KR20060050660A

KR20060050660A - 초음파 센서

Info

Publication number: KR20060050660A
Application number: KR1020050078374A
Authority: KR
Inventors: 마키코 스기우라; 다카히코 요시다; 마사토시 도쿠나가; 야스토시 스즈키
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2006-05-19
Also published as: CN100568020C; KR100693401B1; US7525237B2; US7329975B2; JP4513596B2; JP2006094459A; US20060043843A1; FR2874780A1; US20070040477A1; CN1740814A; FR2874780B1; DE102005040081A1; US20080116765A1; DE102005040081B4

Abstract

초음파 센서는 복수개의 변환기(converter)(11, 111, 201, 271) 및 보호구성품(14, 41)을 포함한다. 상기 복수개의 변환기(11, 111, 201, 271)는 수신된 초음파를 전기신호로 변환하거나 또는 전기신호를 발신하기 위한 초음파로 변환한다. 상기 복수개의 변환기(11, 111, 201, 271)는 나란히 배치된다. 상기 보호구성품(14, 41)은 각 변환기(11, 111, 201, 271)를 보호한다.

초음파 센서, 수신소자, 발신소자, 전달부재, 압전소자, 전기용량소자

Description

초음파 센서{ULTRASONIC SENSOR}

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 센서의 수신부를 나타낸 측단면도.

도2는 도1의 수신부의 압전 수신소자를 확대해서 나타낸 측단면도.

도3은 본 발명에 따른 제1초음파 센서를 나타낸 사시도.

도4는 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 센서의 수신부를 나타낸 측단면도.

도5는 본 발명의 제3실시예에 따른 초음파 센서의 수신부를 나타낸 측단면도.

도6은 본 발명의 제4실시예에 따른 초음파 센서의 수신부를 나타낸 측단면도.

도7은 본 발명의 제5실시예에 따른 초음파 센서의 수신부를 나타낸 측단면도.

도8은 본 발명의 제6실시예에 따른 초음파 센서의 수신부를 나타낸 측단면도.

도9a 및 도9b는 본 발명의 제7실시예에 따른 초음파 센서의 수신부를 나타낸 측단면도.

도10은 본 발명의 제8실시예에 따른 초음파 센서의 수신부를 나타낸 측단면도.

도11은 본 발명의 제1실시예에서 제8실시예의 수신부 중 어느 하나에서 사용하기 위해 적용되는 전기용량 수신소자를 확대해서 나타낸 측단면도.

도12는 본 발명에 따른 제2초음파 센서를 나타낸 사시도.

도13은 도4의 수신부 및 도12의 초음파 센서의 발신부를 나타낸 측단면도.

도14는 도5의 수신부 및 도12의 초음파 센서의 발신부를 나타낸 측단면도.

도15는 도8의 수신부 및 도12의 초음파 센서의 발신부를 나타낸 측단면도.

도16a 및 도16b는 도9a와 도9b의 수신부 및 도12의 초음파 센서의 발신부를 나타낸 측단면도.

도17은 도10의 수신부 및 도12의 초음파 센서의 발신부를 나타낸 측단면도.

도18은 본 발명의 제9실시예에 따른 초음파 센서의 수신부를 나타낸 측단면도.

도19는 도18의 수신부의 압전 수신소자를 확대해서 나타낸 측단면도.

도20은 본 발명에 따른 제3초음파 센서를 나타낸 사시도.

도21은 도20의 초음파 센서에서 사용하기 위해 적용되는 본 발명의 제10실시예에 따른 수신부를 나타낸 측단면도.

도22는 도20의 초음파 센서에서 사용하기 위해 적용되는 본 발명의 제11실시예에 따른 수신부를 나타낸 측단면도.

도23은 본 발명에 따른 제4초음파 센서를 나타낸 사시도.

도24a 및 도24b는 본 발명에 따른 다이어프램의 공진값과 주파수 사이의 관계에 대응하는 공진 특성을 나타낸 그래프.

도25는 도20의 초음파 센서에서 사용하기 위해 적용되는 본 발명의 제12실시예에 따른 수신부를 나타낸 측단면도.

도26은 본 발명의 제12실시예의 제1변형 수신부를 나타낸 측단면도.

도27은 본 발명의 제12실시예의 제2변형 수신부 및 발신부를 나타낸 측단면도.

도28은 도20의 초음파 센서에서 사용하기 위해 적용되는 본 발명의 제13실시예에 따른 수신부를 나타낸 측단면도.

도29는 본 발명의 제13실시예의 제1변형 수신부를 나타낸 측단면도.

도30은 본 발명의 제13실시예의 제2변형 수신부 및 도23의 초음파 센서에서 사용하기 위해 적용되는 발신부를 나타낸 측단면도.

도31은 도20의 초음파 센서에서 사용하기 위해 적용되는 본 발명의 제14실시예에 따른 수신부를 나타낸 측단면도.

도32는 도20의 초음파 센서에서 사용하기 위해 적용되는 본 발명의 제14실시예의 제1변형 수신부를 나타낸 측단면도.

도33은 본 발명의 제14실시예의 제2변형 수신부 및 도23의 초음파 센서에서 사용하기 위해 적용되는 발신부를 나타낸 측단면도.

도34는 본 발명의 변형실시예를 포함하는 제9실시예에서 제14실시예의 수신 부 중 어느 하나에서 사용하기 위해 적용되는 전기용량 수신소자를 확대해서 나타낸 측단면도.

도35는 도23의 초음파 센서에 적용되는 제9실시예의 수신부 및 발신부를 나타낸 측단면도.

도36은 도23의 초음파 센서에 적용되는 제12실시예의 수신부 및 발신부를 나타낸 측단면도.

도37은 도23의 초음파 센서에 적용되는 제13실시예의 수신부 및 발신부를 나타낸 측단면도.

도38은 도23의 초음파 센서에 적용되는 제14실시예의 수신부 및 발신부를 나타낸 측단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260: 수신부

11, 111, 201, 271: 수신소자 12, 202: 단결정 실리콘기판

13, 204: 하우징부재 14: 보호막

28, 29: 본딩와이어 31. 209, 231, U: 발신부

41: 보호부재 51, 241, 251: 분리부재

52: 분리그루브 61, 71, 221: 벤트홀

81, 261: 전달부재 91: 음향호른

203: 프레임부재 205, 206: 배선층

207, 208: 범프 232, W: 발신소자

233: 분할부재 E: 압전소자

F: 전기용량소자 M, T, N, L: 초음파 센서

본 발명은 초음파 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수신된 초음파를 전기신호로 변환하거나 또는 전기신호를 초음파로 변환해서 발신하는 초음파 센서에 관한 것이다.

근래 들어, 차량의 안전 주행을 위해서 차량 주위를 모니터링하는 기술이 발전되고 있다. 이러한 기술에 따르면, 자동차를 포함한 차량에 초음파 센서가 장착된다. 상기 초음파 센서는 차량 주위에 있는 물체의 위치나 거리를 측정하거나 또는 상기 물체의 2차원 형상이나 3차원 형상 등을 측정하기 위하여 초음파 센서로부터 발신된 인체에 무해한 초음파의 반사파를 수신한다.

예를 들면, 다음의 차량 주차시스템에 실용화되어 있다. 초음파 센서는 차량의 후방부에 장착된다. 일반적으로 "후방 음파탐지기(back sonar)"라고 불리우는 장치는 차량을 주차공간에 주차시키기 위하여 후진하는 동안에 물체와의 충돌을 방지하기 위하여 이용된다. 상기 "후방 음파탐지기"는 차량의 후방에 있는 사람 또는 다른 장애물 등을 포함하는 물체를 검출하기 위한 것이다.

전술한 바와 같이 사용되는 초음파 센서인, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용해서 제조된 압전(piezoelectric) 또는 전기용량(capacitive, condensor) 초음파 센서는 공지되어 있다.

예를 들면, 복수개의 초음파 센서소자를 나란히 위치시키는 기술은 MEMS 기술을 이용한 압전 초음파 센서로서 나타나 있다. 각각의 초음파 센서소자는 한 쌍의 전극(electrode) 사이에 끼워지는 강유전체 부재(ferroelectric member)를 포함하는 압전센서로 이루어진다. 상기 압전센서는 초음파를 탐지하기 위하여 소정의 공진주파수(resonance frequency)를 가진다. 이와 같은 장치는 일본특허공개공보 제2003-284182호에 나타나 있다.

상기 공보에 나타난 초음파 센서는, 압전센서로 제공되며, SOI("Silicon On Insulator") 구조를 가지는 반도체칩에 형성되는 압전소자를 포함한다. 상기 압전소자는 상부전극층과 하부전극층을 포함한 두개의 얇은 전극층 사이에 끼워지는 강유전체재에 대응하는 PZT(lead zirconate titanate) 세라믹(ceramic)으로 이루어지는 박막을 포함한다.

따라서, 각 전극층 및 PZT 세라믹 박막의 기계적 강도는 낮다. 그 결과, 각 전극층 및 PZT 세라믹 박막은 상부전극층에 외력을 가함에 따라 파손되기 쉬우며, 이에 따라 상기 압전소자가 고장나는 등의 문제점이 있다.

반면에, MEMS 기술을 이용한 전기용량 초음파 센서는, 반도체칩에 형성되는 고정전극층(fixed electrode layer); 및 상기 고정전극층에 갭을 통해 제공되는 얇 은 이동전극층(movable electrode layer)을 포함한다. 상기 고정전극층 및 이동전극층은 전기용량소자를 형성한다.

상기 구조로 인하여, 상기 이동전극층의 기계적 강도는 낮다. 따라서, 상기 이동전극층은 이동전극층에 외력을 가함에 따라 파손되기 쉬우며, 이에 따라 상기 전기용량소자가 고장나는 등의 문제점이 있다.

전술한 바와 같이, MEMS 기술을 이용하여 제조되는 일반적인 압전 또는 전기용량 초음파 센서는 외력의 가함에 의해 파손되기가 쉽다. 따라서, 상술한 일반적인 초음파 센서는 차량에 외부장비로서 장착하는 것이 어렵다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점 등을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 외력의 가함에도 견딜 수 있는 견고한 초음파 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 제1관점에 따른 초음파 센서는 복수개의 변환수단과 보호수단을 포함한다. 상기 복수개의 변환수단은 수신된 초음파를 전기신호로 변환하거나 또는 다른 전기신호를 발신하기 위한 초음파로 변환한다. 상기 복수개의 변환수단은 나란히 배치(juxpose)된다. 상기 보호수단은 각 변환수단을 보호한다.

본 발명의 제2관점에 따른 초음파 센서는, 상기 보호수단이 복수개의 각 변 환수단의 전방측에 제공되는 보호막 및 상기 보호막과 변환수단 사이에 제공되는 제1갭을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3관점에 따른 초음파 센서는, 상기 제1갭이 액체, 졸 및 젤 중에서 선택되는 충전재로 충전되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제4관점에 따른 초음파 센서는, 상기 초음파 센서가 제1갭과 외부를 서로 연통하기 위한 벤트홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제5관점에 따른 초음파 센서는 상기 변환수단과 상기 변환수단의 전방측에 위치되는 제1갭 및 보호막을 각각의 변환수단에 분리하기 위한 분리수단을 포함한다.

본 발명의 제6관점에 따른 초음파 센서는, 상기 복수개의 각 변환수단을 수용하는 하우징부재; 상기 하우징부재와 변환수단으로 둘러싸이는 제2갭; 및 상기 제2갭과 외부를 서로 연통하기 위한 벤트홀을 포함한다.

본 발명의 제7관점에 따른 초음파 센서는, 상기 변환수단이 전기신호를 초음파로 변환해서 발신하기 위한 발신소자로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제8관점에 따른 초음파 센서는, 상기 복수개의 각 변환수단을 수용하는 하우징부재; 및 상기 하우징부재와 변환수단으로 둘러싸이는 밀폐공간에 대응하는 제2갭을 포함한다.

본 발명의 제9관점에 따른 초음파 센서는, 상기 제2갭이 액체, 졸 및 젤 중에서 선택되는 충전재로 충전되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제10관점에 따른 초음파 센서는, 상기 변환수단이 수신된 초음파 를 전기신호로 변환하기 위한 수신소자로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제11관점에 따른 초음파 센서는, 각 변환수단과 보호막을 각각의 변환수단에 서로 독립적으로 연결하는 전달부재를 포함한다.

본 발명의 제12관점에 따른 초음파 센서는, 상기 복수개의 각 변환수단의 전방측에 부착고정되는 보호부재, 각각의 변환수단에 제공되는 보호부재, 상기 보호부재 사이에 제공되는 틈새 및 상기 보호부재가 각각의 변환수단에 분리되도록 작용하는 틈새를 포함한다.

본 발명의 제13관점에 따른 초음파 센서는 상기 복수개의 각 변환수단의 전방측에 제공되는 음향호른을 포함하며, 상기 음향호른은 각 변환수단의 전방측에 제공되는 스로트부로부터 개구부를 향해서 단면적이 점차로 증가되도록 각각의 변환수단에 제공된다.

본 발명의 제14관점에 따른 초음파 센서는, 각 변환수단이 반도체기판의 표면에 형성되며, 상기 반도체기판의 표면측이 초음파의 수신면 및 발신면의 어느 하나로 제공되도록 각 변환수단의 전방측으로 이루어지고, 상기 반도체기판의 표면측에 본딩와이어가 제공되며, 각 변환수단은 본딩와이어를 통해 와이어 본딩 방법에 의해서 센서기판에 표면실장되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제15관점에 따른 초음파 센서는, 각 변환수단이 반도체기판의 표면에 형성되며, 상기 반도체기판의 저면측이 초음파의 수신면 및 발신면의 어느 하나로 제공되도록 각 변환수단의 전방측으로 이루어지고, 상기 반도체기판의 표면측에 범프가 제공되며, 각 변환수단은 범프를 통해 플립칩 접속에 의해서 센서기판에 표면실장되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제16관점에 따른 초음파 센서는, 각 변환수단이 압전변환식 및 전기용량변환식의 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1관점에 따르면, 상기 변환수단은 수신된 초음파를 전기신호로 변환하거나 또는 전기신호를 초음파로 변환해서 발신하는 수신소자로 이루어진다. 상기 복수개의 변환수단은 나란히 배치된다.

또한, 본 발명의 제1관점에 따르면, 각 변환수단을 보호하기 위한 보호수단이 제공된다. 따라서, 상기 변환수단의 기계적 강도가 낮을지라도, 상기 변환수단은 파손으로부터 방지되어 상기 변환수단의 고장을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 초음파 센서는 견고해 질 수 있다.

본 발명의 제2관점에 따르면, 상기 보호막은 복수개의 변환수단의 전방측에 제공되고, 상기 제1갭은 보호막과 변환수단 사이에 제공된다. 이에 따라, 상기 초음파 센서에 외력이 가해지는 경우에도, 상기 외력이 단지 보호막에만 가해질 뿐 각 변환수단에는 직접 가해지지 않는다.

따라서, 본 발명의 제2관점에 따르면, 각 변환수단의 기계적 강도가 낮을지라도, 상기 변환수단은 파손으로부터 방지되어 상기 변환수단의 고장을 방지할 수 있고, 이에 의하여 상기 초음파 센서는 견고해 질 수 있다.

그러므로, 본 발명의 제2관점에 따른 초음파 센서는 소정의 변형없이 외부장비로서 차량에 장착될 수 있다. 상기 초음파 센서가 차량의 외부장비로서 차량에 장착되는 경우, 상기 보호막을 위해 내후성이 높은 재료를 사용할 필요가 있다. 이 와 같은 재료는, 예를 들면 각종의 금속(알루미늄 합금과 같은), 각종 합성수지, 유리 및 고무 등을 포함한다.

본 발명의 제3관점에 따르면, 상기 제1갭을 충전하는 액체, 졸 및 젤 중에서 선택되는 충전재의 음향 임피던스가 보호막의 음향 임피던스에 접근된다. 그 결과, 상기 보호막의 진동이 충전재를 통해 각 변환수단에 확실하게 전달될 수 있어서, 각 변환수단이 수신소자로 사용되는 경우에 수신감도는 향상될 수 있다.

상기 재료(물질)의 음향 임피던스는 재료의 밀도와 전달음속의 곱에 대응한다. 그리고, 재료 사이의 음향 임피던스의 차이가 커질수록, 음파의 전달특성은 악화 된다. 구체적으로, 상기 제1갭의 충전재와 보호막 사이의 음향 임피던스의 차이가 커질수록, 초음파는 보호막에 의해 반사되어서 상기 충전재에 전달이 어려워진다.

따라서, 합성수지막이 보호막으로서 이용되는 경우, 상기 합성수지의 미립자를 액체에 분산시킴에 의해 얻을 수 있는 졸 또는 합성수지로 이루어지는 고분자젤이 충전재로서 이용된다. 또한, 상기 충전재는 변환수단에 영향을 주지 않을 필요가 있다. 이러한 조건을 만족하는 충전재로서, 예를 들면 실리콘젤이나 불소젤 등을 포함한다.

