KR20210130872A - 초음파 프로브 - Google Patents

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KR20210130872A
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region
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circuit layer
circuit
wires
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KR1020200048630A
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민해기
경윤성
고종선
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삼성메디슨 주식회사
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Abstract

초음파 영상을 획득하기 위한 초음파 프로브의 구조에 관하여 개시한다.
측(lateral) 방향을 따라 쌍을 이루도록 마련되는 복수의 행(row)을 형성하는 압전 소자(piezoelectric element); 측(lateral) 방향을 따라 상기 압전 소자 사이에 형성되는 커프(kerf); 상기 압전 소자의 하부에 배치되는 제1 회로층; 상기 제1 회로층의 하부에 이격되어 배치되고, 행을 따라 연장되는 복수의 전선을 포함하는 제2 회로층으로써, 상기 압전 소자와 선택적으로 접하는 제1 영역과 상기 제1 영역의 양단에 배치되며 상기 압전 소자와 접하지 않고 폴딩되는 제2 영역을 포함하는 상기 제2 회로층; 및 상기 제1 회로층 및 상기 제2 회로층을 전기적으로 연결하는 제1 연결부;와 상기 압전소자와 상기 제1 회로층 사이에 배치되는 반사층을 포함하며, 상기 제1 영역은, 한 쌍의 행 중, 하나의 행을 따라 연장되는 상기 복수의 전선이 상기 제1 영역에서 상기 제2 영역으로 연장되어 나갈 때, 인접한 나머지 행으로 분산되어 나가도록 마련될 수 있다.

Description

초음파 프로브 {ULTRASONIC PROBE THEREOF}
본 발명은 초음파 영상을 획득하기 위한 초음파 프로브에 관한 것이다.
초음파영상장치는 대상체의 체표로부터 체내의 타겟 부위를 향하여 초음파 신호를 조사하고, 반사된 초음파 신호(초음파 에코신호)의 정보를 이용하여 연부 조직의 단층이나 혈류에 관한 이미지를 무침습으로 얻는 장치이다.
초음파영상장치는 X선 진단장치, X선 CT스캐너(Computerized Tomography Scanner), MRI(Magnetic Resonance Image), 핵의학 진단장치 등의 다른 영상진단장치와 비교할 때, 소형이고 저렴하며 실시간으로 표시 가능하고, 방사선 등의 피폭이 없어 안전성이 높은 장점이 있다.
따라서, 초음파영상장치는 심장, 복부, 비뇨기 및 산부인과 진단을 위해 널리 이용되고 있다.
일반적으로, 초음파영상장치는 본체, 및 초음파 신호를 진단하고자 하는 대상체에 송신하며 대상체로부터 반사된 신호를 수신하는 초음파프로브를 포함할 수 있다.
초음파프로브는 내부의 압전층으로부터 송신된 초음파신호가, 대상체와 접촉하도록 마련되는 렌즈를 통과하여 대상체로 전달되고, 대상체에서 반사되어 돌아오는 초음파신호가 다시 렌즈를 통과하여 수신되는 구조를 가질 수 있다.
최근에는 1.25D(3 Row) 이상의 멀티-로우(Multi-row) 프로브가 1D(1 Row) 프로브를 대체하는 추세이다. 멀티-로우(Multi-row) 프로브는 물리적 또는 전기적으로 초점 영역을 조절할 수 있어 보다 넓은 영역에서 고해상도 이미지 구현이 가능하다.
멀티-로우(Multi-row) 프로브를 구현하기 위하여 압전층 하부에 적층 회로 구조로 마련될 수 있다. 적층 회로 구조는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB, Flexible Printed Circuit Board)로 마련될 수 있다. 적층 회로 구조는 압전층 하부 양단에서 프로브의 축(axis) 방향으로 접힐 시, 적층 회로 구조 상의 회로 패턴이 단선(Open)되는 상황이 발생하였다.
고도(elevation) 방향을 따라 복수의 열을 형성하는 복수의 압전 소자를 포함하는 초음파 프로브를 제공한다.
프로브 제조 과정에서, 복수의 열을 형성하는 복수의 압전 소자 대응되며, 압전 소자의 하부에 배치되는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB, Flexible Printed Circuit Board)에 포함되는 적층 회로 구조 상의 회로 패턴을 형성하는 복수의 전선이 접힘(Folding)으로써 단선(Open)되는 것을 방지할 수 있는 초음파 프로브를 제공한다.
본 발명의 사상에 따른 초음파 프로브는,
측(lateral) 방향을 따라 쌍을 이루도록 마련되는 복수의 행(row)을 형성하는 압전 소자(piezoelectric element);
측(lateral) 방향을 따라 상기 압전 소자 사이에 형성되는 커프(kerf);
상기 압전 소자의 하부에 배치되는 제1 회로층;
상기 제1 회로층의 하부에 이격되어 배치되고, 행을 따라 연장되는 복수의 전선을 포함하는 제2 회로층으로써, 상기 압전 소자와 선택적으로 접하는 제1 영역과 상기 제1 영역의 양단에 배치되며 상기 압전 소자와 접하지 않고 폴딩되는 제2 영역을 포함하는 상기 제2 회로층; 및
상기 제1 회로층 및 상기 제2 회로층을 전기적으로 연결하는 제1 연결부;와 상기 압전소자와 상기 제1 회로층 사이에 배치되는 반사층을 포함하며,
상기 제1 영역은, 한 쌍의 행 중, 하나의 행을 따라 연장되는 상기 복수의 전선이 상기 제1 영역에서 상기 제2 영역으로 연장되어 나갈 때, 인접한 나머지 행으로 분산되어 나가도록 마련될 수 있다.
상기 제2 회로층은 단일 층에서 상기 복수의 전선이 나란하게 마련될 수 있다.
상기 압전 소자는 고도(elevation) 방향을 따라 복수의 열(column)을 형성하며,
상기 복수의 전선은 상기 복수의 열에 각각 대응되도록 마련될 수 있다.
상기 제2 회로층의 상기 제1 영역은,
축(axis)방향으로 적층된 복수의 서브 회로층을 더 포함하며,
상기 복수의 전선의 각각은 상기 복수의 서브 회로층의 각각에 형성될 수 있다.
상기 제2 회로층은, 상기 복수의 전선이 상기 제2 영역에서 하나의 층으로 모여서 연장되는 수렴층(Convergence layer)을 더 포함할 수 있다.
상기 서브 회로층의 각각과 상기 수렴층을 연결하는 제2 연결부를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 전선은 상기 제2 영역에서 분산되며,
상기 제2 연결부는, 폴딩되는 상기 제2 영역에 형성될 수 있다.
상기 제1 영역은 상기 제2 영역과 인접한 상기 제1 영역의 일단에 형성되는 제1 엣지영역과 상기 제2 영역과 인접한 상기 제1 영역의 타단에 형성되는 제2 엣지영역을 포함하며,
상기 복수의 전선은 상기 제1 엣지영역 또는 상기 제2 엣지영역 중 적어도 하나에서 분산될 수 있다.
상기 제2 연결부는, 상기 제1 엣지영역 또는 상기 제2 엣지영역 중 적어도 하나에 형성될 수 있다.
한 쌍의 행 중, 하나의 행을 따라 연장되는 복수의 전선은 제1 엣지영역에서 제1 방향으로 분산되도록 마련되며, 나머지 행을 따라 연장되는 복수의 전선은 제2 엣지영역에서 제2 방향으로 분산되도록 마련되고,
상기 제1 방향과 상기 제 2방향은 상기 제2 회로층이 폴딩되는 방향과 나란하도록 마련될 수 있다.
상기 제1 방향과 상기 제 2방향은 반대되도록 마련될 수 있다.
상기 제1 영역의 중심을 기준으로 상기 복수의 전선이 형성하는 회로 패턴은 점대칭으로 마련될 수 있다.
상기 제1 연결부 또는 상기 제2 연결부 중 적어도 어느 하나는,
전도성 홀(conductive hole)을 포함하고,
상기 전도성 홀은, 상기 제1 회로층에 형성되는 전선 및 상기 제2 회로층에 형성되는 상기 복수의 전선을 연결할 수 있다.
상기 전도성 홀은 전도성 물질로 채워질 수 있다.
상기 제1 회로층 또는 상기 제2 회로층 중 적어도 하나는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB, Flexible Printed Circuit Board)일 수 있다.
상기 제1 연결부 또는 상기 제2 연결부 중 적어도 어느 하나는,
전도성 페이스트(paste), 전도성 도금(plating), 스퍼터링(sputtering), 인쇄(printing) 중 적어도 하나에 의하여 상기 제1 회로층과 상기 제2 회로층 또는 상기 제2 회로층과 상기 수렴층을 전기적으로 연결할 수 있다.
측(lateral) 방향을 따라 쌍을 이루도록 마련되는 복수의 행(row) 및 고도(elevation) 방향을 따라 복수의 열(column)을 형성하는 압전 소자(piezoelectric element);
상기 압전 소자의 하부에 배치되고, 행을 따라 상기 복수의 열에 각각 대응되며 연장되는 복수의 전선을 포함하는 제2 회로층으로써, 상기 압전 소자와 선택적으로 접하는 제1 영역과 상기 제1 영역의 양단에 배치되며 상기 압전 소자와 접하지 않고 폴딩되는 제2 영역을 포함하는 상기 제2 회로층;을 포함하고,
상기 제2 회로층의 상기 제1 영역은, 축(axis)방향으로 적층된 복수의 서브 회로층을 포함하며, 상기 복수의 전선의 각각은 상기 복수의 서브 회로층의 각각에 형성되고,
상기 제1 영역은, 한 쌍의 행 중, 하나의 행을 따라 연장되는 상기 복수의 전선이 상기 제1 영역에서 상기 제2 영역으로 연장되어 나갈 때, 인접한 나머지 행으로 분산되어 나가도록 마련될 수 있다.
상기 제2 회로층은, 상기 복수의 전선이 상기 제2 영역에서 하나의 층으로 모여서 연장되는 수렴층(Convergence layer)을 더 포함할 수 있다.
