KR20220068067A - 압전 복합체 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
초음파 트랜스듀서에 적용될 수 있는 압전 복합체를 제조하는 기술이 개시된다.
제안된 발명의 일 양상에 따르면, 복수의 관통홀이 형성되는 지지 부재를 전극판의 일면 상에 위치시키고 각각의 관통홀에 대응되는 형상의 압전 기둥의 하면을 전극판의 일면 상에 접착하여 압전 기둥을 형성한다.
나아가 제안된 발명의 추가적인 양상에 따르면, 지지 부재의 관통홀에 대응되는형상의 압전 기둥은 기둥 형상으로 성형된 압전 펠릿(pellet)을 소결(sinter)하여 생성될 수 있다.
제안된 발명의 일 양상에 따르면, 복수의 관통홀이 형성되는 지지 부재를 전극판의 일면 상에 위치시키고 각각의 관통홀에 대응되는 형상의 압전 기둥의 하면을 전극판의 일면 상에 접착하여 압전 기둥을 형성한다.
나아가 제안된 발명의 추가적인 양상에 따르면, 지지 부재의 관통홀에 대응되는형상의 압전 기둥은 기둥 형상으로 성형된 압전 펠릿(pellet)을 소결(sinter)하여 생성될 수 있다.
Description
초음파 트랜스듀서에 적용될 수 있는 압전 복합체를 제조하는 기술이 개시된다.
우수한 압전(piezoelectric) 특성을 유지하면서 낮은 음향 임피던스를 확보하기 위하여 압전 복합체(piezoelectric composite)가 사용된다. 알려진 바와 같이, 압전 소자, 예를 들어 PZT(lead zirconate titanate) 소자 주변에 낮은 음향 임피던스를 가지는 폴리머(polymer) 등이 채워져서(fill), 압전 복합체가 제조된다.
압전 소자와 폴리머의 결합구조에 따라서, 압전 복합체는 1-3 모드 2-2 모드 3-3 모드 등 10가지 형태로 나눌 수 있으며 앞의 숫자는 압전 소자의 형태이고 뒤의 숫자는 폴리머의 형태를 나타낸다. 예를 들어, 1-3 모드의 압전 복합체는 1인 선형 압전 파이버를 3인 폴리머 매트릭스에 심은 형태가 될 수 있다.
한편, 종래에는 분말 사출 성형 제조 방식을 이용하여 압전 복합체를 제조하였다. 주지하다시피, 분말 사출 성형 제조 방식은 제작된 금형의 캐비티에 분말 재료를 채워서 대량으로 제작하는 방식이다. 압전 복합체용 사출 성형체(preform)를 제조하는 경우, 3차원 형상의 압전 복합체용 사출 성형체의 대형화 및 대량 생산이 가능하게 된다.
그러나, 단면적이 작은 압전 기둥들을 가지는 3차원 형상의 압전 복합체의 사출 성형체를 제조하는 것이 어렵고 비용이 많이 발생된다. 또한 사출 성형체를 제조하더라도, 사출 성형체에서 유기결합제를 제거하는 탈지 단계 도중이나 유기결합제가 제거된 탈지체에 대하여 고온에서 소결시키는 소결 단계 도중에 발생되는 압전 복합체용 사출 성형체가 뒤틀리거나 무너지는 문제점이 발생된다.
또한, 상기 압전 복합체의 사출 성형체에 대한 탈지 단계의 가열 온도는 대략 600도 정도이고 상기 소결 단계의 가열 온도는 900도 내지 1100도 정도이다. 따라서, 종래와 같이 분말 사출 성형 제조 방식을 사용하여 압전 복합체를 제조하는 경우, 상대적으로 높은 온도가 필요하게 되고 이에 따라 상대적으로 제조 비용이 증가하게 된다.
