KR102096342B1 - Ultrasonic probe with phased array structure - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 하우징의 외면에 설치되어 초음파를 투과하는 렌즈와, 흡음층의 상면에 설치되는 압전소자와, 압전소자의 상면에 적층되는 전도성 소재의 제1정합층과, 전도성 소재로 이루어져 렌즈와 제1정합층 사이에 적층되어 압전소자의 접지라인을 형성하는 제2정합층을 포함하고, 흡음층 내지 제2정합층은 상호 설정된 간격으로 커팅되어 복 수개로 분할된 위상 배열 구조(Phased Array)로 형성되는 위상 배열 구조를 갖는 초음파 프로브를 제공할 수 있다. An embodiment of the present invention comprises a lens installed on the outer surface of the housing to transmit ultrasound, a piezoelectric element installed on the upper surface of the sound absorbing layer, a first matching layer of conductive material stacked on the upper surface of the piezoelectric element, and a conductive material A second matching layer stacked between the lens and the first matching layer to form a ground line of the piezoelectric element, and the sound absorbing layer to the second matching layer are cut at mutually set intervals and divided into a plurality of phased array structures (phased) Array) can provide an ultrasonic probe having a phased array structure.

Description

위상 배열 구조를 갖는 초음파 프로브{ULTRASONIC PROBE WITH PHASED ARRAY STRUCTURE} Ultrasonic probe with phased array structure {ULTRASONIC PROBE WITH PHASED ARRAY STRUCTURE}

본 발명은 위상 배열 구조(Phased Array)를 갖는 초음파 프로브에 관한 것이다. The present invention relates to an ultrasonic probe having a phased array structure.

초음파 영상장치는 대상체의 표면에서 대상체 내부의 목표 지점을 향해 초음파를 조사하고, 반사된 에코 초음파를 수신하여 연부조직의 단층이나 혈류에 관한 이미지를 비침습으로 얻는 장치이다.The ultrasound imaging apparatus is a device that irradiates ultrasound from a surface of an object toward a target point inside the object, and receives reflected echo ultrasound to obtain an image of soft tissue monolayer or blood flow by non-invasively.

최근 초음파 영상장치는 X선 장치, CT 스캐너(Computerized Tomography Scanner), MRI(Magnetic Resonance Image)등의 다른 영상진단장치에 비해 소형이고 저렴하며, 실시간으로 진단 영상을 표시할 수 있어 널리 이용되고 있다.Recently, an ultrasound imaging apparatus is widely used because it is small and inexpensive, and can display a diagnostic image in real time, compared to other imaging apparatuses such as an X-ray apparatus, a CT scanner (Computerized Tomography Scanner), and a Magnetic Resonance Image (MRI).

종래의 초음파 영상 장치는 하나의 초음파 프로브를 다수의 셀로 구성하여 압전 소자의 두께를 얇게 구현할 수 있어 높은 광대역 특성을 실현하기 위하여 다양한 기술등이 제안되었다. In the conventional ultrasound imaging apparatus, a single ultrasound probe is composed of a plurality of cells to realize a thin thickness of a piezoelectric element, so various technologies have been proposed to realize high broadband characteristics.

하지만 이와 같은 종래의 초음파 영상 장치에서 초음파 프로브는 병렬 연결된 다수의 셀중 일부 셀에 공통 전압이 인가되어 낮은 전압으로 다수의 셀을 구동하되, 적층된 엘리먼트중 전도성 레이어에 별도의 접지라인을 형성하였다. However, in such a conventional ultrasound imaging apparatus, a common voltage is applied to some cells among a plurality of cells connected in parallel to drive a plurality of cells with a low voltage, but separate ground lines are formed on a conductive layer among stacked elements.

즉, 종래의 초음파 프로브는 단일 소자를 구성하는 레이어 외에 별도의 접지 라인을 형성함에 따라 발생되는 제조 공정의 증가 및 부품 추가에 따라 제조 비용이 상승되는 문제점이 있다. That is, the conventional ultrasonic probe has a problem in that manufacturing costs are increased according to an increase in a manufacturing process and additional components generated by forming a separate ground line in addition to a layer constituting a single element.

또한, 종래의 초음파 프로브는 흡음층, 압전소자 및 적어도 1 이상의 정합층으로서 단일소자를 구성함에 따라 음향특성의 저하 및 신호 채널의 생성에 한계가 있고, 수신된 신호에 왜곡이 발생되는 링 다운(Ring Down) 현상이 발생되는 문제점이 있다. 이는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. In addition, the conventional ultrasonic probe is composed of a single element as a sound absorbing layer, a piezoelectric element, and at least one matching layer, so that there is a limit in the deterioration of acoustic characteristics and the generation of a signal channel, and the ring down (which causes distortion in the received signal) Ring Down) is a problem that occurs. This will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

도 1은 종래의 초음파 프로브를 간략 도시한 도면, 도 2는 종래의 초음파 프로브에서 발생되는 링 다운(Ring Down) 현상을 측정한 그래프이다. 1 is a diagram schematically showing a conventional ultrasonic probe, and FIG. 2 is a graph measuring a ring down phenomenon occurring in a conventional ultrasonic probe.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 초음파 프로브는 렌즈(10)와, 제1정합층(30), 제2정합층(20), 압전소자(40), 접지기판(60)과, 신호기판(70), 흡음층(50)을 포함한다. 1 and 2, the conventional ultrasonic probe includes a lens 10, a first matching layer 30, a second matching layer 20, a piezoelectric element 40, a ground substrate 60, and a signal The substrate 70 and the sound absorbing layer 50 are included.

