KR102359155B1 - 하이브리드 초음파 탐촉자 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 소형이면서도 보다 선명한 영상을 얻을 수 있으며, 고주파수 대역에서의 사용이 가능하고, 높은 감도와 높은 음압을 제공할 수 있는 하이브리드 초음파 탐촉자 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

하이브리드 초음파 탐촉자 및 그 제조 방법{Hybrid ultrasound prove array and method of manufacturing the same}

본 발명의 기술적 사상은 초음파 탐촉자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래보다 보다 더 선명한 영상을 얻을 수 있으며, 고주파수 대역에서의 사용이 가능하고, 높은 감도와 높은 음압을 제공할 수 있는 하이브리드 초음파 탐촉자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 초음파 탐촉자는 특정 주파수의 음파를 송수신하며, 탐촉자를 구성하는 트랜스듀서가 전기적으로 변환/가공하여 이미지를 형성한다. 초음파 탐촉자는 음파를 발생하고 수신하는 트랜스듀서와 음파의 송수신을 원활하게 하기 위한 정합층, 흡음층과 함께 트랜스듀서를 동작시키기 위한 배선을 포함하고 있으며, 복수개의 탐촉자를 이용한 1차원 이상의 배열구조를 통해 2차원, 3차원 초음파 영상 이미지를 획득할 수 있다.

이러한 초음파 탐촉자는 점점 소형화되어가고 있다. 따라서, 소형화된 초음파 탐촉자 내에서 초음파 및 전기 신호를 처리하는 배선 패턴을 배열하기 위한 방법과 진동 특성 및 포커싱을 좋게 하여 초음파 영상을 선명하게 하고, 신호대역폭을 늘릴 수 있는 기술이 필요하다. 또한, 고주파수 대역에서의 사용이 가능하고, 높은 감도와 높은 음압을 제공할 수 있는 초음파 탐촉자가 요구되고 있다.

특허등록번호 제10-1064601호(2011.09.06.) 특허등록번호 제10-1080576호(2011.10.31.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 소형이면서도 보다 선명한 영상을 얻을 수 있으며, 고주파수 대역에서의 사용이 가능하고, 높은 감도와 높은 음압을 제공할 수 있는 하이브리드 초음파 탐촉자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 의하면, 하이브리드 초음파 탐촉자를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 하이브리드 초음파 탐촉자는, 기판; 상기 기판의 제1 영역 상에 배치된 정전 구동형 초음파 탐촉부; 상기 기판의 제2 영역 상에 배치된 압전 구동형 초음파 탐촉부; 및 상기 정전 구동형 초음파 탐촉부와 상기 압전 구동형 초음파 탐촉부에 공통으로 연결된 배선층;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 압전 구동형 초음파 탐촉부는 중앙에 위치할 수 있고, 상기 정전 구동형 초음파 탐촉부는 상기 압전 구동형 초음파 탐촉부를 둘러싸서 위치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 정전 구동형 초음파 탐촉부는 중앙으로부터 외측으로 방사형으로 복수 개가 배치될 수 있고, 상기 압전 구동형 초음파 탐촉부는 중앙에 복수 개가 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 정전 구동형 초음파 탐촉부는, 상기 기판 상에 위치하는 하부 전극층; 상기 하부 전극층 상에 위치하고, 하나 또는 그 이상의 캐비티(190)를 구비하는 절연층; 상기 절연층 상에 위치하고, 상기 하나 또는 그 이상의 캐비티를 덮는 멤브레인층; 및 상기 멤브레인층 상에 위치하고, 상기 배선층의 하측에 배치된 상부 전극층;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 하부 전극층, 상기 상부 전극층, 또는 이들 모두는 도전성 실리콘을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 멤브레인층은 실리콘, 산화물, 또는 질화물을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 멤브레인층과 상기 상부 전극층은 일체형으로 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 하부 전극층, 상기 절연층, 및 상기 멤브레인층에 의하여 둘러싸인 상기 하나 또는 그 이상의 캐비티를 이용하여, 정전 구동형 초음파의 동작을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 압전 구동형 초음파 탐촉부는, 소정의 두께를 갖는 흡음층; 상기 흡음층 상에 2차원 형상으로 배열된 복수개의 압전체; 상기 복수개의 압전체 상에 형성되며, 도전막을 구비하는 유연기판; 및 상기 유연기판 상에 형성된 정합층;을 포함할 수 있다. 상기 복수개의 압전체 및 상기 유연기판을 접합하며, 상기 초음파 탐촉자의 임피던스 정합을 위한 음향 임피던스로 설정된 제1 도전성 부재; 및 상기 흡음층과 상기 복수개의 압전체를 접합하고, 전도성을 가지며, 흡음을 위한 음향 임피던스 및 손실 값을 갖는 제2 도전성 부재;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 압전 구동형 초음파 탐촉부는, 소정의 두께를 갖는 흡음층; 상기 흡음층 상에 적층되고, 도전막을 구비하는 유연기판; 상기 유연기판 상에 2차원 형상으로 배열된 복수개의 압전체; 및 상기 복수개의 압전체 상에 형성된 정합층;을 포함할 수 있다. 상기 복수개의 압전체 및 상기 유연기판을 접합하며, 상기 초음파 탐촉자의 흡음을 위한 음향 임피던스 및 손실을 갖는 제1 도전성 부재; 및 상기 정합층과 상기 복수개의 압전체를 접합하고, 전도성을 가지며, 음향 임피던스 정합을 위한 임피던스를 갖는 제2 도전성 부재;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 정합층은 나방눈 구조를 가지는 실리콘 구조물로 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 도전성 부재는 상기 흡음층의 상부면을 기준으로 수직한 방향으로 전도성을 가지며, 고분자 수지 내에 도전성 분말을 함유함으로써 상기 도전성 분말의 종류 및 밀도에 따라 상기 음향 임피던스 값의 크기를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제2 도전성 부재는 전도성을 가지며, 고분자 수지 내에 도전성 분말을 함유함으로써 상기 도전성 분말의 종류 및 밀도에 따라 상기 음향 임피던스 값 및 음향 손실의 크기를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 도전성 부재, 상기 제2 도전성 부재 또는 이들 모두는, 텅스텐, 니켈, 크롬, 구리, 주석, 은 및 금 중 적어도 하나 이상의 금속을 포함하거나, 또는 탄소, 은(Ag) 나노입자 및 나노 와이어 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 유연기판의 적어도 어느 일부는 소정의 곡률을 갖도록 배치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 흡음층은 전도성 블록 또는 공기층을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 관점에 의하면, 하이브리드 초음파 탐촉자의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 하이브리드 초음파 탐촉자의 제조 방법은, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 하부 전극층을 형성하는 단계; 상기 하부 전극층 상에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층의 일부 영역을 제거하여 하나 또는 그 이상의 캐비티를 형성하는 단계; 상기 하나 또는 그 이상의 캐비티를 덮도록 상기 절연층 상에 멤브레인층을 형성하는 단계; 상기 멤브레인층 상에 상부 전극층을 형성하는 단계; 상기 하부 전극층, 상기 절연층, 상기 멤브레인층, 및 상기 상부 전극층의 일부 영역을 제거하여 관통 홀을 형성하는 단계; 상기 관통 홀 내에 압전 구동형 초음파 탐촉부를 탑재하는 단계; 및 상기 압전 구동형 초음파 탐촉부 및 상기 상부 전극층 상에 배선층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 압전 구동형 초음파 탐촉부를 탑재하는 단계는, 캐리어 기판 상에 도전막을 구비하는 유연기판을 형성하는 단계; 상기 유연기판 상에 제1 도전성 부재를 형성하는 단계; 상기 제1 도전성 부재 상에 2차원 형상으로 배열된 복수개의 압전체를 형성하는 단계; 상기 복수개의 압전체 상에 제2 도전성 부재를 형성하는 단계; 및 상기 캐리어 기판 및 상기 유연기판을 분리하는 단계;를 포함하여 상기 압전 구동형 초음파 탐촉부를 형성할 수 있다. 상기 제1 도전성 부재는 상기 복수개의 압전체와 상기 유연기판 사이에서 수직방향의 전도성과 흡음을 위한 음향 임피던스 및 손실을 갖고, 상기 제2 도전성 부재는 상기 복수개의 압전체의 전극과 상기 유연기판의 전기전도성을 위해서 전도성을 갖고, 상기 초음파 탐촉자의 임피던스 정합을 위한 음향 임피던스를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 캐리어 기판 및 상기 유연기판을 분리하는 단계; 이후에, 상기 복수개의 압전체 상에 음향 임피던스 정합을 위한 정합층 및 흡음을 위한 흡음층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 캐리어 기판 및 상기 유연기판을 분리하는 단계; 이후에, 상기 유연기판의 적어도 어느 일부는 소정의 곡률을 갖도록 배치하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 캐리어 기판 및 상기 유연기판을 분리하는 단계;는, 유연 필름을 이용하여 테이프 라미네이터로 상기 캐리어 기판 및 상기 유연기판을 서로 점착하는 단계; 및 상기 유연 필름에 자외선을 조사하거나 또는 열을 가하여 상기 유연 필름의 점착력을 약화시켜 상기 캐리어 기판와 상기 유연기판을 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예에 따르면, 소형이면서도 보다 선명한 영상을 얻을 수 있는 하이브리드 초음파 탐촉자 및 그 제조방법을 구현한다. 상기 하이브리드 초음파 탐촉자는 상술한 정전구동 방식의 박막형 구동기와 압전세라믹을 함께 이용한 초음파 센서로서, CMUT의 장점인 높은 감도 특성을 보유함과 동시에 PUT의 장점인 높은 음압 특성을 함께 보유할 수 있다. 상기 하이브리드 초음파 탐촉자에서, 위상배열 구조를 적용하면, 발신 시에는 상기 PUT 구조가 적용되어, 초음파 빔의 임의적인 조향이 가능해지며, 수신 시에는 상기 CMUT 구조가 적용되어 수신성능이 향상되고 넓은 수신 밴드폭을 제공할 수 있다. 이러한 하이브리드 초음파 탐촉자는 도플러 유량계, 초음파 이미징 장치, 의료영상장치 등 적용될 수 있다.

