme à un mode de réalisation, doté d'une couche d'adaptation arrière de 200 jam sur un amortisseur en aluminium. Le tracé pour le transducteur ultrasonore classique est représenté par une ligne, tandis que le tracé pour le transducteur ultrasonore doté de la couche d'adaptation arrière est représenté par une ligne comportant des points. Pour des parties du spectre où les deux tracés sont les mêmes, seule la ligne comportant les points est visible dans le graphique 975. Les échos d'impulsion pour le transducteur classique et le transducteur conforme à un mode de réalisation sont presque identiques. Les échos d'impulsion sont différents d'un instant d'environ 0,9 s à un instant de 1,1 s et d'un instant juste après 1,2 s à presque 1,8 s. A tous les autres instants représentés dans le graphique 975, les échos d'impulsion pour le transducteur classique et les échos d'impulsion pour le transducteur conforme à un mode de réalisation ne peuvent pas être distinguées les unes des autres dans le graphique 975. Cela indique que la performance acoustique du transducteur ultrasonore conforme à un mode de réalisation est très proche de celle du transducteur classique, et que l'incorporation d'une couche d'adaptation arrière ne perturbe pas la performance acoustique du transducteur ultrasonore conforme à un mode de réalisation. Fig. 13 is a graph with simulation data. Chart 975 shows the pulse echoes for a conventional ultrasonic transducer, without a backward adaptation layer, and an ultrasonic transducer according to one embodiment, having a backward adaptation layer of 200 μm on an aluminum damper . The plot for the conventional ultrasonic transducer is represented by a line, while the plot for the ultrasonic transducer with the backward coping layer is represented by a line with dots. For parts of the spectrum where the two traces are the same, only the line with the points is visible in Chart 975. The pulse echoes for the conventional transducer and the transducer according to one embodiment are almost identical. The pulse echoes are different from an instant of about 0.9 s at a time of 1.1 s and a time just after 1.2 s to almost 1.8 s. At all other times shown in graph 975, the pulse echoes for the conventional transducer and the pulse echoes for the transducer according to one embodiment can not be distinguished from each other in the graph 975. This indicates that the acoustic performance of the ultrasonic transducer according to one embodiment is very close to that of the conventional transducer, and that the incorporation of a rear adaptation layer does not disturb the acoustic performance of the ultrasound transducer conforming to a production.

L'application des techniques décrites ici peut avoir l'effet technique d'améliorer les propriétés acoustiques et/ou les caractéristiques thermiques. Par exemple, le fait de diriger la chaleur dans le sens opposé d'une lentille de transducteur peut permettre d'utiliser le transducteur à des niveaux de puissance plus élevés, améliorant ainsi la qualité des signaux et la qualité des images. L'invention décrite ci-dessus englobe non seulement les transducteurs évoqués ici, mais également les procédés pour fabriquer de tels transducteurs. Bien que la présente invention ait été décrite en relation avec un certain nombre de modes de réalisation, l'homme du métier comprendra que différentes modifications peuvent être apportées et des agencements équivalents peuvent venir se substituer, sans sortir du champ d'application de l'invention. En outre, de nombreuses modifications sont possibles pour adapter une situation particulière ou un matériau particulier aux enseignements de l'invention, sans sortir de son champ d'application. En conséquence, l'invention ne doit pas être considérée comme étant limitée aux modes de réalisation particuliers exposés, mais comme englobant tous les modes de réalisation situés dans le champ d'application des revendications annexées. Application of the techniques described herein may have the technical effect of improving acoustic properties and / or thermal characteristics. For example, directing heat in the opposite direction of a transducer lens may allow the transducer to be used at higher power levels, thereby improving signal quality and image quality. The invention described above encompasses not only the transducers discussed herein, but also the methods for making such transducers. Although the present invention has been described in connection with a number of embodiments, those skilled in the art will appreciate that different modifications may be made and equivalent arrangements may be substituted without departing from the scope of the invention. invention. In addition, many modifications are possible to adapt a particular situation or a particular material to the teachings of the invention without departing from its scope. Accordingly, the invention should not be considered as limited to the particular embodiments set forth, but as encompassing all embodiments within the scope of the appended claims.

