KR20120092441A - 초음파 프로브 - Google Patents

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Abstract

복수의 압전소자 사이에 형성되는 복수의 내부전극과 적층체의 전면 또는 후면에 형성되는 외부전극을 포함하는 초음파 프로브를 제공한다. 초음파 프로브는 적층체를 형성하는 복수의 압전소자, 복수의 압전소자 사이에 형성되는 복수의 내부전극 및 적층체의 전면과 후면 중 어느 하나에 형성되는 외부전극을 포함하고, 외부전극은 서로 이격되어 배치되는 제1외부전극과 제2외부전극을 포함한다.

Description

초음파 프로브{Ultrasound Probe}
본 발명은 초음파 프로브에 관한 것으로, 복수의 압전소자를 이용하여 적층구조를 형성하는 초음파 프로브에 관한 것이다.
초음파 프로브는 피검체를 향해 초음파를 조사하고, 피검체로부터 되돌아 오는 초음파 반향을 수신하여 피검체의 내부 영상을 발생시키는 장치이다. 초음파 프로브는 초음파를 발생시키고 피검체로부터 되돌아오는 초음파를 수신하는 물질로 압전소자를 사용할 수 있고, 이와 같은 압전소자를 단층구조 또는 다층의 적층구조로 배열하여 사용할 수 있다.
적층구조의 초음파 프로브는 일반적으로 임피던스와 전압을 조절하는데 보다 용이하여 좋은 감도와 에너지 변환 효율 그리고 부드러운 스펙트럼을 얻을 수 있다.
적층구조의 초음파 프로브에는 압전소자에 전기적 신호를 인가하는 전극, 예를 들면 접지전극과 신호전극이 각각의 압전소자에 연결되어야 한다. 적층수가 증가할 경우, 압전소자에 전기적 신호를 인가하는 전극의 수 또한 그에 비례하여 증가한다.　그에 따라 전극의 연결이 복잡해지고 따라서 초음파 프로브의 설계 또한 복잡해질 수 있다.
　본 발명의 일 측면은 이를 해결하기 위해 복수의 압전소자 사이에 형성되는 복수의 내부전극과 적층체의 전면 또는 후면에 형성되는 외부전극을 포함하는 초음파 프로브를 제공한다.
　
본 발명의 일 측면에 의한 초음파 프로브는 적층체를 형성하는 복수의 압전소자; 상기 복수의 압전소자 사이에 형성되는 복수의 내부전극; 및 상기 적층체의 전면과 후면 중 어느 하나에 형성되는 외부전극을 포함하고, 상기 외부전극은 서로 이격되어 배치되는 제1외부전극과 제2외부전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1외부전극은 접지전극이고 제2외부전극은 신호전극일 수 있다.
상기 내부전극은 상기 제1외부전극과 연결되는 복수의 제1내부전극과 상기 제2외부전극과 연결되는 복수의 제2내부전극을 포함할 수 있다.
상기 제1내부전극과 제2내부전극은 상기 복수의 압전소자 사이에 번갈아 배치될 수 있다.
상기 제1내부전극은 그 일단이 상기 적층체의 일면에 노출되고, 상기 제2내부전극은 그 일단이 상기 적층체의 다른 면에 노출될 수 있다.
상기 제1외부전극과 연결되는 제1연결전극과, 상기 제2외부전극과 연결되는 제2연결전극을 더 포함할 수 있다.
상기 제1연결전극은 상기 제1외부전극과 연결된 채 상기 적층체의 일 측면에 형성되고, 상기 제2연결전극은 상기 제2외부전극과 연결된 채 상기 적층체의 다른 측면에 형성될 수 있다.
상기 외부전극에 신호를 공급할 수 있도록 상기 적층체의 전면 및 후면 중 어느 하나의 면에 설치되는 신호공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 신호공급부는 연성인쇄회로기판(FPCB), 인쇄회로기판(PCB) 및 전선 중 어느 하나일 수 있다.
상기 외부전극과 상기 외부전극이 형성되는 압전체 사이에 더미층(dummy layer)을 더 포함할 수 있다.
　
본 발명의 일 측면에 따르면, 초음파 프로브 설계의 자유도를 증가시킬 수 있다.
또한 초음파 프로브의 전기적 임피던스를 낮추고, 진동성능을 증가시킴으로써 초음파 프로브의 감도를 향상시킬 수 있다.
또한 2차원 어레이의 초음파 프로브의 제작에 활용이 가능하다
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 초음파 프로브의 적층구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2a, 2b는 본 발명의 일 실시예에 의한 내부전극을 나타낸 도면이다.
