KR20180008587A - 초음파 트랜스듀서 - Google Patents
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Abstract
초음파 트랜스듀서를 위한 시스템 및 기술이 제공된다. 기판은 메인 공동, 제2 공동, 및 채널을 포함할 수 있다. 상기 메인 공동은 상기 제2 공동보다 더 깊은 깊이를 가질 수 있다. 상기 제2 공동은 채널보다 더 깊은 깊이를 가질 수 있다. 상기 메인 공동과 제2 공동이 중첩되는 곳에 제1 계단이 형성될 수 있다. 상기 제2 공동과 메인 공동이 중접되는 공세 제2 계단이 형성될 수 있다. 전기기계식 활성 장치는 상기 제1 계단 및 제2 계단에서 상기 기판에 부착되어 상기 전기기계식 활성 장치의 자유 말단부가 상기 메인 공동 위에 매달릴 수 있다. 상기 기판에 멤브레인 섹션이 접착되어 상기 멤브레인이 상기 메인 공동 및 제2 공동을 덮고 상기 전기기계식 활성 장치의 자유단에 접착될 수 있다.
Description
본 출원은 2015년 5월 20일에 제출된 미국 가출원 번호 62/164,108에 우선권을 주장한다.
전기기계식 활성 장치는 다양한 분야에 사용될 수 있다. 예를 들어, 전기기계식 활성 장치는 트랜스듀서, 센서, 및 액추에이터에 사용될 수 있다. 일부 용도에서, 전기기계식 활성 장치는, 전기기계식 활성 장치의 진동을 통해, 초음파를 포함하는 음파를 발생하는데 사용될 수 있다. 전기기계식 활성 장치의 진동을 통해 공기와 같은 매체를 움직이기 위해 추가 표면 영역을 제공하기 위해 멤브레인(membrane), 또는 다이아프램(diaphragm)이 전기기계식 활성 장치에 추가될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 기판은 메인 공동(main cavity)을 포함할 수 있다. 전기기계식 활성 장치는 기판에 부착되어 전기기계식 활성 장치의 자유단이 상기 메인 공동의 바닥 위에 매달려 있을 수 있다. 멤브레인 섹션은 상기 기판 및 전기기계식 활성 장치에 접착될 수 있다.
기판은 메인 공동, 제2 공동, 및 채널(channel)을 포함할 수 있다. 메인 공동은 제2 공동보다 더 깊은 깊이를 가질 수 있으며, 제2 공동은 채널보다 더 깊은 깊이를 가질 수 있고, 제1 계단은 상기 메인 공동과 제2 공동이 중첩되는 곳에 형성될 수 있고, 제2 계단은 상기 제2 공동과 채널이 중첩되는 곳에 형성될 수 있다. 전기기계식 활성 장치는 상기 제1 계단과 제2 계단에서 기판에 부착되어 상기 전기기계식 활성 장치의 자유단이 메인 공동의 바닥 위에 매달려 있을 수 있다. 멤브레인 섹션은, 상기 멤브레인이 메인 공동 및 제2 공동을 덮도록 상기 기판에 접착될 수 있고, 상기 전기기계식 활성 장치의 초음파 주파수에서의 진동이 멤브레인의 초음파 주파수의 진동을 야기하도록 상기 전기기계식 활성 장치의 자유단에 접착될 수 있다.
기판은 2개의 메인 공동을 포함할 수 있다. 2개의 전기기계식 활성 장치는 상기 기판에 부착되어 2개의 전기기계식 활성 장치 중 첫 번째의 자유단이 두 메인 공동 중 첫 번째의 바닥 위에 매달리고 2개의 전기기계식 활성 장치의 두 번째의 자유단은 두 메인 공동의 두 번째의 바닥 위에 매달릴 수 있다. 멤브레인은 제1 멤브레인 섹션이 2개의 메인 공동 중 첫 번째를 덮고 제2 멤브레인 섹션은 2개의 메인 공동 중 두 번째를 덮도록 기판에 부착될 수 있다. 상기 제1 멤브레인 섹션은 2개의 전기기계식 활성 장치 중 첫 번째에 부착될 수 있고 제2 멤브레인 섹션은 2개의 전기기계식 활성 장치 중 두 번째에 부착될 수 있다.
본원에 개시된 시스템 및 기술들은 초음파 트랜스듀서에 대해 허용할 수 있다. 개시된 주제의 추가 특징, 이점, 및 실시예들은 다음의 상세한 설명, 도면, 및 청구 범위를 고려하여 제시되거나 명백할 수 있다. 더욱이, 전술한 개요 및 다음의 상세한 설명 모두는 예시이며 청구 범위의 범주를 한정하지 않는 추가 설명을 제공하려는 것이다.
본 발명의 추가 이해를 제공하기 위해 포함된, 첨부된 도면들은 본 명세서의 일부를 구성하고 이에 포함된다. 도면들은 또한 개시된 주제의 실시예를 도시하고 더불어 개시된 주제의 실시예의 원리를 설명하기 위해 상세한 설명으로서 역할을 한다. 본 발명의 근본적 이해와 구현될 수 있는 다양한 방식을 위해 필요할 수 있는 것보다 구조적인 세부 사항을 더 자세하게 보여주려는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서를 나타낸다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 다른 예시의 전기기계식 활성 장치를 나타낸다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 다른 예시의 전기기계식 활성 장치를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서를 나타낸다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 9c는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전기기계식 트랜스듀서 배열의 예시이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전기기계식 트랜스듀서 배열의 예시이다.
도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 장치의 예시이다.
도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 장치의 예시이다.
도 13는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 예시이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 전기기계식 트랜스듀서 배열의 예시이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서를 나타낸다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 다른 예시의 전기기계식 활성 장치를 나타낸다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 다른 예시의 전기기계식 활성 장치를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서를 나타낸다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 9c는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서의 예시의 단면도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전기기계식 트랜스듀서 배열의 예시이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전기기계식 트랜스듀서 배열의 예시이다.
도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 장치의 예시이다.
도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 장치의 예시이다.
도 13는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 예시이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 전기기계식 트랜스듀서 배열의 예시이다.
초음파 트랜스듀서는 기판의 공동의 벽에 부착된, 외팔보 또는 만곡부와 같은 형태의 전기기계식 활성 장치를 포함할 수 있다. 전기기계식 활성 장치는 라미네이트(laminate) 재료로 만들어질 수 있으며, 전극을 포함할 수 있다. 상기 기판은 전기기계식 활성 장치의 전극과 접촉할 수 있는 바이어(via)를 가진 계단 구조를 포함할 수 있다. 초음파 트랜스듀서는 초음파 트랜스듀서의 상부 표면을 덮을 수 있는 멤브레인을 포함할 수 있으며, 전기기계식 활성 장치에 부착될 수 있다. 초음파의 기판은 인쇄 배선 회로 기판(PCB, printed circuit board)의 레이어(layer)일 수 있으며, 또는 구리 또는 알루미늄과 같은 강성 재료일 수 있다. 강성 재료는 초음파 트랜스듀서의 바닥에 부착될 수 있다. 다중 초음파 트랜스듀서는 동일한 조각의 기판을 이용하여 생성될 수 있고, 전기기계식 트랜스듀서 배열을 형성한다.
초음파 트랜스듀서는 기판을 포함할 수 있다. 기판은 임의의 적절한 재료로 만들어질 수 있으며, 예컨대, 임의의 적절한 수의 레이어를 가진 PCB의 상부 레이어일 수 있다. PCB의 상부 레이어는 예컨대, FR-4와 같은 비전도성 물질일 수 있다. 기판은 임의의 적절한 형태일 수 있으며, 기판의 표면은 평평할 수 있으며, 또는 만곡되거나 또는 임의의 적절한 방식으로 직조될 수 있다. 기판은 오목한 특징부를 포함할 수 있다. 기판은 초음파 트랜스듀서의 구조를 정의할 수 있으며, 전기 접촉을 제공하고, 전기기계식 활성 장치에 단단하게 고정될 수 있으며, 그리고 전기기계식 활성 장치가 고정됨에 따른 강성의 변화를 허용할 수 있다. 기판은 전기기계식 트랜스듀서 배열에 대한 베이스를 형성할 수 있으며, 다수의 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 기판의 오목한 공동은 다수의 초음파 트랜스듀서를 포함하는 전기기계식 트랜스듀서 배열의 구성 중 자리 배치 및 포지티브 정렬(positive alignment)을 제공하는데 사용될 수 있다. 기판은 임의의 적절한 방식으로, 예컨대, PCB 제조 기술을 이용하여 만들어지고 구성될 수 있다. 예를 들어, 오목한 공동은 밀링 구멍(mill hole)으로 생성될 수 있다. 레이어 라미네이션(Layer lamination), 다이싱 쏘우 컷(dicing saw cuts) 및 에폭시 충전 바이어는 기판의 구조를 생성하는데 사용될 수 있다. 기판의 구조는 또한 네거티브 몰드 케스팅(negative mold casting) 또는 서브트랙티브 공법(subtractive process)의 순서를 이용하여 생성될 수 있다. 기판은 PCB의 상부, 비전도성 레이어일 수 있으며, PCB의 전도성 레이어 및 바이어 연결을 통해 전기기계식 트랜스듀서 배열의 초음파 트랜스듀서의 브레이크아웃(breakout)을 허용할 수 있다. 기판으로서의 PCB의 사용은 전기기계식 트랜스듀서 배열에 대한 전기 제어 회로가 전기기계식 트랜스듀서 배열의 PCB의 후면 상에 배치되게 할 수 있다. 비전도성이 되도록 코팅되거나 피막 처리될 수 있는, 세라믹, 플라스틱, 또는 알루미늄, 구리, 실리콘/알루미늄 합금, 및 실리콘을 포함하는 금속과 같은 다른 재질은 또한 기판으로서 또는 기판에 사용될 수 있으며, 전기기계식 트랜스듀서 배열의 요소의 외팔보에 대한 다른 높이의 기계적 지지를 제공할 수 있다. 예를 들어, 기판은 알루미늄일 수 있으며, 임의의 적합한 방식으로 PCB의 상부 레이어에 부착될 수 있다.
