KR101609480B1 - 자기력을 이용하여 제조된 배열형 초음파 변환자 및 그 제조 방법 - Google Patents

자기력을 이용하여 제조된 배열형 초음파 변환자 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자기력을 이용한 초음파 변환자 제조 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 초음파 변환자 적층 구조를 형성하기 위해 이용되는 에폭시 등의 다양한 접착제를 대체하기 위해 초음파 변환자를 구성하는 각 소자 별로 자성 증착층을 생성한다. 생성되는 자성 증착층은 설계한 초음파 변환자 구조 및 각 소자 별 두께에 따라 충분한 자기장의 범위 내에 포함되기 위해 각 소자 일면 및 양면에 생성할 수 있으며, 자성 증착층의 두께를 조절하여 자기장의 범위와 결합강도를 조절하여 초음파 변환자의 적층 구조를 형성할 수 있다. 완성된 초음파 변환자의 적층 구조는 음향렌즈를 이용하여 적층 구조를 고정하며, 음향렌즈의 두께를 정합층 상부부터 흡음층 일부를 포함하도록 제조하여 음향렌즈 물질의 강한 응력을 이용해 적층 구조를 고정시키는 것이 가능하다.
본 발명에서 제시하는 자기력을 이용한 초음파 변환자 제조 기술을 바탕으로 제조 과정에서 각 소자 별 탈착 또는 부착과 물질 교환이 수시로 가능하며, 기존의 에폭시 등을 이용한 적층 구조 접합 시 발생하는 소자들의 파손과 이물질 투입 및 공기층의 형성을 미연에 방지할 수 있어 초음파 변환자 제조 과정에서 발생되는 시간과 비용을 절감 및 초음파 변환자의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

자기력을 이용하여 제조된 배열형 초음파 변환자 및 그 제조 방법{THE ULTRASOUND ARRAY TRANSDUCER MANUFACTURED BY USING MAGNETIC FORCE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 배열형 초음파 변환자 제조 시 자기력을 이용하여 초음파 변환자의 적층 구조(Acoustic stack)를 형성할 수 있도록 하는 초음파 변환자의 제조 방법 및 이러한 제조 방법으로 제조된 초음파 변환자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파 변환자를 구성하는 압전소자, 정합층, 흡음층의 일면 혹은 양면에 자기력을 갖는 자성 증착층을 생성함으로써 형성된 적층 구조를 갖는 초음파 변환자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
초음파 변환자는 크게 압전소자(Piezoelectric material), 정합층(Matching layer), 흡음층(Backing layer)의 소자로 구성되며, 이러한 소자들을 이용하여 초음파 변환자의 적층 구조를 형성할 때, 소자들을 고정하기 위해 각 소자가 접하는 면 사이에 에폭시(Epoxy)와 같은 강력 접착제가 사용된다.
하지만 강력 접착제를 이용하여 초음파 변환자의 적층 구조를 형성할 경우, 한번 접합된 소자들은 탈부착이 매우 어렵다는 문제점을 가지고 있다. 특히, 수십 마이크로미터(Micrometer) 간격으로 나뉜 백여개의 소자들로 구성된 배열형(Array) 초음파 변환자 제조 시, 강력 접착제를 사용해서 각각의 미세한 압전소자들과 FPCB(Flexible printed circuit board)상의 전극(Electrode)들을 일대일로 정렬(Alignment) 시켜 접착시키는 공정을 선택할 경우 강력 접착제는 한번 굳으면 수정이 불가능하기 때문에 이 공정이 매우 복잡하고 어렵다. 이 외에 정합층, 흡음층을 부착할 때도 에폭시와 같은 강력 접착제가 사용되며, 특히 압전소자와 정합층은 수십에서 수백 마이크로미터(Micrometer)의 두께를 가지기 때문에 접합된 소자들을 인위적으로 탈착 또는 부착을 시도할 경우 소자들이 쉽게 파손될 우려가 있다.
