KR101350520B1 - Multi-layer active material type ultrasonic transducer and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서는, 유연성 인쇄회로기판의 적어도 일면에 압전소자가 적층되는 초음파 트랜스듀서로서, 유연성 인쇄회로기판은, 기판층; 및 기판층의 적어도 어느 일면에 마련되는 금속층;을 포함하며, 압전소자는 기판층의 일부분이 식각되어 노출되는 금속층에 결합될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 유연성 인쇄회로기판에서 압전소자가 위치하는 부분의 기판층을 식각하고 압전소자를 바로 금속층에 결합시킴으로써 압전소자를 적층할 수 있으며, 이로 인해 압전소자 사이의 임피던스가 작아짐은 물론 커팬시턴스는 증가시킬 수 있다.An ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention is an ultrasonic transducer in which piezoelectric elements are stacked on at least one surface of a flexible printed circuit board, the flexible printed circuit board comprising: a substrate layer; And a metal layer provided on at least one surface of the substrate layer, wherein the piezoelectric element may be coupled to a metal layer to which a portion of the substrate layer is etched and exposed. According to an embodiment of the present invention, piezoelectric elements may be stacked by etching the substrate layer of the portion where the piezoelectric element is located in the flexible printed circuit board and directly connecting the piezoelectric elements to the metal layer, thereby reducing the impedance between the piezoelectric elements. Of course, the capacitance can be increased.

Description

다층 능동재료형 초음파 트랜스듀서 및 그의 제조 방법{Multi-layer active material type ultrasonic transducer and manufacturing method thereof}Multi-layer active material type ultrasonic transducer and manufacturing method

다층 능동재료형 초음파 트랜스듀서 및 그의 제조 방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 압전소자 사이에 삽입되는 유연성 인쇄회로기판에서 압전소자가 위치하는 부분의 기판층을 식각하고 압전소자를 바로 금속층에 결합시킴으로써 압전소자를 적층 및 결선 할 수 있으며, 이로 인해 압전소자 사이의 기판층으로 인한 임피던스 부정합을 문제를 해소할 수 있다.
A multilayer active material type ultrasonic transducer and a method of manufacturing the same are disclosed. More specifically, the piezoelectric element may be laminated and connected by etching the substrate layer of the portion where the piezoelectric element is located in the flexible printed circuit board inserted between the piezoelectric elements and directly bonding the piezoelectric element to the metal layer. Impedance mismatch due to the substrate layer between can solve the problem.

일반적으로 초음파 진단 장치는 사람이 들을 수 없는 주파수의 음파(2~20 MHz), 즉 초음파 신호를 피검사체에 쏘아 반사된 초음파 신호로 피검사체의 내부 조직을 영상화시키는 장치이다. 초음파는 서로 다른 두 물질의 경계에서 반사율이 다르기 때문에 이러한 영상화가 가능할 수 있다.In general, an ultrasound diagnostic apparatus is an apparatus for imaging an internal tissue of a subject by using a sound wave (2-20 MHz), that is, an ultrasonic signal reflected on the subject, at an inaudible frequency. Ultrasound may be capable of such imaging because the reflectance at the boundary between two different materials is different.

초음파 진단 장치는, 피검사체의 내부로 초음파 프로브가 초음파 신호를 보낸 후, 피검사체 내의 각 조직에서 반사되어 되돌아오는 응답 신호를 다시 프로브가 수신하고, 초음파 프로브가 수신한 응답 신호를 재구성하여 초음파 신호가 조사된 검사 부위의 단면상을 만들 수 있다. 이러한 단면상은 초음파 진단 장치의 모니터로 출력되고, 모니터의 단면상을 검토하면 피검사체의 내부 조직을 육안으로 확인할 수 있다. 따라서, 의료 분야에서는 초음파 진단 장치를 이용하여 환자의 질병 상태를 판단할 수 있다.After the ultrasonic probe sends an ultrasonic signal to the inside of the subject, the ultrasonic diagnostic apparatus receives a response signal reflected back from each tissue in the subject, and reconstructs the ultrasonic wave signal by reconstructing the response signal received by the ultrasonic probe. Can make a cross-sectional view of the examined inspection site. Such a cross-sectional image is output to the monitor of an ultrasonic diagnostic apparatus, and when the cross-sectional image of a monitor is examined, the internal structure of a subject can be visually confirmed. Therefore, in the medical field, an ultrasound diagnosis apparatus may be used to determine a disease state of a patient.

한편, 최근 들어 초음파 프로브, 특히 초음파 트랜스듀서의 제작 기술이 발전하면서 압전소자의 크기는 줄어들고, 그 수는 늘어나고 있다. 초음파 트랜스듀서의 소자 크기가 작아지면 음향 임피던스가 높아져 시스템의 전기적인 임피던스와 차이가 커질 수 있다. 초음파 트랜스듀서와 시스템의 임피던스 부정합은 트랜스듀서의 감도를 저하시킬 수 있으며 결국 영상의 질을 떨어뜨리게 된다.On the other hand, with the recent development of the manufacturing technology of the ultrasonic probe, especially the ultrasonic transducer, the size of the piezoelectric element is reduced, the number thereof is increasing. As the device size of the ultrasonic transducer decreases, the acoustic impedance increases, which can be different from the system's electrical impedance. Impedance mismatch between the ultrasound transducer and the system can reduce the sensitivity of the transducer, which in turn degrades the image.