일예로, 상기 제1갭이 각종 기체(공기, 불활성 기체 등) 중의 하나로 충전되는 경우, 상기 기체는 보호막보다 매우 작은 음향 임피던스를 가지기 때문에, 상기 보호막의 진동은 각 변환수단에 충분히 전달되지 않을 수 있다. 이에 따라, 각 변환수단이 수신소자로 이용되는 경우에 수신감도는 저하될 수 있다.

상기 제1갭에 공기가 남아 있는 경우, 상기 보호막의 진동은 각 변환수단에 전달되기가 어렵다. 따라서, 상기 제1갭에 충전재로 충전하기 위해서는 상기 제1갭으로부터 공기를 완전히 제거하는 것이 바람직하다.

각 변환수단이 발신소자로 이용되는 경우, 상기 제1갭을 충전하는 액체, 졸 및 젤로부터 선택되는 충전재의 음향 임피던스가 보호막의 음향 임피던스에 접근된다. 그 결과, 상기 발신소자의 진동이 충전재를 통해 보호막에 확실하게 전달될 수 있고, 이에 의하여 상기 발신소자의 발신출력은 향상될 수 있다.

또한, 상기 제1갭이 각종 기체 중의 하나로 충전되는 경우, 상기 기체의 음향 임피던스는 보호막의 음향 임피던스보다 매우 작기 때문에, 상기 발신소자의 진동은 보호막에 충분히 전달되지 않는다. 그 결과, 상기 발신소자의 발신출력은 저하될 수 있다.

또한, 상기 제1갭이 액체, 졸 및 젤과 같은 충전재로 충전되는 경우에, 상기 제1갭에 공기가 남아 있으면 상기 발신소자의 진동이 보호막에 전달되기가 어렵기 때문에, 상기 제1갭에 충전재로 충전하기 위해서는 상기 제1갭으로부터 공기를 완전히 제거하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제4관점에 따르면, 상기 제1갭의 충전재가 기포를 포함하는 경우, 상기 기포는 벤트홀을 통해 제1갭으로부터 외부로 제거(배출)될 수 있다.

구체적으로, 상기 제1갭의 충전재가 기포를 포함하는 경우, 상기 기포는 상기 보호막의 진동을 각 변환수단에 전달하는 것을 어렵게 한다.

반면에, 본 발명의 제4관점에 따르면, 상기 벤트홀을 통해 기포는 제거될 수 있기 때문에, 상기 제1갭은 충전재로 완전히 충전될 수 있다. 그러므로, 각 변환수단이 수신소자로 이용되는 경우, 수신감도가 상기 제1갭의 충전재에 포함된 기포의 잔재에 의해서 저하되는 것을 방지할 수 있다.

각 변환수단이 발신소자로 이용되는 경우, 상기 제1갭의 충전재에 포함된 기포는 벤트홀을 통해 제거될 수 있기 때문에, 상기 제1갭은 충전재로 완전히 충전될 수 있다. 이러한 방식에서, 상기 발신소자의 진동은 충전재를 통해 보호막에 확실하게 전달되어, 상기 발신소자의 발신출력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 제5관점에 따르면, 상기 분리수단에 의해 분리된 하나의 보호막의 진동은, 상기 보호막의 하측에 위치되는 제1갭을 통해서 변환수단에만 전달되고, 다른 변환수단에는 전달되지 않는다.

따라서, 본 발명의 제5관점에 의하면, 초음파는 각각의 변환수단에 완전히 분리하는 방식으로 전달될 수 있다. 그러므로, 각 변환수단의 크로스토크 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 인접하는 복수개의 변환수단은 하나의 그룹으로 될 수 있다. 상기 분리수단은 상기 그룹이 다른 그룹으로부터 분리되도록 각각의 변환수단의 그룹에 제공될 수 있다.

상기 분리수단은 수직방향으로 제공되어 하나의 그룹으로 이루어지는 보호막, 제1갭 및 변환수단의 진동이 인접하는 다른 그룹부재에 전달되지 않도록 확실하게 차단할 필요가 있다.

이러한 이유 때문에, 진동차단성이 높은 재료를 상기 분리수단에 사용할 필 요가 있다. 이와 같은 재료의 예로는 고무를 포함한다.

본 발명의 제6관점에 따르면, 각 변환수단의 진동은 억제되지 않기 때문에, 각 변환수단이 수신소자로 이용되는 경우에 수신감도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

구체적으로, 상기 벤트홀이 제2갭에 제공되지 않는 경우에, 상기 제2갭은 밀폐공간을 형성한다. 상기 밀폐공간을 충전하는 공기는 각 변환수단의 후면측에 공기에 의해서 댐핑력이 가해지도록 스프링으로서 작용한다. 그 결과, 각 변환수단의 자유진동은 억제된다.

반면에, 본 발명의 제6관점에 따르면, 공기는 벤트홀을 통과한다. 이에 따라, 공기에 의한 댐핑력은 각 변환수단의 후면측에 가해지지 않는다. 그 결과, 각 변환수단은 자유로이 진동될 수 있다.

각 변환수단이 발신소자로 이용되는 경우, 공기는 제2갭의 벤트홀을 통과한다. 이에 따라, 공기에 의한 댐핑력은 초음파를 발신하기 위한 발신소자의 발신면의 후면측에 가해지지 않는다. 그 결과, 상기 발신면은 진동의 억제없이 자유로이 진동될 수 있다. 그러므로, 상기 발신소자의 발신출력은 향상될 수 있다.

전술한 작용 및 효과를 충분히 달성하기 위하여, 상기 벤트홀의 개수, 배치 및 크기와 형상은 시행착오법의 실험에 의해 최적치를 구함으로써 설정될 수 있다.

공기가 제2갭의 벤트홀을 통과하는 경우, 공기에 의한 댐핑력은 상기 발신소자의 후면측에 가해지지 않게되고, 이에 따라 상기 발신면의 자유진동은 억제되지 않는다. 따라서, 상기 발신소자(변환수단의 다이어프램)의 공진값(Q)은 증가된다.

상기 발신소자의 공진값(Q)과 발신출력과의 관계는 서로 비례한다. 따라서, 상기 공진값(Q)이 커질수록, 상기 발신출력은 증가된다.

MEMS 기술을 이용하여 제조된 압전소자 또는 전기용량소자를 포함하는 발신소자는 초음파의 발신출력이 작기 때문에 발신소자로서 부적합하다. 그러므로, 이와 같은 발신소자는 발신출력을 가능한 증가시킬 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 제7관점은, 특히 MEMS 기술을 이용하여 제조된 발신소자로 구체화된 경우에 제6관점의 작용 및 효과가 나타날 수 있다.

본 발명의 제8관점에 따르면, 상기 밀폐공간에 대응하는 제2갭을 충전하는 공기는 각 변환수단의 후면측에 공기에 의해서 댐핑력이 가해지도록 스프링으로서 작용한다. 그 결과, 각 변환수단의 자유진동은 억제되기 때문에, 상기 변환수단의 다이어프램의 공진값(Q)은 감소된다.

또한, 본 발명의 제6관점에 따르면, 각 변환수단이 수신소자로 이용되는 경우, 각 변환수단의 진동은 억제되기 때문에 수신감도는 저하된다.

본 발명의 제9관점에 따르면, 상기 제2갭을 변환수단의 다이어프램의 진동을 억제하는 재료(예를 들면, 액체, 졸 또는 젤 등)로 충전함으로써, 상기 변환수단의 다이어프램이 과도하게 진동되어 파손되는 것을 방지할 수 있다.

상기 수신소자의 공진값(Q)과 수신감도와의 관계는 서로 비례한다. 따라서, 상기 공진값(Q)이 커질수록, 상기 수신감도는 증가된다.

여기에서, 복수개의 수신소자는 제조공정으로 인하여 1차 공진주파수에서 변동을 가진다.

상기 수신소자의 공진값(Q)이 증가되는 경우, 상기 수신감도는 증가된다. 그러나, 상기 수신감도는 주파수의 변화에 대해서 급격한 특성을 나타내기 때문에, 1차 공진주파수로부터 조금이라도 오프셋되는 주파수에서 수신감도는 급격히 저하된다.

반면에, 상기 수신소자(201)의 공진값(Q)이 작게 설정되는 경우, 상기 수신감도는 그에 대응해서 낮아진다. 그러나, 상기 수신감도는 주파수의 변화에 대해서 완만한 특성을 나타내기 때문에, 1차 공진주파수로부터 크게 오프셋되는 주파수에서도 수신감도는 크게 저하되지 않는다.

MEMS 기술을 이용하여 제조된 압전소자 또는 전기용량소자로 이루어지는 수신소자는 초음파의 수신감도가 높기 때문에 수신소자로서 적합하다. 그러므로, MEMS 기술을 이용하여 제조된 압전 수신소자(201)는 1차 공진주파수에서 수신감도가 증가되는 것보다 넓은 주파수 범위에서 가능한 수신감도를 증가시킬 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 제10관점은, 특히 MEMS 기술을 이용하여 제조된 수신소자로 구체화된 경우에 제8관점의 작용 및 효과가 나타날 수 있다.

본 발명의 제10관점에 따르면, 상기 제2갭을 변환수단의 다이어프램의 진동을 억제하는 재료로 충전함으로써, 상기 변환수단의 다이어프램의 공진값(Q)은 상기 제2갭이 공기로 충전되는 경우보다 감소될 수 있다.

따라서, 상기 제2갭의 충전재가 적절히 선택되는 경우, 상기 수신소자의 구조의 변경 없이도 바람직한(원하는) 공진 특성이 달성될 수 있다.

본 발명의 제11관점에 따르면, 상기 보호막이 초음파에 의해 진동되는 경우, 상기 보호막의 진동은 각 전달부재를 통해 각 변환수단에 전달된다.

여기에서, 상기 전달부재는 각각의 변환수단에 제공되기 때문에, 상기 전달부재 중에서 임의의 하나의 진동은 다른 전달부재에 전달되지 않는다. 그 결과, 초음파의 수신 또는 발신은 각각의 변환수단에 분리하는 방식으로 수행될 수 있고, 각 변환수단의 크로스토크 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 각 전달부재의 음향 임피던스는 보호막의 음향 임피던스에 접근된다. 그 결과, 상기 보호막의 진동이 각 변환수단에 확실하게 전달될 수 있고, 이에 의하여 각 변환수단이 수신소자로 이용되는 경우에 수신감도는 향상될 수 있다.

또한, 상기 전달부재의 음향 임피던스는 변환수단의 음향 임피던스에 접근된다. 그 결과, 각 전달부재의 진동이 각 변환수단에 확실하게 전달될 수 있고, 이에 의하여 각 변환수단이 수신소자로 이용되는 경우에 수신감도는 향상될 수 있다.

따라서, 상기 전달부재는 보호막 또는 변환수단과 동일한 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.

각 변환수단이 발신소자로 이용되는 경우, 상기 전달부재의 음향 임피던스를 보호막의 음향 임피던스에 접근시킴으로써, 상기 전달부재의 진동이 보호막에 확실하게 전달될 수 있다. 그 결과, 상기 발신소자의 발신출력은 향상될 수 있다.

또한, 각 변환수단이 발신소자로 이용되는 경우, 상기 전달부재의 음향 임피던스를 발신소자의 음향 임피던스에 접근시킴으로써, 상기 발신소자의 진동이 전달부재에 확실하게 전달될 수 있다. 그 결과, 상기 발신소자의 발신출력은 향상될 수 있다.

본 발명의 제12관점에 따르면, 각 변환수단이 수신소자로 이용되는 경우, 상기 보호부재는 수신소자의 전방측에 부착고정되기 때문에, 상기 보호부재가 초음파에 의해 진동되는 경우, 상기 보호부재의 진동은 수신소자에 전달된다.

반면에, 본 발명의 제12관점에 따르면, 각 변환수단이 발신소자로 이용되는 경우, 상기 보호부재는 발신소자의 전방측에 부착고정되기 때문에, 상기 발신소자가 진동하는 경우, 상기 발신소자의 진동은 보호부재에 전달된다. 그 결과, 상기 부호부재는 초음파를 발신하기 위하여 진동한다.

여기에서, 각 변환수단은 보호부재에 의해서 보강되기 때문에, 각 변환수단은 외력이 초음파 센서에 가해지는 경우에도 파손으로부터 방지되어 고장을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 초음파 센서는 견고해 질 수 있다.

따라서, 본 발명의 제12관점에 따른 초음파 센서는 소정의 변형없이 차량의 외부장비로서 장착될 수 있다. 상기 초음파 센서가 차량의 외부장비로서 장착되는 경우, 상기 보호부재는 내후성이 높은 재료를 사용할 필요가 있다. 이와 같은 재료는, 예를 들면 각종의 금속(알루미늄 합금과 같은), 각종 합성수지, 유리 및 고무 등을 포함한다.

각 변환수단에 보호부재를 부착고정하는 방법으로서, 소정의 방법(예를 들면, 열용접, 초음파 용접, 접착제에 의한 접착 등)이 이용될 수 있다.

본 발명의 제13관점에 따르면, 각각의 변환수단에 음향호른이 제공된다. 그 결과, 초음파의 수신방향 또는 발신방향의 지향성은 각 변환수단에 부여될 수 있 다.

구체적으로, 각 음향호른은 호른축에 대해 예리한 지향성을 가진다. 따라서, 동일한 크기와 형상을 가지도록 음향호른을 형성함으로써, 상기 음향호른의 호른축이 동일한 방향에 설정되는 경우에 각 변환수단의 지향성은 동일하게 설정될 수 있다. 또한, 각 음향호른의 크기와 형상을 변화시킴에 의해서 상기 음향호른의 호른이 임의의 다른 방향에 설정되는 경우, 각 변환수단의 지향성은 임의의 방향에서 설정될 수도 있다.

각 음향호른의 호른벽부재는 초음파에 의해서 거의 진동되지 않도록 충분한 강도를 가지는 재료로 형성할 필요가 있다. 이와 같은 재료는, 예를 들면 각종 금속이나 합성수지 등을 포함한다.

본 발명의 제14관점에 따르면, 각 변환수단을 와이어 본딩을 이용하여 센서기판에 표면실장에 의해 형성되는 초음파 센서가 이루어질 수 있다.

본 발명의 제15관점에 따르면, 각 변환수단과 센서기판은 범프를 통해 서로 접속고정된다. 따라서, 각 변환수단과 센서기판 사이의 전기접속은 확실하게 유지될 수 있기 때문에, 상기 초음파 센서의 수명의 연장과 함께 신뢰성은 향상될 수 있다.

플립칩 접속을 이용하여 상기 센서기판에 각 변환수단을 표면실장하기 위한 제조비용은 와이어 본딩을 이용하는 경우보다 감소될 수 있다.

각 변환수단이 수신소자로 이용되는 경우에서, 본딩와이어는 초음파의 수신면의 상측에 제공되지 않고, 이에 따라 상기 수신면의 전방측에 장애물이 존재하지 않는다. 따라서, 상기 초음파는 수신면으로의 도달이 억제되지 않고, 이에 의하여 상기 수신소자의 수신감도는 향상될 수 있다. 또한, 상기 본딩와이어가 수신소자의 수신면의 상측에 제공되지 않기 때문에, 상기 본딩와이어는 수신소자에 수신되는 초음파에 의해 절단되지 않는다.

또한, 각 변환수단이 발신소자로 이용되는 경우에서, 본딩와이어는 발신소자의 발신면의 상측에 제공되지 않고, 이에 따라 상기 발신면의 전방측에 장애물이 존재하지 않는다. 따라서, 상기 발신면으로부터 초음파의 발신은 억제되지 않고, 이에 의하여 상기 발신소자의 발신출력은 향상될 수 있다. 또한, 본딩와이어는 발신소자의 발신면의 상측에 제공되지 않기 때문에, 상기 본딩와이어는 발신소자로부터 발신되는 초음파에 의해 절단되지 않는다.

또한, 상기 범프의 인덕턴스는 본딩와이어의 인덕턴스보다 감소되기 때문에, 각 변환수단의 전기신호의 전달율은 증가될 수 있다.

또한, 상기 본딩와이어가 접속되는 전극패드를 제공하는 것은 더 이상 필요하지 않다. 상기 센서기판은 전극패드에 의해 점유되는 면적만큼 감소되기 때문에, 상기 초음파 센서는 무게뿐만 아니라 크기도 감소될 수 있다.

또한, 본 발명의 제15관점에 따르면, 각 변환수단의 진동이 용이하도록 반도체기판의 저면측에 홈부(concave portion)를 형성함으로써 각 변환수단의 다이어프램의 두께가 감소되는 경우에, 본 발명의 제13관점에 따른 작용 및 효과는 음향호른을 독립부재로 제공하지 않고도 용이하게 달성될 수 있다.

또한, 상기 음향호른이 독립부재로 제공될 필요가 없기 때문에, 제조비용은 감소될 수 있다. 이와 동시에, 상기 초음파 센서는 무게뿐만 아니라 크기도 감소될 수 있다.

본 발명의 제16관점에 따르면, 압전 또는 전기용량 초음파 센서가 달성될 수 있다.

본 발명의 상술한 목적, 특징 및 장점들은 다음의 상세한 설명으로부터 관련부품의 기능 및 작동 방법뿐만 아니라, 첨부된 청구항 및 도면 등을 통하여 보다 분명해 질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 실시예에서, 동일한 구성부품은 같은 도면부호를 사용하고, 동일한 내용의 중복 설명은 생략한다.