제1정합층(30)은 전도성 소재로 제작되어 압전소자(140)의 상면에서 적층되고, 제2정합층(20)은 제1정합층(30)에 적층되어 압전소자(40)에서 출력된 신호와 타겟으로부터 반사된 신호간의 임피던스를 정합시킨다. The first matching layer 30 is made of a conductive material and is stacked on the top surface of the piezoelectric element 140, and the second matching layer 20 is stacked on the first matching layer 30 and output from the piezoelectric element 40. Match the impedance between the signal and the signal reflected from the target.

접지기판(60)은 제1정합층(30)과 압전소자(40) 사이에서 설치되어 전도성 소재로 이루어진 제1정합층(30)과 압전소자(40)간의 접지라인을 형성한다. The ground substrate 60 is installed between the first matching layer 30 and the piezoelectric element 40 to form a ground line between the first matching layer 30 made of a conductive material and the piezoelectric element 40.

신호기판(70)은, 예를 들면, FPCB로서 압전소자(40)의 온 신호를 압전소자(40)에 출력한다. The signal substrate 70 outputs the ON signal of the piezoelectric element 40 to the piezoelectric element 40 as an FPCB, for example.

여기서 제1정합층(30) 내지 신호기판(70)은 각각 접착수단(예를 들면, 접착용 에폭시)(80)에 의하여 적층 및 접착된다.Here, the first matching layer 30 to the signal substrate 70 are laminated and bonded by an adhesive means (for example, adhesive epoxy) 80, respectively.

그러나 종래의 초음파 프로브는 정상적인 신호가 양(+)의 구간의 최대점과 음(-)의 구간의 최대점이 인접하고, 펄스의 대역폭 및 펄스 길이가 설정된 범위 내로서 형성되지 않는 링 다운(Ring Down) 현상이 발생되었다. However, in the conventional ultrasonic probe, a normal signal has a maximum point of a positive (+) section and a maximum of a negative (-) section, and the bandwidth and pulse length of the pulse are not formed within a set range. ) Phenomenon has occurred.

즉, 종래의 초음파 프로브는 압전소자(140) 내지 제2정합층(120)을 순차적으로 투과하여 렌즈(110)를 통하여 출력되는 신호에서 양(+)의 구간에서 최대점들이 인접하거나 펄스의 길이나 대역폭등에서 설정된 범위를 벗어나 왜곡된 링 다운(Ring Down) 현상이 발생되었다. That is, in the conventional ultrasonic probe, the maximum points are adjacent in the positive (+) section or the length of the pulse in the signal output through the lens 110 by sequentially passing through the piezoelectric elements 140 to the second matching layer 120. Distorted ring down occurs outside the set range in bandwidth or bandwidth.

이와 같은 링 다운(Ring Down) 현상은 진단용 이미지 혹은 분석하려는 신호에 왜곡을 주어 이미지 혹은 신호상의 오류, 즉 원래의 신호에 없던 신호(artifact)를 발생시킨다. Such a ring down phenomenon causes distortion in an image for diagnosis or a signal to be analyzed, thereby generating an error in an image or a signal, that is, an artifact not present in the original signal.

즉, 종래에는 링 다운(Ring Down) 현상에 의하여 왜곡된 신호가 발생 되기에 인체의 진단이나 사물의 분석 작업을 어렵게 하고, 잘못된 분석 결과를 나올 수 있는 문제점이 있다. That is, in the related art, since a distorted signal is generated due to a ring down phenomenon, it is difficult to diagnose a human body or analyze an object, and an incorrect analysis result may be generated.

한국 공개특허공보 제10-2016-0069293호(2016.06.16)Korean Patent Publication No. 10-2016-0069293 (2016.06.16)

그러므로 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 렌즈를 통하여 출력되는 신호에 왜곡을 방지할 수 있고, 종래에 비하여 간략한 구성을 통하여 제조 비용을 절감시킬 수 있는 위상 배열 방식의 초음파 프로브를 제공함에 있다. Therefore, the present invention has been devised to solve the conventional problems, and the object of the present invention is to prevent distortion in the signal output through the lens, and to reduce the manufacturing cost through a simple configuration compared to the prior art. It is to provide a method of the ultrasonic probe.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함할 수 있다. The present invention may include the following embodiments to solve the conventional problems as described above.

