KR19990078789A - 플라즈마 에칭을 이용한 의료용 초음파 탐촉자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 의료용 초음파 진단기기에 사용되는 초음파 탐촉자(Ultrasonic- probe)의 개량에 관한 것으로, 진동자(압전 세라믹)의 표면에 플라즈마 에칭 (Plasma Etching)으로 표면 처리하여 접합력을 크게 향상시킴으로써 기존의 일반 몰딩(Molding)방식이나 단순 접착방식에 의한 제품에 비하여 각 부분간의 결합력이 크게 향상되어 제품의 특성 및 내구성 측면에서 우수한 성능을 얻을 수 있도록 한 것이다.

즉, 적정 진공도와 압력을 가지는 챔버 내에 초음파 진동자(압전 세라믹)를 넣고, 미리 정해놓은 시간 동안 아르곤(Ar) 가스와 고주파 전원(RF Power)을 이용하여 플라즈마 방전시키면 초음파 진동자의 표면이 플라즈마 방전에 의한 에칭 처리로 접착력을 크게 향상시키도록 함으로써 제품의 성능에는 영향을 미치지 않으면서 감도와 접합력이 우수하고 내구성이 뛰어난 제품을 얻을 수 있도록 한 것이다.

Description

플라즈마 에칭을 이용한 의료용 초음파 탐촉자{Medical ultrasonic probe by using plasma etching}

본 발명은 의료용 초음파 진단기기에 사용되는 초음파 탐촉자(Ultrasonic- probe)의 개량에 관한 것으로, 상세하게는 초음파 진동자(압전 세라믹)의 표면 또는 표면과 이면에 플라즈마 에칭(Plasma Etching)으로 표면 처리하여 접합력을 크게 향상시키도록 함으로써 기존의 일반 몰딩(Molding)방식에 의한 제품이나 단순 접착방식에 의한 제품에 비하여 각 부분간의 결합력이 크게 향상되어 제품의 특성 및 내구성 측면에서 우수한 성능을 얻을 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 사용되는 초음파 진단용 초음파 탐촉자(2)는 도 1ㆍ도 2와 같이 인체에 접촉하여 초음파를 집속하고 초음파 탐촉자(2)를 보호하는 렌즈(Lens)(4)와, 피부와 음향 임피던스 매칭(정합)시켜 전체 임피던스를 점차적으로 감소시킴으로써 초음파 반사율을 증가시키고 효율을 향상시키는 정합층(Matching Layer) (6)(8)과, 초음파를 발생시켜 인체로 내보내고 인체로부터 반사되는 초음파를 수신하는 압전 세라믹(Piezo-ceramic)등으로 구성되는 초음파 진동자(10)와, 초음파 진동자(10)의 공명으로 발생되는 초음파 중 진동자(10)의 후방으로 방출되는 불요성 초음파를 흡수하는 흡음층(Backing layer)(12)과, 흡음층(12)의 상부에 설치되는 각 엘리멘트(element)의 신호 입ㆍ출력을 담당하는 프린트기판(P.C.B)(14)과, 이들 전체를 감싸 보호하는 케이스(16)로 크게 구성된다.

이 중에서 정합층(6)(8)과 초음파 진동자(10) 그리고 초음파 진동자와 같은 흡음층을 접합(접착)하는 공정은 제품의 특성 및 성능에 큰 영향을 미치는 중요한 공정이므로 제품의 내구성과도 많은 연관성이 있다

한편, 종래 초음파 탐촉자의 제작방법으로는 크게 일반 몰딩(molding) 방법과 단순 접착방법의 두 가지로 나눌 수 있는데, 기존의 이 두 가지 방법들 모두 제품의 특성에 영향을 미치지 않으면서 결합력 향상에 의한 접합력의 증가를 통해 제품의 내구성을 만족시키는 두 가지 조건을 함께 충족시키지 못하는 문제점이 있다. 즉, 접착력을 향상시키면 특성 및 감도가 저하되고, 반대로 특성을 유지하려면 접착력 약화에 따른 제품의 내구성이 약해지는 문제점이 있다.

또한, 기존 에폭시 수지로 초음파 진동자를 정합층이나 흡음층에 접합시켰을 때 쉽게 떨어지는 문제점이 있을 뿐 아니라, 에폭시 경화시간이 약 20~30분이나 소요되어 생산성(수율)이 떨어지는 등의 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 문제점을 해결하기 위하여 의료용 초음파 진단기기에 사용되는 초음파 탐촉자(Ultrasonic- probe)의 초음파 진동자 표면을 저온 플라즈마로 에칭(Plasma Etching)처리한 다음 정합층과 흡음층을 접합시키도록 함으로써 제품의 특성이나 감도에 영향을 미치지 않으면서 접합력(결합력)을 크게 증가시켜 제품의 내구성을 만족시키는 두 가지 조건을 함께 충족할 수 있게 함을 목적으로 한다.