상기 하이브리드 초음파 탐촉자는 초음파 영상 진단 등 비파괴 영역검사가 요구되는 외과치료에 활용이 가능하다. 특히, 표면이 평평하지 않은 치아, 신체 기관 등에 유연한 탐촉자를 적용해 초음파 영상 획득이 가능하고, 초음파 탐촉자의 소형 및 박형화를 통해 지문 센서 등에 적용하여 모바일 기기 등 보안이 요구되는 분야에도 적용이 가능하다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 초음파 탐촉자를 개략적으로 도시하는 상면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 하이브리드 초음파 탐촉자를 A-A 선에 따라 절취하여 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 초음파 탐촉자를 구성하는 정전 구동형 초음파 탐촉부와 압전 구동형 초음파 탐촉부의 작동 원리를 설명하는 개략도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 초음파 탐촉자의 제조 방법을 공정 단계에 따라 도시하는 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 초음파 탐촉자를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 하이브리드 초음파 탐촉자를 구성하는 압전 구동형 초음파 탐촉부의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 하이브리드 초음파 탐촉자에서 압전 구동형 초음파 탐촉부의 다른 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 초음파 탐촉자에서 도 11에 도시된 압전 구동형 초음파 탐촉부의 제조방법을 설명하기 위한 공정을 순서대로 나열한 단면도들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 초음파 탐촉자(10)를 개략적으로 도시하는 상면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 하이브리드 초음파 탐촉자(10)를 A-A 선에 따라 절취하여 개략적으로 도시하는 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 하이브리드 초음파 탐촉자(10)는 기판(110), 기판(110)의 제1 영역 상에 배치된 정전 구동형 초음파 탐촉부(100), 기판(110)의 제2 영역 상에 배치된 압전 구동형 초음파 탐촉부(200), 및 정전 구동형 초음파 탐촉부(100)와 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)에 공통으로 연결된 배선층(160)을 포함한다. 참고로, 도 1에서, 도 2의 배선층(160)은 생략되어 있다.

상기 제2 영역은 기판(110)의 중앙에 위치하고, 상기 제1 영역은 상기 제1 영역을 둘러싸서 위치할 수 있다. 이에 따라, 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)는 중앙에 위치하고, 정전 구동형 초음파 탐촉부(100)는 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)를 둘러싸서 위치할 수 있다. 또한, 정전 구동형 초음파 탐촉부(100)는 동심원 형상으로 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)를 둘러싸서 위치할 수 있다. 그러나, 이러한 배치는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 배치가 가능하다. 예를 들어, 상기 제1 영역이 기판(110)의 중앙에 위치하고, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역을 둘러싸서 위치할 수 있다. 이러한 경우에는, 정전 구동형 초음파 탐촉부(100)는 중앙에 위치하고, 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)는 정전 구동형 초음파 탐촉부(100)를 둘러싸서 위치할 수 있다.

정전 구동형 초음파 탐촉부(100)는 중앙으로부터 외측으로 방사형으로 복수 개가 배치될 수 있다. 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)는 중앙에 복수 개가 배치될 수 있다.