제안된 발명은 비용을 절감할 수 있는 압전 복합체 제조 방법 및 이를 포함하는 초음파 트랜스듀서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가 제안된 발명은, 기존의 분말 사출 성형 제조 방식을 사용하지 않고 단순한 방식을 사용하여 쉽고 간단하게 압전 복합체를 제조하는 방법 및 이를 포함하는 초음파 트랜스듀서를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
나아가 제안된 발명은, 상대적으로 낮은 온도를 사용하여 압전 복합체를 제조하는 방법 이를 포함하는 초음파 트랜스듀서를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
제안된 발명의 일 양상에 따르면, 복수의 관통홀이 형성되는 지지 부재를 전극판의 일면 상에 위치시키고 각각의 관통홀에 대응되는 형상의 압전 기둥의 하면을 전극판의 일면 상에 접착하여 압전 기둥을 형성한다.
나아가 제안된 발명의 추가적인 양상에 따르면, 지지 부재의 관통홀에 대응되는형상의 압전 기둥은 기둥 형상으로 성형된 압전 펠릿(pellet)을 소결(sinter)하여 생성될 수 있다.
더 나아가 제안된 발명의 추가적인 양상에 따르면, 전도성 접착층이 전극판 상면에 형성되며, 나아가 지지 부재의 복수 관통홀에 대응되는 복수개의 압전 기둥 접착 영역에 상기 전도성 접착층이 형성될 수 있다.
더 나아가 제안된 발명의 추가적인 양상에 따르면, 지지 부재의 관통홀에 압전 기둥을 삽입하고, 복수의 압전 기둥 상면에 하중(load)을 가하여 복수의 압전 기둥의 하면을 전극판 일면에 접착시켜, 압전 기둥을 전극판 일면에 접착 형성시킬 수 있다.
더 나아가 제안된 발명의 추가적인 양상에 따르면, 복수의 압전 기둥의 하면을 전극판의 일면에 접착하는 경우에, 복수의 압전 기둥 상면에 하중을 가하고 추가적으로 100도 내지 130도의 온도로 30분 내지 1시간 30분 동안 가열할 수 있다.
더 나아가 제안된 발명의 추가적인 양상에 따르면, 지지 부재를 제거하고 복수개의 압전 기둥의 상면을 제 2 전극판의 일면에 접착한다.
제안된 발명에 따르면, 압전 복합체 제조 비용을 절감할 수 있다.
나아가 제안된 발명에 따르면, 기존의 분말 사출 성형 제조 방식을 사용하지 않고 단순한 방식을 사용하여 쉽고 간단하게 압전 복합체를 제조할 수 있게 된다.
나아가 제안된 발명에 따르면, 상대적으로 낮은 온도에서 압전 복합체의 사출 성형체 없이 압전 복합체를 제조할 수가 있게 된다.
도 1은 일 실시예에 따른 압전 복합체 제조 방법을 도시한 흐름도.
도 2는 다른 실시예에 따른 압전 복합체 제조 방법을 도시한 흐름도.
도 3은 일 실시예에 따른 제조 방법을 설명하기 위한 압전 복합체분해 사시도.
도 4는 일 실시예에 따라 복수 압전 기둥의 상하면이 전극판에 접착된 상태를 도시한 사시도.
도 5는 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서를 도시한 단면도.
도 2는 다른 실시예에 따른 압전 복합체 제조 방법을 도시한 흐름도.
도 3은 일 실시예에 따른 제조 방법을 설명하기 위한 압전 복합체분해 사시도.
도 4는 일 실시예에 따라 복수 압전 기둥의 상하면이 전극판에 접착된 상태를 도시한 사시도.
도 5는 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서를 도시한 단면도.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통해 구체화된다. 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다.
도 1은 일 실시예에 따른 압전 복합체 제조 방법을 도시한 흐름도 이고, 도 3은 일 실시예에 따른 제조 방법을 설명하기 위한 압전 복합체 분해 사시도 이고, 도 4는 일 실시예에 따라 복수 압전 기둥의 상하면이 전극판에 접착된 상태를 도시한 사시도이다. 이하 상기 도면들을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 양상에 따른 압전 복합체 제조 방법은, 제 1 전극판(110)을 준비하는 전극판 준비 단계((1) 참조)와, 복수의 관통홀(131)이 형성되는 지지 부재(130)를 제 1 전극판(110)의 일면 상에 위치시키는 지지 부재 배치 단계((2), (3) 참조)와, 각각의 관통홀(131)에 대응되는 형상의 압전 기둥(120)의 하면을 제 1 전극판(110)의 일면 상에 접착 형성하는 압전 기둥 형성 단계((3), (4) 참조)를 포함한다.