일반적으로 플라즈마란 양전하(+)를 가진 이온과 음전하(-)를 가진 전자를 통칭하는 말로서, 이들이 서로 혼재해 있으면서 음(-)과 양(+)의 전하 수가 같아서 중성을 띠고 있는 기체상태를 말하는데, 본 발명에서는 기체상태의 아르곤(Ar)과 질소(N₂)를 이용하여 초음파 진동자(압전 세라믹)를 플라즈마로 에칭 처리하여 특성에 영향을 미치지 아니하면서 내구성을 반영구적으로 향상시키게 된다.

도 1 : 일반적인 의료용 초음파 탐촉자의 외관 사시도.

도 2 : 본 발명 초음파 탐촉자의 단면 구성도.

도 3 : 본 발명의 결합상태 사시도.

도 4 : 조립 완성된 본 발명 초음파 탐촉자의 외관 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(2)--초음파 탐촉자 (4)--렌즈

(6)--1차 정합층 (8)--2차 정합층

(10)--초음파 진동자(압전 세라믹) (12)--흡음층

(14)--프린트 기판 (16)--케이스

이하, 본 발명 의료용 초음파 탐촉자(Ultrasonic-probe)의 바람직한 기술구성 및 작용관계를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다.

먼저, 본 발명의 공정 순서를 살펴보면 하향 만곡된 초음파 진동자(10)와 2차 정합층(8)을 결합시키기 위해 300mTorr의 진공도로 2분 내지 5분 동안 플라즈마 방전으로 에칭 처리하게 되며, 이 때 플라즈마 방전을 위하여 약 30watt, 13㎒ 전ㆍ후의 고주파 전원(RF Power)이 사용된다.

본 발명에서 사용되는 기체로는 고순도 아르곤(Ar)와 질소(N₂)가 있는데, 이 중 아르곤(Ar)은 플라즈마 방전 및 에칭용으로 사용하게되며, 질소(N₂)는 플라즈마 처리 후 챔버와 초음파 진동자(10)의 정화 및 벤팅에 사용된다.

즉, 아르곤(Ar) 가스와 고주파 전력(RF Power)에 의해 발생되는 저온 플라즈마로 초음파 진동자(10)의 표면을 에칭 처리하고 초음파 진동자(10)의 표면 처리되면 챔버로부터 끄집어내게 된다.

챔버로부터 끄집어 낸 초음파 진동자(10)는 30분 내지 1시간 이내에 에폭시 접합제로 2차 정합층(8)과 결합시키면 결합력이 향상된 상태의 초음파 탐촉자(2)가 만들어진다.

다음으로 2차 정합층(6)과 렌즈(4)의 접착은 종래와 같은 조건과 공정하에서 작업을 진행함으로서 결과적으로 성능에 영향을 미치지 않으면서도 접착력이 우수하고 내구성이 뛰어난 제품을 얻을 수 있다. 미 설명 부호 (18)은 몰딩재, (20)은 결합홈이다.

이하, 본 발명의 공정을 순차적으로 정리하면 다음과 같다.

1. 적당한 크기의 웨이퍼와 같은 류의 받침판 위에 복수 개(약 6∼8 정도)의 세라믹을 올려 챔버 내로 들여보낸다.

2. 챔버를 닫아 기밀을 유지한 다음 진공펌프를 이용하여 챔버의 진공도를 150mTorr까지 낮춘다.

3. 아르곤(Ar)가스를 챔버 내로 주입시켜 진공도가 약 300mTorr로 유지되면 약 30watt, 13㎒ 전ㆍ후의 고주파 전원(RF Power)을 인가시켜 플라즈마 방전시키면 초음파 진동자의 표면이 에칭 처리된다.

4. 약 2분 내지 5분간 플라즈마 방전시키도록 한다.

5. 플라즈마 방전이 끝나면 질소(N₂)를 약 1초간 챔버 내로 주입시켜 챔버와 초음파 진동자의 표면에 뭍은 아르곤 가스를 제거 정화시킨다.

6. 다시 질소(N₂)를 20∼30초간 챔버 내로 주입시켜 챔버 내의 압력을 대기압 상태로 맞춘 후 초음파 진동자(10)가 얹혀진 웨이퍼를 챔버 바깥으로 끄집어낸다.

7. 플라즈마 에칭된 초음파 진동자(10)를 에폭시 접합제 등을 이용하여 1ㆍ2차 정합층(6)(8)과 흡음층(12) 및 렌즈(4)를 접합시키고 프린트 기판(14)을 설치한 다음 케이스(16)에 수납 설치하여 신호선을 전기적으로 연결하면 초음파 진단용 초음파 탐촉자(2)가 완성되며, 완성된 초음파 탐촉자(2)는 품질검사 과정을 거쳐 제품을 출하하게 된다.