본 발명의 실시예는 하우징의 외면에 설치되어 초음파를 투과하는 렌즈와, 흡음층의 상면에 설치되는 압전소자와, 압전소자의 상면에 적층되는 전도성 소재의 제1정합층과, 전도성 소재로 이루어져 렌즈와 제1정합층 사이에 적층되어 압전소자의 접지라인을 형성하는 제2정합층을 포함하고, 흡음층 내지 제2정합층은 상호 설정된 간격으로 커팅되어 복 수개로 분할된 위상 배열 구조(Phased Array)로 형성되는 위상 배열 구조를 갖는 초음파 프로브를 제공할 수 있다. An embodiment of the present invention comprises a lens installed on the outer surface of the housing to transmit ultrasound, a piezoelectric element installed on the upper surface of the sound absorbing layer, a first matching layer of conductive material stacked on the upper surface of the piezoelectric element, and a conductive material A second matching layer stacked between the lens and the first matching layer to form a ground line of the piezoelectric element, and the sound absorbing layer to the second matching layer are cut at mutually set intervals and divided into a plurality of phased array structures (phased) Array) can provide an ultrasonic probe having a phased array structure.

본 발명은 단일 소자를 메인 엘레먼트와 서브 엘레멘트로 분할하여 음향 특성을 개선할 수 있어 링 다운(Ring Down) 현상의 방지가 가능함에 따라 인체 진단 및 비파괴 진단용에 적합한 효과를 얻을 수 있다. The present invention can improve the acoustic characteristics by dividing a single element into a main element and a sub element, so that it is possible to prevent a ring down phenomenon, thereby obtaining an effect suitable for human diagnosis and non-destructive diagnosis.

도 1은 종래의 초음파 프로브를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 초음파 프로브에서 발생된 링 다운(Ring Down) 현상을 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 위상 배열 구조를 갖는 초음파 프로브를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 제2정합층의 실시예를 도시한 사진이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명과 종래의 측정 데이터를 비교 도시한 그래프이다. 1 is a view showing a conventional ultrasonic probe.
2 is a graph showing a ring down phenomenon generated in a conventional ultrasonic probe.
3 is a view showing an ultrasonic probe having a phased array structure according to the present invention.
4 is a photograph showing an embodiment of a second matching layer according to the present invention.
6A and 6B are graphs comparing the present invention with conventional measurement data.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 사용자의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the specification and claims are not to be construed as being limited to ordinary or lexical meanings, and the inventor is based on the principle that the concept of terms can be properly defined to describe the user's invention in the best way. It should be interpreted in a sense and concept consistent with the technical idea of the present invention.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part includes a certain component, this means that other components may be further included instead of excluding other components unless otherwise specified.

이하에서는 본 발명에 따른 위상 배열 구조를 갖는 초음파 프로브의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of an ultrasonic probe having a phased array structure according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 위상 배열 구조를 갖는 초음파 프로브를 도시한 도면, 도 4는 본 발명에 따른 제2정합층의 실시예를 도시한 사진이다. 이중, 도 4는 호일형(Foil)의 플라스틱 필름으로 이루어진 제2정합층에서 채널부(170)의 방향을 백색으로 표시하였다. 3 is a view showing an ultrasonic probe having a phased array structure according to the present invention, and FIG. 4 is a picture showing an embodiment of a second matching layer according to the present invention. 4, the direction of the channel portion 170 in the second matching layer made of a foil-type plastic film is shown in white.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 위상 배열 구조를 갖는 초음파 프로브는 하우징(도시되지 않음)에서 초음파를 투과시키는 렌즈(110)와, 제1정합층(130)과 제2정합층(120), 압전소자(140)와, 압전소자(140)의 제어 신호(온 신호)를 출력하는 신호기판(150)과, 흡음기능을 수행하는 흡음층(160)과, 복 수개의 채널로 분할하는 채널부(170)를 포함한다. 3 and 4, the ultrasonic probe having a phased array structure according to the present invention includes a lens 110 for transmitting ultrasonic waves in a housing (not shown), a first matching layer 130 and a second matching layer 120, a piezoelectric element 140, a signal substrate 150 for outputting a control signal (on signal) of the piezoelectric element 140, a sound absorbing layer 160 performing a sound absorption function, and a plurality of channels And a channel unit 170 for dividing.

렌즈(110)는 압전소자(140)의 진동에 의해 발생된 초음파를 투과시키도록 하우징(도시되지 않음)의 외면에 고정된다. The lens 110 is fixed to the outer surface of the housing (not shown) to transmit ultrasonic waves generated by vibration of the piezoelectric element 140.

제1정합층(130)은 접착제에 의해 압전소자(140)의 상면에 접착되며, 바람직하게로는 전도성 소재로 이루어진다. 여기서 제1정합층(130)은, 예를 들면, 전기 전도성을 갖는 흑연으로서 압전소자(140)와 제2정합층(120)사이를 전기적으로 통전시킨다. The first matching layer 130 is adhered to the upper surface of the piezoelectric element 140 by an adhesive, and is preferably made of a conductive material. Here, the first matching layer 130 is, for example, graphite having electrical conductivity, and electrically conducts electricity between the piezoelectric element 140 and the second matching layer 120.