[제1실시예]

도1은 제1실시예에 따른 초음파 센서(M)의 수신부(receiving section)(10)를 나타낸 측단면도이다.

상기 수신부(10)는 정렬된 상태로 배치되는 복수개의 압전 수신소자(piezoelectric receiving element)(11)를 포함한다. 도1에 나타낸 예는 세개의 수신소자(11)의 측단면도가 나타나 있다.

각 수신소자(11)는 SOI(Silicon On Insulator) 구조를 가지는 단결정 실리콘기판(single-crystalline silicon substrate, 단결정 실리콘칩(single-crystalline silicon chip))(12)에 형성된다.

상기 기판(12)은 상측이 개방된 직육면체 박스 형상(rectangular parallelepiped box shape)의 하우징부재(housing member)(13)에 수용된다. 또한, 상기 기판(12)의 외주연단부와 하우징부재(13) 사이의 접속부분을 기밀화(air-seal)하기 위하여 상기 기판(12)의 외주연단부는 적절한 방법(예를 들면, 열용접(thermal welding), 초음파 용접, 접착제(adhesive)에 의한 접착(bonding) 등)으로 하우징부재(13)의 내벽에 부착고정된다.

각 수신소자(11)는 초음파를 수신하는 수신면(11a)이 상기 하우징부재(13)의 개구부(13a)를 향하도록 배치된다.

상기 개구부(13a)를 폐쇄하기 위한 보호막(protective film)(14)은 상기 하우징부재(13)의 개구부(13a)에 부착된다. 구체적으로, 상기 보호막(14)은 수신소자(11)의 전방측에 제공된다.

상기 보호막(14)의 외주연단부와 하우징부재(13) 사이의 접속부분을 기밀화(air-seal)하기 위하여 상기 보호막(14)의 외주연단부는 상술한 적절한 방법으로 하우징부재(13)의 개구부(13a)의 내주연단부에 부착고정된다.

상기 보호막(14)은 초음파에 의해 진동(oscillation)되기 쉬운 재료로 이루어지는 박막이다. 상기 보호막(14)의 재료가 초음파를 굴절(refraction)없이 투과시키지만, 공기(air), 먼지, 물 등은 투과시키지 않는다.

상기 보호막(14)과 기판(12) 사이에 갭(gap)(S)이 제공된다. 상기 갭(S)은 기체(gas), 액체(liquid), 졸(sol), 또는 젤(gel) 등으로 충전된다.

상기 기판(12)의 후면측(저면측)과 하우징부재(13)로 둘러싸이는 갭(R)은 공기로 충전된다.

도2는 하나의 압전 수신소자(11)를 확대해서 나타낸 측단면도이다.

상기 기판(12)에는 기판(12)을 통과하는 관통홀(12a)이 형성된다.

상기 기판(12)의 표면에는 절연층(insulating layer)(21), 실리콘활성층(silicon active layer)(22) 및 절연층(23)이 이러한 순서대로 형성된다. 각 층(22 및 23)은 관통홀(12a)의 상측 개구부를 폐쇄하기 위하여 형성된다.

상기 관통홀(12a)의 상측(전방측)에 위치되는 절연층(23)의 표면에 하부전극층(lower electrode layer)(24), 강유전체(ferroelectric)(예를 들면, PZT(lead zirconate titanate) 등)로 이루어지는 박막층(thin film layer)(25) 및 상부전극층(upper electrode layer)(26)이 이러한 순서대로 형성된다.

상기 층(24 내지 26) 주위에 절연층(27)이 형성된다. 상기 절연층(27) 및 상부전극층(26)의 표면(장치(device) 표면)은 평평하다.

상기 하부전극층(24)에 본딩와이어(bonding wire, 리드와이어(lead wire))(28)가 접속되고, 상기 상부전극층(26)에 본딩와이어(29)가 접속된다.

전술한 방식에서, 강유전체 박막층(25)이 두개의 얇은 전극층(24 및 26) 사이에 개재되는 구조를 가지는 압전소자(압전센서)(E)가 형성된다. 상기 수신소자(11)는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용하여 제조된 압전소자(E)를 포함한다.

또한, 상기 수신소자(11)의 수신면(11a)이 상부전극층(26)의 표면에 의해 형성된다.

상기 박막층(25)이 초음파에 의해 진동되는 경우, 압전효과에 의해 전기신호 (electric signal)가 생성된다. 이와 같이 생성된 전기신호는 각 전극층(24 및 26)으로부터 본딩와이어(28 및 29)를 통해서 출력된다.

상기 관통홀(12a)은 상기 층(22 내지 26)으로 이루어지는 다이어프램(diaphragm)의 진동이 용이하도록 제공된다.

도3은 초음파 센서(M)를 나타낸 사시도이다.

상기 초음파 센서(M)는, 수신부(10); 발신부(transmission section)(31); 센서기판(sensor substrate)(32) 및 전극패드(electrode pad)(33)를 포함하는 하이브리드 IC(hybrid IC(Integrated Circuit))로 이루어진다.

상기 센서기판(32)은 인쇄배선기판(printed wiring board)이다. 칩부품(chip part)에 대응하는 수신부(10) 및 발신부(31)가 센서기판(32)에 부착고정되는 동안에 복수개의 전극패드(33)는 절연판재로 이루어지는 센서기판(32)의 표면에 형성된다.

상기 수신부(10)의 각 수신소자(11)로부터 인출되는 각 본딩와이어(28, 29)의 팁부(tip)는 각 전극패드(33)에 접속된다.

도3에 나타낸 예에서, 상기 수신부(10)는 3 X 3(가로, 세로방향으로 3개씩)으로 배열되는 9개의 수신소자(11)로 이루어진다.

상기 발신부(31)는 수신부(10)와 동일한 구조로 이루어진다. 상기 발신부(31)는 수신소자(11)와 동일한 구조로 이루어지는 하나의 압전 발신소자를 포함한다. 상기 박막층(25)은 전극층(24 및 26)으로부터 강유전체로 이루어지는 박막층(25)에 인가되는 입력신호에 따라 초음파가 발생되도록 압전효과에 의해 진동한다. 이러한 경우, 상기 수신소자(11)의 수신면(11a)은 발신소자로부터 초음파를 발신하는 발신면으로서 작용한다.

구체적으로, 상기 발신부(31)의 발신소자는 초음파가 발신되도록 전기신호를 초음파로 변환시킨다.

그 후, 상기 발신부(31)는 외부로부터의 입력신호에 따라 초음파를 발신한다. 검출 대상물(object to be detected)에 반사되는 초음파에 의해 생성되는 반사음(reflection sound)은 상기 수신부(10)의 각 수신소자(11)에 의해 수신된다.

구체적으로, 상기 수신부(10)의 각 수신소자(11)는 수신된 초음파를 전기신호로 변환시킨다.

상기 발신부(31)로부터 발신되는 초음파 및 상기 수신부(10)의 각 수신소자(11)에 의해 수신되는 초음파를 서로 비교하여, 상기 초음파 사이의 음압차(acoustic pressure difference), 시간차(time difference) 및 위상차(phase difference)를 구한다. 이에 따라, 검출 대상물의 위치, 초음파 센서(M)와 검출 대상물 사이의 거리 및 검출 대상물의 2차원이나 3차원 형상 등이 상기 구해진 차이에 기초해서 측정될 수 있다.

[제1실시예의 작용 및 효과]

제1실시예에 따라서, 다음의 작용 및 효과가 달성될 수 있다.

[1-1]

상기 보호막(14)이 수신소자(11)가 형성되는 기판(12)의 전방측에 제공된다. 상기 갭(S)은 보호막(14)과 기판(12) 사이에 제공된다.

이에 따라, 상기 초음파 센서(M)의 수신부(10)에 외력이 가해지는 경우에도, 상기 외력이 단지 보호막(14)에만 가해질 뿐 상기 기판(12)에 형성되는 얇은 각 층(22 내지 26)에는 직접 가해지지 않는다.

따라서, 제1실시예에 의하면, 얇은 각 층(22 내지 26)의 기계적 강도가 낮은 경우에도, 상기 각 층(22 내지 26)은 파손으로부터 방지되어 수신부(10)의 고장을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 수신부(10)는 견고해 질 수 있다.

또한, 상기 발신부(31)의 발신소자는 수신소자(11)와 동일한 구조로 이루어지기 때문에, 상기 각 층(22 내지 26)은 파손으로부터 방지되어 발신부(31)의 고장을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 발신부(31)는 견고해 질 수 있다.

따라서, 상기 수신부(10) 및 발신부(31)를 포함하는 초음파 센서(M)는 소정의 변형없이 차량의 외부장비로서 장착될 수 있다. 상기 초음파 센서(M)가 차량의 외부장비로서 장착되는 경우, 상기 보호막(14)을 위해 내후성(weather-resistant)이 높은 재료를 사용할 필요가 있다. 이와 같은 재료는, 예를 들면 각종의 금속(알루미늄 합금과 같은), 각종 합성수지(synthetic resin), 유리(glass) 및 고무(rubber) 등을 포함한다.

[1-2]

상기 보호막(14)과 기판(12) 사이의 갭(S)이 액체, 졸 및 젤 중에서 선택되는 충전재(filler)로 충전되는 경우에, 상기 충전재의 음향 임피던스(acoustic impedance)가 보호막(14)의 음향 임피던스에 접근됨으로써 충전재를 통해 보호막(14)의 진동을 각 수신소자(11)에 전달하는 것이 가능하다. 그 결과, 각 수신소자 (11)의 수신감도(receiving sensitivity)는 향상될 수 있다.

상기 재료(물질)의 음향 임피던스는 재료의 밀도(density)와 전달음속(propagation acoustic speed)의 곱(product)으로 이루어진다. 그리고, 재료 사이의 음향 임피던스의 차이가 커질수록, 음파의 전달특성은 악화 된다. 구체적으로, 상기 갭(S)의 충전재와 보호막(14) 사이의 음향 임피던스의 차이가 커질수록, 초음파는 보호막(14)에 의해 반사되어서 상기 충전재에 전달(propagation)이 어려워진다.

따라서, 합성수지막(synthetic resin film)이 보호막(14)으로서 이용되는 경우, 상기 합성수지의 미립자(fine particle)를 액체에 분산시킴에 의해 얻을 수 있는 졸 또는 합성수지로 이루어지는 고분자젤(polymer gel)이 충전재로서 이용된다. 또한, 상기 충전재는 수신소자(11)에 영향을 주지 않을 필요가 있다. 이러한 조건을 만족하는 충전재로서, 예를 들면 실리콘젤이나 불소젤(fluorine gel) 등을 포함한다.

상기 갭(S)에 충전재로 충전하기 위하여, 상기 하우징부재(13)에 보호막(14)을 부착한 후, 상기 갭(S)으로부터 공기를 제거하는 동안에 상기 충전재는 갭(S)에 주입된다.

또한, 상기 기판(12)이 하우징부재(13)에 수용되고, 상기 하우징부재(13)의 상측 개구부를 통해서 기판(12)에 충전재가 유입된 후, 상기 보호막(14)은 하우징부재(13)에 부착될 수 있다.

또한, 스핀 코팅법(spin coating)에 의해 상기 기판(12)에 충전재가 낙하된 후, 상기 기판(12)은 기판(12)의 표면에 충전재로 이루어지는 박막을 형성하기 위하여 회전된다. 그 후, 상기 기판(12)은 하우징부재(13)에 수용될 수 있다.

일예로, 상기 갭(S)이 각종 기체(공기, 불활성 기체(inert gas) 등) 중의 하나로 충전되는 경우, 상기 기체는 보호막(14)보다 매우 작은 음향 임피던스를 가지기 때문에, 상기 보호막(14)의 진동은 상기 수신소자(11)에 충분히 전달되지 않을 수 있다. 이에 따라, 각 수신소자(11)의 수신감도가 저하될 수 있다.

상기 갭(S)이 액체, 졸 및 젤과 같은 충전재로 충전되는 경우에, 상기 갭(S)에 공기가 남아 있으면 상기 보호막(14)의 진동은 수신소자(11)에 전달되기가 어렵다. 따라서, 상기 갭(S)에 충전재로 충전하기 위해서는 상기 갭(S)으로부터 공기를 완전히 제거하는 것이 바람직하다.

상기 보호막(14)과 기판(12) 사이의 갭(S)이 액체, 졸 및 젤로부터 선택되는 충전재로 충전되는 경우, 상기 발신부(31)의 발신소자는 수신소자(11)와 동일한 구조이기 때문에, 상기 충전재의 음향 임피던스를 보호막(14)의 음향 임피던스에 접근시킴으로써 상기 발신소자의 진동이 충전재를 통해 보호막(14)에 확실하게 전달될 수 있다. 그 결과, 상기 발신소자의 발신출력은 향상될 수 있다.

또한, 상기 갭(S)이 각종 기체 중의 하나로 충전되는 경우, 상기 기체의 음향 임피던스는 보호막(14)의 음향 임피던스보다 매우 작기 때문에 상기 발신소자의 진동은 보호막(14)에 충분히 전달되지 않는다. 이에 따라, 상기 발신소자의 발신출력은 저하될 수 있다.

또한, 상기 갭(S)이 액체, 졸 및 젤과 같은 충전재로 충전되는 경우에, 상기 갭(S)에 공기가 남아 있으면 상기 발신소자의 진동이 보호막(14)에 전달되기가 어렵기 때문에, 상기 갭(S)에 충전재로 충전하기 위해서는 상기 갭(S)으로부터 공기를 완전히 제거하는 것이 바람직하다.

[1-3]

도3에 나타낸 예에서, 상기 초음파 센서는 9개의 수신소자(11)(압전소자(E))를 구비한 수신부(10)를 포함한다. 그러나, 상기 수신부(10)를 구성하는 수신소자(11)의 개수는 검출 대상물의 정확한 측정(위치측정, 거리측정 및 형상측정)에 영향을 주며, 상기 수신소자(11)의 개수가 증가할수록, 상기 정확도는 향상될 수 있다.

상기 수신소자(11) 사이의 간격(interval)은 상기 발신부(31)로부터 발신되는 초음파의 파장보다 짧게 설정될 필요가 있다. 또한, 상기 수신소자(11) 사이의 간격은 측정의 정확도(measurement accuracy)에 영향을 준다.

따라서, 상기 수신소자(11) 사이의 간격 및 개수는 필요한 측정의 정확도에 따라 시행착오법(cut-and-try)의 실험에 의해 최적치(optimal value)를 구함으로써 설정될 수 있다.

예를 들면, 상기 초음파 센서(M)에 대해서 검출 대상물이 어느 방향에 위치하는 지를 측정하는 경우, 수개의 수신소자(11)면 충분하다. 그러나, 상기 검출 대상물의 정확한 2차원 형상을 측정하는 경우, 수십 내지 수백 개의 수신소자(11)가 필요하다. 또한, 상기 검출 대상물의 정확한 3차원 형상을 측정하는 경우, 2차원 형상을 측정하는데 필요한 개수보다 더 많은 수신소자(11)가 필요하다.

[1-4]

도3에 나타낸 예에서, 상기 발신부(31)를 구성하는 발신소자의 배치는 초음파의 발신방향의 지향성(directivity)을 조절하기 위해서 적절히 설정된다.

따라서, 상기 발신부(31)를 구성하는 발신소자의 배치 및 개수는 필요한 발신출력 및 지향성에 따라 시행착오법(cut-and-try)의 실험에 의해 최적치를 구함으로써 설정될 수 있다.

[제2실시예]

도4는 제2실시예에 따른 초음파 센서(M)의 수신부(40)를 나타낸 측단면도이다.

제2실시예에 따른 수신부(40)는 상기 보호막(14)이 각 수신소자(11)의 수신면(11a)에 부착고정되는 박판 형상(thin plate-like)의 보호부재(protective member)(41)로 대체되는 점에서만 제1실시예의 수신부(10)와 다르다.

구체적으로, 상기 수신부(40)의 보호부재(41)는 각 수신소자(11)의 전방측에 부착된다. 각 수신소자(11)의 보호부재(41) 사이에 틈새(clearance)(K)가 제공된다. 상기 틈새(K)는 보호부재(41)를 각각의 수신소자(11)로 분리시킨다.

제2실시예에 따른 초음파 센서(M)의 구성은 도3에 나타낸 제1실시예에 따른 초음파 센서(M)의 수신부(10)를 수신부(40)로 대체함으로써 달성될 수 있다.

[제2실시예의 작용 및 효과]

제2실시예에 따라서, 상기 제1실시예의 [1-3]과 [1-4]에서 설명한 작용 및 효과가 동일하게 달성될 수 있으며, 이에 부가하여 다음의 작용 및 효과가 달성될 수 있다.

[2-1]

상기 박판 형상의 보호부재(41)는 각 수신소자(11)의 수신면(11a)에 부착고정된다. 따라서, 상기 보호부재(41)가 초음파에 의해 진동되는 경우, 상기 보호부재(41)의 진동은 수신면(11a)의 각 층(22 내지 26)(도4에 미도시; 도2참조)에 전달된다. 그 결과, 강유전체로 이루어지는 박막층(25)은 전기신호가 압전효과에 의하여 생성되도록 진동한다.