초음파 변환자 적층 구조 형성 시 각 소자간의 강한 접착력과 압전소자에 원활한 전기신호가 인가될 수 있도록 에폭시의 두께를 고르게 생성하는 것이 중요하며, 이를 위해, 기구물을 이용하여 적층 구조를 갖는 파트(Parts) 전체를 강한 압력으로 누르는 과정이 포함된다. 하지만 이 경우 기구물에서 발생하는 강한 압력으로 인하여 압전소자 및 정합층 등의 소자가 파손될 우려가 있으며, 기구물의 압력을 감소시킬 경우 각 소자간의 접착력이 감소되거나 두꺼워진 에폭시로 인해 전기적인 신호가 전달되지 않게되어 초음파 변환자 사용 중에 다양한 문제를 발생시킬 수 있다.
또한 에폭시와 같은 접착 물질은 굳기 전까지 일정한 점성(Viscosity)을 가지는데 이러한 점성을 가진 상태에서는 먼지와 같은 이물질 투입에 매우 취약하며 투입된 이물질은 육안으로 확인하기 어렵고, 이물질이 투입된 에폭시를 사용하여 초음파 변환자를 제조할 경우, 압전소자에서 발생되어 전방 또는 후방으로 진행되는 초음파 빔의 왜곡(Distortion) 현상을 가져옴으로써 초음파 변환자의 성능을 저하시키는 원인이 된다. 이 외에도 에폭시 내부 혹은 각 소자 사이에 공기층 혹은 공기방울들이 형성되어 있을 경우 공기 매질의 초음파 빔에 대한 공기 매질의 높은 반사율로 인해 초음파 변환자의 성능이 저하된다.
배열형 초음파 변환자 제조 공정은 크게 두 가지로 나뉜다. 첫 번째 방법은 원하는 두께로 제조된 벌크(Bulk) 압전소자, 정합층, 그리고 흡음층을 쌓아서 FPCB에 접착시키고 다이싱(Dicing) 작업을 통해 각각의 소자들을 구분하는 방법이다. 이 방법은 다이싱 작업 시 소자들 사이에 금속 파편이 들어가서 소자간에 단락 될 확률이 높고, 흡음층의 소프트(Soft)한 성질 때문에 각각의 소자들이 파손되거나 쓰러질 확률도 높다. 두 번째 방법은 미리 벌크 형태의 압전소자를 서브다이싱(Subdicing) 작업을 통해 구분하고 그 사이를 충전재(Filler)로 채운 뒤, 원하는 두께로 랩핑(Lapping)하여 압전소자를 일종의 2-2 복합체(Composite)로 만든 후 FPCB에 접착시키는 방법이다. 그러나 이러한 방법은 전술한 바와 같이, 수십 마이크로미터밖에 안 되는 간격으로 나뉜 소자들 및 FPCB 상의 신호선 때문에 정렬 작업이 매우 어려우며, 이로 인해 접촉이 불량한 오픈(Open) 및 두 개 이상의 소자가 합선(Short) 된 단락 현상 등이 발생할 확률이 크다는 문제점이 있다. 또한 강력 접착제를 사용해서 압전소자들과 FPCB 상의 신호선들을 고정 시키는 과정에 전술 한 오픈 및 합선 현상이 발생하게 되면 수정이 매우 어렵게 된다. 그러나 두 번째 방법에서 이러한 정렬 작업의 공정 개선이 이루어 진다면 첫 번째 제조 방법에 비해 여러가지 장점들을 가지고 있기 때문에 본 발명에서는 두 번째 방법의 제조 공정 개선에 주안점을 두고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 2-2 복합체의 압전소자를 FPCB에 연결시켜 초음파 변환자의 적층 구조를 형성하는 과정에서 종래에 사용되던 에폭시 등의 강력 접착제 사용으로 인해 발생하는 문제점을 개선하기 위해 자기력을 이용하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 변환자 제조 방법은 초음파 변환자를 구성하는 압전소자, 정합층, 흡음층이 최적으로 정렬될 때까지 탈착 또는 부착이 수시로 가능하다는 이점이 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 이용하여 최종적으로 완성된 초음파 변환자 적층 구조를 고정할 때, 단일 소자 변환자의 경우에는 고정용 접착체를 사용하여 적층 구조를 하우징과 결합시키고, 배열형 변환자의 경우에는 음향렌즈를 이용하여 적층 구조를 고정함으로써 초음파 변환자 