기판은 예를 들어, 다이싱 쏘우를 가진 서브-다이싱을 이용하여, 설계될 수 있으며, 전기기계식 트랜스듀서 배열의 전기기계식 활성 장치들 사이의 진동의 측면 및 기생 모드를 방해할 수 있다. 기판은 임의의 적절한 강도의 재질로 만들어질 수 있다. 기판 재질의 강도는 전기기계식 활성 장치가 접착될 수 있는 베이스의 강성을 결정할 수 있다. 기판은 비-평면일 수 있고 또한 유연할 수 있다. 기판은 비등방성(anisotropic)일 수 있다. 기판의 서브-다이스된 섹션은 빈 상태로 남을 수 있고, 또는 실리콘 고무와 같은 흡수성 재질과 같은 다른 재질로 채워질 수 있다.
초음파 트랜스듀서의 공동은 임의의 적합한 형태일 수 있고 적절한 깊이를 가질 수 있다. 예를 들어, 공동은 원형일 수 있다. 전기기계식 활성 장치는 임의의 적합한 방식으로 공동의 벽에 부착될 수 있다. 예를 들어, 계단 구조, 또는 선반은 공동의 가장자리에 형성될 수 있고, 전기기계식 활성 장치는 전도성 에폭시와 같은 임의의 적합한 접착제를 이용하여 계단 구조에 접착될 수 있다. 계단 구조는 기판에 추가 공동을 생성함으로써 생성될 수 있다. 추가 공동은 공동을 부분적으로 덮을 수 있고, 공동보다 더 얕아질 수 있다. 이는 추가 공동이 공동을 덮는 위치에 계단을 생성할 수 있고, 추가 공동은 기판에 크레센트 형상(crescent shape)으로 나타날 수 있다. 제2 계단은 기판에 임의의 적합한 형태의 채널을 생성하고 부분적으로 추가 공동과 중첩함으로써 생성될 수 있다. 채널은 추가 공동보다 더 얇을 수 있고 중첩의 위치에 제2 계단을 생성할 수 있다. 계단 및 제2 계단은 정렬될 수 있다. 전기기계식 활성 장치가 접착될 수 있는 계단 구조의 발판, 또는 선반, 또는 각 계단의 길이는 전기기계식 활성 장치의 공명 자유 길이(resonant free-length)를 결정할 수 있다. 공동과 같은, 기판의 오목한 표면은 전기기계식 활성 장치에 대한 다양하고 제어 가능한 강도의 접착을 허용하기 위해 설계될 수 있으며, 전기기계식 활성 장치의 작동 및 초음파 트랜스듀서의 출력에 영향을 미칠 수 있다. 전기기계식 활성 장치가 부착될 수 있는 영역의 길이를 변경하는 것은 초음파 트랜스듀서의 주파수 및 진폭, 또는 출력 또는 진폭의 속도에 영향을 줄 수 있다. 기판의 구조는 전기기계식 활성 장치에 대한 간격을 제공하여 임의의 적합한 거리로 위아래 모두로 움직일 수 있다.
기판의 계단 구조는 트랜치에 의해 추가 형성될 수 있고, 임의의 적합한 깊이로 생성될 수 있고, 각 중첩 위치를 가로질러 교차할 수 있다. 예를 들어, 공동으로서 동일한 깊이를 가진 트랜치(trench)는 공동 및 추가 공동의 중첩에서 생성될 수 있으며, 추가 공동으로서 동일한 깊이를 가진 트랜치는 채널 및 추가 공동의 중첩에 생성될 수 있다. 예컨대, 트랜치는 계단 및 제2 계단에 대한 평평한 전방벽, 또는 수직면(riser)을 생성하는데 사용될 수 있다. 공동, 추가 공동, 채널, 및 트랜치는 드릴링, 밀링, 및 다이싱 쏘우 컷과 같은 서브트랙티브 공정, 및 추가 공정을 포함하는 임의의 적합한 방식을 통해 초음파 트랜스듀서의 기판에 생성될 수 있다.
기판은 임의의 적절한 수의 바이어를 포함할 수 있다. 바이어는, 예컨대, 서로 오프셋(offset)된 쌍으로 패턴될 수 있다. 한 쌍의 바이어 중 하나의 바이어는 전기기계식 활성 장치의, 전도성 금속과 같은, 전기 패시브 레이어(electrically passive layer)를 위한 전극과 전기적으로 접촉할 수 있다. 예를 들어, 전극은 기판의 계단 구조의 계단의 발판 상에 바이어와 접촉할 수 있다. 한 쌍의 바이어 중 다른 바이어는 전기기계식 활성 장치의, 압전 세라믹과 같은, 전기적 활성 재질에서 전극과 접촉할 수 있다. 예를 들어, 전극은 계단 구조의 다른 계단의 발판 상에서 다른 바이어와 접촉할 수 있다. 전극은, 예컨대, 박막 전극일 수 있다. 바이어는 전도성 에폭시로 채워지므로, 전기기계식 활성 장치를 수용하기 위해 계단 구조와 같은 오목부를 생성하는데 다이싱 쏘우가 사용될 때, 바이어의 전기적 접촉 지점에서 전도성을 잃는 위험성을 줄일 수 있다.
기판은 단일 전기기계식 활성 장치를 위한 임의의 수의 바이어를 포함할 수 있다. 바이어는 블라인드 바이어, 매설 바이어, 및 관통 바이어의 임의의 적절한 조합일 수 있다. 다른 수의 바이어, 및 두 바이어와의 다른 타입의 연결은 전기기계식 트랜스듀서 배열의 초음파 트랜스듀서와의 전기적 연결을 수립하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 바이어를 사용할 때, 전기기계식 트랜스듀서 배열의 초음파 트랜스듀서에 대한 연결은 공통 접지를 가진, 전기기계식 활성 장치에 대한 고온 연결일 수 있다. 2개의 바이어를 사용할 때, 초음파 트랜스듀서에 대한 연결은 고온 연결 및 접지 연결, 또는 양극 연결 및 음극 연결일 수 있다. 3개의 바이어를 사용하는 경우, 초음파 트랜스듀서에 대한 연결은 2개의 고온 연결 및 하나의 접지 연결, 2개의 접지 연결 및 하나의 고온 연결, 또는 양극 연결, 음극 연결, 및 접지 연결일 수 있다. 기판의 구조는 전기기계식 트랜스듀서 배열의 구성요소들 사이의 전기적 격리를 허용할 수 있다.
초음파 트랜스듀서는 기판에 부착된 전기기계식 활성 장치를 포함할 수 있다. 전기기계식 활성 장치는 외팔보형 또는 만곡부 형태일 수 있으며, 예를 들어, 압전 세라믹 유니모르프(unimorph), 바이모르프(bimorph), 또는 트리모르프(trimorph)일 수 있다. 전기기계식 활성 장치는, 전기 여자(electrical excitation)를 고주파수 진동으로 변환하여 초음파 음향을 방출할 수 있는, 압전기 재료 또는 압전 세라믹, 전기변형 재료(electrostrictive material), 강유전성 재료와 같은 전기 활성 재료를 포함할 수 있다. 전기기계식 활성 장치의 기하학적 구조는 초음파를 방출하도록 구동될 때 전기기계식 활성 장치에 의해 생성된 전기기계식 에너지 변환의 주파수, 속도, 힘, 변위, 정전용량, 대역폭, 및 효율과, 수신된 초음파에 의해 구동될 때 전기기계식 활성 장치에 의해 발생된 전압 및 전류와 전기기계식 에너지 변환의 효율에 영향을 미칠 수 있다. 전기기계식 활성 장치는 사각형 형상을 가질 수 있으며, 또는 예컨대 사다리꼴 형상과 같은 임의의 다른 적합한 형상에 따른 형상을 가질 수 있다. 전기기계식 활성 장치의 기하학적 구조는 예컨대, 전기기계식 활성 장치의 균형 및 다른 다양한 특성을 조정하기 위해 선택될 수 있다. 전기기계식 활성 장치는 단일 패시브 기판 재료 상에 적층된 압전기 재료의 단일 레이어를 이용하여 만들어질 수 있다. 전기기계식 활성 장치는 단일 압전기 레이어 및 다중 패시브 레이어로 만들어질 수 있으며; 역-위상을 작동시키는 2개의 압전기 레이어, 또는 하나 이상의 전기 패시브 재료와 결합되고 역-위상을 작동하는 2개의 압전기 레이어로 만들어질 수 있다. 전기기계식 활성 장치의 다른 레이어는 다른 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 유니모르프에서, 압전기 재료는 압전기 재료가 접착되는 패시브 기판 재료와 다른 형태일 수 있다. 전기기계식 활성 장치에 사용된 압전기 재료, 예컨대 압전 세라믹은 임의의 적합한 방향으로 극성을 가지고, 임의의 적합한 방식으로 극성을 가질(poled) 수 있다.