전극판 준비 단계((1) 참조)에서의 제 1 전극판(110)은 금속판이 될 수 있고, 실시예에서 알루미늄판이 될 수 있다. 또한 제 1 전극판(110)은 원형 또는 사각형일 수도 있다. 도 3 및 도 4의 실시예에서 제 1 전극판(110)은 원형의 전극판이 사용된다.
지지 부재 배치 단계((2), (3) 참조)는 복수의 관통홀(131)이 형성되는 지지 부재(130)를 제 1 전극판(110)의 일면 상에 위치시킨다. 지지 부재(130)에는 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 관통홀(131)이 형성된다. 지지 부재(130)는 두께를 가지는 판형태일 수 있으며, 실리콘 재질로 이루어 질 수 있다. 지지 부재(130)는 원형 또는 사각형일 수도 있다. 도 3 및 도 4의 실시예에서 지지 부재(130)은 원형의 평판이 사용된다. 실시예에서 지지 부재(130)는 원형의 평판이 아니라 그 중심이 볼록한 구형의 판형태가 될 수도 있다.
압전 기둥 형성 단계((3), (4) 참조)는 각각의 관통홀(131)에 대응되는 형상의 압전 기둥(120)의 하면을 제 1 전극판(110)의 일면 상에 접착 형성한다. 압전 기둥(120)은 압전 현상을 발생시키는 압전 소재를 포함한다. 실시예에서 압전 소재는 티탄산 지르콘산 연(PZT, lead zirconate titnate) 압전 세라믹을 포함할 수 있다.
복수의 압전 기둥(120)은 복수의 관통홀(131)에 대응되는 형상을 가진다. 예를들어, 복수의 관통홀(131) 각각에 해당하는 위치에 복수의 압전 기둥(120) 각각이 위치한다. 또한 예를 들어, 관통홀(131)이 원기둥인 경우에 압전 기둥(120)은 원기둥이 되고, 관통홀(131)이 사각기둥인 경우에 압전 기둥(120)은 사각기동이 된다. 도 3 및 도 4의 실시예에서, 압전 기둥(120)은 원기둥의 형상이 된다.
제 1 전극판(110)의 일면상에 지지 부재(130)가 배치되면, 지지 부재(130)에 형성되는 복수의 관통홀(131)에 의해 제 1 전극판(110)의 일면 중 각 관통홀(131)에 해당되는 부위가 상부로 노출된다. 압전 기둥(120)의 하면은 관통홀(131)에 의해 노출되는 제 1 전극판(110)의 일면의 해당 영역에 접착된다. 이때 지지 부재(130)의 복수의 관통홀(131)에 복수의 압전 기둥(120)의 형상이 대응되어, 지지 부재(130)가 압전 복합체에 형성되는 복수의 압전 기둥(120)을 지지하게 된다.
제안된 발명의 일 양상에 따르면, 복수의 관통홀(131)이 형성되는 지지 부재(130)를 전극판(110)의 일면 상에 위치시키고 각각의 관통홀(131)에 대응되는 형상의 압전 기둥(120)의 하면을 전극판(110)의 일면 상에 접착하여 압전 기둥(120)을 형성한다.
이에 따라, 압전 복합체의 적어도 일부 구조(제 1 전극판(110)과 압전 기둥(120)의 결합 구조)를 적은 비용으로 용이하게 구현할 수 있으며, 지지 부재(130)를 사용하여 복수의 압전 기둥(120)을 전극판(110) 일면 상에 접착 형성시키는 것이 용이해 진다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 압전 기둥 형성 단계((3), (4) 참조)는, 지지 부재(130)의 관통홀(131)에 압전 기둥(120)을 삽입하는 압전 기둥 삽입 단계((3), (4) 참조)와, 복수의 압전 기둥(120) 상면에 하중(load)을 가하여 복수의 압전 기둥(120)의 하면을 제 1 전극판(110) 일면에 접착시키는 압전 기둥 하면 접착 단계((3), (4) 참조)를 포함할 수 있다.
