KR20140134058A - 트랜스듀서 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 트랜스듀서 - Google Patents

트랜스듀서 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 트랜스듀서 Download PDF

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KR20140134058A
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Abstract

트랜스듀서 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 트랜스듀서에 관한 것이다. 트랜스듀서 제조방법은, 배킹재의 상면에 제1 전극부를 적층하는 단계와, 제1 전극부의 상면에 압전소자를 적층하는 단계와, 압전소자의 상면에 그루빙 공정에 의해 복수의 충전 홈들을 형성하는 단계, 및 압전소자의 상면에 제2 전극부와 정합층을 차례로 적층하면서 충전 홈들에 폴리머를 각각 충전하는 단계를 포함한다.

Description

트랜스듀서 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 트랜스듀서{Method of manufacturing transducer and transducer manufactured thereby}
본 실시예는 트랜스듀서 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파를 이용하여 피검사체 내부의 영상 정보를 획득하는 초음파 진단장치 등에 구비되는 트랜스듀서를 제조하는 방법 및 그 방법에 의해 제조된 트랜스듀서에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
초음파 진단장치는 프로브(probe)에 의해 피검사체의 진단 부위에 초음파 신호를 송신한 후, 프로브에 의해 음향 임피던스(acoustic impedance)가 다른 피검사체 내의 조직 경계로부터 반사된 초음파 신호를 수신하여, 진단 부위의 영상 정보를 획득한다. 이러한 영상 정보는 초음파 진단장치의 모니터로 출력되고, 진단자는 모니터로 출력되는 영상 정보를 통해 피검사체에 대한 진단을 실시할 수 있다. 프로브에는 초음파 신호를 피검사체로 송신하고 피검사체로부터 반사된 초음파 신호를 수신하기 위한 트랜스듀서가 구비된다.
일반적으로, 트랜스듀서는 배킹재(backing material) 상에 압전층과 정합층(matching layer) 등이 적층된 구성으로 이루어진다. 압전층은 압전 재료만으로 이루어진 압전소자로 형성되거나, 초음파 송수신 성능을 높이기 위해 압전소자에 폴리머 재료가 복합된 압전 복합체로 형성된다. 종래의 일 예에 따르면, 압전 복합체를 포함하여 트랜스듀서를 제조할 때, 다음과 같은 공정을 거치게 된다. 압전소자의 상면에 그루빙(grooving) 공정에 의해 복수의 충전 홈들을 나란히 절삭한 후, 충전 홈들에 폴리머를 충전한다. 이후, 폴리머가 충전된 압전소자의 상면과 하면을 연마 가공해서 압전 복합체를 설정 두께로 만든다. 이와 같이 가공된 압전 복합체를 배킹재 상에 적층한다.
그런데, 전술한 바와 같이, 압전 복합체를 만드는 과정에서 두 번의 연마 가공을 거쳐야 한다. 이로 인해, 트랜스듀서를 제조하는데 많은 공정 시간과 비용이 소요된다. 또한, 압전 복합체의 모재를 압전 단결정(single crystal)으로 구성하는 경우, 단결정은 취성이 높기 때문에 연마 가공에 어려움이 있다.
본 발명의 과제는 공정 시간과 비용을 절감할 수 있는 트랜스듀서 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 트랜스듀서를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 트랜스듀서 제조방법은, 배킹재의 상면에 제1 전극부를 적층하는 단계; 상기 제1 전극부의 상면에 압전소자를 적층하는 단계; 상기 압전소자의 상면에 그루빙 공정에 의해 복수의 충전 홈들을 형성하는 단계; 및 상기 압전소자의 상면에 제2 전극부와 정합층을 차례로 적층하면서 상기 충전 홈들에 폴리머를 각각 충전하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 압전 복합체를 만드는 과정에서 압전 복합체의 상면 및 하면을 연마하는 공정을 없앨 수 있으므로, 공정 시간과 비용을 절감할 수 있다. 또한, 연마 공정의 생략으로 인해, 압전 복합체의 모재로 PZT 뿐만 아니라 취성이 높은 압전 단결정까지 적용이 가능하다. 따라서, 트랜스듀서를 보다 높은 초음파 송수신 성능을 갖도록 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서 제조방법에 대한 순서도이다.
