KR20220012707A

KR20220012707A - Manufacturing method of ultrasonic sensor

Info

Publication number: KR20220012707A
Application number: KR1020200091841A
Authority: KR
Inventors: 박승호; 변성현; 장효택
Original assignee: (주)포인트엔지니어링
Priority date: 2020-07-23
Filing date: 2020-07-23
Publication date: 2022-02-04

Abstract

The present invention relates to a manufacturing method of an ultrasonic sensor, which receives an ultrasonic signal reflected by an object to be inspected by transmitting the ultrasonic signal to the object to be inspected such as a human body. More specifically, the manufacturing method of an ultrasonic sensor can have a piezoelectric substance of high quality through two-step heat treatment.

Description

Method of manufacturing an ultrasonic sensor {MANUFACTURING METHOD OF ULTRASONIC SENSOR}

본 발명은 인체 등의 피검체에 초음파 신호를 송신해 피검체로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하는 초음파 센서의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an ultrasonic sensor that transmits an ultrasonic signal to a subject such as a human body and receives an ultrasonic signal reflected from the subject.

초음파 센서는 초음파 탐촉자를 이용하여 피검체에 초음파 신호를 송신하고, 피검체로부터 반사되는 초음파 신호를 수신할 수 있다.The ultrasonic sensor may transmit an ultrasonic signal to a subject by using an ultrasonic transducer and receive an ultrasonic signal reflected from the subject.

초음파 센서의 압전 재료에 있어서 압전 세라믹스나 압전 단결정을 이용할 경우, 압전 재료의 음향 임피던스와 인체를 포함하는 피검체의 음향 임피던스 사이에는 큰 차이가 있다. 음향 임피던스 차이가 있는 경계면에서는 초음파 신호의 반사가 발생하고, 전파 손실이 야기된다.When piezoelectric ceramics or piezoelectric single crystals are used in the piezoelectric material of the ultrasonic sensor, there is a large difference between the acoustic impedance of the piezoelectric material and the acoustic impedance of a subject including a human body. At the interface where there is a difference in acoustic impedance, reflection of the ultrasonic signal occurs and propagation loss is caused.

따라서, 초음파의 전파 효율을 개선하기 위해 압전 재료 자체의 음향 임피던스를 감소시키는 것을 고려해볼 수 있다.Therefore, it may be considered to reduce the acoustic impedance of the piezoelectric material itself in order to improve the propagation efficiency of ultrasonic waves.

구체적으로, 다이싱 블레이드를 이용하여 압전 단결정을 다이싱하여 홈을 형성하고, 홈에 음향 임피던스가 작은 에폭시 수지 등의 소재를 충진할 수 있다. Specifically, a piezoelectric single crystal may be diced using a dicing blade to form a groove, and a material such as an epoxy resin having a small acoustic impedance may be filled in the groove.

그러나 이와 같은 방법은, 압전 단결정을 직선형으로 재단하기 때문에 압전 단결정의 기둥 구조의 형상, 배치, 밀도 등을 자유롭게 조정하는 것이 어렵고 설계상의 제약이 존재할 수 있다. 또한, 압전 단결정에서는 기계적 강도가 약하기 때문에 다이싱 가공 시에 치핑이 발생할 수 있고, 다이싱 중에 가는 기둥을 비산시키는 위험이 발생할 수 있다.However, in this method, since the piezoelectric single crystal is cut in a straight shape, it is difficult to freely adjust the shape, arrangement, density, etc. of the columnar structure of the piezoelectric single crystal, and there may be design restrictions. In addition, since the mechanical strength of the piezoelectric single crystal is weak, chipping may occur during dicing, and there may be a risk of scattering thin pillars during dicing.

또한, 압전 단결정에서는 다이싱 블레이드가 쉽게 부러져서 생산 비용이 증가하는 문제가 발생할 수 있다.In addition, in the piezoelectric single crystal, the dicing blade may be easily broken, resulting in an increase in production cost.

이러한 다이싱 앤 필법의 단점을 극복하기 위해, 압전 세라믹스를 이용한 압전 재료를 제조할 경우에, 수지 몰드가 이용될 수도 있다. 구체적으로, 수지 몰드에 압전 세라믹스를 충진한 다음, 수지 몰드를 제거해 기둥 구조를 형성해 소성하고, 기둥과 기둥 사이에 수지를 충진 경화시켜 제조하는 방법이다.In order to overcome such disadvantages of the dicing and peel method, a resin mold may be used when manufacturing a piezoelectric material using piezoelectric ceramics. Specifically, it is a manufacturing method by filling a resin mold with piezoelectric ceramics, then removing the resin mold to form a columnar structure and firing, and filling and curing the resin between the columns.

반응성 이온 에칭법을 이용하여 복수의 구멍을 구비하는 실리콘 몰드를 이용하여 압전 재료를 제조할 수 있다. 실리콘 기판의 구멍 내부에 압전 세라믹스를 충진하고, 고온 가압 조건에서 소성한 다음, 실리콘 몰드를 제거해 기둥 구조를 형성하고, 기둥과 기둥 사이에 에폭시 수지를 충전하여 압전 재료를 제조할 수 있다.A piezoelectric material can be manufactured using a silicon mold having a plurality of holes by using a reactive ion etching method. A piezoelectric material can be manufactured by filling a hole in a silicon substrate with a piezoelectric ceramic, firing it under high temperature and pressure conditions, removing the silicon mold to form a columnar structure, and filling an epoxy resin between the column and the column.

그러나 이와 같은 방법에서, 압전 세라믹스를 소성할 때 압전 세라믹스와 실리콘이 확산 반응하는 문제가 발생할 수 있다. 다만, 확산 반응 문제를 억제하기 위해 실리콘 몰드에 질화실리콘 또는 산화실리콘 등의 보호막을 형성할 수 있으나, 보호막은 압전 세라믹스와 실리콘 간의 반응을 충분히 억제하기 어렵고, 제품 전체의 제조 비용을 상승시킨다는 문제점이 있다.However, in this method, when the piezoelectric ceramics are fired, there may be a problem that the piezoelectric ceramics and silicon are diffusion-reacted. However, in order to suppress the diffusion reaction problem, a protective film such as silicon nitride or silicon oxide can be formed on the silicon mold. have.

한국등록특허 제10-1288178호Korean Patent Registration No. 10-1288178 한국공개특허 제10-2016-0092755호Korean Patent Publication No. 10-2016-0092755

이에 본 발명은 2단계의 열처리를 통해 몰드의 제거가 완벽하게 이루어지고 압전 물질의 형상이 유지되어 고품질의 압전 물질을 구비할 수 있는 초음파 센서의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an ultrasonic sensor capable of providing a high-quality piezoelectric material by completely removing the mold and maintaining the shape of the piezoelectric material through two-step heat treatment.

본 발명의 일 특징에 따른 초음파 센서의 제조 방법은, 관통홀이 형성된 베이스 몰드를 구비하는 단계; 상기 관통홀에 압전 물질을 충진하여 압전 물질부를 형성하는 단계; 상기 압전 물질부를 구비하는 상기 베이스 몰드를 제1온도범위에서 제1차 열처리하는 단계; 상기 제1온도범위에서 제1열처리된 상기 압전 물질부를 구비하는 상기 베이스 몰드에서 상기 압전 물질부를 제외한 상기 베이스 몰드를 제거하는 단계; 상기 압전 물질부를 제2온도범위에서 제2차 열처리하는 단계; 압전 기둥부 사이에 형성된 여유 공간부에 절연 물질을 충진하여 절연부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an ultrasonic sensor, the method comprising: providing a base mold in which a through hole is formed; forming a piezoelectric material part by filling the through hole with a piezoelectric material; performing a first heat treatment on the base mold including the piezoelectric material part in a first temperature range; removing the base mold excluding the piezoelectric material portion from the base mold including the piezoelectric material portion subjected to a first heat treatment in the first temperature range; second heat treatment of the piezoelectric material part in a second temperature range; and filling the free space formed between the piezoelectric pillars with an insulating material to form an insulating part.

또한, 상기 제1온도범위는 상기 제2온도범위보다 낮은 온도범위인 것을 특징으로 한다.In addition, the first temperature range is characterized in that the lower temperature range than the second temperature range.

또한, 상기 제1온도범위는 500℃이상 700℃이하이고, 상기 제2온도범위는 1000℃이상 1200℃이하인 것을 특징으로 한다.In addition, the first temperature range is 500 °C or more and 700 °C or less, and the second temperature range is 1000 °C or more and 1200 °C or less.

또한, 상기 압전 물질부를 형성하는 단계는, 상기 관통홀 내부에 압전 물질을 충진하여 압전 기둥부를 형성하는 단계; 및 상기 압전 기둥부와 연결되도록 상기 베이스 몰들의 표면에 압전 지지부를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 절연부를 형성하는 단계 이후에 상기 압전 지지부를 제거하는 단계가 이루어지는 것을 특징으로 한다.The forming of the piezoelectric material portion may include: forming a piezoelectric pillar portion by filling the through hole with a piezoelectric material; and forming piezoelectric support parts on the surfaces of the base moles so as to be connected to the piezoelectric pillar parts, wherein the step of removing the piezoelectric support part is performed after forming the insulating part.

또한, 상기 압전 물질부의 적어도 일면에 제1전극을 형성하고, 나머지 일면에 상기 제1전극과 교차하는 방향으로 제2전극을 형성하는 단계; 및 상기 제1전극 상부에 상기 제1전극을 덮도록 음향 정합층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, forming a first electrode on at least one surface of the piezoelectric material part, and forming a second electrode on the other surface in a direction crossing the first electrode; and forming an acoustic matching layer on the first electrode to cover the first electrode.

또한, 상기 베이스 몰드는 실리콘 웨이퍼 재질인 것을 특징으로 한다.In addition, the base mold is characterized in that it is made of a silicon wafer material.

또한, 상기 베이스 몰드는 양극산화막 재질인 것을 특징으로 한다.In addition, the base mold is characterized in that the anodic oxide film material.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 초음파 센서의 제조 방법은, 2단계의 열처리 단계를 통해서 수직한 형상이 유지되고, 그 표면에 몰드가 완벽하게 제거된 상태의 고품질의 압전 기둥부를 구비하는 초음파 센서를 제조할 수 있다.As described above, in the method of manufacturing an ultrasonic sensor according to the present invention, a vertical shape is maintained through a two-step heat treatment step, and a high-quality piezoelectric column part with a mold completely removed from the surface of the ultrasonic sensor is provided. The sensor can be manufactured.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초음파 센서의 제조 방법을 이용하여 제조된 초음파 센서의 측정 실시 예를 개략적으로 도시한 도.
도 2는 도 1의 초음파 센서를 이용한 측정시 피검체의 부위에 따른 초음파 신호의 특성을 도시한 도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서의 제조 방법의 순서도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서의 제조 방법의 순서도.1 is a diagram schematically illustrating a measurement example of an ultrasonic sensor manufactured using a method of manufacturing an ultrasonic sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating characteristics of an ultrasonic signal according to a portion of an object under measurement when using the ultrasonic sensor of FIG. 1; FIG.
3 and 4 are flowcharts of a method of manufacturing an ultrasonic sensor according to a first preferred embodiment of the present invention.
4 and 5 are flowcharts of a method of manufacturing an ultrasonic sensor according to a second preferred embodiment of the present invention.

이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다.The following is merely illustrative of the principles of the invention. Therefore, those skilled in the art can devise various devices that, although not explicitly described or shown herein, embody the principles of the invention and are included in the spirit and scope of the invention. In addition, all conditional terms and examples listed herein are, in principle, explicitly intended for the purpose of understanding the inventive concept, and should be understood as not limited to the specifically enumerated embodiments and states.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.The above-described objects, features, and advantages will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the invention pertains will be able to easily practice the technical idea of the invention. .

본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시 도인 단면도 및/또는 사시도들을 참고하여 설명될 것이다. 이러한 도면들에 도시된 폭 및 영역들의 두께 등은 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다.Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and/or perspective views, which are ideal illustrative drawings of the present invention. The widths and thicknesses of regions shown in these drawings are exaggerated for effective description of technical content. The shape of the illustrative drawing may be modified due to manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in the form generated according to the manufacturing process.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법을 이용하여 제조된 초음파 센서(S)의 측정 실시 예를 개략적으로 도시한 도이고, 도 2는 도 1의 초음파 센서(S)를 이용한 측정시 피검체(F)의 부위에 따른 초음파 신호(w)의 특성을 도시한 도이다.1 is a diagram schematically illustrating a measurement embodiment of an ultrasonic sensor (S) manufactured using a method for manufacturing an ultrasonic sensor (S) according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is the ultrasonic sensor (S) of FIG. S) is a diagram showing the characteristics of the ultrasound signal w according to the part of the subject F when measuring.

도 1 및 도 2에 도시된 초음파 센서(S)는 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법 또는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법에 따라 제조된 초음파 센서(S)일 수 있다. The ultrasonic sensor S shown in FIGS. 1 and 2 is a manufacturing method of the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention or the manufacturing method of the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention. It may be an ultrasonic sensor (S) manufactured according to the method.