전기기계식 활성 장치는 초음파 트랜스듀서에 사용하기 위해, 그리고 초음파 주파수로 진동하기 위해 임의의 적합한 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 전기기계식 활성 장치는 0.5mm와 1.5mm 사이의 폭, 0.4mm와 0.5mm 사이의 높이, 그리고 2.0과 3.0mm 사이의 길이를 가질 수 있지만, 전기기계식 활성 장치의 다른 레이어는 기판의 계단 구조와 접착되기 위해 다른 길이를 가질 수 있다. 전기기계식 활성 장치는 예컨대, 큰 라미네이트 재료(laminate material)에서 사각형 형상을 잘라내는 것과 같이, 임의의 적합한 방식으로 만들어질 수 있다. 라미네이트 재료는 임의의 적합한 접착 기술 및 재료를 이용하여, 알루미늄, 인바아(Invar), 코바아(Kovar), 실리콘/알루미늄 합금, 스테인레스 스틸, 및 황동의 금속과 같은 전기적 비활성 기판에 접착된, 예컨대, 압전 세라믹과 같은 전기 활성 재료로 제조될 수 있다. 사용된 재료는 개별적인 전기기계식 활성 장치의 작동을 위한 최선은 아닐 수 있다. 예를 들어, 재료는 많은 수의 전기기계식 활성 장치의 일관된 성과를 위해 또는 쉬운 제조를 위해 선택될 수 있다. 전기기계식 활성 장치는 초음파 트랜스듀서의 기판 상에 전기기계식 활성 장치를 고정하는데 사용될 수 있고 기판의 바이어와 쉽게 전기적 접촉을 할 수 있는 테일(tail)을 포함할 수 있다. 전기기계식 활성 장치의 테일은 초음파 트랜스듀서의 기판 너머로 돌출될 수 있다. 테일은 예를 들어, 세라믹 재료가 전기기계식 활성 장치에서 절단된 채, 서브트랙티브 공법을 통해 구성될 수 있다. 예를 들어, 먼저 원하는 형상으로 구성되고 이후 전기기계식 활성 장치의 원하는 길이와 거의 동일한 피치(pitch)로 패시브 기판 재료에 접착된 라미네이트 재료의 압전기 레이어 부가적인 공법이 또한 사용될 수 있으며, 이후 사각형의 전기기계식 활성 장치는 접착된 재료에서 절단될 수 있다.
전기기계식 활성 장치는 임의의 적합한 각도로 공동에서 지향될 수 있다. 예를 들어, 전기기계식 활성 장치는 원형 공동의 지름을 따라 지향될 수 있으며, 공동을 가로지르는 거의 중간에 도달할 수 있다. 예컨대, 유니모르프의 패시브 재료 또는 바이모르프의 활성 재료일 수 있는 전기기계식 활성 장치의 상부 표면은 공동의 상부와 같은 높이 또는 거의 같은 높이일 수 있다. 전기기계식 활성 장치는 임의의 적합한 방식으로 초음파 트랜스듀서의 기판에 부착될 수 있다. 예를 들어, 전기기계식 활성 장치의 하부 또는 모든 측면 중 어느 하나는 기판, 예컨대, 기판의 계단 구조에 접착될 수 있다. 기판에 전기기계식 활성 장치를 고정하는데 사용된 접착은 예컨대, 에폭시 또는 땜납과 같은 임의의 적합한 전도성 및 비전도성 접착 재료를 이용한, 유기 또는 무기 접착의 임의의 적합한 조합일 수 있다. 전기기계식 활성 장치와 기판 사이의 접촉 면적은 임의의 적합한 크기와 형태를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 초음파 트랜스듀서는 공동 내에 하나 이상의 전기기계식 활성 장치를 포함할 수 있다. 초음파 장치는 임의의 적합한 배열로 임의의 수의 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있다.
전기기계식 활성 장치는, 전기기계식 활성 장치가 유니모르프, 바이모르프, 트리모르프인지 여부에 따라 전기기계식 활성 장치의 패시브 또는 활성 레이어가 아래로 향한 상태로 기판에 적합한 위치에 접착될 수 있으며, 또는 일부 다른 구조를 갖는다. 접착은 임의의 적합한 접착제, 납땜, 또는 에폭시를 사용할 수 있다. 예를 들어, 전도성 접착제 필름은 전기기계식 활성 장치의 영역에 적용되어 기판에 접착될 수 있다. 전기기계식 활성 장치는 기판으로 눌러지고 다시 뽑아내어 전기기계식 활성 장치의 후방벽이 기판의 계단 구조에 대해 평평하게 당겨질 수 있다. 전기기계식 활성 장치는 전기기계식 활성 장치를 집기 위해 UV 릴리즈 테이프(release tape)를 이용하는 예컨대 픽앤플레이스(pick and place) 장치를 통해 기판 위에 놓일 수 있다. 전도성 접착제 필름은 경화될 수 있으며, 이후 전기기계식 활성 장치는 예컨대 UV 광과 같은 박리제(release agent)로의 노출을 통해 UV 릴리즈 테이프에서 분리될 수 있다. 전기기계식 활성 장치가 접착될 수 있는 영역은 단일 초음파 트랜스듀서 외부로 그리고 전기기계식 트랜스듀서 배열의 이웃하는 초음파 트랜스듀서로 연장될 수 있으며, 각 초음파 트랜스듀서의 대향 측에 달리 사용되지 않는 공간을 사용하게 한다. 이는 전기기계식 트랜스듀서 배열의 하나의 가장자리에 작은 추가 공간을 초래할 수 있다.
멤브레인은 초음파 트랜스듀서에 접착되어 멤브레인을 가진 초음파 장치를 생성할 수 있다. 멤브레인은 멤브레인이 덮을 전기기계식 트랜스듀서 배열의 다수의 셀(cell)로서, 각 셀이 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있는 셀의 윤곽을 정의할 수 있는 방식으로 접착제로 부착될 수 있다. 덮힌 초음파 트랜스듀서의 전기기계식 활성 장치는 예를 들어, 전기기계식 활성 장치의 선단에 또는 선단 근처에서 멤브레인에 접착될 수 있다. 멤브레인은 다수의 분리된 조각의 재료일 수 있으며, 그 각각은 하나의 초음파 트랜스듀서, 또는 복수의 초음파 트랜스듀서를 덮을 수 있으며, 또는 전기기계식 트랜스듀서 배열의 초음파 트랜스듀서 전체를 덮을 수 있다. 멤브레인은 하나 이상의 초음파 트랜스듀서와 정렬되고 덮는 레이어를 형성하기 위해 기판으로 눌려질 수 있다. 외팔보의 움직임이 멤브레인의 움직임을 야기할 수 있으므로, 멤브레인은 외팔보의 움직임을 음향적으로 공기와 결합시킬 수 있다. 멤브레인은 예를 들어, 기판에 초음파적으로 용접되거나, 레이저 용접되거나, 또는 전자 빔 용접되는 것을 포함하는 용융 또는 용접되거나, 또는 기판에 기계적으로 부착되거나 핀 고정되는, 임의의 다른 적합한 방식으로 기판에 부착될 수 있다. 멤브레인은 예컨대 임의의 적합한 방식으로 적용된 임의의 적합한 에폭시를 이용하여 기판에 접착될 수 있다.
멤브레인은 임의의 적합한 재료 또는 복합 재료 구조일 수 있으며, 이는 초음파 주파수에서의 진동을 위해, 임의의 적합한 강도 및 무게를 가질 수 있다. 예를 들어, 멤브레인은 강성 및 경량일 수 있다. 예를 들어, 멤브레인은 알루미늄 심 스톡(shim stock), 금속-패턴 캡톤(metal-patterned Kapton), 또는 임의의 다른 금속-패턴 필름일 수 있다. 멤브레인은 초음파 트랜스듀서의 더욱 효과적인 공기 결합을 허용하기 위해 공기와 임피던스 정합될(impedance matched) 수 있다. 멤브레인은 예컨대, 멤브레인이 전기기계식 활성 장치의 선단과 접촉하게 되는 멤브레인에 위치한 링 구조와 같은 추가 구조를 포함할 수 있다.
