KR101343067B1 - Focused ultrasound transducer and fabrication method there of - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 집속형 PVDF copolymer 초음파 변환자 및 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디스크 또는 링 형상의 집속형 초음파 변환자 및 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a focused PVDF copolymer ultrasonic transducer and a manufacturing method, and more particularly, to a disk or ring shaped focused ultrasonic transducer and a manufacturing method.
일반적으로 초음파 변환자는 20㎑ 이상의 교류 에너지를 같은 주파수의 기계적 진동으로 변환하는 장치로 압전소자를 이용하여 제조되며, 의료 및 각종 비파괴 검사, 그리고 hydrophone, dermatology, ophthalmology, biomicroscopy 등 다양한 분야에 사용되고 있다.In general, the ultrasonic transducer is a device that converts AC energy of 20 kHz or more into mechanical vibration of the same frequency. It is manufactured using piezoelectric elements, and is used in various fields such as medical and non-destructive testing, hydrophone, dermatology, ophthalmology, and biomicroscopy.
압전소자는 압전 효과를 갖는 소자로서, 외력을 가하면 전기 분극이 일어나서 전위차가 생기고, 반대로 압전소자에 전압을 가하면 변형이나 변형력이 생기는 성질을 가진 소자를 말한다.A piezoelectric element is a device having a piezoelectric effect. An electric polarization occurs when an external force is applied, and a potential difference occurs. On the contrary, when a voltage is applied to the piezoelectric element, a piezoelectric element is a device having a property of deformation or deformation.
압전소자에는 세라믹 압전소자와 단결정 압전소자 그리고 고분자 압전소자가 있으며, 고분자 압전소자에는 PVDF copolymer가 있다.Piezoelectric elements include ceramic piezoelectric elements, single crystal piezoelectric elements, and polymeric piezoelectric elements. Polymeric piezoelectric elements include PVDF copolymers.
PVDF copolymer 압전소자는 광대역폭 (Broad bandwidth)을 가지며 다루기 쉬운 특성 때문에 그 수요가 증가하고 있으며 고주파수 대역의 여러가지 초음파 응용 분야에 사용되고 있으나, 필름 형태의 특성 때문에 집속형 변환자로 만드는 방법이 매우 어려운 문제점이 있다.PVDF copolymer piezoelectric element has a wide bandwidth and its demand is increasing because of its easy-to-handle characteristics, and it is used in various ultrasonic applications in the high frequency band. have.
이에 코팅형태의 PVDF copolymer 초음파 변환자 제조 방법이 개발 되었으나 코팅 자체의 복잡한 제조 과정과 비용 문제로 인해 여전히 대중화 되지 못하는 문제점을 가지고 있다.Thus, a coating type PVDF copolymer ultrasonic transducer manufacturing method has been developed, but there is still a problem that it cannot be popularized due to the complicated manufacturing process and cost of the coating itself.
또한, PVDF copolymer를 이용한 초음파 변환자는 이러한 제조상의 어려움으로 인해 집속형 대신 평면형 구경으로 제조되고 있으며, 이와 같은 제조상의 한계로 인해 집속형 링타입(Ring type) PVDF copolymer 초음파 변환자를 개발하지 못하고 있는 실정이다.
In addition, ultrasonic transducers using PVDF copolymers are manufactured with planar apertures instead of focusing type due to such manufacturing difficulties, and due to such manufacturing limitations, it is not possible to develop focused ring type PVDF copolymer ultrasonic transducers. to be.
본 발명은 이상과 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 필름 형태인 PVDF copolymer 압전소자의 후면층을 전도성 에폭시를 이용하여 형성함으로써, 압전소자를 원하는 형상으로 가공하는 것이 용이한 집속형 변환자 및 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above-described conventional problems, by forming the back layer of the film-type PVDF copolymer piezoelectric element using a conductive epoxy, it is easy to process the piezoelectric element to a desired shape focusing conversion The purpose is to provide a ruler and a manufacturing method.
또한 본 발명의 다른 목적은 PVDF 압전소자에 일정 두께를 갖는 전도성 에폭시 재질의 후면층을 생성하고 금속구을 이용한 압착시 PVDF 압전소자의 압착면을 매끄럽게 형성하며, 선반을 이용하여 원통 형상으로 가공함으로써 디스크 또는 링 형태로 이루어진 집속형 초음파 변환자 및 제조방법을 제공하는 것이다.