여기에서, 상기 수신면(11a)의 층(22 내지 26)은 보호부재(41)에 의해서 보강되기 때문에, 상기 초음파 센서(M)의 수신부(40)에 외력이 가해지는 경우에도, 얇은 각 층(22 내지 26)은 파손으로부터 방지되어 상기 수신부(40)의 고장을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 수신부(40)는 견고해 질 수 있다.

또한, 상기 박판 형상의 보호부재(41)가 발신소자의 발신면에 부착고정되도록 상기 발신부(31)가 수신부(40)와 동일한 구조로 이루어지는 경우에, 상기 박막층(25)이 압전효과에 의해 진동되고, 상기 박막층(25)의 진동은 보호부재(41)에 전달된다. 그 후, 상기 보호부재(41)는 초음파를 발신하기 위하여 차례로 진동된다.

이러한 경우에, 상기 발신소자의 발신면의 층(22 내지 26)은 보호부재(41)에 의해서 보강되기 때문에, 상기 초음파 센서(M)의 발신부(31)에 외력이 가해지는 경우에도, 얇은 각 층(22 내지 26)은 파손으로부터 방지되어 상기 발신부(31)의 고장을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 발신부(31)는 견고해 질 수 있다.

[2-2]

상기 수신부(40) 및 발신부(31)는 견고하기 때문에, 상기 수신부(40) 및 발신부(31)를 포함하는 초음파 센서(M)는 소정의 변형없이 차량의 외부장비로서 장착될 수 있다. 상기 초음파 센서(M)가 차량의 외부장비로서 장착되는 경우, 상기 보호부재(41)는 내후성이 높은 재료를 사용할 필요가 있다. 이와 같은 재료는, 예를 들면 각종의 금속(알루미늄 합금과 같은), 각종 합성수지, 유리 및 고무 등을 포함한다.

각 수신소자(11)의 수신면(11a)(발신소자의 발신면)에 보호부재를 부착고정하는 방법으로서, 소정의 방법(예를 들면, 열용접, 초음파 용접, 접착제에 의한 접착 등)이 이용될 수 있다.

[2-3]

상기 틈새(K)는 각 수신소자(11)의 보호부재(41) 사이에 제공된다. 상기 틈새(K)는 보호부재(41)를 각각의 수신소자(11)로 분리시키기 위하여 제공된다. 이에 따라, 하나의 보호부재(41)의 진동은, 상기 보호부재(41)가 부착고정되는 수신소자(11)에만 전달되고, 다른 수신소자(11)에는 인접한 보호부재(41)에 의해서 전달되지 않는다.

따라서, 제2실시예에 의하면, 초음파는 각각의 수신소자(11)에 완전히 분리하는 방식으로 수신될 수 있기 때문에, 각 수신소자(11)의 크로스토크(crosstalk) 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있다.

[제3실시예]

도5는 제3실시예에 따른 초음파 센서(M)의 수신부(50)를 나타낸 측단면도이다.

제3실시예에 따른 수신부(50)는 분리부재(separation member)(51) 및 분리그루브(separation groove)(52)가 제공되는 점에서만 제1실시예에 따른 수신부(10)와 다르다.

각 분리부재(51)의 하단부는 상기 수신소자(11) 사이의 기판(12)에 형성되는 각 분리그루브(52)에 끼워진다. 반면에, 각 분리부재(51)의 상단부는 보호막(14) 및 갭(S)을 각각의 수신소자로 분리시킨다.

구체적으로, 도5에 나타낸 예에서, 각 분리부재(51)의 하단부는 세개의 수신소자(11A 내지 11C) 사이의 기판(12)에 형성되는 각 분리그루브(52)에 끼워진다. 그 결과, 상기 수신소자(11A 내지 11C)는 분리부재(51) 및 분리그루브(52)에 의해 서로 분리된다.

각 수신소자(11A 내지 11C)의 상측(전방측)에 위치되는 갭(SA 내지 SC) 및 보호막(14A 내지 14C)도 분리부재(51)에 의해서 각각의 수신소자(11A 내지 11C)에 서로 분리된다.

제3실시예에 따른 초음파 센서(M)의 구성은 도3에 나타낸 제1실시예에 따른 초음파 센서(M)의 수신부(10)를 수신부(50)로 대체함으로써 달성될 수 있다.

[제3실시예의 작용 및 효과]

제3실시예에 따르면, 전술한 제1실시예에 따른 작용 및 효과에 부가해서, 다 음의 작용 및 효과가 달성될 수 있다.

[3-1]

각 수신소자(11)의 상측(전방측)에 위치되는 갭(S)과 보호막(14) 및 수신소자(11)는 분리부재(51)와 분리그루브(52)에 의해서 각각의 수신소자(11)로 분리된다. 이에 따라, 분리된 하나의 보호막(14A)의 진동은, 상기 보호막(14A)의 하측에 위치되는 갭(SA)을 통해서 수신소자(11A)에만 전달되고, 다른 수신소자(11B 및 11C)에는 전달되지 않는다.

따라서, 제3실시예에 의하면, 초음파는 각각의 수신소자(11A 내지 11C)에 완전히 분리하는 방식으로 수신될 수 있다. 그러므로, 각 수신소자(11A 내지 11C)의 크로스토크 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 서로 인접하는 복수개의 수신소자(11)는 하나의 그룹(group)으로 될 수 있다. 상기 분리부재(51)와 분리그루브(52)는 상기 그룹이 다른 그룹으로부터 분리되도록 각각의 그룹에 제공될 수 있다.

[3-2]

각 분리부재(51)는 수직방향으로 배치되어 하나의 그룹으로 이루어지는 보호막(14A), 갭(SA) 및 수신소자(11A)의 진동이 인접하는 다른 그룹부재(보호막(14B 및 14C), 갭(SB 및 SC) 및 수신소자(11B 및 11C))에 전달되지 않도록 확실하게 차단할 필요가 있다.

이러한 이유 때문에, 진동차단성(oscillation blocking property)이 높은 재료를 각 분리부재(51)에 사용할 필요가 있다. 이와 같은 재료의 예로는 고무를 포 함한다.

[제4실시예]

도6은 제4실시예에 따른 초음파 센서(M)의 수신부(60)를 나타낸 측단면도이다.

제4실시예에 따른 수신부(60)는 상기 갭(R)과 하우징부재(13)의 외부를 서로 연통하기 위한 벤트홀(vent hole)(61)이 각 수신소자(11)의 하측의 하우징부재(13)의 저면에 형성되는 점에서만 제3실시예에 따른 수신부(50)와 다르다.

제4실시예에 따른 초음파 센서(M)의 구성은 도3에 나타낸 제1실시예에 따른 초음파 센서(M)의 수신부(10)를 수신부(60)로 대체함으로써 달성될 수 있다.

그러나, 상기 수신부(60)가 센서기판(32)에 부착고정되는 경우에 각 벤트홀(61)이 폐쇄되지 않도록 상기 수신부(60)와 센서기판(32) 사이에 틈새를 제공할 필요가 있다. 구체적으로, 상기 수신부(60)와 센서기판(32) 사이에 스페이서(spacer)가 제공될 수 있거나, 또는 각 벤트홀(61)에 대응하는 위치에서 센서기판(32)에 그루브 또는 벤트홀이 제공될 수 있다.

[제4실시예의 작용 및 효과]

제4실시예에 따르면, 전술한 제3실시예에 따른 작용 및 효과에 부가해서, 각 수신소자(11)의 수신면(11a)의 각 층(22 내지 26)(도6에 미도시; 도2참조)의 진동이 억제되지 않기 때문에 각 수신소자(11)의 수신감도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

구체적으로, 상기 벤트홀(61)이 하우징부재(13)에 제공되지 않는 경우에, 상 기 기판(12)과 하우징부재(13)로 둘러싸이는 갭(R)은 밀폐공간으로 이루어진다. 이러한 방식에서, 상기 밀폐공간을 충전하는 공기는 각 수신소자(11)의 수신면(11a)의 후면측에 공기에 의해서 댐핑력(damping force)이 가해지도록 스프링으로서 작용한다. 이에 따라, 상기 수신면(11a)의 각 층(22 내지 26)의 자유진동(free oscillation)은 억제되어, 각 수신소자(11)의 수신감도가 저하될 수 있다.

반면에, 제4실시예에서, 공기는 벤트홀(61)을 통과한다. 이에 따라, 공기에 의한 댐핑력은 각 수신소자(11)의 수신면(11a)의 후면측에 가해지지 않는다. 그 결과, 상기 수신면(11a)의 각 층(22 내지 26)은 자유로이 진동될 수 있다.

상기 벤트홀(61)의 개수, 배치 및 크기와 형상은 전술한 작용 및 효과가 충분히 달성될 수 있도록 시행착오법의 실험에 의해 최적치를 구함으로써 설정될 수 있다.

상기 발신부(31)가 수신부(60)와 동일한 구조로 이루어지며 상기 벤트홀(61)이 하우징부재(13)에 제공되는 경우에, 공기는 벤트홀(61)을 통과한다. 이에 따라, 공기에 의한 댐핑력은 상기 발신소자의 발신면의 후면측에 가해지지 않는다. 그 결과, 상기 발신면의 각 층(22 내지 26)이 자유로이 진동될 수 있도록 상기 진동은 억제되지 않기 때문에, 상기 발신소자의 발신출력은 향상될 수 있다.

[제5실시예]

도7은 제5실시예에 따른 초음파 센서(M)의 수신부(70)를 나타낸 측단면도이다.

제5실시예에 따른 수신부(70)는 상기 갭(R)과 하우징부재(13)의 외부를 서로 연통하기 위한 벤트홀(71)이 상기 하우징부재(13)의 측벽을 통해 제공되는 점에서만 제1실시예에 따른 수신부(10)와 다르다.

제5실시예에 따른 초음파 센서(M)의 구성은 도3에 나타낸 제1실시예에 따른 초음파 센서(M)의 수신부(10)를 수신부(70)로 대체함으로써 달성될 수 있다.

그러나, 상기 수신부(70)가 센서기판(32)에 부착고정되는 경우에 상기 벤트홀(71)의 개구부가 상측방향으로 향하도록 상기 벤트홀(71)을 지지하는 측벽과 대향되는 하우징부재(13)의 측벽을 상기 센서기판(32)에 부착고정할 필요가 있다.

[제5실시예의 작용 및 효과]

제5실시예에 따르면, 전술한 제1실시예의 작용 및 효과에 부가해서, 상기 갭(S)이 액체, 졸 또는 젤 같은 충전재로 충전될 때에 상기 충전재가 기포(air bubble)를 포함하고 있는 경우, 상기 기포는 벤트홀(71)을 통해 갭(S)의 외부로 제거(배출)될 수 있다.

구체적으로, 상기 갭(S)을 충전하는 충전재가 기포를 포함하는 경우, 상기 기포는 상기 보호막(14)의 진동을 수신소자(11)에 전달하는 것을 어렵게 한다.

반면에, 제5실시예에 따르면, 상기 벤트홀(71)을 통해 기포는 제거될 수 있다. 이에 따라, 상기 갭(S)은 충전재로 완전히 충전되어, 각 수신소자(11)의 수신감도가 상기 갭(S)을 충전하는 충전재에 포함된 기포에 의해서 저하되는 것을 방지할 수 있다.

상기 발신부(31)는 수신부(70)와 동일한 구조로 이루어지며 상기 벤트홀(71)이 발신부(31)의 하우징부재(13)에 제공되는 경우에, 상기 갭(S)의 충전재에 포함 된 기포는 벤트홀(71)을 통해 제거될 수 있다. 그 결과, 상기 갭(S)은 충전재로 완전히 충전될 수 있다. 이러한 방식에서, 상기 발신소자의 진동은 충전재를 통해 보호막(14)에 확실하게 전달되어, 상기 발신소자의 발신출력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

[제6실시예]

도8은 제6실시예에 따른 초음파 센서(M)의 수신부(80)를 나타낸 측단면도이다.

제6실시예에 따른 수신부(80)는 각 수신소자(11)의 수신면(11a)과 보호막(14)을 각각의 수신소자(11)에 서로 독립적으로 연결하는 칼럼 형상(column-like)의 전달부재(transfer member)(81)가 갭(S)에 제공되는 점에서만 제1실시예의 수신부(10)와 다르다.

제6실시예에 따른 초음파 센서(M)의 구성은 도3에 나타낸 제1실시예에 따른 초음파 센서(M)의 수신부(10)를 수신부(80)로 대체함으로써 달성될 수 있다.

[제6실시예의 작용 및 효과]

제6실시예에 따르면, 전술한 제1실시예에 따른 [1-1],[1-3] 및 [1-4]의 작용 및 효과에 부가해서 다음의 작용 및 효과가 달성될 수 있다.

[6-1]

상기 보호막(14)이 초음파에 의해 진동되는 경우, 상기 보호막(14)의 진동은 각 전달부재(81)를 통해 각 수신소자(11)에 전달된다.

이러한 경우, 상기 전달부재(81)는 각각의 수신소자(11)에 제공되기 때문에, 상기 전달부재(81) 중에서 임의의 하나의 진동은 다른 전달부재(81)에 전달되지 않는다. 이에 따라, 초음파는 각각의 수신소자(11)에 분리하는 방식으로 수신될 수 있다. 그 결과, 각 수신소자(11)의 크로스토크 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 각 전달부재(81)의 음향 임피던스를 보호막(14)의 음향 임피던스에 접근시킴으로써, 상기 보호막(14)의 진동이 각 전달부재(81)에 확실하게 전달될 수 있다. 그 결과, 각 수신소자(11)의 수신감도는 향상될 수 있다.

또한, 각 전달부재(81)의 음향 임피던스를 상부전극층(26)(도8에 미도시; 도2 참조)의 음향 임피던스에 접근시킴으로써, 각 전달부재(81)의 진동이 상부전극층(26)에 확실하게 전달되어, 각 수신소자(11)의 수신감도는 향상될 수 있다.

따라서, 상기 전달부재(81)는 보호막(14) 또는 상부전극층(26)과 동일한 재료로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 발신부(31)는 수신부(80)와 동일한 구조로 이루어지며 상기 발신소자의 발신면과 보호막(14)을 서로 연결하기 위하여 전달부재(81)가 제공되는 경우에, 각 전달부재(81)의 음향 임피던스를 보호막(14)의 음향 임피던스에 접근시킴으로써, 상기 전달부재(81)의 진동이 보호막(14)에 확실하게 전달될 수 있다. 그 결과, 상기 발신소자의 발신출력은 향상될 수 있다.

또한, 상기 전달부재(81)의 음향 임피던스를 발신소자의 상부전극층(26)의 음향 임피던스에 접근시킴으로써, 상기 발신소자의 상부전극층(26)의 진동이 전달부재(81)에 확실하게 전달될 수 있다. 그 결과, 상기 발신소자의 발신출력은 향상 될 수 있다.

[6-2]

각 수신소자(11)의 크로스토크 특성이 악화되는 것을 방지하기 위하여, 상기 전달부재(81) 중에서 임의의 하나의 진동이 상기 갭(S)의 충전재를 통해 다른 전달부재(81)에 전달되는 것을 방지할 필요가 있다.

따라서, 제6실시예에서는 상기 갭(S)을 진공상태(vaccum state)로 하는 것이 바람직하다.

제6실시예에서, 상기 갭(S)이 충전재로 충전되는 경우에, 작은 음향 임피던스 또는 진동흡수성(vibration absorbent)이 높은 재료(예를 들면, 높은 점성(viscosity)을 가지는 젤 등)를 가지는 기체가 충전재로 사용된다.

[제7실시예]

도9a 및 도9b는 제7실시예에 따른 초음파 센서(M)의 수신부(90)를 각각 나타낸 측단면도이다.

제7실시예에 따른 수신부(90)는 상기 보호막(14)의 외측에 음향호른(acoustic horn)(91)이 제공되는 점에서만 제3실시예의 수신부(50)와 다르다.

각 음향호른(91)은 스로트(throat)부(91a)로부터 개구부(91b)로 향해서 단면적이 점차로 증가하도록 형성된다.

상기 음향호른(91)은 각각의 수신소자(11)에 제공된다.

각 음향호른(91)의 상기 스로트부(91a)는 각 수신소자(11)의 상측(전방측)에 위치되는 보호막(14)에 배치된다. 구체적으로, 각 음향호른(91)의 상기 스로트부 (91a)는 각 수신소자(11)의 전방측에 제공된다.

각 음향호른(91)에서, 상기 스로트부(91a)의 외주연의 호른벽부재(horn wall member)(91c)는 각 분리부재(51)의 상단부에 부착고정된다.

구체적으로, 도9a 및 도9b에 나타낸 예에서, 상기 음향호른(91A 내지 91C)은 세개의 수신소자(11A 내지 11C)에 각각 제공된다. 각 음향호른(91A 내지 91C)의 스로트부(91a)는 상기 수신소자(11A 내지 11C)의 상측(전방측)에 위치되는 보호막(14A 내지 14C)에 각각 제공된다.

제7실시예에 따른 초음파 센서(M)의 구성은 도3에 나타낸 제1실시예에 따른 초음파 센서(M)의 수신부(10)를 수신부(90)로 대체함으로써 달성될 수 있다.