멤브레인은 예컨대 경화된 에폭시일 수 있는 접착 라인을 따라 전기기계식 트랜스듀서 배열에 부착될 수 있다. 접착 라인은 전기기계식 트랜스듀서 배열을 사각형과 같은 임의의 적합한 형태의 초음파 트랜스듀서 셀로 나눌 수 있다. 멤브레인은 또한 전기기계식 트랜스듀서 배열의 각 전기기계식 활성 장치의 자유단의 선단에 접착될 수 있다. 이는 각 초음파 트랜스듀서 초음파가 트랜스듀서 주위의 기판에 접착되고 또한 초음파 트랜스듀서의 전기기계식 활성 장치의 자유단의 선단에 접착된 멤브레인의 섹션으로 덮이게 할 수 있다. 전기기계식 활성 장치의 자유단의 선단은 멤브레인의 섹션의 중심과 정렬되어 약간 떨어져 있을 수 있다. 이는 전기기계식 활성 장치에 의해 멤브레인의 섹션이 바깥쪽으로 밀려지게 하여 멤브레인의 섹션의 가장 높은 지점이 멤브레인의 섹션의 중심에 있게 할 수 있다. 멤브레인의 각 섹션은 멤브레인의 임의의 다른 섹션과 별개로 움직이게 할 수 있으며, 그러나 멤브레인은 단일 조각의 재료로 남아 있을 수 있다. 경화된 에폭시에 의해 형성된 접착 라인은 서로로부터 멤브레인의 섹션을 기계적으로 격리시킬 수 있다. 멤브레인의 한 섹션의 움직임은 멤브레인이 기판에 접착되는 접착 라인을 가로질러 멤브레인의 다른 섹션에 전달되지 않을 수 있다.
전기기계식 트랜스듀서는 임의의 수의 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 초음파 트랜스듀서는 기판으로서 재료의 공동 조각을 공유할 수 있으며, 또는 예를 들어, 각 초음파 트랜스듀서가 기판 재료의 그 자체의 분리된 조각을 가진 채, 재료의 분리된 조각의 임의의 적합한 수량을 사용할 수 있다. 전기기계식 트랜스듀서 배열의 초음파 트랜스듀서는 셀로 나뉘어질 수 있다. 각 셀은 멤브레인 또는 멤브레인의 섹션에 의해 덮힌 단일 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있으며, 또는 다중 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 셀은 임의의 적합한 패턴으로, 임의의 적합한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 셀은 사각형, 직사각형, 원, 육각형, 불규칙적인 다각형일 수 있으며, 하나 이상의 만곡된 경계를 가질 수 있다. 셀은 임의의 적합한 패턴으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 셀은 그리드 패턴, 원형 패턴, 또는 육각 패턴으로 배열될 수 있다.
전기기계식 트랜스듀서의 기판은 PCB의 상부 레이어일 수 있으며, 또는 PCB의 상부 레이어에 부착될 수 있다. ASIC 및 다른 전극은 예컨대, 기판 또는 기판이 부착된 PCB의 다른 레이어 위 또는 안에 전기기계식 트랜스듀서 배열 위, 또는 안에 장착될 수 있다. 하나 이상의 저항기-유도 축전기(RLC) 회로에 대한 구성은 또한 기판에 포함될 수 있다. 임의의 적합한 크기의 배터리와, 슈퍼캡스(supercaps)를 포함하는, 임의의 적합한 성능과 임의의 적합한 전기적 성질을 가진 축전기는 전기기계식 트랜스듀서 배열에 포함될 수 있다. 기판의 재료는 전기기계식 트랜스듀서 배열을 함유 또는 포함할 수 있는 케이스 또는 다른 하우징으로 강도를 제공할 수 있으며, 전기기계식 트랜스듀서 배열의 구성요소 또는 다른 구성요소를 보호할 수 있다. 재료의 레이어는 전기기계식 트랜스듀서 배열과 초음파 트랜스듀서에 증가된 강도를 제공하기 위해 전기기계식 트랜스듀서 배열의 바닥에 부착될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 플레이트는 임의의 적합한 방식으로 전기기계식 트랜스듀서 배열의 바닥의 후면에 접착될 수 있다.
기판은 전기기계식 활성 장치에 의해 야기된 측면 모드를 지지할 수 있으며, 또는 하나의 초음파 트랜스듀서로부터 그 이웃으로 움직임을 전달할 수 있다. 임의의 적합한 기술은 기판의 설계 및 제조에 사용되어 혼선 및 측면 모드를 최소화할 수 있다. 예를 들어, 기판은 서브-다이싱될 수 있으며, 쏘우로 기판의 후방 측면으로 특정 깊이로 패턴을 절단하는 것을 포함할 수 있다. 이는 임의의 측방향 전파 파에 대한 경로가 없음을 보장할 수 있다. 서브-다이싱에 의해 생성된 트랜치는 횡파를 줄이기 위해 실리콘 고무와 같은 댐핑 또는 흡수 재질로 채워질 수 있다. 전기적으로 절연된 레이어는 예를 들어, 전기기계식 트랜스듀서 배열의 다양한 전도성 구성요소의 전기적 혼선 격리를 위해, 서브-다이싱에 의해 생성된 트랜치에서 사용될 수 있다. 전기적 전도성 격벽은 예를 들어, 전기기계식 트랜스듀서 배열의 셀들 사이의 차폐 평면으로서 사용될 수 있다.
전기기계식 트랜스듀서 배열은 전기기계식 트랜스듀서 배열의 작동 상에 열팽창의 영향을 줄이거나 제거하면서, 다양한 재료의 열팽창을 수용하도록 설계될 수 있다. 전기기계식 트랜스듀서 배열은 충격과 충돌에 견딜 수 있도록 설계될 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 멤브레인은 전기기계식 트랜스듀서 배열에 접착될 수 있다. 예를 들어, 동일한 재료, 또는 다른 재료의 다중 분리된 멤브레인은 전기기계식 트랜스듀서 배열의 초음파 트랜스듀서를 덮기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 초음파 장치의 다른 섹션이 다른 작동 특성을 가질 수 있도록 다른 재료가 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서를 나타낸다. 초음파 트랜스듀서(100)는 기판(160), PCB(165), 및 멤브레인(190)을 포함할 수 있다. 기판(160)은 FR-4와 같은 PCB의 비전도성 레이어, 또는 FR-4보다 더 단단할 수 있는 알루미늄 같은 금속과 같은 어떤 적합한 재료일 수 있다. 기판(160)은 임의의 적합한 형상 및 임의의 적합한 두께일 수 있다. 기판(160)은 메인 공동(130), 제2 공동(140), 채널(150), 트랜치(142, 152), 및 전기기계식 활성 장치(120)를 포함할 수 있다. 기판(160)은 예를 들어, 사전에 뚫려있을 수 있는 임의의 수의 기점(fiducials)을 포함할 수 있다. 메인 공동(130)은 기판(160)의 공동일 수 있으며, 임의의 적합한 추가 공정 또는 서브트랙티브 공정을 통해 형성되고, 임의의 적합한 형상 및 임의의 적합한 깊이를 가질 수 있다. 예를 들어, 메인 공동(160)은 1.0mm에서 1.5mm 사이의 반경을 가진 원형일 수 있으며, 0.5mm에서 0.6mm 사이의 깊이를 가질 수 있다. 제2 공동(140)은 메인 공동(130)과 중첩될 수 있는 기판(160)의 공동일 숭 lT으며, 임의의 적합한 형상 및 임의의 적합한 깊이를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 공동(140)은 메인 공동(130)보다 작은 깊이의 반원형 공동일 수 있으며, 예를 들어, 0.4mm에서 0.5mm 사이의 깊이를 가지며, 메인 공동(130)과의 교차점에서 제1 계단을 형성한다. 제2 공동(140)은 예를 들어, 0.5mm에서 1.0mm 사이의 반경을 가질 수 있다. 제2 공동(140)은 메인 공동(130) 전에 생성된 경우 원형을 보일 수 있지만, 메인 공동(130)이 생성될 때, 또는 메인 공동(130)이 생성된 후 크레센트 형상으로 보일 수 있다. 채널(150)은 임의의 적합한 방식으로 만들어진 임의의 적절한 폭과 깊이의 경로일 수 있으며, 메인 공동(130) 및 제2 공동(140)의 중심을 관통할 수 있다. 예를 들어, 채널(150)은 메인 공동(130)과 제2 공동(140)을 통과하는 임의의 적합한 폭의 다이싱 쏘우 컷을 이용하여 만들어질 수 있다. 채널(150)은 제2 공동(140)보다 더 얕을 수 있으므로, 채널은 제2 공동(140)과 중첩되는 제2 계단을 형성한다. 제2 계단은 제1 계단과 정렬될 수 있다. 채널(150)은 초음파 트랜스듀서(100)와 같은 다수의 초음파 트랜스듀서를 가로질러 연장될 수 있다. 예를 들어, 초음파 트랜스듀서는 다이싱 쏘우로부터의 직선 컷이 메인 공동(130)과 같은 메인 공동, 그리고 제2 공동(140)과 같은 제2 공동 모두의 중심을 통해 지나갈 수 있도록 전기기계식 트랜스듀서 배열로 정렬될 수 있다. 메인 공동(130), 제2 공동(140), 및 채널(150)은 임의의 적합한 순서로 기판(160)에 생성될 수 있다.
