KR20000069886A

KR20000069886A - 음향 프로브의 제조 방법

Info

Publication number: KR20000069886A
Application number: KR1019997006079A
Authority: KR
Inventors: 장마르끄 뷰로우; 프랑소와 베르나르
Original assignee: 트뤼옹-벵-똥 엠.쎄.; 톰슨-씨에스에프
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1998-11-05
Publication date: 2000-11-25
Also published as: JP2001509901A; FR2770932B1; WO1999024175A1; US6729001B2; EP0951366A1; CN1177654C; CN1243461A; US20020129477A1; FR2770932A1

Abstract

본 발명은 다중 소자를 지니는 음향 프로브의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법은 적어도 하나의 면 상에 전도 트랙을 가지는 탄성회로를 사용하는 단계와, 이 회로를 압전체(금속피막을 가지는)에 접속하는 단계와, 상기 금속피막을 어드레스하기 위해 탄성회로를 통하는 바이어를 형성하는 단계와, 바이어 내에 전기적 접속을 형성하는 단계를 포함한다.

적용분야 : 초음파 진단용 프로브

Description

음향 프로브의 제조 방법{METHOD FOR MAKING A SONOPROBE}

2차원 초음파 진단용 프로브에 관한 공지의 결합 기술 중에는, 금속을 입힌 압전(piezoelectric) 세라믹에 적층되는 얇은 중합체 막의 사용을 제안하는 공정이프랑스 출원공개 제2,702,309호에 설명되어 있다.

이 선행기술에 의하면, 바이어(via)는 연결하고자 하는 개별 변환기의 위치에서 박막 내에 집합적으로 가공된다. 연결부는 막 위로 증착된 금속층 내부 및 바이어 내부의 에칭된 라인에 의해 형성된다.

이들 라인은 세라믹 내부 및 그 외주 상에 형성되고, 평평한 연결 수단은 따라서 세라믹 표면에 사용되고, 점유 공간을 최소화하기 위해 세라믹 에지 위로 구부러질 수 있는 탄성 연결 수단에 의해 연장된다.

이러한 공정은 때때로 복잡한 기하학적 형상(구부러진 작은 사이즈의 프로브)에 일치될 수 있는 음향적으로 분리된 연결 수단을 형성할 수 있게 한다. 그럼에도 불구하고, 미세 공간을 갖는 미세 트랙을 형성하는 과정은 공정 종료(end-of-process) 제조에 의해 수행되고, 따라서 높은 첨가값을 가지고 탄성부(플랙스)와 강성부(세라믹) 사이의 천이부에서 임계적인 트랙-에칭 영역을 가진다.

본 발명은 큰 사이즈의 변환기 블록으로부터 절삭에 의해 형성되는 일련의 발신 및 수신 요소를 포함하는 음향 프로브(probe)의 제조 방법에 관한 것이다. 현재 이러한 프로브는 특히 초음파 진단과 같은 응용분야에 사용되고 있다.

더욱 특정하게는, 본 발명은 변환기 소자와 이에 연결되는 전자 장치 사이에 형성되는 전기적 결합을 가능하게 하는 수단에 관한 것이다. 특히 2차원 배열로 배치된 다수의 요소를 가진 변환기의 제조를 용이하게 한다.

도1은 본 발명의 음향 프로브에 사용되는 탄성회로로서, 아랫면에 전도 트랙을 포함하는 탄성 회로의 제1 실시예이다.

도2a 내지 2f는 도1의 탄성 회로를 사용하는, 본 발명의 제조 공정의 한 예에 대한 다양한 단계를 도시한다.

도3a와 도3b는 본 발명의 공정에 사용되는 바이어 내부에서 전기적 접속을 연결하는 방식의 제1 실시예이다.

도4a 내지 도4d는 본 발명의 공정에 사용되는 바이어 내부에서 전기적 접속을 연결하는 방식의 제2 실시예이다.

도5는 압전 요소의 7개의 스트립이 4개의 경로와 결합된 구조를 도시한다.

도6은 본 발명의 음향 프로브에 사용되는 탄성회로로서, 윗면에 전도 트랙을 포함하는 탄성 회로의 제2 실시예이다.