도 2 내지 도 7은 도 1의 제조방법에 의해 트랜스듀서를 제조하는 과정을 설명하기 위한 사시도이다.
도 8은 도 4에 있어서, 압전소자의 상면에 복수의 충전 홈들을 형성하는 다른 예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 제조방법에 대한 순서도이다.
도 10 내지 도 13은 도 9의 제조방법에 의해 트랜스듀서를 제조하는 과정을 설명하기 위한 사시도이다.
본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서 제조방법에 대한 순서도이다. 도 2 내지 도 7은 도 1의 제조방법에 의해 트랜스듀서를 제조하는 과정을 설명하기 위한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서 제조방법은, 배킹재의 상면에 제1 전극부를 적층하는 단계(S110)와, 제1 전극부의 상면에 압전소자를 적층하는 단계(S120)와, 압전소자의 상면에 그루빙 공정에 의해 복수의 충전 홈들을 나란히 형성하는 단계(S130)와, 압전소자의 상면에 제2 전극부와 정합층을 차례로 적층하면서 충전 홈들에 폴리머를 각각 충전하는 단계(S140)와, 다이싱(dicing) 공정에 의해 정합층의 상면으로부터 정합층과 제2 전극부 및 압전소자를 절삭해서 채널분리 홈들을 형성하되 각각의 채널분리 홈을 제1 전극들 사이마다 대응시키도록 형성하는 단계(S150), 및 채널분리 홈들에 폴리머를 각각 충전하는 단계(S160)를 포함한다.
도 2 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서 제조방법에 대해 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
S110 단계에서는, 도 2에 도시된 바와 같이 배킹재(110)를 마련한다. 이때, 배킹재(110)는 흡음성을 갖도록 구성될 수 있다. 이러한 배킹재(110)는 상측에 적층되는 압전소자(130)의 자유 진동을 억제하여 초음파의 펄스 폭을 감소시키며, 압전소자(130)의 하측으로 초음파가 불필요하게 전파되는 것을 차단하여 영상 왜곡을 방지할 수 있다. 예컨대, 트랜스듀서를 리니어 어레이 타입(linear array type)으로 구성할 경우, 배킹재(110)는 상면이 편평한 형태를 갖도록 구성될 수 있다. 배킹재(110)는 에폭시 수지에 텅스텐(W), 납(Pb), 산화 아연(ZnO) 등과 같이 밀도가 높은 분말재료를 충전한 재질로 구성될 수 있다.
그리고, 이러한 배킹재(110)의 상면에 적층하기 위한 제1 전극부(120)를 마련한다. 이때, 제1 전극부(120)는 상면에 제1 전극(121)들이 스트라이프(stripe) 형태로 형성된 플렉시블 인쇄회로기판으로 구성될 수 있다. 이러한 제1 전극부(120)의 하면을 접착제 등에 의해 배킹재(110)의 상면에 접합할 수 있다. 제1 전극(121)들은 구리, 금, 은 등과 같은 도전성 금속 물질로 각각 구성될 수 있다.
S120 단계에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 압전소자(130)를 마련한다. 압전소자(130)는 전압이 인가되면 공진하여 초음파 신호를 발생시키고, 초음파 신호를 수신하게 되면 진동하여 전기적 신호를 발생시킨다. 압전소자(130)는 티탄산 지르콘산 납(PZT, lead zirconate titanate)계 등의 압전 세라믹, 압전 단결정 등으로 구성될 수 있다. 그리고, 압전소자(130)는 상면과 하면에 증착 등의 방법으로 전극층이 각각 형성된 형태로 구성될 수 있다. 압전소자(130)의 하면에 형성된 전극층은 제1 전극부(120)와 접속되고, 압전소자(130)의 상면에 형성된 전극층은 제2 전극부(140)와 접속될 수 있다. 이러한 압전소자(130)를 제1 전극부(120)의 상면에 적층한다. 이때, 압전소자(130)의 하면을 접착제 등에 의해 제1 전극부(120)의 상면에 접합할 수 있다.