제2정합층(120)은 접착제에 의해 제1정합층(130)의 상면에 접착되어 압전소자(140)의 접지라인을 형성한다. 이를 위하여 제2정합층(120)은 플라스틱 소재의 필름(예를 들면, 폴리이미드 필름)에 전도성 금속이 증착된다. The second matching layer 120 is adhered to the upper surface of the first matching layer 130 by an adhesive to form a ground line of the piezoelectric element 140. To this end, the second matching layer 120 is deposited with a conductive metal on a plastic film (eg, polyimide film).

그러므로 제2정합층(120)은 전도성 금속이 증착된 일면이 제1정합층(130)에 밀착되어 전기적으로 연결됨에 따라 압전소자(140)에 통전 가능하게 연결된다. Therefore, the second matching layer 120 is electrically connected to the piezoelectric element 140 as one surface on which the conductive metal is deposited is in close contact with and electrically connected to the first matching layer 130.

이를 위하여 제2정합층(120)은 플라스틱 소재의 필름(예를 들면, 폴리이미드 필름)으로서 넓게 펼쳐진 형태의 호일형(Foil)으로 형성될 수 있다.To this end, the second matching layer 120 may be formed of a foil (Foil) in a wide spread form as a plastic material film (for example, a polyimide film).

여기서 호일형(Foil)의 제2정합층(120)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 외측으로 인출된 날개부(121)가 구성되어 하우징(도시되지 않음)에 별도로 형성된 접지단자(도시되지 않음), 회로기판(예를 들면, 신호기판(150))에 형성된 접지단자(도시되지 않음) 또는 전도성 소재로 이루어진 하우징(도시되지 않음)에 통전 가능하게 연결됨도 가능하다. Here, the second mating layer 120 of the foil type (Foil) is a ground terminal (not shown) formed separately in the housing (not shown) is composed of the wing portion 121 is drawn outward as shown in Figures 3 and 4 It is also possible to be electrically connected to a ground terminal (not shown) formed on a circuit board (for example, the signal board 150) or a housing made of a conductive material (not shown).

즉, 제2정합층(120)은 제1정합층(130)에 접착되는 호일형의 폴리이미드 필름(도 4 참조)의 일면에, 예를 들면, 금, 은, 동, 알루미늄중 어느 하나인 전기 전도성 금속이 증착되어 제1정합층(130)을 통하여 압전소자(140)의 접지라인을 형성할 수 있다. That is, the second matching layer 120 is on one surface of a foil-type polyimide film (see FIG. 4) that is adhered to the first matching layer 130, for example, gold, silver, copper, or aluminum. An electrically conductive metal is deposited to form a ground line of the piezoelectric element 140 through the first matching layer 130.

압전소자(140)는 신호기판(150)을 통하여 전달되는 온 신호에 따라 발진되어 초음파를 발생시킨다. The piezoelectric element 140 is oscillated according to an on signal transmitted through the signal substrate 150 to generate ultrasonic waves.

채널부(170)는 상하 방향으로 연장된 다 수개의 홈으로서 복 수개의 채널을 형성하여 위상 배열 구조(Phased Array)를 형성한다. The channel unit 170 is a plurality of channels extending in the vertical direction to form a plurality of channels to form a phased array structure.

구체적으로 설명하자면, 채널부(170)는 제2정합층(120) 부터 흡음층(160)까지 하향 연장된 홈으로서 상호 이격된 복 수개의 장홈(171, 171', 171'')과, 장홈들(171, 171', 171'') 사이에서 제2정합층(120)에서 압전소자(140)까지 연장되는 홈으로 형성되는 복 수개의 단홈(171, 172')을 포함한다. Specifically, the channel portion 170 is a groove extending downward from the second mating layer 120 to the sound absorbing layer 160, and a plurality of long grooves 171, 171 ', 171' 'spaced apart from each other, and a long groove And a plurality of short grooves 171 and 172 'formed as grooves extending from the second matching layer 120 to the piezoelectric element 140 between the fields 171, 171', and 171 '.

장홈과 장홈(171, 171', 171'') 사이는 하나의 엘레먼트(Element)(예를 들면, 채널을 이루는 기본 구성)(140a, 140b)를 구성하여 단일 소자에서 복 수개의 채널을 형성한다. Between the long grooves and the long grooves (171, 171 ', 171' '), one element (for example, a basic configuration constituting a channel) 140a, 140b is configured to form multiple channels in a single device. .

즉, 본 발명은 흡음층(160) 내지 제2정합층(120)으로 이루어진 단일 소자에서 상호 이격된 복 수개의 장홈(171, 171', 171'')들과, 장홈(171, 171', 171'')들 사이에서 복 수개의 단홈(171, 172')을 갖는 구조로 분할함에 따라 복 수개의 채널(예를 들면, 32~256 채널)을 구비함이 가능하다. That is, the present invention is a plurality of long grooves (171, 171 ', 171' ') spaced apart from each other in a single device consisting of the sound absorbing layer 160 to the second matching layer 120, and the long grooves (171, 171'), It is possible to have a plurality of channels (for example, 32 to 256 channels) by dividing into a structure having a plurality of short grooves 171 and 172 'among 171' ').