이에, 압전소자들을 적층하면 단일 층 소자와 비교하여 전기적인 임피던스는 층수의 제곱으로 감소시키고 커팬시턴스는 층수의 제곱으로 증가하여 시스템과의 부정합을 개선시킬 수 있기 때문에 압전소자의 적층 구조에 대한 연구가 이루어지고 있다.Therefore, when the piezoelectric elements are stacked, the electrical impedance can be reduced to the square of the number of layers and the capacitance can be increased to the square of the number of layers as compared with a single layer device, thereby improving mismatch with the system. Research is being done.

그러나, 이의 경우에도 임피던스를 줄일 수는 있지만, 전기적인 결선을 위해서는 압전소자 사이에 유연성 인쇄회로기판을 삽입해야 하므로, 이로 인한 트랜스듀서의 성능 저하가 발생될 수 있다.
However, even in this case, the impedance can be reduced, but since the flexible printed circuit board must be inserted between the piezoelectric elements in order to make the electrical connection, the performance of the transducer may be reduced.

본 발명의 실시예에 따른 목적은, 압전소자 사이의 임피던스가 작아짐은 물론 커팬시턴스는 증가시킬 수 있는 초음파 트랜스듀서 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다. It is an object of an embodiment of the present invention to provide an ultrasonic transducer and a method of manufacturing the same, in which impedance between piezoelectric elements is small and capacitance can be increased.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 적층된 압전소자 사이에 삽입되는 유연성 인쇄회로기판으로부터 기판층, 예를 들면 폴리이미드층을 식각하고 금속층(전도층)에 압전소자를 바로 결합시킴으로써 기판층이 존재하는 경우에 비해 각 압전소자 간의 임피던스 차이가 작아지므로 성능을 개선할 수 있는 초음파 트랜스듀서 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.In addition, another object according to an embodiment of the present invention, by etching a substrate layer, for example a polyimide layer from a flexible printed circuit board inserted between the stacked piezoelectric elements and directly bonding the piezoelectric element to a metal layer (conductive layer). Compared to the case where the substrate layer is present, the impedance difference between each piezoelectric element is smaller, so to provide an ultrasonic transducer and a method of manufacturing the same that can improve the performance.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 기판층을 식각한 후 별도의 공정 없이 바로 압전소자를 부착할 수 있어 공정의 간소화를 이룰 수 있는 초음파 트랜스듀서 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
Further, another object according to an embodiment of the present invention is to provide an ultrasonic transducer and a method of manufacturing the same, which can simplify the process by attaching a piezoelectric element immediately after etching the substrate layer without a separate process.

본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서는, 유연성 인쇄회로기판의 적어도 일면에 압전소자가 적층되는 초음파 트랜스듀서로서, 상기 유연성 인쇄회로기판은, 기판층; 및 상기 기판층의 적어도 어느 일면에 마련되는 금속층;을 포함하며, 상기 압전소자는 상기 기판층의 일부분이 식각되어 노출되는 상기 금속층에 결합될 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 유연성 인쇄회로기판에서 압전소자가 위치하는 부분의 기판층을 식각하고 압전소자를 바로 금속층에 결합시킴으로써 압전소자를 적층할 수 있다.An ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention is an ultrasonic transducer in which a piezoelectric element is stacked on at least one surface of a flexible printed circuit board, the flexible printed circuit board comprising: a substrate layer; And a metal layer provided on at least one surface of the substrate layer, wherein the piezoelectric element may be coupled to the metal layer to which a portion of the substrate layer is etched and exposed, and, by such a configuration, the piezoelectric element in the flexible printed circuit board. The piezoelectric element may be stacked by etching the substrate layer of the portion where the element is located and directly bonding the piezoelectric element to the metal layer.

상기 기판층은 상기 금속층에 결합되는 상기 압전소자의 형상에 대응되도록 식각될 수 있다.The substrate layer may be etched to correspond to the shape of the piezoelectric element coupled to the metal layer.

상기 압전소자가 결합되는 상기 금속층에는 표면 처리되는 표면 처리층이 형성될 수 있다.A surface treatment layer surface-treated may be formed on the metal layer to which the piezoelectric element is coupled.

상기 표면 처리층은 금으로 형성되며, 증착 또는 스퍼터링(sputtering)에 의해 상기 금속층에 표면 처리될 수 있다.The surface treatment layer is formed of gold, and may be surface treated on the metal layer by deposition or sputtering.

상기 기판층과 대향되는 상기 금속층의 일면에는 상기 금속층의 보호를 위한 보호층(cover layer)이 결합될 수 있다.A cover layer for protecting the metal layer may be coupled to one surface of the metal layer opposite to the substrate layer.