정전 구동형 초음파 탐촉부(100)는, 기판(110) 상에 위치하는 하부 전극층(120); 하부 전극층(120) 상에 위치하고, 하나 또는 그 이상의 캐비티(190)를 구비하는 절연층(130); 절연층(130) 상에 위치하고, 하나 또는 그 이상의 캐비티(190)를 덮는 멤브레인층(140); 및 멤브레인층(140) 상에 위치하고, 배선층(160)의 하측에 배치된 상부 전극층(150);을 포함한다.

기판(110)은 반도체 분야에서 사용되는 다양한 기판을 포함할 수 있고, 예를 들어 실리콘(silicon), 갈륨-비소(gallium-arsenic), 유리(glass), 세라믹(ceramic), 플라스틱(plastic), 또는 폴리머(polymer)를 포함할 수 있다.

하부 전극층(120)은 다양한 도전성 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 불순물 도핑에 의하여 도전성을 가지는 도전성 실리콘을 포함하거나, 또는 금속 또는 합금을 포함할 수 있다.

멤브레인층(140)은 실리콘, 산화물, 또는 질화물을 포함할 수 있고, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등을 포함할 수 있다. 또한, 도 2에서는 멤브레인층(140)과 상부 전극층(150)이 구분된 두 개의 층들로 도시되어 있으나, 이는 예시적이며 멤브레인층(140)과 상부 전극층(150)은 일체형으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인층(140)과 상부 전극층(150)이 도전성 실리콘으로 구성되는 경우에는 이러한 일체형으로 형성될 수 있다. 따라서, 하부 전극층(120), 절연층(130), 및 멤브레인층(140)에 의하여 둘러싸인 하나 또는 그 이상의 캐비티(190)를 이용하여, 정전 구동형 초음파의 동작을 수행할 수 있다.

상부 전극층(150)은 다양한 도전성 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 불순물 도핑에 의하여 도전성을 가지는 도전성 실리콘을 포함하거나, 또는 금, 은, 니켈, 등과 같은 금속 또는 합금을 포함할 수 있다.

배선층(160)은 정전 구동형 초음파 탐촉부(100)의 상부 전극층(150)과 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)에 외부로부터 전력을 제공하는 배선으로서의 기능을 수행할 수 있다.

상기 배선층(160)과 정전 구동형 초음파 탐촉부(100)의 상부 전극층(150)과 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)의 전극은 고분자 수지에 도전성 분말을 포함하고 있는 이방성 전도성 필름(anisotropic conductive film, ACF)으로 접속할 수 있다,

도 2에는, 하나의 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)가 도시되어 있으나, 이는 예시적이며 복수 개의 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)가 배치된 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다. 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)에 대하여는 하기에 도 11 내지 도 15를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 초음파 탐촉자(10)를 구성하는 정전 구동형 초음파 탐촉부(100)와 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)의 작동 원리를 설명하는 개략도이다.

도 3의 (a)를 참조하면, 정전 구동형 초음파 탐촉부(100)를 구성하는 CMUT(Capacitive Micromachined Ultrasound Transducers)가 도시되어 있다. 상기 CMUT는 정전구동 방식의 박막형 구동기를 이용한 초음파 센서로서, 전기적 신호의 인가에 의하여 멤브레인이 진동하고, 이에 따라 초음파가 발진하게 된다. 상기 CMUT는 직류 전원을 이용하여 상기 멤브레인을 잡아 당기고, 이어서 교류 전원을 이용하여 상기 멤브레인을 진동시키는 작동 방식을 가지며, 따라서 높은 구동 전압을 가지며, 고주파 주파수 대역의 사용이 가능하고, 수신 감도가 우수하며, 정합층을 요구하지 않는 장점이 있으나, 발신 시에는 낮은 음압을 가지는 단점이 있다.

도 3의 (b)를 참조하면, 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)를 구성하는 PUT(Piezoelectric Ultrasound Transducers)가 도시되어 있다. 상기 PUT는 전기적 신호에 의한 상기 압전 세라믹의 압전 거동에 따라 초음파를 발진하게 된다. 교류가 인가되어 구동하게 되며, 구동 전압은 수십 볼트(V)로서 상기 CMUT에 비하여 낮은 수준이며, 발신 시에는 높은 음압을 가지는 장점이 있으나, 음향 임피던스가 크며, 정합층이 요구되며, 수신 감도가 낮은 단점이 있다.

본 발명의 기술적 사상에 따른 하이브리드 초음파 탐촉자(10)는 상술한 정전구동 방식의 박막형 구동기와 압전세라믹을 함께 이용한 초음파 센서로서, 상기 CMUT의 장점인 높은 감도 특성을 보유함과 동시에 상기 PUT의 장점인 높은 음압 특성을 함께 보유할 수 있다.

하이브리드 초음파 탐촉자(10)에서, 위상배열 구조를 적용하면, 발신 시에는 상기 PUT 구조의 장점이 적용되어, 초음파 빔의 임의적인 조향이 가능해지며, 수신 시에는 상기 CMUT 구조의 장점이 적용되어 수신성능이 향상되고 넓은 수신 밴드폭(bandwidth)을 제공할 수 있다. 이러한 하이브리드 초음파 탐촉자(10)는 도플러 유량계, 초음파 이미징 장치, 의료영상장치 등 적용될 수 있다.

하이브리드 초음파 탐촉자(10)의 예시적인 구조를 설명하면, 상기 CMUT가 환형으로 배열되고, 상기 PUT가 중앙부에 배열된 구조를 가진다. 상기 PUT 상에는 음향 정합 구조 및 공통 배선구조를 포함할 수 있고, 상기 PUT의 하측에는 요소별로 개별적인 배선이 접속될 수 있다. 상기 CMUT는 한쪽으로 배선에 구성되므로, 상기 PUT의 금속 배선과 같이 접속될 수 있다.

도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 초음파 탐촉자(10)의 제조 방법을 공정 단계에 따라 도시하는 단면도들이다.

도 4를 참조하면, 기판(110)을 제공한다. 이어서, 기판(110) 상에 하부 전극층(120)을 형성한다. 상기 하부 전극층(120)을 형성하는 단계는 기판(110)과 하부 전극층(120)을 구성하는 실리콘과 같은 물질을 서로 접합시켜 수행할 수 있다. 또는, 기판(110) 상에 하부 전극층(120)을 구성하는 물질을 증착시키거나 또는 성장시켜 수행할 수 있다. 이어서, 하부 전극층(120) 상에 산화물 또는 질화물로 구성된 절연층(130)을 형성한다. 절연층(130)을 형성하는 단계는 하부 전극층(120)을 산화시키거나 질화시켜 수행할 수 있다.