[제7실시예의 작용 및 효과]

제7실시예에 따르면, 전술한 제3실시예의 작용 및 효과에 부가해서, 다음의 작용 및 효과가 달성될 수 있다.

[7-1]

각각의 수신소자(11)에 음향호른(91)을 제공함으로써, 초음파의 수신방향의 지향성은 각각의 수신소자(11)에 제공될 수 있다.

구체적으로, 상기 음향호른(91A 내지 91C)은 호른축(α 내지 γ)에 대해 각각 예리한 지향성(acute directivity)을 가진다.

따라서, 도9a에 나타낸 바와 같이, 각 음향호른(91A 내지 91C)의 호른축(α 내지 γ)이 동일한 방향에 설정되는 경우에 상기 수신소자(11A 내지 11C)의 지향성은 동일한 방향에서 설정될 수 있도록, 상기 음향호른(91A 내지 91C)은 동일한 크 기와 형상으로 형성된다.

또한, 도9b에 나타낸 바와 같이, 각 음향호른(91A 내지 91C)의 크기와 형상을 변화시킴에 의해서 각 음향호른(91A 내지 91C)의 호른축(α 내지 γ)이 임의의 다른 방향에 설정되는 경우, 각 수신소자(11A 내지 11C)의 지향성은 임의의 방향에서 설정될 수 있다.

상기 발신부(31)가 수신부(90)와 동일한 구조로 이루어지며 상기 음향호른(91)이 보호막(14)의 외측에 제공되는 경우, 초음파의 발신방향의 지향성은 발신소자에 부여될 수 있다.

[7-2]

각 음향호른(91)에서, 상기 스로트부(91a)의 외주연의 호른벽부재(91c)는 각 분리부재(51)의 상단부에 부착고정된다.

따라서, 상기 음향호른(91)이 제공되는 경우에도 각 보호막(14A 내지 14C)의 진동은 억제되지 않을 수 있고, 각 수신소자(11)의 수신감도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

상기 음향호른(91)의 호른벽부재(91c)는 초음파에 의해서 거의 진동되지 않도록 충분한 강도를 가지는 재료로 형성할 필요가 있다. 이와 같은 재료는, 예를 들면 각종 금속이나 합성수지 등을 포함한다.

상기 발신부(31)가 수신부(90)와 동일한 구조로 이루어지며 상기 음향호른(91)이 보호막(14)의 외측에 제공되는 경우, 상기 스로트부(91a)의 외주연의 호른벽부재(91c)는 각 분리부재(51)의 상단부에 부착고정되기 때문에 상기 음향호른 (91)이 제공되는 경우에도 상기 보호막(14A 내지 14C)의 진동은 억제되지 않는다. 따라서, 상기 발신소자의 발신출력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

[제8실시예]

도10은 제8실시예에 따른 초음파 센서(M)의 수신부(100)를 나타낸 측단면도이다.

제8실시예에 따른 수신부(100)는 제7실시예에 따른 수신부(90)와 동일한 형태로서 상기 음향호른(91)이 보호막(14)의 외측에 제공되는 점에서만 제6실시예에 따른 수신부(80)와 다르다.

그러나, 제8실시예에서, 각 음향호른(91)의 스로트부(91a)의 외주연의 호른벽부재(91c)는 보호막(14)에 부착고정된다.

제8실시예에 따른 초음파 센서(M)의 구성은 도3에 나타낸 제1실시예에 따른 초음파 센서(M)의 수신부(10)를 수신부(100)로 대체함으로써 달성될 수 있다.

따라서, 제8실시예에 따르면, 전술한 제6실시예의 작용 및 효과에 부가해서, 상기 제7실시예의 [7-1]에서 설명한 작용 및 효과가 달성될 수 있다.

[제1실시예에서 제8실시예의 변형예]

제1 내지 제8실시예는 다음과 같이 변형될 수 있다. 이러한 경우에도, 전술한 각 실시예와 동등하거나 또는 더 우수한 작용 및 효과가 달성될 수 있다.

[1]

제1 내지 제8실시예의 각 수신부(10 내지 100)는 복수개의 압전 수신소자(11)를 포함한다.

그러나, 상기 압전 수신소자(11)는 복수개의 전기용량 수신소자(111)가 각 수신부(10 내지 100)를 구성할 수 있도록 전기용량 수신소자(111)로 대체될 수 있다.

도11은 하나의 전기용량 수신소자(111)를 확대해서 나타낸 측단면도이다.

상기 기판(12)의 표면에 절연층(112)이 형성된다. 상기 절연층(112)의 표면에 고정전극층(fixed electrode layer)(113)이 형성된다. 상기 고정전극층(113)의 표면에 틈새(P)를 통해서 이동전극층(movable electrode layer)(114)이 형성된다.

상기 전극층(113 및 114) 주위에 절연층(115)이 형성된다. 상기 절연층(115) 및 이동전극층(114)의 표면(장치 표면)은 평평하다.

상기 본딩와이어(28 및 29)는 전극층(113 및 114)에 각각 접속된다.

이러한 방식에서, 두개의 전극층(113 및 114)이 틈새(P)를 통해서 서로 대향되도록 제공되는 구조를 가지는 전기용량소자(F)가 형성된다. 상기 수신소자(111)는 MEMS 기술을 이용하여 제조된 전기용량소자(F)를 포함한다.

상기 이동전극층(114)의 표면은 수신소자(111)의 수신면(111a)을 형성한다.

상기 이동전극층(114)이 초음파에 의해 진동되는 경우, 전기용량을 변화시키기 위해서 상기 전극층(113 및 114) 사이의 거리를 변화시킨다. 그러므로, 상기 본딩와이어(28 및 29)에 접속되는 변환회로(conversion circuit)(미도시)는 상기 전극층(113 및 114) 사이의 전기용량의 변화를 전기신호로 변환하기 위해 사용된다.

전술한 바와 같이, 각 수신부(10 내지 100)가 복수개의 전기용량 수신소자(111)를 포함하여 형성되는 경우에도, 각 수신부(10 내지 100)가 압전 수신소자 (11)로 형성되는 경우와 같은 형태로 이루어져서 얇은 이동전극층(114)의 기계적 강도가 낮을지라도, 상기 이동전극층(114)은 파손으로부터 방지되어 수신부(10 내지 100)의 고장을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 수신부(10 내지 100)는 견고해 질 수 있다.

[2]

제1 내지 제8실시예의 발신부(31)는 압전 수신소자(11)와 동일한 구조를 가지는 압전 발신소자로 형성된다.

그러나, 상기 발신부(31)는 도10에 나타낸 전기용량 수신소자(111)와 동일한 구조를 가지는 전기용량 발신소자로 형성될 수도 있다. 이와 같은 경우에, 상기 전극층(113 및 114)에 인가되는 입력신호에 따라서 상기 전극층(113 및 114) 사이에 정전인력(electrostatic attraction)이 발생된다. 상기 정전인력은 초음파가 발생되도록 이동전극층(114)을 진동시킨다.

이러한 경우, 상기 수신소자(111)의 수신면(111a)은 초음파를 발신하기 위해 발신소자의 발신면으로서 작용한다.

[3]

제1 내지 제8실시예에서, 상기 기판(12)과 하우징부재(13)로 둘러싸이는 갭(R)은 공기로 충전된다.

그러나, 상기 갭(R)이 층(22 내지 26)의 과도한 진동을 억제하기 위한 재료(예를 들면, 액체, 졸 또는 젤 등)로 충전되는 경우, 각 층(22 내지 26)은 과도하게 진동되어 파손되는 것을 방지할 수 있다.

[4]

제1 내지 제8실시예에 따른 초음파 센서(M)는 칩부품(chip part)에 대응하는 수신부(10 내지 100) 및 발신부(31)의 어느 하나가 절연판재로 이루어지는 센서기판(32)에 부착고정되는 하이브리드 IC로 구성된다.

또한, 상기 초음파 센서(M)는 수신부(10 내지 100) 및 발신부(31)의 어느 하나가 하나의 기판(12)에 형성되는 모노리스 IC(monolithic IC)로 구성될 수도 있다. 이러한 방식에서, 상기 초음파 센서(M)는 무게뿐만 아니라 크기도 보다 감소될 수 있다.

이러한 경우, 상기 기판(12)에 배열되는 복수개의 수신소자(11) 중 어느 하나 또는 복수개의 수신소자(11)는 발신부(31)의 발신소자(들)로서 작용하도록 이루어질 수 있다.

도12는 초음파 센서(T)를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

상기 초음파 센서(T)는, 하나의 기판(12)(도12에서 미도시; 도13 내지 도17 참조)에 수신부(10, 40, 50, 80, 90 또는 100)와 발신부(U)가 형성되는 모너리스 IC; 본딩와이어(28 및 29); 센서기판(32) 및 전극패드(33)를 포함한다.

이러한 구조로 인하여, 상기 초음파 센서(T)는 초음파 센서(M)보다 무게뿐만 아니라 크기에서 더욱 감소된다.

상기 발신부(U)는 하나의 발신소자(W)로 이루어진다. 상기 발신소자(W)는 수신부(10, 40, 50, 80, 90 또는 100)를 구성하는 각 수신소자(11)와 동일한 구조를 가진다.

상기 발신소자(W)로 부터 인출되는 각 본딩와이어(28 및 29)의 팁부는 상기 수신소자(11)와 동일한 형태로 각 전극패드(33)에 접속된다.

또한, 상기 수신부(11)와 동일한 구조를 가지는 발신소자(W)는 상기 수신소자(11)(도12에서 미도시; 도13 내지 도17 참조)의 수신면(11a)에 대응하는 발신면(Wa)(미도시)으로부터 초음파를 발신한다.

도12에 나타낸 예에서, 하나의 기판(12)(미도시)에 3 X 3으로 배열되는 동일한 구조를 가지는 9개의 소자 중, 코너(corner)에 배치되는 하나의 소자는 발신소자(W)로서 작용하도록 이루어지고, 다른 8개의 소자는 수신소자(11)로서 작용하도록 이루어진다.

그러나, 상기 기판(12)에 배열되는 동일한 구조를 가지는 복수개의 소자 중 임의의 복수개의 소자는 발신소자(W)로서 작용하도록 이루어진다.

도13은 제2실시예가 초음파 센서(T)에 적용되는 실시예로서, 상기 초음파 센서(T)의 수신부(40) 및 발신부(U)를 나타낸 측단면도이다.

도14는 제3실시예가 초음파 센서(T)에 적용되는 실시예로서, 상기 초음파 센서(T)의 수신부(50) 및 발신부(U)를 나타낸 측단면도이다.

도15는 제6실시예가 초음파 센서(T)에 적용되는 실시예로서, 상기 초음파 센서(T)의 수신부(80) 및 발신부(U)를 나타낸 측단면도이다.

도16a 및 도16b는 제7실시예가 초음파 센서(T)에 적용되는 실시예로서, 상기 초음파 센서(T)의 수신부(90) 및 발신부(U)를 나타낸 측단면도이다.

도17은 제8실시예가 초음파 센서(T)에 적용되는 실시예로서, 상기 초음파 센 서(T)의 수신부(100) 및 발신부(U)를 나타낸 측단면도이다.

[제9실시예]

도18은 제9실시예에 따른 초음파 센서(N)의 수신부(200)를 나타낸 측단면도이다.

상기 수신부(200)는 정렬된 상태로 배치되는 복수개의 압전 수신소자(201)를 포함한다. 도18에 나타낸 예는 세개의 수신소자(201)의 측단면도가 나타나 있다.

상기 수신소자(201)는 SOI 구조를 가지는 단결정 실리콘기판(단결정 실리콘칩)(202)에 형성된다.

상기 기판(202)은 센서기판(32)에 제공된다. 상기 기판(202)은 직사각형의 프레임부재(rectangular frame member)(203)로 둘러싸인다. 상기 기판(202)의 외주연부와 프레임부재(203) 사이의 접속부분을 기밀화(air-seal)하기 위하여, 상기 기판(202)의 외주연부는 적절한 방법(예를 들면, 열용접, 초음파 용접, 접착제에 의한 접착 등)으로 프레임부재(203)의 내벽에 부착고정된다.

상기 프레임부재(203)의 하단부와 센서기판(32) 사이의 접속부분을 기밀화 하기 위하여, 상기 프레임부재(203)의 하단부는 전술한 적절한 방법으로 센서기판(32)에 부착고정된다.

상기 프레임부재(203) 및 센서기판(32)은 상측이 개방된 직육면체 박스 형상의 하우징부재(204)를 형성한다.

구체적으로, 상기 기판(202)은 상측이 개방된 직육면체 박스 형상의 하우징부재(204)에 수용된다.

각 수신소자(201)는 초음파를 수신하는 수신면(201a)이 상기 하우징부재(204)의 개구부(204a)를 향하도록 배치된다. 또한, 각 수신소자(201)의 수신면(201a)은 서로 같은 평면이 되도록 배치된다.

상기 개구부(204a)를 폐쇄하기 위한 보호막(14)은 상기 하우징부재(204)의 개구부(204a)에 부착된다. 구체적으로, 상기 보호막(14)은 수신소자(201)의 전방측에 제공된다.

상기 보호막(14)의 외주연부와 프레임부재(203) 사이의 접속부분을 기밀화 하기 위하여 상기 보호막(14)의 외주연부는 프레임부재(203)의 내주연부에 부착고정된다.

상기 보호막(14)과 기판(202) 사이에 제공되는 갭(S)은 기체, 액체, 졸, 또는 젤 등으로 충전된다.

상기 기판(202)의 후면측(저면측)과 하우징부재(204)(프레임부재(203) 및 센서기판(32))로 둘러싸이는 갭(R)은 공기로 충전된다.

도19는 하나의 압전 수신소자(201)를 확대해서 나타낸 측단면도이다.

상기 기판(202)에는 기판(202)을 관통하는 관통홀(202a)이 형성된다.

상기 기판(202)의 후면측에서, 상기 기판(202)의 표면에는 절연층(21), 실리콘활성층(22) 및 절연층(23)이 이러한 순서대로 형성된다. 각 층(22 및 23)은 관통홀(202a)의 하단부를 폐쇄하기 위하여 형성된다.

상기 기판(202)의 후면측에서, 상기 관통홀(202a)의 하측(후방측)에 위치되는 절연층(23)의 표면에 하부전극층(24), 강유전체(예를 들면, PZT 등)로 이루어지 는 박막층(25) 및 상부전극층(26)이 이러한 순서대로 형성된다.

상기 센서기판(32)은 인쇄배선기판이다. 상기 센서기판(32)의 표면에 배선층(wiring layer)(205 및 206)이 형성된다.

상기 하부전극층(24)과 배선층(205)은 범프(bump)(207)를 통해서 서로 접속되고, 상기 상부전극층(26)과 배선층(206)은 범프(208)를 통해서 서로 접속된다.

상기 범프(207 및 208)는 각종 전도재(conductive material)(솔더(solder), 금, 구리 및 니켈(nickel) 같은 금속 또는 전도성 접착제(conductive adhesive) 등)를 이용하여 적절한 방법(도금(plating) 또는 스터드(stud) 방법 등)으로 형성된다.

이러한 방식에서, 강유전체로 이루어지는 박막층(25)이 두개의 얇은 전극층(24 및 26) 사이에 개재되는 구조를 가지는 압전소자(압전센서)(E)가 형성된다. MEMS 기술을 이용하여 제조된 압전소자(E)는 수신소자(11)를 구성한다.

상기 관통홀(202a)을 통해 노출된 실리콘활성층(22)의 표면은 상기 수신소자(201)의 수신면(201a)을 형성한다.

상기 박막층(25)이 초음파에 의해 진동되는 경우, 압전효과에 의해 전기신호가 생성된다. 이와 같이 생성된 전기신호는 각 전극층(24, 26)으로부터 범프(207 및 208) 및 배선층(205 및 206)의 각각을 통해서 출력된다.

상기 관통홀(202a)은 상기 층(22 내지 26)으로 이루어지는 다이어프램의 진동이 보다 용이하도록 제공된다.

도20은 초음파 센서(N)를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

상기 초음파 센서(N)는, 수신부(200); 발신부(209) 및 센서기판(32)을 포함하는 하이브리드 IC로 이루어진다.

상기 센서기판(32)의 표면에 칩부품에 대응하는 수신부(200) 및 발신부(209)가 부착고정된다.

도20에 나타낸 예에서, 상기 수신부(200)는 3 X 3(가로, 세로방향으로 3개씩)으로 배열되는 9개의 수신소자(201)를 포함한다.

상기 발신부(209)는 수신부(10 내지 100 및 200) 중의 어느 하나와 동일한 구조로 이루어진다. 상기 발신부(209)는 수신소자(11 또는 201)와 동일한 구조로 이루어지는 하나의 압전 발신소자를 포함한다. 상기 박막층(25)은 전극층(24 및 26)으로부터 강유전체로 이루어지는 박막층(25)에 인가되는 입력신호에 따라서 압전효과에 의해 진동되고, 이에 의하여 초음파를 발생시킨다.

상기 발신부(209)의 발신소자가 수신소자(201)와 동일한 구조를 가지도록 이루어지는 경우에, 상기 수신소자(201)의 수신면(201a)은 초음파를 발신하는 발신면으로 제공된다.