In addition, another object of the present invention is to produce a backside layer of a conductive epoxy material having a predetermined thickness in the PVDF piezoelectric element, and to form a pressing surface of the PVDF piezoelectric element smoothly when pressing using a metal sphere, by processing the disk in a cylindrical shape using a disk Another object is to provide a focused ultrasound transducer and a manufacturing method having a ring shape.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 집속형 초음파 변환자 제조방법은, 집속형 초음파 변환자 제조방법에 있어서, 일면에 전극이 형성된 PVDF 압전소자의 전극방향에 세라믹틀을 배치하여 PVDF 압전소자의 후면층이 형성되도록 전도성 에폭시를 붓는 후면층 형성단계와; 상기 세라믹틀의 전도성 에폭시를 경화시키는 경화단계; 상기 전도성 에폭시가 경화된 PVDF 압전소자를 선반을 이용하여 원통 형상으로 가공하여 PVDF/backing 소자를 제조하는 디스크 가공단계; 상기 PVDF/backing 소자를 일면이 개방된 원통 형상의 금속 하우징에 삽입하는 삽입단계; 상기 삽입된 PVDF/backing 소자의 외측면과 상기 금속 하우징 사이에 절연용 에폭시를 붓고 경화시키는 절연단계; 상기 PVDF 압전소자의 후면층과 상기 금속 하우징에 형성된 커넥터 사이에 전선을 연결하는 와이어링단계; 일정 온도 상태에서 상기 PVDF/backing 소자의 전면을 내측으로 오목하게 형성되도록 금속구를 통해 가압시켜 집속형 구경을 형성하는 집속형 구경 형성단계; 상기 초음파 변환자의 전면을 스퍼터링(sputtering)하여 금(Au) 또는 크롬(Cr)을 증착하여 PVDF 압전소자의 접지전극을 형성하는 접지전극 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In the focused ultrasound transducer manufacturing method according to the present invention for achieving the above object, in the manufacturing method of focused ultrasound transducer, PVDF piezoelectric by arranging a ceramic frame in the electrode direction of the PVDF piezoelectric element with an electrode formed on one surface Forming a back layer by pouring a conductive epoxy to form a back layer of the device; Curing step of curing the conductive epoxy of the ceramic frame; A disk processing step of manufacturing the PVDF / backing device by processing the conductive epoxy cured PVDF piezoelectric element into a cylindrical shape using a lathe; Inserting the PVDF / backing element into a cylindrical metal housing having one surface open; An insulating step of pouring and curing an insulating epoxy between the outer surface of the inserted PVDF / backing element and the metal housing; A wiring step of connecting an electric wire between a rear layer of the PVDF piezoelectric element and a connector formed in the metal housing; A concentrating aperture forming step of forming a concentrating aperture by pressurizing the front surface of the PVDF / backing element through a metal sphere so as to be concave inwardly at a predetermined temperature; And a ground electrode forming step of sputtering the entire surface of the ultrasonic transducer to deposit gold (Au) or chromium (Cr) to form a ground electrode of the PVDF piezoelectric element.
본 발명은 PVDF 압전소자에 전도성 에폭시를 사용하여 후면층을 형성하므로 PVDF 압전소자를 손상되지 않게 가공할 수 있어 디스크 또는 링 형태의 초음파 변환자를 제조할 수 있으며, 후면층 및 PVDF 압전소자가 연성을 가지도록 고온에서 금속구을 이용하여 집속형 구경을 형성하기 때문에 초음파를 조사하는 조사면이 매끄럽게 형성되어 초음파 변환자의 감도가 증가되는 효과를 얻을 수 있다.
The present invention forms a rear layer using a conductive epoxy in the PVDF piezoelectric element, so that the PVDF piezoelectric element can be processed undamaged to produce an ultrasonic transducer in the form of a disk or a ring, and the rear layer and the PVDF piezoelectric element are flexible. Since the focused aperture is formed by using a metal sphere at a high temperature to have a high temperature, the irradiation surface for irradiating ultrasonic waves is smoothly formed, thereby increasing the sensitivity of the ultrasonic transducer.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 변환자 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초음파 변환자 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 초음파 변환자 제조방법에 의해 제조된 초음파 변환자의 시작품으로 (a)는 디스크 타입 초음파 변환자, (b)는 링 타입 초음파 변환자, (c)는 링 타입 초음파 변환자의 내부 구조를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 초음파 변환자 제조방법을 사용하여 제조된 초음파 변환자의 펄스에코 실험 결과로 (a)는 디스크 타입 초음파 변환자, (b)는 링 타입 초음파 변환자를의 실험 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 초음파 변환자 제조방법을 사용하여 제조된 초음파 변환자의 임피던스 측정결과를 나타낸 것으로 (a)는 디스크 타입 초음파 변환자, (b)는 링 타입 초음파 변환자를의 실험 결과를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 초음파 변환자 제조방법을 사용하여 제조된 초음파 변환자의 B-mode 영상 실험 결과를 나타낸 것으로, (a)는 디스크 타입 초음파 변환자, (b)는 링 타입 초음파 변환자를의 실험 결과를 나타낸 도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to another embodiment of the present invention.