제조 과정의 효율성을 대폭 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기력을 이용하여 형성된 적층 구조를 갖는 초음파 변환자를 제조하기 위한 방법은, 압전소자에 대한 스퍼터링(Sputtering) 단계, 스퍼터링된 압전소자, 정합층 및 흡음층 중 적어도 둘 이상에 대한 자성 증착층 증착 단계 및 자성 증착층 간의 자기력을 이용하여 압전소자, 정합층 및 흡음층을 접합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기력을 이용하여 형성된 적층 구조를 갖는 초음파 변환자를 제조하기 위한 방법은 자성 증착층 간의 자기력을 이용하여 형성된 적층 구조를 음향렌즈를 이용하여 고정시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 음향렌즈의 두께는 상기 정합층을 포함한 상부부터 상기 흡음층 일부를 포함하는 두께일 수 있다.
스퍼터링된 압전소자, 정합층 및 흡음층 중 적어도 둘 이상에 대한 자성 증착층 증착 단계는, 자기력을 이용하여 압전소자, 정합층 및 흡음층 간의 접합이 가능하도록, 스퍼터링된 압전소자, 정합층 및 흡음층의 일면 또는 양면에 자성 성질을 갖는 물질을 증착하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기력을 이용하여 형성된 적층 구조를 갖는 초음파 변환자를 제조하기 위한 방법은, 압전소자에 대한 스퍼터링 단계 이전에 압전소자의 표면을 동일한 폭과 깊이값을 갖는 적어도 하나 이상의 기둥 형태로 절삭하는 단계, 절삭된 적어도 하나 이상의 기둥 내에 치폭(Kerf)을 생성하는 단계 및 치폭이 생성된 압전소자에 대하여 랩핑(Lapping)하는 단계가 수행될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기력을 이용하여 형성된 적층 구조를 갖는 초음파 변환자를 제조하기 위한 방법에는 스퍼터링된 압전소자에 대하여 자성 증착층이 증착된 후 절삭하는 단계가 더 포함될 수 있다.
스퍼터링된 압전소자에 대하여 자성 증착층이 증착된 후 절삭하는 단계는, 신호 전극층과 전극과 접할 자성 증착층을 함께 절삭하는 단계를 포함하고, 자성 증착층 간의 자기력을 이용하여 스퍼터링된 압전소자, 정합층 및 흡음층을 접합하는 단계는, 인쇄회로기판과 접합 시 자기력을 이용하여 압전소자, 정합층 또는 흡음층의 위치가 신호 인가선에 나란히 위치되도록 정렬하는 단계를 포함할 수 있다.
스퍼터링된 압전소자, 정합층 및 흡음층을 접합하기 위하여 요구되는 자성 증착층의 자기력은 스퍼터링된 압전소자, 정합층 및 흡음층의 두께에 따라 가변적이고, 자성 증착층의 자기력은 자성 증착층의 두께에 따라 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기력을 이용하여 형성된 적층 구조를 갖는 초음파 변환자는, 스퍼터링된 압전소자, 정합층 및 흡음층 중 적어도 둘 이상에 대하여 증착된 자성 증착층을 포함하고, 자성 증착층 간의 자기력을 이용하여 압전소자, 정합층 및 흡음층이 적층 형태로 접합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존의 초음파 변환자 구조를 형성하기 위해 사용하는 에폭시 등의 대체 물질로서 자기력을 갖는 자성 증착층을 이용할 수 있다. 자성 증착층을 이용한 초음파 변환자 적층 구조 형성 방법은 최적의 적층 구조 정렬이 완성될 수 있도록 제조 과정에서 초음파 변환자를 구성하는 압전소자, 정합층, 흡음층의 탈착 또는 부착이 수시로 가능하고, 압전소자와 압전소자에 신호를 인가하기 위한 전극선간의 정확한 위치 조절이 용이하며, 다양한 압전소자, 정합층, 흡음층 물질을 수시로 교환하면서 초음파 변환자의 성능을 개선할 수 있다는 이점이 있다.