장홈(171, 171', 171'')은 제2정합층(120)의 표면에서부터 전후방향으로 연장되며, 이는 도 4에서 장홈(171, 171', 171'')이 형성되는 방향을 백색으로 표시되었다. 표시된 백색은 장홈(171, 171', 171'')의 연장 방향을 의미하는 것으로서 실제 장홈(171, 171', 171'')의 길이를 표시한 것이 아니다. The long grooves 171, 171 ', and 171' 'extend in the front-rear direction from the surface of the second matching layer 120, which in FIG. 4 shows the direction in which the long grooves 171, 171', 171 '' are formed in white. Was marked. The displayed white color indicates the extension direction of the long grooves 171, 171 ', and 171' ', and does not indicate the actual length of the long grooves 171, 171', 171 ''.

단홈(171, 172')은 위와 같은 장홈(171, 171', 171'')들 사이에서 복 수개가 형성될 수 있다. The short grooves 171 and 172 'may have a plurality of long grooves 171, 171', and 171 ''.

여기서 장홈(171, 171', 171'')은 제2정합층(120)으로 적용된 호일(Foil)형의 플라스틱 소재의 필름 외측 테두리에서 반대측으로 연장되어 그 사이의 영역을 완전히 분리시키는 것이 아니다. 즉, 장홈(171, 171', 171'')은 제2정합층(120)의 외측 테두리가 상호 연결된 상태를 유지하도록 내측에서 커팅 분할되고, 압전소자에서 각각의 채널들은 하측의 신호기판에 통전 가능하도록 적층됨에 장홈들(171, 171', 171'')로 구분된 엘레멘트들(140a, 140b)간의 통전이 가능하다. Here, the long grooves 171, 171 ', and 171' 'extend from the outer edge of the film of a foil-type plastic material applied as the second matching layer 120 to the opposite side, and do not completely separate the areas therebetween. That is, the long grooves 171, 171 ', and 171' 'are cut and divided from the inside so that the outer rims of the second matching layer 120 are interconnected, and each channel in the piezoelectric element is energized to the lower signal substrate. Since it is stacked to be possible, energization between elements 140a and 140b divided into long grooves 171, 171 ', and 171' 'is possible.

여기서 복 수개의 단홈(171, 172')들은 하나의 엘레멘트(140a, 140b)에서 음향 임피던스 매칭 효과를 향상시킬 수 있어 신호가 왜곡되는 링 다운(Ring Down) 현상을 방지하는 역할을 수행한다. Here, the plurality of short grooves 171 and 172 'may improve the acoustic impedance matching effect in one element 140a and 140b, thereby preventing a ring down phenomenon in which the signal is distorted.

즉, 압전소자(150)는 복 수개의 장홈들로 커팅된 복 수개의 채널(140a, 140b)을 구성하고, 각각의 채널은 하측의 신호기판(150)을 통하여 전기적으로 통전된다. That is, the piezoelectric element 150 constitutes a plurality of channels 140a and 140b cut into a plurality of long grooves, and each channel is electrically energized through the lower signal substrate 150.

흡음층(160)은 흡음재로 이루어져 압전소자(140) 내지 제2정합층(120)을 지지하며, 렌즈(110)를 투과하지 못하고 반사된 초음파를 흡수한다. The sound absorbing layer 160 is made of a sound absorbing material to support the piezoelectric elements 140 to the second matching layer 120, and absorbs the reflected ultrasonic waves, not transmitting the lens 110.

즉, 본 발명은 접지기판을 생략하는 대신 제1정합층(130)과 제2정합층(120)을 전도성 소재로서 적용하고, 장홈(171, 171', 171'')과 단홈(171, 172')을 이용하여 복 수개의 채널을 형성함에 따라 음향 임피던스 매칭 효과를 향상시킬 수 있기에 링 다운(Ring Down) 현상을 방지할 수 있다. That is, the present invention applies the first matching layer 130 and the second matching layer 120 as conductive materials instead of omitting the ground substrate, and the long grooves 171, 171 ', 171' 'and the short grooves 171, 172 By using ') to form a plurality of channels to improve the acoustic impedance matching effect, it is possible to prevent the ring down (Ring Down) phenomenon.

본 발명은 위와 같은 구성을 포함하며, 이하에서는 위상 배열 구조를 갖는 초음파 프로브의 제조방법을 설명한다. The present invention includes the configuration as described above, hereinafter, a method of manufacturing an ultrasonic probe having a phased array structure will be described.