Figure 3 is a prototype of the ultrasonic transducer manufactured by the ultrasonic transducer manufacturing method according to the present invention (a) is a disk-type ultrasonic transducer, (b) a ring-type ultrasonic transducer, (c) is a ring-type ultrasonic transducer Figure shows the internal structure.
4 is a pulse echo experiment result of an ultrasonic transducer manufactured using the ultrasonic transducer manufacturing method according to the present invention, (a) is a disk type ultrasonic transducer, (b) is a ring showing the experimental results of the ultrasonic transducer to be.
Figure 5 shows the impedance measurement results of the ultrasonic transducer manufactured using the ultrasonic transducer manufacturing method according to the present invention (a) is a disk type ultrasonic transducer, (b) shows the experimental results of the ring type ultrasonic transducer It is also.
Figure 6 shows the results of the B-mode imaging experiment of the ultrasonic transducer manufactured using the ultrasonic transducer manufacturing method according to the present invention, (a) is a disk type ultrasonic transducer, (b) is a ring type ultrasonic transducer It is a figure which shows an experimental result.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the technical idea of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 집속형 초음파 변환자 및 제조방법의 일 실시 예를 나타낸 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating an embodiment of a focused ultrasound transducer and a manufacturing method according to the present invention.
도 1을 참조하면 본 발명에 따른 집속형 초음파 변환자 제조방법의 일 실시 예는 후면층 형성단계(S10), 경화단계(S20), 디스크 가공단계(S30), 삽입단계(S40), 절연단계(S50), 와이어링 단계(S60), 집속형 구경 형성단계(S70) 및 접지전극 형성단계(S80)를 포함한다.Referring to Figure 1 an embodiment of the focused ultrasound transducer manufacturing method according to the present invention is a back layer forming step (S10), curing step (S20), disk processing step (S30), insertion step (S40), insulation step S50, a wiring step S60, a focused aperture forming step S70, and a ground electrode forming step S80.
본 발명에 따른 집속형 초음파 변환자의 압전소자는 PVDF copolymer를 이용하여 제조된다. PVDF copolymer는 PVDF(Polyvinylidene fluoride)와 PTrFE(Polytrifluoroethylene)를 포함하는 필름형 압전소자이다. 이하에서는 PVDF 압전소자를 이용하여 집속형 초음파 변환자를 제조하는 방법을 설명하며, PTrFE 압전소자를 이용하여 제조하는 방법도 PVDF 압전소자를 이용하여 제조하는 방법과 동일하다.The piezoelectric element of the focused ultrasound transducer according to the present invention is manufactured using PVDF copolymer. PVDF copolymer is a film type piezoelectric element including PVDF (Polyvinylidene fluoride) and PTrFE (Polytrifluoroethylene). Hereinafter, a method of manufacturing a focused ultrasonic transducer using a PVDF piezoelectric element will be described, and the method of manufacturing using a PTrFE piezoelectric element is also the same as the method of manufacturing using a PVDF piezoelectric element.
한편, 본 발명에 사용되는 PVDF 압전소자는 일면에 전극이 형성되어 있는 필름 형태의 압전소자로써, 상기 전극의 재질은 금속성의 통전성이 있는 것을 사용하나 예를 들어, 전기 전도도가 높은 금(Au)을 사용하는 것이 바람직하다.On the other hand, the PVDF piezoelectric element used in the present invention is a piezoelectric element in the form of a film in which an electrode is formed on one surface, the material of the electrode is used that has a metallic conduction, for example, gold (Au) with high electrical conductivity Preference is given to using.
상기 후면층 형성단계(S10)는 PVDF 압전소자의 후면에 후면층(backing layer)을 형성하기 위한 것으로, 후면층은 압전소자의 후방으로 조사되는 초음파를 흡수하여, 여분의 진동을 억제함으로써 펄스의 지속시간을 짧게 하여 거리 분해능을 증가시킨다. 전극이 상측 방향을 향하도록 PVDF 압전소자를 위치시키고 후면층을 일정 두께로 형성할 수 있도록 원통형의 세라믹틀을 PVDF 압전소자의 전극 위에 배치하여 세라믹틀 내부에 전도성 에폭시를 붓는다.The back layer forming step (S10) is for forming a backing layer (backing layer) on the back of the PVDF piezoelectric element, the back layer absorbs the ultrasonic wave irradiated to the rear of the piezoelectric element, thereby suppressing the extra vibration of the pulse Shorter durations increase distance resolution. Placing the PVDF piezoelectric element so that the electrode faces upward and placing a cylindrical ceramic frame on the electrode of the PVDF piezoelectric element to pour a conductive epoxy inside the ceramic frame so that the rear layer can be formed to a predetermined thickness.