상기 서브 회로층의 각각과 상기 수렴층을 연결하는 연결부를 더 포함하는 초음파 프로브.
멀티-로우(Multi-row) 프로브의 구조에 있어서, 복수의 회로 패턴이 적층 구조로 마련되더라도 압전 소자 하부의 양측에서 단일층으로 수렴하도록 마련되어 복수의 회로 패턴의 단선(Open)을 방지할 수 있다.
각각의 트랜스듀서 엘리먼트(element)를 기준으로, 인접한 행의 빈 영역을 활용함으로써 회로 패턴 설계 사양의 제약을 완화할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 다차원 어레이 트랜스듀서를 포함하는 초음파 프로브의 외관도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 초음파 프로브 개략적인 구조의 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 초음파 프로브의 축(axis) 방향과 측(lateral) 방향 평면 상의 단면도이다.
도 5은 일 실시예에 따른 초음파 프로브의 축(axis) 방향과 고도(elevation) 방향 평면 상의 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 제1 연결부의 제1 회로층 및 제2 회로층 사이에서의 배치관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 제1 연결부 및 제2 연결부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 은 일 실시예에 따른 초음파 프로브의 축(axis) 방향에서 바라본 내부 모습을 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 다른 실시예에 따른 초음파 프로브의 축(axis) 방향에서 바라본 내부 모습을 도시한 도면이다.
도 12와 도 13은 도 10 및 도 11에 따른 초음파 프로브의 홀 엘리먼트(odd element, X)의 단면을 각각 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다"등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
한편, 하기의 설명에서 사용된 용어 "상하 방향", "하측", 및 "전후 방향" 등은 도면을 기준으로 정의한 것이며, 이 용어에 의하여 각 구성요소의 형상 및 위치가 제한되는 것은 아니다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치의 사시도이다.
도 1를 참조하면, 초음파 영상 장치(10)는 대상체에 초음파 신호를 송신하고, 대상체로부터 에코 초음파 신호를 수신하여 전기적 신호로 변환하는 초음파 프로브(100), 초음파 신호를 기초로 초음파 영상을 생성하는 본체(200)를 포함한다. 본체(200)는 유선 통신망 또는 무선 통신망을 통해 초음파 프로브(100)와 연결될 수 있다. 본체(200)는 디스플레이(300)와 입력 장치(400)를 구비한 워크 스테이션일 수 있다.
초음파 프로브(100)는 하우징(h) 내에 구비되어 초음파를 대상체(ob)로 조사하고, 대상체(ob)로부터 반사된 에코 초음파를 수신하며, 전기적 신호와 초음파를 상호 변환시키는 트랜스듀서 모듈(110), 본체(200)의 암 커넥터(female connector)와 물리적으로 결합되어 본체(200)에 신호를 송수신하는 수 커넥터(male connector, 160), 수 커넥터(160)와 트랜스듀서 모듈(110)을 연결하는 케이블(170)을 포함한다.
여기서 대상체(ob)는 인간이나 동물의 생체, 또는 혈관, 뼈, 근육 등과 같은 생체 내 조직일 수도 있으나 이에 한정되지는 않으며, 초음파 영상 장치(10)에 의해 그 내부 구조가 영상화 될 수 있는 것이라면 대상체(ob)가 될 수 있다.
또한, 초음파 프로브(100)는 무선 통신망을 통해 본체(200)와 연결되어 초음파 프로브(100)의 제어에 필요한 각종 신호를 수신하거나 또는 초음파 프로브(100)가 수신한 에코 초음파 신호에 대응되는 아날로그 신호 또는 디지털 신호를 전달할 수 있다. 한편, 무선 통신망은 무선으로 신호를 주고 받을 수 있는 통신망을 의미한다.
에코 초음파는 초음파가 조사된 대상체(ob)로부터 반사된 초음파로서, 진단 모드에 따라 다양한 초음파 영상을 생성하기 위한 다양한 주파수 대역 또는 에너지 강도를 갖는다.
트랜스듀서 모듈(110)은 인가된 교류 전원에 따라 초음파를 생성할 수 있다. 구체적으로, 트랜스듀서 모듈(110)은 외부의 전원 공급 장치 또는 내부의 축전장치 예를 들어, 배터리 등으로부터 교류 전원을 공급받을 수 있다. 트랜스듀서 모듈(110)의 진동자는 공급받은 교류 전원에 따라 진동함으로써 초음파를 생성할 수 있다.
트랜스듀서 모듈(110)의 중심을 기준으로 직각을 이루는 세 방향을 축 방향(axis direction; A), 측 방향(lateral direction; L), 고도 방향(elevation direction; E)으로 각각 정의할 수 있다. 구체적으로, 초음파가 조사되는 방향을 축 방향(A)으로 정의하고, 트랜스듀서 모듈(110)이 가로 행을 형성하는 방향을 측 방향(L)으로 정의하며, 축 방향(A) 및 측 방향(L)과 수직한 나머지 한 방향을 고도 방향(E)으로 정의할 수 있다. 트랜스듀서 모듈(110)은 고도 방향(E)으로도 복수의 열(row)을 형성할 수 있으며, 이 경우 멀티-로우(Multi-row) 어레이 배열 형태를 형성할 수 있다.
케이블(170)은 일단에 트랜스듀서 모듈(110)과 연결되고, 타단에 수 커넥터(160)와 연결됨으로써, 트랜스듀서 모듈(110)과 수 커넥터(160)를 연결시킨다.
수 커넥터(male connector, 160)는 케이블(170)의 타단에 연결되어 본체(200)의 암 커넥터(female connector, 201)와 물리적으로 결합할 수 있다.
이러한 수 커넥터(160)는 트랜스듀서 모듈(110)에 의해 생성된 전기적 신호를 물리적으로 결합된 암 커넥터(201)에 전달하거나, 본체(200)에 의해 생성된 제어 신호를 암 커넥터(201)로부터 수신한다.
이하에서는 초음파 프로브의 구성에 대해서 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 2는 다차원 어레이 트랜스듀서를 포함하는 초음파 프로브의 외관도이다.
초음파 프로브(100)는 대상체의 표면에 접촉하는 부분으로, 초음파 신호를 송수신할 수 있다. 구체적으로, 초음파 프로브(100)는 본체로부터 전달 받은 송신 신호에 따라, 초음파 신호를 대상체 내부의 특정 부위로 송신하고, 대상체 내부의 특정 부위로부터 반사된 에코 초음파 신호를 수신하여 본체로 전달하는 역할을 할 수 있다. 여기서, 에코 초음파 신호는 대상체로부터 반사된 RF(Radio Frequency) 신호인 초음파 신호가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 대상체로 송신한 초음파 신호가 반사된 신호를 모두 포함한다.
한편, 대상체는 인간 또는 동물의 생체가 될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 초음파 신호에 의해 그 내부 구조가 영상화 될 수 있는 것이라면 어떤 것이든 대상체가 될 수 있다.
초음파 프로브(100)는 대상체의 내부로 초음파 신호를 송신하기 위해 전기적 신호와 초음파 신호를 상호 변환하는 트랜스듀서 어레이(transducer array)를 포함할 수 있다. 트랜스듀서 어레이는 단일 또는 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(element)로 구성된다.
초음파 프로브(100)는 트랜스듀서 어레이를 통해 초음파 신호를 발생시켜, 대상체의 내부의 목표 부위를 초점으로 하여 송신하며, 대상체 내부의 목표 부위에서 반사된 에코 초음파 신호를 트랜스듀서 어레이를 통해 입력 받을 수 있다.
에코 초음파 신호가 트랜스듀서 어레이에 도달하면, 트랜스듀서 어레이는 에코 초음파 신호의 주파수에 상응하는 소정의 주파수로 진동하면서, 트랜스듀서 어레이의 진동 주파수에 상응하는 주파수의 교류 전류를 출력할 수 있다. 이에 따라, 트랜스듀서 어레이는 수신한 에코 초음파 신호를 소정의 전기적 신호인 에코 신호로 변환할 수 있게 된다.
트랜스듀서 어레이를 구성하는 각각의 트랜스듀서 엘리먼트는 초음파 신호와 전기적 신호를 상호 변환시킬 수 있다. 이를 위해, 트랜스듀서 엘리먼트는 자성체의 자왜효과를 이용하는 자왜 초음파 트랜스듀서(Magnetostrictive Ultrasonic Transducer) 미세 가공된 수백 또는 수천 개의 박막의 진동을 이용하여 초음파를 송수신하는 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer, 이하 cMUT으로 약칭한다)로 구현되는 것도 가능하다.
한편, 초음파 프로브(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 트랜스듀서 모듈(110)이 선형(linear)으로 배열되는 것도 가능하며, 곡면(curved)으로 배열되는 것도 가능하다. 두 경우 모두 초음파 프로브(100)의 기본적인 동작 원리는 동일하나, 트랜스듀서 모듈(110)이 곡면으로 배열된 초음파 프로브(100)의 경우에는 트랜스듀서 모듈(110)로부터 조사되는 초음파 신호가 부채꼴 모양이기 때문에, 생성되는 초음파 영상도 부채꼴 모양이 될 수 있다.
한편, 일 실시예에 다른 트랜스듀서 모듈(110)은 매트릭스 프로브(matrix probe)로 마련될 수 있는데, 이 경우, 복수의 로우(row)를 갖는 멀티-로우(Multi-row) 형태의 다차원 트랜스듀서 어레이를 포함할 수도 있다.
예를 들어, 2차원 트랜스듀서 어레이를 포함하는 경우에는 대상체의 내부를 3차원 영상화할 수 있다. 다만, 전술한 예에 한정되는 것은 아니며, 초음파 프로브(100)는 도 2에 예시된 바 이외에 당업계에 알려진 다른 형태로 마련될 수 있다.
이하 일 실시예에 따른 압전 초음파 트래스듀서 엘리먼트로 구현된 트랜스듀서 모듈의 내부 구성에 대해 도 3를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3는 일 실시예에 따른 초음파 프로브(100)의 사시도이다.