도 5를 참조하면, 절연층(130)의 일부 영역을 제거하여 하나 또는 그 이상의 캐비티(190)를 형성한다. 하나 또는 그 이상의 캐비티(190)는 하부 전극층(120)을 노출시킨다. 하나 또는 그 이상의 캐비티(190)의 측벽은 절연층(130)에 의하여 구성될 수 있다. 상기 하나 또는 그 이상의 캐비티(190)를 형성하는 단계는 통상적인 포토리소그래피 공정을 이용하여 수행할 수 있다.

도 6을 참조하면, 하나 또는 그 이상의 캐비티(190)를 덮도록 절연층(130) 상에 멤브레인층(140)을 형성한다. 상기 멤브레인층(140)을 형성하는 단계는 멤브레인층(140)이 형성된 별도의 기판을 절연층(130) 상에 접합시킨 후, 멤브레인층(140)의 후면을 화학기계적 연마 등을 이용하여 제거하여 수행할 수 있다. 멤브레인층(140)은 도시된 바와 같이 상기 구조체의 전체 표면을 덮도록 형성되거나 또는 도시되지는 않았지만 압전 구동형 초음파 탐촉부(200, 도 9 참조)가 배치되기 위하여 관통 홀(180, 도 8 참조)이 형성되는 영역을 제외하고 하나 또는 그 이상의 캐비티(190)가 형성된 영역에 국한하여 형성될 수 있다.

도 7을 참조하면, 멤브레인층(140) 상에 상부 전극층(150)을 형성한다. 상부 전극층(150)은 도시된 바와 같이 멤브레인층(140)의 전체 표면을 덮도록 형성될 수 있다. 또는 도시되지는 않았지만 원하는 소정의 패턴을 가지고 멤브레인층(140)의 일부 표면에 국한하여 형성되는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다. 또한, 멤브레인층(140)과 상부 전극층(150)이 일체형인 경우에는, 멤브레인층(140)과 상부 전극층(150)이 동시에 하나의 층으로서 형성될 수 있다.

이에 따라, 하나 또는 그 이상의 캐비티(190)를 중심으로 하면에는 하부 전극층(120), 측면에는 절연층(130), 상면에는 멤브레인층(140) 및 상부 전극층(150)으로 구성된 정전 구동형 초음파 탐촉부(100)가 형성된다. 하부 전극층(120)과 상부 전극층(150)에 전원이 인가되면 멤브레인층(140)이 캐비티(190) 내에서 진동하면서 초음파를 발생시킬 수 있다.

도 8을 참조하면, 하부 전극층(120), 절연층(130), 멤브레인층(140), 및 상부 전극층(150)의 일부 영역을 제거하여 관통 홀(180)을 형성한다. 관통 홀(180)은 중앙부에 배치될 수 있고, 기판(110)을 노출시킬 수 있다. 도시되지는 않았지만, 하부 전극층(120)이 관통되도록 제거되지 않고 관통 홀(180)에 의하여 하부 전극층(120)이 노출되는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.

도 9를 참조하면, 관통 홀 내에 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)를 탑재한다. 이에 따라, 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)는 기판(110) 상에 장착된다. 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)는 가압 접착, 접착제 접착, 열 접착 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 기판(110)에 부착될 수 있다. 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)는 도 11 내지 도 15를 참조하여 하기에 상세하게 설명하기로 한다.

이어서, 압전 구동형 초음파 탐촉부(200) 및 상부 전극층(150) 상에 공통 배선층(160)을 형성하여 도 2의 하이브리드 초음파 탐촉자(10)를 완성한다.

상기 배선층(160)과 정전 구동형 초음파 탐촉부(100)의 상부 전극층(150)과 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)의 전극은 고분자 수지에 도전성 분말을 포함하고 있는 이방성 전도성 필름으로 접속할 수 있다,

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 초음파 탐촉자(10a)를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 여기에서, 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 하이브리드 초음파 탐촉자(10)과 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 10을 참조하면, 하이브리드 초음파 탐촉자(10a)는 나방눈 구조를 가지는 실리콘 구조물로 구성된 정합층(300)을 포함한다. 도시된 바와 같이 별도로 제작된 블록 형태의 나방눈 구조를 적용할 경우 압전 구동형 초음파 탐촉부 제조시 접착할 수 있다. 또는 도시되지 않았지만, 정전 구동형 초음파 탐촉부(100) 제조시 실리콘의 식각 공정을 통해 같이 상기 나방눈 구조를 제조하여 정전 구동형 초음파 탐촉부(100)의 일부로 제작하고, 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)를 이방성 전도성 필름으로 접속하여 공통 전극을 공유할 수 있다.

이하에서는, 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 하이브리드 초음파 탐촉자(10)를 구성하는 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 11을 참조하면, 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)는 소정의 두께를 갖는 흡음층(240), 흡음층(240) 상에 2차원 형상으로 배열된 복수개의 압전체(230), 복수개의 압전체(230) 상에 형성되며 흡음층(240)의 상면 및 측면을 둘러싼 형태로 적층되고, 도전막을 구비하는 유연기판(220) 및 유연기판(220) 상에 형성된 정합층(270)을 포함할 수 있다. 압전체(230)는 복수의 압전부재(232) 및 압전부재(232)들을 서로 이격하는 홈(234)로 구성될 수 있다.

여기에서, 복수개의 압전체(230) 및 유연기판(220)을 접합하며, 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)에 음파를 효과적으로 전달할 수 있도록 특정 음향 임피던스 값을 갖는 제1 도전성 부재(250)를 포함할 수 있다. 제1 도전성 부재(250)는 접착필름으로 흡음층(240)의 상부면을 기준으로 수직한 방향으로 도전성을 갖는다.

제1 도전성 부재(250)는 제1 고분자 수지(252) 내에 도전성 분말(253, 254)을 함유함으로써 도전성 분말(254, 254)의 종류 및 밀도에 따라 상기 음향 임피던스 값의 크기를 제어할 수 있다. 제1 고분자 수지(252)는 접착성을 갖는 고분자 재료이면 된다. 도전성 분말(253, 254)은 텅스텐, 니켈, 크롬, 구리, 주석, 은 및 금 중 적어도 하나 이상의 금속을 포함하거나, 또는 세라믹을 포함할 수 있다. 도면에서 설명의 편의상, 제1 도전성 분말(253)의 크기가 제2 도전성 분말(254)의 크기보다 작게 표현하였으나, 도전성 분말의 종류에 따라 크기가 같거나 제1 도전성 분말(253)의 크기가 제2 도전성 분말(254)의 크기보다 더 크게 표현될 수 있다.