또한 기구물의 압력을 이용한 기존 접합 방법을 대체하여 소자들의 파손 가능성을 감소시킬 수 있으며, 자성 증착층의 경우 점성을 갖고 있지 않기 때문에 이물질이 투입 되더라도 에폭시에 투입된 이물질과 달리 쉽게 제거가 가능하고, 자기력을 이용하여 소자간에 발생할 수 있는 공기층 및 공기방울 형성을 방지하여 초음파 변환자 제조과정에서 발생하는 시간과 비용의 절감이 가능하며, 동시에 초음파 변환자의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 초음파 변환자를 제조하기 위한 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배열형 초음파 변환자를 제조하기 위한 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 적층 구조를 토대로 각 소자들을 고정시키기 위해 음향렌즈를 이용하여 고정시키는 과정을 나타낸 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하고, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서 "초음파 영상"이란 초음파의 산란, 반사, 굴절 원리를 이용하여 획득된 대상체에 대한 영상을 의미한다.
명세서 전체에서 "사용자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 임상 병리사, 의료 영상 전문가 등이 될 수 있으며, 의료 장치를 수리하는 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서 "대상체"는 신체의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체에는 간이나, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기가 포함될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명에 관한 구체적인 내용 설명에 앞서 이해의 편의를 위해 기술적 사상의 핵심을 우선 기술하도록 한다. 본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위해 첨부한 도면상의 크기는 개략적으로 도시하였으며 이하, 도면에서 소개된 압전소자(100)는 일반적으로 널리 사용되는 세라믹(PZT 계열), 단결정소자(PMN-PT 계열), 필름 형태의 압전소자(PVDF copolymer 계열)등 다양한 압전소자를 포함하고, 정합층(140) 및 흡음층(150) 역시 일반적으로 널리 사용되는 물질(금속 파우더+에폭시)들을 이용하여 제조가 가능하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 초음파 변환자를 제조하기 위한 과정을 나타낸 흐름도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 초음파 변환자를 제조하기 위한 방법은 스퍼터링 단계(a), 자성 증착층 증착 단계(b), 자기력을 이용한 접합 단계(c), 음향렌즈를 이용한 적층 구조 단계(d)를 포함할 수 있다.
단계(a)는 압전소자(100)에 전기 신호를 인가하기 위한 스퍼터링 단계로서 압전소자(100) 양면에 상기 스퍼터링을 통해 크롬/금(Cr/Au)을 증착하여 신호 전극층(110) 및 접지 전극층(120)을 형성할 수 있다. 단계(b)는 스퍼터링을 통해 형성된 신호 전극층(110) 일면에 본 발명에서 제시하는 자성 증착층을 증착하는 단계로서, 자성 증착층(130)의 증착 위치는 설계한 압전소자(100)의 구조 및 디자인에 따라 일면 혹은 양면에 실시할 수 있으며 동일한 방법으로 정합층(140) 및 흡음층(150)의 일면 혹은 양면에 자성 증착층(130)을 생성할 수 있다. 