Nomenclatures des pièces Figure 1 100 Transducteur ultrasonore 102 Lentille 104 Couche d'adaptation 106 Couche d'adaptation 108 Elément piézoélectrique 110 Amortisseur 112 Flèches Figure 2A 200 Transducteur ultrasonore 203 Couche d'adaptation 204 Couche d'adaptation 205 Couche d'adaptation 206 Couche d'adaptation Figure 3 300 Transducteur ultrasonore 303 Couche d'adaptation 304 Couche d'adaptation 305 Couche d'adaptation 308 Elément piézoélectrique 310 Amortisseur 312 Encoches majeures 314 Encoches mineures Figure 4 400 Transducteur ultrasonore 401 Couche d'adaptation 402 Ailes 403 Entailles Figure 5 500 Transducteur ultrasonore 501 Couche d'adaptation 502 Feuilles Figure 6 600 Transducteur ultrasonore Figure 8 800 Graphique 802 Ligne 804 Ligne Figure 9 900 Transducteur ultrasonore 902 Couche d'adaptation 904 Couche d'adaptation 906 Couche d'adaptation 908 Lentille 910 Elément piézoélectrique 912 Face avant 914 Face arrière 916 Couche de désadaptation 918 Elément souple 920 Couche d'adaptation arrière 922 Amortisseur thermique 924 Dissipateur de chaleur 926 Ailes 927 Flèches 928 Entailles Figure 10 930 Axe de coordonnées Figure 11 950 Transducteur ultrasonore 952 Couche d'adaptation arrière 954 Partie 955 Extrémité 956 Feuille thermoconductrice Figure 12 970 Graphique Figure 13 975 Graphique Parts Nomenclature Figure 1 100 Ultrasonic Transducer 102 Lens 104 Adapter layer 106 Adapter layer 108 Piezoelectric element 110 Shock absorber 112 Arrows Figure 2A 200 Ultrasonic transducer 203 Adapter layer 204 Adapter layer 205 Adapter layer 206 Layer Figure 3 300 Ultrasonic transducer 303 Adapter layer 304 Adapter layer 305 Adapter layer 308 Piezoelectric element 310 Shock absorber 312 Major notches 314 Minor notches Figure 4 400 Ultrasonic transducer 401 Adaptation layer 402 Wings 403 Notches Figure 5 500 Ultrasonic transducer 501 Adapter layer 502 Sheets Figure 6 600 Ultrasonic transducer Figure 8 800 Figure 802 Line 804 Line Figure 9 900 Ultrasonic transducer 902 Adapter layer 904 Adapter layer 906 Adapter layer 908 Lens 910 Piezoelectric element 912 Front panel 914 Rear panel 916 Misfeed layer 918 Flexible element 9 20 Rear adapter 922 Thermal shock 924 Heat sink 926 Wings 927 Arrows 928 Notches Figure 10 930 Coordinate axis Figure 11 950 Ultrasonic transducer 952 Rear adapter 954 Part 955 End 956 Thermally conductive foil Figure 12 970 Graph Figure 13 975 Graphic

Claims

REVENDICATIONS1. Transducteur ultrasonore (900) comprenant : un élément piézoélectrique (910) comportant une face avant (912) et une face arrière (914), l'élément piézoélectrique (910) étant configuré pour convertir des signaux électriques en ondes ultrasonores devant être transmises depuis la face avant (912) vers une cible, l'élément piézoélectrique (910) étant configuré pour convertir des ondes ultrasonores reçues en signaux électriques; une lentille (908) connectée à la face avant (912) de l'élément piézoélectrique (910); un dissipateur thermique (924) connecté à la face arrière (914) de l'élément piézoélectrique (910); une couche d'adaptation arrière (920) disposée entre l'élément piézoélectrique (910) et le dissipateur thermique (924), la couche d'adaptation arrière (920) étant reliée thermiquement l'élément piézoélectrique (910) et au dissipateur thermique (924), la couche d'adaptation arrière (920) étant configurée pour conduire la chaleur depuis l'élément piézoélectrique (910) au dissipateur thermique (924). REVENDICATIONS1. An ultrasonic transducer (900) comprising: a piezoelectric element (910) having a front face (912) and a rear face (914), the piezoelectric element (910) being configured to convert electrical signals into ultrasonic waves to be transmitted from the front face (912) to a target, the piezoelectric element (910) being configured to convert received ultrasonic waves into electrical signals; a lens (908) connected to the front face (912) of the piezoelectric element (910); a heat sink (924) connected to the rear face (914) of the piezoelectric element (910); a rear matching layer (920) disposed between the piezoelectric element (910) and the heat sink (924), the rear matching layer (920) being thermally connected to the piezoelectric element (910) and to the heat sink ( 924), the rear matching layer (920) being configured to conduct heat from the piezoelectric element (910) to the heat sink (924).

2. Transducteur ultrasonore (900) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lentille (908) est connectée indirectement à l'élément piézoélectrique (910). Ultrasonic transducer (900) according to claim 1, characterized in that the lens (908) is connected indirectly to the piezoelectric element (910).

3. Transducteur ultrasonore (900) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche d'adaptation arrière (920) est connectée indirectement à l'élément piézoélectrique (910). Ultrasonic transducer (900) according to claim 1, characterized in that the rear matching layer (920) is connected indirectly to the piezoelectric element (910).

4. Transducteur ultrasonore (900) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche d'adaptation arrière (920) est connectée indirectement au dissipateur thermique (924). 4. ultrasonic transducer (900) according to claim 3, characterized in that the rear adaptation layer (920) is connected indirectly to the heat sink (924).

5. Transducteur ultrasonore (900) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche d'adaptation arrière (920) est connectée directement au dissipateur thermique (924). 5. ultrasonic transducer (900) according to claim 1, characterized in that the rear adaptation layer (920) is connected directly to the heat sink (924).