구체적으로, 상기 발신부(209)의 발신소자는 초음파가 발신되도록 전기신호를 초음파로 변환시킨다.

그 후, 상기 발신부(209)는 외부로부터의 입력신호에 따라 초음파를 발신한다. 검출 대상물에 반사되는 초음파에 의해 생성되는 반사음은 상기 수신부(200)의 각 수신소자(201)에 의해 수신된다.

구체적으로, 상기 수신부(200)의 각 수신소자(201)는 수신된 초음파를 전기 신호로 변환시킨다.

상기 발신부(209)로부터 발신되는 초음파 및 상기 수신부(200)의 각 수신소자(201)에 의해 수신되는 초음파를 서로 비교하여, 상기 초음파 사이의 음압차, 시간차 및 위상차를 구한다. 이에 따라, 검출 대상물의 위치, 초음파 센서(N)와 검출 대상물 사이의 거리 및 검출 대상물의 2차원이나 3차원 형상 등이 상기 구해진 차이에 기초해서 측정될 수 있다.

[제9실시예의 작용 및 효과]

제9실시예에 따르면, 전술한 제1실시예의 [1-1]에서 [1-4]와 동일한 작용 및 효과에 부가해서, 다음의 작용 및 효과가 달성될 수 있다.

[9-1]

도1 내지 도3에 나타낸 제1실시예의 각 수신소자(11)에서, 상기 상부전극층(26)의 표면은 수신면(11a)으로 제공된다.

반면에, 제9실시예의 각 수신소자(201)에서, 상기 관통홀(202a)의 저면을 통해 노출되는 실리콘활성층(22)의 표면은 수신면(202a)으로 제공된다.

구체적으로, 제9실시예에 따른 수신소자(201)는 제1실시예에 따른 수신소자(11)를 역변형(reversed version)해서 사용하는 것에 대응한다.

또한, 제1실시예에서, 상기 하우징부재(13)에 수용되는 기판(12)을 포함한 팩키지화된 수신부(packaged receiving section)(10)는 센서기판(32)에 부착고정된다. 그리고, 상기 수신부(10)를 구성하는 각 수신소자(11)의 전극층(24 내지 26)과 각 전극패드(33)는 각각의 본딩와이어(28 및 29)를 통해서 서로 접속된다.

구체적으로, 상기 수신부(10)(각 수신소자(11))는 제1실시예에서의 와이어 본딩(wire bonding) 기술을 이용하여 센서기판(32)에 표면실장(surface-mounted)되기 때문에, 제1실시예에 따른 초음파 센서는 다음의 [A]에서 [E]와 같은 단점이 있을 수 있다.

[A] 각 본딩와이어(28 및 29)는 진동에 의해서 절단(cutting)될 수 있다. 상기 초음파 센서(M)가 차량에 장착되는 경우, 엔진의 진동 또는 노면(road surface)으로부터 전달되는 진동이 초음파 센서(M)에 가해지기 때문에 특히, 각 본딩와이어(28 및 29)는 절단되기가 쉽다.

[B] 상기 센서기판(32)에 수신부(10)를 표면실장하기 위한 제조비용이 높다.

상기 발신부(209)의 발신소자가 수신소자(11)와 동일한 구조를 가지도록 이루어지는 경우, 상기 센서기판(32)에 발신부(209)를 표면실장하기 위한 제조비용이 높다.

[C] 상기 본딩와이어(28 및 29)가 각 수신소자(11)의 수신면(11a)의 상측에 제공되기 때문에, 상기 본딩와이어(28 및 29)가 수신면(11a)으로 초음파의 도달을 억제하는 장애물로 되므로 각 수신소자(11)의 수신감도가 저하될 수 있다.

상기 본딩와이어(28 및 29)가 각 수신소자(11)의 수신면(11a)의 상측에 제공되기 때문에, 상기 본딩와이어(28 및 29)는 각 수신소자(11)에 수신되는 초음파에 의해 절단되기가 쉽다.

또한, 상기 발신부(209)의 발신소자가 수신소자(11)와 동일한 구조를 가지도록 이루어지는 경우, 상기 본딩와이어(28 및 29)가 발신소자의 발신면으로부터 초 음파의 발신을 억제하는 장애물로 된다. 그 결과, 발신출력이 저하될 수 있다.

또한, 상기 본딩와이어(28 및 29)가 발신소자의 발신면의 상측에 제공되기 때문에, 상기 본딩와이어(28 및 29)는 발신소자로부터 발신되는 초음파에 의해 절단되기가 쉽다.

[D] 상기 수신부(10)의 신호배선(signal wiring)의 인덕턴스(inductance)는 각 본딩와이어(28 및 29)의 길이에 의해 증가되기 때문에, 상기 수신부(10)로부터 생성되는 전기신호의 전달율(transfer rate)은 저하된다.

또한, 상기 발신부(209)의 발신소자가 수신소자(11)와 동일한 구조를 가지도록 이루어지는 경우, 상기 발신부(209)의 신호배선의 인덕턴스는 각 본딩와이어(28 및 29)의 길이에 의해 증가된다. 그러므로, 상기 발신부(209)로의 입력신호의 전달율은 저하되어 상기 발신부(209)의 동작속도는 저하된다.

[E] 상기 센서기판(32)에 형성되는 전극패드(33)의 점유면적(배치면적(layout area))에 의해 센서기판(32)의 크기가 증가되기 때문에, 상기 초음파 센서(M)의 크기가 증가되는 단점이 있다.

반면에, 제9실시예에 따른 각 수신소자(201)에서, 베어칩(bare chip, 다이(die))에 대응하는 팩키지화되지 않은 기판(202)은 상기 센서기판(32)에 페이스다운(facedown) 상태로 직접 장착된다. 상기 기판(202)에 형성되는 각 수신소자(201)의 전극층(24 내지 26)과 센서기판(32)의 배선층(205 및 206)은 각각의 범프(207 및 208)를 통해서 접속된다.

구체적으로, 제9실시예에서, 상기 수신소자(201)는 플립칩(flip-chip) 접속 에 의하여 센서기판(32)에 표면실장되기 때문에, 전술한 [A]에서 [E]와 같은 단점의 해결은 다음의 [F]에서 [J]의 효과에 의해 달성될 수 있다.

[F] 상기 수신부(200)(수신소자(201))와 센서기판(32)은 범프(207 및 208)를 통해 서로 접속고정되기 때문에, 각 수신소자(201)와 센서기판(32) 사이의 전기접속은 확실하게 유지될 수 있다. 그 결과, 상기 초음파 센서(N)의 수명의 연장과 함께 신뢰성은 향상될 수 있다.

또한, 상기 발신부(209)의 발신소자가 수신소자(11)와 동일한 구조를 가지도록 이루어지는 경우, 상기 발신소자와 센서기판(32) 사이의 전기접속은 확실하게 유지될 수 있다.

[G] 상기 센서기판(32)에 수신부(200)를 표면실장하기 위한 제조비용은 감소될 수 있다.

또한, 상기 발신부(209)의 발신소자가 수신소자(11)와 동일한 구조를 가지도록 이루어지는 경우, 상기 센서기판(32)에 발신부(209)를 표면실장하기 위한 제조비용은 감소될 수 있다.

[H] 본딩와이어는 각 수신소자(201)의 수신면(201a)의 상측에 제공되지 않으며, 이에 따라 상기 수신면(201a)의 전방측에 장애물이 없기 때문에, 상기 초음파는 수신면(201a)으로 도달이 억제되지 않는다. 따라서, 각 수신소자(11)의 수신감도는 향상될 수 있다.

또한, 상기 본딩와이어가 각 수신소자(11)의 수신면(11a)의 상측에 더 이상 제공되지 않기 때문에, 상기 본딩와이어는 각 수신소자(11)에 수신되는 초음파에 의해 절단되지 않는다.

또한, 상기 발신부(209)의 발신소자가 수신소자(201)와 동일한 구조를 가지도록 이루어지는 경우, 상기 본딩와이어는 발신소자의 발신면의 상측에 제공되지 않으며, 이에 따라 상기 발신면의 전방측에 장애물이 없기 때문에, 상기 발신면으로부터 초음파의 발신은 억제되지 않는다. 그 결과, 상기 발신소자의 발신출력은 향상될 수 있다.

또한, 상기 본딩와이어는 발신소자의 발신면의 상측에 제공되지 않기 때문에, 상기 본딩와이어는 발신소자로부터 발신되는 초음파에 의해 절단되지 않는다.

[I] 각 범프(207 및 208)의 인덕턴스는 각 본딩와이어(28 및 29)의 인덕턴스보다 작기 때문에, 상기 수신부(200)의 신호배선의 인덕턴스는 상기 수신부(200)로부터 생성되는 전기신호의 전달율이 증가되도록 감소될 수 있다.

또한, 상기 발신부(209)의 발신소자가 수신소자(201)와 동일한 구조를 가지도록 이루어지는 경우, 상기 발신부(209)의 신호배선의 인덕턴스는 작게 이루어진다. 따라서, 상기 발신부(209)로의 입력신호의 전달율은 상기 발신부(209)의 동작속도가 증가되도록 높게 이루어진다.

[J] 상기 센서기판(32)에 전극패드(33)를 제공하는 것은 더 이상 필요하지 않다. 그 결과, 상기 센서기판(32)의 크기는 전극패드(33)에 의해 점유되지 않는 면적에 의해서 감소될 수 있고, 상기 초음파 센서(N)는 무게뿐만 아니라 크기도 감소될 수 있다.

[9-2]

단면적이 실리콘활성층(22)에 의해 폐쇄되는 관통홀(202a)의 저부로부터 개구부를 향해서 점차로 증가하도록 상기 기판(202)에 관통홀(202a)이 형성되는 경우, 상기 관통홀(202a)은 제7실시예의 음향호른(91)과 동일한 음향호른으로서 작용하도록 이루어질 수 있다. 이러한 경우, 상기 관통홀(202a)의 저부는 음향호른(91)의 스로트부(91a)에 대응한다.

이러한 방식에서, 상기 관통홀(202a)에 의해 형성되는 음향호른은 각각의 수신소자(201)에 제공될 수 있다. 그 결과, 전술한 제7실시예의 [7-1]과 동일한 형태로 초음파의 수신방향의 지향성이 각 수신소자(201)에 제공될 수 있다.

또한, 상기 발신부(209)의 발신소자가 수신소자(201)와 동일한 구조를 가지도록 이루어지는 경우, 초음파의 발신방향의 지향성이 각 발신소자에 제공될 수 있다.

또한, 제9실시예에 따르면, 상기 관통홀(202a)을 적절하게 형성하여 상기 관통홀(202a)이 음향호른으로서 작용하도록 이루어질 수 있다. 상기 음향호른(91)을 제7실시예와 같은 독립부재(independent member)로 제공하는 것은 더이상 필요하지 않기 때문에, 상기 수신부(200) 및 발신부(209)의 제조비용은 제7실시예의 수신부(90) 및 발신부(31)의 제조비용보다 감소될 수 있다. 이와 동시에, 상기 수신부(200) 및 발신부(209)는 무게뿐만 아니라 크기도 감소될 수 있다.

[제10실시예]

도21은 제10실시예에 따른 초음파 센서(N)의 수신부(220)를 나타낸 측단면도 이다.

제10실시예에 따른 수신부(220)는 상기 갭(R)과 하우징부재(204)의 외부를 서로 연통하기 위한 하나 이상(도면에는 일예로 새개를 도시)의 벤트홀(221)이 각 수신소자(201)의 하측의 센서기판(32)의 위치에 형성되는 점에서만 제9실시예에 따른 수신부(200)와 다르다.

제10실시예에 따른 초음파 센서(N)의 구성은 도20에 나타낸 제9실시예에 따른 초음파 센서(N)의 수신부(200)를 수신부(220)로 대체함으로써 달성될 수 있다.

[제10실시예의 작용 및 효과]

제10실시예에 따르면, 전술한 제9실시예의 작용 및 효과에 부가해서, 각 수신소자(201)의 수신면(201a)의 층(22 내지 26)의 진동이 억제되지 않기 때문에 각 수신소자(201)의 수신감도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

구체적으로, 상기 벤트홀(221)이 센서기판(32)에 제공되지 않는 경우, 상기 기판(202)과 하우징부재(204)(프레임부재(203) 및 센서기판(32))로 둘러싸이는 갭(R)은 밀폐공간을 형성한다. 상기 밀폐공간을 충전하는 공기는 각 수신소자(201)의 수신면(201a)의 후면측에 공기에 의해서 댐핑력이 가해지도록 스프링으로서 작용한다. 그 결과, 상기 수신면(201a)의 층(22 내지 26)의 자유진동(free oscillation)은 억제되어, 각 수신소자(201)의 수신감도가 저하될 수 있다.

반면에, 제10실시예에서, 공기는 벤트홀(221)을 통과하기 때문에, 공기에 의한 댐핑력은 각 수신소자(201)의 수신면(201a)의 후면측에 가해지지 않는다. 그 결과, 상기 수신면(201a)의 각 층(22 내지 26)은 자유로이 진동될 수 있다.

상기 벤트홀(221)의 개수, 배치 및 크기와 형상은 전술한 작용 및 효과가 충분히 달성될 수 있도록 시행착오법의 실험에 의해 최적치를 구함으로써 설정될 수 있다.

또한, 상기 벤트홀(221)의 통기성(air permeability)이 저해되지 않는 충전재(예를 들면, 메쉬필터(mesh filter) 등)가 부착고정될 수 있다.

상기 발신부(209)가 수신부(220)와 동일한 구조를 가지도록 이루어지며 상기 벤트홀(221)이 발신부(209)의 각 발신소자의 하측의 센서기판(32)의 위치에 제공되는 경우, 공기는 벤트홀(221)을 통과하기 때문에 공기에 의한 댐핑력은 상기 발신소자의 발신면의 후면측에 가해지지 않는다. 따라서, 상기 발신면의 층(22 내지 26)이 자유로이 진동될 수 있어서 상기 진동은 억제되지 않고, 이에 의하여 상기 발신소자의 발신출력은 향상될 수 있다.

[제11실시예]

도22는 제11실시예에 따른 초음파 센서(L)의 수신부(230)와 발신부(231)를 나타낸 측단면도이다.

도23은 초음파 센서(L)를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

제11실시예에 따른 초음파 센서(L)는 다음의 점에서만 제9실시예에 따른 초음파 센서(N)와 다르다.

[a]

상기 초음파 센서(L)는 초음파 센서(N)보다 크기와 무게가 감소되도록 하나의 기판(202)에 형성되는 수신부(200) 및 발신부(231)를 포함하는 모노리스 IC로 이루어진다.

상기 발신부(231)는 발신소자(232)로 이루어진다. 상기 발신소자(232)는 수신부(200)를 구성하는 각 수신소자(201)와 동일한 구조를 가진다.

상기 수신소자(201)와 동일한 구조를 가지는 발신소자(232)는 상기 수신소자(201)의 수신면(201a)에 대응하는 발신면(232a)으로부터 초음파를 발신하다.

도23에 나타낸 예에서, 3 X 3으로 배열되는 동일한 구조를 가지는 9개의 소자 중, 코너에 배치되는 하나의 소자는 발신소자(232)로서 작용하도록 이루어지고, 다른 8개의 소자는 수신소자(201)로서 작용하도록 이루어진다.

그러나, 상기 기판(12)에 배열되는 동일한 구조를 가지는 복수개의 소자 중 임의의 복수개의 소자는 발신소자(232)로서 작용하도록 이루어진다.

[b]

상기 기판(202)과 하우징부재(204)(프레임부재(203) 및 센서기판(32))에 의해 둘러싸이는 갭(R)에 분할부재(partition member)(233)가 제공된다.

각 분할부재(233)의 하단부와 센서기판(32) 사이의 접속부분을 기밀화 하기 위하여, 상기 분할부재(233)의 하단부는 적절한 방법(예를 들면, 열용접, 초음파 용접, 접착제에 의한 접착 등)으로 센서기판(32)의 상측면에 부착고정된다. 각 분할부재(233)의 상단부와 기판(202) 사이의 접속부분을 기밀화 하기 위하여, 각 분할부재(233)의 상단부는 전술한 적절한 방법으로 기판(202)의 절연층(23)의 하측면에 부착고정된다.

상기 분할부재(233)는 기밀방식(air-tight manner)으로 갭(R)을 각각의 소자 (201 및 232)로 분할한다.

[c]

상기 갭(R)과 하우징부재(204)의 외부를 서로 연통하기 위한 하나 이상(도면에는 일예로 새개를 도시)의 벤트홀(221)은 각 발신소자(232)의 하측의 센서기판(32)의 위치에 형성된다.

상기 벤트홀(221)은 각 수신소자(201)의 하측의 센서기판(32)의 위치에 형성되지 않는다.

[제11실시예의 작용 및 효과]

제11실시예에 따르면, 전술한 제9실시예의 작용 및 효과에 부가해서, 다음의 작용 및 효과가 달성될 수 있다.