도 3를 참조하면, 일 실시예에 따른 초음파 프로브(100)는 압전층(111), 압전층(111)의 하부에 배치되는 흡음층(112), 압전층(111)의 상부에 배치되는 정합층(113), 및 정합층(113)의 상부에 배치되는 렌즈층(101)을 포함한다. 또한 압전층(111) 내에 형성되어 압전층(111)을 복수의 압전 소자(111a, 111b)로 분할하는 적어도 하나 이상의 커프(118a, 118b)를 포함한다.
이 때, 커프(118a, 118b)는 압전층(111)이 복수의 압전 소자(111a, 111b)로 분할되는 다이싱(dicing) 공정에 의하여 형성되는 공간을 의미한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 커프(118a)는 초음파 프로브(100)의 측 방향(L)을 따라 복수의 압전 소자(111a, 111b) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 제2 커프(118b)는 트랜스듀서 모듈(110)의 고도 방향(E)을 따라 복수의 압전 소자(111a, 111b) 사이에 형성될 수 있다. 이하 후술하는 내용에서 커프(Kerf)란 일반적으로 제1 커프(118a)를 지칭하는 것으로 정의한다.
이 때, 초음파 프로브(100)의 고도 방향(E)을 따라 복수의 압전 소자(111a, 111b) 사이에 제2 커프(118b)가 형성되는 경우, 초음파 프로브(100)는 복수의 열(row)을 형성할 수 있고, 멀티-로우(Multi-row) 어레이 배열 형태를 형성할 수 있다.
초음파 프로브(100)의 측 방향(L)을 따라 복수의 압전 소자(111a, 111b) 사이에 제1 커프(118a)가 형성되고 초음파 프로브(100)의 고도 방향(E)을 따라 복수의 압전 소자(111a, 111b) 사이에 제2 커프(118b)가 형성되는 경우, 앞서 도 2에서 설명한 바와 같이, 초음파 프로브(100)는 다차원 트랜스듀서 어레이 배열 형태를 형성할 수 있으며, 2차원 MXN 매트릭스 배열 형태를 형성할 수 있다.
또한, 초음파 프로브(100)는 초음파 프로브(100)의 내부 중심을 기준으로 직각을 이루는 세 방향을 기준으로 각각의 단면을 설명할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 초음파 프로브(100)의 축(axis) 방향과 측(lateral) 방향 평면 상의 단면도이다. 도 5은 일 실시예에 따른 초음파 프로브(100)의 축(axis) 방향과 고도(elevation) 방향 평면 상의 단면도이다.
도 4 및 도 5을 참조하면, 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 모듈(110)은 압전층(111), 압전층(111)의 하부에 마련되는 흡음층(112) 및 압전층(111)의 상부에 마련되는 정합층(113)을 포함한다.
압전층(111)은 전기적 신호가 인가되면 이를 기계적인 진동으로 변환하여 초음파를 발생시키는 압전층(압전물질)로 이루어진다. 또한, 압전층은 단일층 또는 다층 구조로 적층될 수 있다.
소정의 물질에 기계적인 압력이 가해지면 전압이 발생하고, 전압이 인가되면 기계적인 변형이 일어나는 효과를 압전 효과 및 역압전 효과라 하고, 이런 효과를 가지는 물질을 압전층(압전물질)이라고 한다.
즉, 압전층(압전물질)는 전기 에너지를 기계적인 진동 에너지로, 기계적인 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 물질을 의미한다.
압전층(압전물질)는 지르콘산티탄산연(PZT)의 세라믹, 마그네슘니오브산연 및 티탄산연의 고용체로 만들어지는 PZMT 단결정 또는 아연니오브산연 및 티탄산연의 고용체로 만들어지는 PZNT 단결정 등을 포함할 수 있다. 또한, 압전층(111)은 기계적인 진동 에너지를 초음파로서 렌즈가 마련된 방향(이하, 전방) 및 흡음층(112)이 마련된 방향(이하, 후방)으로 조사한다.
이러한 압전층(111)은 다이싱(dicing) 공정에 의하여 복수의 열을 형성하는 매트릭스 형태의 다차원 어레이 형태로 가공될 수 있다. 이 경우, 압전층(111)은 커프(118a, 118b)에 의하여 복수의 압전소자(111a)로 분리될 수 있다.
흡음층(112)은 압전층(111)의 하부에 설치되고, 압전층(111)에서 발생하여 후방으로 진행하는 초음파를 흡수함으로써 초음파가 압전층(111)의 후방으로 진행되는 것을 차단한다. 따라서, 영상의 왜곡이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 흡음층(112)은 압전층(111)보다 작은 음향 임피던스를 가질 수 있다. 예를 들어, 흡음층(112)은 2MRayl 내지 5MRayl의 음향 임피던스를 갖는 물질로 구성될 수 있다. 또한, 흡음층(112)은 초음파의 감쇠 또는 차단 효과를 향상시키기 위해 복수의 층으로 제작될 수 있다.
정합층(matching layer)(113)은 압전층(111)의 상부에 마련된다. 또한, 정합층(113) 제1정합층(113a) 및 제2정합층(113b)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 정합층 (113a, 113b)은 압전층(111)의 음향 임피던스와 대상체의 음향 임피던스를 적절히 매칭함으로써 대상체로 초음파를 전달하거나 대상체로부터 전달되는 초음파의 손실을 저감시키는 층이다. 제1 및 제2 정합층(113a, 113b)에 관한 음속, 두께, 음향 임피던스 등의 물리적 매개변수를 조정하여 대상체와 압전층(111)의 음향 임피던스의 정합을 도모할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 정합층(113a, 113b)은 대상체의 음향 임피던스와 압전층(111)의 음향 임피던스의 차이에 기인하는 초음파의 반사를 억제한다. 도 5에는 2층의 정합층이 도시되어 있지만, 본 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 제1 및 제2 정합층(113a, 113b)을 대신하여, 1층의 정합층 혹은 3층 이상의 정합층들이 사용될 수 있다. 제1 및 제2 정합층(113a, 113b)은 복수의 소자들로 분리되어 압전층(111)의 상단에 마련될 수 있다.
정합층(113)은 압전층(111)과 대상체(ob) 사이의 음향 임피던스 차이를 감소시켜 압전층(111)과 대상체(ob)의 음향 임피던스를 정합시킴으로써 압전층(111)에서 발생한 초음파가 대상체(ob)로 효율적으로 전달되도록 한다.
이를 위해, 정합층(113)은 압전층(111)보다 작고 대상체(ob)보다 큰 음향 임피던스를 갖는 물질로 구성될 수 있다.
정합층(113)은 유리 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
또한 음향 임피던스가 압전층(111)으로부터 대상체(ob)를 향해 단계적으로 변화할 수 있도록 복수의 정합층(113)으로 구성될 수 있고, 복수의 정합층(113)의 재질이 서로 다르도록 구성될 수 있다.
압전층(111)과 마찬가지로, 정합층(113)은 다이싱(dicing) 공정에 의해 매트릭스 형태의 다차원 어레이 형태로 가공될 수 있고, 1차원 어레이 형태로 가공될 수도 있다.
렌즈층(101)은 정합층(113)의 상부를 덮도록 마련될 수 있다. 렌즈층(101)은 트랜스듀서 모듈(110)층의 전방으로 진행하는 초음파를 특정 지점으로 집속시킨다.
렌즈층(101)은 초음파를 집속하고, 음향 모듈 특히, 압전층(111)을 보호하는 역할을 수행하기 위해 내마모성(耐摩耗性, wear resistance)이 강하면서도 초음파 전파 속도가 큰 물질로 형성될 수 있다. 렌즈층(101)은 초음파를 집속시키기 위해 초음파의 방사 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있고, 음속이 대상체(ob)보다 느린 경우에는 오목한 형태로 구현될 수 도 있다.
개시된 실시예에서는 정합층(113) 상부에 한 개의 렌즈층(101)을 형성한 경우를 예로 들어 설명하였으나, 서로 다른 물성을 가지는 다수 개의 렌즈층(101)을 형성하는 것도 가능하다.
또한, 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 모듈(110)은 압전층(111) 및 흡음층(112) 사이에 배치되는 제1 회로층(114) 및 제2 회로층(115)를 더 포함할 수 있다.
제1 회로층(114) 및 제2 회로층(115)는 전기적 신호가 인가될 수 있는 전극을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 회로층(114) 및 제2 회로층(115)는 전류를 공급 받는 신호전극(미도시) 또는 전류를 방출하는 접지전극(미도시) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이를 위해, 제1 회로층(114) 또는 제2 회로층(115) 중 적어도 하나는 인쇄 회로 기판(PCB, Printed Circuit Board)으로 구현될 수 있다.
또한, 제1 회로층(114) 또는 제2 회로층(115) 중 적어도 하나는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB, Flexible Printed Circuit Board)으로 구현될 수 있다.
한편, 제2 회로층(115)는 제1 회로층(114)과 이격되어 형성될 수 있으며, 미리 정해진 간격에 기초하여 이격되도록 형성될 수 있다.
이러한 제1 회로층(114)과 제2 회로층(115)의 사이에는 다양한 구성들이 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 회로층(114) 및 제2 회로층(115)의 사이에는 절연층(119)이 배치될 수 있다.
절연층(119)는 제1 회로층(114)과 제2 회로층(115)이 서로 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해, 절연층(119)은 비전도성 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들어 절연층(119)는 에폭시 수지를 이용하여 형성될 수 있다. 에폭시 수지는 접착제의 기능을 제공할 수 있으므로, 제1 회로층(114) 및 제2 회로층(115)은 에폭시 수지로 구현된 절연층(119)에 의하여 서로 접착될 수 있다.
개시된 실시예에서는 제1 회로층(114) 및 제2 회로층(115)의 사이에 절연층(119)이 배치되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이러한 제1 회로층(114), 제2 회로층(115) 및 절연층(119)의 배치 위치는 전술한 예에 한정되지 않으며, 다양한 위치에 배치될 수 있다.