상기 경화단계(S20)는 세라믹틀 내부에 부어진 전도성 에폭시를 양생하여 경화시켜 전도성 에폭시가 PVDF 압전소자의 전극에 접착된다. 또한 경화단계(S20) 이전에 전도성 에폭시가 부어진 세라믹틀을 원심분리기에 넣고 회전시킨 후 경화시킬 수도 있다. 이는 압전소자의 후면층으로 송수신되는 전기신호의 흐름이 원활하도록 전도성 에폭시에 기포가 발생하지 않도록 균일하게 경화시키기 위한 것이다. 여기서, 상기 양생되는 시간은 예를 들어 24시간 이상인 것이 바람직하다.The curing step (S20) is cured by curing the conductive epoxy poured in the ceramic frame, the conductive epoxy is bonded to the electrode of the PVDF piezoelectric element. In addition, the ceramic frame in which the conductive epoxy is poured before the curing step (S20) may be placed in a centrifuge and rotated to cure. This is to uniformly cure the bubbles in the conductive epoxy so that the flow of electrical signals to and from the back layer of the piezoelectric element is smooth. Here, it is preferable that the said curing time is 24 hours or more, for example.
상기 디스크 가공단계(S30)는 후면층이 형성된 PVDF/backing 소자를 디스크 형상으로 가공하는 것으로 선반 등을 이용하여 PVDF/backing 소자를 원하는 직경을 가지는 원통형상으로 가공하는 것이다. 상기 PVDF/backing 소자의 가공시 PVDF 압전소자에 일체로 부착된 전도성 에폭시(PVDF 압전소자의 두께에 비해 매우 두꺼움)로 인해 PVDF 압전소자의 손상을 방지할 수 있다.The disk processing step (S30) is to process the PVDF / backing device having a back layer formed into a disk shape to process the PVDF / backing device into a cylindrical shape having a desired diameter using a shelf or the like. When the PVDF / backing device is processed, damage to the PVDF piezoelectric device may be prevented due to the conductive epoxy (which is very thick compared to the thickness of the PVDF piezoelectric device) integrally attached to the PVDF piezoelectric device.
원통형 형상으로 가공된 PVDF/backing 소자는 일면이 개방된 원통형 형상의 금속 하우징에 삽입된다. 이때 금속 하우징은 접지전극으로 사용되기 때문에 가공된 PVDF/backing 소자의 외측면이 금속 하우징과 접촉을 차단하기 위해 PVDF/backing 소자의 직경은 금속 하우징의 내주면의 직경보다 작은 직경으로 가공된다.PVDF / backing elements machined into a cylindrical shape are inserted into a cylindrical metal housing with one side open. In this case, since the metal housing is used as the ground electrode, the diameter of the PVDF / backing element is processed to a diameter smaller than the diameter of the inner circumferential surface of the metal housing so that the outer surface of the processed PVDF / backing element blocks contact with the metal housing.
상기 삽입단계(S40)는 원통 형상으로 가공된 PVDF/backing 소자를 금속 하우징에 삽입하는 단계이다.The inserting step (S40) is a step of inserting the PVDF / backing element processed into a cylindrical shape into the metal housing.
상기 절연단계(S50)는 삽입된 PVDF/backing 소자의 외측면과 금속 하우징의 내측면 사이에 절연성 에폭시를 주입한 후 이를 경화시켜 PVDF 압전소자의 후면층과 금속 하우징을 절연시킴과 동시에 삽입된 PVDF/backing 소자를 금속 하우징 내부에 고정하는 단계이다. 여기서 경화 시간은 예를 들어 24시간 이상인 것이 바람직하다.The insulating step (S50) is injected into the insulating epoxy between the outer surface of the inserted PVDF / backing element and the inner surface of the metal housing and cured to insulate the back layer of the PVDF piezoelectric element and the metal housing and inserted at the same time The step of fixing the / backing element inside the metal housing. It is preferable that hardening time is 24 hours or more here, for example.
상기 와이어링 형성단계(S60)는 후면층에 전선을 연결하는 단계로 상기 전선을 통해 PVDF 압전소자에 전기신호를 가하여 대상체에 초음파를 조사하거나 대상체로부터 반사된 초음파로부터 변환된 전기신호를 초음파 변환자 외부로 전송할 수 있도록 한다. 상기 전선의 일단은 후면층에 연결되고 타단은 금속 하우징 외측으로 돌출되는 케넥터와 연결된다.The wiring forming step (S60) is a step of connecting the wire to the back layer by applying an electrical signal to the PVDF piezoelectric element through the wire to irradiate the ultrasonic wave to the object or to convert the electrical signal from the ultrasonic wave reflected from the ultrasonic transducer Allow transmission to the outside. One end of the wire is connected to the rear layer and the other end is connected to a connector protruding out of the metal housing.