초음파 센서(S)는, 생체인식기술을 이용하여 사람의 신체적 특징을 추출하는 센서일 수 있다. 생체인식기술은 개인을 식별하거나 인증하는 기술로서 바이오 인식 기술이나 바이오매트릭스라고도 한다. 생체인식기술은 각 개인의 얼굴 모양과 얼굴 열상을 이용하는 얼굴 인식, 홍채를 이용하는 홍채인식, 정맥을 이용하는 정맥인식, 지문을 이용하는 지문인식과 그 외에 망막, 손모양 등을 이용하는 것을 포함한다.The ultrasonic sensor S may be a sensor that extracts a person's physical characteristics using biometric technology. Biometric technology is a technology that identifies or authenticates an individual and is also called biometric technology or biometrics. Biometric recognition technology includes face recognition using each individual's face shape and facial lacerations, iris recognition using iris, vein recognition using veins, fingerprint recognition using fingerprints, and other uses such as retina and hand shape.

이하에서는 일 예로서, 초음파 센서(S)를 통해서 손가락(F) 지문을 추출할 수 있다. Hereinafter, as an example, the fingerprint of the finger F may be extracted through the ultrasonic sensor S.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제1, 2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법에 의해 제조된 초음파 센서(이하, '초음파 센서(S)'라 함.)는, 압전 기둥부(12a) 및 압전 기둥부(12a) 사이에 구비된 절연부(16)을 포함하는 센싱부, 센싱부의 상부에 구비되는 제1전극(11), 센싱부의 하부에 구비되는 제2전극(13), 제1전극(11)의 상부에 제1전극(11)을 덮는 형태로 구비되는 음향 정합층(10) 및 제2전극(13)의 하부에 제2전극(13)을 덮는 형태로 구비되는 후면층(14)을 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 1, the ultrasonic sensor manufactured by the manufacturing method of the ultrasonic sensor (S) according to the first and second preferred embodiments of the present invention (hereinafter referred to as 'ultrasonic sensor (S)') is, A sensing unit including the piezoelectric pillar unit 12a and the insulating unit 16 provided between the piezoelectric pillar unit 12a, the first electrode 11 provided above the sensing unit, and the second electrode provided below the sensing unit. (13), the acoustic matching layer 10 provided in the form of covering the first electrode 11 on the upper part of the first electrode 11 and the form of covering the second electrode 13 on the lower part of the second electrode 13 It may be configured to include the back layer 14 provided with.

도 1에 도시된 바와 같이, 일 예로, 초음파 센서(S)는 피검체(F)로서 손가락(F)의 지문을 측정할 수 있다.As shown in FIG. 1 , for example, the ultrasonic sensor S may measure the fingerprint of the finger F as the subject F. As shown in FIG.

손가락(F) 지문은 주변의 다른 피부 영역보다 상대적으로 돌출된 마루(RIDGE) 영역과, 마루(R) 영역 및 주변의 다른 피부 영역보다 상대적으로 돌출되지 않고 움푹 패인 형태의 골(VALLEY) 영역을 포함할 수 있다. Finger (F) fingerprints have a RIDGE area that protrudes relatively than other surrounding skin areas, and a hollow VALLEY area that does not protrude relative to the RID and other surrounding skin areas. may include

초음파 센서(S)는, 일정 주파수의 초음파 신호(w)가 골(VALLEY)과 마루(RIDGE)에서 반사되는 경우, 각각의 골(V)과 마루(R)에서의 음향 임피던스 차이를 초음파 발생원인 해당 압전 기둥부(12a)를 이용해 측정하여 지문을 감지할 수 있다.The ultrasonic sensor (S), when an ultrasonic signal (w) of a certain frequency is reflected from the valley (VALLEY) and the ridge (RIDGE), the difference in the acoustic impedance at each valley (V) and the ridge (R) is the ultrasonic generation source A fingerprint may be detected by measuring using the corresponding piezoelectric column 12a.

상세히 설명하면, 손가락(F) 방향으로 인가된 초음파 신호(w)는 손가락(F)의 표면 또는 그 내부로부터 반사될 수 있다. 손가락(F)으로부터 반사된 반사 초음파 신호는 압전 기둥부(12a) 상부에 구비된 제1전극(11)으로 수신되고, 압전 기둥부(12a)를 통해서 초음파 신호 측정부(미도시)로 전달될 수 있다. In detail, the ultrasound signal w applied in the direction of the finger F may be reflected from the surface of the finger F or the inside thereof. The reflected ultrasonic signal reflected from the finger F is received by the first electrode 11 provided on the piezoelectric column 12a, and is transmitted to the ultrasonic signal measuring unit (not shown) through the piezoelectric column 12a. can

도 2에 도시된 바와 같이, 초음파 센서(S)는 상면에 접촉된 손가락(F) 방향으로 초음파 신호(w)를 인가할 수 있다. 도 2에서 마루(R) 영역 및 골(V) 영역에서의 초음파 신호(w)의 이동 방향은 화살표로 도시된다.As shown in FIG. 2 , the ultrasonic sensor S may apply the ultrasonic signal w in the direction of the finger F in contact with the upper surface. In FIG. 2 , the direction of movement of the ultrasound signal w in the crest (R) region and the valley (V) region is indicated by arrows.

초음파 센서(S)의 상면에 직접 접촉되는 지문의 마루(R) 영역에서는 초음파 신호(wa1)의 대부분의 신호(wa2)가 손가락(F)의 표면을 통과할 수 있다. 한편, 일부 신호(wa3)는 마루(R) 영역의 표면에서 반사될 수 있다. 마루(R) 영역에서 손가락(F)의 표면을 통과하여 내부로 반사된 초음파 신호(wa2)는 손가락(F) 내부에서 흡수되거나 초음파 센서(S)방향으로 되돌아올 수 있다. In the crest R region of the fingerprint that is in direct contact with the upper surface of the ultrasonic sensor S, most of the signals wa2 of the ultrasonic signals wa1 may pass through the surface of the finger F. Meanwhile, some signals wa3 may be reflected from the surface of the crest R region. The ultrasonic signal wa2 reflected inward through the surface of the finger F in the crest R region may be absorbed inside the finger F or may return to the ultrasonic sensor S direction.

초음파 센서(S)는 초음파 센서(S)의 표면과 접촉하지 않는 골(V) 영역으로 초음파 신호를 인가할 수 있다. 골(V) 영역으로 인가된 초음파 신호(wb1) 중 대부분의 초음파 신호(wb3)는 초음파 센서(S)의 표면과 골(V) 영역 사이에 존재하는 공기층(A)과의 경계면(b)에서 반사될 수 있다. 한편, 일부의 초음파 신호(wb2)는 공기층(A)을 통해서 손가락(F) 내부로 흡수될 수 있다.The ultrasonic sensor S may apply an ultrasonic signal to the bone V region that does not come into contact with the surface of the ultrasonic sensor S. Most of the ultrasonic signals wb3 among the ultrasonic signals wb1 applied to the bone (V) region are at the interface (b) between the surface of the ultrasonic sensor (S) and the air layer (A) existing between the bone (V) region. can be reflected. Meanwhile, a portion of the ultrasonic signal wb2 may be absorbed into the finger F through the air layer A.

도 2에 도시된 바와 같이, 골(V) 영역에서는 초음파 센서(S)의 상면에 손가락(F)의 피부가 접촉되지 않음에 따라, 초음파 센서(S)와 손가락(F)간의 접촉면인 초음파 센서(S)의 상면과 공기층(A)에 존재하는 공기와의 매질 차이로 인해, 압전 기둥부(12a)에서 생성되는 초음파 신호(wb3)의 대부분이 초음파 센서(S)의 접촉면을 통과하지 못한다. 다시 말해, 초음파 센서(wb3)의 대부분이 접촉면에서 반사될 수 있다.As shown in FIG. 2 , as the skin of the finger F does not contact the upper surface of the ultrasonic sensor S in the bone V region, the ultrasonic sensor that is the contact surface between the ultrasonic sensor S and the finger F Most of the ultrasonic signal wb3 generated from the piezoelectric column 12a does not pass through the contact surface of the ultrasonic sensor S due to the difference in the medium between the upper surface of S and the air present in the air layer A. In other words, most of the ultrasonic sensor wb3 may be reflected from the contact surface.

반면에, 마루(R) 영역에서는 초음파 센서(S)의 접촉면에 직접 접촉되는 마루(R) 영역과 대응하는 압전 기둥부(12a)에서 생성되는 초음파 신호(wa2)의 대부분이 초음파 센서(S)의 접촉면을 통과할 수 있다. 한편, 압전 기둥부(12a)에서 생성된 초음파 신호(wa3) 중 일부만이 반사되어 되돌아올 수 있다. On the other hand, in the crest (R) region, most of the ultrasonic signals wa2 generated from the piezoelectric pillar part 12a corresponding to the crest (R) region in direct contact with the contact surface of the ultrasonic sensor S are generated by the ultrasonic sensor S can pass through the contact surface of On the other hand, only a part of the ultrasonic signal wa3 generated by the piezoelectric pillar part 12a may be reflected and returned.

도 2에서는 마루(R) 영역 및 골(V) 영역에서 반사되는 초음파 신호(구체적으로 마루(R) 영역의 경우, 초음파 신호(wa3), 골(V) 영역의 경우, 초음파 신호(wb3))의 세기에 따라 화살표의 굵기가 다르게 구분되어 도시된다.In FIG. 2 , an ultrasound signal reflected from the crest (R) region and the valley (V) region (specifically, in the case of the crest (R) region, the ultrasound signal wa3, in the case of the valley (V) region, the ultrasound signal wb3)) According to the strength of the arrow, the thickness of the arrow is divided and shown.

도 2에 도시된 바와 같이, 초음파 센서(S)로 반사되는 초음파 신호(w)의 세기는 각 영역에서의 음향 임피던스에 따라 결정될 수 있다. 이에 따라 초음파 센서(S)는 마루(R) 영역 및 골(V) 영역에서 초음파 신호(w)에 의해 생성되는 음향 임피던스 차이를 각각의 영역과 대응하는 압전 기둥부(12a)로부터 측정할 수 있다. 초음파 센서(S)는 측정된 음향 임피 던스 차이를 통해서 해당 압전 기둥부(12a)가 지문의 어느 영역(구체적으로, 마루(R) 영역 및 골(V) 영역)에 대응하는 압전 기둥부(12a)인지를 판단할 수 있다.As shown in FIG. 2 , the intensity of the ultrasonic signal w reflected by the ultrasonic sensor S may be determined according to the acoustic impedance in each region. Accordingly, the ultrasonic sensor S can measure the difference in acoustic impedance generated by the ultrasonic signal w in the crest R region and the valley V region from the piezoelectric column 12a corresponding to each region. . The ultrasonic sensor S determines that the piezoelectric pillar 12a corresponds to a certain area of the fingerprint (specifically, the crest (R) area and the valley (V) area) through the measured acoustic impedance difference. ) can be determined.

초음파 센서(S)는 반사된 초음파 신호(w)의 세기에 따라 각각의 영역을 판단하여 이를 패턴화 함으로써 지문을 인식할 수 있다. The ultrasonic sensor S may recognize a fingerprint by determining each area according to the intensity of the reflected ultrasonic signal w and patterning it.

위와 같은 초음파 센서(S)는 본 발명의 바람직한 제1, 2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법에 의해 제조됨으로써, 고품질의 압전 기둥부(12a)를 구비하는 초음파 센서(S)로 구현될 수 있다.The ultrasonic sensor (S) as described above is manufactured by the manufacturing method of the ultrasonic sensor (S) according to the first and second preferred embodiments of the present invention, and thus is an ultrasonic sensor (S) having a high-quality piezoelectric column part (12a). can be implemented.

도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법의 순서도이다.3 and 4 are flowcharts of a manufacturing method of the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 관통홀(h)이 형성된 베이스 몰드(BM)를 구비하는 단계(S1), 관통홀(h)에 압전 물질을 충진하여 압전 물질부(12)를 형성하는 단계(S2), 압전 물질부(12)를 구비하는 베이스 몰드(BM)를 제1온도범위에서 제1차 열처리하는 단계(S3), 제1온도 범위에서 제1차 열처리된 압전 물질부(12)를 구비하는 베이스 몰드(BM)에서 압전 물질부(12)를 제외한 베이스 몰드(BM)를 제거하는 단계(S4), 압전 물질부(12)를 제2온도범위에서 제2차 열처리하는 단계 및 압전 물질부(12) 사이에 형성된 여유 공간부(15)에 절연 물질을 충진하여 절연부(16)를 형성하는 단계(S5)를 포함하여 구성될 수 있다.In the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention, a step (S1) of providing a base mold BM in which a through hole h is formed, a piezoelectric material is filled in the through hole h. to form the piezoelectric material part 12 (S2), performing a first heat treatment of the base mold BM including the piezoelectric material part 12 in a first temperature range (S3), in a first temperature range Removing the base mold BM excluding the piezoelectric material portion 12 from the base mold BM having the first heat-treated piezoelectric material portion 12 (S4), the piezoelectric material portion 12 is formed by a second Secondary heat treatment in a temperature range and filling the free space 15 formed between the piezoelectric material parts 12 with an insulating material to form the insulating part 16 (S5) may be included. .