S130 단계에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 압전소자(130)의 상면에 그루빙 공정에 의해 복수의 충전 홈(131)들을 나란히 형성한다. 이때, 충전 홈(131)들을 제1 전극(121)들과 교차하는 방향으로 스트라이프 형태로 형성한다. 충전 홈(131)들은 일정 폭과 일정 깊이를 갖도록 각각 형성될 수 있다. 충전 홈(131)들을 형성할 때, 충전 홈(131)들의 각 저면 위치를 압전소자(130)의 하면 위치와 동일하게 설정할 수 있다. 이에 따라, 압전소자(130)는 충전 홈(131)을 사이에 두고 양쪽 부위가 분리된 형태를 이루게 된다.
S140 단계에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 압전소자(130)의 상면에 제2 전극부(140)와 정합층(150)을 차례로 적층하면서 충전 홈(131)들에 폴리머(132)를 각각 충전한다. 제2 전극부(140)는 하면에 제2 전극(미도시)들이 스트라이프 형태로 형성된 플렉시블 인쇄회로기판으로 구성될 수 있다. 제2 전극들은 구리, 금, 은 등과 같은 도전성 금속 물질로 각각 구성될 수 있으며, 제1 전극(121)들과 동일한 패턴으로 형성될 수 있다. 이러한 제2 전극부(140)의 하면을 접착제 등에 의해 압전소자(130)의 상면에 접합할 수 있다. 제1 전극(121)들이 전기적 신호의 송수신을 위한 신호 전극들로 기능하는 경우, 제2 전극들은 그라운드 전극들로 기능할 수 있다. 물론, 제2 전극들이 신호 전극들로 기능할 수 있으며, 이 경우 제1 전극(121)들이 그라운드 전극들로 기능할 수 있다.
정합층(150)을 제2 전극부(140)의 상면에 접착제 등에 의해 접합할 수 있다. 정합층(150)은 압전소자(130)와 피검사체 사이의 음향 임피던스 차이를 감소시킬 수 있게 한다. 예컨대, 정합층(150)은 에폭시 수지 등을 포함하여 형성될 수 있으며, 복수의 층들로 구성될 수 있다. 압전소자(130)의 충전 홈(131)들에 폴리머(132)를 각각 충전함으로써, 제1 전극부(120)와 제2 전극부(140) 사이에 압전 복합체를 구성해서 배치할 수 있다. 폴리머(132)는 에폭시 등으로 구성될 수 있다.
S150 단계에서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 다이싱 공정에 의해 정합층(150)의 상면으로부터 정합층(150)과 제2 전극부(140) 및 압전소자(130)를 절삭해서 채널분리 홈(160)들을 형성한다. 이때, 각각의 채널분리 홈(160)을 제1 전극(121)들 사이마다 대응시키도록 형성한다.
채널분리 홈(160)들은 일정 폭과 일정 깊이를 갖도록 각각 형성될 수 있다. 채널분리 홈(160)들을 형성할 때, 채널분리 홈(160)들의 각 저면 위치(kerf depth)를 압전소자(130)의 하면 위치와 동일하게 설정할 수 있다. 이에 따라, 압전소자(130)가 채널분리 홈(160)을 사이에 두고 양쪽 부위가 분리된 형태를 이루게 된다. 또한, 채널분리 홈(160)들에 의해, 배킹재(110) 상에는 각 채널을 구성하는 진동 모듈들이 스트라이프 패턴으로 상호 분리되어 배열될 수 있다. 이러한 진동 모듈들에 의해 트랜스듀서는 다채널을 갖도록 구성될 수 있다.