단계(c)는 압전소자(100), 정합층(140), 흡음층(150)에 형성된 자성 증착층(130)을 이용하여 초음파 변환자의 적층 구조를 형성하는 단계로서, (c)와 같이 각 소자의 일면만을 자성 증착층(130)을 생성한 경우 압전소자(100)와 흡음층(150)에 증착된 자성 증착층(130)을 마주보도록 접합하여 두 소자간의 결합력을 최대로 증가시킬 수 있으며 일반적으로 압전소자(100)의 두께는 수백 마이크로미터의 아주 얇은 두께를 가지기 때문에 정합층(140)에 증착된 자성 증착층(130)의 자기장 범위는 압전소자(100)와 흡음층(150) 사이에 위치한 자성 증착층(130)의 자기력과 결합이 가능하게 할 수 있다. 그러나 압전소자(100)의 기본주파수가 낮아짐에 따라 압전소자(100)의 두께가 증가할 경우 정합층(140)의 자성 증착층(130)이 갖는 자기력이 압전소자(100) 하부까지 포함하지 못할 수 있으며, 이 경우 압전소자(100) 양면에 자성 증착층(130)을 생성하거나, 각 소자에 생성되는 자성 증착층(130)의 두께를 증가시켜 자기장의 범위를 증가시키는 것이 가능하다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 증착층(130)을 이용하여 각 소자간의 탈착 또는 부착이 수시로 가능하며, 각 소자들의 교환을 용이하게 할 수 있으므로 초음파 변환자 제조 시 소모되는 시간과 비용의 절감이 가능하고, 초음파 변환자의 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 또한 생성된 자성 증착층(130)은 기존에 사용하던 에폭시와 달리 점성을 가지지 않기 때문에 먼지 등의 이물질 제거가 쉽고, 특히 공기층 및 공기방울 형성을 미연에 방지할 수 있어서 초음파 변환자의 성능을 향상시킬 수 있다.
단계(d)는 형성된 적층 구조를 토대로 음향렌즈(200)를 이용하여 적층 구조를 고정시키는 단계로서 음향렌즈(200)의 두께가 정합층(140) 상부 이상부터 흡음층(150) 일부를 포함하도록 제조하여 음향렌즈(200) 내에 압전소자(100), 정합층(140), 흡음층(150)의 위치를 고정시킴으로써 자기력을 이용한 초음파 변환자의 내구성을 증가시킬 수 있다. 또한, 단일 초음파 변환자의 경우 고정용 접착제를 이용하여 적층 구조를 하우징과 결합함으로써 초음파 변환자 적층 구조를 고정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배열형 초음파 변환자를 제조하기 위한 과정을 나타낸 흐름도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배열형 초음파 변환자 제조 방법은, 압전소자(100)를 이용하여(a), 정밀 절삭 단계(b), 치폭(Kerf) 형성 단계(c), 랩핑 단계(d), 스퍼터링 단계(e), 자성 증착 단계(f), 2차 정밀 절삭 단계(g), 적층 구조 형성 단계(h) 및 음향렌즈(200)를 이용한 적층 구조 고정 단계(i)를 포함할 수 있다.
도 2의 (a)에서는 다양한 압전소자(100)들의 이용이 가능하며, 단계(b)는 배열형 압전소자에서 소자를 구분하기 위해 정밀 절삭기를 이용하여 절삭하는 단계이다. 단계(c)는 절삭을 통해 생성된 소자간의 간격 사이에 치폭(160)을 형성하는 단계이며, 단계(d)는 원하는 주파수를 갖는 두께로 랩핑 선(170)까지 두께 조절을 실시하는 단계이다. 단계(e)는 배열형 압전소자의 양면에 신호 전극층(110)과 접지 전극층(120)을 형성하기 위해 스퍼터링을 실시하는 단계이며, 단계(f)는 압전소자의 신호 전극층(110) 일면에 자성 증착층(130)을 형성하는 단계이다.