상기 기판층은 폴리이미드 재질로 마련되는 폴리이미드층이고, 상기 금속층은 상기 기판층에 증착되는 구리층일 수 있다.The substrate layer may be a polyimide layer formed of a polyimide material, and the metal layer may be a copper layer deposited on the substrate layer.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 제조 방법은, 상기 기판층에 상기 금속층을 형성하는, 기판 형성 단계; 상기 기판층 및 상기 금속층에 회로 형성을 위하여 노광 및 현상하는, 노광/현상 단계; 상기 기판 및 상기 금속층을 부분적으로 식각하는, 식각 단계; 상기 금속층의 보호를 위해 노출된 상기 금속층에 보호층을 적층하는, 보호층 적층 단계; 노출된 상기 금속층을 표면 처리하는, 표면 처리 단계; 및 표면 처리된 상기 금속층에 압전소자를 결합시키는, 압전소자 결합 단계;를 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 유연성 인쇄회로기판에서 압전소자가 위치하는 부분의 기판층을 식각하고 압전소자를 바로 금속층에 결합시킴으로써 압전소자를 적층할 수 있다.On the other hand, manufacturing method of the ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention, forming the metal layer on the substrate layer, the substrate forming step; An exposure / development step of exposing and developing the circuit board and the metal layer for circuit formation; An etching step of partially etching the substrate and the metal layer; Stacking a protective layer on the exposed metal layer for protection of the metal layer; Surface treating the surface of the exposed metal layer; And a piezoelectric element coupling step of coupling the piezoelectric element to the surface-treated metal layer. By such a configuration, the piezoelectric element may be etched and the piezoelectric element may be immediately etched by the flexible printed circuit board. Piezoelectric elements can be laminated by bonding to a metal layer.

상기 기판 형성 단계 시 상기 기판층의 양면에 각각 상기 금속층이 형성되는 경우, 상기 노광/현상 단계에 앞서 상기 기판층 및 상기 금속층들을 연결하기 위한 홀을 형성하고 상기 홀에 전도성 도체를 채우는 과정이 실행될 수 있다.
When the metal layers are formed on both surfaces of the substrate layer during the substrate forming step, a process of forming a hole for connecting the substrate layer and the metal layers and filling a conductive conductor in the hole is performed prior to the exposing / developing step. Can be.

본 발명의 실시예에 따르면, 압전소자를 적층할 수 있으며, 이로 인해 압전소자 사이의 임피던스가 작아짐은 물론 커팬시턴스는 증가시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, piezoelectric elements may be stacked, and as a result, the impedance between the piezoelectric elements may be reduced and the capacitance may be increased.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 유연성 인쇄회로기판으로부터 기판층, 예를 들면 폴리이미드층을 식각하고 금속층에 압전소자를 바로 결합시킴으로써 기판층이 존재하는 경우에 비해 각 압전소자 간의 임피던스 차이가 작아지므로 성능을 개선할 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, by etching a substrate layer, for example, a polyimide layer from a flexible printed circuit board and directly bonding the piezoelectric element to the metal layer, the impedance difference between the piezoelectric elements is different from that of the substrate layer. As it becomes smaller, performance can be improved.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 기판층을 식각한 후 별도의 공정 없이 바로 압전소자를 부착할 수 있어 공정의 간소화를 이룰 수 있다.
In addition, according to an embodiment of the present invention, the piezoelectric element may be directly attached to the substrate layer after the etching of the substrate layer, thereby simplifying the process.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 FPCB 제조 방법의 순서도이다.
도 3은 도 2에 도시된 유연성 인쇄회로기판의 제조 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 유연성 인쇄회로기판의 제조 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서와 종래의 초음파 트랜스듀서의 시간에 따른 전압 변화를 비교한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서와 종래의 초음파 트랜스듀서의 주파수에 따른 정규 크기의 변화를 비교한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서와 종래의 초음파 트랜스듀서의 주파수에 따른 임피던스 크기 변화를 나타낸 그래프이다.
1 is a view schematically showing the configuration of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a method for manufacturing an FPCB of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram sequentially illustrating a manufacturing process of the flexible printed circuit board of FIG. 2.
4 is a diagram sequentially illustrating a manufacturing process of a flexible printed circuit board of an ultrasonic transducer according to another exemplary embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph comparing the change in voltage over time of the ultrasonic transducer and the conventional ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a graph comparing the change in the normal size according to the frequency of the ultrasonic transducer and the conventional ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the change in impedance magnitude according to the frequency of the ultrasonic transducer and the conventional ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다. Hereinafter, configurations and applications according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The following description is one of many aspects of the claimed invention and the following description forms part of a detailed description of the present invention.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail for the sake of clarity and conciseness.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing the configuration of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.

이에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)는, 유연성 인쇄회로기판(110, FPCB)과, 유연성 인쇄회로기판(110)의 양면에 결합되는 한 쌍의 압전소자(130)와, 압전소자(130)의 일면에 결합되는 그라운드층(140)과, 그라운드층(140) 중 상부의 그라운드층(140)에 결합되는 정합층(160)과, 하부의 그라운드층(140)에 결합되는 후면층(150)을 포함할 수 있다.As shown therein, the ultrasonic transducer 100 according to an embodiment of the present invention includes a flexible printed circuit board 110 (FPCB) and a pair of piezoelectric elements coupled to both sides of the flexible printed circuit board 110. 130, a ground layer 140 coupled to one surface of the piezoelectric element 130, a matching layer 160 coupled to an upper ground layer 140 among the ground layers 140, and a lower ground layer 140. It may include a back layer 150 coupled to).

각 구성에 대해 설명하면, 먼저 유연성 인쇄회로기판(110)은 압전소자(130)와 접촉되게 구비되어, 압전소자(130)에 전기적 신호를 공급하는 역할을 한다. 이러한 유연성 인쇄회로기판(110)은 기반을 이루는 기판층(112) 및 그에 증착되는 금속층(111)을 포함하는데, 본 실시예의 경우 압전소자(130)는 기판층(112)이 식각되어 노출되는 금속층(111)의 일부분에 직접 결합되는 구조를 갖는다. 이에 대해서는 상세히 후술하기로 한다.Referring to each configuration, first, the flexible printed circuit board 110 is provided to be in contact with the piezoelectric element 130, and serves to supply an electrical signal to the piezoelectric element 130. The flexible printed circuit board 110 includes a base substrate layer 112 and a metal layer 111 deposited thereon. In the present embodiment, the piezoelectric element 130 has a metal layer exposed by etching the substrate layer 112. It has a structure that is directly bonded to a portion of (111). This will be described later in detail.