S160 단계에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 채널분리 홈(160)들에 폴리머(170)를 각각 충전한다. 폴리머(170)는 진동 모듈들 사이에서 진동 모듈들을 상호 지지할 수 있다. 정합층(150)의 상면에는 압전소자(130)로부터 발생된 초음파를 집속시키는 음향렌즈(180)를 배치할 수 있다.
전술한 트랜스듀서 제조방법에 의하면, 압전 복합체를 만드는 과정에서 압전 복합체의 상면 및 하면을 연마하는 공정을 없앨 수 있으므로, 공정 시간과 비용을 절감할 수 있다. 또한, 연마 공정의 생략으로 인해, 압전 복합체의 모재로 PZT 뿐만 아니라 취성이 높은 압전 단결정까지 적용이 가능하다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 의해 제조된 트랜스듀서는 보다 높은 초음파 송수신 성능을 갖도록 구성될 수 있다.
한편, S130 단계에서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 충전 홈(131)들을 형성할 때, 충전 홈(131)들의 각 저면 위치를 압전소자(130)의 하면 위치보다 높게 설정할 수 있다. 이에 따라, 압전소자(130)는 하면에 가까운 부위가 모두 이어진 형태로 이루어질 수 있다. 도시하고 있지 않지만, S150 단계에서 채널분리 홈(160)들을 형성할 때, 채널분리 홈(160)들의 각 저면 위치를 압전소자(130)의 하면 위치보다 낮게 설정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 제조방법에 대한 순서도이다. 도 10 내지 도 13은 도 9의 제조방법에 의해 트랜스듀서를 제조하는 과정을 설명하기 위한 사시도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 제조방법은, 배킹재의 상면에 제1 전극부를 적층하는 단계(S210)와, 제1 전극부의 상면에 압전소자를 적층하는 단계(S220)와, 압전소자의 상면에 그루빙 공정에 의해 제1 충전 홈들과 제2 충전 홈들을 상호 교차하도록 형성하는 단계(S230), 및 압전소자의 상면에 제2 전극부와 정합층을 차례로 적층하면서 제1,2 충전 홈들에 폴리머를 각각 충전하는 단계(S240)를 포함한다.
도 10 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 제조방법에 대해 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 이하에서는, 전술한 실시예와 차이가 있는 부분에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.
S210 단계에서는, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 전극부(220)는 상면에 제1 전극(221)들이 스트라이프 형태로 형성된 플렉시블 인쇄회로기판으로 구성될 수 있다. 이때, 각각의 제1 전극(221)은 제1 충전 홈(231a)을 적어도 하나 이상씩 위치시킬 수 있을 정도의 폭을 갖도록 형성될 수 있다. S220 단계에서는, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 전극부(220)의 상면에 압전소자(230)를 적층한다.
S230 단계에서는, 도 12에 도시된 바와 같이, 압전소자(230)의 상면에 제1 충전 홈(231a)들과 제2 충전 홈(231b)들을 상호 교차하도록 형성한다. 이때, 제1 충전 홈(231a)들의 연장 방향을 제1 전극(221)들의 연장 방향과 동일하게 설정할 수 있다. 그리고, 제1 충전 홈(231a)을 적어도 하나 이상씩 제1 전극(221)들에 각각 대응시키도록 형성한다. 따라서, 하나의 제1 전극(221)에 2개 이상의 진동 모듈들이 접속된 형태를 이루게 된다. 제1,2 충전 홈(231a)(231b)들을 형성할 때, 제1,2 충전 홈(231a)(231b)들의 각 저면 위치를 압전소자(230)의 하면 위치와 동일하게 설정할 수 있다. 물론, 제1 충전 홈(231a)들 중 제1 전극(221)들에 대응되게 위치하는 제1 충전 홈(231a)들의 각 저면 위치를 압전소자(230)의 하면 위치보다 높게 설정할 수도 있다. 제1 충전 홈(231a)들 중 제1 전극(221)들 사이에 위치하는 제1 충전 홈(231a)들의 각 저면 위치를 압전소자(230)의 하면 위치보다 낮게 설정할 수도 있다. 그리고, 제2 충전 홈(231b)들의 각 저면 위치를 압전소자(230)의 하면 위치보다 높게 설정할 수도 있다.