상기 집속형 구경 형성단계(S70)는 초음파 변환자의 초음파가 조사되는 전면의 형상을 오목렌즈 형태로 가공함으로써, 초음파 변환자의 송신 및 수신 감도를 증가시키는 단계이다. 여기서, 초음파 변환자의 전면이 평면인 경우 조사되는 초음파가 집속되지 않으므로 송신 및 수신 감도가 떨어지게 된다. 따라서 조사되는 초음파를 일정한 지점에 집속시키기 위해 금속구를 이용하여 초음파 변환자의 전면이 내측방향으로 오목하게 형성된 오목렌즈 형태이다.The focused aperture forming step (S70) is a step of increasing the transmission and reception sensitivity of the ultrasonic transducer by processing the shape of the front surface of which the ultrasonic transducer is irradiated in the form of a concave lens. In this case, when the front surface of the ultrasonic transducer is flat, the irradiated ultrasonic waves are not focused, and thus the transmission and reception sensitivity decreases. Therefore, the front surface of the ultrasonic transducer is concave in the form of a concave lens using a metal sphere to focus the irradiated ultrasound at a certain point.
상기 금속 하우징과 결합된 PVDF/backing 소자를 고온의 오븐에 넣은 후 전면을 금속구를 이용하여 서서히 가압한다. 오븐의 온도는 전도성 에폭시가 연성을 가지는 온도보다는 높고 사용되는 압전소자가 압전성을 잃는 온도보다는 낮아야 한다. 여기서 상기 온도는 70℃ ~ 80℃ 인 것이 바람직하다. After putting the PVDF / backing element combined with the metal housing in a high temperature oven, the front surface is gradually pressed using a metal sphere. The temperature of the oven should be higher than the temperature at which the conductive epoxy is ductile and lower than the temperature at which the piezoelectric elements used lose piezoelectricity. It is preferable that the said temperature is 70 to 80 degreeC here.
따라서 PVDF/backing 소자는 고온의 오븐안에서 부드러워져 연성을 가지게 된다. 연성을 가진 상태에서 금속구를 이용하여 천천히 압력을 가하게 되면 PVDF/backing 소자의 전면은 일그러짐이 없이 매끄러운 상태의 집속형 구경을 형성할 수 있으며, 가압시간은 5분 이상이 바람직하며 가압동작을 천천히 하는 것과 함께 두꺼운 후면층은 전면이 매끄럽게 형성되는데 도움이 된다. 가압동작이 끝나면 금속구를 가압한 상태에서 오븐의 온도를 천천히 내려 PVDF 압전소자 및 후면층이 형상을 유지하면서 경화될 수 있도록 한다. 상기 경화시간은 24시간 이상인 것이 바람직하다.Thus, the PVDF / backing device is soft and ductile in a hot oven. When pressure is slowly applied using a metal sphere in a ductile state, the front surface of the PVDF / backing element can form a smooth, focused, aperture without distortion, and the pressurization time is preferably 5 minutes or more and the pressurization operation is slow. Along with this, the thick back layer helps to form a smooth front. After the pressurization operation, the temperature of the oven is slowly lowered while the metal sphere is pressurized so that the PVDF piezoelectric element and the back layer can be cured while maintaining the shape. It is preferable that the said hardening time is 24 hours or more.
상기 접지전극 형성단계(S80)는 금속 하우징과 PVDF/backing 소자의 전면을 전기적으로 통전시켜 접지전극을 형성하기 위한 것으로 크롬(Cr) 또는 금(Au)을 스퍼터링(sputtering)법을 이용하여 금속 하우징의 전면과 PVDF/backing 소자의 전면을 하나의 얇은 막 형태로 증착시킨다.The ground electrode forming step (S80) is for forming a ground electrode by electrically energizing the front surface of the metal housing and the PVDF / backing device. The metal housing is formed by sputtering a chromium (Cr) or gold (Au) method. The front side of and the front side of the PVDF / backing device are deposited in one thin film form.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 집속형 초음파 변환자 제조방법을 나타낸 흐름도이고, 도 3은 본 발명에 따른 초음파 변환자 제조방법에 의해 제조된 초음파 변환자의 시작품으로 (a)는 디스크 타입 초음파 변환자, (b)는 링 타입 초음파 변환자, (c)는 링 타입 초음파 변환자의 내부 구조를 나타낸 도이다. 시작품이란 설계품질을 확보하기 위해 제조 공정이 아닌 연구소나 개발실에서 주로 시험용으로 제조 가능성을 확인하기 위해 설계 전에 제조되는 것을 말한다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a focused ultrasonic transducer according to another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a prototype of an ultrasonic transducer manufactured by the ultrasonic transducer manufacturing method according to the present invention. (B) is a ring type ultrasonic transducer, (c) is a figure which shows the internal structure of a ring type ultrasonic transducer. Prototypes are those manufactured prior to design to verify manufacturability, primarily for testing, in a laboratory or development room, not in the manufacturing process to ensure design quality.