본 실시예의 압전소자(130)는, 압전 효과를 통해 기계적인 압력이 가해지면 전압이 발생하고, 전압이 인가되면 기계적인 변형이 발생되는 성질을 갖는 부분이다.The piezoelectric element 130 according to the present embodiment has a property of generating a voltage when mechanical pressure is applied through a piezoelectric effect, and generating mechanical deformation when a voltage is applied.

압전소자(130)는 도 1에 도시된 것처럼 한 쌍 마련되며, 유연성 인쇄회로기판(110)을 사이에 두고 적층되게 배치될 수 있다. 이러한 압전소자(130)의 폴링 방향은 서로 반대 방향으로 마련된다. The piezoelectric element 130 is provided in pairs as shown in FIG. 1, and may be disposed to be stacked with the flexible printed circuit board 110 interposed therebetween. The polling directions of the piezoelectric elements 130 are provided in opposite directions.

후술하겠지만, 압전소자(130)는 적층 구조를 가짐으로써 단일 층의 압전소자를 갖는 구조에 비해 임피던스를 줄일 수 있고, 또한 커패시턴스를 증대시킬 수 있다. 특히, 본 실시예의 경우 압전소자(130)가 기판층(112) 위에 결합되는 것이 아니라 기판층(112)이 식각된 금속층(111)에 직접 결합되는 것이기 때문에 압전소자(130) 사이의 임피던스 차이를 보다 줄일 수 있는 음향 특성을 개선할 수 있다.As will be described later, the piezoelectric element 130 has a stacked structure, which can reduce impedance and increase capacitance as compared with a structure having a single layer piezoelectric element. In particular, in the present exemplary embodiment, since the piezoelectric element 130 is not directly coupled to the substrate layer 112, but the substrate layer 112 is directly coupled to the etched metal layer 111, the impedance difference between the piezoelectric elements 130 may be reduced. It is possible to improve the acoustic characteristics which can be further reduced.

한편, 본 실시예의 그라운드층(140)은, 전도성을 갖는 물질로 접지전극으로 작용한다. 이러한 그라운드층(140)은 압전소자(130)의 일면과 접촉되도록 압전소자(130)에 적층된다. 이 때, 압전소자(130)에 대한 그라운드층(140)의 접착성을 높이기 위해 그라운드층(140)의 일면에는 접착제가 최대한 얇게, 또 균일하게 도포되며, 따라서 압전소자(130)에 그라운드층(140)을 견고하게 붙일 수 있다.On the other hand, the ground layer 140 of the present embodiment, a conductive material to act as a ground electrode. The ground layer 140 is stacked on the piezoelectric element 130 to be in contact with one surface of the piezoelectric element 130. At this time, in order to increase the adhesion of the ground layer 140 to the piezoelectric element 130, an adhesive is applied as thinly and uniformly as possible on one surface of the ground layer 140. 140) can be firmly attached.

그리고, 본 실시예의 후면층(150)은, 하부에 위치하는 그라운드층(140)에 결합되며, 압전소자(130)와 상호 전기적 신호를 주고 받을 수 있다. In addition, the rear layer 150 of the present embodiment is coupled to the ground layer 140 positioned below, and may transmit and receive electrical signals with the piezoelectric element 130.

본 실시예의 정합층(160)은, 상부에 위치하는 그라운드층(140)의 상면에 결합된다. 이러한 정합층(160)은, 압전소자(130)의 전면에 설치되어 압전소자(130)에서 발생된 초음파가 피검사체에 효과적으로 전달될 수 있도록 압전소자(130)와 피검사체 사이의 음향 임피던스의 차이를 감소시킬 수 있다. 이러한 정합층(160)에는 음향 렌즈가 결합되며, 이를 통해 초음파를 피검사체에 접속시키는 역할을 한다.The matching layer 160 of the present embodiment is coupled to the top surface of the ground layer 140 positioned at the top. The matching layer 160 is provided on the front surface of the piezoelectric element 130 so that the ultrasonic wave generated in the piezoelectric element 130 can be effectively transmitted to the object under test, the difference in acoustic impedance between the piezoelectric element 130 and the object under test. Can be reduced. An acoustic lens is coupled to the matching layer 160 to thereby connect ultrasonic waves to the object under test.