제1 계단의 수직면은 트랜치(142)에 의해 추가로 형성될 수 있다. 트랜치(142)는 예컨대, 다이싱 쏘우 컷과 같이, 임의의 적합한 방식으로 생성될 수 있으며, 메인 공동(130)과 제2 공동(140)이 중첩되는 곳에서 이들을 가로지를 수 있다. 트랜치(142)는 제1 계단을 위한 평평한 수직면을 생성할 수 있다. 제2 계단의 수직면은 트랜치(142)에 의해 추가로 형성될 수 있다. 트랜치(152)는 예컨대 다이싱 쏘우 컷과 같이, 임의의 적합한 방식으로 생성될 수 있으며, 제2 공동(140)과 채널(150)이 중첩되는 곳에서 이들을 가로지를 수 있다. 트랜치(152)는 제2 계단에 대한 평평한 수직면을 생성할 수 있다. 트랜치(142, 152)는 예컨대, 0.1mm에서 0.3mm 사이와 같은, 임의의 적합한 폭을 가질 수 있다.
제1 계단은 바이어(180)를 포함할 수 있으며, 제2 계단은 바이어(175)를 포함할 수 있다. 바이어(175, 180)는 임의의 적합한 크기와 형태를 가진 임의의 적합한 바이어(via)일 수 있다. 바이어(175, 180)는 전기적으로 전도성일 수 있으며, 예를 들어, 전기적 전도성 에폭시로 채워질 수 있다. 바이어(175, 180)는 기판(160)을 통해 하강할 수 있으며 PCB(165)의 구성요소로의 전기적 연결을 제공할 수 있다. 바이어(175, 180)는 임의의 적합한 방식으로, 예컨대, 기판(160)의 드릴링(drilling)을 통해 기판(160)에 형성될 수 있다. 바이어(175, 180)는 바이어(175, 180)를 통한 전기적 연결을 용이하게 하기 위해 전극에 의해 각각 덮어질 수 있다. 바이어(175, 180)는 예컨대 0.2mm의 지름을 가질 수 있다.
전기기계식 활성 장치(120)는 예컨대 20,000Hz 이상의 초음파 주파수로 진동하기 위한 임의의 적합한 전기기계식 활성 장치일 수 있다. 전기기계식 활성 장치(120)는 전기적 비활성 기판에 접착된 압전세라믹 재질을 사용할 수 있는 예를 들어, 압전기 유니모르프(unimorph) 또는 바이모르프일 수 있다. 전기기계식 활성 장치(120)는 임의의 적합한 형태를 가질 수 있으며, 예컨대 외팔보 또는 만곡부 형태일 수 있다. 예를 들어, 전기기계식 활성 장치(120)는 예컨대, 압전세라믹일 수 있는 전기 활성 재료(124)에 접착된, 예컨대, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 인바, 코바아, 또는 실리콘/알루미늄 합금일 수 있는, 전기 패시브 재료(122)를 포함할 수 있다. 초음파 트랜스듀서(100)의 전기기계식 활성 장치(120)는 전기기계식 활성 장치(120)의 자유단이 메인 공동(130)의 바닥 위에서 돌출되고, 매달린 상태로, 제1 및 제2 계단에서 기판(160)에 접착될 수 있다. 전기 패시브 재료(122)는 전극(126)을 포함할 수 있고, 전기적 활설 재료(124)는 전극(128)을 포함할 수 있다. 전기기계식 활성 장치(120)는 제1 및 제2 계단에서 기판(160)에 접착될 때, 전극(126)은 제2 계단 상에서 바이어(175)와 정렬될 수 있고, 전극(128)은 제1 계단 상에서 바이어(180)와 정렬될 수 있다. 전극(126, 128)은 전도성 에폭시를 이용하여 바이어(175, 180)에 접착될 수 있으며, 이는 전기기계식 활성 장치(120)와 PCB(165) 사이의 전기적 연결과 그 구성요소를 허용할 수 있다. 이는 PCB(165)를 통한 전기기계식 활성 장치(120)로의 전기 전류의 공급을 허용할 수 있으며, 예컨대, 전기 전류에 대응하여 전기 활성 재료(124)의 변위 또는 움직임을 통해, 전기기계식 활성 장치(120)가 초음파 주파수에서 진동하게 할 수 있다. 이는 또한 전기기계식 활성 장치(120)가 수신된 초음파 음향파에 의해 진동될 때 전기기계식 활성 장치(120)의 변형을 통해 발생된 전기 전류의 PCB(165)로의 공급을 허용할 수 있다. 전기기계식 활성 장치(120)의 상부 표면은 기판(160)의 상부 표면과 같은 높이, 또는 약간 낮은 높이일 수 있다.
멤브레인(190)은 초음파 트랜스듀서(100), 또는 초음파 트랜스듀서(100)를 포함하는 전기기계식 트랜스듀서 배열에 적당한 크기로 커팅될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(190)은 멤브레인(190)이 전기기계식 트랜스듀서 배열을 덮게 되는 영역보다 약간 더 클 수 있다. 멤브레인(190)은 초음파 주파수에서 진동하기 위한 임의의 적합한 가볍고 강한 재료, 예컨대, 알루미늄 심 스톡(aluminum shim stock), 금속-패턴 캡톤, 또는 임의의 다른 금속-패턴 필름일 수 있다. 멤브레인(190)은 또한 적절한 패턴 구조를 포함할 수 있다.
멤브레인(190)의 섹션, 기판(160), 및 PCB(165)를 가진 초음파 트랜스듀서(100)는 전기기계식 트랜스듀서 배열의 트랜스듀서 셀(195)을 형성할 수 있다. 전기기계식 트랜스듀서 배열은 임의의 적합한 방식으로 배열된, 트랜스듀서 셀(195)과 같은, 임의의 수의 트랜스듀서 셀(cell)을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서를 나타낸다. 전기기계식 활성 장치(120)는 기판(160)의 제1 계단 및 제2 계단에 접착될 수 있다. 전기기계식 활성 장치(120)의 상부는 기판(160)의 상부와 같은 높이, 또는 가까운 높이일 수 있으며, 전기기계식 활성 장치(120)의 선단은 메인 공동(130) 위에서 절반 정도 돌출될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 예시의 초음파 트랜스듀서를 나타낸다. 멤브레인(190)은 초음파 트랜스듀서(100) 위에 놓일 수 있으며, 임의의 적합한 기술을 이용하여 기판(160)에 접착될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(190)은 에폭시를 이용하여 기판(160)에 접착될 수 있다. 멤브레인(190)의 섹션은 초음파 트랜스듀서(100)를 덮을 수 있으며, 전기기계식 활성 장치(120)의 선단 근처에서 전기기계식 활성 장치(120)에 접착될 수 있다. 멤브레인(190)의 섹션은 트랜스듀서 셀(195)의 경계에 접착될 수 있으며, 메인 공동(130) 및 제2 공동(140)을 완전히 또는 부분적으로 밀봉할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 전기기계식 활성 장치의 예시를 나타낸다. 전기 패시브 재료(122) 는 전기 활성 재료(124)보다 더 길 수 있다. 전기 패시브 재료(122)와 전기 활성 재료(124)는 전기기계식 활성 장치(120)의 한쪽 단부에서 정렬되고, 전기 패시브 재료(122)는 전기기계식 활성 장치(120)의 다른 단부에서 전기 활성 재료(124) 너머로 연장될 수 있다. 전기 패시브 재료(122)에 의해 생성된 돌출부 또는 테일은 전기기계식 활성 장치(120)가 기판(160)의 계단 구조(제1 계단 및 제2 계단 포함)에 맞춰질 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 전기기계식 활성 장치(120)는 바이모르프 또는 트리모르프일 수 있으며, 테일은 전기 활성 재료 및 전기 패시브 재료의 임의의 적합한 조합일 수 있다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 전기기계식 활성 장치의 예시를 나타낸다. 전기기계식 활성 장치(120)의 밑면은 전기 활성 재료(124) 및 그 전극(128)의 밑면을 포함할 수 있다. 전극(126)은 전기 활성 재료(124)의 상부에 접착되지 않은 전기 패시브 재료(122)의 밑면의 일부분을 덮을 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 예시를 나타낸다. 트랜치(142)는 메인 공동(130)이 제2 공동(130)과 만나는 위치에서, 메인 공동(130)의 가장자리에 생성될 수 있다. 트랜치(142)는 메인 공동(130)과 같은 깊이를 가질 수 있으며, 예를 들어, 메인 공동(130)의 바깥쪽 원형 가장자리를 평평하게 할 수 있으며, 메인 공동(130)에서 제2 공동(140)으로 제1 계단에 대한 평평한 수직면을 생성할 수 있다. 트랜치(152)는 제2 공동(140)이 채널(150)과 만나는 위치에 제2 공동(140)의 가장자리에 생성될 수 있다. 트랜치(152)는 제2 공동(140)과 같은 깊이를 가질 수 있고, 예를 들어, 제2 공동(140)의 원형 가장자리를 평평하게 할 수 있으며, 제2 공동(140)에서 채널(150)로의 제2 계단을 위한 평평한 수직면을 생성할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면의 예시를 나타낸다. 바이어(175, 180)는 PCB(165)까지의 기판(160)의 깊이를 관통해 내려갈 수 있다. 이는 바이어(175, 180)가 PCB(165)로부터 전기와 그 구성요소를 제2 공동의 제1 계단의 발판으로, 그리고 채널(150)의 제2 계단의 발판으로 운반할 수 있게 한다.