도7a 내지 도7d는 도6의 탄성 회로를 사용하는, 본 발명의 제조 공정의 한 예에 대한 다양한 단계를 도시한다.

도8a 내지 8d는 압전 소자의 5개의 스트립이 3개의 경로와 결합된 구조를 도시한다.

이러한 결점을 보완하기 위하여, 본 발명의 공정은 프로브의 작동 소자에 조립되기 전에 연결 라인이 형성되는 유전성-막 형태의 회로를 사용하는 결합 기술을 제안한다. 이후 설명되다시피, 이 회로는 양면상에 결합 라인을 포함하는 이점을 가진다.

더욱 특정하게는, 본 발명의 요지는 개별 변환기와 관련된 금속피막(metallizations)을 포함하는 압전체 플레이트 내에 형성되는 연결회로 및 개별 변환기를 포함하는 음향 프로브의 제조 공정이며, 이 공정은 다음의 단계를 포함하는 특징을 가진다:

-유전막(11, 21, 31)의 적어도 한 면 상에 전도 트랙을 형성하는 단계;

-유전 접착 층(12, 22, 32)을 사용하여, 금속 피막을 포함하는 압전체 층(13, 23, 33)에 전도 트랙을 가진 상기 유전막을 부착하는 단계;

-한쪽은 전도 트랙 상에 노출되는 동시에 다른 한쪽은 연결된 금속 피막 상에 노출되는 바이어를 형성하도록 적당한 정위 공정(localization process)에 의해 유전막(11, 21, 31)과 유전 접착 층(12, 22, 32)을 통과하는 바이어를 형성하는 단계;

-전도 트랙(PI, PI₁,PI₂)과 연결 압전체(mi)의 금속 피막 사이에 전기적 접속을 형성하는 단계.

발명의 제1실시예에서, 적당한 정위 공정은 애블레이션(ablation) 레이저의 집속에 의할 수 있다.

발명의 제2실시예에서, 적당한 정위 공정은 마스크의 사용을 포함할 수 있다.

발명의 한 실시예에서, 전도 트랙은 유전막의 아랫면에 형성되고, 접착층은 이 아랫면 및 압전체 층과 접한다. 이 실시예에서 금속 마스크는 바이어를 에칭하는 다음 단계를 위해 유리하게는 유전막 표면 상에 형성될 수 있다.

또한 독립적인 기계적 마스크를 사용할 수도 있다.

일반적으로, 전도 트랙 및 연결된 압전체의 금속 피막 사이의 전기적 접속은 전도체의 국부 증착에 의해 이루어지는 데, 이 전도체는 마스킹에 의해 에칭된 금속층이거나 전도성 수지일 수 있다.

발명의 한 실시예에서, 전도 트랙 및 연결된 압전체의 금속 피막 사이의 전기적 접속은 금속 피막층 또는 마스킹 수지층을 연속적으로 증착함으로써 형성되고, 이후 바이어 내부에만 금속 피막층을 남겨두기 위해 에칭을 한다.

발명의 또다른 실시예에서, 유전막의 윗면은 금속 트랙을 포함한다. 이 경우, 에칭은 유리하게는 전도 트랙을 포함하는 윗면을 수지로 덮은 후에 기계적 마스크를 통해 수행된다. 바이어가 에칭된 후, 전도 트랙 및 연결된 압전체의 금속 피막 사이의 전기적 접속을 형성하는 단계는 금속 층을 증착한 다음에, 바이어의 바닥부에만 전도층을 남겨두는 에칭을 함으로써 실시되는 데, 이는 이하에서 설명하게 될 것이다.

전기적 접속은, 금속 피막층을 증착하고 그후 이 층을 에칭함으로써 이루어질 수도 있으나, 일반적으로는 바이어 내부를 전도 수지로 채움으로써 이루어진다.

본 발명은, 이하에서 제한없이 첨부 도면에 의해 주어질 설명에 의해, 더욱 명확하게 이해되고 또다른 장점들이 드러나게 될 것이다.