본 발명에서 플라즈마 에칭을 할 때 초음파 진동자(10)가 얹히는 받침수단은 금속판으로 할 수도 있으나 웨이프와 같이 무게가 가볍고 강도가 높은 재질로 된 판재를 사용함이 바람직하다.

또한, 플라즈마 방전시간은 3분 이상으로 하더라도 에칭효과가 거의 증가하지 아니하므로 본 발명에서는 약 2분 내지 5분간 플라즈마 방전시키도록 한다.

또한, 방전공간이 형성되고 진공이 유지되는 챔버는 알루미늄이나 석영재질로 구성할 수 있을 것이다.

본 발명에서 초음파 진동자(10)를 플라즈마로 에칭 처리할 때 100℃ 이상의 고온으로 처리하면 초음파 진동자(10)에 형성된 양(+)전극과 음(-)전극이 풀어져 없어지므로 본 발명에서는 플라즈마의 방전온도를 100℃ 미만으로 처리하되 바람직하기로는 30℃~35℃의 저온으로 처리하여 양(+)전극과 음(-)전극이 풀어져 없어지는 현상을 방지하도록 한다.

본 발명에서 초음파 진동자(10)를 플라즈마 방전으로 에칭 처리하면 초음파 진동자(10)의 입자 알갱이보다 휠씬 작은 크기의 아르곤 입자 알갱이들이 초음파 진동자(10)의 표면에 충돌하면서 굴곡을 만들어 초음파 진동자(10)의 표면적을 약 3배 정도 확장시키므로 접합력과 흡수력이 크게 증가된다.

실제로 초음파 진동자의 표면에 잉크 방울을 떨어 뜨려보면 플라즈마로 에칭 처리된 초음파 진동자(10)의 경우 잉크가 초음파 진동자(10)의 표면에 동글동글 맺혀 있으며, 플라즈마로 에칭 처리되지 아니한 초음파 진동자의 표면으로 떨어지는 잉크는 퍼지면서 확장면적이 3배정도로 커지므로 접합력과 흡수력이 크게 떨어짐을 알 수 있다.

한편, 본 발명에서 플라즈마 방전으로 초음파 진동자(10)를 에칭 처리할 때, 아르곤 가스 대신 산소를 사용할 수 있으나 에칭효과가 떨어져 미미하므로 아르곤 가스를 사용함이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 플라즈마로 에칭된 초음파 진동자(10)가 30분 내지 1시간 이상 경과하면 에칭효과와 접합력이 떨어지므로 플라즈마 에칭된 초음파 진동자(10)를 30분 이내에 접합함이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명은 초음파 진동자와 1차 정합층, 그리고 2차 정합층과 렌즈 사이에 플라즈마 에칭(Plasma Etching)기술을 이용하여 표면을 플라즈마로 에칭 처리한 후 각각 접합(접착)시킴으로서 기존의 일반 몰딩(Molding)방식에 의한 접합제품이나 단순 접착방식에 의한 제품에 비하여 각 부분간의 결합력이 향상될 수 있어서 결과적으로 성능에 영향을 미치지 않으면서 접착력이 우수하고 내구성이 뛰어난 제품을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 의료용 초음파 진단기기에 사용되는 초음파 탐촉자에 있어서, 초음파 진동자(10)를 저온 플라즈마로 에칭 처리하도록 함을 특징으로 하는 플라즈마 에칭을 이용한 의료용 초음파 탐촉자.
2. 제 1 항에 있어서, 의료용 초음파 진단기기에 사용되는 초음파 탐촉자에 있어서, 초음파 진동자(10)를 저온 플라즈마로 에칭 처리한 다음 그 상ㆍ하부면에 정합층과 흡음층을 접합제(접착제)로 접합(접착)하도록 함을 특징으로 하는 플라즈마 에칭을 이용한 의료용 초음파 탐촉자.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 받침수단 위에 복수 개의 초음파 진동자(10)를 얹은 다음 챔버로 투입시켜 150mTorr까지 진공도를 낮춘 후 아르곤 (Ar)가스를 챔버 내로 주입시켜 진공도가 약 300mTorr로 유지되면 고주파 전원을 인가하여 저온 플라즈마 방전시키고, 플라즈마 방전에 의해 초음파 진동자가 에칭 처리되면 질소(N₂)를 약 1초간 챔버 내로 주입시켜 정화시키고, 정화가 끝나면 다시 질소(N₂)를 20∼30초간 챔버 내로 주입시켜 챔버의 압력을 대기압으로 맞춘 후 초음파 진동자(10)를 끄집어내 그 상ㆍ하부면에 정합층과 흡음층을 접합제(접착제) 접합(접착)하도록 함을 특징으로 하는 플라즈마 에칭을 이용한 의료용 초음파 탐촉자.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 30℃~50℃의 저온 플라즈마를 2분 내지 5분간 방전시켜 초음파 진동자(10)를 에칭하도록 함을 특징으로 하는 플라즈마 에칭을 이용한 의료용 초음파 탐촉자.