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면의 예시를 나타낸다. 기판(160)은 채널(150)의 측면 중 하나가 가장 높을 수 있다. 트랜치(152)는 기판(160)의 폭을 관통하여 커팅될 수 있다.
도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면의 예시를 나타낸다. 기판(160)은 제2 공동(140) 중 어느 하나가 가장 높을 수 있다. 트랜치(142)는 기판(160)의 폭을 관통하여 커팅될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면의 예시를 나타낸다. 전기기계식 활성 장치(120)는 임의의 적합한 방식으로 기판(160)에 접착될 수 있다. 전기기계식 활성 장치(120)는 기판(160)에 정렬되어, 전기기계식 활성 장치(120)의 자유단이 돌출되어 제1 및 제2 계단이 위치한 곳에서 메인 공동(130)의 먼쪽으로 거의 절반까지 메인 공동(130) 위에서 매달린다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면의 예시를 나타낸다. 전극(128)은 제2 공동(140)의 제1 계단의 발판에 접착될 수 있다. 전극(128)은 예컨대 전도성 에폭시를 통해, 바이어(180)와 전기적으로 접촉될 수 있으며, 전극(128)과, 전기 활성 재료(124)를 PCB(165) 및 그 구성요소로 전기적으로 연결할 수 있다. 전극(126)은 채널(150)의 제2 계단의 발판에 접착될 수 있으며, 전극(126)은 예컨대 전도성 에폭시를 통해 바이어(175)와 전기적으로 접촉되어, 전극(126)과 전기 패시브 재료(122)를 PCB(165) 및 그 구성요소로 전기적으로 연결할 수 있다. 바이어(175, 180)를 통한 PCB(165)로의 전기적인 연결은 전기 활성 장치(120)가 PCB(165)를 통해 공급된 전기 신호에 의해 구동되거나 전기기계식 활성 장치(120)가 수신된 초음파 음향 파에 의해 구동될 때 PCB(165)로 전기 신호를 공급하게 할 수 있다. 예를 들어, 전원 및/또는 전기 저장 장치는 PCB(165)의 일부 또는 PCB로 연결될 수 있으며, 바이어(175, 180)를 통해 전기기계식 활성 장치(120)를 구동하는데 사용될 수 있는 전기를 공급할 수 있으며, 전기기계식 활성 장치(120)가 초음파 주파수로 진동하게 하거나, 또는 전기기계식 활성 장치(120)가 초음파 음향 파에 의해 진동하게 될 때 전기기계식 활성 장치(120)에 의해 발생된 전기를 저장하게 한다.
도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면의 예시를 나타낸다. 전기기계식 활성 장치(120)의 상부는 초음파 트랜스듀서(100)의 기판(160)의 상부와 같은 높이이거나, 또는 거의 같은 높이일 수 있다.
도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면의 예시를 나타낸다. 전기기계식 활성 장치(120)의 자유단은 메인 공동(130) 위에서 연장될 수 있으며, 메인 공동(130) 내에서 아래쪽으로 이동하기 위한 공간을 가질 수 있다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면의 예시를 나타낸다. 멤브레인(190)은 초음파 트랜스듀서(100)에 접착될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(190)은 접착 구조체(910)에 의해 전기기계식 활성 장치(120)의 선단에 접착될 수 있다. 접착 구조체(910)는 전기기계식 활성 장치(160)의 상부 표면 위에 멤브레인(190)을 고정할 수 있다. 접착 구조체(910)는 임의의 적합한 두께를 가질 수 있는 예컨대 에폭시의 점일 수 있으며, 멤브레인(190)과 전기기계식 활성 장치(120)의 선단 사이에서 이들이 함께 접착되는 동안 스탠드오프(standoff)로서 작용할 수 있다. 접착 구조체(910)는 또한 금속, 세라믹, 또는 플라스틱과 같은 임의의 적합한 재료로 만들어진 작은 스탠드오프일 수 있으며, 전기기계식 활성 장치(120)와 멤브레인(190) 모두에 접착될 수 있다. 전기기계식 활성 장치(120)의 선단은 초음파 트랜스듀서(100)를 덮는 멤브레인(190)의 섹션의 중심에서 약간 떨어질 수 있다.
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면의 예시를 나타낸다. 멤브레인(190)은 초음파 트랜스듀서(100)에 접착되어 초음파 트랜스듀서(100)를 덮는 멤브레인의 섹션의 가장자리는 초음파 트랜스듀서(100)에 대해 트랜스듀서 셀(195)의 가장자리 상에 있다. 멤브레인(190)은 메인 공동(130), 제2 공동(140), 및 채널(150)을 덮을 수 있다.
도 9c는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면의 예시를 나타낸다. 전기기계식 활성 장치(120)의 자유단은 메인 공동(130) 위에서 연장될 수 있고, 메인 공동(130) 내에서 아래쪽으로 움직이기 위한 공간을 가질 수 있으며, 메인 공동(130)으로 멤브레인(190)을 당길 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전기기계식 트랜스듀서 배열의 예시를 나타낸다. 전기기계식 트랜스듀서 배열(1000)은 초음파 트랜스듀서(100)와 같은, 임의의 수의 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 초음파 트랜스듀서는 예컨대, 그리드(grid) 패턴과 같은 임의의 적합한 방식으로 배열될 수 있다. 트랜치(152, 142)는 다수의 초음파 트랜스듀서를 가로지를 수 있다. 전기기계식 트랜스듀서 배열(1000)의 초음파 트랜스듀서는 동일한 기판(160)을 공유할 수 있으며, 예컨대, FR-4, 또는 전기기계식 트랜스듀서 배열(1000)에 FR-4보다 더욱 강성을 제공할 수 있는 알루미늄과 같은 금속과 같은 기판 재료의 연속 조각일 수 있다. 일부 실시예에서, 분리된 조각의 기판 재료는 예컨대, 하나의 초음파 트랜스듀서, 또는 다수의 초음파 트랜스듀서를 가진 기판 재료의 각 조각으로 사용될 수 있으며, 물리적으로 분리된 초음파 트랜스듀서, 또는 초음파 트랜스듀서의 분리된 그룹을 생성할 수 있다. 분리된, 또는 분리된 그룹의, 초음파 트랜스듀서는 PCB(165)에 부착될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전기기계식 트랜스듀서 배열의 예시이다. 멤브레인(190)은 몇몇 멤브레인 섹션, 예컨대, 멤브레인(190)이 전기기계식 트랜스듀서 배열(1000)의 기판에 접착되어 형성된 멤브레인 경계(1120)에 의해 형성될 수 있는, 멤브레인 섹션(1110)을 가질 수 있다. 예를 들어, 멤브레인 경계(1120)는 멤브레인(190)을 기판(160)에 접착하는 에폭시의 라인으로 형성될 수 있다. 멤브레인 섹션(1100)과 같은, 멤브레인(190)의 각각의 멤브레인 섹션은 전기기계식 트랜스듀서 배열(1000)의, 초음파 트랜스듀서(100)와 같은, 초음파 트랜스듀서를 덮을 수 있다. 멤브레인 경계(1120)는 각 초음파 트랜스듀서를 위한 트랜스듀서 셀(195)과 같은, 트랜스듀서 셀의 외곽선을 형성할 수 있다.
도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 장치의 예시를 나타낸다. 멤브레인(190)의 멤브레인 섹션(1110)은 전기기계식 트랜스듀서 배열(1000)의 초음파 트랜스듀서(100)를 덮을 수 있다. 예컨대, 경화된 에폭시로 형성된 접착 라인일 수 있는, 멤브레인 경계(1120)는 기판(160)으로의 멤브레인(190)의 접착을 통해 멤브레인 섹션을 서로 기계적으로 격리시킬 수 있다. 멤브레인 섹션(1110)은 접착 구조체(910)에 의해 전기기계식 활성 장치(120)의 상부 표면 위에 고정될 수 있다. 접착 구조체(910)는 전기기계식 활성 장치(120)의 선단을 멤브레인 섹션(1110)의 중심에서 약간 벗어나게 접착할 수 있다.