한편, 이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)의 유연성 인쇄회로기판(110)의 구성 및 그 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.On the other hand, with reference to Figures 2 and 3 will be described the configuration and manufacturing method of the flexible printed circuit board 110 of the ultrasonic transducer 100 according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 FPCB 제조 방법의 순서도이고, 도 3은 도 2에 도시된 유연성 인쇄회로기판의 제조 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an FPCB of an ultrasonic transducer according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram sequentially illustrating a manufacturing process of the flexible printed circuit board illustrated in FIG. 2.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 초음파 트랜스듀서(100)의 제조 방법은, 기판층(112)에 금속층(111)을 형성하는 기판 형성 단계(S100)와, 기판층(112) 및 금속층(111)에 소정 패턴의 회로를 형성하기 위해 노광 및 현상하는 노광/현상 단계(S200)와, 회로 형성을 위해 기판층(112) 및 금속층(111)을 부분적으로 식각하는 식각 단계(S300)와, 금속층(111)의 보호를 위해 노출된 금속층(111)에 보호층(113)을 적층하는 보호층 적층 단계(S400)와, 노출된 금속층(111)을 표면 처리하는 표면 처리 단계(S500)와, 표면 처리된 금속층(111)에 압전소자(130)를 결합하는 압전소자(130) 결합 단계(S600)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, in the method of manufacturing the ultrasonic transducer 100 of the present embodiment, the substrate forming step S100 of forming the metal layer 111 on the substrate layer 112, the substrate layer 112, and the metal layer 111 may be performed. Exposure / development step (S200) for exposing and developing to form a circuit of a predetermined pattern), an etching step (S300) for partially etching the substrate layer 112 and the metal layer 111 to form a circuit, and a metal layer Protective layer stacking step (S400) for laminating the protective layer 113 on the exposed metal layer 111 for the protection of (111), surface treatment step (S500) for surface treatment of the exposed metal layer 111, the surface A piezoelectric element 130 coupling step (S600) for coupling the piezoelectric element 130 to the processed metal layer 111 may be included.

각 단계에 대해 설명하면, 먼저 본 실시예의 기판 형성 단계(S100)는, 도 3에 도시되 바와 같이, 기판층(112)에 금속층(111)을 형성시키는 단계로서 증착에 의해 기판층(112)에 금속층(111)이 형성될 수 있다. 여기서, 기판층(112)은 폴리이미드(polyimide) 재질의 폴리이미드층일 수 있고, 금속층(111)은 전기전도성이 우수한 구리 재질의 구리층일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to each step, first, the substrate forming step (S100) of the present embodiment, as shown in Figure 3, to form the metal layer 111 on the substrate layer 112, the substrate layer 112 by vapor deposition The metal layer 111 may be formed on the metal layer 111. Herein, the substrate layer 112 may be a polyimide layer made of polyimide, and the metal layer 111 may be a copper layer made of copper having excellent electrical conductivity. However, the present invention is not limited thereto.

이어서, 본 실시예의 노광/현상 단계(S200)는, 원하는 패턴의 회로를 형성하기 위해 기판층(112) 및 금속층(111)의 일부분을 노광 및 현상하는 단계이다. 도 3을 참조하면, 기판층(112) 및 금속층(111)은 다르게 회로 패턴이 형성될 수 잇다. Subsequently, the exposure / development step S200 of the present embodiment is a step of exposing and developing a portion of the substrate layer 112 and the metal layer 111 to form a circuit of a desired pattern. Referring to FIG. 3, a circuit pattern may be formed differently from the substrate layer 112 and the metal layer 111.

부연 설명하면, 금속층(111)은 압전소자(130)가 접착될 부분과, 시스템과 신호를 주고 받는 트레이스(trace)로 구성되는데, 여기서 트레이스는 압전소자(130)에 연결되어 압전소자(130)와 시스템과 신호를 주고 받을 수 있도록 한다.In detail, the metal layer 111 includes a portion to which the piezoelectric element 130 is to be bonded and a trace that transmits and receives a signal to and from the system, wherein the trace is connected to the piezoelectric element 130 to be connected to the piezoelectric element 130. To communicate with the system.

그리고, 식각 단계(S300)는, 전술한 노광/현상 단계(S200)에서 노광 및 현상된 일부분을 식각하는 단계로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 금속층(111)은 압전소자(130)가 접착될 부분 및 그와 연결되는 부분을 제외한 나머지 부분이 식각되고, 기판층(112)은 압전소자(130)의 형상에 대응되도록 식각된다.In addition, the etching step S300 is a step of etching a portion exposed and developed in the above-described exposure / development step S200. As illustrated in FIG. 3, the piezoelectric element 130 is bonded to the metal layer 111. The remaining portion except for the portion to be connected to the portion to be connected thereto is etched, and the substrate layer 112 is etched to correspond to the shape of the piezoelectric element 130.

본 실시예의 보호층 적층 단계(S400)는, 도 3에 도시된 것처럼, 금속층(111) 중 압전소자(130)가 부착되는 부분을 제외한 나머지 부분을 보호층(113)으로 덮는 단계이다. 이러한 단계에 의해서 금속층(111)이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있으며, 따라서 금속층(111)을 보호할 수 있다.In the protective layer stacking step (S400) of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the protective layer 113 covers the remaining portions of the metal layer 111 except for the portion where the piezoelectric element 130 is attached. By this step, the metal layer 111 may be prevented from being exposed to the outside, and thus the metal layer 111 may be protected.

본 실시예의 표면 처리 단계(S500)는, 외부로 노출된 금속층(111)의 상면 및 하면을 표면 처리층(114)으로 표면 처리하는 단계로서, 이 때 표면 처리층(114)은 금으로 형성될 수 있으며, 증착 또는 스퍼터링에 의해서 금속층(111)에 얇게 형성될 수 있다.In the surface treatment step S500 of the present exemplary embodiment, the upper and lower surfaces of the metal layer 111 exposed to the outside are surface treated with the surface treatment layer 114, and the surface treatment layer 114 may be formed of gold. It may be, and may be thinly formed on the metal layer 111 by deposition or sputtering.