도 5는 본 발명에 따른 위상 배열 구조를 갖는 초음파 프로브의 제조방법을 도시한 순서도이다. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrasonic probe having a phased array structure according to the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명은 흡음층(160)의 상면에서 압전소자(140) 내지 제2정합층(120)을 순차적으로 적층시키는 S100 단계와, 채널부(170)를 형성하는 S200 단계와, 렌즈(110) 및 하우징을 조립하는 S300 단계를 포함한다. Referring to FIG. 5, the present invention includes steps S100 of sequentially stacking the piezoelectric elements 140 to the second matching layer 120 on the upper surface of the sound absorbing layer 160, and steps S200 of forming the channel portion 170. , S300 step of assembling the lens 110 and the housing.

S100 단계는 흡음층(160)에서 신호기판(150), 압전소자(140), 제1정합층(130) 및 제2정합층(120)을 순차적으로 적층시키는 단계이다. 신호기판(150)과 압전소자(140)는 흡음층(160)의 상면에서 접착수단(예를 들면, 접착용 에폭시)에 의하여 순차적으로 적층 및 접착된다. Step S100 is a step of sequentially stacking the signal substrate 150, the piezoelectric element 140, the first matching layer 130 and the second matching layer 120 in the sound absorbing layer 160. The signal substrate 150 and the piezoelectric element 140 are sequentially laminated and adhered by an adhesive means (for example, adhesive epoxy) on the upper surface of the sound absorbing layer 160.

또한, 제1정합층(130)은 압전소자(140)의 상면에 접착수단에 의하여 접착되고, 제2정합층(120)은 제1정합층(130)의 상면에 접착된다. In addition, the first matching layer 130 is adhered to the upper surface of the piezoelectric element 140 by an adhesive means, and the second matching layer 120 is adhered to the upper surface of the first matching layer 130.

여기서, 제1정합층(130)은 압전소자(140)와 제2정합층(120)간에 전기적으로 통전가능하도록 전도성 소재(예를 들면, 흑연)를 포함한다. Here, the first matching layer 130 includes a conductive material (for example, graphite) so as to be electrically energized between the piezoelectric element 140 and the second matching layer 120.

또한, 제2정합층(120)은 제1정합층(130)을 통하여 압전소자(140)의 접지라인을 형성한다. 이를 위하여 제2정합층(120)은 플라스틱 재질의 필름(예를 들면, 폴리이미드 필름)의 일면에 스퍼터링 공법으로 전도성 금속(예를 들면, 금, 은, 동, 마그네슘)이 증착되어 압전소자(140)의 접지라인을 형성한다. In addition, the second matching layer 120 forms a ground line of the piezoelectric element 140 through the first matching layer 130. To this end, the second matching layer 120 is a conductive metal (eg, gold, silver, copper, magnesium) deposited on one surface of a plastic film (eg, polyimide film) by a sputtering method to form a piezoelectric element ( 140) to form a ground line.

즉, 본 발명에서 S100 단계는 종래와 달리 접지 기판을 별도로 설치하는 과정을 생략하는 대신, 제1정합층(130)을 전도성 소재로 제작하여 제2정합층(120)과 압전소자(140)간을 통전가능하도록 하여 접지라인을 형성하는 것을 특징으로 한다. That is, in the present invention, in step S100, instead of omitting the process of separately installing the ground substrate, the first matching layer 130 is made of a conductive material, and thus, between the second matching layer 120 and the piezoelectric element 140. Characterized in that to form a ground line by making it possible to conduct electricity.

S200 단계는 채널부(170)를 형성하는 단계이다. 채널부(170)는 S100 단계를 통하여 완성된 단일 소자에서 분할(Dicing)되어 복 수개의 채널을 형성한다. 즉, 각각의 채널은 상호 이격되어 제2정합층(120)부터 흡음층(160)의 상면까지 커팅(Cutting)되는 장홈(171, 171', 171'')들과, 장홈(171, 171', 171'')들 사이에서 제2정합층(120)에서 압전소자(140)까지만 커팅되어 홈을 이루는 복 수개의 단홈(171, 172')으로 형성된다. The step S200 is a step of forming the channel portion 170. The channel unit 170 is diced in a single device completed through step S100 to form a plurality of channels. That is, each channel is spaced apart from each other, the long grooves 171, 171 ', 171' 'cut from the second mating layer 120 to the upper surface of the sound absorbing layer 160, and the long grooves 171, 171' , 171 '') are formed from a plurality of short grooves 171 and 172 'that are cut from the second matching layer 120 to the piezoelectric element 140 to form a groove.

즉, 하나의 채널은 장홈(171, 171', 171'')과 장홈(171, 171', 171'') 사이로서, 그 사이에 형성된 복 수개의 단홈(171, 172')을 포함한다. That is, one channel is between the long grooves (171, 171 ', 171' ') and the long grooves (171, 171', 171 ''), and includes a plurality of short grooves (171, 172 ') formed therebetween.