도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 장치의 예시를 나타낸다. 멤브레인(190)의 멤브레인 섹션(1110, 1215, 및 1290)과 같은 멤브레인 섹션은 예컨대 멤브레인 경계(1120)에서, 멤브레인(190)과 기판(160) 사이의 접착에 의해 서로 기계적으로 격리될 수 있다. 예를 들어, 전기기계식 활성 장치(120)가 활성화되고 위쪽으로 만곡되면, 멤브레인 섹션(1110)은 접착 구조체(910)의 위치에서 위쪽으로 눌려질 수 있다. 접착 구조체(910)가 약간 중심에서 벗어나 있을 수 있기 때문에, 멤브레인 섹션(1110)은 접착 구조체(910)와 전기기계식 활성 장치(120)의 만곡된 선단에 의해 중심에서 위쪽으로 눌려질 수 있다. 멤브레인 경계(1120)에서의 접착은 이웃하는 멤브레인 섹션(1290)으로부터 멤브레인 섹션(1110)을 기계적으로 격리할 수 있으므로, 전기기계식 활성 장치(120)의 움직임으로 인한 멤브레인 섹션(1110)의 움직임은 멤브레인 섹션(1290)의 어떤 움직임 또는 방해를 야기하지 않는다. 유사하게, 전기기계식 활성 장치(1225)는 활성화되어 위쪽으로 만곡될 수 있으며, 멤브레인 섹션(1215)을 위로 누를 수 있다. 이웃하는 멤브레인 섹션(1290)은 멤브레인 경계(1120)에서 멤브레인(190)과 기판(160) 사이의 접착에 의해 멤브레인 섹션(1215)으로부터 기계적으로 격리될 수 있다. 따라서, 전기기계식 트랜스듀서 배열(1000)의, 초음파 트랜스듀서(100)와 같은, 초음파 트랜스듀서는 멤브레인 섹션(1110, 1215, 및 1290)과 같은, 멤브레인 섹션의 독립적인 움직임을 통해, 이웃하는 초음파 트랜스듀서와 관계없이, 초음파 주파수에서 음향 파를 발생할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 예시를 나타낸다. 강성 질량(1300, rigid mass)이 초음파 트랜스듀서(100)에 추가될 수 있다. 강성 질량(1300)은 어떤 적합한 접착제, 결합제, 또는 에폭시를 이용하는 임의의 적합한 방식으로 초음파 트랜스듀서(100)의 PCB(165)의 후면에 접착될 수 있다. 강성 질량(1300)은 예컨대, 알루미늄, 구리, 실리콘/알루미늄 합금, 또는 실시콘의 시트 또는 플레이트일 수 있으며, 초음파 트랜스듀서(100)의 강도를 증가시키는데 사용될 수 있다. 이는 전기기계식 활성 장치(120)가 초음파 주파수에서 진동하고, 멤브레인(190)을 움직일 때 초음파 트랜스듀서(100)의 원치않는 진동을 줄일 수 있다. 강성 질량(1300)은 기판(160)이 FR-4와 같은 덜 단단한 물질인 경우, 초음파 트랜스듀서(100)에 추가될 수 있다. 강성 질량(1300)은 또한 기판(160)이 알루미늄과 같은 더 단단한 재료인 경우, 초음파 트랜스듀서(100)의 강도를 더욱 증가시키기 위해 초음파 장치(100)에 추가될 수 있다. 일부 실시예에서, 강성 질량(1300)은 PCB(165) 대신 기판(160)의 후면에 접착될 수 있으며, 또는 추가 강성 질량이 기판(160)의 후면에 접착될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 전기기계식 트랜스듀서 배열의 예시를 나타낸다. 강성 질량(1300)은 전기기계식 트랜스듀서 배열(1000)의 PCB(165)의 후면에 접착될 수 있으며, 전기기계식 트랜스듀서 배열(1000)의 초음파 트랜스듀서에 접착될 수 있다. 강성 질량(1300)은 전기기계식 트랜스듀서 배열(1000)의 초음파 트랜스듀서의 원하지 않는 진동을 줄여줄 수 있다. 일부 실시예에서, 강성 질량(1300)은 PCB(165) 대신 기판(160)의 후면에 접착될 수 있으며, 또는 추가 강성 질량이 기판의 후면에 접착될 수 있다.
상기 설명은 설명의 목적을 위해 특정 실시예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 전술한 예시적인 설명은 본 발명의 실시예를 포괄적으로 또는 제한하여 개시된 정확한 형태로 제한하려는 것은 아니다. 전술한 내용을 고려하여 많은 수정 및 변형이 가능하다. 실시예들은 본 발명의 실시예의 원리 및 그들의 실제 응용을 설명하기 위해 선택되고 설명되며, 특정 용도에 적합할 수 있기 때문에, 이에 의해 당업자가 이들 실시예뿐만 아니라 본 발명의 실시예에 적합한 다양한 변형을 갖는 다양한 실시예를 이용할 수 있게 한다.
Claims (34)
- 메인 공동, 제2 공동, 및 채널을 포함하는 기판으로서, 상기 메인 공동은 상기 제2 공동보다 더 깊은 깊이를 가지며, 상기 제2 공동은 상기 채널보다 더 깊은 깊이를 갖고, 상기 메인 공동 및 제2 공동이 중첩되는 위치에 제1 계단이 형성되며, 상기 제2 공동과 상기 채널이 중첩되는 위치에 제2 계단이 형성된, 기판;
상기 제1 계단 및 제2 계단에서 상기 기판에 부착되는 전기기계식 활성 장치로서, 상기 전기기계식 활성 장치의 자유단이 상기 메인 공동의 바닥 위에 매달려 있는, 전기기계식 활성 장치; 및
상기 메인 공동과 제2 공동을 덮고 상기 전기기계식 활성 장치의 자유단에 부착되도록 상기 기판에 부착된 멤브레인 섹션(membrane section)으로서, 상기 전기기계식 활성 장치의 초음파 주파수의 진동이 상기 멤브레인의 초음파 주파수의 진동을 야기하는, 멤브레인 섹션;을 포함하는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 1에 있어서,
상기 멤브레인은 공기와 임피던스 정합된(impedance matched) 물질을 포함하는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 1에 있어서,
상기 기판은 상기 제1 계단에 대해 평평한 수직면을 생성하는 제1 트랜치와 제2 계단에 대한 평평한 수직면을 생성하는 제2 트랜치를 더 포함하는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 1에 있어서,
상기 기판에 접착된 PCB를 더 포함하며, 상기 PCB는 적어도 하나의 전도성 레이어(layer)인, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 4에 있어서,
상기 제1 계단에 배치된 제1 바이어(via)와 상기 제2 계단에 배치된 제2 바이어를 더 포함하며, 상기 제1 바이어 및 제2 바이어는 상기 적어도 하나의 PCB의 전도성 레이어에 연결되도록 상기 기판을 통과하여 내려가는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 5에 있어서,
상기 전기기계식 활성 장치의 제1 전극은 상기 제1 바이어에 접착되며 상기 전기기계식 활성 장치의 제2 전극은 제2 바이어에 접착되는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 1에 있어서,
상기 기판은 FR-4보다 더 강성의 재질을 포함하는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 4에 있어서,
상기 PCB에 접착된 강성 질량을 더 포함하는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 1에 있어서,
상기 전기기계식 활성 장치는 압전 세라믹 유니모르프(piezoceramic unimorph) 또는 압전 세라믹 바이모르프(piezoceramic bimorph)를 포함하는, 초음파 트랜스듀서. - 두 개의 메인 공동을 포함하는 기판;
상기 기판에 부착된 두 개의 전기기계식 활성 장치로서, 상기 두 개의 전기기계식 활성 장치 중 첫 번째의 자유단은 상기 두 개의 메인 공동 중 첫 번째의 바닥 위에 매달리고 상기 두 개의 전기기계식 활성 장치의 두 번째의 자유단은 두 개의 메인 공동 중 두 번째의 바닥 위에 매달리는, 전기기계식 활성 장치;
상기 기판에 접착된 멤브레인으로서, 제1 멤브레인 섹션은 상기 두 개의 메인 공동 중 첫 번째를 덮고 제2 멤브레인 섹션은 상기 두 개의 공동 중 두 번째를 덮으며, 상기 첫 번째 멤브레인 섹션은 상기 두 개의 전기기계식 활성 장치 중 첫 번째에 부착되며 상기 제2 멤브레인 섹션은 두 개의 전기기계식 활성 장치 중 두 번째에 부착되는, 멤브레인;을 포함하는, 전기기계식 트랜스듀서 배열. - 청구항 10에 있어서,
상기 기판에 접착된 PCB를 더 포함하는, 전기기계식 트랜스듀서 배열. - 청구항 11에 있어서,
상기 기판 또는 상기 PCB에 접착된 강성 질량을 더 포함하는, 전기기계식 트랜스듀서 배열. - 청구항 10에 있어서,
상기 기판은 상기 두 개의 메인 공동 중 첫 번째와 중첩되어 제1 계단을 형성하는 제2 공동을 더 포함하는, 전기기계식 트랜스듀서 배열. - 청구항 10에 있어서,
상기 기판은 상기 제2 공동과 중첩되어 제2 계단을 형성하는 채널을 더 포함하는, 전기기계식 트랜스듀서 배열. - 청구항 14에 있어서,
상기 제1 계단에 배치된 제1 바이어와 상기 제2 계단에 배치된 제2 바이어를 더 포함하며, 상기 두 개의 전기기계식 활성 장치 중 첫 번째는 상기 제1 바이어에 접착된 제1 전극과 제2 바이어에 접착된 제2 전극을 포함하는, 전기기계식 트랜스듀서 배열. - 청구항 10에 있어서,
상기 첫 번째 멤브레인 섹션은 첫 번째 멤브레인 섹션과 두 번째 멤브레인 섹션이 독립적으로 움직이도록 제2 멤브레인 섹션과 기계적으로 격리되는, 전기기계식 트랜스듀서 배열. - 메인 공동을 포함하는 기판;
상기 기판에 부착된 전기기계식 활성 장치로서, 상기 전기기계식 활성 장치의 자유단은 상기 메인 공동의 바닥 위에 매달려 있는, 전기기계식 활성 장치; 및
상기 기판과 상기 전기기계식 활성 장치에 접착된 멤브레인 섹션;을 포함하는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 17에 있어서,
상기 전기기계식 활성 장치는 라미네이트 재료를 포함하는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 17에 있어서,
상기 전기기계식 활성 장치는 전기 활성 재료에 접착된 전기 패시브 재료(passive material)를 포함하는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 19에 있어서,
상기 전기 활성 재료는 압전 세라믹을 포함하는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 20에 있어서,
상기 기판은 상기 메인 공동과 적어도 부분적으로 중첩되는 제2 공동을 더 포함하며, 상기 제2 공동은 상기 메인 공동보다 더 얕은, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 21에 있어서,
상기 제2 공동과 상기 메인 공동이 중첩되는 위치에 제1 계단이 형성되는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 22에 있어서,
상기 기판은 상기 제2 공동과 적어도 부분적으로 중첩되는 채널을 더 포함하며, 상기 채널은 상기 메인 공동보다 더 얕은, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 23에 있어서,
상기 채널이 상기 제2 공동과 중첩되는 위치에 제2 계단이 형성되는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 24에 있어서,
상기 기판은 상기 제1 계단에 배치된 제1 바이어와 상기 제2 계단에 배치된 제2 바이어를 더 포함하는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 25에 있어서,
상기 전기기계식 활성 장치는 제1 전극과 제2 전극을 더 포함하는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 25에 있어서,
상기 제1 바이어 및 제2 바이어는 상기 기판을 관통해 하강하여 상기 기판 아래에 배치된 PCB의 적어도 하나의 레이어와 전기적으로 접촉하게 하는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 26에 있어서,