S240 단계에서는, 도 13에 도시된 바와 같이, 압전소자(230)의 상면에 제2 전극부(240)와 정합층(250)을 차례로 적층하면서 제1,2 충전 홈(231a)(231b)들에 폴리머(270)를 각각 충전한다. 이때, 제2 전극부(240)의 제2 전극들을 제1 전극(221)들과 동일한 패턴으로 형성할 수 있다. 그리고, 정합층(250)의 상면에는 음향렌즈(280)를 배치할 수 있다.
본 실시예에 따른 트랜스듀서 제조방법에 의해서도, 압전 복합체를 만드는 과정에서 압전 복합체의 상면 및 하면을 연마하는 공정을 없앨 수 있으므로, 공정 시간과 비용을 절감할 수 있다. 또한, 연마 공정의 생략으로 인해, 압전 복합체의 모재로 PZT 뿐만 아니라 취성이 높은 압전 단결정까지 적용이 가능하다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
110..배킹재 120,210..제1 전극부
130,230..압전소자 131..충전 홈
140,240..제2 전극부 150,250..정합층
160..채널분리 홈 231a..제1 충전 홈
231b..제2 충전 홈

Claims (10)

  1. 배킹재의 상면에 제1 전극부를 적층하는 단계;
    상기 제1 전극부의 상면에 압전소자를 적층하는 단계;
    상기 압전소자의 상면에 그루빙(grooving) 공정에 의해 복수의 충전 홈들을 형성하는 단계; 및
    상기 압전소자의 상면에 제2 전극부와 정합층을 차례로 적층하면서 상기 충전 홈들에 폴리머를 각각 충전하는 단계;
    를 포함하는 트랜스듀서 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극부를 적층하는 단계는,
    상기 제1 전극부를 상면에 제1 전극들이 스트라이프 형태로 형성된 플렉시블 인쇄회로기판으로 마련해서 상기 배킹재의 상면에 적층하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 충전 홈들을 형성하는 단계는,
    상기 충전 홈들을 상기 제1 전극들과 교차하는 방향으로 스트라이프 형태로 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 충전 홈들을 형성하는 단계는,
    상기 충전 홈들의 각 저면 위치를 상기 압전소자의 하면 위치에 대해 동일하거나 높게 설정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 충전 홈들에 폴리머를 각각 충전하는 단계 이후에는,
    다이싱(dicing) 공정에 의해 상기 정합층의 상면으로부터 상기 정합층과 제2 전극부 및 압전소자를 절삭해서 채널분리 홈들을 형성하되 상기 각각의 채널분리 홈을 상기 제1 전극들 사이마다 대응시키도록 형성하는 단계; 및
    상기 채널분리 홈들에 폴리머를 각각 충전하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 제조방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 충전 홈들을 형성하는 단계는,
    제1 충전 홈들과 제2 충전 홈들을 상호 교차하도록 형성하되 상기 제1 충전 홈들을 적어도 하나 이상씩 상기 제1 전극들에 각각 대응시키도록 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 충전 홈들을 형성하는 단계는,
    상기 제2 충전 홈들의 각 저면 위치를 상기 압전소자의 하면 위치에 대해 동일하거나 높게 설정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 충전 홈들을 형성하는 단계는,
    상기 제1 충전 홈들 중 상기 제1 전극들에 대응되게 위치한 제1 충전 홈들의 각 저면 위치를 상기 압전소자의 하면 위치에 대해 동일하거나 높게 설정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극부의 상면에 압전소자를 적층하는 단계는,
    상기 압전소자를 PZT계의 압전 세라믹과 압전 단결정 중 선택된 어느 하나로 마련해서 상기 제1 전극부의 상면에 적층하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 제조방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나에 기재된 제조방법에 의해 제조된 트랜스듀서.
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