압전 기둥 삽입 단계((3), (4) 참조)에서, 압전 기둥(120)의 형상은 지지 부재(130)에 형성되는 복수의 관통홀(131)에 대응된다. 압전 기둥(120)은 복수의 관통홀(131)을 통해 삽입될 수 있다. 이때, 지지 부재(130)의 관통홀(131)에 압전 기둥(120)의 형상이 대응되어, 지지 부재(130)가 압전 기둥(120)을 지지하게 된다.
압전 기둥 하면 접착 단계((3), (4) 참조)에서, 복수의 압전 기둥(120) 상면에 하중(load)을 가하여 복수의 압전 기둥(120)의 하면을 제 1 전극판(110) 일면에 접착시킬 수 있다. 복수의 관통홀(131)에 대응되는 형상의 압전 기둥(120)이 복수의 관통홀(131)을 통해 삽입되어 지지되어진 상태에서, 압전 기둥(120)의 상면에 하중(load)을 가한다. 이에 따라 복수의 압전 기둥(120)의 하면이 제 1 전극판 일면에 접착될 수가 있다.
실시예에서, 복수의 압전 기둥(120)이 복수 관통홀(131)에 삽입되면 복수의 압전 기둥(120)의 하면과 제 1 전극판(110) 일면이 접촉될 수가 있다. 실시예에서, 압전 기둥(120)의 하면 또는 제 1 전극판(110)의 일면에 도전성 접착제가 도포될 수가 있다. 또는 압전 기둥(120)의 하면 및 제 1 전극판(110)의 일면 모두에 도전성 접착제가 도포될 수가 있다.
본 발명의 추가적인 양상에 따라서, 지지 부재(130)에 형성되며 제 1 전극판(110)의 대응되는 위치에 배열되는 복수의 관통홀(131)에, 복수의 압전 기둥(120)을 삽입함으로써, 복수의 압전 기둥(120)은 제 1 전극판(110)의 일면의 대응하는 위치에 용이하게 배치가 될 수 있다.
본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 추가적인 양상에 따르면, 지지 부재의 관통홀에 대응되는 형상의 압전 기둥은 기둥 형상으로 성형된 압전 펠릿(pellet)을 소결(sinter)하여 생성될 수 있다.
예를 들어, 압전 펠릿을 제조하기 위해, 티탄산 지르콘산 연의 원료(예 : PbO, ZrO2 및 TiO2)와 불순물(예 : Nb2O5, Ta2O5, Fe2O3, MnO) 등의 원료를 약 800도-1000도에서 2시간 동안 하소(calcine)하여 분쇄한다. 그리고, 결합제(PVA(PolyVinyl Alcohol))를 첨가하고 기둥 형상으로 성형하여 압전 펠릿을 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 압전 펠릿을 2시간 동안 1100도-1200도에서 소결(sinter)시켜, 압전 기둥(120)이 제조될 수 있다. 압전 펠릿 제조하는 기술 그 자체 및 이러한 압전 펠릿을 소결하는 기술 그 자체는 당업자에게 잘 알려져 있다.
이에 따라, 종래와 같이 분말 사출 성형에 필요한 압전 복합체용 사출 성형체(preform)를 만들지 않아도 된다. 따라서, 사출 성형체에서 유기결합제를 제거하는 탈지 단계 도중이나, 유기결합제가 제거된 탈지체에 대하여 고온에서 소결시키는 소결 단계 도중에 발생되는 압전 복합체용 사출 성형체가 뒤틀리거나 무너지는 문제점이 발생되지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 압전 복합체 제조 방법은, 지지 부재(130)를 제거하는 단계((5) 참조)와, 제 2 전극판(140)의 일면에 복수개의 압전 기둥(120)의 상면을 접착시키는 압전 기둥 상면 접착 단계((6) 참조)를 더 포함할 수 있다.