일반적으로, 본 발명의 공정은 연결 회로를 형성할 유전막 위에 전도 트랙을 형성하는 과정을 우선 포함한다. 유리하게는, 이것은 폴리이미드 막 형태의 중합체로 이루어진 탄성막일 수 있다.

공정의 제1 실시예에서, 탄성 회로(11)는 아랫면이라 불리우는 한면에는 도1a의 레벨1에 대응하는 결합 트랙 PI(예를 들어 금도금을 한 구리로 된)를 포함하고, 윗면이라 불리우는 다른 한면에는 금속판(예를 들어 구리로 된;14)을 포함하는 데, 이 금속판에는 개구부가 형성되고, 이 개구부는 유전막의 선택적인 장착을 위한 것이며 도1의 레벨2에 대응된다. 도1a에서 레벨1과 레벨2의 중첩은 동일한 전도 트랙(PI) 위에 중첩되는 다수의 개구부(OI)가 형성되는 것을 의도적으로 도시한다. 이것은 전기적 접속을 연결하는 데 보다 높은 신뢰도를 제공하고, 음향 임피던스가 탄성 회로를 이루는 유전막에 형성된 바이어의 수에 따라 조정될 수 있게 한다.

전도 트랙(PI)을 가진 탄성 회로(13)는 압전체(13)의 금속 피막층으로 얇은 조각으로 씌워진다. 전형적으로 이것은, 톱형 절삭부(T₁)가 미리 형성되어 이 톱형 절삭부가 금속 피막(Mi)을 격리하고 따라서 압전 소자가 분리되도록 하는, 금속 피막을 입힌 PZT 압전 플레이트로 형성된다. 도2a는 이런 목적으로 압전 플레이트의 상단부에 배치된 탄성 회로를 도시한다. 명확성을 기하기 위해, 금속 플레이트는 전도 트랙(PI)을 드러내기 위해 도2a에는 도시되어 있지 않다.

다음에, 바이어가 연결하고자 하는 각 압전 소자 위에서 유전막에 기계 가공된다. 이러한 기계 가공은 레이저 애블레이션 또는 반응성 이온 에칭에 의하여 탄성 회로 상에 제공되는 마스크를 통해 수행된다. 따라서, 도2b에 도시된 바와 같이, 전도 트랙과 변환기의 금속 피막의 연결하고자 하는 부분이 각각의 바이어의 바닥부에서 노출된다.

금속 마스킹 판을 대신하여 기계적 마스크가 상기 조립체 위에 배치되어 사용될 수 있다는 점에도 유의해야 한다.

바이어가 형성된 이후에는, 바이어 내에 전기적 접속을 연결하는 단계가 수행된다.

이 단계는 여러 방법으로 수행될 수 있지만, 특히 이하에서 설명될 두 가지 방법에 의한다.

첫번째 방법에 의하면, 접속은 열경화성 전도성 수지를 사용하여 직접적으로 연결된다. 유전막(11)과 압전 소자의 금속 피막은 연결지점 위로 저장부를 형성한다. 따라서 전도 수지(17)의 증착은 프로브의 표면을 긁어냄으로써 간단하게 자동적으로 배치될 수 있다(도1의 AA 방향의 횡단면도인 도3a를 보라).

다음에 선택적으로 상기 층(14)의 금속을 선택 에칭함으로써, 표면 상의 열경화성 전도성 수지가 제거되어, 연결 패드가 격리될 수 있다(도3b).

두번째 방법에 의하면, 접속은 금속층(15)을 사용하는 집합적 금속화에 의하여 연결된다(도4a). 바이어의 바닥에 배치되는 금속은 전도 트랙과 바이어의 바닥의 금속 피막 사이에 전기적 접속을 연결한다. 다음에 마스킹 수지(16)가 배치되어, 포토리소그래피 공정에 의해 금속층(15)을 선택적으로 에칭하고 각 바이어를 격리하기 위한 수지 마스크를 형성할 수 있게 한다(도4b).

그후 포토리소그라피법에 의해 각 바이어의 바닥부에 보호층은 여전히 남겨두면서 그 표면은 제거할 수 있다(도4c).