6. Transducteur ultrasonore (900) selon la revendication 2, comprenant en outre une première couche d'adaptation (902) disposée entre la lentille (908) et l'élément piézoélectrique (910), la première couche d'adaptation (902) présentant une première impédance acoustique et une conductivité thermique supérieure à 30 W/mK. The ultrasonic transducer (900) of claim 2, further comprising a first matching layer (902) disposed between the lens (908) and the piezoelectric element (910), the first matching layer (902) having a first acoustic impedance and a thermal conductivity greater than 30 W / mK.

7. Transducteur ultrasonore (900) selon la revendication 3, comprenant en outre une deuxième couche d'adaptation (904) qui est fixée à la première couche d'adaptation (902) et disposée entre la première couche d'adaptation (902) et la lentille (908), la deuxième couche d'adaptation (904) présentant une deuxième impédance acoustique qui est inférieure à la première impédance acoustique. The ultrasonic transducer (900) according to claim 3, further comprising a second matching layer (904) which is attached to the first matching layer (902) and disposed between the first matching layer (902) and the lens (908), the second matching layer (904) having a second acoustic impedance that is lower than the first acoustic impedance.

8. Transducteur ultrasonore (900) selon la revendication 1, comprenant en outre un amortisseur thermique (922) disposé entre l'élément piézoélectrique (910) et le dissipateur thermique (924), l'amortisseur thermique (922) présentant une conductivité thermique inférieure à 10 W/mK. An ultrasonic transducer (900) according to claim 1, further comprising a thermal damper (922) disposed between the piezoelectric element (910) and the heat sink (924), the thermal damper (922) having a lower thermal conductivity at 10 W / mK.

9. Transducteur ultrasonore (900) selon la revendication 1, comprenant en outre une feuille thermoconductrice (956) fixée à l'élément piézoélectrique (910) et au dissipateur thermique (924), la feuille thermoconductrice (956) étant configurée pour conduire la chaleur depuis l'élément piézoélectrique (910) au dissipateur thermique (924). The ultrasonic transducer (900) of claim 1, further comprising a heat conductive sheet (956) attached to the piezoelectric element (910) and the heat sink (924), the heat conductive sheet (956) being configured to conduct heat from the piezoelectric element (910) to the heat sink (924).

10. Transducteur ultrasonore (900) comprenant : un élément piézoélectrique (910) comportant une face avant (912) et une face arrière (914), l'élément piézoélectrique (910) étant configuré pour convertir des signaux électriques en ondesultrasonores devant être transmises depuis la face avant (912) vers une cible, l'élément piézoélectrique (910) étant configuré pour convertir des ondes ultrasonores reçues en signaux électriques; une lentille (908) connectée à la face avant (912) de l'élément piézoélectrique (910); un dissipateur thermique (924) connecté à la face arrière (914) de l'élément piézoélectrique (910); une couche d'adaptation arrière (920) connectée à la fois à l'élément piézoélectrique (910) et au dissipateur thermique (924), la couche d'adaptation arrière (920) comprenant une aile (926) configurée pour s'étendre au-delà d'une extrémité de l'élément piézoélectrique (910), jusqu'au dissipateur thermique (924), la couche d'adaptation arrière (920) étant configurée pour conduire la chaleur depuis l'élément piézoélectrique (910) au dissipateur thermique (924). An ultrasonic transducer (900) comprising: a piezoelectric element (910) having a front face (912) and a rear face (914), the piezoelectric element (910) being configured to convert electrical signals to ultrasonic waves to be transmitted from the front face (912) to a target, the piezoelectric element (910) being configured to convert received ultrasonic waves into electrical signals; a lens (908) connected to the front face (912) of the piezoelectric element (910); a heat sink (924) connected to the rear face (914) of the piezoelectric element (910); a rearward adaptation layer (920) connected to both the piezoelectric element (910) and the heat sink (924), the rearward adaptation layer (920) comprising a wing (926) configured to extend to beyond one end of the piezoelectric element (910), to the heat sink (924), the rear matching layer (920) being configured to conduct heat from the piezoelectric element (910) to the heat sink (924).

11. Transducteur ultrasonore (900) selon la revendication 10, comprenant en outre un amortisseur thermique (922) disposé entre la couche d'adaptation arrière (920) et le dissipateur thermique (924), l'amortisseur thermique (922) étant configuré pour atténuer les ondes ultrasonores provenant de l'élément piézoélectrique (910). An ultrasonic transducer (900) according to claim 10, further comprising a thermal damper (922) disposed between the rear matching layer (920) and the heat sink (924), the thermal damper (922) being configured to attenuating the ultrasonic waves from the piezoelectric element (910).

12. Transducteur ultrasonore (900) selon la revendication 10, comprenant en outre une feuille thermoconductrice (956) fixée à l'aile (926) et au dissipateur thermique (924). The ultrasonic transducer (900) of claim 10, further comprising a thermally conductive foil (956) attached to the wing (926) and the heat sink (924).

13. Transducteur ultrasonore (900) selon la revendication 12, caractérisé en ce que la feuille thermoconductrice (956) est fixée à l'aile (926) et au dissipateur thermique (924) à l'aide d'une résine époxy. 13. Ultrasonic transducer (900) according to claim 12, characterized in that the thermally conductive sheet (956) is attached to the wing (926) and the heat sink (924) with an epoxy resin.