또한, 제1 회로층(114) 및 제2 회로층(115)의 사이에는 절연층(119) 외에도 적어도 하나 이상의 회로층이 형성되는 것도 가능하다.
제1 회로층(114)으로부터 전달되는 전기적 신호가 압전층(111)으로 전달 되도록 압전층(111)의 상단과 하단에 전극이 형성될 수 있다. 상단과 하단에 형성된 전극은 세라믹 전극으로 마련될 수 있다.
전극의 형성방법은 제1 회로층(114)과 전기적으로 연결되는 압전체(111)하단의 전극 및 압전층(111)의 상단과 압전층(111)의 측면을 둘러쌓도록 형성되는 상단 전극으로 마련되는 Round Type 방식(도 12 및 도 13 참조)으로 형성될 수 있다. 이때 상단 전극은 PCB에 마련된 그라운드 전극(GND)와 전기적으로 연결되도록 마련될 수 있다.
또는 도면에 도시되지 않았지만 상단 전극이 상술한 Round Type 방식처럼 PCB에 마련된 그라운드 전극(GND)을 필요로 하지 않고, 압전층(111)의 상단에 형성된 상단 전극이 연장되어 나와 그라운드 전극(GND)을 형성하는 One-Step bonding Type 방식(미도시)으로 형성될 수 있다.
일 실시예에 따른 초음파 프로브(100)는 반사층(enhanced layer, 117)을 더 포함할 수 있다. 반사층(117)은 압전층(111)에서 발생한 초음파를 반사시킬 수 있다. 반사층(117)은 압전층(111)의 하부 및 제1 회로층(114)의 상부에 배치될 수 있으며, 압전층(111)과 직접 접촉하거나 이격되어 형성될 수도 있다. 즉, 반사층(117)은 압전층(111)과 제1회로층(114) 사이에 배치될 수 있으며 제1 회로층(114)으로부터 전달되는 전기적 신호가 압전층(111)으로 전달되도록 마련될 수 있다. 반사층(117)은 전도성 물질로 마련될 수 있다.
트랜스듀서 모듈(110)은 다이싱 공정에 의하여 적어도 하나의 커프(118a, 118b)를 형성할 수 있으며, 복수의 압전소자(111a)를 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 트랜스듀서 모듈(110)은 측 방향(L)을 따라 압전소자 사이에 형성되는 제1 커프(118a)를 포함할 수 있다. 제1 커프(118a)는 미리 정해진 간격으로 일정하게 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 다른 간격으로 형성될 수 있다.
2차원 MXN 매트릭스 배열 중 M차 행은 두 개의 행렬씩 쌍을 이루어 정의 될 수 있다. 이하 한 쌍 행으로 이루어진 트랜스듀서 엘리먼트를 베이스 쌍 엘리먼트(Base pair element)라고 정의한다. 베이스 쌍 엘리먼트(Base pair element)에 관련된 구체적인 내용은 후술하도록 한다.
제1 커프(118a)의 경우, 후술하는 한 쌍 행으로 이루어진 트랜스듀서 엘리먼트 즉, 베이스 쌍 엘리먼트(Base pair element)를 기준으로 하여 형성 위치에 따라 그 형성 깊이가 달라질 수 있다.
제1 커프(118a)는 베이스 쌍 엘리먼트(Base pair element)들 간에 제1 커프(118a-1, 도 8 내지 도 11)가 형성되는 경우와 베이스 쌍 엘리먼트(Base pair element)의 두 행 사이에 제1 커프(118a-2, 도 8 내지 도 11)가 형성되는 경우로 나누어져 각각 다른 형태로 형성될 수 있다.
베이스 쌍 엘리먼트(Base pair element)들 간에 제1 커프(118a-1)가 형성되는 경우, 제1 커프(118a-1)는 압전층(111) 뿐만 아니라 정합층(113), 반사층(117), 제1 회로층(114), 제2 회로층(115) 또는 절연층(119) 중 적어도 하나를 분리하도록 형성될 수 있다.
커프(118a, 118b)는 연결부(116)의 직경보다 작은 폭으로 형성된다면 연결부(116)를 관통하여 형성될 수 도 있다. 따라서 베이스 쌍 엘리먼트(Base pair element)들 간에 제1 커프(118b-1)가 형성되는 경우, 제1 회로층(115)의 단선(open)의 위험이 없기에 제2 회로층(115)을 분리하도록 형성될 수 있다.
이를 위해, 제1 커프(118a-1)는 압전 소자(111a)의 상면부터 정합층(113), 반사층(117), 제1 회로층(114), 제2 회로층(115) 또는 절연층(119) 중 어느 하나의 특정 위치까지 연장되어 형성될 수 있다.
베이스 쌍 엘리먼트(Base pair element)의 두 행 사이에 제1 커프(118a-2, 도 8 내지 도 11)가 형성되는 경우, 제1 커프(118a-2)는 압전층(111) 뿐만 아니라 정합층(113), 반사층(117), 제1 회로층(114) 또는 절연층(119) 중 적어도 하나를 분리하도록 형성될 수 있다. 즉 즉, 제2 회로층(115)에 제1 커프(118a-2)가 형성되지 않도록 마련될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 트랜스듀서 모듈(110)은 고도 방향(E)을 따라 압전소자 사이에 형성되는 제2 커프(118b) 를 포함할 수 있다. 제2 커프(118b)는 미리 정해진 간격으로 일정하게 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 다른 간격으로 형성될 수 있다.
이 때, 제2 커프(118b)는 압전층(111) 뿐만 아니라 정합층(113), 반사층(117), 제1 회로층(114) 또는 절연층(119) 중 적어도 하나를 분리하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 제2 커프(118b)는 압전 소자(111a)의 상면부터 정합층(113), 반사층(117), 제1 회로층(114) 또는 절연층(119) 중 어느 하나의 특정 위치까지 연장되어 형성될 수 있다. 이 때, 제2 커프(118b)는 제2 회로층(115)을 관통하여 형성되지 않으므로, 제2 회로층의 전기적 단선(open)을 방지할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 제1 연결부의 제1 회로층 및 제2 회로층 사이에서의 배치관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 일 실시예에 따른 제1 연결부 및 제2 연결부를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연결부(116)는 제1 연결부(116a)및 제2 연결부(116b)를 포함할 수 있다(도 8 내지 도 11 참조). 제1 연결부(116a)및 제2 연결부(116b)가 각 층을 전기적으로 연결하는 방식은 동일하다. 도 6 및 도 7에서는 제1 회로층(114) 및 제2 회로층(115)을 연결하는 제 1 연결부(116a)를 기준으로 설명하도록 한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 초음파 프로브(100)는 압전층(111), 압전층(111)의 하부에 마련되는 흡음층(112), 압전층(111)의 상부에 마련되는 정합층(113), 제1 회로층(114), 제2 회로층(115), 반사층(117), 절연층(119) 및 고도 방향(E)을 따라 압전소자 사이에 형성되는 제2 커프(118b)를 포함하고, 제1 회로층(114) 및 제2 회로층(115)를 연결하는 연결부(116)를 더 포함한다.
연결부(116)는 비아 홀(Via Hole, 116-3)을 포함할 수 있다. 연결부(116)는 비아 홀(116-3)을 형성하기 위한 공정에 의하여 형성될 수 있으며, 비아 홀(116-3)은 레이저 비어 그릴링(laser via drilling) 공정 또는 에칭(etching) 공정을 포함하는 다양한 공정에서 형성될 수 있다.
연결부(116)는 전도성 페이스트(paste), 전도성 도금(splating), 스퍼터링(sputtering), 인쇄(printing) 중 적어도 하나에 의하여 제1 회로층(114) 및 제2 회로층(115)를 전기적으로 연결할 수 있다. 다만, 전술한 예에 한정되지 않으며, 다양한 연결 방법에 의하여 제1 회로층(114) 및 제2 회로층(115)를 전기적으로 연결할 수 있다. 이 경우 비아 홀(116-3)은 전도성 홀(Conductive hole)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 비아 홀(116-3)은 금, 은 또는 구리 등과 같은 전도성 물질로 도금 또는 가공처리 되는 전도성 홀로 구현될 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다.
연결부(116)는 제1 회로층(114)로부터 제2 회로층(115)까지 연장되어 형성될 수 있다. 연결부(116)는 제1 회로층(114) 및 제2 회로층(115)를 관통하도록 형성될 수 있다. 이 경우, 비아 홀(116-3)은 스로홀(through-hole)의 형태로 구현될 수 있다.
또한, 연결부(116)는 제1 회로층(114) 또는 제2 회로층(115) 중 하나만을 관통하도록 형성될 수 있다. 이 경우, 비아 홀(116-3)은 블라인드 홀(blind-hole)의 형태로 구현될 수 있다.
또한, 연결부(116)는 비아 홀의 내부가 미리 정해진 양의 전도성 물질로 채워지도록 형성될 수 있다. 이 경우, 비아 홀(116-3)은 채워진 비아(Filled-via)의 형태로 구현될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 연결부(116)는 제1 회로층(114) 및 제2 회로층(115)에 형성된 전도성 전선으로 이루어진 회로 패턴(P1, P2)을 연결하도록 형성될 수 있다. 후술하는 바 각각의 회로 패턴은 복수의 전선을 포함할 수 있다. 따라서 회로 패턴(P1, P2)을 연결한다는 것은 각각의 전선을 연결한다는 것으로 볼 수 있다. 제1 회로층(114) 및 제2 회로층(115)을 연결하는 비아 홀(116-3)을 포함할 수 있다.
연결부(116)는 제1 회로층(114)과 제2 회로층(115)을 전기적으로 연결할 수 있다. 이를 위해, 연결부(116)는 제1 회로층(114)과 제2회로층(115)과 양 단에서 접촉할 수 있다.