예를 들어, 제1 도전성 부재(250)는 제1 고분자 수지(252) 내에 제1 도전성 분말(253) 및 제2 도전성 분말(254)을 포함하는 이방성 전도성 접착필름(ACF)일 수 있다. 상기 이방성 전도성 접착제는 수직한 방향으로 도전성을 갖는 테이프(tape)의 형태를 가질 수 있다. 제1 고분자 수지(252)는 예를 들어, 열경화성 폴리머로 아크릴 레진(acrylic resin), 이미다졸 에폭시(imidazole epoxy) 또는 카티온 레진(cationic resin) 등과 같은 고분자를 사용할 수 있다.

제1 도전성 부재(250)의 도전성 향상을 위해서, 상기 제1 도전성 분말(253)과 제2 도전성 분말(254) 외에 은(Ag) 나노선, 탄소(C) 나노선 및 그래핀 등 저차원 소재를 포함하여 전기 전도성을 향상 시킬 수 있다.

한편, 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)에서 음파의 송수신을 원활하도록, 제1 도전성 부재(250)의 두께와 음향 임피던스를 조절함으로써 임피던스 정합이 가능하다. 예를 들어, 도전성 분말(253, 254)의 조합으로 음향 임피던스의 조절이 가능하며, 음향 임피던스 정합에 활용되는 정합층의 임피던스 값을 가질 수 있다. 그리고 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)의 주파수에 맞춰 임피던스 정합을 위해 도전성 부재(250)의 두께를 조절하면 임피던스 정합층(270)의 역할을 할 수 있다

또한, 흡음층(240) 및 복수개의 압전체(230)를 접합하는 제2 도전성 부재(260)를 더 포함할 수 있다. 제2 도전성 부재(260)는 제1 도전성 부재(250)와 같이, 제2 고분자 수지(262) 내에 제3 도전성 분말(264)를 함유할 수 있다. 여기서, 제2 고분자 수지(262)는 예를 들어, 열경화성 폴리머로 아크릴 레진 (acrylic resin), 이미다졸 에폭시 (imidazole epoxy) 또는 카티온 레진 (cationic resin) 등과 같은 고분자를 사용할 수 있다. 제3 도전성 분말(264)은 텅스텐, 니켈, 크롬, 구리, 주석, 은 및 금 중 적어도 하나 이상의 금속을 포함하거나, 또는 세라믹을 포함할 수 있다. 제3 도전성 분말(264)은 제1 도전성 분말(253) 및 제2 도전성 분말(254)과 같은 재료를 사용할 수 있으며, 압전체(230)와 흡음층(240)을 접착하고 모든 방향으로 전기 전도성을 갖는 기능을 수행할 수 있다.

또한, 제2 도전성 부재(260)는 제3 도전성 분말(264) 이외에 은(Ag) 나노선, 탄소(C) 나노선 및 그래핀 등 저차원 소재를 포함하여 전기 전도성을 향상 시킬 수 있다. 만약, 상기 소재를 구비하는 제2 도전성 부재(260)가 소정의 두께만큼 크다면, 제2 도전성 부재(260)만을 이용하여 별도의 흡음층(240)을 부착하지 않을 수도 있다.

압전체(230)는 진동자로 이해될 수 있으며, 도면에 도시되지는 않았지만 압전체(230)는 상면과 후면에 각각 제1 전극과 제2 전극을 구비할 수 있다.

흡음층(240)은 압전체(230)를 통과한 음향신호를 흡수하며, 흡음층(240)은 진동자의 두께에 기초해서 설정되는 주파수에 따라 설정된 음향 임피던스와 초음파의 감쇠율이 높은 재료로 형성될 수 있다. 흡음층(240)은 하나의 층으로 형성되거나, 높은 임피던스 값을 갖도록 사용되어 진동자를 통과한 음파를 모두 흡수 하거나 전부 반사할 수도 있다. 흡음층(240)은 예를 들어, 전도성 블록 또는 공기층을 포함할 수 있다.

정합층(270)은 금속 분말 또는 세라믹 분말 등으로 이루어지고, 유연기판(220) 상에 형성된다. 종래에는 입사되는 음파의 반사를 최소화 하여 성능 향상을 위해 복수개의 정합층을 적층하기도 한다. 이는 소형화하기에는 어려운 형태이기 때문에, 본 발명에서는 제1 도전성 부재(250) 내에 첨가되는 제1 도전성 분말(253) 및 제2 도전성 분말(254)의 양을 조절함으로써, 정합층(270)과 함께 임피던스 정합층으로 역할을 할 수 있다. 그러므로, 정합층(270), 유연기판(220) 및 제1 도전성 부재(250)를 포함하는 3개 이상의 정합층 적용 효과가 있어 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)의 소형화 및 고성능화에 유리한 효과가 있다.

유연기판(220)은 도전막을 구비하고, 복수개의 압전체(230) 상에 형성되며 흡음층(240)의 상면 및 측면을 둘러싼 형태로 적층된다. 유연기판(220)의 적어도 어느 일부는 소정의 곡률을 갖도록 배치될 수 있다.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 초음파 탐촉자(10)에서 압전 구동형 초음파 탐촉부(200a)의 다른 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 구동형 초음파 탐촉부(200a)는 소정의 두께를 갖는 흡음층(240), 흡음층(240) 상에 형성되며, 흡음층(240)의 상면 및 측면을 둘러싼 형태로 적층되고, 도전막을 구비하는 유연기판(220), 유연기판(220) 상에 2차원 형상으로 배열된 복수개의 압전체(230), 복수개의 압전체(230) 상에 형성된 정합층(270)을 포함할 수 있다.

복수개의 압전체(230) 및 유연기판(220)을 접합하며, 압전 구동형 초음파 탐촉부(200a)의 흡음을 위한 음향 임피던스 및 손실을 갖는 제1 도전성 부재(250) 및 정합층(270)과 복수개의 압전체(230)를 접합하고, 전기 전도성을 가지며, 음향 임피던스 정합을 위한 임피던스를 갖는 제2 도전성 부재(260)를 더 포함할 수 있다.

이하에서, 도 11을 참조하여 상술한 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)와 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 따라서, 각 구성요소에 대한 구체적인 내용은 생략하되, 도 11과의 구조적인 차이점에 대해서만 후술한다.

도 12에 도시된 압전 구동형 초음파 탐촉부(200a)는 도 11을 참조하여 상술한 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)와 구조적인 면에서 차이가 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 구동형 초음파 탐촉부(200a)는 흡음층(240)과 정합층(270) 사이에 개재된 유연기판(220), 복수개의 압전체(230)가 도 11에 도시된 초음파 탐촉자(2100)와 반대로 배치되어 있다. 여기서, 유연기판(220)과 복수개의 압전체(230)가 반대로 배치되기 때문에, 유연기판(220)과 복수개의 압전체(230)가 접합되는 부분에 제1 도전성 부재(250)를 배치하며, 정합층(270)과 복수개의 압전체(230)가 접합되는 부분에 제2 도전성 부재(260)를 배치한다. 이 때, 제2 도전성 부재(260)와 정합층(270)은 두께를 조절하여 별도의 정합층(270) 없이 하나로 구성이 가능하다.