본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법에서는, 베이스 몰드(BM)의 재질이 실리콘 웨이퍼 재질일 수 있다.In the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention, the material of the base mold BM may be a silicon wafer material.

도 3에 도시된 바와 같이, 관통홀(h)을 구비하는 실리콘 웨이퍼 재질의 베이스 몰드(BM)를 구비할 수 있다.(S1)As shown in FIG. 3 , a base mold BM made of a silicon wafer material having a through hole h may be provided. (S1)

베이스 몰드(BM)를 실리콘 웨이퍼 재질로 구비할 경우, 포토 레지스트 공정을 통해 관통홀(h)을 구비할 수 있다. When the base mold BM is made of a silicon wafer material, a through hole h may be provided through a photoresist process.

상세히 설명하면, 먼저, 베이스 몰드(BM)로 이용할 관통홀(h)이 형성되지 않은 실리콘 웨이퍼 재질의 원형 몰드를 구비할 수 있다. 그런 다음, 실리콘 웨이퍼 재질의 원형 몰드의 상면에 포토 레지스트를 증착한다. 그런 다음, 제작하려고 하는 관통홀(h)의 형상의 마스크 패턴이 부착된 유리 기판을 실리콘 웨이퍼 재질의 원형 몰드 상에 정렬할 수 있다. 그런 다음 포토 레지스트를 노광시켜 마스크 패턴이 존재하지 않는 영역의 포토 레지스트를 제거할 수 있다. 이에 따라 실리콘 웨이퍼 재질의 원형 몰드에는 노광 공정에 의해 노광되지 않은 영역의 포토 레지스트는 잔존하고, 노광된 영역의 포토 레지스트는 제거될 수 있다.In detail, first, a circular mold made of a silicon wafer material in which a through hole h to be used as the base mold BM is not formed may be provided. Then, a photoresist is deposited on the upper surface of a circular mold made of silicon wafer material. Then, the glass substrate to which the mask pattern of the shape of the through hole h to be manufactured is attached may be aligned on a circular mold made of a silicon wafer material. Then, the photoresist may be exposed to remove the photoresist in the region where the mask pattern does not exist. Accordingly, in the circular mold made of the silicon wafer material, the photoresist in the unexposed region may remain and the photoresist in the exposed region may be removed by the exposure process.

마스크 패턴에 따라 적어도 일부의 포토 레지스트만이 잔존하는 실리콘 웨이퍼 재질의 원형 몰드는, 포토 레지스트가 제거된 영역이 식각되어 관통홀(h)이 형성될 수 있다.In a circular mold made of a silicon wafer material in which at least a portion of the photoresist remains according to the mask pattern, a region from which the photoresist is removed may be etched to form a through hole h.

실리콘 웨이퍼 재질의 원형 몰드를 에칭하는 식각 공정으로는, 습식 식각법과, 건식 식각법이 이용될 수 있다.As an etching process for etching a circular mold made of a silicon wafer material, a wet etching method and a dry etching method may be used.

습식 식각법은 화학 용액을 이용하여 실리콘 웨이퍼 몰드의 표면과 화학 반응을 일으켜 실리콘 웨이퍼 재질의 원형 몰드의 일부분을 제거하는 방법이다. The wet etching method is a method of removing a part of a circular mold made of a silicon wafer material by causing a chemical reaction with the surface of the silicon wafer mold using a chemical solution.

건식 식각법은 반응 가스를 진공 챔버에 주입시킨 후 파워를 인가하여 플라즈마를 형성시키고, 실리콘 웨이퍼 재질의 원형 몰드의 표면과 화학적 또는 물리적으로 반응시켜 실리콘 웨이퍼 재질의 원형 몰드의 일부분을 제거하는 공정이다.The dry etching method is a process of removing a part of a circular mold made of silicon wafer by injecting a reactive gas into a vacuum chamber, applying power to form plasma, and chemically or physically reacting with the surface of a circular mold made of silicon wafer. .

이처럼 실리콘 웨이퍼 재질의 원형 몰드에 관통홀(h)을 형성하는 식각 공정은 습식 식각법 또는 건식 식각법이 이용될 수 있으나, 건식 식각법은 습식 식각법의 언더컷 발생 및 정확한 패턴 형성의 단점을 보완할 수 있으므로, 실리콘 웨이퍼 재질의 원형 몰드는, 바람직하게는, 건식 식각법이 이용되어 관통홀(h)을 형성할 수 있다.As described above, wet etching or dry etching may be used for the etching process of forming the through-hole h in the circular mold made of silicon wafer material, but the dry etching method compensates for the disadvantages of undercut generation and accurate pattern formation of the wet etching method. Therefore, the circular mold made of a silicon wafer material, preferably, a dry etching method may be used to form the through hole (h).

건식 식각법을 이용하여 관통홀(h)을 형성할 경우, 일 예로서, 물리적 식각인 DRIE(Deep reactive ion etching) 공정이 이용될 수 있다. DRIE 공정은 반응성 가스를 진공 챔버 내에 주입한 다음 에너지원에 의해 가스를 해리함으로써 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마 내에서 발생한 이온을 전계에서 가속하여 실리콘 웨이퍼 재질의 원형 몰드의 표면위에 충돌시켜 스퍼터링에 의해 식각해낼 수 있다.When the through-hole h is formed using the dry etching method, as an example, a deep reactive ion etching (DRIE) process, which is a physical etching process, may be used. The DRIE process generates plasma by injecting a reactive gas into a vacuum chamber and then dissociating the gas by an energy source. The ions generated in the plasma are accelerated in an electric field and collided on the surface of a circular mold made of silicon wafer, which can then be etched out by sputtering.

실리콘 웨이퍼 재질의 원형 몰드에 식각 공정을 수행한 다음, 표면에 잔존하는 적어도 일부의 포토 레지스트를 제거하면, 관통홀(h)이 형성된 실리콘 웨이퍼 재질의 베이스 몰드(BM)가 구비될 수 있다.When an etching process is performed on a circular mold made of a silicon wafer material and then at least a portion of the photoresist remaining on the surface is removed, a base mold BM made of a silicon wafer material in which a through hole h is formed may be provided.

그런 다음, 관통홀(h)에 압전 물질을 충진하여 압전 물질부(12)를 형성하는 단계가 이루어질 수 있다.(S2)Then, a step of forming the piezoelectric material part 12 by filling the through hole h with a piezoelectric material may be performed (S2).

S2단계의 압전 물질부(12)를 형성하는 단계는, 관통홀(h) 내부에 압전 물질을 충진하여 압전 기둥부(12a)를 형성하는 단계(S2-1) 및 압전 기둥부(12a)와 연결되도록 베이스 몰드(BM)의 표면에 압전 지지부(12b)를 형성하는 단계(S2-2)를 포함하여 구성될 수 있다.The step of forming the piezoelectric material part 12 of step S2 includes the steps of filling the through hole h with a piezoelectric material to form the piezoelectric pillar part 12a ( S2-1) and the piezoelectric pillar part 12a and It may be configured to include a step (S2-2) of forming the piezoelectric support 12b on the surface of the base mold BM to be connected.

압전 물질부(12)를 형성하는 단계에서는, 바람직하게는, S2-1의 압전 기둥부(12a)를 형성하는 단계가 먼저 수행될 수 있다. S2-1단계에서, 압전 기둥부(12a)를 형성하기 위해 관통홀(h)에 압전 물질을 충진하는 과정이 수행될 수 있다. In the step of forming the piezoelectric material part 12, preferably, the step of forming the piezoelectric pillar part 12a of S2-1 may be performed first. In step S2-1, a process of filling the through hole h with a piezoelectric material to form the piezoelectric pillar part 12a may be performed.

압전 물질은 제1, 2전극(11, 13)으로부터 전압을 인가받아 초음파 신호를 생성하는 물질로서, 기계적인 힘을 전기적인 신호로 변환하거나 또는 전기적인 신호를 기계적인 힘으로 변환하는 역할을 하는 물질일 수 있다. 예를 들어, 압전 물질은 PZT, PST, Quartz(Pb, Sm), TiO₃,PMN(Pb(MgNb)O₃)-PT(PbTiO₃), PVDF 또는 PVDF-TrFe 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.The piezoelectric material is a material that generates an ultrasonic signal by receiving a voltage from the first and second electrodes 11 and 13, and serves to convert a mechanical force into an electric signal or convert an electric signal into a mechanical force. It may be a substance. For example, piezoelectric materials are PZT, PST, Quartz(Pb, Sm), TiO ₃ ,It may include at least one of PMN(Pb(MgNb)O ₃ )-PT(PbTiO ₃ ), PVDF, and PVDF-TrFe.

압전 물질은 일 예로서, 마스크가 채용된 스퍼터링법, 원자층 증착법을 이용하여 관통홀(h)에 구비될 수 있다.The piezoelectric material may be provided in the through hole h using, for example, a sputtering method employing a mask or an atomic layer deposition method.

또한, 관통홀(h)에 압전 물질을 충진할 경우, 베이스 몰드(BM)의 일면에 별도의 진공 펌프를 설치하여 관통홀(h) 내부로의 음압을 형성시켜 압전 물질의 유입이 보다 효율적으로 이루어지도록 할 수 있다.In addition, when filling the through hole (h) with a piezoelectric material, a separate vacuum pump is installed on one surface of the base mold (BM) to form a negative pressure inside the through hole (h), so that the inflow of the piezoelectric material is more efficient can make it happen

S2-1단계에서 관통홀(h)에 충진되는 압전 물질은 관통홀(h)의 높이보다 오버 충진될 수 있다. 이는 S2-2단계에서 압전 기둥부(12a)와 연결되도록 베이스 몰드(BM)의 표면에 형성되는 압전 지지부(12b)를 쉽게 구비하기 위함일 수 있다.The piezoelectric material filled in the through-hole h in step S2-1 may be overfilled than the height of the through-hole h. This may be to easily provide the piezoelectric support portion 12b formed on the surface of the base mold BM to be connected to the piezoelectric column portion 12a in step S2-2.

S2-1단계에서, 관통홀(h)의 내부에 압전 물질이 충진됨으로써, 베이스 몰드(BM)에는 압전 기둥부(12a)가 구비될 수 있다.In step S2-1, the piezoelectric material is filled in the through hole h, so that the base mold BM may be provided with the piezoelectric pillar part 12a.

그런 다음, S2-1단계와 연속적인 일련의 과정으로 S2-2단계가 이루어질 수 있다. Then, step S2-2 may be performed as a series of processes continuous with step S2-1.

본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, S2-2단계에서, 압전 기둥부(12a)와 연결되도록 베이스 몰드(BM)의 표면에 압전 지지부(12b)를 형성할 수 있다.In the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention, in step S2-2, a piezoelectric support portion 12b is formed on the surface of the base mold BM to be connected to the piezoelectric pillar portion 12a. can do.

관통홀(h)에 압전 물질을 오버 충진하여 압전 지지부(12b)를 형성하는 방법과 달리, 압전 지지부(12b)는 압전 지지부(12b)를 구비할 베이스 몰드(BM)의 적어도 어느 한 표면에 일 예로서, 스퍼터링법, 원자층 증착법을 이용하여 구비될 수도 있다. 도 3에서는 일 예로서, 베이스 몰드(BM)의 하부 표면에 압전 지지부(12b)가 형성될 수 있다. Unlike the method of forming the piezoelectric support 12b by over-filling the through-hole h with a piezoelectric material, the piezoelectric support 12b is formed on at least one surface of the base mold BM to be provided with the piezoelectric support 12b. For example, it may be provided using a sputtering method or an atomic layer deposition method. In FIG. 3 , as an example, the piezoelectric support 12b may be formed on the lower surface of the base mold BM.

본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, S2-1 단계에서 형성되는 압전 기둥부(12a)를 지지하고, 압전 기둥부(12a)의 간격이 유지될 수 있도록 하기 위해 S2-2 단계에서 압전 지지부(12b)를 형성할 수 있다.In the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention, the piezoelectric pillar portion 12a formed in step S2-1 is supported, and the distance between the piezoelectric pillar portions 12a can be maintained. In order to do this, the piezoelectric support 12b may be formed in step S2-2.

본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, S2-1단계에서 관통홀(h) 내부에 압전 기둥부(12a)를 형성하고, S2-2단계에서, 압전 기둥부(12a)와 연결되도록 베이스 몰드(BM)의 표면에 압전 지지부(12b)를 형성함으로써, 압전 기둥부(12a) 및 압전 지지부(12b)를 포함하는 압전 물질부(12)를 형성할 수 있다. In the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention, the piezoelectric pillar part 12a is formed in the through hole h in step S2-1, and in step S2-2, the piezoelectric pillar is formed. By forming the piezoelectric support part 12b on the surface of the base mold BM to be connected to the part 12a, the piezoelectric material part 12 including the piezoelectric pillar part 12a and the piezoelectric support part 12b may be formed. .