구체적으로, 연결부(116)는 제1 회로층(114)에 형성된 제1 회로 패턴(P1)과 제2 회로층(115)에 형성된 제2 회로 패턴(P2)과 연결됨으로써 제1 회로층(114)과 제2회로층(115)과 양 단에서 접촉할 수 있다. 즉 1 회로 패턴(P1)의 전선과 이에 대응되는 제2 회로층(115)에 형성된 제2 회로 패턴(P2)의 전선의 양 단에서 접속할 수 있다.
이 때, 제1 회로 패턴(P1) 및 제2 회로 패턴(P2) 각각은 전극을 포함할 수 있으며, 구리 등의 전도성 물질로 구현될 수 있다. 제1 회로 패턴(P1) 및 제2 회로 패턴(P2)은, 도 8에 도시된 실시예 외에도 전선을 위한 다양한 형태 또는 모양을 가질 수 있다.
연결부(116)는 제1 회로 패턴(P1)에 위치한 제1 기판 연결부(116-1) 및 제2 회로 패턴(P2)에 위치한 제2 기판 연결부(116-2)를 포함할 수 있다. 연결부(116)는 제1 기판 연결부(116-1)를 통하여 제1 회로층(114)과 접촉할 수 있으며, 제2 기판 연결부(116-2)를 통하여 제2 회로층(115)와 접촉할 수 있다.
제1 기판 연결부(116-1)는 비아 홀(116-3)과 동일한 크기로 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 비아 홀(116-3) 보다 큰 크기로 형성되거나 작은 크기로도 형성될 수 있다.
제1 기판 연결부(116-1)는 제1 회로층(114)의 수직 상방향에서 보았을 때, 원형의 형상을 가질 수 있다. 실시예에 따라서 제1 기판 연결부(116-1)는 삼각형이나 사각형과 같은 다각형의 형상을 가질 수도 있고, 또는 타원 등과 같은 형상을 가질 수도 있다. 제1 기판 연결부(116-1)는, 제1 회로층(114)을 드릴 공구와 같은 천공 장치를 이용하여 천공함으로써 제1 회로층(114)에 형성될 수 있다.
제2 기판 연결부(116-2)는 비아 홀(116-3) 보다 큰 크기로 형성될 수 있다. 즉, 제2 기판 연결부(116-2)의 지름은 비아 홀(116-3)의 지름보다 클 수 있다. 이 경우, 제1 기판 연결부(116-1)가 비아 홀(116-3)과 동일한 크기로 형성되는 경우, 제2 기판 연결부(116-2)는 제1 기판 연결부(116-1)의 지름보다 큰 지름을 갖도록 형성될 수 있다. 다만, 제2 기판 연결부(116-2)의 크기는 전술한 예에 한정되지 않고 비아 홀(116-3)과 동일한 크기로 형성되거나 작은 크기로도 형성될 수 있다.
또한, 제2 기판 연결부(116-2)는 제2 회로층(114)의 수직 상방향에서 보았을 때, 원형의 형상을 가질 수 있다. 실시예에 따라서 제2 기판 연결부(116-2)는 삼각형이나 사각형과 같은 다각형의 형상을 가질 수도 있고, 또는 타원 등과 같은 형상을 가질 수도 있다. 제2 기판 연결부(116-2)는, 제2 회로층(115)을 드릴 공구와 같은 천공 장치를 이용하여 천공함으로써 제2 회로층(115)에 형성될 수 있다.
도 8 및 도 9는 은 일 실시예에 따른 초음파 프로브의 축(axis) 방향에서 바라본 내부 모습을 도시한 도면이다. 도 10 및 도 11은 다른 실시예에 따른 초음파 프로브의 축(axis) 방향에서 바라본 내부 모습을 도시한 도면이다. 도 12와 도 13은 도 10 및 도 11에 따른 초음파 프로브의 홀 엘리먼트(odd element, X)의 단면을 각각 개략적으로 나타낸 도면이다. 이하에서 2차원 MXN 매트릭스 배열 형태로 이루어진 복수의 압전 소자(111a, 111b)에 관하여 구체적으로 설명한다.
상술한 것과 같이, 초음파 프로브(100)의 측 방향(L)을 따라 복수의 압전 소자(111a, 111b) 사이에 제1 커프(118a)가 형성되고 초음파 프로브(100)의 고도 방향(E)을 따라 복수의 압전 소자(111a, 111b) 사이에 제2 커프(118b)가 형성되는 경우, 앞서 도 2에서 설명한 바와 같이, 초음파 프로브(100)는 다차원 트랜스듀서 어레이 배열 형태를 형성할 수 있으며, 2차원 MXN 매트릭스 배열 형태를 형성할 수 있다. 이하 M차 행 중 하나의 행을 트랜스듀서 엘리먼트(element)로 정의한다.
2차원 MXN 매트릭스 배열 중 M차 행은 두 개의 행렬씩 쌍을 이루어 정의 될 수 있다. 이하 한 쌍 행으로 이루어진 트랜스듀서 엘리먼트를 베이스 쌍 엘리먼트(Base pair element)라고 정의한다. 또한 베이스 쌍 엘리먼트 중 하나의 행의 트랜스듀서 엘리먼트를 홀 엘리먼트(odd element, X), 나머지 하나의 행의 트랜스듀서 엘리먼트를 짝 엘리먼트(even element, Y)라고 정의한다.
도 8 내지 도 11을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 프로브(100)는 측(lateral) 방향을 따라 복수의 압전 소자(편의상 111a, 111b로 설명한다) 사이에 형성되는 제1 커프(118a) 및 제2 커프(118b)를 형성한다.
복수의 압전 소자(111a, 111b)는 다차원 트랜스듀서 어레이 배열 형태 즉 2차원 MXN 매트릭스 배열 상에 나열될 수 있다. 따라서 복수의 압전 소자를 위에 정의한 베이스 쌍 엘리먼트(Base pair element), 홀 엘리먼트(odd element, X) 및 짝 엘리먼트(even element, Y)에 따라 정의할 수 있다.
홀 엘리먼트(odd element, X)에 포함되는 복수의 압전 소자(111a)를 홀수 행 압전 소자(111a)라고 정의할 수 있으며, 짝 엘리먼트(even element, Y)에 포함되는 복수의 압전 소자(111b)를 짝수 행 압전 소자(111b)라고 정의할 수 있다.
이하에서 도 8 내지 도 11을 참조하여 복수의 압전 소자(111a, 111b)와 전기적 연결되는 제2 회로층(115)에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 8를 참조하면 점선으로 도시된 복수의 압전 소자(111a, 111b)의 하단에는 제2 회로층(115)이 배치될 수 있다. 구체적으로는 도 4 내지 도 6에 도시된 것과 같이 제1 회로층(114)의 하부에 제2 회로층(115)이 이격되어 마련될 수 있다. 또한 제1 회로층(114)과 제2 회로층(115)의 사이에는 절연층(119)이 추가로 마련될 수 있다. 다만 이하에서는 도 8와 도 11을 설명함에 있어서 초음파 프로브(100)의 축(axis) 방향에서 바라본 내부 모습을 도시함에 있어서 복수의 압전 소자(111a, 111b), 제2 회로층(115) 및 연결부(116)이외의 구성에 대하여는 생략된 것을 전제로 설명한다. ,
또한 도 12 및 도 13을 설명함에 있어서 복수의 압전 소자(111a), 제1 회로층(114), 제2 회로층(115) 및 연결부(116) 이외의 구성에 대하여는 생략된 것을 전제로 설명도록 한다. (도 12 및 도 13의 도면 부호 C 참조)
도 8 내지 도 11을 참조하면, 제2 회로층(115)에는 복수의 회로 패턴이 형성 될 수 있다. 여기서 회로 패턴은 상술한 제2 회로층(115)에 형성된 제2 회로 패턴(P2)을 포함할 수 있다. 제2 회로 패턴(P2)은 복수의 전선을 포함할 수 있다. 복수의 전선에 관한 구체적인 구조는 후술하도록 한다.
제2 회로층(115)은 제1 영역(600)과 제2 영역(700)으로 나누어 질 수 있다.
제 1영역(600)은 복수의 압전 소자(111a, 111b)와 선택적으로 접하도록 마련될 수 있다. 즉 제1 영역(600)은 전기 에너지를 기계적인 진동 에너지로, 기계적인 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 영역으로 정의될 수 있다.
제2 회로층(115)의 제1 영역(600)의 경우, 압전 소자(111a, 111b)의 수직 상방향에서 보았을 때, 연결부(116)의 비아 홀(116-3)이 제2 회로층(115)의 제2 패턴(P2)과 연결되는 제2 기판 연결부(116-2) 상에 형성될 수 있다.
이러한 제2 회로층(115)의 제2 패턴(P2)는 다양한 형태를 갖도록 형성될 수 있으며, 비아 홀(116-3)을 통하여 적어도 하나의 압전 소자에 대한 배선 구조를 갖도록 형성될 수 있다.
이하 제2 회로층(115)의 제1 영역(600)에 형성된 제2 회로 패턴(P2)의 구체적인 형태에 대하여 서술하도록 한다.
도 8 및 도 11에 도시된 것과 같이, E-L 평면에서 트랜스듀서 모듈(110)이 초음파 5X4 배열을 형성하는 경우, 제2 패턴(P2)은 2번째 열 및 4번째 열에 위치하는 압전 소자를 연결하고, 1번째 열 및 5번째 열에 위치하는 압전 소자를 연결하고, 3번째 열에 위치하는 압전 소자는 별도의 배선을 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 방식으로 E-L 평면에서 트랜스듀서 모듈(110)이 초음파 5X4 배열을 형성하는 경우, 하나의 행으로 이루어진 트랜스듀서 엘리먼트에는 3개의 전선이 형성될 수 있다. 다만 배열은 5X4 배열에 국한되지 않으며, MXN배열로 설계사양에 따라 다양하게 변형될 수 있으며, 이에 따라 압전 소자에 대한 배선 구조 역시 3개의 전선에 국한되지 않고 다양한 수의 전선으로 변형될 수 있다.