예를 들어, 제1 도전성 부재(250)가 임피던스 정합용이면, 제2 도전성 부재(260)는 흡음용으로 쓰인다. 반대로, 제1 도전성 부재(250)가 흡음용이면, 제2 도전성 부재(260)는 임피던스 정합 역할을 한다. 제1 도전성 부재(250)는 수직방향으로만 전기 전도성을 갖는다. 즉, 유연기판(220)과 압전체(230) 사이에서, 제2 도전성 부재(260)는 모든 방향으로 전기 전도성을 갖는다. 유연기판(220)이 캐리어 기판(210)에서 분리 후 임피던스 정합 혹은 흡음층은 알맞게 추가 가능하다.

이하에서, 본 발명의 하이브리드 초음파 탐촉자(10)에서 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)의 제조방법에 대해서 도 13 내지 도 15를 참조하여 구체적으로 후술한다.

도 13 내지 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 초음파 탐촉자(10)에서 도 11에 도시된 압전 구동형 초음파 탐촉부(200)의 제조방법을 설명하기 위한 공정을 순서대로 나열한 단면도들이다.

먼저, 도 13을 참조하면, 캐리어 기판(210)를 준비한다. 캐리어 기판(210)은 예를 들어, 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있으며, 실리콘 웨이퍼 대신 경성(rigid) 기판을 사용할 수도 있다. 이후에 캐리어 기판(21) 상에 유연성이 있는 유연기판(220)을 접합할 수 있다. 상기 접합하는 단계는 유연 필름을 이용하여 테이프 라미네이터(tape laminator)로 캐리어 기판(210) 및 유연기판(220)을 서로 점착하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 유연 필름은 각 기판을 분리할 수 있는 이형층으로서, 예를 들어, 자외선 또는 열에너지를 인가 받을 경우 점착력이 약해지는 고분자 소재로 이루어진 것을 사용할 수 있다.

유연기판(220)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리이미드(PI)와 같은 고분자 기판(222)을 사용할 수 있다. 고분자 기판(222)의 적어도 일부에는 압전 체(230) 및 전도체(미도시)와 전기적으로 연결되도록 제1 도전막(224) 및 제2 도전막(226)을 구비할 수 있다.

접합하는 단계 이후에 유연기판(220)에 제1 도전막(224) 및 제2 도전막(226)을 형성하는 단계는 반도체 공정에서 사용하는 포토리소그래피 공정을 이용하거나 도금 방법 등을 이용하여 유연기판(220)의 적어도 일부에 패턴을 형성할 수 있다. 여기에서, 상기 포토리소그래피 공정이나 도금 방법은 반도체 이미 공지된 기술이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 14를 참조하면, 유연기판(220)이 접합된 캐리어 기판(210) 상에 복수개의 압전체(230)를 접합할 수 있다. 여기에서, 압전체(230)는 도 11을 참조하여 상술한 바와 동일하므로 구체적인 내용은 생략한다.

도시되지는 않았으나, 압전체(230)의 상부면과 하부면에는 각각 전극을 구비하고 있다. 압전체(230)는 제1 도전성 부재(250)를 이용하여 유연기판(220) 상에 압전체(230)를 접합할 수 있다. 이때, 캐리어 기판(210)의 크기에 따라 압전체(230)의 개수를 조절할 수 있다.

도 15를 참조하면, 복수개의 압전체(230) 상에 소정의 두께를 갖는 흡음층(240)을 형성할 수 있다. 흡음층(240)의 두께는 압전체의 공진 주파수 및 임피던스 값의 크기에 따라 적절하게 조절가능하다. 압전체(230) 상에 흡음층(240)이 접합된 후 상기 유연 필름에 자외선을 조사하거나 또는 소정의 열을 가하여 상기 유연 필름의 점착력을 약화시켜 캐리어 기판(210)와 유연기판(220)을 분리할 수 있다. 여기서, 흡음층(240)이 먼저 형성된 후 캐리어 기판(210)과 유연기판(220)을 분리할 수 있으나, 각 구성요소에 사용되는 재료들에 따라서, 캐리어 기판(210)과 유연기판(220)을 먼저 분리한 이후에 흡음층(240)을 별도로 형성할 수 있다.

구체적으로, 압전체(230) 및 흡음층(240)의 손상을 방지하기 위해서, 캐리어 기판(210)의 후면에서 유연기판(220)을 향해 자외선을 조사하거나 소정의 열을 가할 수 있다. 이 때, 캐리어 기판(210)의 두께에 따라 자외선의 파장 대역을 다양하게 조절할 수 있다. 여기에서, 자외선 또는 열이 캐리어 기판(210)에 의해 흡수되지 않는 광을 선택해야 한다.

또한, 캐리어 기판(210)와 유연기판(220)이 서로 분리될 때, 유연기판(220) 상에 형성된 초음파 소자 어레이가 각각 분리될 수 있으며, 이후에 각각의 초음파 소자에 정합층(270)이 형성될 수 있다. 즉, 유연기판(220)과 캐리어 기판(210)가 접합되었던 영역에 정합층(270)을 형성할 수 있다. 정합층(270)을 형성한 이후에 유연기판(220)의 적어도 어느 일부는 소정의 곡률을 갖도록 배치할 수 있다.

예를 들어, 유연기판(220)에 구비된 제1 도전막(224)은 중앙에 배치되어 곡률 없이 압전체(230)의 전극과 전기적으로 접속될 수 있다. 정합층(270)의 양 끝단에 배치된 유연기판(220)의 제2 도전막(226)은 소정의 곡률을 갖고 도 11에 도시된 바와 같이, 압전체(230)와 흡음층(240)이 접합된 상부면과 그 측면을 둘러싼 형태로 배치될 수 있다.