[11-1]

상기 기판(202)과 하우징부재(204)(프레임부재(203) 및 센서기판(32))로 둘러싸이는 갭(R)은 밀폐공간으로 형성되고, 상기 밀폐공간을 충전하는 공기는 각 소자(201 및 232)의 각 표면(수신면 및 발신면)(201a 및 232a)의 후면측에 공기에 의해서 댐핑력이 가해지도록 스프링으로서 작용한다. 상기 각 표면(201a 및 232a)의 층(22 내지 26)의 자유진동은 억제되기 때문에, 층(22 내지 26)으로 이루어지는 다이어프램(diaphragm)의 공진값(resonance value)(Q)은 감소될 수 있다.

반면에, 상기 벤트홀(221)이 센서기판(32)에 제공되는 경우, 공기는 벤트홀(221)을 통과한다. 그러므로, 공기에 의한 댐핑력은 각 수신소자(201 및 232)의 각 표면(201a 및 232a)의 후면측에 가해지지 않고, 각 표면(201a 및 232a)의 층(22 내 지 26)의 자유진동은 억제되지 않는다. 따라서, 층(22 내지 26)으로 이루어지는 다이어프램의 공진값(Q)은 크게 된다.

도24a 및 도24b는 다이어프램의 공진값(Q)과 주파수(frequency)(f) 사이의 관계에 대응하는 공진 특성을 각각 나타낸 그래프이다.

도24a에 나타낸 바와 같이, 상기 다이어프램의 공진값(Q)의 피크값(peak value)(Qa)이 큰 경우, 상기 공진값(Q)은 주로 1차 공진주파수(fa 및 fb)에서 피크값(Qa)에 대응하는 주파수(f)의 변화에 대해 급격한 변화를 나타낸다.

도24b에 나타낸 바와 같이, 상기 다이어프램의 공진값(Q)의 피크값(Qb)이 작은 경우, 상기 공진값(Q)은 주로 1차 공진주파수(fa 및 fb)에서 피크값(Qb)에 대응하는 주파수(f)의 변화에 대해 완만한 변화를 나타낸다.

상기 다이어프램의 공진값(Q)과 발신소자(232)의 발신출력과의 관계는 서로 비례하고; 상기 공진값(Q)이 커질수록, 상기 발신출력은 커지게 된다.

MEMS 기술을 이용하여 제조된 압전소자 또는 전기용량소자는 초음파의 발신출력이 작기 때문에 발신소자로서 부적합하다.

그러므로, MEMS 기술을 이용하여 제조된 압전 발신소자(232)는 도24a에 나타낸 공진 특성을 가지도록 가능한 발신출력을 증가시킬 필요가 있다.

따라서, 제11실시예에 따르면, 공기는 센서기판(32)에 형성되는 벤트홀(221)을 통과하기 때문에, 공기에 의한 댐핑력은 각 발신소자(232)의 각 발신면(232a)의 후면측에 가해지지 않는다. 그 결과, 상기 발신면(232a)의 층(22 내지 26)은 자유로이 진동될 수 있어서 진동은 억제되지 않고, 상기 발신출력이 증가되도록 도24a 에 나타낸 공진 특성이 각 발신소자(232)에 제공될 수 있다.

[11-2]

상기 다이어프램의 공진값(Q)과 수신소자(201)의 수신감도와의 관계는 서로 비례하고; 상기 공진값(Q)이 커질수록, 상기 수신감도는 증가된다.

여기에서, 각 수신소자(201)는 제조공정으로 인하여 1차 공진주파수에서 변동(fluctuation)을 가진다.

예를 들면, 일단의 수신소자(201)는 1차 공진주파수(fa)를 가지고, 타단의 수신소자(201)는 1차 공진주파수(fb)를 가지도록 두개의 수신소자(201)가 도24a에 나타낸 공진 특성을 가지는 경우, 상기 주파수(fa 및 fb)에서 수신감도는 매우 높게 이루어진다. 그러나, 상기 주파수(fa 및 fb) 사이의 주파수(fc)에서 수신감도는 매우 낮게 이루어진다.

반면에, 일단의 수신소자(201)는 1차 공진주파수(fa)를 가지고, 타단의 수신소자(201)는 1차 공진주파수(fb)를 가지도록 두개의 수신소자(201)가 도24b에 나타낸 공진 특성을 가지는 경우, 상기 주파수(fa 및 fb)에서 수신감도는 도24a에서의 수신감도보다 낮다. 그러나, 상기 주파수(fc)에서 수신감도는 도24a에서의 수신감도보다 높다.

구체적으로, 상기 수신소자(201)의 공진값(Q)이 증가되는 경우, 상기 수신감도가 높게 되더라도, 상기 수신감도는 주파수의 변화에 대해서 급격한 특성을 나타낸다. 그러므로, 1차 공진주파수로부터 조금이라도 오프셋(offset)되는 주파수에서 수신감도는 급격히 저하된다.

반면에, 상기 수신소자(201)의 공진값(Q)이 감소되는 경우, 상기 수신감도가 낮더라도, 상기 수신감도는 주파수의 변화에 대해서 완만한 특성을 나타낸다. 그러므로, 1차 공진주파수로부터 오프셋되는 주파수에서 수신감도는 크게 저하되지 않는다.

MEMS 기술을 이용하여 제조된 압전소자 또는 전기용량소자는 초음파의 수신감도가 높기 때문에 수신소자로서 적합하다.

그러므로, MEMS 기술을 이용하여 제조된 압전 수신소자(201)는 1차 공진주파수에서 높은 수신감도를 가지는 것보다도 넓은 주파수 범위에서 가능한 수신감도를 높게 할 필요가 있다. 이에 따라, 상기 압전 수신소자(201)는 도24b에 나타낸 공진 특성을 가질 필요가 있다.

따라서, 제11실시예에 따르면, 상기 벤트홀(221)은 각 수신소자(201)의 하측의 센서기판(32)의 위치에 형성되지 않기 때문에, 공기에 의한 댐핑력은 각 수신소자(201)의 수신면(201a)의 후면측에 가해진다. 그 결과, 상기 수신면(201a)의 층(22 내지 26)의 진동은 억제된다. 따라서, 넓은 주파수 범위에서 가능한 수신감도가 증가되도록 도24b에 나타낸 공진 특성이 각 수신소자(201)에 제공된다.

[11-3]

각 수신소자(201)의 하측에 위치되는 갭(R)이 층(22 내지 26)의 진동을 억제하기 위한 재료(예를 들면, 액체, 졸 또는 젤 등)로 충전되는 경우, 상기 층(22 내지 26)으로 이루어지는 다이어프램의 공진값(Q)은 갭(R)이 공기로 충전되는 경우보다 감소될 수 있다.

따라서, 각 수신소자(201)의 하측에 위치되는 갭(R)을 충전하기 위한 재료가 적절히 선택되는 경우, 각 수신소자(201)의 구조의 변경 없이도 바람직한(원하는) 공진 특성이 달성될 수 있다.

또한, 상기 갭(R)이 층(22 내지 26)의 과도한 진동을 방지하기 위한 재료로 충전되는 경우, 상기 층(22 내지 26)이 과도하게 진동되어 파손되는 것을 방지할 수 있다.

각 수신소자(201)의 하측에 위치되는 갭(R)의 충전재는, 전술한 [11-2]의 작용 및 효과가 충분히 달성될 수 있도록 시행착오법의 실험에 의해 최적 재료가 구해질 수 있다.

또한, 제1, 제3 및 제5 내지 제8실시예에서도, 각 수신소자(11)의 구조의 변경 없이도 바람직한(원하는) 공진 특성이 달성될 수 있다.

[제12실시예]

도25는 제12실시예에 따른 초음파 센서(N)의 수신부(240)를 나타낸 측단면도이다.

제12실시예에 따른 수신부(240)는 분리부재(241)가 제공되는 점에서만 제9실시예에 따른 수신부(200)와 다르다.

각 분리부재(241)의 하단부와 기판(202) 사이의 접속부분을 기밀화 하기 위하여, 각 분리부재(241)의 하단부는 적절한 방법(예를 들면, 열용접, 초음파 용접, 접착제에 의한 접착 등)으로 상기 수신소자(201) 사이의 기판(202)에 부착고정된다.

각 분리부재(241)의 상단부는 상기 갭(S) 및 보호막(14)을 각각의 수신소자로 분리시킨다.

구체적으로, 도25에 나타낸 예에서, 각 분리부재(241)의 하단부는 각각의 수신소자(201A 내지 201C) 사이의 기판(202)에 부착고정된다.

그리고, 상기 수신소자(201A 내지 201C)의 상측(전방측)에 위치되는 갭(SA 내지 SC) 및 보호막(14A 내지 14C)은 분리부재(241)에 의해서 각각의 수신소자(201A 내지 201C)에 서로 분리된다.

제12실시예에 따른 초음파 센서(N)의 구성은 도20에 나타낸 제9실시예에 따른 초음파 센서(N)의 수신부(200)를 수신부(240)로 대체함으로써 달성될 수 있다.

[제12실시예의 작용 및 효과]

제12실시예에 따르면, 전술한 제9실시예의 작용 및 효과에 부가해서, 다음의 작용 및 효과가 달성될 수 있다.

[12-1]

상기 수신소자(201A 내지 201C)의 상측(전방측)에 위치되는 갭(SA 내지 SC)과 보호막(14A 내지 14C)은 분리부재(241)에 의해서 각각의 수신소자(201A 내지 201C)에 서로 분리된다. 이에 따라, 분리된 하나의 보호막(14A)의 진동은, 상기 보호막(14A)의 하측에 위치되는 갭(SA)을 통해서 수신소자(201A)에만 전달되고, 다른 수신소자(201B 및 201C)에는 전달되지 않는다.

따라서, 제12실시예에 의하면, 초음파는 각각의 수신소자(201A 내지 201C)에 완전히 분리하는 방식으로 수신될 수 있다. 그러므로, 각 수신소자(201A 내지 201C)의 크로스토크 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 서로 인접하는 복수개의 수신소자(201)는 하나의 그룹(group)으로 될 수 있다. 상기 분리부재(241)는 상기 그룹이 다른 그룹으로부터 분리되도록 각각의 그룹에 제공될 수 있다.

[12-2]

상기 분리부재(241)는 수직방향으로 배치되어 하나의 그룹으로 이루어지는 보호막(14A) 및 갭(SA)의 진동이 인접하는 다른 그룹부재(보호막(14B 및 14C) 및 갭(SB 및 SC))에 전달되지 않도록 확실하게 차단해야 한다.

이러한 이유 때문에, 진동차단성(oscillation blocking property)이 높은 재료를 상기 분리부재(241)에 사용할 필요가 있다. 이와 같은 재료의 예로는 고무를 포함한다.

[12-3]

도26은 제12실시예의 제1변형에 따른 초음파 센서(N)의 수신부(240)를 나타낸 측단면도이다.

도26에 나타낸 제1변형은 상기 갭(R)과 하우징부재(204)의 외부를 서로 연통하기 위한 벤트홀(221)이 각 수신소자(201)의 하측의 센서기판(32)의 위치에 형성되는 점에서만 도25에 나타낸 제12실시예와 다르다.

구체적으로, 제12실시예의 제1변형은 제12 및 제10실시예의 조합에 대응한다. 따라서, 제10실시예의 작용 및 효과는 제12실시예의 작용 및 효과에 부가해서 달성될 수 있다.

[12-4]

도27은 제12실시예의 제2변형에 따른 초음파 센서(L)의 수신부(240) 및 발신부(231)를 나타낸 측단면도이다.

도27에 나타낸 제2변형은 전술한 제11실시예의 [a] 내지 [c]와 동일한 점에서만 도25에 나타낸 제12실시예와 다르다.

구체적으로, 제12실시예의 제2변형은 제12 및 제11실시예의 조합에 대응한다. 따라서, 전술한 제11실시예의 작용 및 효과는 제12실시예의 작용 및 효과에 부가해서 달성될 수 있다.

[제13실시예]

도28은 제13실시예에 따른 초음파 센서(N)의 수신부(250)를 나타낸 측단면도이다.

제13실시예에 따른 수신부(250)는 분리부재(251)가 제공되는 점에서만 제9실시예의 수신부(200)와 다르다.

각 분리부재(251)의 하단부와 센서기판(32) 사이의 접속부분을 기밀화 하기 위하여, 각 분리부재(251)의 하단부는 적절한 방법(예를 들면, 열용접, 초음파 용접, 접착제에 의한 접착 등)으로 센서기판(32)의 상측면에 부착고정된다.

각 분리부재(251)의 상단부는 상기 스페이스(space)(S) 및 보호막(14)을 각각의 수신소자(201)로 분리시킨다.

구체적으로, 도28에 나타낸 예에서, 각 분리부재(251)의 하단부는 각각의 수신소자(201A 내지 201C) 사이의 센서기판(32)의 상측면에 부착고정되고, 이에 의하 여 상기 분리부재(251)는 수신소자(201A 내지 201C)를 서로 분리시킨다.

상기 수신소자(201A 내지 201C)의 상측(전방측)에 각각 위치되는 갭(SA 내지 SC) 및 보호막(14A 내지 14C)은 분리부재(251)에 의해서 각각의 수신소자(201A 내지 201C)에 서로 분리된다.

구체적으로, 제9실시예에 따른 수신부(200)는 하나의 기판(202)에 형성되는 수신부(230)의 수신소자(201)를 포함하는 모노리스 IC로 이루어진다.

반면에, 제13실시예의 수신부(250)는 상기 센서기판(32)에 부착고정되는 칩부품에 대응하는 수신소자(201)를 포함하는 하이브리드 IC로 이루어진다.

제13실시예에 따른 초음파 센서(N)의 구성은 도20에 나타낸 제9실시예에 따른 초음파 센서(N)의 수신부(200)를 수신부(250)로 대체함으로써 달성될 수 있다.

[제13실시예의 작용 및 효과]

제13실시예에 따르면, 전술한 제9실시예의 작용 및 효과에 부가해서, 다음의 작용 및 효과가 달성될 수 있다.

[13-1]

상기 수신소자(201A 내지 201C)와, 상기 수신소자(201A 내지 201C)의 상측(전방측)에 위치되는 갭(SA 내지 SC)과 보호막(14A 내지 14C)은 분리부재(251)에 의해서 각각의 수신소자(201)에 서로 분리된다. 이에 따라, 분리된 하나의 보호막(14A)의 진동은, 상기 보호막(14A)의 하측에 위치되는 갭(SA)을 통해서 수신소자(201A)에만 전달되고, 다른 수신소자(201B 및 201C)에는 전혀 전달되지 않는다.

따라서, 제13실시예에 의하면, 초음파는 각각의 수신소자(201A 내지 201C)에 완전히 분리하는 방식으로 수신될 수 있고, 이에 따라, 각 수신소자(201A 내지 201C)의 크로스토크 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있다.

인접하는 복수개의 수신소자(201)는 하나의 그룹으로 될 수 있다. 상기 분리부재(251)는 상기 그룹이 다른 그룹으로부터 분리되도록 각각의 그룹에 제공될 수 있다.

[13-2]

상기 분리부재(251)는 수직방향으로 배치되어 하나의 그룹으로 이루어지는 보호막(14A), 갭(SA) 및 수신소자(201A)의 진동이 인접하는 다른 그룹부재(보호막(14B 및 14C), 갭(SB 및 SC) 및 수신소자(201B 및 201C))에 전달되지 않도록 확실하게 차단해야 한다.

이러한 이유 때문에, 진동차단성이 높은 재료를 각 분리부재(251)에 사용할 필요가 있다. 이와 같은 재료의 예로는 고무를 포함한다.

[13-3]

도29는 제13실시예의 제1변형에 따른 초음파 센서(N)의 수신부(250)를 나타낸 측단면도이다.

도29에 나타낸 제1변형은 상기 갭(R)과 하우징부재(204)의 외부를 서로 연통하기 위한 벤트홀(221)이 각 수신소자(201)의 하측의 센서기판(32)의 위치에 형성되는 점에서만 도28에 나타낸 제13실시예와 다르다.

구체적으로, 제13실시예의 제1변형은 제13 및 제10실시예의 조합에 대응한다. 따라서, 제10실시예의 작용 및 효과는 제13실시예의 작용 및 효과에 부가해서 달성될 수 있다.

[13-4]

도30은 제13실시예의 제2변형에 따른 초음파 센서(L)의 수신부(250) 및 발신부(231)를 나타낸 측단면도이다.

도30에 나타낸 제2변형은, 상기 초음파 센서(L)와 동일한 형태로 수신부(250)를 구성하는 수신소자(201)(수신소자(201A))의 하나가 발신부(231)를 구성하는 발신소자(232)로서 작용하도록 이루어지고, 전술한 제11실시예의 [b] 및 [c]와 동일한 점에서만 도28에 나타낸 제13실시예와 다르다. 상기 분리부재(251)는 제11실시예의 분할부재(233)로서 작용한다.

구체적으로, 제13실시예의 제2변형은 제13 및 제11실시예의 조합에 대응한다. 따라서, 전술한 제11실시예의 작용 및 효과는 제13실시예의 작용 및 효과에 부가해서 달성될 수 있다.

[제14실시예]

도31은 제14실시예에 따른 초음파 센서(N)의 수신부(260)를 나타낸 측단면도이다.

제14실시예에 따른 수신부(260)는 각 수신소자(201)의 수신면(201a)과 보호막(14)을 각각의 수신소자(201)에 서로 독립적으로 연결하는 칼럼 형상(column-like)의 전달부재(transfer member)(261)가 갭(S)에 제공되는 점에서만 제9실시예의 수신부(200)와 다르다.