도 3a, 3b는 본 발명의 일 실시예에 의한 외부전극을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 적층구조를 나타낸 분해사시도이다.
도 5a, 5b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 적층구조를 나타낸 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 외부전극을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 이점들과 특징들 및 이를 수행하는 방법들이 하기 바람직한 예시적 구체예들에 대한 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조함으로써 더욱 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 하지만, 본 발명의 하나 이상의 예시적 구체예들은 많은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 여기서 언급한 예시적 구체예들로만 한정되어 구성되는 것은 아니다.
도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
　
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 초음파 프로브의 적층구조를 나타낸 분해 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 초음파 프로브의 적층구조는 적층체를 형성하는 복수의 압전소자(1), 복수의 압전소자(1) 사이에 형성되는 복수의 내부전극(3), 적층체의 전면에 배치되는 외부전극(5) 및 외부전극(5)과 내부전극(3)을 연결하는 연결전극(8)을 포함한다.
압전소자(1)는 복수개가 적층되어 적층체를 형성한다.
압전소자(1)는 기계적인 압력이 가해지면 전압이 발생하고, 전압이 인가되면 기계적인 변형이 일어나는 압전효과를 가진 물질이다. 즉, 압전소자(1)는 전기 에너지를 기계적인 진동 에너지로, 기계적인 진동에너지를 전기에너지로 변환시키는 물질이다.
압전소자(1)는 지르콘산티탄산연(PZT)의 세라믹, 마그네슘니오브산연 및 티탄산연의 고용체로 만들어지는 PZMT단결정 또는 아연니오브산연 및 티탄산연의 고용체로 만들어지는 PZNT단결정으로부터 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
　
내부전극(3)은 적층체를 형성하는 복수의 압전소자(1) 사이에 배치되어 각각의 압전소자(1)에 전기적 신호를 인가한다.
내부전극(3)은, 그 한쪽 끝(이하 노출단(a)이라고 함)이 적층체의 한 쪽 측면(y축과 평행한 면)에 노출되도록 형성되고, 다른 쪽 끝(이하 비노출단(b)이라고 함)은 적층체의 반대쪽 측면에서 노출되지 않도록 형성될 수 있다(도 2 참조).
예를 들면, 내부전극(3)은 압전소자(1)의 길이(x축 방향의 길이)보다 짧은 길이를 갖도록 형성되어, 노출단(a)이 적층체의 한쪽 측면에 노출되도록 배치되면 비노출단(b)은 자연스럽게 적층체의 다른 쪽 측면과 일정한 이격거리(c)를 가지게 되어 측면에 노출되지 않게 된다.
이와 같은 형태를 가진 내부전극(3)은 노출단(a)이 적층체의 양 측면에 번갈아 가면서 노출되도록 복수의 압전소자(1) 사이에 형성될 수 있다.
예를 들면, 5개의 압전소자(1)가 적층된 적층체의 경우, 가장 전면(+z축 방향)에 배치된 압전소자(1)의 전면과 가장 후면(-z축 방향)에 배치된 압전소자(1)의 후면에 배치되는 두 개의 전극과 5개의 압전소자(1) 사이에 배치되는 4개의 전극을 포함하는 총 6개의 내부전극(3)이 형성되고, 최전면에 배치된 내부전극(3)의 노출단(a)이 왼쪽(+x축 방향)에 위치하도록 형성되면 그 다음 내부전극(3)들의 노출단(a)은 차례로 오른쪽(-x축 방향), 왼쪽, 오른쪽, 왼쪽 그리고 마지막으로 오른쪽으로 위치되도록 형성될 수 있다.
　
외부전극(5)은 적층체의 전면 또는 후면 중 어느 하나의 면에 형성될 수 있다.
도 1은 적층체의 전면에 외부전극(5)이 형성된 것을 도시한 것이고, 도 4는 적층체의 후면에 외부전극(5)이 형성된 것을 도시한 것이다.
외부전극(5)은 전기적 신호를 수신하여 이를 적층체를 구성하는 압전소자(1)에 인가한다. 외부전극(5)은 접지전극의 역할을 하는 제1외부전극(d)와 신호전극의 역할을 하는 제2외부전극(e)을 포함한다.
제1, 2외부전극(5)은 적층체의 최전면 또는 최후면의 동일면에 형성될 수 있다.
제1, 2외부전극(5)의 한쪽 끝은 상호간에 접촉되는 지점이 없도록 이격되어 형성되고 다른 쪽 끝은 적층체의 양 측면에 각각 노출되도록 형성될 수 있다. 　