이하에서는, 도 12에 도시된 압전 구동형 초음파 탐촉부(200a)의 제조방법에 대해서 설명한다. 도 12에 도시된 압전 구동형 초음파 탐촉부(200a)의 제조방법은 도면에 도시되지는 않았으나, 음향 임피던스 정합을 위한 정합층(270) 상에 제2 도전성 부재(260)를 형성하고, 제2 도전성 부재(260) 상에 2차원 형상으로 배열된 복수개의 압전체(230)를 형성할 수 있다. 복수개의 압전체(230)가 정합층(270) 상에 접합된 후 복수개의 압전체(230) 상에 제1 도전성 부재(250)를 형성하고, 제1 도전성 부재(250) 상에 도전막을 구비하는 유연기판(220)을 형성할 수 있다. 이후에 유연기판(220) 상에 흡음을 위한 흡음층(240)을 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 의한 압전 구동형 초음파 탐촉부(200, 200a)는 유연한 고분자 기판 상에 2차원 배열로서 정렬되어 있으며, 유연기판에는 압전 구동형 초음파 탐촉부(200, 200a)의 제1 전극과 제2 전극을 전기 도전성 연결을 제공하기 위하여 정합층 혹은 흡음층 역할의 도전막을 포함한다. 유연기판의 하부에는 압전 구동형 초음파 탐촉부(200, 200a)를 통과한 음향신호를 흡수하기 위한 흡음층(backing layer)이 배치된다. 압전 구동형 초음파 탐촉부(200, 200a)의 제어를 위하여, 유연기판이 주문형 반도체(2ASIC) 상에 배치될 수 있으며, 2차원 배열의 압전 구동형 초음파 탐촉부(200, 200a)를 특정한 곡률을 갖도록 배치할 수 있다.

즉, 압전 구동형 초음파 탐촉부(200, 200a)는 별도로 복수개의 정합층의 접합없이 고성능의 초음파 탐촉자로서 구현이 가능하다. 진동자의 전기적 배선을 포함한 고분자 유연기판은 음향 임피던스가 정합층으로 사용하는 소재와 유사하며, 진동자의 전극과 고분자 유연기판의 배선간 전기 접속에 사용되는 이방성 전도성 접착 필름은 도전성 분말을 포함하고 있기 때문에 종래의 고분자 보다 큰 음향 임피던스를 가질 수 있다. 이때, 도전성 분말의 종류 및 밀도에 따라 음향 임피던스의 조절이 가능하다.

한편, 상기 이방성 전도성 접착필름의 유무에 따른 음향(acoustic) 측정 결과로 부터, 상기 이방성 전도성 접착필름이 있기 전과 후의 초음파의 지연 시간을 측정하여 계산하면, 제작된 상기 이방성 전도성 접착필름에서 소리의 속력은 1785.78m/s 으로 측정된다. 다음으로 상기 이방성 전도성 접착필름의 밀도는 제작과정에서 알 수 있으므로, 상기 이방성 전도성 접착필름 안에서의 소리의 속력과 상기 이방성 전도성 접착필름의 밀도를 곱하면 약 4 M Ralys의 음향 임피던스(acoustic impedance; (2Z=ρc, Z: acoustic impedance, ρ: volumetric mass density, c: speed of sound))를 가지는 것을 확인할 수 있어 종래의 음파 정합용 소재와 음향 임피던스가 유사함을 확인할 수 있다. 음향 임피던스는 상기 이방성 전도성 접착필름에 포함된 도전성 분말의 종류, 양으로 설정 가능하다.

또한, 본 발명의 압전 구동형 초음파 탐촉부(200, 200a)는 반도체 공정을 통한 생산성이 용이하다. 상기 반도체 공정의 유연 공정을 통해 제작된 고분자 기판 상에 압전 진동자를 접속시킨 후 가공을 통해 1차원 이상의 배열을 가지는 압전 구동형 초음파 탐촉부(200, 200a)를 구현할 수 있으며, 제작된 어레이 상부에 전기 전도성을 갖는 흡음층을 접속한 후 기판에서 분리하면 압전 구동형 초음파 탐촉부(200, 200a)가 형성되므로 제조가 용이한 장점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10, 10a : 하이브리드 초음파 탐촉자,
100 : 정전 구동형 초음파 탐촉부, 110 : 기판,
120 : 하부 전극층, 130 : 절연층,
140 : 멤브레인층, 150 : 상부 전극층,
160 : 배선층, 180: 관통 홀, 190 : 캐비티,
200, 200a : 압전 구동형 초음파 탐촉부,
210 : 캐리어 기판, 220 : 유연기판,
222 : 고분자 기판, 224 : 제1 도전막,
226 : 제2 도전막, 230 : 압전체,
232 : 압전부재, 234 : 홈,
240 : 흡음층, 250 : 제1 도전성 부재,
252 : 제1 고분자 수지, 253 : 제1 도전성 분말,
254 : 제2 도전성 분말, 260 : 제2 도전성 부재,
262 : 제2 고분자 수지, 264 : 제3 도전성 분말,
270, 300 : 정합층,

Claims (20)