한편, 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, S2-2단계에서, 압전 기둥부(12a)와 연결되는 압전 지지부(12b)를 형성한 다음, 압전 지지부(12b)의 하부에 압전 지지판을 구비할 수도 있다. 이는 압전 지지부(12b)가 압전 기둥부(12a)를 지지하는데에 있어서, 강도를 보강하기 위해 구비될 수 있다.On the other hand, in the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention, in step S2-2, the piezoelectric support part 12b connected to the piezoelectric pillar part 12a is formed, and then the piezoelectric support part ( A piezoelectric support plate may be provided at the lower part of 12b). This may be provided in order to reinforce the strength of the piezoelectric support part 12b in supporting the piezoelectric pillar part 12a.

압전 지지판은 접착제를 통해 압전 지지부(12b)의 하부에 접합되는 형태로 구비될 수 있다. 이 경우, 접착제로는, 바람직하게는, 세라믹 접착제가 이용될 수 있다.The piezoelectric support plate may be provided in a form that is bonded to the lower portion of the piezoelectric support portion 12b through an adhesive. In this case, as the adhesive, preferably, a ceramic adhesive may be used.

압전 지지판은 압전 물질부(12)의 압전 재질과 동종의 재질로 구성될 수 있다. 이로 인해 압전 지지판은 압전 물질부(12)와 유사 및/또는 동일한 열팽창 계수를 가질 수 있다. 그 결과 제1, 2열처리 단계에서 압전 물질부(12) 및 압전 지지판이 열처리되면서 열팽창하더라도, 서로 다른 열팽창률로 열팽창하여 접착 부위가 파손되는 문제가 방지될 수 있다.The piezoelectric support plate may be made of the same material as the piezoelectric material of the piezoelectric material part 12 . Due to this, the piezoelectric support plate may have a coefficient of thermal expansion similar to and/or the same as that of the piezoelectric material portion 12 . As a result, even if the piezoelectric material part 12 and the piezoelectric support plate thermally expand while being heat-treated in the first and second heat treatment steps, the problem of damage to the adhesive portion due to thermal expansion at different coefficients of thermal expansion can be prevented.

이와는 달리, 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, S2-1단계에서 관통홀(h)의 높이만큼만 압전 물질을 충진하여 압전 기둥부(12a)를 형성한 다음, 압전 기둥부(12a)의 하부에 압전 지지판을 구비할 수도 있다. 이 경우, 압전 지지판은 접착제를 이용하여 압전 기둥부(12a)의 하부에 접합될 수 있다. 접착제로는, 바람직하게는 세라믹 접착제가 이용될 수 있다.In contrast to this, in the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention, the piezoelectric pillar portion 12a is formed by filling only the height of the through hole h in step S2-1 with a piezoelectric material. Next, a piezoelectric support plate may be provided under the piezoelectric pillar part 12a. In this case, the piezoelectric support plate may be bonded to the lower portion of the piezoelectric pillar part 12a using an adhesive. As the adhesive, a ceramic adhesive may be preferably used.

이와는 달리, 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, S2-1단계를 수행하기 전에, 베이스 몰드(BM)의 하부에 압전 지지판을 구비할 수도 있다. 다시 말해, 관통홀(h)에 압전 물질을 충진하기 전에 압전 지지판을 베이스 몰드(BM)의 하부에 접합하는 과정을 수행할 수 있다. 이 경우, 압전 지지판은 접착제에 의해 베이스 몰드(BM)의 하부에 접합될 수 있다. 접착제로는, 바람직하게는 세라믹 접착제가 이용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 관통홀(h)에 압전 물질을 충진하기 전에 베이스 몰드(BM)의 하부에 압전 지지판을 구비한 다음, 관통홀(h)에 압전 물질을 충진하여 압전 기둥부(12a)를 형성할 수 있다.Alternatively, in the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention, before performing step S2-1, a piezoelectric support plate may be provided under the base mold BM. In other words, before filling the piezoelectric material in the through hole h, a process of bonding the piezoelectric support plate to the lower portion of the base mold BM may be performed. In this case, the piezoelectric support plate may be bonded to the lower portion of the base mold BM by an adhesive. As the adhesive, a ceramic adhesive may be preferably used. In the manufacturing method of the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention, a piezoelectric support plate is provided under the base mold BM before the piezoelectric material is filled in the through hole h, and then the through hole ( h) may be filled with a piezoelectric material to form the piezoelectric pillar portion 12a.

그런 다음, 압전 물질부(12)를 구비하는 베이스 몰드(BM)를 제1온도범위에서 제1차 열처리하는 단계가 수행될 수 있다.(S3)Then, the first heat treatment of the base mold BM including the piezoelectric material part 12 in a first temperature range may be performed (S3).

제1차 열처리 단계가 수행되는 제1온도범위는 500℃이상 700℃이하일 수 있다.The first temperature range in which the first heat treatment step is performed may be 500 °C or more and 700 °C or less.

제1차 열처리 단계는, 압전 물질부(12)를 경화시키고, 베이스 몰드(BM)를 제거하는 단계(S4)를 효율적으로 수행하기 위해 수행될 수 있다. 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 상대적으로 낮은 온도 범위를 갖는 제1온도범위에서 제1차 열처리 단계를 수행함으로써, 제1온도범위에 의해 압전 물질부(12)가 구비된 베이스 몰드(BM)의 온도가 어느 정도 상승하더라도, 압전 물질부(12)와 베이스 몰드(BM)간의 확산 반응이 최소화될 수 있다.The first heat treatment step may be performed to efficiently perform the step S4 of hardening the piezoelectric material part 12 and removing the base mold BM. In the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to a first preferred embodiment of the present invention, the first heat treatment step is performed in a first temperature range having a relatively low temperature range, and thus the piezoelectric material part is formed by the first temperature range. Even if the temperature of the base mold BM provided with 12 increases to some extent, the diffusion reaction between the piezoelectric material part 12 and the base mold BM may be minimized.

상세히 설명하면, 제1온도범위는 압전 물질부(12)를 경화시킬 수 있을 정도의 온도범위이나, 충분히 소결시키기 위한 온도범위보다는 낮은 온도 범위일 수 있다. 이에 따라, 제1온도범위에서 제1차 열처리 단계를 수행할 경우, 압전 물질부(12)는 어느 정도 경화되고, 제1온도범위보다 높은 온도범위를 갖는 고온의 소결 공정에 의해 발생하는 압전 물질부(12)와 베이스 몰드(BM)간의 확산 반응을 최소화할 수 있다.In detail, the first temperature range may be a temperature range sufficient to harden the piezoelectric material part 12 , but may be a temperature range lower than a temperature range for sufficiently sintering the piezoelectric material part 12 . Accordingly, when the first heat treatment step is performed in the first temperature range, the piezoelectric material part 12 is cured to some extent, and the piezoelectric material generated by the high-temperature sintering process having a temperature range higher than the first temperature range. The diffusion reaction between the part 12 and the base mold BM can be minimized.

종래의 경우, 압전 재료를 구비하는 실리콘 웨이퍼 재질의 몰드를 소결시키는 공정이 한번만 수행될 수 있다. 이 때, 압전 재료를 충분히 소결시키기 위해 1000℃이상의 고온에서 소결 공정이 수행될 수 있다. 그런데, 이와 같은 고온의 소결 공정에 의해 압전 재료와 실리콘 웨이퍼 재질의 몰드의 계면에서 확산 반응이 일어날 수 있다. 이로 인해 압전 재료의 물성이 변화되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 압전 재료를 제외한 실리콘 웨이퍼 재질의 몰드를 제거할 경우, 소결 공정에서 발생한 확산 반응 때문에 압전 재료와 실리콘 웨이퍼 재질의 몰드의 계면에서 실리콘 웨이퍼 재질의 몰드가 완벽히 제거되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 그 결과 특성이 저하된 압전 재료가 형성되게 된다.In the conventional case, the process of sintering the mold of the silicon wafer material including the piezoelectric material may be performed only once. At this time, in order to sufficiently sinter the piezoelectric material, the sintering process may be performed at a high temperature of 1000° C. or higher. However, a diffusion reaction may occur at the interface between the mold made of the piezoelectric material and the silicon wafer material by the high-temperature sintering process. This may cause a problem in that the physical properties of the piezoelectric material are changed. In addition, when a mold made of a silicon wafer material other than a piezoelectric material is removed, a problem in that the mold made of the silicon wafer material is not completely removed from the interface between the mold made of the piezoelectric material and the silicon wafer material due to a diffusion reaction generated in the sintering process may occur. As a result, a piezoelectric material with deteriorated properties is formed.

하지만, 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 상대적으로 낮은 온도 범위의 500℃이상 700℃이하의 제1온도범위에서 제1차 열처리 단계를 수행함으로써, 압전 물질부(12)는 경화시키고, 압전 물질부(12)와 베이스 몰드(BM)의 계면에서 확산 반응이 발생하는 것은 최소화할 수 있다.However, in the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention, the first heat treatment step is performed in a first temperature range of 500 ° C to 700 ° C in a relatively low temperature range, The material portion 12 is cured, and diffusion reaction occurring at the interface between the piezoelectric material portion 12 and the base mold BM can be minimized.

이로 인해 도 3에 도시된 S4 단계에서, 압전 물질부(12)를 구비하는 베이스 몰드(BM)에서 압전 물질부(12)를 제외한 베이스 몰드(BM)를 제거할 경우, 압전 물질부(12)와 베이스 몰드(BM)의 계면에서 베이스 몰드(BM)만이 완벽히 제거될 수 있다.For this reason, in step S4 shown in FIG. 3 , when the base mold BM excluding the piezoelectric material part 12 is removed from the base mold BM including the piezoelectric material part 12 , the piezoelectric material part 12 . Only the base mold BM can be completely removed at the interface between the base mold BM and the base mold BM.

본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, S2-1 단계 및 S2-2 단계를 수행함으로써, 압전 기둥부(12a) 및 압전 기둥부(12a)와 연결되도록 압전 기둥부(12a)의 하부에 형성되어 상면에서 압전 기둥부(12a)를 지지하는 압전 지지부(12b)를 포함하는 압전 물질부(12)를 구비할 수 있다. 이에 따라, S4 단계에서, 압전 물질부(12)를 제외한 베이스 몰드(BM)만을 제거하더라도, 압전 물질부(12)의 형상이 유지될 수 있다.In the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention, by performing steps S2-1 and S2-2, the piezoelectric pillar part 12a and the piezoelectric pillar part 12a are connected to each other. The piezoelectric material part 12 including a piezoelectric support part 12b which is formed under the pillar part 12a and supports the piezoelectric pillar part 12a from an upper surface may be provided. Accordingly, even if only the base mold BM excluding the piezoelectric material part 12 is removed in step S4 , the shape of the piezoelectric material part 12 may be maintained.

도 3의 S4 단계에 도시된 바와 같이, 압전 기둥부(12a)는 압전 지지부(12b)의 상면에 의해 지지되고, 압전 기둥부(12a)간의 간격이 유지된 상태로 형성될 수 있다.As shown in step S4 of FIG. 3 , the piezoelectric pillar part 12a is supported by the upper surface of the piezoelectric support part 12b and may be formed in a state in which the distance between the piezoelectric pillar parts 12a is maintained.

그런 다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 압전 물질부(12)를 제2온도범위에서 제2차 열처리하는 단계가 수행될 수 있다.(S5)Then, as shown in FIG. 4 , a second heat treatment step of the piezoelectric material part 12 in a second temperature range may be performed (S5).

제2차 열처리 단계가 수행되는 제2온도범위는 1000℃이상 1200℃이하일 수 있다.The second temperature range in which the second heat treatment step is performed may be 1000°C or more and 1200°C or less.

본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 제2온도범위에서 제2차 열처리 단계를 수행함으로써, 압전 물질부(12)를 완전히 소결시킬 수 있다. 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 제2차 열처리 단계에 의해 고유의 특성을 구비하는 압전 물질부(12)를 구비할 수 있다.In the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention, the piezoelectric material part 12 can be completely sintered by performing the second heat treatment step in the second temperature range. The method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention may include the piezoelectric material part 12 having intrinsic characteristics by the second heat treatment step.

압전 물질부(12)는 제거된 베이스 몰드(BM) 존재 영역에 의해 압전 기둥부(12a) 사이에 여유 공간부(15)가 형성될 수 있다. 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 압전 기둥부(12a) 사이에 형성된 여유 공간부(15)에 절연 물질을 충진하여 절연부(16)를 형성하는 단계를 수행할 수 있다.(S6)In the piezoelectric material part 12 , the free space part 15 may be formed between the piezoelectric pillar parts 12a by the removed base mold BM existing region. The manufacturing method of the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention comprises the steps of forming the insulating part 16 by filling the free space part 15 formed between the piezoelectric pillar parts 12a with an insulating material. (S6)

절연부(16)는 압전 기둥부(12a) 사이에 형성되어 압전 기둥부(12a)의 측면 방향으로 발생하는 진동을 감쇄시킬 수 있다. 절연부(16)는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 절연성 폴리머 등으로 형성될 수 있다.The insulating portion 16 may be formed between the piezoelectric pillar portions 12a to attenuate vibrations generated in the lateral direction of the piezoelectric pillar portion 12a. The insulating part 16 may be formed of silicon oxide, silicon nitride, an insulating polymer, or the like.