도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 집속형 초음파 변환자 및 제조방법을 설명한다.A focused ultrasound transducer and a manufacturing method according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
도 2를 참조하면 본 발명의 다른 실시 예에 따른 집속형 초음파 변환자 및 제조방법은 후면층 형성단계(S10), 경화단계(S20), 디스크 가공단계(S30), 링 가공단계(S30-1), 삽입단계(S40-1), 절연단계(S50), 와이어링 단계(S60), 집속형 구경 형성단계(S70) 및 접지전극 형성단계(S80)를 포함한다.Referring to Figure 2 focused ultrasound transducer and manufacturing method according to another embodiment of the present invention back layer forming step (S10), curing step (S20), disk processing step (S30), ring processing step (S30-1) ), An insertion step S40-1, an insulation step S50, a wiring step S60, a focused aperture forming step S70, and a ground electrode forming step S80.
본 발명의 일 실시 예에 따른 집속형 초음파 변환자 및 제조방법과 동일한 단계들은 설명을 생략하고 이하에서는 차이점이 있는 단계만을 설명한다.The same steps as the focused ultrasound transducer and the manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be omitted, and only the steps of difference will be described below.
상기 링 가공단계(S30-1)는 디스크 가공단계(S30)를 거쳐 원통형상으로 가공된 PVDF/backing 소자에 윗면과 아랫면을 관통하는 중공이 중앙에 형성되도록 PVDF/backing 소자를 링 형상으로 제조한다.In the ring processing step (S30-1), a PVDF / backing device is manufactured in a ring shape so that a hollow penetrating the upper and lower surfaces is formed in the center of the PVDF / backing device processed into a cylindrical shape through the disk processing step (S30). .
상기 삽입단계(S40-1)는 링 형상으로 가공된 PVDF/backing 소자를 중공이 중심부에 형성되고 원통형 상부가 개방된 금속 하우징에 삽입한다.In the inserting step (S40-1), the PVDF / backing device processed into a ring shape is inserted into a metal housing in which a hollow is formed in the center and the cylindrical upper part is opened.
PVDF/backing 소자를 특정 형상으로 가공하는 경우 금속 하우징도 특정 형상의 PVDF/backing 소자를 삽입할 수 있는 형상으로 제조되어야 한다는 것은 통상의 기술자의 입장에서 당연할 것이다.When processing a PVDF / backing device into a specific shape, it will be obvious to those skilled in the art that the metal housing must also be manufactured in a shape into which the PVDF / backing device of a specific shape can be inserted.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 초음파 변환자 및 제조방법은 PVDF copolymer 압전소자 뿐만 아니라 필름형태의 모든 압전소자들을 이용한 초음파 변환자의 제조에도 적용될 수있다.The ultrasonic transducer and the manufacturing method according to the present invention described above can be applied to the production of ultrasonic transducers using all piezoelectric elements in the form of films as well as PVDF copolymer piezoelectric elements.
상기 링 타입 초음파 변환자의 구조를 도 3(c)를 참조하여 설명한다.The structure of the ring type ultrasonic transducer will be described with reference to FIG. 3 (c).
초음파 변환자의 전면에는 PVDF 압전소자가 위치하며 PVDF 압전소자의 전면에는 금 또는 크롬이 금속 하우징의 전면과 하나의 얇은 막형태로 형성되어 접지전극을 형성하고 있으며, PVDF 압전소자의 후면에는 전극이 형성되어 있다. 전극은 전도성 에폭시로 구성된 후면층과 접하고 있으며, 후면층은 전선을 통해 금속 하우징과 일체형으로 형성된 케넉터와 전기적으로 연결된다. PVDF piezoelectric element is located on the front of the ultrasonic transducer, and gold or chromium is formed on the front of the PVDF piezoelectric element in the form of a thin film with the front of the metal housing to form a ground electrode, and an electrode is formed on the rear of the PVDF piezoelectric element. It is. The electrode is in contact with a backing layer made of conductive epoxy, and the backing layer is electrically connected to a canister formed integrally with the metal housing via wires.
상기 커넥터는 금속 하우징과 전기적으로 절연상태에 있다. PVDF/backing 소자를 금속 하우징이 감싸고 있으며, 금속 하우징과 PVDF/backing 소자의 외측면 사이에는 절연성 에폭시가 채워져 있어 접지전극과 전극이 전기적으로 통전되는 것을 방지한다.The connector is insulated from the metal housing. A metal housing surrounds the PVDF / backing element, and an insulating epoxy is filled between the metal housing and the outer surface of the PVDF / backing element to prevent the ground electrode and the electrode from being electrically energized.