1. 기판;
   상기 기판의 제1 영역 상에 배치된 정전 구동형 초음파 탐촉부;
   상기 기판의 제2 영역 상에 배치된 압전 구동형 초음파 탐촉부; 및
   상기 정전 구동형 초음파 탐촉부와 상기 압전 구동형 초음파 탐촉부에 공통으로 연결된 배선층;을 포함하고,
   상기 압전 구동형 초음파 탐촉부는,
   소정의 두께를 갖는 흡음층;
   상기 흡음층 상에 2차원 형상으로 배열된 복수개의 압전체;
   상기 복수개의 압전체 상에 형성되며, 도전막을 구비하는 유연기판; 및
   상기 유연기판 상에 형성된 정합층;
   을 포함하고,
   상기 복수개의 압전체 및 상기 유연기판을 접합하며, 상기 압전 구동형 초음파 탐촉부의 임피던스 정합을 위한 음향 임피던스로 설정된 제1 도전성 부재; 및
   상기 흡음층과 상기 복수개의 압전체를 접합하고, 전도성을 가지며, 흡음을 위한 음향 임피던스 및 손실 값을 갖는 제2 도전성 부재;를 더 포함하는,
   하이브리드 초음파 탐촉자.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 압전 구동형 초음파 탐촉부는 중앙에 위치하고,
   상기 정전 구동형 초음파 탐촉부는 상기 압전 구동형 초음파 탐촉부를 둘러싸서 위치하는,
   하이브리드 초음파 탐촉자.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 정전 구동형 초음파 탐촉부는 중앙으로부터 외측으로 방사형으로 복수 개가 배치되고,
   상기 압전 구동형 초음파 탐촉부는 중앙에 복수 개가 배치된,
   하이브리드 초음파 탐촉자.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 정전 구동형 초음파 탐촉부는,
   상기 기판 상에 위치하는 하부 전극층;
   상기 하부 전극층 상에 위치하고, 하나 또는 그 이상의 캐비티를 구비하는 절연층;
   상기 절연층 상에 위치하고, 상기 하나 또는 그 이상의 캐비티를 덮는 멤브레인층; 및
   상기 멤브레인층 상에 위치하고, 상기 배선층의 하측에 배치된 상부 전극층;을 포함하는,
   하이브리드 초음파 탐촉자.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 하부 전극층, 상기 상부 전극층, 또는 이들 모두는 도전성 실리콘을 포함하는,
   하이브리드 초음파 탐촉자.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 멤브레인층은 실리콘, 산화물, 또는 질화물을 포함하는,
   하이브리드 초음파 탐촉자.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 멤브레인층과 상기 상부 전극층은 일체형으로 구성된,
   하이브리드 초음파 탐촉자.
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 하부 전극층, 상기 절연층, 및 상기 멤브레인층에 의하여 둘러싸인 상기 하나 또는 그 이상의 캐비티를 이용하여, 정전 구동형 초음파의 동작을 수행하는,
   하이브리드 초음파 탐촉자.
9. 삭제
10. 기판;
    상기 기판의 제1 영역 상에 배치된 정전 구동형 초음파 탐촉부;
    상기 기판의 제2 영역 상에 배치된 압전 구동형 초음파 탐촉부; 및
    상기 정전 구동형 초음파 탐촉부와 상기 압전 구동형 초음파 탐촉부에 공통으로 연결된 배선층;을 포함하고,
    상기 압전 구동형 초음파 탐촉부는,
    소정의 두께를 갖는 흡음층;
    상기 흡음층 상에 적층되고, 도전막을 구비하는 유연기판;
    상기 유연기판 상에 2차원 형상으로 배열된 복수개의 압전체; 및
    상기 복수개의 압전체 상에 형성된 정합층;
    을 포함하고,
    상기 복수개의 압전체 및 상기 유연기판을 접합하며, 상기 압전 구동형 초음파 탐촉부의 흡음을 위한 음향 임피던스 및 손실을 갖는 제1 도전성 부재; 및
    상기 정합층과 상기 복수개의 압전체를 접합하고, 전도성을 가지며, 음향 임피던스 정합을 위한 임피던스를 갖는 제2 도전성 부재;를 더 포함하는,
    하이브리드 초음파 탐촉자.
11. 제 1 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 정합층은 나방눈 구조를 가지는 실리콘 구조물로 구성된,
    하이브리드 초음파 탐촉자.
12. 제 1 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 도전성 부재는 상기 흡음층의 상부면을 기준으로 수직한 방향으로 전도성을 가지며, 고분자 수지 내에 도전성 분말을 함유함으로써 상기 도전성 분말의 종류 및 밀도에 따라 상기 음향 임피던스 값의 크기를 제어하고,
    상기 제2 도전성 부재는 전도성을 가지며, 고분자 수지 내에 도전성 분말을 함유함으로써 상기 도전성 분말의 종류 및 밀도에 따라 상기 음향 임피던스 값 및 음향 손실의 크기를 제어하는,
    하이브리드 초음파 탐촉자.
13. 제 1 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 도전성 부재, 상기 제2 도전성 부재 또는 이들 모두는, 텅스텐, 니켈, 크롬, 구리, 주석, 은 및 금 중 적어도 하나 이상의 금속을 포함하거나, 또는 탄소, 은(Ag) 나노입자 및 나노 와이어 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    하이브리드 초음파 탐촉자.
14. 제 1 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 유연기판의 적어도 어느 일부는 소정의 곡률을 갖도록 배치할 수 있는,
    하이브리드 초음파 탐촉자.
15. 제 1 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 흡음층은 전도성 블록 또는 공기층을 포함하는,
    하이브리드 초음파 탐촉자.
16. 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 상에 하부 전극층을 형성하는 단계;
    상기 하부 전극층 상에 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층의 일부 영역을 제거하여 하나 또는 그 이상의 캐비티를 형성하는 단계;
    상기 하나 또는 그 이상의 캐비티를 덮도록 상기 절연층 상에 멤브레인층을 형성하는 단계;
    상기 멤브레인층 상에 상부 전극층을 형성하는 단계;
    상기 하부 전극층, 상기 절연층, 상기 멤브레인층, 및 상기 상부 전극층의 일부 영역을 제거하여 관통 홀을 형성하는 단계;
    상기 관통 홀 내에 압전 구동형 초음파 탐촉부를 탑재하는 단계; 및
    상기 압전 구동형 초음파 탐촉부 및 상기 상부 전극층 상에 배선층을 형성하는 단계;를 포함하는,
    하이브리드 초음파 탐촉자의 제조 방법.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 압전 구동형 초음파 탐촉부를 탑재하는 단계는,
    캐리어 기판 상에 도전막을 구비하는 유연기판을 형성하는 단계;
    상기 유연기판 상에 제1 도전성 부재를 형성하는 단계;
    상기 제1 도전성 부재 상에 2차원 형상으로 배열된 복수개의 압전체를 형성하는 단계;
    상기 복수개의 압전체 상에 제2 도전성 부재를 형성하는 단계; 및
    상기 캐리어 기판 및 상기 유연기판을 분리하는 단계;
    를 포함하여 상기 압전 구동형 초음파 탐촉부를 형성하고,
    상기 제1 도전성 부재는 상기 복수개의 압전체와 상기 유연기판 사이에서 수직방향의 전도성과 흡음을 위한 음향 임피던스 및 손실을 갖고,
    상기 제2 도전성 부재는 상기 복수개의 압전체의 전극과 상기 유연기판의 전기전도성을 위해서 전도성을 갖고, 상기 초음파 탐촉자의 임피던스 정합을 위한 음향 임피던스를 갖는,
    하이브리드 초음파 탐촉자의 제조방법.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 캐리어 기판 및 상기 유연기판을 분리하는 단계; 이후에,
    상기 복수개의 압전체 상에 음향 임피던스 정합을 위한 정합층 및 흡음을 위한 흡음층을 형성하는 단계를 포함하는,
    하이브리드 초음파 탐촉자의 제조방법.
19. 제 17 항에 있어서,
    상기 캐리어 기판 및 상기 유연기판을 분리하는 단계; 이후에, 상기 유연기판의 적어도 어느 일부는 소정의 곡률을 갖도록 배치하는 단계를 포함하는,
    하이브리드 초음파 탐촉자의 제조방법.
20. 제 17 항에 있어서,
    상기 캐리어 기판 및 상기 유연기판을 분리하는 단계;는,
    유연 필름을 이용하여 테이프 라미네이터(tape laminator)로 상기 캐리어 기판 및 상기 유연기판을 서로 점착하는 단계; 및
    상기 유연 필름에 자외선을 조사하거나 또는 열을 가하여 상기 유연 필름의 점착력을 약화시켜 상기 캐리어 기판과 상기 유연기판을 분리하는 단계;를 포함하는,
    하이브리드 초음파 탐촉자의 제조방법.

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