외부전극(5)이 적층체의 최전면에 형성될 경우, 외부전극(5)의 후면에 더미층(9)(dummy layer)이 형성되어 내부전극(3)과의 접촉을 방지하고, 외부전극(5)이 적층체의 최후면에 형성될 경우, 외부전극(5)의 전면에 또한 더미층(9)이 형성되어 마찬가지로 내부전극(3)과의 접촉을 방지한다.
외부전극(5)은 신호공급부(미도시)로부터 전기적 신호를 수신하는데 신호공급부는 연성인쇄회로기판(FPCB), 인쇄회로기판(PCB) 또는 전선일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
　
연결전극(8)은 적층체의 양쪽 측면에 형성된다.
연결전극(8)은 신호공급부로부터 외부전극(5)에 전기적 신호가 인가되면, 전기적 신호를 복수의 압전소자(1) 사이에 배치된 내부전극(3)에 전달한다.
예를 들면, 접지전극인 제1외부전극(d)과 연결된 연결전극(8)은 적층체의 왼쪽(+x축 방향) 측면에 노출단(a)이 오도록 배치된 3개의 내부전극(3)(이하 제1내부전극이라함)의 노출단(a)과 접촉된다. 그리고 신호전극인 제2외부전극(e)과 연결된 연결전극(8)은 적층체의 오른쪽(-x축 방향) 측면에 노출단(a)이 오도록 배치된 3개의 내부전극(3)(이하 제2내부전극이라함)의 노출단(a)과 접촉된다.
외부전극(5)에 전원이 공급되면 연결전극(8)을 거쳐 6개의 내부전극(3)에 전기적 신호가 전달되고, 하나의 압전소자(1)를 사이에 두고 그 전후면에 형성된 내부전극(3) 사이에 전압이 발생하여 적층체를 구성하는 5개의 압전소자(1)에 전압이 인가된다.
전술한 것과 같은 외부전극(5), 연결전극(8) 및 내부전극(3)의 전극구성을 가지고, 압전소자(1) 사이에 배치된 내부전극(3)의 노출단(a)이 적층체의 양쪽 측면에 교대로 배치되는 경우, 압전소자(1)에 전압이 인가되면 복수의 압전소자(1)들에 적층방향으로 분극이 발생하여 적층방향으로 변위가 발생하게 된다. 각 압전소자(1)에 발생하는 변위는 누적되어 전체적으로 큰 변위를 얻을 수 있고 보다 큰 출력의 초음파를 생성할 수 있다.
　
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 초음파 프로브의 적층구조를 나타낸 분해사시도이다. 도 4에 나타낸 초음파 프로브의 적층구조는 도 1에 나타낸 초음파 프로브의 적층구조에서 외부전극(5)이 적층체의 후면에 형성되는 것에서 차이가 있고 나머지는 동일하므로 별도의 설명은 생략한다.
　
도 5a 및 5b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 적층구조를 나타낸 분해사시도이다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 초음파 프로브의 적층구조는 적층체를 형성하는 복수의 압전소자(1), 복수의 압전소자(1) 사이에 형성되는 복수의 내부전극(3) 및 적층체의 전면 또는 후면에 배치되는 외부전극(5)을 포함한다.
압전소자(1)와 내부전극(3)에 대한 설명은 도 1의 동일한 구성에 대한 설명과 일치하므로 생략한다.
　
도 5a는 적층체의 전면에 외부전극(5)이 형성된 것을 도시한 것이고, 도 5b는 적층체의 후면에 외부전극(5)이 형성된 것을 도시한 것이다.
외부전극(5)은 전기적 신호를 수신하여 이를 적층체를 구성하는 압전소자(1)에 인가한다. 외부전극(5)은 접지전극의 역할을 하는 제1외부전극(d)과 신호전극의 역할을 하는 제2외부전극(e)을 포함한다.
제1, 2외부전극(5)은 적층체의 최전면 또는 최후면의 동일면에 형성될 수 있다.
제1, 2외부전극(5)이 적층체의 최전면에 형성될 경우, 서로 마주보는 제1, 2 외부전극(5)의 한쪽 끝은 상호간에 접촉되는 지점이 없도록 이격거리를 두고 형성되고, 다른 쪽 끝은 도 1에 나타낸 외부전극(5)과 달리, 후면방향(-z축 방향)으로 연장되어 적층체의 측면에 접촉되도록 형성된다.