압전 기둥(120)이 제 1 전극판(110)의 일면에 접착되면, 지지 부재(130) 제거단계((5) 참조)는 압전 기둥(120)을 지지하고 있는 지지 부재(130)를 상방향으로 들어올려 제 1 전극판(110)에서 제거한다.
그리고, 압전 기둥 상면 접착 단계((6) 참조)에서, 제 2 전극판(140)의 일면에 복수개의 압전 기둥(120)의 상면을 접착시킨다. 실시예에서, 압전 기둥(120)의 상면 또는 제 2 전극판(140)의 일면에 도전성 접착제가 도포될 수가 있다. 또는 압전 기둥(120)의 상면 및 제 2 전극판(140)의 일면 모두에 도전성 접착제가 도포될 수가 있다.
실시예에서, 제 2 전극판(140)은 금속판이 될 수 있고, 실시예에서 알루미늄판이 될 수 있다. 또한 제 2 전극판(140)은 원형 또는 사각형일 수도 있다. 도 3 및 도 4의 실시예에서 제 2 전극판(140)은 원형의 전극판이 사용된다.
제안된 발명의 추가적인 양상에 따르면, 제 1 전극판(110)의 일면과 제 2 전극판(140)의 일면 사이에서 복수개의 압전 기둥(120)이 접착 형성되어, 압전 복합체를 적은 비용으로 용이하게 구현할 수 있게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 추가적인 양상에 따르면, 복수의 압전 기둥(120)의 주위를 폴리머(150)로 충전하는 폴리머 충전 단계((7) 참조)를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(140) 사이의 공간 중 압전기둥(120)을 제외한 나머지 공간을 모두 공기층으로 채울 수 있으며, 또는 나머지 공간 중 적어도 일부를 폴리머(150)로 채울 수 있다. 폴리머(150)는 폴리에폭시, 폴리우레탄계열의 고분자 화합물일 수가 있다. 또한, 폴리머(150)는 일정한 밀도를 가지는 열경화성 에폭시가 될 수 있다.
제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(140) 사이의 공간을 낮은 음향 임피던스를 가지는 폴리머로 채우는 기술 그 자체는 당업자에게 공지되어 있는 것이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 다른 실시예에 따른 압전 복합체 제조 방법을 도시한 도면이다. 이하 도 2를 참조하여 설명하기로 한다. 도 2에 대한 설명에 있어서, 도 1의 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 지지 부재 배치 단계((12), (13) 참조) 이전에, 제 1 전극판(110)의 일면에 전도성 접착층(conductive adhesive layer)을 형성하는 제 1 전도성 접착층 형성 단계((11) 참조)를 더 포함할 수 있다.
제 1 전도성 접착층 형성 단계((11) 참조)에서 전도성 접착층(111)의 형성은, 예를 들어 전도성 접착제를 제 1 전극판(110)에 도포하여 이루어질 수가 있다. 도 3에는 전도성 접착층(111)이 제 1 전극판(110) 일면에 도포된 상태를 보여준다. 또한, 전도성 접착층(111)은 전도성 에폭시 접착제일 수가 있다.
본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 제 1 전도성 접착층 형성 단계((11) 참조)는, 지지 부재(110)의 관통홀(131)에 대응되는 형상을 가지는 압전 기둥 접착 영역을 복수개 형성할 수가 있다.