그런 다음, 절연부(16)를 형성하는 단계(S6) 이후에, 압전 지지부(12b)를 제거하는 단계가 수행될 수 있다.(S7)Then, after the step of forming the insulating portion 16 (S6), a step of removing the piezoelectric support portion 12b may be performed (S7).

도 4의 S7 단계에 도시된 바와 같이, 압전 기둥부(12a) 사이에 절연부(16)를 형성하는 단계(S6)를 수행한 다음, 상면에서 압전 기둥부(12a)를 지지하고, 압전 기둥부(12a)간의 간격을 유지하는 기능을 수행하는 압전 지지부(12b)를 제거하는 과정이 수행될 수 있다.As shown in step S7 of FIG. 4 , after performing the step S6 of forming the insulating part 16 between the piezoelectric pillar parts 12a, the piezoelectric pillar part 12a is supported from the upper surface, and the piezoelectric pillar part 12a is performed. A process of removing the piezoelectric support portion 12b, which functions to maintain a gap between the portions 12a, may be performed.

압전 지지부(12b)는 절연부(16)를 형성하는 단계(S6)를 통해 절연부(16)를 형성하기 전까지 압전 기둥부(12a)의 간격을 유지하고, 압전 기둥부(12a)가 기울어지지 않도록 하는 기능을 수행할 수 있다.The piezoelectric support part 12b maintains the distance between the piezoelectric pillar parts 12a until the insulating part 16 is formed through the step S6 of forming the insulating part 16, and the piezoelectric pillar part 12a is not inclined. function to prevent it.

이와 같은 기능을 수행하는 압전 지지부(12b)는, 절연부(16)를 형성하는 단계(S6)를 통해서 압전 기둥부(12a) 사이에 형성된 절연부(16)가 압전 지지부(12b)의 간격을 유지하고, 압전 기둥부(12a)가 기울어지지 않도록 하는 기능을 수행함으로써, S7단계에서 제거되어도 무방할 수 있다.In the piezoelectric support part 12b performing this function, the insulating part 16 formed between the piezoelectric pillar parts 12a through the step (S6) of forming the insulating part 16 is formed to increase the spacing between the piezoelectric support parts 12b. By performing a function of maintaining and preventing the piezoelectric pillar portion 12a from being inclined, it may be removed in step S7.

그런 다음, 압전 물질부(12)의 적어도 일면에 제1전극(11)을 형성하고, 나머지 일면에 제1전극(11)과 교차하는 방향으로 제2전극(13)을 형성하는 단계(S8)가 수행될 수 있다.Then, forming the first electrode 11 on at least one surface of the piezoelectric material part 12 and forming the second electrode 13 on the other surface in a direction crossing the first electrode 11 (S8) can be performed.

도 4에 도시된 바와 같이, 압전 물질부(12)의 압전 지지부(12b)는 S7 단계에서 제거된 상태이므로, 압전 물질부(12)의 압전 기둥부(12a)의 적어도 일면에 제1전극(11)이 형성될 수 있다. 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법에서는, 일 예로서, 압전 기둥부(12a)의 상면에 제1전극(11)이 형성되는 것으로 도시하여 설명한다. 이에 따라 압전 기둥부(12a)의 하면에는 상면에 형성된 제1전극(11)과 교차하는 방향으로 제2전극(13)이 형성될 수 있다.4, since the piezoelectric support part 12b of the piezoelectric material part 12 is removed in step S7, the first electrode ( 11) can be formed. In the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention, as an example, the first electrode 11 is formed on the upper surface of the piezoelectric pillar part 12a and will be described. Accordingly, the second electrode 13 may be formed on the lower surface of the piezoelectric pillar part 12a in a direction crossing the first electrode 11 formed on the upper surface.

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 압전 기둥부(12a)의 상면에서 제1전극(11)이 가로 방향으로 형성된다면, 제2전극(13)은 압전 기둥부(12a)의 하면에서 세로 방향으로 형성될 수 있다. 이로 인해, 제1전극(11)과 제2전극(13) 사이에는 압전 기둥부(12a)가 위치하는 구조가 형성될 수 있다.For example, as shown in FIG. 4 , if the first electrode 11 is formed in the horizontal direction on the upper surface of the piezoelectric column part 12a, the second electrode 13 is formed on the lower surface of the piezoelectric column part 12a. It may be formed in a vertical direction. Accordingly, a structure in which the piezoelectric pillar part 12a is positioned between the first electrode 11 and the second electrode 13 may be formed.

제1, 2전극(11, 13)은 센싱부의 표면에 스퍼터링 공정을 수행함으로써 증착되어 형성될 수 있다. The first and second electrodes 11 and 13 may be deposited and formed by performing a sputtering process on the surface of the sensing unit.

제1, 2전극(11, 13)은 예를 들어, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 구리 산화물, 주석 산화물, 아연 산화물, 티타늄 산화물 등의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 또는, 제1, 2전극(11, 13) 중 적어도 하나의 전극은 예를 들어, 나노 와이어, 감광성 나노와이어 필름, 탄소나노튜브, 그래핀, 전도성 폴리머 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 또는, 제1, 2전극(11, 13) 중 적어도 하나의 전극은 예를 들어, 크롬, 니켈, 구리, 알루미늄, 은, 몰리브덴, 금, 티타늄 및 이들의 합금 중 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. The first and second electrodes 11 and 13 may include, for example, a metal oxide such as indium tin oxide, indium zinc oxide, copper oxide, tin oxide, zinc oxide, or titanium oxide. Alternatively, at least one of the first and second electrodes 11 and 13 may include, for example, nanowires, photosensitive nanowire films, carbon nanotubes, graphene, conductive polymers, or a mixture thereof. Alternatively, at least one of the first and second electrodes 11 and 13 may include, for example, at least one of chromium, nickel, copper, aluminum, silver, molybdenum, gold, titanium, and alloys thereof. have.

제1, 2전극(11, 13)은 서로 반대되는 극성으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1전극(11)이 양극으로 제공되면, 제2전극(13)은 음극으로 제공될 수 있다.The first and second electrodes 11 and 13 may be provided with opposite polarities. For example, if the first electrode 11 is provided as an anode, the second electrode 13 may serve as a cathode.

별도의 전원 장치를 통해 제1, 2전극(11, 13)에 전압이 인가되면, 압전 기둥부(12a)는 상, 하로 진동하면서 초음파 신호를 생성할 수 있다. 이 때, 초음파 센서(S)의 상면에 접촉된 손가락(F)에 반사되어 되돌아오는 초음파 신호에 의해 압전 기둥부(12a)가 변형하면서 발생시키는 전위차를 토대로 손가락(F) 지문의 형상을 측정할 수 있다.When a voltage is applied to the first and second electrodes 11 and 13 through a separate power supply, the piezoelectric pillar part 12a may vibrate up and down to generate an ultrasonic signal. At this time, the shape of the fingerprint of the finger F is measured based on the potential difference generated while the piezoelectric column 12a is deformed by the ultrasonic signal that is reflected and returned to the finger F in contact with the upper surface of the ultrasonic sensor S. can

그런 다음, 제1전극(11)의 상부에는 제1전극(11)을 덮도록 음향 정합층(10)을 형성하는 단계(S9)가 수행될 수 있다.Then, the step S9 of forming the acoustic matching layer 10 to cover the first electrode 11 may be performed on the first electrode 11 .

음향 정합층(10)은 압전 기둥부(12a)와 피검체(F) 사이의 음향 임피던스를 정합시켜 압전 기둥부(12a)에서 생성된 초음파 신호의 전달을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 압전 기둥부(12a)의 음향 임피던스는, 30Mrayl이상~40Mrayl이하이고, 생체의 음향 임피던스는 1.6Mrayl일 경우, 대부분의 초음파 신호는 초음파 센서(S)와 피검체(F)사이의 경계면에서 투과하지 않고 반사될 수 있다. 따라서, 피검체(F)가 손가락(F)일 경우, 생체 내부로의 초음파 신호를 전달하기 위해서 음향 정합층(10)을 구비하고, 음향 정합층(10)을 통해서 초음파 신호가 용이하게 전달될 수 있다.The acoustic matching layer 10 may match the acoustic impedance between the piezoelectric pillar part 12a and the subject F to facilitate transmission of the ultrasonic signal generated by the piezoelectric pillar part 12a. For example, when the acoustic impedance of the piezoelectric column part 12a is 30Mryl or more and 40Mryl or less, and the acoustic impedance of the living body is 1.6Mryl, most of the ultrasound signals are transmitted between the ultrasound sensor (S) and the subject (F). It can be reflected rather than transmitted at the interface. Therefore, when the subject F is a finger F, the acoustic matching layer 10 is provided in order to transmit the ultrasound signal to the inside of the living body, and the ultrasound signal is easily transmitted through the acoustic matching layer 10 . can

음향 정합층(10)은 초음파 신호의 전달 효율을 향상시키기 위해 압전 기둥부(12a)의 상면에 구비되는 제1전극(11)의 상부에 구비되고, 초음파 센서(S)의 상면에 피검체(F)가 접촉되면 압전 기둥부(12a)와 피검체(F)사이에 구비되는 형태일 수 있다.The acoustic matching layer 10 is provided on the first electrode 11 provided on the upper surface of the piezoelectric pillar part 12a in order to improve the transmission efficiency of the ultrasonic signal, and is provided on the upper surface of the ultrasonic sensor S. When F) is in contact, it may be provided between the piezoelectric pillar part 12a and the subject F.

음향 정합층(10)은 유기물, 폴리머, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등으로 형성될 수 있다.The acoustic matching layer 10 may be formed of an organic material, a polymer, silicon oxide, silicon nitride, or the like.

제2전극(13)의 하부에는 제2전극(13)을 덮도록 후면층(14)이 형성될 수 있다. 제1전극(11)의 상부에 구비되는 음향 정합층(10) 및 제2전극(13)의 하부에 구비되는 음향 정합층(10)은, 순서의 구분없이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1전극(11)의 상부에 음향 정합층(10)을 형성한 다음, 제2전극(13)의 하부에 후면층(14)이 형성될 수 있다. 또는 제2전극(13)의 하부에 후면층(14)을 형성한 다음, 제1전극(11)의 상부에 음향 정합층(10)이 형성될 수도 있다.A rear layer 14 may be formed under the second electrode 13 to cover the second electrode 13 . The acoustic matching layer 10 provided on the upper portion of the first electrode 11 and the acoustic matching layer 10 provided on the lower portion of the second electrode 13 may be formed without distinction of order. For example, after the acoustic matching layer 10 is formed on the first electrode 11 , the back layer 14 may be formed on the lower portion of the second electrode 13 . Alternatively, after the rear layer 14 is formed under the second electrode 13 , the acoustic matching layer 10 may be formed on the first electrode 11 .

후면층(14)은, 압전 기둥부(12a)의 하부에서 압전 기둥부(12a)의 하부 측으로 송출된 초음파 신호를 흡수해 여분의 진동을 억제할 수 있다. 이로 인해 송신 초음파 신호의 펄스폭이 길어지는 것이 억제될 수 있다.The back layer 14 may absorb the ultrasonic signal transmitted from the lower part of the piezoelectric column part 12a to the lower side of the piezoelectric column part 12a to suppress excessive vibration. Due to this, it is possible to suppress an increase in the pulse width of the transmitted ultrasound signal.

본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 상대적으로 낮은 온도에서 제1차 열처리 단계를 수행한 다음, 제1차 열처리 단계에서 수행된 온도보다 높은 온도에서 제2차 열처리 단계를 수행하는 과정을 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 이와 같이 열처리 단계를 2단계에 나누어서 수행함으로써, 압전 물질부(12)와 베이스 몰드(BM)의 계면에서 베이스 몰드(BM)를 완전히 제거하고 형상이 유지된 압전 물질부(12)를 구비할 수 있다. 이는 제1차 열처리 단계를 압전 물질부(12)를 경화시킬 수 있는 정도의 온도범위에서 수행하여 압전 물질부(12)와 베이스 몰드(BM)의 계면에서 확산 반응을 최소화하고, 제2차 열처리 단계가 수행되기 전에 베이스 몰드(BM)를 제거함으로써 구현될 수 있다. 그런 다음, 제2차 열처리 단계를 통해 압전 물질부(12)의 고유 특성을 구비하고, 표면에서 베이스 몰드(BM)가 완벽히 제거된 고품질의 압전 물질부(12)를 구비할 수 있다.In the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention, the first heat treatment step is performed at a relatively low temperature, and then the second heat treatment step is performed at a temperature higher than the temperature performed in the first heat treatment step. It may include a process of performing a primary heat treatment step. In the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention, the heat treatment step is divided into two steps, so that at the interface between the piezoelectric material part 12 and the base mold BM, the base mold ( BM) may be completely removed and the piezoelectric material part 12 in which the shape is maintained may be provided. This minimizes the diffusion reaction at the interface between the piezoelectric material portion 12 and the base mold BM by performing the first heat treatment step in a temperature range sufficient to harden the piezoelectric material portion 12, and the second heat treatment It can be implemented by removing the base mold BM before the step is performed. Then, the high-quality piezoelectric material part 12 having the intrinsic properties of the piezoelectric material part 12 and the base mold BM completely removed from the surface may be provided through the second heat treatment step.