여기서, 장홈(171, 171', 171'') 및 단홈(171, 172')은 제1정합층(130)과 제2정합층(120) 및 압전소자(140)를 완전히 분리시키는 것이 아니라 제1정합층(130), 제2정합층(120) 및 압전소자(140)의 내측에서 설정된 구간만큼만 전후 방향으로 연장되도록 커팅됨에 따라 연결된 상태를 유지한다. Here, the long grooves 171, 171 ', 171' 'and the short grooves 171, 172' do not completely separate the first matching layer 130, the second matching layer 120, and the piezoelectric element 140. 1, the mating layer 130, the second mating layer 120 and the piezoelectric element 140 are maintained in a connected state as they are cut so as to extend in the front-rear direction only for a predetermined section.

이와 같은 S200 단계는 흡음층(160) 내지 제2정합층(120)으로 이루어진 단일 소자를 분할하여 복 수개의 채널을 형성하여 음향 임피던스 매칭 효과를 올릴 수 있도록 하기 위함이다. The step S200 is to divide the single element composed of the sound absorbing layer 160 to the second matching layer 120 to form a plurality of channels so as to increase the acoustic impedance matching effect.

S300 단계는 제2정합층(120)의 상면에 렌즈(110)를 부착 및/또는 설치하는 단계이다. 여기서 렌즈(110)는 위와 같은 초음파를 발생시키는 압전소자(140)등을 구비한 단일 소자 및/또는 복 수개의 단일 소자를 하우징(도시되지 않음)에 조립하는 과정과 동시 및/또는 별개의 순서로 진행될 수 있다. 이와 같은 렌즈(110)의 설치과정은 공지된 초음파 프로브에 렌즈(110)가 설치되는 구조 및 과정을 변형 및/또는 응용한 것이기에 상세한 설명을 생략한다. Step S300 is a step of attaching and / or installing the lens 110 on the upper surface of the second matching layer 120. Here, the lens 110 is a process of assembling a single element and / or a plurality of single elements with a piezoelectric element 140 for generating ultrasonic waves as described above into a housing (not shown), and / or a separate sequence. Can proceed to The installation process of the lens 110 is a modification and / or application of the structure and process in which the lens 110 is installed in a known ultrasonic probe, and thus detailed description thereof will be omitted.

따라서, 본 발명의 출원인은 이와 같은 음향 임피던스 매칭효과 여부를 확인하기 위하여 본 발명 및 종래의 프로브에서 출력되는 신호를 측정하였고, 이는 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같다. 이중 도 6a는 종래 프로브에서 출력된 신호를 측정한 것이며, 도 6b는 본 발명에서 출력된 신호를 측정한 것이다. Therefore, the applicant of the present invention measured the signals output from the present invention and the conventional probe in order to check whether such an acoustic impedance matching effect is present, as shown in FIGS. 6A and 6B. Among them, FIG. 6A measures the signal output from the conventional probe, and FIG. 6B measures the signal output from the present invention.

도 6a의 (a)를 확인하여 보면, 종래 프로브는 양의 구간(a)에서 최대점들이 인접한 링 다운(Ring Down) 현상이 관측되었고, 도 6b의 (a)를 확인하여 보면, 본 발명은 양과 음의 구간(a')에서 최대점들이 각각 형성되는 것이 확인된다. 6A (a), the conventional probe observed a ring down phenomenon in which the maximum points are adjacent in a positive section (a), and when viewing (a) of FIG. 6B, the present invention It is confirmed that the maximum points are respectively formed in the positive and negative sections a '.

또한, 도 6a의 (b)를 살펴보면, 종래에는 펄스의 길이가 -6dB에서 0.25349usec, -20dB에서 1.3815usec로 해당 구간(b)에서의 펄스 길이가 증가되는 링 다운(Ring Down) 현상이 관측되었다. In addition, looking at (b) of FIG. 6A, in the related art, a ring down phenomenon in which the pulse length in the corresponding section (b) increases from -6 dB to 0.25349usec and -20 dB to 1.3815usec is observed. Became.

그러나, 도 6b의 (b)를 살펴보면, 본 발명은 펄스의 길이가 -6dB에서 0.32553usec, -20dB에서 0.77421usec 로서 해당 구간(b')에서의 펄스 길이가 종래에 비하여 감소됨에 따라 링 다운(Ring Down) 현상이 발생되지 않았다. However, referring to (b) of FIG. 6B, the present invention shows that the length of the pulse is 0.32553usec at -6dB and 0.77421usec at -20dB as the pulse length in the corresponding section (b ') is reduced compared to the prior art. Ring Down) phenomenon did not occur.

또한, 도 6a의 (c)를 살펴보면, 종래에는 -6dB에서 공진 주파수(Fc)가 3.8137MHz, 대역폭이 101.7943%, -20dB에서 공진 주파수(Fc)가 4.3724MHz, 대역폭이 145.2671%로서 해당 구간(c)에서 링 다운(Ring Down) 현상이 관측되었다. In addition, looking at (c) of Figure 6a, the resonance frequency (Fc) at -6dB in the prior art is 3.8137MHz, the bandwidth is 101.7943%, the resonance frequency (Fc) at -20dB is 4.3724MHz, the bandwidth is 145.2671%, and the corresponding section ( In c), a ring down phenomenon was observed.