지지 부재 배치 단계((12), (13) 참조) 이전에, 제 1 전극판(110)의 일면에 압전 기둥 접착 영역을 복수개 형성할 수 있다. 복수의 압전 기둥 접착 영역은 지지 부재(130)의 복수의 관통홀(131)에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 도 2에서 (12)에 도시된 바와 같이 복수개의 관통홀(131) 각각에 대응하는 위치마다, 압전 기둥 접착 영역(111)이 형성될 수 있다. 또한 예를 들어, 관통홀(131)이 원기둥인 경우에 압전 기둥 접착 영역은 원이 되고 관통홀(131)이 사각기둥인 경우 압전 기둥 접착 영역은 사각형이 될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 압전 기둥 형성 단계((13), (14) 참조)는, 지지 부재(130)의 관통홀(131)에 압전 기둥(120)을 삽입하는 압전 기둥 삽입 단계((13) 참조)와, 복수의 압전 기둥(120) 상면에 하중(load)을 가하여 복수의 압전 기둥(120)의 하면을 제 1 전극판(110) 일면에 접착시키는 압전 기둥 하면 접착 단계((14) 참조)를 포함할 수 있다.
압전 기둥 삽입 단계((13), (14) 참조)에서, 복수의 압전 기둥(120)의 형상은 복수의 지지 부재(130)에 형성되는 복수의 관통홀(131)에 대응된다. 압전 기둥(120)은 복수의 관통홀(131)을 통해 삽입될 수 있다. 이때, 지지 부재(130)의 관통홀(131)에 압전 기둥(120)의 형상이 대응되어, 지지 부재(130)가 압전 기둥(120)을 지지하게 된다.
압전 기둥 하면 접착 단계((13), (14) 참조)에서, 복수의 압전 기둥(120) 상면에 하중(load)을 가하여 복수의 압전 기둥(120)의 하면을 제 1 전극판(110) 일면에 접착시킬 수 있다. 복수의 관통홀(131)에 대응되는 형상의 압전 기둥(120)이 복수의 관통홀(131)을 통해 삽입되어 지지되어진 상태에서, 압전 기둥(120)의 상면에 하중(load)을 가한다. 이에 따라 복수의 압전 기둥(120)의 하면이 제 1 전극판(110) 일면의 복수의 압전 기둥 접착 영역에 접착될 수가 있다.
실시예에서, 복수의 압전 기둥(120)이 복수 관통홀(131)에 삽입되면 복수의 압전 기둥(120)의 하면과 제 1 전극판(110) 복수의 압전 기둥 접착 영역이 접촉될 수가 있다.
본 발명의 추가적인 양상에 따라서, 지지 부재(130)에 형성되며 제 1 전극판(110)의 각 압전 기둥 접착 영역에 배열되는 복수의 관통홀(131)에, 복수의 압전 기둥(120)을 삽입하고 접착시킴으로써, 복수의 압전 기둥(120)은 제 1 전극판(110)의 압전 기둥 접착 영역에 용이하게 배치가 되고 접착될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 지지 부재(130)를 제거하는 단계((15) 참조)와, 제 2 전극판(140)의 일면에 전도성 접착층(conductive adhesive layer)(141)을 형성하는 제 2 전도성 접착층 형성 단계((16) 참조)와, 제 2 전극판(140)의 일면에 복수개의 압전 기둥(120)의 상면을 접착시키는 압전 기둥 상면 접착 단계(17 참조)를 더 포함할 수가 있다.
실시예에서, 압전 기둥(120)이 제 1 전극판(110)의 일면에 접착되면, 지지 부재(130) 제거단계((15) 참조)는 압전 기둥(120)을 지지하고 있는 지지 부재(130)를 상방향으로 들어올려 제 1 전극판(110)에서 제거할 수 있다.
그리고, 제 2 전도성 접착층 형성 단계((16) 참조)는 제 2 전극판(140)의 일면에 전도성 접착층(conductive adhesive layer)(141)을 형성할 수 있다. 제 2 전도성 접착층 형성 단계((16) 참조)에서 제 2 전도성 접착층(141)의 형성은, 예를 들어 전도성 접착제를 제 2 전극판(140)의 일면에 도포하여 이루어질 수가 있다. 또한, 전도성 접착층(141)은 전도성 에폭시 접착제일 수가 있다.
그리고, 압전 기둥 상면 접착 단계((17) 참조)에서, 전도성 접착층(conductive adhesive layer)(141)이 형성된 제 2 전극판(140)의 일면에 복수개의 압전 기둥(120)의 상면을 접착시킨다.