도 1의 단일 초음파 변환자 제조 방법과 동일하게 자기력을 이용하여 접합하기 위한 자성 증착층(130)은 압전소자(100) 일면 혹은 양면에 실시될 수 있으며, 정합층(140) 및 흡음층(150)에도 일면 혹은 양면에 자성 증착층(130)을 형성할 수 있다. 단계(g)는 배열형 압전소자를 구성하는 소자간의 전기신호를 인가하기 위해 생성된 신호 전극층(110)을 소자 별로 구분 짓는 2차 정밀 절삭 단계로서 신호 전극층(110)과 자성 증착층(130)을 동시에 절삭할 수 있다. 이처럼 신호 전극층(110)과 자성 증착층(130)을 동시에 절삭함으로써 각 압전소자 별 신호 전극과 자성 증착층(130)을 통한 해당 인쇄회로기판(180) 상의 신호 인가선(190) 간의 자기력을 이용한 효율적인 접합이 가능하다. 단계(h)는 압전소자(100), 정합층(140), 흡음층(150)에 실시된 자성 증착층(130)을 이용하여 초음파 변환자 적층 구조를 형성하는 단계로서, 인쇄회로기판(180)을 기준으로 배열형 압전소자와 흡음층(150)에 생성된 자성 증착층(130)을 마주보도록 접합을 실시하여 자기력을 이용한 결합력을 증가시키며, 배열형 압전소자 내 각 소자들을, 신호를 인가하기 위한 신호 인가선(190)과 위치를 일치시킴으로써 자기력을 통한 접합 및 신호선을 통한 각 소자로의 신호 인가를 가능하게 할 수 있다.
단일 초음파 변환자 제조 방법과 동일하게 정합층(140)에 생성된 자성 증착층(130)을 압전소자(100) 방향으로 접합하여 정합층(140)과 압전소자(100)에 생성된 자성 증착층(130)을 통한 자기력의 범위 내에 위치할 수 있도록 하여 접합이 가능하다. 단계(i)는 자기력을 이용하여 형성된 초음파 변환자의 적층 구조를 음향렌즈(200)를 이용하여 고정하는 단계로서 음향렌즈(200)의 두께는 정합층(140) 상부 이상부터 흡음층(150) 일부까지 포함하도록 제조하여 형성된 적층 구조를 고정시키는 것이 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 적층 구조를 토대로 각 소자들을 고정시키기 위해 음향렌즈를 이용하여 고정시키는 과정을 나타낸 흐름도이다. 도 2의 단계(i)의 형성된 초음파 변환자의 적층 구조를 토대로 음향렌즈(200)를 이용하여 고정하는 방법이 도 3과 같이 도시될 수 있다. 도 3은 도 2를 참조하여 전술한 제조 방법을 통해 형성된 배열형 초음파 변환자를 이용하여 도시하였으며 도 1에 도시한 단일 초음파 변환자의 제조 방법도 이와 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 적층 구조를 토대로 각 소자들을 고정시키기 위해 음향렌즈를 이용하여 고정시키는 과정은 배열형 초음파 변환자(210), 음향렌즈 제조 기구(220), 음향렌즈용 고무 물질(230)을 이용하여, 음향렌즈(200) 위치 조절 단계(a), 배열형 초음파 변환자 삽입 및 굳히는 단계(b), 음향렌즈를 이용한 적층 구조 고정 단계(c)로 진행될 수 있다.