도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법의 순서도이다.5 and 6 are flowcharts of a method of manufacturing an ultrasonic sensor S according to a second preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 관통홀(h)이 형성되는 베이스 몰드(BM')의 재질을 양극산화막(100) 재질로 구비한다는 점에서 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법과 차이가 있다. 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)으 제조 방법은, 양극산화막(100) 재질의 베이스 몰드(BM')를 구비함에 따라, 관통홀(h)을 형성하는 과정에서 차이가 있다. 이를 제외한 나머지 구성 및 단계는 동일하다.In the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention, the material of the base mold BM' in which the through hole h is formed is provided as an anodized film 100 material. There is a difference from the manufacturing method of the ultrasonic sensor (S) according to the first preferred embodiment. The method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention includes a base mold BM' made of an anodization film 100 material, so there is a difference in the process of forming the through hole h. have. Except for this, the rest of the configuration and steps are the same.

도 5에 도시된 바와 같이, 관통홀(h)이 형성되기 전 양극산화막(100) 재질의 베이스 몰드(BM')를 구비할 수 있다.(S0)As shown in FIG. 5 , before the through hole h is formed, a base mold BM′ made of the material of the anodization film 100 may be provided. (S0)

양극산화막(100)은 기공을 포함하는 다공층 및 다공층의 일면에 구비되어 기공이 포함되지 않은 배리어층을 포함하여 구성된다. 양극산화막(100)은 모재인 금속을 양극산화하여 형성된 막을 의미하고, 기공은 금속을 양극산화하여 양극산화막을 형성하는 과정에서 형성되는 구멍을 의미한다.The anodization film 100 is configured to include a porous layer including pores and a barrier layer that is provided on one surface of the porous layer and does not include pores. The anodization film 100 refers to a film formed by anodizing a metal, which is a base material, and the pores mean a hole formed in the process of forming an anodization film by anodizing the metal.

양극산화막(100)은 다음과 같은 과정에 의해 제작될 수 있다.The anodization film 100 may be manufactured by the following process.

먼저, 모재인 금속이 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 경우, 모재를 양극산화하면 모재의 표면에 알루미늄 산화물(Al₂O₃)재질의 양극산화막이 형성된다. 양극산화막은 내부에 기공이 형성되지 않은 배리어층과 내부에 기공이 형성된 다공층을 포함하여 구성된다.First, when the base metal is aluminum or an aluminum alloy, when the base material is anodized, an anodization film made of aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) material is formed on the surface of the base material. The anodized film is configured to include a barrier layer in which pores are not formed and a porous layer in which pores are formed.

배리어층은 모재의 상부에 위치하고, 다공층은 배리어층의 상부에 위치한다. 구체적으로, 모재를 양극산화할 경우, 배리어층이 먼저 생성되고, 배리어층이 소정의 두께를 이루게 되면 다공층이 형성된다.The barrier layer is positioned on the base material, and the porous layer is positioned on the barrier layer. Specifically, when the base material is anodized, a barrier layer is first generated, and when the barrier layer has a predetermined thickness, a porous layer is formed.

배리어층의 두께는 수십㎚이상 ~ 수㎛이하로 형성되고, 바람직하게는 100㎚이상 ~ 1㎛ 이하 사이로 형성된다.The barrier layer has a thickness of several tens of nm or more to several μm or less, preferably 100 nm or more to 1 μm or less.

다공층의 두께는 수십㎚이상 ~ 수백㎛이하로 형성된다.The thickness of the porous layer is formed to be more than several tens of nm and less than or equal to several hundreds of micrometers.

다공층에 포함되는 기공의 직경은 수㎚이상 ~ 수백㎚이하로 형성된다.The diameter of the pores included in the porous layer is formed to be more than several nm and less than several hundred nm.

그런 다음, 배리어층과 다공층을 갖는 양극산화막(100)의 표면에 형성된 모재에서, 모재를 제거하는 과정이 수행될 수 있다. 이와 같은 과정에 의해 알루미늄 산화물(AL₂O₃) 재질의 양극산화막(100)이 남게 된다.Then, from the base material formed on the surface of the anodized film 100 having the barrier layer and the porous layer, a process of removing the base material may be performed. By this process, the anodized film 100 made of aluminum oxide (AL ₂ O ₃ ) remains.

도 5의 S0단계에서는, 일 예로서 양극산화막(100)이 배리어층이 제거된 다공층만을 포함하여 구성되는 것으로 도시한다. In step S0 of FIG. 5 , as an example, the anodized film 100 is illustrated to include only the porous layer from which the barrier layer is removed.

그런 다음, 양극산화막(100)으로 구성되는 베이스 몰드(BM')에 관통홀(h)을 형성하는 과정이 수행될 수 있다. 양극산화막(100) 재질로 구성되는 베이스 몰드(BM')는, 에칭 공정에 의해 관통홀(h)이 형성될 수 있다.Then, the process of forming the through hole h in the base mold BM ′ composed of the anodization film 100 may be performed. In the base mold BM ′ made of the material of the anodization film 100 , a through hole h may be formed by an etching process.

먼저, 양극산화막(100) 재질은 상면에 감광성 재료를 구비한 다음 포토레지스트 공정이 수행될 수 있다. 감광성 재료는 포토레지스트 공정에 의해 적어도 일부가 패터닝되어 제거될 수 있다. 양극산화막(100)은 패터닝 과정에 의해 감광성 재료가 제거된 영역을 통해 에칭 공정이 수행될 수 있다. 에칭 공정은 바람직하게는 에칭 용액(예를 들어, 알칼리성 에칭 용액)을 이용하는 습식 에칭일 수 있다. 이에 따라 관통홀(h)이 구비될 수 있다.First, the material of the anodization film 100 may be provided with a photosensitive material on its upper surface, and then a photoresist process may be performed. The photosensitive material may be patterned and removed at least in part by a photoresist process. An etching process may be performed on the anodized layer 100 through a region from which the photosensitive material has been removed by the patterning process. The etching process may be wet etching, preferably using an etching solution (eg, an alkaline etching solution). Accordingly, a through hole (h) may be provided.

본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 양극산화막(100) 재질의 베이스 몰드(BM')를 구비함으로써, 1번의 에칭 공정으로 수십 내지 수만개의 관통홀(h)을 일괄적으로 형성할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따츤 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 초음파 센서(S)의 제조에 있어서 제조 비용을 절감하는 것이 가능할 수 있다.The method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention includes a base mold BM' made of an anodization film 100 material, so that tens to tens of thousands of through-holes h are formed in one etching process. ) can be collectively formed. Accordingly, in the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention, it may be possible to reduce the manufacturing cost in manufacturing the ultrasonic sensor S.

또한, 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 양극산화막(100) 재질의 베이스 몰드(BM')에 에칭 용액을 이용하여 관통홀(h)을 형성하므로 수직한 내벽을 갖는 관통홀(h)을 형성할 수 있다. 양극산화막(100)은 감광성 재료의 개구 영역을 통해 흐르는 알칼리성 에칭 용액과 반응하여 제거되므로, 수직한 내벽을 갖는 관통홀(h)의 형성이 가능할 수 있다. 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 수직한 내벽을 갖는 관통홀(h)의 형성이 가능함에 따라, 관통홀(h) 내부에 압전 물질을 충진하여 형성되는 압전 기둥부(12a)의 수직한 형상의 구현이 가능할 수 있다. 관통홀(h)의 수직한 내벽에 따라 압전 기둥부(12a)의 표면이 형성될 수 있다. 다시 말해, 관통홀(h)이 수직한 내벽을 갖도록 형성될 경우, 관통홀(h)에 압전 물질을 충진하여 형성되는 압전 기둥부(12a)의 표면 형상이 수직하게 형성될 수 있다. 이로 인해 압전 기둥부(12a)는 어느 한 부분이 기울어지지 않고 수직한 형상을 갖는 고품질의 형상으로 형성될 수 있다.In addition, in the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention, the through-hole h is formed in the base mold BM' made of the anodization film 100 by using an etching solution, so the vertical A through hole h having one inner wall may be formed. Since the anodization film 100 is removed by reacting with an alkaline etching solution flowing through the opening region of the photosensitive material, it may be possible to form the through hole h having a vertical inner wall. In the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention, the through hole h having a vertical inner wall can be formed, and thus the through hole h is formed by filling the inside of the through hole h with a piezoelectric material. It may be possible to implement a vertical shape of the piezoelectric pillar part 12a. The surface of the piezoelectric pillar part 12a may be formed along the vertical inner wall of the through hole h. In other words, when the through hole h is formed to have a vertical inner wall, the surface shape of the piezoelectric column part 12a formed by filling the through hole h with a piezoelectric material may be formed to be vertical. Due to this, the piezoelectric column part 12a may be formed in a high-quality shape having a vertical shape without any part being inclined.

또한, 양극산화막(100)은, 알칼리성 에칭 용액과 쉽게 반응하여 제거되므로, 종횡비가 큰 관통홀(h)도 수직한 내벽을 갖는 형상으로 쉽게 제작할 수 있다. 여기서 종횡비는 관통홀(h)의 높이(다시 말해, 관통홀(h)이 형성되는 양극산화막(100) 재질의 베이스 몰드(BM')의 높이로서 '종')와 관통홀(h)의 가로 폭(예를 들어, 관통홀(h)의 단면 형상이 원형 단면일 경우, 내경으로서 '횡')의 비일 수 있다.In addition, since the anodization film 100 is easily removed by reacting with the alkaline etching solution, the through hole h having a large aspect ratio can be easily manufactured in a shape having a vertical inner wall. Here, the aspect ratio is the height of the through hole h (that is, 'length' as the height of the base mold BM' of the anodized film 100 material in which the through hole h is formed) and the width of the through hole h. It may be a ratio of the width (eg, 'lateral' as the inner diameter when the cross-sectional shape of the through hole h is a circular cross-section).

또한, 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 에칭 공정을 수행하여 양극산화막(100) 재질의 베이스 몰드(BM')에 감광성 재료의 개구 영역과 동일한 형상의 관통홀(h)을 형성할 수 있다. 이로 인해 관통홀(h)의 단면 형상, 크기 및 구조에 대한 제약이 없이 관통홀(h)을 구비할 수 있다.In addition, in the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention, the etching process is performed to form the same shape as the opening area of the photosensitive material in the base mold BM' of the anodization film 100 material. A through hole (h) may be formed. For this reason, the through-hole h can be provided without restrictions on the cross-sectional shape, size, and structure of the through-hole h.

본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법에서와 달리, 관통홀(h)의 형성에 있어서, 레이저를 이용할 경우, 관통홀(h)의 종횡비를 크게 하고자 할 경우에는 수직한 홀의 형성이 어려울 수 있다.Unlike in the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention, in the case of using a laser in the formation of the through hole h, in the case of increasing the aspect ratio of the through hole h, Formation of vertical holes may be difficult.

또한, 레이저를 이용하는 방식은, 수십 내지 수만개의 관통홀(h)을 일괄적으로 형성하는 것이 어려우므로 제조 비용이 상승한다는 단점이 있다.In addition, the method using the laser has a disadvantage in that it is difficult to form several tens to tens of thousands of through-holes h at once, so that the manufacturing cost increases.

하지만 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 양극산화막(100) 재질의 베이스 몰드(BM')를 구비하여, 에칭 용액을 이용하는 에칭 공정을 통해 관통홀(h)을 형성함으로써, 관통홀(h)의 종횡비와 관계없이 수직한 내벽을 갖는 관통홀(h) 수십 내지 수만개를 1번의 에칭 공정으로 일괄적으로 형성할 수 있다. 이는 제품 제조에 있어서, 제품 전체의 수율을 높이는데에 효과적일 수 있다.However, in the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention, the through-hole h is provided through an etching process using an etching solution by providing a base mold BM' made of an anodization film 100 material. ), tens to tens of thousands of through-holes h having vertical inner walls can be collectively formed in one etching process regardless of the aspect ratio of the through-holes h. This may be effective in increasing the yield of the entire product in product manufacturing.

이처럼 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 에칭 공정을 통해서 관통홀(h)이 형성된 베이스 몰드(BM')를 구비하는 단계(S1')가 수행될 수 있다.As such, in the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention, the step (S1') of providing the base mold BM' in which the through-hole h is formed through an etching process can be performed. have.

그런 다음, 도 5의 S2단계에 도시된 바와 같이, 관통홀(h)에 압전 물질을 충진하여 압전 물질부(12)를 형성하는 단계(S2)가 수행될 수 있다. Then, as shown in step S2 of FIG. 5 , a step S2 of filling the through hole h with a piezoelectric material to form the piezoelectric material part 12 may be performed.

한편, 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 압전 지지판을 구비하는 과정을 수행할 수 있다. 이 경우, 압전 지지판을 구비하는 과정은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법에서 상술한 다양한 실시 예를 통해서 이루어질 수 있다. On the other hand, in the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention, a process of providing a piezoelectric support plate may be performed. In this case, the process of providing the piezoelectric support plate may be performed through the various embodiments described above in the manufacturing method of the ultrasonic sensor S according to the first preferred embodiment of the present invention.