그러나, 도 6b의 (c)를 살펴보면, 본 발명은 해당 구간(c')에서 -6dB에서 공진 주파수(Fc)가 3.5548MHz, 대역폭이 75.6474%, -20dB에서 공진 주파수(Fc)가 5.8407MHz, 대역폭이 156.4295%로서 링 다운(Ring Down) 현상이 발생되지 않았다. However, referring to (c) of FIG. 6B, the present invention has a resonant frequency (Fc) of 3.5548MHz, a bandwidth of 75.6474%, a resonant frequency (Fc) of -5.8dB at -6dB at -6dB in the corresponding section (c '), 5.8407MHz, As the bandwidth was 156.4295%, a ring down phenomenon did not occur.

그러므로 본 발명은 위와 같은 전도성 소재로 제작된 제1정합층(130)을 이용하여 접지기판을 삭제하고, 흡음층(160)부터 제2정합층(120)을 복 수개로 분할하여 복 수개의 채널을 형성함에 따라 종래에서 발생되는 링 다운(Ring Down) 현상을 방지할 수 있었다. Therefore, the present invention deletes the ground substrate using the first matching layer 130 made of the above-described conductive material, and divides the second matching layer 120 from the sound absorbing layer 160 into a plurality of channels to divide into multiple channels. As it was formed, it was possible to prevent a ring down phenomenon occurring in the related art.

110 : 렌즈 120 : 제2정합층
121 : 날개부 130 : 제1정합층
140 : 압전소자 150 : 신호기판
160 : 흡음층 170 : 채널부
171, 171', 171'' : 장홈 172, 172' : 단홈110: lens 120: second matching layer
121: wing 130: first matching layer
140: piezoelectric element 150: signal substrate
160: sound absorbing layer 170: channel portion
171, 171 ', 171'': Long groove 172, 172': Short groove

Claims (4)

하우징(도시되지 않음)의 외면에 설치되어 초음파를 투과하는 렌즈(110):
흡음층(160)의 상면에 설치되는 압전소자(140);
압전소자(140)의 상면에 적층되는 전도성 소재의 제1정합층(130);
전도성 소재로 이루어져 렌즈(110)와 제1정합층(130) 사이에 적층되어 압전소자(140)의 접지라인을 형성하는 제2정합층(120);을 포함하고,
흡음층 내지 제2정합층(120, 130, 140, 160)은
상호 설정된 간격으로 커팅되어 복 수개로 분할된 위상 배열 구조(Phased Array)로서 복수의 채널을 형성하고,
각 채널은
상호 이격되되, 제2정합층(120)에서 흡음층(160)으로 연장되는 한 쌍의 장홈(171, 171') 및; 장홈(171, 171')들 사이에서 제2정합층(120)으로부터 압전소자(140)까지 연장되는 복수의 단홈(172, 172');을 포함하는 것;을 특징으로 하는 위상 배열 구조를 갖는 초음파 프로브.
Lens 110 installed on the outer surface of the housing (not shown) to transmit ultrasound:
A piezoelectric element 140 installed on the upper surface of the sound absorbing layer 160;
A first matching layer 130 of a conductive material stacked on the upper surface of the piezoelectric element 140;
Includes; a second matching layer 120 made of a conductive material is laminated between the lens 110 and the first matching layer 130 to form a ground line of the piezoelectric element 140;
The sound absorbing layer to the second matching layer (120, 130, 140, 160)
It is cut at mutually set intervals and is divided into a plurality of phased array structures (Phased Array) to form a plurality of channels,
Each channel
A pair of long grooves 171 and 171 'spaced apart from each other and extending from the second matching layer 120 to the sound absorbing layer 160; And a plurality of short grooves 172 and 172 'extending from the second mating layer 120 to the piezoelectric element 140 between the long grooves 171 and 171'. Ultrasonic probe.
제1항에 있어서, 제2정합층(120)은
플라스틱 소재로 이루어진 필름의 일면에서 전도성 금속이 증착된 것을 특징으로 하는 위상 배열 구조를 갖는 초음파 프로브.
The method of claim 1, wherein the second matching layer 120 is
An ultrasonic probe having a phased array structure characterized in that conductive metal is deposited on one side of a film made of a plastic material.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제2정합층(120)은
호일(Foil)형으로서 외측으로 인출되는 날개부(121)를 더 포함하는 위상 배열 구조를 갖는 초음파 프로브.
The method of claim 1 or claim 2, wherein the second matching layer 120 is
An ultrasonic probe having a phased array structure that further includes a wing portion 121 that is drawn outward as a foil type.
제2항에 있어서, 제2정합층(120)은
접지단자(도시되지 않음)로 연결되도록 외측으로 인출되는 날개부(121)를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 배열 구조를 갖는 초음파 프로브.

The method of claim 2, wherein the second matching layer 120 is
An ultrasonic probe having a phased array structure, characterized in that it comprises a wing portion (121) that is drawn outward to be connected to a ground terminal (not shown).

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