도 3을 참조하면 단계(a)는 음향렌즈 제조 기구(220) 내부에 음향렌즈용 고무 물질(230)을 초음파 변환자의 흡음층 일부까지 포함할 수 있도록 충분히 투입하며, 배열형 초음파 변환자(210)는 음항렌즈 제조 기구(220)의 표면과 수평을 유지하도록 조절하여 추후 음향렌즈(200) 접합 시 배열형 초음파 변환자(210)의 표면과 음향렌즈(200) 표면간의 각도가 기울어져서 초음파 에너지가 진행하는 방향이 어긋나지 않도록 할 수 있다. 단계(b)는 단계(a)에서 조절된 위치를 토대로 음향렌즈 제조 기구(220)내 음향렌즈용 고무 물질(230)로 배열형 초음파 변환자(210)를 투입하여 굳히는 단계로서 이때, 음향렌즈용 고무 물질(230)은 정합층(140) 상부 이상부터 흡음층(150) 일부까지 포함할 수 있도록 투입되는 깊이를 조절할 수 있다. 단계(c)는 단계(b)에서 음향렌즈용 고무 물질(230)이 굳은 후 음향렌즈 제조 기구(220)와 분리를 시킨 결과로서 음향렌즈용 고무 물질(230)은 굳기 전 일정한 점성을 가지지만, 굳은 이후에는 상당히 강한 응력을 가지므로 형성된 초음파 변환자의 적층 구조를 고정시키는 것이 용이하며, 음향렌즈(200)로 인한 초음파 변환자의 성능 향상이 가능하다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 압전소자 110: 신호 전극층
120: 접지 전극층 130: 자성 증착층
140: 정합층 150: 흡음층
160: 치폭 170: 랩핑 선
180: 인쇄회로기판 190: 신호 인가선
200: 음향렌즈 210: 배열형 초음파 변환자
220: 음향렌즈 제조 기구 230: 음향렌즈용 고무 물질

Claims (7)

  1. 자기력을 이용하여 형성된 적층 구조를 갖는 초음파 변환자를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    압전소자에 대한 스퍼터링(Sputtering) 단계;
    상기 스퍼터링된 압전소자, 정합층 및 흡음층 중 적어도 둘 이상에 대한 자성 증착층 증착 단계; 및
    상기 자성 증착층 간의 자기력을 이용하여 상기 스퍼터링된 압전소자, 정합층 및 흡음층을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성 증착층 간의 자기력을 이용하여 형성된 적층 구조를 음향렌즈를 이용하여 고정시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 음향렌즈의 두께는 상기 정합층을 포함한 상부부터 상기 흡음층 일부를 포함하는 두께인 것인 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스퍼터링된 압전소자, 정합층 및 흡음층 중 적어도 둘 이상에 대한 자성 증착층 증착 단계는, 자기력을 이용하여 상기 스퍼터링된 압전소자, 정합층 및 흡음층 간의 접합이 가능하도록, 상기 스퍼터링된 압전소자, 정합층 및 흡음층의 일면 또는 양면에 자성 성질을 갖는 물질을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전소자에 대한 스퍼터링 단계 이전에, 상기 압전소자의 표면을 동일한 폭과 깊이값을 갖는 적어도 하나 이상의 기둥 형태로 절삭하는 단계;
    상기 절삭된 적어도 하나 이상의 기둥 내에 치폭(Kerf)을 생성하는 단계; 및
    상기 치폭이 생성된 압전소자에 대하여 랩핑(Lapping)하는 단계가 수행되고,
    상기 스퍼터링된 압전소자에 대하여 자성 증착층이 증착된 후 절삭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스퍼터링된 압전소자에 대하여 자성 증착층이 증착된 후 절삭하는 단계는, 신호 전극층과 전극과 접할 자성 증착층을 함께 절삭하는 단계를 포함하고,
    상기 자성 증착층 간의 자기력을 이용하여 상기 스퍼터링된 압전소자, 정합층 및 흡음층을 접합하는 단계는, 인쇄회로기판과 접합 시 자기력을 이용하여 상기 스퍼터링된 압전소자, 정합층 또는 흡음층의 위치가 신호 인가선에 나란히 위치되도록 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스퍼터링된 압전소자, 정합층 및 흡음층을 접합하기 위하여 요구되는 자성 증착층의 자기력은 상기 스퍼터링된 압전소자, 정합층 및 흡음층의 두께에 따라 가변적이고,
    상기 자성 증착층의 자기력은, 상기 자성 증착층의 두께에 따라 조절 가능한 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 자기력을 이용하여 형성된 적층 구조를 갖는 초음파 변환자에 있어서,
    상기 초음파 변환자는 스퍼터링된 압전소자, 정합층 및 흡음층 중 적어도 둘 이상에 대하여 증착된 자성 증착층을 포함하고,
    상기 자성 증착층 간의 자기력을 이용하여 상기 스퍼터링된 압전소자, 정합층 및 흡음층이 적층 형태로 접합된 것을 특징으로 하는 초음파 변환자.
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