도 8에 도시된 것과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 프로브(100)의 제2 회로층(115)에 제2 패턴(P2)을 형성함에 있어서, 복수의 전선(500)이 단일층에 형성되도록 마련될 수 있다. 여기서 단일층에 형성된다는 것은 축 방향(axis direction; A)을 기준으로 하나의 층에 제2 패턴(P2)의 복수의 전선(500)이 형성된다는 것을 의미한다. 따라서 홀 엘리먼트(odd element, X) 또는 짝 엘리먼트(even element)의 연장방향을 따라 단일층 즉 동일계면상에 평행하게 복수의 전선(500)이 형성될 수 있다.
또는 복수의 전선(500)이 평행하게 배열되는 방법으로써, 도 8에 도시된 것과 같이 배선에 꺾인 구간을 형성하여 연결부(116)의 효율적 배치하며 한 행의 트랜스듀서 엘리먼트의 폭을 줄일 수 있다.
또는 도 10 및 도 13에 도시된 것과 같이 본 발명의 다른 실시예에 따라 제2 회로층(115)이 축(axis)방향으로 적층된 복수의 서브 회로층(115-1,2,3)을 포함할 수 있다. 초음파 프로브(100)의 제2 회로층(115)에 제2 패턴(P2)을 형성함에 있어서, 복수의 전선(500) 각각이 복수의 서브 회로층(115-1,2,3)의 각각에 형성될 수 있다.
예를 들어 E-L 평면에서 트랜스듀서 모듈(110)이 초음파 5X4 배열을 형성하는 경우, 하나의 행으로 이루어진 트랜스듀서 엘리먼트에 대응되는 제2 회로층(115)에는 3개의 전선의 형성이 필요할 수 있다. 따라서 3개의 전선을 형성하기 위하여 제2 회로층(115)은 3개의 서브 회로층(115-1,2,3, 도 12 및 도 13 참조)을 포함할 수 있다.
복수의 서브 회로층(115-1,2,3)의 각각에 형성된 복수의 전선(500)은 제2 회로층(114)와 제1 연결부(116a)를 통하여 연결될 수 있다. 복수의 전선(500)이 축 방향(axis direction; A)을 기준으로 복수의 층에 형성되었으므로, 각각의 전선에 배치된 제1 연결부(116a)의 높이는 서로 다르도록 마련될 수 있다.
구체적으로 제1 회로층(114)과 가장 가까이 위치한 서브 회로층(115-1)과 제1 회로층(114)을 연결하는 제1 연결부(116a)의 높이가 가장 낮고, 제1 회로층(114)과 가장 멀리 위치한 서브 회로층(115-3)과 제1 회로층(114)을 연결하는 제1 연결부(116a)의 높이가 가장 높도록 형성될 수 있다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 제2 회로층(115)에 제2 패턴(P2)을 형성함에 있어서, 복수의 전선(500) 각각이 상술한 제1 연결부(116a)를 통하여 복수의 서브 회로층(115-1,2,3)의 각각에 형성됨으로써, 복수의 전선(500)이 단일층에 형성되는 경우와 달리 축 방향(axis direction; A)으로 중첩되어 형성될 수 있다.
다시 말하자면 도 10 내지 도 13에 도시된 것과 같이 초음파 프로브(100)의 축(axis) 방향에서 바라본 내부 모습을 기준으로 복수의 전선(500)이 상하방향으로 중첩되도록 형성될 수 있다. 복수의 전선(500)이 상하방향으로 중첩되어 형성되도록 제1 연결부(116a)가 마련되므로 우회 영역(A, B)이 필요할 수 있다.
예를 들어 E-L 평면에서 트랜스듀서 모듈(110)이 초음파 5X4 배열을 형성하는 경우, 하나의 행으로 이루어진 트랜스듀서 엘리먼트에 대응되는 제2 회로층(115)에는 3개의 전선이 필요하게 되며, 3개의 서브 회로층(115-1,2,3, 도 11 참조)이 마련될 수 있다. 이때 제2 회로층(114)과 가장 가까이 위치한 서브 회로층(115-1)과 제2 회로층(114)을 연결하는 제1 연결부(116a)를 제외한 나머지 제1 연결부(116a)에 대한 우회 영역(A, B)이 필요하게 될 수 있다.
따라서 도 10에 도시된 것과 같이 제2 회로층(114)과 가장 멀리 위치한 서브 회로층(115-3)을 제외한 나머지 회로 층에 형성된 복수의 전선(500) 각각은 축 방향(axis direction; A)으로 중첩되어 형성됨과 동시에 상대적으로 아래층에 위치한 전선의 제1 연결부(116a)에 대하여 우회하도록 형성될 수 있다. 배선의 우회 형상은 도 10에 도시된 것과 같이 직선을 유지하며 꺾이는 형상으로 형성될 수도 있으나, 이에 국한되는 것은 아니며 곡선을 포함한 다양한 형상으로 마련될 수 있다.
제2 회로층(115)의 제2 영역(700)은 제2 회로층(115)의 제1 영역(600)의 양단에 배치될 수 있다. 제2 회로층(115) 제2 영역(700)은 제2 회로층(115)의 제1 영역(600)상의 복수의 전선(500)과 케이블(170)을 이어주는 중간영역으로서 정의될 수 있다.
즉 초음파 프로브(100)의 압전층(111)으로부터 수신한 신호를 본체(200)의 시스템 제어부에 전달하거나, 시스템 제어부로부터 제어신호를 초음파 프로브(100)의 압전층(111)에 전달하기 위하여 구성되는 제2 회로층(115)의 제1 영역(600)의 복수의 전선(500)과 케이블(170)을 이어주는 중간영역으로서 정의될 수 있다.
트랜스듀서 모듈(110)이 형성하는 면과 초음파 프로브(100)의 축은 대략 수직을 이룰 수 있다. (도 2 참조) 압전층(111) 즉 복수의 압전 소자(111a, 111b)의 하단에 배치되는 제2 회로층(115) 역시 초음파 프로브(100)의 축은 대략 수직을 이루도록 마련될 수 있다.
따라서 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)은 필연적으로 초음파 프로브(100)의 제조과정에서 케이블(170)이 연결된 초음파 프로브(100)의 몸체를 향하여 접히게(Folding) 될 수 있다.
종래의 멀티-로우(Multi-row) 초음파 프로프(100)의 경우, 한 행의 트랜스듀서 엘리먼트에 배치된 복수의 전선(500)은 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)으로 연장되어 나갈 때 연장되어 나온 행을 벗어나지 않도록 구성될 수 있었다. 한 행의 트랜스듀서 엘리먼트에는 홀 엘리먼트(odd element, X) 또는 짝 엘리먼트(even element, Y)가 해당 될 수 있다.
다시 말하자면, 홀 엘리먼트(odd element, X)에 배치된 복수의 전선(500)은 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)으로 연장되어 나갈 때, 짝 엘리먼트(even element, Y)의 행을 침범하지 않도록 구성될 수 있었다. 마찬가지로 짝 엘리먼트(even element, Y)에 배치된 복수의 전선(500)은 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)으로 연장되어 나갈 때, 홀 엘리먼트(odd element, X)의 행을 침범하지 않도록 구성될 수 있었다.
또한 홀 엘리먼트(odd element, X)에 배치된 복수의 전선(500)은 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)의 일측으로 연장되어 나가도록 구성된 경우, 짝 엘리먼트(even element, Y)에 배치된 복수의 전선(500)은 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)의 타측으로 연장되어 나가도록 구성될 수 있었다. 즉 제2 회로층(115)의 제1 영역(600)에 마련된 복수의 전선(500)은 홀 엘리먼트(odd element, X)의 행 또는 짝 엘리먼트(even element, Y)의 행을 따라 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)을 번갈아 가며 연장되어 나가도록 마련될 수 있었다.
상술한 구조에 의하면, 제2 회로 패턴(P2)의 복수의 전선(500)을 단일층에 배열할 경우 전선의 두께와 전선 간의 간격 확보의 필요성으로 인하여 한 행의 트랜스듀서 엘리먼트의 폭(Pitch) 설계에 제약이 발생하였다.
또한 상술한 바와 같이 제2 회로 패턴(P2)의 복수의 전선(500)을 단일층에 배열할 경우의 문제점을 해결하고자 제2 회로층(115)에 제2 패턴(P2)을 형성함에 있어서, 복수의 전선(500) 각각이 복수의 서브 회로층(115-1,2,3)의 각각에 형성할 수 있었다.
즉 각각의 전선을 제2 회로층(115)의 각기 다른 층으로 마련된 복수의 서브 회로층(115-1,2,3)에 형성함으로서 전선의 두께와 전선 간의 간격 확보의 필요성을 완화하여 한 행의 트랜스듀서 엘리먼트의 폭(Pitch) 설계상 제약을 줄일 수 있었다. (도 8의 하나의 행의 트랜스듀서 엘리먼트 폭보다 도 10의 하나의 행의 트랜스듀서 엘리먼트의 폭이 더 좁은 폭으로 형성될 수 있음.)
다만 이러한 복수의 서브 회로층(115-1,2,3)을 지니는 제2 회로층(115)의 구조라고 하더라도 별다른 구조 없이 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)에서 접히게(Folding) 되는 경우 제2 회로층(115) 자체의 두께로 인하여 제2 회로층(115) 안에 형성된 전선이 단선(Open)되는 문제점이 발생될 수 있었다.
따라서 제2 회로층(115) 안에 형성된 전선이 단선(Open)을 방지함과 동시에 효과적으로 한 행의 트랜스듀서 엘리먼트의 폭(Pitch) 설계가 가능 하도록 후술하는 두 가지 구조를 적용할 수 있다.
두 가지 구조 중 첫 번째는 하나의 행을 따라 연장되는 복수의 전선(500)이 인접한 다른 행을 거치며 분산되는 구조이다. 두 가지 구조 중 두 번째는 제2 회로층(115)의 제1 영역(600)에서 복수의 서브 회로층에 각각 형성된 복수의 전선(500)이 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)에서 단일층에 형성되는 구조이다.