다만, 표면 처리층(114)의 재질 및 형성 방법은 이에 한정되는 것은 아니며, 상하로 적층되는 압전소자(130)들의 임피던스 차이를 줄일 수 있다면 다른 재질 및 형성 방법이 적용될 수 있음은 당연하다.However, the material and the method of forming the surface treatment layer 114 are not limited thereto. If the impedance difference between the piezoelectric elements 130 stacked up and down can be reduced, it is natural that other materials and forming methods can be applied.

그리고, 본 실시예의 압전소자 결합 단계(S600)는, 표면 처리된 표면 처리층(114)에 압전소자(130)를 결합하는 단계이다. In addition, the piezoelectric element coupling step (S600) of the present embodiment is a step of coupling the piezoelectric element 130 to the surface treated layer 114 having the surface treatment.

이와 같이, 본 실시예에 따르면, 압전소자(130)를 적층할 수 있으며, 이로 인해 압전소자(130) 사이의 임피던스가 작아짐은 물론 커팬시턴스는 증가시킬 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the present exemplary embodiment, the piezoelectric elements 130 may be stacked. As a result, the impedance between the piezoelectric elements 130 may be reduced, and the capacitance may be increased.

또한, 유연성 인쇄회로기판(110)으로부터 기판층(112), 예를 들면 폴리이미드층을 식각하고 금속층(111)에 압전소자(130)를 바로 결합시킴으로써 기판층(112)이 존재하는 경우에 비해 각 압전소자(130) 간의 임피던스 차이가 작아지므로 성능을 개선할 수 있는 장점도 있다.In addition, the substrate layer 112, for example, a polyimide layer is etched from the flexible printed circuit board 110, and the piezoelectric element 130 is directly bonded to the metal layer 111, compared with the case where the substrate layer 112 exists. Since the impedance difference between the piezoelectric elements 130 becomes smaller, there is also an advantage of improving performance.

아울러, 종래의 경우 유연성 인쇄회로기판으로부터 기판을 식각하는 경우 노출된 금속층에 별도의 마스크를 형성하거나 채널 연결을 위한 다이싱 작업이 수반되었는데, 이러한 작업 없이 바로 압전소자(130)를 부착할 수 있어 공정의 간소화를 이룰 수도 있다.
In addition, in the related art, when etching a substrate from a flexible printed circuit board, a separate mask is formed on the exposed metal layer or a dicing operation for connecting a channel is involved. However, the piezoelectric element 130 may be directly attached without such a work. The process may be simplified.

한편, 이하에서는, 도 4를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)의 유연성 인쇄회로기판(110)의 구성 및 그 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.On the other hand, with reference to Figure 4, the configuration of the flexible printed circuit board 110 and the manufacturing method of the ultrasonic transducer 100 according to another embodiment of the present invention will be described.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 유연성 인쇄회로기판의 제조 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.4 is a diagram sequentially illustrating a manufacturing process of a flexible printed circuit board of an ultrasonic transducer according to another exemplary embodiment of the present invention.

이에 도시된 것처럼, 본 실시예의 경우, 기판, 즉 원자재를 형성할 때 기판층(212)이 일면에만 금속층이 형성되는 것이 아니라, 양면에 금속층(211a, 211b)이 형성된다. As shown in the figure, in the present embodiment, when forming the substrate, that is, the raw material, the metal layers 211a and 211b are formed on both surfaces of the substrate layer 212 instead of only one surface thereof.

그리고, 기판층(212)의 양측에 배치된 금속층(211a, 211b)들 간을 상호 연결하기 위해 홀(215h)을 형성하고 이 홀에 전도성 도체(215) 예를 들면 동을 채움으로써 금속층(211a, 211b)들 간의 전기적인 연결을 실행한다.The metal layer 211a is formed by forming a hole 215h to interconnect the metal layers 211a and 211b disposed on both sides of the substrate layer 212 and filling the hole with a conductive conductor 215, for example, copper. 211b).

이어서, 전술한 것처럼, 기판층(212)의 양측에 배치된 금속층(211a, 211b) 및 기판층(212)을 노광 및 현상함으로써 회로 형성을 하고, 이어서 식각 공정을 실행한다. Subsequently, as described above, circuit formation is performed by exposing and developing the metal layers 211a and 211b and the substrate layer 212 disposed on both sides of the substrate layer 212, and then an etching process is performed.

이 때, 상부의 금속층(211a)은 테두리 부분이 식각될 수 있고, 하부의 금속층(211b)은 내측 부분이 식각 처리될 수 있다. 그리고 기판층(212)은 적층될 압전소자의 형상에 대응되게 식각될 수 있다.In this case, an edge portion of the upper metal layer 211a may be etched, and an inner portion of the lower metal layer 211b may be etched. The substrate layer 212 may be etched to correspond to the shape of the piezoelectric element to be stacked.

이후, 상하에 배치된 금속층(211a, 211b)에 보호층(213a, 213b)을 적층한 다음, 상부의 금속층(211a)에서 외부로 노출된 부분의 상하면에 표면 처리층(214a, 214b)을 형성한 후 압전소자를 적층시킴으로써, 유연성 인쇄회로기판의 제조 및 압전소자의 적층까지 마무리될 수 있다.After that, the protective layers 213a and 213b are stacked on the upper and lower metal layers 211a and 211b, and the surface treatment layers 214a and 214b are formed on the upper and lower surfaces of the upper metal layer 211a exposed to the outside. After laminating the piezoelectric elements, the flexible printed circuit board can be manufactured and the piezoelectric elements can be laminated.