도 4는 본 발명에 따른 집속형 초음파 변환자 및 제조방법을 사용하여 제조된 초음파 변환자의 펄스에코 실험 결과로 (a)는 디스크 타입 초음파 변환자, (b)는 링 타입 초음파 변환자를의 실험 결과를 나타낸 도이다.4 is a pulse echo test result of the ultrasonic transducer manufactured using the focused ultrasound transducer and the manufacturing method according to the present invention, (a) is a disk type ultrasonic transducer, (b) a ring type ultrasonic transducer Is a diagram showing.
도 5는 본 발명에 따른 집속형 초음파 변환자 및 제조방법을 사용하여 제조된 초음파 변환자의 임피던스 측정결과를 나타낸 것으로 (a)는 디스크 타입 초음파 변환자, (b)는 링 타입 초음파 변환자를의 실험 결과를 나타낸 도이다.Figure 5 shows the impedance measurement results of the ultrasonic transducer manufactured using the focused ultrasound transducer and the manufacturing method according to the present invention (a) is a disk type ultrasonic transducer, (b) an experiment of the ring type ultrasonic transducer The results are shown.
도 4 및 도 5를 참조하면 디스크 타입 및 링 타입의 초음파 변환자 모두 100% 이상의 대역폭을 가짐을 확인할 수 있다.4 and 5, it can be seen that both the disk type and the ring type ultrasonic transducers have a bandwidth of 100% or more.
도 6은 본 발명에 따른 집속형 초음파 변환자 및 제조방법을 사용하여 제조된 초음파 변환자의 B-mode 영상 실험 결과를 나타낸 것으로, (a)는 디스크 타입 초음파 변환자, (b)는 링 타입 초음파 변환자를의 실험 결과를 나타낸 도이다.Figure 6 shows the results of the B-mode imaging experiment of the ultrasound transducer manufactured using the focused ultrasound transducer and the manufacturing method according to the present invention, (a) is a disk-type ultrasound transducer, (b) is a ring-type ultrasound The figure which shows the experiment result of a transducer.
상기 B-mode란 초음파가 대상체에 반사되어 돌아오는 초음파의 크기를 밝기(brightness)로 화면에 표시하는 모드를 말한다. 밝은 점은 내부에 강한 반사체가 있는 것을 의미하고, 어두운 점은 저에코(hypo-echoic)인 부분이 있음을 보여준다.The B-mode refers to a mode in which the size of the ultrasonic wave reflected by the ultrasonic wave and returned to the object is displayed on the screen as brightness. The bright spots indicate strong reflectors inside, and the dark spots show hypo-echoic areas.
도 6을 참조하면 본 발명에 따른 링 타입 및 디스크 타입의 집속형 초음파 변환자가 모두 동작함을 보여준다.
6 shows that both the ring-type and disk-type focused ultrasound transducers according to the present invention operate.
이상, 전술한 본 발명의 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 통상의 기술자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또 다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. Modification, substitution, addition, or the like.
Claims (5)
일면에 전극이 형성된 PVDF 압전소자의 전극방향에 세라믹틀을 배치하여 PVDF 압전소자의 후면층이 형성되도록 전도성 에폭시를 붓는 후면층 형성단계와;
상기 세라믹틀의 전도성 에폭시를 경화시키는 경화단계;
상기 전도성 에폭시가 경화된 PVDF 압전소자를 선반을 이용하여 원통 형상으로 가공하여 PVDF/backing 소자를 제조하는 디스크 가공단계;
상기 PVDF/backing 소자를 일면이 개방된 원통 형상의 금속 하우징에 삽입하는 삽입단계;
상기 삽입된 PVDF/backing 소자의 외측면과 상기 금속 하우징 사이에 절연용 에폭시를 붓고 경화시키는 절연단계;
상기 PVDF 압전소자의 후면층과 상기 금속 하우징에 형성된 커넥터 사이에 전선을 연결하는 와이어링단계;
일정 온도 상태에서 상기 PVDF/backing 소자의 전면을 내측으로 오목하게 형성되도록 금속구를 통해 가압시켜 집속형 구경을 형성하는 집속형 구경 형성단계;
상기 초음파 변환자의 전면을 스퍼터링(sputtering)하여 금(Au) 및 크롬(Cr)을 증착하여 PVDF 압전소자의 접지전극을 형성하는 접지전극 형성단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 집속형 초음파 변환자 제조방법.