이하에서는 하나의 행을 따라 연장되는 복수의 전선(500)이 인접한 다른 행을 거치며 분산되는 구조에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 8 및 도 11을 참조하면, 제2 회로층(115)의 제1 영역(600)은 한 쌍 행으로 이루어진 트랜스듀서 엘리먼트 즉, 베이스 쌍 엘리먼트(Base pair element) 중 홀 엘리먼트(odd element, X)의 행을 따라 연장되는 복수의 전선(500)이 짝 엘리먼트(even element, Y)의 행을 거치며 분산되어 나가도록 마련될 수 있다.
즉 제2 회로층(115)의 제1 영역(600)상에서 홀 엘리먼트(odd element, X)의 행을 따라 형성된 제2 회로 패턴(P2)의 복수의 전선(500)이 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)으로 연장되어 나갈 때, 홀 엘리먼트(odd element, X)의 행뿐만 아니라 짝 엘리먼트(even element, Y)의 행으로도 연장되어 나갈 수 있다.
이하에서 복수의 전선(500)이 분산되는 위치 및 분산되는 방향에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 8 및 도 10을 참조하면, 하나의 행을 따라 연장되는 복수의 전선(500)이 인접한 다른 행으로 분산되는 영역을 엣지영역으로 정의할 수 있다. 엣지영역은 제1 엣지영역(610)과 제2 엣지영역(620)을 포함할 수 있다. 제1 엣지영역(610)은 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)에 인접한 제2 회로층(115)의 제1 영역(600)의 일단에 마련될 수 있다. 제2 엣지영역(620)은 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)에 인접한 제2 회로층(115)의 제1 영역(600)의 타단에 마련될 수 있다. 즉, 제2 회로층(115)의 제1 영역(600) 중 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)과 인접한 제2 회로층(115)의 제1 영역(600)의 양단을 각각 제1 엣지영역(610) 및 제2 엣지영역(620)으로 정의할 수 있다.
구체적으로 홀 엘리먼트(odd element, X)의 행을 따라 형성된 제2 회로 패턴(P2)의 복수의 전선(500)이 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)으로 연장되어 나갈 때 제1 엣지영역(610)에서 짝 엘리먼트(even element, Y)의 행을 거치며 분산되어 나가도록 마련될 수 있다. 이때 분산되어 나가는 방향은 도 8 및 도 10에 도시된 것과 같이 제1 방향(610-1)으로 마련될 수 있다.
또한 짝 엘리먼트(even element, Y)의 행을 따라 형성된 제2 회로 패턴(P2)의 복수의 전선(500)이 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)으로 연장되어 나갈 때 제2 엣지영역(620)에서 홀 엘리먼트(odd element, X)의 행을 거치며 분산되어 나가도록 마련될 수 있다. 이때 분산되어 나가는 방향은 도 8 및 도 10에 도시된 것과 같이 제2 방향(620-1)으로 마련될 수 있다.
제1 방향(610-1)과 제2 방향(620-1)은 상기 제2 회로층(115)이 폴딩되는 방향과 나란하도록 마련될 수 있다. 또한 제1 방향(610-1) 및 제2 방향(620-1)이 반대되도록 마련될 수 있다.
즉, 제1 방향(610-1)은 홀 엘리먼트(odd element, X)에서 짝 엘리먼트(even element, Y)를 향하는 방향으로 마련될 수 있다. 또한 제2 방향(620-1)은 짝 엘리먼트(even element, Y)에서 홀 엘리먼트(odd element, X)를 향하는 방향으로 마련될 수 있다.
제1 방향(610-1)과 제2 방향(620-1)으로 전선이 분산될 때, 도 8 및 도 10에 도시된 것과 같이 제1 영역(600)의 중심을 기준으로 상기 복수의 전선(500)이 형성하는 회로 패턴은 점대칭으로 마련될 수 있다. 즉, 도 8 및 도 10을 참조할 때 베이스 쌍 엘리먼트(Base pair element)의 중심(0)를 기준으로 180도 회전 시 회로 패턴이 겹쳐지도록 마련될 수 있다.
다만 제1 방향(610-1)과 제2 방향(620-1)은 위의 내용에 국한되는 것이 아니라 하나의 행을 따라 연장되는 복수의 전선(500)이 인접한 다른 행을 거치며 분산시킬 수 있는 방향이라면 다양한 방향 및 그에 의한 다양한 패턴 형상으로 마련될 수 있다.
또한 도 9 및 도 11에 도시된 것과 같이, 제1 엣지영역(610) 또는 제2 엣지영역(620)이 아닌 제2 영역(700)에 형성될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
이하에서는 제2 회로층(115)의 제1 영역(600)에서 복수의 서브 회로층(115-1,2,3)에 각각 형성된 복수의 전선(500)이 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)에서 단일층에 형성되는 구조에 대하여 설명한다.
제2 회로층(115)의 제1 영역(600)은 축(axis)방향으로 적층된 복수의 서브 회로층(115-1,2,3)을 포함하며, 복수의 전선(500)의 각각은 복수의 서브 회로층(115-1,2,3)의 각각에 형성되는 구조는 상술한 바와 같다.
그러나 별도의 구조 없이 제2 회로층(115)의 제1 영역(600)은 축(axis)방향으로 적층된 복수의 서브 회로층(115-1,2,3)을 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)에서 폴딩(Folding)할 경우 복수의 전선(500)의 단선(Open)이 문제될 수 있다.
이를 해결하기 위하여, 상술한 하나의 행을 따라 연장되는 복수의 전선(500)이 인접한 다른 행을 거치며 분산되는 구조 및 후술할 제2 회로층(115)의 제1 영역(600)에서 복수의 서브 회로층(115-1,2,3)에 각각 형성된 복수의 전선(500)이 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)에서 단일층에 형성되는 구조를 모두 적용할 수 있다.
제2 회로층(115)은 복수의 전선(500)이 제2 영역(700)에서 하나의 층으로 모여서 연장되는 수렴층(Convergence layer)(115-4)이 마련될 수 있다. 수렴층(115-4)은 제2 회로층(115)의 제1 영역(600)에서 복수의 서브 회로층(115-1,2,3)에 각각 형성된 복수의 전선(500)이 모이는 단일층으로서, 단일층에 형성된다는 것은 축 방향(axis direction; A)을 기준으로 하나의 층에 제2 회로 패턴(P2)의 복수의 전선(500)이 형성되는 것을 의미한다.
이러한 수렴층(115-4)은 제2 회로층(115)의 구성요소로서 축 방향(axis direction; A)을 기준으로 제2 회로층(114)의 하면과 흡음층(112)의 사이에 배치될 수 있다. 또한 수렴층(115-4)은 제1 엣지영역(610) 또는 제2 엣지영역(620)에 형성되어 복수의 전선(500)이 제2 회로층(115)의 제2 영역(700)으로 연장되어 나가도록 마련될 수 있다.
제2 회로층(115)의 제1 영역(600)의 복수의 서브 회로층(115-1,2,3)과 수렴층(115-4)은 축 방향(axis direction; A)을 기준으로 다른 계층에 형성된 층으로서 이를 각각 전기적으로 연결할 수 있는 제2 연결부(116b)가 형설될 수 있다.
즉 제2 회로층(115)의 제1 영역(600)의 복수의 서브 회로층(115-1,2,3)의 복수의 전선(500) 각각과 수렴층(115-4)의 복수의 전선(500) 각각을 연결해 주는 연결부(116)로서 제2 연결부(116b)가 마련될 수 있다. 제2 연결부(116b)의 형상 및 구조는 상술한 제1 연결부(116a)의 형상 및 구조와 동일하며 연결 대상만이 상이한 바 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
제2 연결부(116b)는 제2 회로층(115)의 제1 영역(600)의 복수의 서브 회로층(115-1,2,3)에 배치된 복수의 전선(500)의 수에 대응되도록 마련될 수 있다.
예를 들어 E-L 평면에서 트랜스듀서 모듈(110)이 초음파 5X4 배열을 형성하는 경우, 하나의 행으로 이루어진 트랜스듀서 엘리먼트에 대응되는 제2 회로층(115)에는 3개의 전선이 필요하게 되므로, 제2 연결부(116b)는 이에 대응되도록 3개가 마련될 수 있다.
제2 연결부(116b)는 수렴층(115-4)이 마련되는 위치에 대응하여 제1 엣지영역(610) 또는 제2 엣지영역(620)에 형성될 수 있다. 형성되는 방향은 제1 방향(610-1) 및 제2 방향(620-1)을 따라 일렬로 마련될 수 있다. 제1 방향(610-1)의 정의와 제2 방향(620-1)의 정의는 상술한 바와 같다.
위와 같은 구조에 의하여 제2 영역(700)에서 복수의 전선(500)이 분산됨과 동시에 단일층에 형성되므로 제2 회로층이 폴딩(Folding)되더라도 복수의 전선(500)이 단선(Open)되는 것을 방지할 수 있다.
또한 각각의 전선을 제2 회로층(115)의 각기 다른 층으로 마련된 복수의 서브 회로층(115-1,2,3)에 형성하는 구조 및 하나의 행을 따라 연장되는 복수의 전선(500)이 인접한 다른 행을 거치며 분산되는 구조를 통하여 전선의 두께와 전선 간의 간격 확보의 필요성을 완화하여 한 행의 트랜스듀서 엘리먼트의 폭(Pitch) 설계상 제약을 줄일 수 있는 효과도 달성할 수 있다.
도 9, 도 11 및 도 13에 도시된 것과 같이, 하나의 행을 따라 연장되는 복수의 전선(500)이 인접한 다른 행을 거치며 분산되는 구조는 제1 엣지영역(610) 또는 제2 엣지영역(620)이 아닌 제2 영역(700)에 형성될 수도 있다.
분산 구조가 제2 영역(700)에서 형성됨으로써, 다이싱(dicing) 공정 상의 이점을 도모할 수 있다.