그런 다음, 압전 물질부(12)를 구비하는 베이스 몰드(BM')를 제1온도범위에서 제1차 열처리하는 단계(S3)가 수행될 수 있다. 제1온도범위는 500℃이상 700℃이하일 수 있다.Then, the first heat treatment of the base mold BM ′ including the piezoelectric material part 12 in a first temperature range ( S3 ) may be performed. The first temperature range may be 500 °C or more and 700 °C or less.

양극산화막(100)은 내부에 형성된 기공에 의해 단열의 특성을 보유할 수 있다. 이에 따라 제1차 열처리 단계(S3)에서 압전 물질부(12)를 구비하는 양극산화막(100) 재질의 베이스 몰드(BM')를 열처리할 경우, 압전 물질부(12) 주변에 존재하는 양극산화막(100)의 기공에 의해 열손실이 감소될 수 있다. 이로 인해 제1차 열처리 단계(S3)에서 열처리 속도가 향상되어 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 과정이 보다 효율적으로 이루어질 수 있다.The anodic oxide film 100 may retain thermal insulation properties due to pores formed therein. Accordingly, when the base mold BM' made of the material of the anodization film 100 including the piezoelectric material part 12 is heat-treated in the first heat treatment step S3, the anodized film existing around the piezoelectric material part 12 is heat-treated. Heat loss can be reduced by the pores of (100). Due to this, the heat treatment speed is improved in the first heat treatment step S3, so that the manufacturing process of the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention can be performed more efficiently.

제1차 열처리 단계(S3)의 경우, 베이스 몰드(BM')에 구비된 압전 물질부(12)를 경화시키기 위해 수행될 수 있다. 압전 물질부(12)를 구비하는 양극산화막(100) 재질의 베이스 몰드(BM')는 양극산화막(100)의 기공에 의해 제1차 열처리 단계에서 열손실이 적다. 이로 인해 압전 물질부(12)와 베이스 몰드(BM')의 계면에서의 온도 구배가 발생하지 않아 압전 물질부(12)와 베이스 몰드(BM')의 계면에서의 경화 상태가 양호해질 수 있다. 그 결과 압전 물질부(12)의 형상이 변형되지 않고 유지될 수 있다.In the case of the first heat treatment step S3, the piezoelectric material part 12 provided in the base mold BM' may be hardened. The base mold BM' made of the material of the anodization film 100 including the piezoelectric material portion 12 has little heat loss in the first heat treatment step due to the pores of the anodization film 100 . As a result, a temperature gradient does not occur at the interface between the piezoelectric material part 12 and the base mold BM', and thus a cured state at the interface between the piezoelectric material part 12 and the base mold BM' may be improved. As a result, the shape of the piezoelectric material part 12 may be maintained without being deformed.

또한, 제1차 열처리 단계(S3)의 경우, 상대적으로 저온의 온도범위에서 열처리 과정이 수행되므로, 양극산화막(100)이 열변형되지 않을 수 있다.In addition, in the case of the first heat treatment step S3, since the heat treatment process is performed in a relatively low temperature range, the anodized film 100 may not be thermally deformed.

양극산화막(100)의 경우, 예를 들어, 1000℃ 이상 1200℃ 이하의 고온의 온도범위에서 열처리될 경우, 열변형되거나 크랙이 발생하는 경우가 발생할 수 있다. 이 때, 양극산화막(100)의 관통홀(h)에 압전 물질부(12)가 구비된다면, 양극산화막(100)의 열변형 및 크랙에 의해 압전 물질부(12)의 형상이 변형되거나 손상되는 문제가 발생할 수 있다.In the case of the anodized film 100 , for example, when heat-treated in a high temperature range of 1000° C. or more and 1200° C. or less, thermal deformation or cracks may occur. At this time, if the piezoelectric material portion 12 is provided in the through hole h of the anodization film 100 , the shape of the piezoelectric material portion 12 is deformed or damaged due to thermal deformation and cracks of the anodization film 100 . Problems can arise.

하지만 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 양극산화막(100)이 열변형되지 않는 상대적으로 저온의 온도범위인 500℃이상 700℃이하의 제1온도범위에서 제1차 열처리 단계(S3)를 수행할 수 있다. 이로 인해 양극산화막(100)의 관통홀(h)에 구비된 압전 물질부(12)의 형상 유지가 가능할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 고품질의 압전 물질부(12)를 제조할 수 있게 된다.However, in the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention, in the first temperature range of 500° C. or more and 700° C. or less, which is a relatively low temperature range in which the anodization film 100 is not thermally deformed. A first heat treatment step (S3) may be performed. Accordingly, the shape of the piezoelectric material part 12 provided in the through hole h of the anodization layer 100 may be maintained. Accordingly, in the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention, it is possible to manufacture the high-quality piezoelectric material part 12 .

그런 다음, 제1차 열처리된 압전 물질부(12)를 구비하는 베이스 몰드(BM')에서 압전 물질부(12)를 제외한 베이스 몰드(BM')를 제거하는 단계(S4)가 수행될 수 있다.Then, a step (S4) of removing the base mold BM' excluding the piezoelectric material part 12 from the base mold BM' including the first heat-treated piezoelectric material part 12 may be performed. .

베이스 몰드(BM')를 제거하는 단계(S4)에서는 관통홀(h) 형성 단계(S1')에서 이용했던 에칭 용액(예를 들어, 알칼리성 에칭 용액)을 이용하여 베이스 몰드(BM')를 제거할 수 있다.In the step S4 of removing the base mold BM', the base mold BM' is removed using the etching solution (eg, alkaline etching solution) used in the through-hole h forming step S1'. can do.

상세히 설명하면, 베이스 몰드(BM')는 양극산화막(100) 재질로 구성될 수 있다. 따라서, 베이스 몰드(BM')를 제거하는 단계(S4)에서는, 제1차 열처리된 압전 물질부(12)를 구비하는 양극산화막(100) 재질의 베이스 몰드(BM)에서 압전 물질부(12)를 제외한 양극산화막(100)을 제거하는 과정이 수행될 수 있다.In detail, the base mold BM ′ may be made of the material of the anodized film 100 . Therefore, in the step S4 of removing the base mold BM', the piezoelectric material portion 12 in the base mold BM made of the material of the anodized film 100 having the first heat-treated piezoelectric material portion 12 . A process of removing the anodic oxide film 100 except for may be performed.

양극산화막(100)은 관통홀(h)을 형성하는 과정에서 이용되었던 알칼리성 에칭 용액과 쉽게 반응할 수 있다. 이에 따라, 베이스 몰드(BM')를 제거하는 과정에서 알칼리성 에칭 용액은 압전 물질부(12)에 영향을 미치지 않고 양극산화막(100)하고만 반응하여 양극산화막(100)만을 제거할 수 있다. 다시 말해, 베이스 몰드(BM')를 제거하는 단계(S4)에서, 알칼리성 에칭 용액을 이용하여 양극산화막(100)만을 선택적으로 제거할 수 있으므로, 압전 물질부(12)에 손상을 입히지 않고 양극산화막(100)만이 제거될 수 있다. The anodization film 100 may easily react with the alkaline etching solution used in the process of forming the through hole h. Accordingly, in the process of removing the base mold BM′, the alkaline etching solution does not affect the piezoelectric material part 12 and only reacts with the anodization film 100 to remove only the anodization film 100 . In other words, in the step S4 of removing the base mold BM', only the anodization film 100 can be selectively removed using an alkaline etching solution, so the anodization film does not damage the piezoelectric material part 12 and the anodization film is not damaged. Only (100) can be removed.

양극산화막(100)이 제거되더라도, 압전 물질부(12)는 형상이 변형되지 않고 유지될 수 있다. 보다 구체적으로, 압전 물질부(12)의 압전 기둥부(12a)는 압전 지지부(12b)에 의해 간격이 유지되고, 수직한 형상이 유지된 형태일 수 있다. 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 상대적으로 저온인 500℃이상 700℃이하의 제1온도범위에서 제1차 열처리 단계(S3)를 수행한 다음, 압전 물질부(12) 주변에 형성된 양극산화막(100)만을 제거할 수 있다. 이 때, S3 단계에서, 양극산화막(100)은 제1온도범위에서 열변형되지 않고, 제1차 열처리 단계(S3)의 열처리 속도를 향상시키고 열손실을 적게 할 수 있다. 이로 인해 양극산화막(100)과 압전 물질부(구체적으로, 압전 기둥부(12a))의 계면에서의 경화 상태가 양호하게 형성될 수 있다. 그 결과 S4단계에서, 압전 물질부(12)를 제외한 양극산화막(100)만을 제거하더라도, 압전 물질부(12)의 형상이 유지될 수 있다.Even when the anodization layer 100 is removed, the shape of the piezoelectric material part 12 may be maintained without being deformed. More specifically, the piezoelectric pillar portion 12a of the piezoelectric material portion 12 may be in a form in which a distance is maintained by the piezoelectric support portion 12b and a vertical shape is maintained. In the method for manufacturing an ultrasonic sensor S according to a second preferred embodiment of the present invention, the first heat treatment step S3 is performed in a first temperature range of 500° C. to 700° C., which is a relatively low temperature, and then, piezoelectric Only the anodization film 100 formed around the material part 12 may be removed. In this case, in step S3 , the anodized film 100 is not thermally deformed in the first temperature range, and the heat treatment rate of the first heat treatment step S3 may be improved and heat loss may be reduced. Due to this, a cured state at the interface between the anodized film 100 and the piezoelectric material portion (specifically, the piezoelectric column portion 12a) may be well formed. As a result, even if only the anodization layer 100 is removed except for the piezoelectric material portion 12 in step S4 , the shape of the piezoelectric material portion 12 may be maintained.

또한, 양극산화막(100)은, 용융점이 높은 재질일 수 있다. 구체적으로, 양극산화막(100)의 용융점은 2000℃ 이상일 수 있다. 따라서, 양극산화막(100)은, 500℃이상 ~ 700℃이하의 제1온도범위에서 이루어지는 제1차 열처리 단계에서, 확산 반응 자체가 발생하지 않을 수 있다. 보다 구체적으로, 양극산화막(100) 재질의 베이스 몰드(BM')와 압전 물질부(12)의 계면에서 이종의 재질간의 이온 이동이 없으므로 확산 반응이 발생하지 않을 수 있다.Also, the anodized film 100 may be made of a material having a high melting point. Specifically, the melting point of the anodic oxide layer 100 may be 2000° C. or higher. Accordingly, in the anodic oxide film 100 , in the first heat treatment step performed in the first temperature range of 500° C. or more to 700° C. or less, the diffusion reaction itself may not occur. More specifically, since there is no movement of ions between different materials at the interface between the base mold BM' made of the anodization film 100 and the piezoelectric material part 12, the diffusion reaction may not occur.

이로 인해, 제1차 열처리 단계(S3)를 수행한 다음, 압전 물질부(12) 주변의 양극산화막(100)만을 제거할 때, 압전 물질부(12)의 표면으로부터 양극산화막(100)만이 완벽하게 제거될 수 있다. 그 결과 S4단계에서 압전 물질부(12)의 형상이 그대로 유지될 수 있다.For this reason, when only the anodization film 100 around the piezoelectric material part 12 is removed after the first heat treatment step S3 is performed, only the anodization film 100 from the surface of the piezoelectric material part 12 is perfect. can be removed. As a result, the shape of the piezoelectric material part 12 may be maintained in step S4.

베이스 몰드(BM')와 압전 물질부(12)의 계면에서 적게라도 확산 반응이 일어날 경우, 압전 물질부(12)의 표면에서 베이스 몰드(BM')를 완전히 제거하는 것이 어려울 수 있다. 나아가 이는 압전 물질부(12)의 특성 저하 문제를 야기할 수도 있다.When a diffusion reaction occurs at the interface between the base mold BM' and the piezoelectric material part 12 , it may be difficult to completely remove the base mold BM' from the surface of the piezoelectric material part 12 . Furthermore, this may cause a problem of deterioration of the properties of the piezoelectric material part 12 .

종래의 경우, 양극산화막(100) 재질보다 용융점이 낮은 실리콘 몰드를 1000℃이상의 고온에서 한번만 소결시켰다. 실리콘 재질의 경우, 1300℃이상~1400℃이하의 용융점을 갖는다. 이 때, 실리콘 재질의 용융점 보다는 낮은 온도에서 소결 공정이 수행되나, 용융점에 가까운 온도 범위에서 소결 공정이 수행됨으로써, 압전 재료와 실리콘 몰드의 계면에서 적게라도 확산 반응이 일어날 수 있다. 이로 인해 실리콘 몰드는 압전 재료의 표면에서 완벽하게 제거되지 않고, 압전 재료의 특성 저하의 문제를 발생시키게 된다.In the conventional case, the silicon mold having a lower melting point than the material of the anodization film 100 was sintered only once at a high temperature of 1000° C. or higher. In the case of silicon material, it has a melting point of 1300°C or higher to 1400°C or lower. At this time, although the sintering process is performed at a temperature lower than the melting point of the silicon material, since the sintering process is performed in a temperature range close to the melting point, a diffusion reaction may occur even at the interface between the piezoelectric material and the silicon mold. For this reason, the silicon mold is not completely removed from the surface of the piezoelectric material, which causes a problem of deterioration of the properties of the piezoelectric material.