In the focused ultrasound transducer manufacturing method,
Forming a ceramic frame in the electrode direction of the PVDF piezoelectric element having an electrode formed on one surface, and forming a rear layer of pouring a conductive epoxy to form a rear layer of the PVDF piezoelectric element;
Curing step of curing the conductive epoxy of the ceramic frame;
A disk processing step of manufacturing the PVDF / backing device by processing the conductive epoxy cured PVDF piezoelectric element into a cylindrical shape using a lathe;
Inserting the PVDF / backing element into a cylindrical metal housing having one surface open;
An insulating step of pouring and curing an insulating epoxy between the outer surface of the inserted PVDF / backing element and the metal housing;
A wiring step of connecting an electric wire between a rear layer of the PVDF piezoelectric element and a connector formed in the metal housing;
A concentrating aperture forming step of forming a concentrating aperture by pressurizing the front surface of the PVDF / backing element through a metal sphere so as to be concave inwardly at a predetermined temperature;
Forming a ground electrode of the PVDF piezoelectric element by sputtering the entire surface of the ultrasonic transducer to deposit gold (Au) and chromium (Cr);
Focused ultrasonic transducer manufacturing method comprising a.
상기 경화단계는,
전도성 에폭시에 기포가 발생하지 않도록 균일하게 경화시키기 위해 전도성 에폭시가 부어진 세라믹틀을 원심분리기에 넣고 회전시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집속형 초음파 변환자 제조방법.
The method of claim 1,
The curing step,
A method of manufacturing a focused ultrasonic transducer further comprising inserting and rotating a ceramic frame in which a conductive epoxy is poured into a centrifuge in order to uniformly harden bubbles in the conductive epoxy.
상기 디스크 가공단계에서, PVDF/backing 소자를 선반을 이용하여 링 형상으로 가공하는 링 가공단계를 더 포함하고,
상기 삽입단계는 상기 링 형상으로 가공된 PVDF/backing 소자를 중공이 중심부에 형성되고 원통형 상부가 개방된 금속 하우징에 삽입하는 것을 특징으로 하는 집속형 초음파 변환자 제조방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
In the disk processing step, further comprising a ring processing step for processing the PVDF / backing device into a ring shape using a lathe,
The inserting step is a method for manufacturing a focused ultrasound transducer, characterized in that for inserting the PVDF / backing device processed into the ring shape in a metal housing with a hollow formed in the center and an open cylindrical top.
상기 PVDF 압전소자는 필름 형태의 압전소자를 사용하는 것을 특징으로 하는 집속형 초음파 변환자 제조방법.
The method of claim 3, wherein
The PVDF piezoelectric element is a focused ultrasound transducer manufacturing method characterized in that using a piezoelectric element in the form of a film.
상기 집속형 초음파 변환자는 중심에 전면과 후면을 관통하는 중공이 형성된 원통형상의 금속 하우징과 그 내부에 전도성 에폭시, PVDF 압전소자 및 접지전극이 금속 하우징의 후면에서 전면방향으로 적층구조로 형성되고,
상기 전도성 에폭시 및 PVDF 압전소자와 상기 금속 하우징은 서로 절연되며, 상기 전도성 에폭시의 전면은 상기 PVDF 압전소자와 통전되고, 상기 접지전극은 상기 PVDF 압전소자의 전면에 크롬과 금을 스퍼터링하여 형성되며, 상기 집속형 초음파 변환자의 전면은 내측으로 오목하게 형성되어 집속형 구경을 가지는 것을 특징으로 하는 집속형 초음파 변환자.
In the focused ultrasound transducer,
The focused ultrasound transducer has a cylindrical metal housing having a hollow penetrating the front and the rear at the center thereof, and a conductive epoxy, a PVDF piezoelectric element, and a ground electrode formed in a stacked structure in the front direction from the rear of the metal housing.
The conductive epoxy and the PVDF piezoelectric element and the metal housing are insulated from each other, the front surface of the conductive epoxy is energized with the PVDF piezoelectric element, and the ground electrode is formed by sputtering chromium and gold on the front surface of the PVDF piezoelectric element, A focused ultrasound transducer, characterized in that the front surface of the focused ultrasound transducer is formed concave inward to have a focused aperture.
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| KR1020120097337A KR101343067B1 (en) | 2012-09-03 | 2012-09-03 | Focused ultrasound transducer and fabrication method there of |
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|---|---|---|---|---|
| WO2017095184A1 (en) * | 2015-12-02 | 2017-06-08 | 동국대학교 산학협력단 | Housing for intravascular ultrasonic transducer |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR101151844B1 (en) | 2011-01-14 | 2012-06-01 | 경북대학교 산학협력단 | Manufacturing method of a conductive baking layer and two dimensional ultrasonic transducer with a conductive baking layer |
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2012
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