상기 전기기계식 활성 장치는 상기 제1 전극이 상기 제1 바이어와 전기적으로 접촉하고 상기 제2 전극은 상기 제2 바이어와 전기적으로 접촉하도록 상기 제1 계단 및 제2 계단에서 상기 기판에 부착되는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 17에 있어서,
상기 멤브레인 섹션은 멤브레인이 상기 메인 공동을 덮도록 상기 메인 공동 주위에서 상기 기판에 접착되는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 17에 있어서,
상기 멤브레인은 상기 전기기계식 활성 장치의 자유단에서 상기 전기기계식 활성 장치에 접착되어 상기 전기기계식 활성 장치의 초음파 주파수의 진동이 상기 멤브레인의 초음파 주파수의 진동을 야기하는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 24에 있어서,
상기 기판은 제1 트랜치와 제2 트랜치를 더 포함하며, 상기 제1 트랜치는 상기 제1 계단에 대해 평평한 수직면을 생성하며 상기 제2 트랜치는 상기 제2 계단에 대해 평평한 수직면을 생성하는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 17에 있어서,
상기 기판은 알루미늄, 구리, 실리콘/알루미늄 합금, 또는 실리콘으로 구성되는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 17에 있어서,
상기 초음파 트랜스듀서에 접착된 강성 질량을 더 포함하는, 초음파 트랜스듀서. - 청구항 33에 있어서,
상기 강성 질량은 상기 기판에 접착된 PCB에 접착되는, 초음파 트랜스듀서.
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| DE102020102248A1 (de) | 2020-01-30 | 2021-08-05 | Sick Engineering Gmbh | Basiswandlerelement für einen Ultraschallwandler |
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| TWI763270B (zh) * | 2021-01-21 | 2022-05-01 | 茂丞科技股份有限公司 | 陣列式超聲波感測器 |
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Family Cites Families (37)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4204096A (en) | 1974-12-02 | 1980-05-20 | Barcus Lester M | Sonic transducer mounting |
| GB2200211B (en) * | 1986-12-08 | 1991-01-16 | Fuji Electric Co Ltd | Vibration-type transducer |
| US20070016071A1 (en) | 1993-02-01 | 2007-01-18 | Volcano Corporation | Ultrasound transducer assembly |
| US5396143A (en) | 1994-05-20 | 1995-03-07 | Hewlett-Packard Company | Elevation aperture control of an ultrasonic transducer |
| US5982709A (en) | 1998-03-31 | 1999-11-09 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Acoustic transducers and method of microfabrication |
| US6445108B1 (en) | 1999-02-19 | 2002-09-03 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric acoustic component |
| US6430109B1 (en) | 1999-09-30 | 2002-08-06 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Array of capacitive micromachined ultrasonic transducer elements with through wafer via connections |
| TW575024U (en) | 2003-06-09 | 2004-02-01 | Ind Tech Res Inst | Micro supersonic energy converting device for flexible substrate |
| US20080086056A1 (en) | 2003-08-25 | 2008-04-10 | Industrial Technology Research Institute | Micro ultrasonic transducers |
| US20070222339A1 (en) | 2004-04-20 | 2007-09-27 | Mark Lukacs | Arrayed ultrasonic transducer |
| TWI234228B (en) | 2004-05-12 | 2005-06-11 | Powerchip Semiconductor Corp | Method of fabricating a shallow trench isolation |
| US7356905B2 (en) | 2004-05-25 | 2008-04-15 | Riverside Research Institute | Method of fabricating a high frequency ultrasound transducer |
| JP4347885B2 (ja) | 2004-06-03 | 2009-10-21 | オリンパス株式会社 | 静電容量型超音波振動子の製造方法、当該製造方法によって製造された静電容量型超音波振動子を備えた超音波内視鏡装置、静電容量型超音波プローブおよび静電容量型超音波振動子 |
| US7129567B2 (en) | 2004-08-31 | 2006-10-31 | Micron Technology, Inc. | Substrate, semiconductor die, multichip module, and system including a via structure comprising a plurality of conductive elements |
| CA2608164A1 (en) | 2005-06-17 | 2006-12-21 | Kolo Technologies, Inc. | Micro-electro-mechanical transducer having an insulation extension |
| EP1764597B1 (en) | 2005-09-16 | 2011-03-23 | STMicroelectronics Srl | Surface acoustic wave pressure sensor |
| TWI268183B (en) | 2005-10-28 | 2006-12-11 | Ind Tech Res Inst | Capacitive ultrasonic transducer and method of fabricating the same |
| US7626891B2 (en) | 2006-01-04 | 2009-12-01 | Industrial Technology Research Institute | Capacitive ultrasonic transducer and method of fabricating the same |
| AT503816B1 (de) | 2006-06-06 | 2008-01-15 | Piezocryst Advanced Sensorics | Piezoelektrischer sensor |
| SG148061A1 (en) | 2007-05-25 | 2008-12-31 | Sony Corp | An ultrasonic transducer array and a method for making a transducer array |
| JP5408935B2 (ja) | 2007-09-25 | 2014-02-05 | キヤノン株式会社 | 電気機械変換素子及びその製造方法 |
| FR2939003B1 (fr) | 2008-11-21 | 2011-02-25 | Commissariat Energie Atomique | Cellule cmut formee d'une membrane de nano-tubes ou de nano-fils ou de nano-poutres et dispositif d'imagerie acoustique ultra haute frequence comprenant une pluralite de telles cellules |
| US8531919B2 (en) | 2009-09-21 | 2013-09-10 | The Hong Kong Polytechnic University | Flexible capacitive micromachined ultrasonic transducer array with increased effective capacitance |
| KR101573517B1 (ko) | 2009-10-12 | 2015-12-02 | 삼성전자주식회사 | 압전형 마이크로 스피커 |
| US8406084B2 (en) | 2009-11-20 | 2013-03-26 | Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Transducer device having coupled resonant elements |
| US8040020B2 (en) | 2010-02-17 | 2011-10-18 | Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Encapsulated active transducer and method of fabricating the same |
| US8455289B1 (en) | 2011-12-02 | 2013-06-04 | Texas Instruments Incorporated | Low frequency CMUT with thick oxide |
| JP5928151B2 (ja) * | 2012-05-21 | 2016-06-01 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波トランスデューサー、超音波プローブ、診断装置および電子機器 |
| KR20140033992A (ko) | 2012-09-11 | 2014-03-19 | 삼성전자주식회사 | 초음파 변환기 |
| CN205810862U (zh) | 2013-03-11 | 2016-12-14 | 苹果公司 | 便携式电子设备及用于便携式电子设备的振动器组件 |
| US9102519B2 (en) * | 2013-03-14 | 2015-08-11 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor devices and methods of forming thereof |
| EP2974376A4 (en) | 2013-03-15 | 2016-12-14 | Ubeam Inc | ULTRASONIC TRANSDUCER WITH ATTACK, CONTROL AND CLOCK SIGNAL DISTRIBUTION |
| WO2015036869A2 (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | Meggitt A/S | Piezoelectric energy harvesting |
| US20150082890A1 (en) | 2013-09-26 | 2015-03-26 | Intel Corporation | Biometric sensors for personal devices |
| TWI487886B (zh) | 2014-03-26 | 2015-06-11 | Univ Nat Kaohsiung Applied Sci | Integrated Sensing Device with Ultrasonic Transducer and Microphone and Its Method |
| US10058892B2 (en) * | 2015-05-20 | 2018-08-28 | uBeam Inc. | Membrane bonding |
| US10065854B2 (en) | 2015-05-20 | 2018-09-04 | uBeam Inc. | Membrane bonding with photoresist |
-
2016
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