제14실시예에 따른 초음파 센서(N)의 구성은 도20에 나타낸 제9실시예에 따 른 초음파 센서(N)의 수신부(200)를 수신부(260)로 대체함으로써 달성될 수 있다.

[제14실시예의 작용 및 효과]

제14실시예에 따르면, 전술한 제9실시예에 따른 [9-1]의 작용 및 효과에 부가해서 다음의 작용 및 효과가 달성될 수 있다.

[14-1]

상기 보호막(14)이 초음파에 의해 진동되는 경우, 상기 보호막(14)의 진동은 각 전달부재(261)를 통해 각 수신소자(201)에 전달된다.

여기에서, 상기 전달부재(261)는 각각의 수신소자(201)에 제공되기 때문에, 상기 전달부재(261) 중에서 임의의 하나의 진동은 다른 전달부재(261)에 전달되지 않는다. 이에 따라, 초음파는 각각의 수신소자(201)에 분리하는 방식으로 수신될 수 있고, 이에 의하여 각 수신소자(201)의 크로스토크 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있다.

각 전달부재(261)의 음향 임피던스를 보호막(14)의 음향 임피던스에 접근시킴으로써, 상기 보호막(14)의 진동이 각 전달부재(261)에 확실하게 전달될 수 있다. 그 결과, 각 수신소자(201)의 수신감도는 향상될 수 있다.

또한, 각 전달부재(261)의 음향 임피던스를 각 수신소자(201)의 실리콘활성층(22)의 음향 임피던스에 접근시킴으로써, 각 전달부재(261)의 진동이 실리콘활성층(22)에 확실하게 전달될 수 있다. 그 결과, 각 수신소자(201)의 수신감도는 향상될 수 있다.

따라서, 상기 전달부재(261)는 보호막(14) 또는 실리콘활성층(22)과 동일한 재료로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 발신부(209)는 수신부(260)와 동일한 구조로 이루어지며 상기 발신소자의 발신면과 보호막(14)을 서로 연통하기 위하여 전달부재(261)가 제공되는 경우에, 상기 전달부재(261)의 음향 임피던스를 보호막(14)의 음향 임피던스에 접근시킴으로써, 상기 전달부재(261)의 진동이 보호막(14)에 확실하게 전달될 수 있다. 그 결과, 상기 발신소자의 발신출력은 향상될 수 있다.

또한, 상기 전달부재(261)의 음향 임피던스를 실리콘활성층(22)의 음향 임피던스에 접근시킴으로써, 상기 발신소자의 실리콘활성층(22)의 진동이 전달부재(261)에 확실하게 전달될 수 있다. 그 결과, 상기 발신소자의 발신출력은 향상될 수 있다.

보다 구체적으로, 제14실시예에 따르면, 전술한 제6실시예의 [6-1]과 동일한 작용 및 효과가 달성될 수 있다.

[14-2]

각 수신소자(201)의 크로스토크 특성이 악화되는 것을 방지하기 위하여, 상기 전달부재(261) 중에서 임의의 하나의 진동이 상기 갭(S)의 충전재를 통해 다른 전달부재(261)에 전달되는 것을 방지할 필요가 있다.

따라서, 제14실시예에서는 상기 갭(S)을 진공상태로 하는 것이 바람직하다.

제14실시예에서, 상기 갭(S)이 충전재로 충전되는 경우에, 작은 음향 임피던스 또는 진동흡수성(vibration absorbance)이 높은 재료(예를 들면, 높은 점성을 가지는 젤 등)를 가지는 기체가 충전재로 사용된다.

구체적으로, 제14실시예에 따르면, 전술한 제6실시예의 [6-2]와 동일한 작용 및 효과가 달성될 수 있다.

[14-3]

도32는 제14실시예의 제1변형에 따른 초음파 센서(N)의 수신부(260)를 나타낸 측단면도이다.

도32에 나타낸 제1변형은 상기 갭(R)과 하우징부재(204)의 외부를 서로 연통하기 위한 벤트홀(221)이 각 수신소자(201)의 하측의 센서기판(32)의 위치에 형성되는 점에서만 도31에 나타낸 제14실시예와 다르다.

구체적으로, 제14실시예의 제1변형은 제14 및 제10실시예의 조합에 대응한다. 따라서, 전술한 제10실시예의 작용 및 효과는 제14실시예의 작용 및 효과에 부가해서 달성될 수 있다.

[14-4]

도33은 제14실시예의 제2변형에 따른 초음파 센서(N)의 수신부(260) 및 발신부(231)를 나타낸 측단면도이다.

도33에 나타낸 제2변형은 전술한 제11실시예의 [a] 내지 [c]와 동일한 점에서만 도31에 나타낸 제14실시예와 다르다.

구체적으로, 제14실시예의 제2변형은 제14 및 제11실시예의 조합에 대응한다. 따라서, 전술한 제11실시예의 작용 및 효과는 제14실시예의 작용 및 효과에 부가해서 달성될 수 있다.

[제9실시예에서 제14실시예의 변형예]

제9 내지 제14실시예는 다음과 같이 변형될 수 있다. 이러한 경우에도, 전술한 각 실시예와 동등하거나 또는 더 우수한 작용 및 효과가 달성될 수 있다.

[1]

제9 내지 제14실시예에 따른 각 수신부(200 내지 260)는 복수개의 압전 수신소자(201)로 구성된다.

그러나, 각 압전 수신소자(201)는 각 수신부(200 내지 260)가 복수개의 전기용량 수신소자(271)로 구성되도록 전기용량 수신소자(271)로 대체될 수 있다.

도34는 하나의 전기용량 수신소자(271)를 확대해서 나타낸 측단면도이다.

상기 기판(202)을 관통하는 관통홀(202a)이 기판(202)에 형성된다.

상기 기판(202)의 후면측에서, 상기 관통홀(202a)의 하단부를 폐쇄하기 위하여 상기 기판(202)의 표면에 절연층(272)이 형성된다.

상기 기판(202)의 후면측에서, 상기 관통홀(202a)의 하측(후방측)에 위치되는 절연층(272)의 표면에 고정전극층(273)이 형성된다. 상기 고정전극층(273)의 표면에서, 상기 고정전극층(273)의 표면에 틈새(P)를 통해서 이동전극층(274)이 형성된다. 상기 전극층(273 및 274)의 외주연부 사이에 스페이서(275)가 제공된다. 상기 전극층(273 및 274)은 스페이서(275)를 통해 서로 접속고정된다.

상기 센서기판(32)의 표면에 배선층(205 및 206)이 형성된다.

상기 고정전극층(273)과 배선층(205)은 범프(207)를 통해서 서로 접속되고, 상기 이동전극층(204)과 배선층(206)은 범프(208)를 통해서 서로 접속된다.

이러한 방식에서, 상기 전극층(273 및 274)이 틈새(P)를 통해서 서로 대향되는 구조를 가지는 전기용량소자(F)가 형성된다. 상기 수신소자(271)는 MEMS 기술을 이용하여 제조된 전기용량소자(F)를 포함한다.

상기 관통홀(202a)의 저부를 통해 노출되는 절연층(272)의 표면은 상기 수신소자(271)의 수신면(271a)을 형성한다.

상기 이동전극층(274)이 초음파에 의해 진동되는 경우, 전기용량을 변화시키기 위해서 상기 전극층(273 및 274) 사이의 거리를 변화시킨다. 그리고, 상기 배선층(205 및 206)에 접속되는 변환회로(미도시)는 상기 전극층(273 및 274) 사이의 전기용량의 변화를 전기신호로 변환하기 위해 사용된다.

전술한 바와 같이, 복수개의 전기용량 수신소자(271)가 각 수신부(200 내지 260)를 구성하는 경우에도, 각 수신부(200 내지 260)가 압전 수신소자(201)를 포함하는 경우와 같은 형태로 이루어져서 얇은 이동전극층(274)의 기계적 강도가 낮을지라도, 상기 이동전극층(274)은 파손으로부터 방지되어 각 수신부(200 내지 260)의 고장을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 수신부(200 내지 260)는 견고해 질 수 있다.

[2]

제9 내지 제14실시예에 따른 각 발신부(209 및 231)는 압전 수신소자(201)와 동일한 구조를 가지는 압전 발신소자를 포함한다.

그러나, 각 발신부(209 및 231)는 도34에 나타낸 전기용량 수신소자(271)와 동일한 구조를 가지는 전기용량 발신소자로 이루어질 수 있다. 이와 같은 경우에, 각 전극층(273 및 274)에 인가되는 입력신호에 따라서 상기 전극층(273 및 274) 사이에 정전인력(electrostatic attraction)이 발생된다. 상기 정전인력은 초음파가 발생되도록 이동전극층(274)의 진동을 야기시킨다.

이러한 경우, 상기 수신소자(271)의 수신면(271a)은 초음파를 발신하기 위해 발신소자의 발신면으로서 작용한다.

[3]

제14실시예에서, 상기 전달부재(261)가 제2실시예의 보호부재(41)와 동일한 보호부재로 대체될 수 있는 경우에 상기 보호막(14)은 생략될 수 있다.

이러한 방식에서, 제2실시예와 동일한 작용 및 효과가 달성될 수 있다.

[4]

제9, 제10, 제12와 제14실시예 및 제12와 제14실시예의 제1변형에 따른 초음파 센서(N)는 칩부품에 대응하는 수신부(200, 220, 240 또는 260) 및 발신부(209)가 절연판재로 이루어지는 센서기판(32)에 부착고정되는 하이브리드 IC로 이루어진다.

그러나, 제9, 제10, 제12와 제14실시예 및 제12와 제14실시예의 제1변형에 따른 초음파 센서(N)는, 도23에 나타낸 초음파 센서(L)의 경우와 같이, 하나의 기판(202)에 상기 수신부(200, 220, 240 또는 260) 및 발신부(231)가 형성되는 모노리스 IC로 이루어질 수 있다.

제13실시예의 제2변형에 따른 초음파 센서(L)의 경우와 같이, 상기 수신부(250)를 구성하는 수신소자(201) 중 임의의 하나 이상은 제13실시예 및 제13실시예 의 제1변형에 따른 초음파 센서(N)에서 발신부(231)를 구성하는 발신소자(232)로서 작용하도록 이루어질 수 있다.

도35는 제9실시예가 초음파 센서(L)에 적용되는 실시예로서, 상기 초음파 센서(L)의 수신부(200) 및 발신부(231)를 나타낸 측단면도이다.

이 실시예는 전술한 제11실시예의 [a]점에서만 제9실시예와 다르다.

도36은 제12실시예가 초음파 센서(L)에 적용되는 실시예로서, 상기 초음파 센서(L)의 수신부(240) 및 발신부(231)를 나타낸 측단면도이다.

이 실시예는 전술한 제11실시예의 [a]점에서만 제12실시예와 다르다.

도37은 제13실시예가 초음파 센서(L)에 적용되는 실시예로서, 상기 초음파 센서(L)의 수신부(250) 및 발신부(231)를 나타낸 측단면도이다.

이 실시예는 상기 수신부(250)를 구성하는 수신소자(201)의 하나(수신소자(201A))가 발신부(231)를 구성하는 발신소자(232)로서 작용하도록 이루어지는 점에서만 제13실시예와 다르다.

도38은 제14실시예가 초음파 센서(L)에 적용되는 실시예로서, 상기 초음파 센서(L)의 수신부(260) 및 발신부(231)를 나타낸 측단면도이다.

이 실시예는 전술한 제11실시예의 [a]점에서만 제14실시예와 다르다.

[다른 실시예]

본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 다음과 같이 실시될 수도 있다. 이와 같은 경우, 전술한 각 실시예와 같거나 그 이상의 작용 및 효과가 달성될 수 있다.

[1]

각 발신부(31, 209, 231)에는 기존의 작은 초음파 센서가 사용될 수 있다.

MEMS 기술을 이용하여 제조된 압전소자 또는 전기용량소자는, 초음파의 수신감도가 높기 때문에 수신소자로서는 적합할지라도, 초음파의 발신출력은 작기 때문에 발신소자로서는 부적합하다.

따라서, 상기 초음파 센서(M)의 사용 분야에 따라 상기 발신부(31, 209, 231) 중 최적의 하나가 사용시에 선택될 수 있다.

[2]

전술한 실시예는 적절한 조합에 의해서 달성될 수 있다. 이러한 경우, 상기 실시예의 효과는 조합의 시너지 효과에 의해서 보다 향상될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 초음파 센서에 형성된 갭에 의하여, 초음파 센서에 외력이 가해지는 경우에도, 상기 외력이 단지 보호막에만 가해질 뿐 각 변환수단에는 직접 가해지지 않아서 초음파 센서는 견고해 질 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 보호수단에 의하여 변환수단의 기계적 강도가 낮을지라도, 변환수단은 파손으로부터 방지되어 상기 변환수단의 고장을 방지할 수 있어서 초음파 센서는 견고해 질 수 있는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 상기의 효과로 인하여 초음파 센서는 소정의 변형없이 외부장비로서 차량에 장착될 수 있는 효과도 있다.

또한, 본 발명의 구성은 수신감도를 보다 향상시키는 효과도 있다.

Claims

수신된 초음파를 전기신호로 변환하거나 또는 전기신호를 발신하기 위한 초음파로 변환하며, 나란히 배치되는 복수개의 변환수단; 및

상기 각 변환수단을 보호하는 보호수단

을 포함하는 초음파 센서.
제1항에 있어서,

상기 보호수단은

상기 각 변환수단의 전방측에 제공되는 보호막; 및

상기 보호막과 변환수단 사이에 제공되는 제1갭

을 포함하는 초음파 센서.
제2항에 있어서,

상기 제1갭은

액체, 졸 및 젤 중에서 어느 하나로 선택되는 충전재로 충전되는

초음파 센서.
제3항에 있어서,

상기 제1갭과 외부를 서로 연통하기 위한 벤트홀

을 더 포함하는 초음파 센서.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 변환수단과, 상기 변환수단의 상측에 위치되는 제1갭 및 보호막을 각각의 변환수단에 분리하기 위한 분리부재

를 더 포함하는 초음파 센서.
제5항에 있어서,

상기 복수개의 각 변환수단을 수용하는 하우징부재;

상기 하우징부재와 변환수단으로 둘러싸이는 제2갭; 및

상기 제2갭과 외부를 서로 연통하기 위한 벤트홀

을 더 포함하는 초음파 센서.
제6항에 있어서,

상기 변환수단 중의 하나 이상이 전기신호를 초음파로 변환해서 발신하는 발신소자로 이루어지는

초음파 센서.
제5항에 있어서,

상기 복수개의 각 변환수단을 수용하는 하우징부재; 및

상기 하우징부재와 변환수단으로 둘러싸이는 밀폐공간에 대응하는 제2갭

을 더 포함하는 초음파 센서.
제8항에 있어서,

상기 제2갭은

액체, 졸 및 젤 중에서 어느 하나로 선택되는 충전재로 충전되는

초음파 센서.
제9항에 있어서,

상기 각 변환수단은 수신된 초음파를 전기신호로 변환하는 수신소자로 이루어지는

초음파 센서.
제10항에 있어서,

상기 각 변환수단과 보호막을 각각의 변환수단에 서로 독립적으로 연결하는 전달부재

를 더 포함하는 초음파 센서.
제1항에 있어서,

상기 복수개의 각 변환수단의 전방측에 부착고정되는 보호부재; 및

상기 보호부재 사이에 제공되는 틈새

를 포함하며,

상기 보호수단은 복수개의 각 변환수단의 전방측에 부착고정되는 보호부재로 이루어지고;

상기 보호부재는 각각의 변환수단에 제공되며;

상기 틈새는 보호부재가 각각의 변환수단에 분리되도록 작용하는

초음파 센서.
제12항에 있어서,

상기 복수개의 각 변환수단의 전방측에 제공되는 음향호른

을 포함하며,

상기 음향호른은 각 변환수단의 전방측에 제공되는 스로트부로부터 개구부를 향해서 단면적이 점차로 증가되도록 각각의 변환수단에 제공되는

초음파 센서.
제13항에 있어서,

상기 각 변환수단은 반도체기판의 표면에 형성되고;

상기 반도체기판의 표면측은 초음파의 수신면 및 발신면의 어느 하나로 제공되도록 각 변환수단의 상부측으로 이루어지며;

상기 반도체기판의 표면측에 본딩와이어가 접속되고;

상기 각 변환수단은 본딩와이어를 통해 와이어 본딩 방법에 의해서 센서기판에 표면실장되는

초음파 센서.
제13항에 있어서,

상기 각 변환수단은 반도체기판의 표면에 형성되고;

상기 반도체기판의 저면측이 초음파의 수신면 및 발신면의 어느 하나로 제공되도록 각 변환수단의 상부측으로 이루어지며;

상기 반도체기판의 표면측에 범프가 접속되고;

상기 각 변환수단은 범프를 통해 플립칩 접속에 의해서 센서기판에 표면실장되는

초음파 센서.
제15항에 있어서,

상기 각 변환수단은

압전변환식 또는 전기용량변환식으로 이루어지는

초음파 센서.