이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 기판층(212)의 양면에 금속층(211a, 211b)이 배치되는 구조를 갖는 유연성 인쇄회로기판에서도 기판층(212)이 식각에 의해 제거된 부분에 압전소자를 적층시킬 수 있으며, 따라서 압전소자 사이의 임피던스 차이를 보다 줄일 수 있는 음향 특성을 개선할 수 있다.
As described above, according to another embodiment of the present invention, even in a flexible printed circuit board having a structure in which the metal layers 211a and 211b are disposed on both surfaces of the substrate layer 212, the portion of the substrate layer 212 is removed by etching. Piezoelectric elements can be stacked, and thus acoustic characteristics can be improved, which can further reduce the impedance difference between the piezoelectric elements.

한편, 이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 및 종래의 트랜스듀서의 성능 차이를 설명하고자 한다.Meanwhile, hereinafter, the performance difference between the ultrasonic transducer and the conventional transducer will be described with reference to FIGS. 5 to 7.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서와 종래의 초음파 트랜스듀서의 시간에 따른 전압 변화를 비교한 그래프이다.Figure 5 is a graph comparing the change in voltage over time of the ultrasonic transducer and the conventional ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.

여기서, 도 5a는 압전소자가 단일 층으로 구비되는 종래의 초음파 트랜스듀서가 갖는 시간에 따른 전압 변화를 나타낸 그래프이고, 도 5b는 압전소자가 2개의 층으로 구비되는 종래의 종래의 초음파 트랜스듀서가 갖는 시간에 따른 전압 변화를 나타낸 그래프이며, 도 5c는 압전소자가 2개의 층으로 마련되되 그 사이의 유연성 인쇄회로기판에서 기판층이 제거된 본 실시예의 초음파 트랜스듀서가 갖는 시간에 따른 전압 변화를 나타낸다.Here, Figure 5a is a graph showing the voltage change with time of the conventional ultrasonic transducer having a piezoelectric element is provided in a single layer, Figure 5b is a conventional ultrasonic transducer having a piezoelectric element is provided in two layers Figure 5c is a graph showing the change in voltage with time, Figure 5c shows the change in voltage with the time of the ultrasonic transducer of the present embodiment in which the piezoelectric element is provided with two layers but the substrate layer is removed from the flexible printed circuit board therebetween. Indicates.

이를 통해, 본 실시예의 초음파 트랜스듀서가 동일 시간대에서 더 큰 전압 변화를 가짐을 알 수 있다.Through this, it can be seen that the ultrasonic transducer of the present embodiment has a larger voltage change in the same time zone.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서와 종래의 초음파 트랜스듀서의 주파수에 따른 정규 크기의 변화를 비교한 그래프이다.
여기서, 도 6a는 압전소자가 단일 층으로 구비되는 종래의 초음파 트랜스듀서가 갖는 주파수에 따른 정규 크기의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 6b는 압전소자가 2개의 층으로 구비되는 종래의 종래의 초음파 트랜스듀서가 갖는 주파수에 따른 정규 크기의 변화를 나타낸 그래프이며, 도 6c는 압전소자가 2개의 층으로 마련되되 그 사이의 유연성 인쇄회로기판에서 기판층이 제거된 본 실시예의 초음파 트랜스듀서가 갖는 주파수에 따른 정규 크기의 변화를 나타낸다.
이에 도시된 것처럼, 본 실시예의 초음파 트랜스듀서의 경우 더 넓은 범위에서 정규 크기가 크게 나타남을 알 수 있다.
Figure 6 is a graph comparing the change in the normal size according to the frequency of the ultrasonic transducer and the conventional ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
Here, Figure 6a is a graph showing the change in the normal size according to the frequency of the conventional ultrasonic transducer having a piezoelectric element is provided in a single layer, Figure 6b is a conventional conventional ultrasonic transformer in which the piezoelectric element is provided in two layers. Figure 6c is a graph showing a change in the normal size according to the frequency of the transducer, Figure 6c is a piezoelectric element is provided with two layers, but in the frequency of the ultrasonic transducer of this embodiment in which the substrate layer is removed from the flexible printed circuit board therebetween Change in normal size accordingly.
As shown in the figure, in the case of the ultrasonic transducer of the present embodiment, it can be seen that the normal size is large in a wider range.

삭제delete

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서와 종래의 초음파 트랜스듀서의 주파수에 따른 임피던스 크기 변화를 나타낸 그래프이다.
여기서, 도 7a는 압전소자가 단일 층으로 구비되는 종래의 초음파 트랜스듀서의 주파수에 따른 임피던스 크기 변화를 나타낸 그래프이고, 도 7b는 압전소자가 2개의 층으로 구비되는 종래의 종래의 초음파 트랜스듀서의 주파수에 따른 임피던스 크기 변화를 나타낸 그래프이며, 도 7c는 압전소자가 2개의 층으로 마련되되 그 사이의 유연성 인쇄회로기판에서 기판층이 제거된 본 실시예의 초음파 트랜스듀서의 주파수에 따른 임피던스 크기 변화를 나타낸 그래프이다.
이에 도시된 것처럼, 작은 주파수 영역에서 본 실시예의 초음파 트랜스듀서의 임피던스가 종래의 것들에 비해 작은 값을 가짐을 알 수 있다.
7 is a graph showing the change in impedance magnitude according to the frequency of the ultrasonic transducer and the conventional ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
Here, Figure 7a is a graph showing the change in impedance size according to the frequency of the conventional ultrasonic transducer in which the piezoelectric element is provided in a single layer, Figure 7b is a conventional ultrasonic transducer of the piezoelectric element is provided in two layers 7C is a graph showing a change in impedance magnitude according to frequency, and FIG. 7C illustrates a change in impedance size according to frequency of an ultrasonic transducer of the present embodiment in which a piezoelectric element is provided with two layers and a substrate layer is removed from a flexible printed circuit board. The graph shown.
As shown in the figure, it can be seen that the impedance of the ultrasonic transducer of the present embodiment has a smaller value than the conventional ones in the small frequency region.