제1, 2외부전극(5)이 적층체의 최후면에 형성될 경우, 서로 마주보는 제1, 2외부전극(5)의 한쪽 끝은 상호간에 접촉되는 지점이 없도록 이격거리를 두고 형성되고, 다른 쪽 끝은 도 4에 나타낸 외부전극(5)과 달리 전면방향(+z축 방향)으로 연장되어 적층체의 측면에 접촉되도록 형성된다. 즉, 도 1 또는 도 4의 연결전극(8)과 외부전극(5)이 하나의 전극으로 합쳐진 형태로 외부전극(5)이 형성된다. 　　
예를 들면, 접지전극인 제1외부전극(d)의 연장부(5')는 적층체의 왼쪽(+x축 방향) 측면에 노출단(a)이 오도록 배치된 3개의 제1내부전극의 노출단(a)과 접촉하고 그리고 신호전극인 제2외부전극(e)의 연장부(5')는 적층체의 오른쪽(-x축 방향) 측면에 노출단(a)이 오도록 배치된 3개의 제2내부전극의 노출단(a)과 접촉한다.
도 1에서 설명한 것과 마찬가지로 외부전극(5)이 적층체의 최전면에 형성될 경우, 외부전극(5)의 후면에 더미층(9)(dummy layer)이 형성되어 내부전극(3)과의 접촉을 방지하고, 외부전극(5)이 적층체의 최후면에 형성될 경우, 외부전극(5)의 전면에 또한 더미층(9)이 형성되어 마찬가지로 내부전극(3)과의 접촉을 방지한다.
이와 같이 연장부(5')를 가지는 외부전극(5)에 전원이 공급되면 6개의 내부전극(3)에 전기적 신호가 전달되고, 하나의 압전소자(1)를 사이에 두고 그 전후면에 형성된 내부전극(3) 사이에 전압이 발생하여 적층체를 구성하는 복수의 압전소자(1)에 전압이 인가된다.
압전소자(1)에 전압이 인가되면 복수의 압전소자(1)들에 적층방향으로 분극이 발생하여 적층방향으로 변위가 발생하게 된다. 각 압전소자(1)에 발생하는 변위는 누적되어 전체적으로 큰 변위를 얻을 수 있고 보다 큰 출력의 초음파를 생성할 수 있다.
전술한 것과 같이 외부전극(5)이 연장부(5')를 가지도록 설계할 경우, 신호공급부를 적층체의 전면 또는 측면에도 형성할 수 있어 설계의 자유도가 증가할 수 있다.
1 : 압전소자 3 : 내부전극
5 : 외부전극 5' : 연장부
8 : 연결전극 9 : 더미층

Claims (10)

  1. 적층체를 형성하는 복수의 압전소자;
    상기 복수의 압전소자 사이에 형성되는 복수의 내부전극; 및
    상기 적층체의 전면과 후면 중 어느 하나에 형성되는 외부전극을 포함하고,
    상기 외부전극은 서로 이격되어 배치되는 제1외부전극과 제2외부전극을 포함하는 초음파 프로브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1외부전극은 접지전극이고 제2외부전극은 신호전극인 초음파 프로브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내부전극은 상기 제1외부전극과 연결되는 복수의 제1내부전극과 상기 제2외부전극과 연결되는 복수의 제2내부전극을 포함하는 초음파 프로브.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1내부전극과 제2내부전극은 상기 복수의 압전소자 사이에 번갈아 배치되는 초음파 프로브.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1내부전극은 그 일단이 상기 적층체의 일면에 노출되고, 상기 제2내부전극은 그 일단이 상기 적층체의 다른 면에 노출되는 초음파 프로브.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1외부전극과 연결되는 제1연결전극과, 상기 제2외부전극과 연결되는 제2연결전극을 더 포함하는 초음파 프로브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1연결전극은 상기 제1외부전극과 연결된 채 상기 적층체의 일 측면에 형성되고, 상기 제2연결전극은 상기 제2외부전극과 연결된 채 상기 적층체의 다른 측면에 형성되는 초음파 프로브.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 외부전극에 신호를 공급할 수 있도록 상기 적층체의 전면 및 후면 중 어느 하나의 면에 설치되는 신호공급부를 더 포함하는 초음파 프로브.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 신호공급부는 연성인쇄회로기판(FPCB), 인쇄회로기판(PCB) 및 전선 중 어느 하나인 초음파 프로브.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 외부전극과 상기 외부전극이 형성되는 압전체 사이에 더미층(dummy layer)을 더 포함하는 초음파 프로브.
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