하지만 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 양극산화막(100)의 용융점보다 현저히 낮은 제1온도범위(구체적으로, 500℃이상 ~ 700℃이하)에서 제1차 열처리 단계를 수행하여 베이스 몰드(BM')와 압전 물질부(12)의 계면에서의 확산 반응이 적게라도 일어나지 않도록 할 수 있다. 다시 말해, 제1차 열처리 단계를 통해서 압전 물질부(12)의 표면만을 양호하게 경화시키고, 압전 물질부(12)의 표면에서 베이스 몰드(BM')만을 완벽하게 제거하기 위한 준비 과정을 수행한 다음, S4 단계를 수행할 수 있다.However, in the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention, the first temperature range significantly lower than the melting point of the anodization film 100 (specifically, 500° C. or more to 700° C. or less) By performing the secondary heat treatment step, the diffusion reaction at the interface between the base mold BM ′ and the piezoelectric material part 12 may be prevented from occurring even if it is small. In other words, through the first heat treatment step, only the surface of the piezoelectric material part 12 is well hardened, and only the base mold BM' from the surface of the piezoelectric material part 12 is completely removed. Next, step S4 may be performed.

이로 인해, 압전 물질부(12)를 제외한 양극산화막(100)만을 완벽하게 제거하여 고품질의 압전 물질부(12)가 구비되도록 할 수 있다.For this reason, it is possible to completely remove only the anodization film 100 excluding the piezoelectric material part 12 to provide the high quality piezoelectric material part 12 .

그런 다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 압전 물질부(12)를 제2온도범위에서 제2차 열처리하는 단계(S5)가 수행될 수 있다. 제2온도범위는 제1온도범위보다 높은 온도범위로서, 바람직하게는 1000℃이상 1200℃이하의 온도범위일 수 있다.Then, as shown in FIG. 6 , the second heat treatment of the piezoelectric material part 12 in the second temperature range ( S5 ) may be performed. The second temperature range is a higher temperature range than the first temperature range, and may preferably be a temperature range of 1000°C or higher and 1200°C or lower.

압전 물질부(12)는 제2차 열처리 단계(S5)를 통해서 충분히 소결될 수 있다. 이로 인해 압전 물질부(12)는 압전 물질로서의 고유의 특성을 보유할 수 있게 된다.The piezoelectric material part 12 may be sufficiently sintered through the second heat treatment step S5 . Due to this, the piezoelectric material part 12 can retain its own characteristics as a piezoelectric material.

그런 다음, 압전 기둥부(12a) 사이에 형성된 여유 공간부(15)에 절연 물질이 충진되어 절연부를 형성하는 단계(S6)가 수행될 수 있다.Then, an insulating material is filled in the free space 15 formed between the piezoelectric pillar parts 12a to form the insulating part ( S6 ) may be performed.

그런 다음, 압전 기둥부(12a)의 하부에서 압전 기둥부(12a)의 간격을 유지시키고, 압전 기둥부(12a)를 지지하는 기능을 수행하는 압전 지지부(12b)를 제거하는 과정이 수행될 수 있다.(S7)Then, the process of removing the piezoelectric support part 12b, which maintains the distance between the piezoelectric column parts 12a in the lower part of the piezoelectric column part 12a and supports the piezoelectric column part 12a, may be performed. There is (S7)

압전 지지부(12b)가 제거되더라도 압전 기둥부(12a)는 절연부(16)에 의해 간격 및 형상이 유지된 상태일 수 있다.Even if the piezoelectric support part 12b is removed, the piezoelectric pillar part 12a may be in a state in which the spacing and shape are maintained by the insulating part 16 .

그런 다음, 압전 기둥부(12a)의 일면 및 타면에 각각 제1전극(11) 및 제2전극(13)을 형성하는 단계(S8)가 수행될 수 있다. 제1, 2전극(11, 13)은 서로 교차하는 방향으로 형성될 수 있다.Then, the step ( S8 ) of forming the first electrode 11 and the second electrode 13 on one surface and the other surface of the piezoelectric pillar part 12a, respectively, may be performed. The first and second electrodes 11 and 13 may be formed in a direction crossing each other.

그런 다음, 제1전극(11)의 상부에서 제1전극(11)을 덮도록 음향 정합층(10)이 형성되는 단계(S9)가 수행되고, 제2전극(13)의 하부에서 제2전극(13)을 덮도록 후면층(14)이 형성될 수 있다.Then, the step S9 of forming the acoustic matching layer 10 to cover the first electrode 11 is performed on the upper portion of the first electrode 11 , and the second electrode is formed under the second electrode 13 . A back layer 14 may be formed to cover 13 .

이와 같이, 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, S0 단계 내지 S9 단계를 포함하여 구성되어 고품질의 압전 기둥부(12a)를 구비하는 초음파 센서(S)를 제조할 수 있다.As described above, the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention comprises steps S0 to S9 and includes an ultrasonic sensor S having a high-quality piezoelectric column part 12a. can be manufactured.

본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 2단계의 열처리 단계를 통해서 압전 물질부(12)를 구비하는 베이스 몰드(BM)의 압전 물질부(12)와 베이스 몰드(BM)의 계면에서 베이스 몰드(BM)만을 완벽하게 제거한 다음, 압전 기둥부(12a)의 형상이 수직하게 유지된 고품질의 압전 물질부(12)를 제조할 수 있다.In the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to a second preferred embodiment of the present invention, the piezoelectric material portion 12 and the base of the base mold BM including the piezoelectric material portion 12 through two heat treatment steps. After completely removing only the base mold BM from the interface of the mold BM, the high-quality piezoelectric material part 12 in which the shape of the piezoelectric pillar part 12a is maintained vertically can be manufactured.

구체적으로, 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 상대적으로 낮은 온도범위인 제1온도범위에서 제1차 열처리 단계(S3)를 수행할 수 있다. 이 때, 압전 물질부(12)를 구비하는 양극산화막(100) 재질로 구성되는 베이스 몰드(BM)는 온도에 의한 열변형이 적은 양극산화막(100) 재질의 특성에 의해 열변형되지 않을 수 있다. 또한, 양극산화막(100) 재질의 단열 특성에 의해 열손실이 적어 압전 물질부(12)와 베이스 몰드(BM)와의 계면에서의 온도 구배가 발생하지 않을 수 있다. 이로 인해 압전 물질부(12)의 경화 상태가 양호해지고, 압전 물질부(12)의 형상 유지가 가능해질 수 있다. 그 결과 압전 물질부(12)를 제외하고, 압전 물질부(12) 주변에 형성된 양극산화막(100)만을 제거하여도 형상이 변형되거나 손상되지 않고 양호한 상태가 유지된 압전 물질부(12)가 구비될 수 있다.Specifically, in the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention, the first heat treatment step S3 may be performed in a first temperature range that is a relatively low temperature range. At this time, the base mold BM made of the material of the anodized film 100 including the piezoelectric material part 12 may not be thermally deformed due to the characteristics of the material of the anodized film 100 having little thermal deformation due to temperature. . In addition, heat loss is small due to the thermal insulation properties of the material of the anodized film 100 , so that a temperature gradient at the interface between the piezoelectric material part 12 and the base mold BM may not occur. Due to this, the cured state of the piezoelectric material part 12 may be improved, and the shape of the piezoelectric material part 12 may be maintained. As a result, except for the piezoelectric material portion 12, even when only the anodization film 100 formed around the piezoelectric material portion 12 is removed, the shape is not deformed or damaged, and the piezoelectric material portion 12 is provided in a good state. can be

본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 제1차 열처리 단계(S3)를 통해서 표면이 양호하게 경화된 상태로 형상이 유지된 압전 물질부(12)를 구비한 다음, 양극산화막(100) 재질의 베이스 몰드(BM')를 압전 물질부(12)의 표면으로부터 완벽하게 제거할 수 있다. 그런 다음, 제2차 열처리 단계를 통해서 충분히 소결시킴으로써 압전 물질로서의 고유의 특성을 보유하는 고품질의 압전 물질부(12)를 형성할 수 있다.The method of manufacturing an ultrasonic sensor S according to a second preferred embodiment of the present invention includes a piezoelectric material part 12 whose shape is maintained in a well-hardened state through the first heat treatment step S3. Then, the base mold BM' made of the material of the anodization film 100 may be completely removed from the surface of the piezoelectric material part 12 . Then, by sufficiently sintering through the second heat treatment step, it is possible to form the high-quality piezoelectric material portion 12 having intrinsic properties as a piezoelectric material.

다시 말해, 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 양극산화막(100) 재질의 베이스 몰드(BM')가 열변형되지 않는 온도범위에서 제1차 열처리 단계(S3)를 수행하여 압전 물질부(12)의 형상 유지를 양호하게 한 다음, 제2차 열처리 단계(S5) 이전에 베이스 몰드(BM')를 제거하는 과정을 수행할 수 있다. 이로 인해, 압전 물질부(12)의 형상은 기울거나 변형되지 않은 상태로 양질의 형태로 유지되고, 압전 물질부(12)의 표면에는 양극산화막(100)이 남아있지 않은 상태로 완벽하게 제거될 수 있다. 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 제1차 열처리 단계(S3)를 통해 압전 물질부(12)의 형상을 양호하게 유지하고, 압전 물질부(12)의 표면에서 베이스 몰드(BM')를 완벽하게 제거된 상태에서 제2차 열처리 단계(S5)를 수행함으로써, 압전 물질로서 양품의 형상이 유지된 형태의 압전 물질부(12)에 압전 물질로서의 고유의 특성을 부여할 수 있다. 그 결과 고품질의 압전 물질부(12)가 구비될 수 있다.In other words, in the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention, the first heat treatment step ( After performing S3) to maintain the shape of the piezoelectric material part 12 well, the process of removing the base mold BM' before the second heat treatment step S5 may be performed. For this reason, the shape of the piezoelectric material part 12 is maintained in a good quality shape without being inclined or deformed, and the anodization film 100 is not completely removed from the surface of the piezoelectric material part 12 . can In the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to a second preferred embodiment of the present invention, the shape of the piezoelectric material part 12 is maintained well through the first heat treatment step S3, and the piezoelectric material part 12 is By performing the second heat treatment step (S5) in a state in which the base mold (BM') is completely removed from the surface of characteristics can be given. As a result, the high-quality piezoelectric material part 12 may be provided.

이처럼 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 초음파 센서(S)의 제조 방법은, 2단계의 열처리 단계를 통해서 수직한 형상이 유지되고, 그 표면에 베이스 몰드(BM)가 완벽하게 제거된 상태의 고품질의 압전 기둥부(12a)를 구비하는 초음파 센서(S)를 제조할 수 있다.As such, in the method of manufacturing the ultrasonic sensor S according to the second preferred embodiment of the present invention, the vertical shape is maintained through the two-step heat treatment step, and the base mold BM is completely removed from the surface of the It is possible to manufacture the ultrasonic sensor S having the high-quality piezoelectric pillar part 12a.

전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.As described above, although described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. Or it can be carried out by modification.

F: 피검체
S: 초음파 센서
10: 음향 정합층 11: 제1전극
12: 압전 물질부
12a: 압전 기둥부 12b: 압전 지지부
13: 제2전극 14: 후면층
15: 여유 공간부 16: 절연부
BM: 베이스 몰드 h: 관통홀F: subject
S: Ultrasonic sensor
10: acoustic matching layer 11: first electrode
12: piezoelectric material part
12a: piezoelectric column part 12b: piezoelectric support part
13: second electrode 14: back layer
15: free space part 16: insulation part
BM: base mold h: through hole

Claims

providing a base mold in which a through hole is formed;
forming a piezoelectric material part by filling the through hole with a piezoelectric material;
performing a first heat treatment on the base mold including the piezoelectric material part in a first temperature range;
removing the base mold excluding the piezoelectric material portion from the base mold including the piezoelectric material portion subjected to the first heat treatment in the first temperature range;
second heat treatment of the piezoelectric material part in a second temperature range; and
A method of manufacturing an ultrasonic sensor comprising: filling an insulating material in the free space formed between the piezoelectric pillars to form an insulating part.

According to claim 1,
The first temperature range is a temperature range lower than the second temperature range.

3. The method of claim 2,
The first temperature range is 500 ℃ or more and 700 ℃ or less,
The second temperature range is 1000 ℃ or more and 1200 ℃ or less of the ultrasonic sensor manufacturing method.

According to claim 1,
The step of forming the piezoelectric material part,
forming a piezoelectric pillar portion by filling the through hole with a piezoelectric material; and
Including; forming a piezoelectric support portion on the surface of the base mold to be connected to the piezoelectric pillar portion;
A method of manufacturing an ultrasonic sensor comprising the step of removing the piezoelectric support part after the step of forming the insulating part.

According to claim 1,
forming a first electrode on at least one surface of the piezoelectric material part and forming a second electrode on the other surface in a direction crossing the first electrode; and
forming an acoustic matching layer on the first electrode to cover the first electrode;

According to claim 1,
The base mold is a method of manufacturing an ultrasonic sensor made of a silicon wafer material.

According to claim 1,
The base mold is a method of manufacturing an ultrasonic sensor made of an anodized film material.