삭제delete

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.

100 : 초음파 프로브 110 : 유연성 인쇄회로기판]
111 : 금속층 112 : 기판층
113 : 보호층 114 : 표면 처리층
130 : 압전소자 140 : 그라운드층
150 : 후면층 160 : 정합층
100: ultrasonic probe 110: flexible printed circuit board]
111 metal layer 112 substrate layer
113: protective layer 114: surface treatment layer
130: piezoelectric element 140: ground layer
150: back layer 160: matching layer

Claims (8)

유연성 인쇄회로기판의 적어도 일면에 압전소자가 적층되는 초음파 트랜스듀서에 있어서,
상기 유연성 인쇄회로기판은,
기판층; 및
상기 기판층의 적어도 어느 일면에 마련되는 금속층;
을 포함하며,
상기 압전소자는 상기 기판층의 일부분이 식각되어 노출되는 상기 금속층에 결합되고,
상기 압전소자가 결합되는 상기 금속층에는 표면 처리되는 표면 처리층이 형성되는 초음파 트랜스듀서.
An ultrasonic transducer in which a piezoelectric element is stacked on at least one surface of a flexible printed circuit board,
The flexible printed circuit board,
A substrate layer; And
A metal layer provided on at least one surface of the substrate layer;
/ RTI >
The piezoelectric element is coupled to the metal layer to which a portion of the substrate layer is etched and exposed.
And a surface treatment layer formed on the metal layer to which the piezoelectric element is coupled.
제1항에 있어서,
상기 기판층은 상기 금속층에 결합되는 상기 압전소자의 형상에 대응되도록 식각되는 초음파 트랜스듀서.
The method of claim 1,
And the substrate layer is etched to correspond to the shape of the piezoelectric element coupled to the metal layer.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 표면 처리층은 금으로 형성되며, 증착 또는 스퍼터링(sputtering)에 의해 상기 금속층에 표면 처리되는 초음파 트랜스듀서.
The method of claim 1,
And the surface treatment layer is formed of gold and is surface treated on the metal layer by deposition or sputtering.
제1항에 있어서,
상기 기판층과 대향되는 상기 금속층의 일면에는 상기 금속층의 보호를 위한 보호층(cover layer)이 결합되는 초음파 트랜스듀서.
The method of claim 1,
Ultrasonic transducer that is coupled to a cover layer for protecting the metal layer on one surface of the metal layer facing the substrate layer.
제1항에 있어서,
상기 기판층은 폴리이미드 재질로 마련되는 폴리이미드층이고, 상기 금속층은 상기 기판층에 증착되는 구리층인 초음파 트랜스듀서.
The method of claim 1,
The substrate layer is a polyimide layer formed of a polyimide material, the metal layer is an ultrasonic transducer is a copper layer deposited on the substrate layer.
기판층 및 그의 적어도 일면에 금속층이 형성되는 유연성 인쇄회로기판을 구비하는 초음파 트랜스듀서의 제조 방법에 있어서,
상기 기판층에 상기 금속층을 형성하는, 기판 형성 단계;
상기 기판층 및 상기 금속층에 회로 형성을 위하여 노광 및 현상하는, 노광/현상 단계;
상기 기판 및 상기 금속층을 부분적으로 식각하는, 식각 단계;
상기 금속층의 보호를 위해 노출된 상기 금속층에 보호층을 적층하는, 보호층 적층 단계;
노출된 상기 금속층을 표면 처리하는, 표면 처리 단계; 및
표면 처리된 상기 금속층에 압전소자를 결합시키는, 압전소자 결합 단계;
를 포함하는 초음파 트랜스듀서의 제조 방법.
In the manufacturing method of the ultrasonic transducer having a substrate layer and a flexible printed circuit board having a metal layer formed on at least one surface thereof,
Forming a metal layer on the substrate layer;
An exposure / development step of exposing and developing the circuit board and the metal layer for circuit formation;
An etching step of partially etching the substrate and the metal layer;
Stacking a protective layer on the exposed metal layer for protection of the metal layer;
Surface treating the surface of the exposed metal layer; And
Bonding a piezoelectric element to the surface-treated metal layer;
Method of manufacturing an ultrasonic transducer comprising a.
제7항에 있어서,
상기 기판 형성 단계 시 상기 기판층의 양면에 각각 상기 금속층이 형성되는 경우, 상기 노광/현상 단계에 앞서 상기 기판층 및 상기 금속층들을 연결하기 위한 홀을 형성하고 상기 홀에 전도성 도체를 채우는 과정이 실행되는 초음파 트랜스듀서의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
When the metal layers are formed on both surfaces of the substrate layer during the substrate forming step, a process of forming a hole for connecting the substrate layer and the metal layers and filling a conductive conductor in the hole prior to the exposing / developing step is performed. Method of manufacturing an ultrasonic transducer.
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