그후 금속층(15)은 도4d에 도시된 바와 같이 에칭되고, 전도 트랙과 연결 압전 소자의 금속 피막 사이에 전기적 접속을 연결한다.

도2c는 전기적 접속이 전도 수지의 패드(17)에 의해 구비되는 배열을 도시한다.

변환기 소자를 분리하기 위해, 톱형 절삭부(Ti)는 유리하게는 도1에 도시된 AA 방향과 평행하게 형성될 수 있다(도2d 참조).

이후 두 개의 음향 매칭 플레이트(Li₁,Li₂)가 절삭 압전 플레이트(13)에 결착된다. 윗쪽 플레이트(Li₁)는 연속적인 접지면을 재편성하기 위해 금속 피막면(Pli)을 가진다(도2e).

마지막으로, 톱형 절삭부(Tj)가 절삭부(Ti)와 수직 방향으로 형성된다(도2f).

따라서, 압전 소자 매트릭스가 형성되며, 이 압전 소자는 소위 핫-스팟(hot-spot) 출력부(트랙 PI)와 평평한 평면(P) 출력부에 의해 어드레스될 수 있다. 예를 들면, 도5는 7개의 대칭 스트립이 4개의 경로와 결합되는 구조를 도시한다. 전형적으로, 압전 소자는 도면에서의 점선 부분으로 표시된다. 전형적으로, 이러한 배치는 그 폭(e_t)이 약 480 μm이고 트랙 폭(e_p)은 약 50 μm인 압전 소자를 형성할 수 있게 한다.

공정의 제2 실시예에서, 탄성 회로는 윗면(레벨2)에는 전도 트랙을 포함하고, 그 소위 아랫면(레벨1)이라 불리는 반대면에는 접지면(P)를 포함한다.

이러한 배치에서, 유전막(21)은, 도6에 도시된 바와 같이, 그 윗면에서는 전도 트랙(PI)을 포함하고, 그 아랫면에서는 변환기 소자가 배치되는 곳에서 개구부를 가지는 접지면(P)를 포함한다.

그 다음으로, 유전막(21)은 절삭부(T_I)를 가지는 압전체(23)의 층에 유전 접착부(22)의 층에 의해 적층된다(도7a). 다음에 수지층이 유전막(21)과 그 전도 트랙(PI)의 상단부 위로 적층된다. 이후 바이어는 기계 마스크(24)를 통해 레이저 애블레이션에 의해 형성된다(도7b).

위에서 언급한 제1 실시예에서처럼, 접속은, 도7c에 도시된 바와 같이, 집합적인 금속피막 또는 전도 수지의 사용에 의해 연결될 수 있다.

집합적 금속화의 경우, 금속층은 수지(26)가 에칭된 층 및 바이어 상에 증착된다. 따라서, 바이어의 바닥에 증착된 금속은 라인과 연결 압전 소자의 금속피막 사이에 전기적 접속을 만든다. 표면에 드러난 금속을 수지 마스크를 통해 선택적으로 에칭하여 각 바이어가 격리되게 할 수 있다.

또다른 방법으로, 접속은 바이어 내에 열경화성 전도성 수지(27)를 사용하여 연결될 수 있다. 따라서 전도 수지의 증착은 프로브의 표면을 긁어냄으로써 자동적으로 배치될 수 있다.

또한 전도 트랙 및 바이어 상에 전도 수지의 "스트라들링(straddling)" 패드를 스크린-인쇄함으로써 접속을 연결할 수도 있고, 따라서 이는 수지층의 적층이 필요없게 할 수 있다. 앞의 예에서처럼, 음향 매칭 플레이트(Li₁, Li₂)는 서로 연결되고, 그후 그 소자들이 톱형 절삭부(Ti, Tj)에 의해 절삭된다(도7d). 변환기 소자는 소위 핫-스팟 출력부(트랙 PI)와 접지 평면(P) 출력부에 의해 어드레스된다.