상술한 바와 같이, 압전층(111)은 다이싱(dicing) 공정에 의하여 복수의 열을 형성하는 매트릭스 형태의 다차원 어레이 형태로 가공될 수 있다. 이 경우, 압전층(111)은 커프(118a, 118b)에 의하여 복수의 압전소자(111a)로 분리될 수 있다.
특히 제1 커프(118a)는 베이스 쌍 엘리먼트(Base pair element)들 간에 제2 커프(118a-1, 도 8 내지 도 11)가 형성되는 경우와 베이스 쌍 엘리먼트(Base pair element)의 두 행 사이에 제2 커프(118a-2, 도 8 내지 도 11)가 형성되는 경우로 나누어져 각각 다른 형태로 형성될 수 있음은 상술하였다.
다만 도 9 및 도 11에서와 같이 하나의 행을 따라 연장되는 복수의 전선(500)이 인접한 다른 행을 거치며 분산되는 구조가 제2 영역(700)에 형성 경우, 제1 커프(118a-2)를 형성함에 있어서 다이싱(dicing) 공정상의 효율성을 도모할 수 있다.
구체적으로 도 8 및 도 10에 도시된 것과 같이 하나의 행을 따라 연장되는 복수의 전선(500)이 인접한 다른 행을 거치며 분산되는 구조가 제 1 영역(600)의 제1 엣지영역(610) 또는 제2 엣지영역(620)에 형성될 경우, 베이스 쌍 엘리먼트(Base pair element)의 두 행 사이에 제1 커프(118a-2)는 압전층(111) 뿐만 아니라 정합층(113), 반사층(117), 제1 회로층(114), 또는 절연층(119) 중 적어도 하나를 분리하도록 형성될 수 있다. 즉, 제2 회로층(115)에 제1 커프(118a-2)가 형성되지 않도록 마련될 수 있다.
이는 복수의 압전 소자(111a, 111b)와 선택적으로 접하도록 마련된 제 1영역(600) 상의 압전체(111)을 다이싱(dicing)함에 있어서, 제1 커프(118a-1)과 같이 제1 커프(118a-2)도 제2 회로층(115)에도 다이싱(dicing) 공정이 적용될 경우 복수의 전선(500) 중 일부 전선을 단선(Open)시킬 가능성이 발생하기 때문이다.
따라서 제1 커프(118a-1)와 제1 커프(118a-2)는 같은 방향성을 지닌 다이싱(dicing) 공정에도 불구하고 커프가 형성되는 깊이를 달리하여야 하는 공정상의 어려움이 존재할 수 있다.
도 9, 도 11 및 도 13에서와 같이 하나의 행을 따라 연장되는 복수의 전선(500)이 인접한 다른 행을 거치며 분산되는 구조가 제2 영역(700)에 형성 경우, 단선(Open)의 가능성이 낮아져 제1 커프(118a-2) 역시 제1 커프(118a-1)와 같이 제2 회로층(115)의 일정 영역에 형성될 수 있다. 따라서 제1 커프(118a-1)와 제1 커프(118a-2)가 같은 방향성을 지님과 동시에 동일한 커프 깊이를 지니며 다이싱(dicing) 공정이 이루어 질 수 있어, 제조공정상의 효율을 증대시킬 수 있다.
이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
10: 초음파 영상 장치
100: (Multi-row)초음파 프로브
101: 렌즈층
111: 압전층
111a, 111b: 복수의 압전 소자
112: 흡음층
113: 정합층
114: 제1 회로층
115: 제2 회로층
115-1,2,3: 복수의 서브 회로층
115-4: 수렴층
116: 연결부
117: 반사층
118a, 118b: 커프
119: 절연층
200: 본체
240: 시스템 제어부
500: 복수의 전선
600: 제1 영역
610: 제1 패턴 분산영역
610-1: 제1 방향
620: 제2 패턴 분산영역
620-1: 제2 방향
700: 제2 영역
X: 홀 엘리먼트(odd element)
Y: 짝 엘리먼트(even element)
P1: 제1 회로 패턴
P2: 제2 회로 패턴

Claims (19)

  1. 측(lateral) 방향을 따라 쌍을 이루도록 마련되는 복수의 행(row)을 형성하는 압전 소자(piezoelectric element);
    측(lateral) 방향을 따라 상기 압전 소자 사이에 형성되는 커프(kerf);
    상기 압전 소자의 하부에 배치되는 제1 회로층;
    상기 제1 회로층의 하부에 이격되어 배치되고, 행을 따라 연장되는 복수의 전선을 포함하는 제2 회로층으로써, 상기 압전 소자와 선택적으로 접하는 제1 영역과 상기 제1 영역의 양단에 배치되며 상기 압전 소자와 접하지 않고 폴딩되는 제2 영역을 포함하는 상기 제2 회로층; 및
    상기 제1 회로층 및 상기 제2 회로층을 전기적으로 연결하는 제1 연결부;와 상기 압전소자와 상기 제1 회로층 사이에 배치되는 반사층을 포함하며,
    상기 제1 영역은, 한 쌍의 행 중, 하나의 행을 따라 연장되는 상기 복수의 전선이 상기 제1 영역에서 상기 제2 영역으로 연장되어 나갈 때, 인접한 나머지 행으로 분산되어 나가도록 마련되는 초음파 프로브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 회로층은 단일 층에서 상기 복수의 전선이 나란하게 마련되는 초음파 프로브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압전 소자는 고도(elevation) 방향을 따라 복수의 열(column)을 형성하며,
    상기 복수의 전선은 상기 복수의 열에 각각 대응되도록 마련되는 초음파 프로브.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 회로층의 상기 제1 영역은,
    축(axis)방향으로 적층된 복수의 서브 회로층을 더 포함하며,
    상기 복수의 전선의 각각은 상기 복수의 서브 회로층의 각각에 형성되는 초음파 프로브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 회로층은, 상기 복수의 전선이 상기 제2 영역에서 하나의 층으로 모여서 연장되는 수렴층(Convergence layer)을 더 포함하는 초음파 프로브.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 서브 회로층의 각각과 상기 수렴층을 연결하는 제2 연결부를 더 포함하는 초음파 프로브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 전선은 상기 제2 영역에서 분산되며,
    상기 제2 연결부는, 폴딩되는 상기 제2 영역에 형성되는 초음파 프로브.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 영역은 상기 제2 영역과 인접한 상기 제1 영역의 일단에 형성되는 제1 엣지영역과 상기 제2 영역과 인접한 상기 제1 영역의 타단에 형성되는 제2 엣지영역을 포함하며,
    상기 복수의 전선은 상기 제1 엣지영역 또는 상기 제2 엣지영역 중 적어도 하나에서 분산되는 초음파 프로브.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 연결부는, 상기 제1 엣지영역 또는 상기 제2 엣지영역 중 적어도 하나에 형성되는 초음파 프로브.
  10. 제8항에 있어서,
    한 쌍의 행 중, 하나의 행을 따라 연장되는 복수의 전선은 제1 엣지영역에서 제1 방향으로 분산되도록 마련되며, 나머지 행을 따라 연장되는 복수의 전선은 제2 엣지영역에서 제2 방향으로 분산되도록 마련되고,
    상기 제1 방향과 상기 제 2방향은 상기 제2 회로층이 폴딩되는 방향과 나란하도록 마련되는 초음파 프로브.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 방향과 상기 제 2방향은 반대되도록 마련되는 초음파 프로브.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 영역의 중심을 기준으로 상기 복수의 전선이 형성하는 회로 패턴은 점대칭으로 마련되는 초음파 프로브.
  13. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 연결부 또는 상기 제2 연결부 중 적어도 어느 하나는,
    전도성 홀(conductive hole)을 포함하고,
    상기 전도성 홀은, 상기 제1 회로층에 형성되는 전선 및 상기 제2 회로층에 형성되는 상기 복수의 전선을 연결하는 초음파 프로브.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 전도성 홀은 전도성 물질로 채워진 초음파 프로브.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 회로층 또는 상기 제2 회로층 중 적어도 하나는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB, Flexible Printed Circuit Board)인 초음파 프로브.
  16. 제6항에 있어서,
    상기 제1 연결부 또는 상기 제2 연결부 중 적어도 어느 하나는,
    전도성 페이스트(paste), 전도성 도금(plating), 스퍼터링(sputtering), 인쇄(printing) 중 적어도 하나에 의하여 상기 제1 회로층과 상기 제2 회로층 또는 상기 제2 회로층과 상기 수렴층을 전기적으로 연결하는 초음파 프로브.
  17. 측(lateral) 방향을 따라 쌍을 이루도록 마련되는 복수의 행(row) 및 고도(elevation) 방향을 따라 복수의 열(column)을 형성하는 압전 소자(piezoelectric element);
    상기 압전 소자의 하부에 배치되고, 행을 따라 상기 복수의 열에 각각 대응되며 연장되는 복수의 전선을 포함하는 제2 회로층으로써, 상기 압전 소자와 선택적으로 접하는 제1 영역과 상기 제1 영역의 양단에 배치되며 상기 압전 소자와 접하지 않고 폴딩되는 제2 영역을 포함하는 상기 제2 회로층;을 포함하고,
    상기 제2 회로층의 상기 제1 영역은, 축(axis)방향으로 적층된 복수의 서브 회로층을 포함하며, 상기 복수의 전선의 각각은 상기 복수의 서브 회로층의 각각에 형성되고,
    상기 제1 영역은, 한 쌍의 행 중, 하나의 행을 따라 연장되는 상기 복수의 전선이 상기 제1 영역에서 상기 제2 영역으로 연장되어 나갈 때, 인접한 나머지 행으로 분산되어 나가도록 마련되는 초음파 프로브.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 회로층은, 상기 복수의 전선이 상기 제2 영역에서 하나의 층으로 모여서 연장되는 수렴층(Convergence layer)을 더 포함하는 초음파 프로브.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 서브 회로층의 각각과 상기 수렴층을 연결하는 연결부를 더 포함하는 초음파 프로브.
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