공정의 제3 실시예에서, 탄성회로는 각각 유전막의 윗면과 아랫면에 대응하는 레벨1과 레벨2 상에 전도 트랙으로 형성된다. 유리하게는, 레벨2는 또한 접지평면(P2)을 포함한다. 바이어 형성 및 접속 연결을 위한 공정 단계는 공정의 제2 실시예에서 설명한 것과 유사하다. 탄성회로를 이렇게 배치하는 것의 장점은 접속 수단으로 제2 레벨을 사용하여 변환기 상의 접속밀도를 증가시키는 데 있다. 예를 들어, 도8a 내지 도8d는 5개의 대칭 스트립이 3개의 경로와 연결되는 구조를 도시한다. 윗쪽 레벨(1)의 전도트랙은 PI₁이라는 라벨이 붙어있고, 아래쪽 레벨의 전도트랙은 PI₂라는 라벨이 붙어있다. 전형적으로 이러한 구조는 그 폭(e_T)이 약 250 μm이고 그 바이어 폭(e_v)이 약 130 μm이고 그 트랙 폭(e_P)은약 50 μm인 압전 소자를 형성한다.

도8b, 8c, 8d는 각각 BB, CC, DD 면 상의 도8a의 횡단면도를 도시한다. 이런 배치에서, 유전막(31)은 윗쪽 금속 트랙(PI₁)과 아래쪽 금속 트랙(PI₂)을 포함한다. 바이어들은 전도수지(37)로 채워진다; 유전막(31)은 접착층(32)에 의해 압전부재(33)에 적층된다. 공정 각 단계에 필수적인 수지(36)는 보전된다.

Claims

압전체 플레이트내에 형성되는 연결회로 및 개별 변환기를 포함하는 음향 프로브의 제조 방법에 있어서,

-유전막(11, 21, 31)의 적어도 한 면 상에 전도 트랙을 형성하는 단계와;

-유전 접착 층(12, 22, 32)을 사용하여, 금속 피막을 포함하는 압전체 층(13, 23, 33)에 전도 트랙을 가진 상기 유전막을 증착하는 단계와;

-한쪽은 전도 트랙 상에 노출되는 동시에 다른 한쪽은 연결된 금속 피막 상에 노출되는 바이어를 형성하는 적당한 정위 공정에 의해, 유전막(11, 21, 31)과 유전 접착 층(12, 22, 32)을 통과하는 바이어를 형성하는 단계와;

-전도 트랙(PI, PI₁,PI₂)과 연결 압전체(mi)의 금속 피막 사이에 전기적 접속을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 프로브의 제조 방법.
제1항에 있어서, 유전막(11, 21, 31)의 소위 아랫면 상에 전도 트랙을 형성하고, 접착층(12, 22, 32)이 소위 아랫면 및 압전체 층(13, 23, 33)과 접속하는 것을 특징으로 하는 음향 프로브의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 유전막(11, 21, 31)의 윗면 상에 전도 트랙을 형성하는 것을 특징으로 하는 음향 프로브의 제조 방법.
제3항에 있어서, 유전막의 아랫면 상에 접지 평면(P)을 형성하는 것을 특징으로 하는 음향 프로브의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적당한 정위 공정은 애블레이션 레이저의 집속에 의하는 것을 특징으로 하는 음향 프로브의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 마스크를 사용하는 것을 특징으로 하는 음향 프로브의 제조 방법.
제6항에 있어서, 유전막(11, 21, 31)의 윗면 상에 금속 마스크를 형성하는 것을 특징으로 하는 음향 프로브의 제조 방법.
제6항에 있어서, 유전막(11, 21, 31)과 유전 접착층(12, 22, 32)을 기계적인 독립 마스크를 통해 에칭하는 것을 특징으로 하는 음향 프로브의 제조 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 전도 트랙(PI, PI₁, PI₂)과 금속피막(mi) 사이의 전기적 접속이 금속층(15, 25)을 증착하고 그후 상기 금속층(15, 25)을 국부적으로 에칭함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 음향 프로브의 제조 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 전도 트랙(PI, PI₁, PI₂)과 금속피막(mi) 사이의 전기적 접속이 바이어 내에 전도 수지를 증착함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 음향 프로브의 제조 방법.