제안된 발명의 추가적인 양상에 따르면, 제 1 전극판(110)의 일면과 제 2 전극판(140)의 일면 사이에서 복수개의 압전 기둥(120)이 접착 형성되어, 압전 복합체를 적은 비용으로 용이하게 구현할 수 있게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 제 2 전도성 접착층 형성 단계((16) 참조)는, 지지 부재(130)의 관통홀(131)에 대응되는 형상을 가지는 압전 기둥 접착 영역(141)을 제 2 전극판(140)의 일면에 복수개 형성할 수가 있다.
제 2 전극판(140)의 일면에 형성되는 복수의 압전 기둥 접착 영역(141)은 지지 부재(130)의 복수의 관통홀(131)에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 도 2에서 (12)에 도시된 바와 같이 복수개의 관통홀(131) 각각에 대응하는 위치마다, 압전 기둥 접착 영역(141)이 형성될 수 있다. 또한 예를 들어, 관통홀(131)이 원기둥인 경우에 압전 기둥 접착 영역(141)은 원이 되고 관통홀(131)이 사각기둥인 경우 압전 기둥 접착 영역(141)은 사각형이 될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 압전 기둥 상면 접착 단계((17) 참조)는, 제 2 전극판(140)의 타면에 하중(load)을 가하여 제 2 전극판(140)의 일면에 복수의 압전 기둥의 상면을 접착시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 추가적인 양상에 따르면, 복수의 압전 기둥(120)의 주위를 폴리머(150)로 충전하는 폴리머 충전 단계((18) 참조)를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(140) 사이의 공간 중 압전기둥(120)을 제외한 나머지 공간을 모두 공기층으로 채울 수 있으며, 또는 나머지 공간 중 적어도 일부를 폴리머(150)로 채울 수 있다. 폴리머(150)는 폴리에폭시, 폴리우레탄계열의 고분자 화합물일 수가 있다. 또한, 폴리머(150)는 일정한 밀도를 가지는 열경화성 에폭시가 될 수 있다.
제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(140) 사이의 공간을 낮은 음향 임피던스를 가지는 폴리머로 채우는 기술 그 자체는 당업자에게 공지되어 있는 것이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 압전 기둥 하면 접착 단계((14) 참조) 및 압전 기둥 상면 접착 단계((17) 참조)가, 130도 내지 160도의 온도로 30분 내지 1시간 30분 동안 가열하는 단계를 더 포함할 수가 있다.
즉, 복수의 압전 기둥의 하면/상면을 제 1 전극판/제 2 전극판의 일면에 접착하는 경우에, 복수의 압전 기둥 상면에 하중을 가하고, 추가적으로 130도 내지 160도의 온도로 30분 내지 1시간 30분 동안 가열할 수 있다.
이에 따라, 기존의 분말 사출 성형 제조 방식에서 사용되는 온도(예 : 탈지 단계(600도), 소결 단계(1250도-1320도)) 보다 훨씬 낮은 온도(130도-160도)를 사용하여 복수의 압전 기둥을 전극판에 접착시킬 수 있다.
이때 사용되는 접착제는 에폭시계 열경화성 수지로서 압전 기둥과 금속 플레이트를 접합시키고 전기적으로 연결해주는 역할을 한다. 130-160도의 온도에서 30분이상 열처리할 경우 에폭시 수지는 경화되어 압전 기둥이 금속 플레이트에 고정될 수 있다. 열처리 온도가 130도 보다 낮을 경우 에폭시가 충분히 경화되지 않아 경도가 감소하며, 트랜스듀서 구동시 압전 세라믹의 진동에 따라 접합부가 떨어질 수 있다. 열처리 온도가 160도 보다 높을 경우에는 에폭시와 압전세라믹의 접합력이 떨어지며, 200도 이상으로 온도가 올라갈 경우 압전세라믹이 금속 플레이트로부터 분리될 수 있다. 이와 같이 압전 기둥을 별도로 제작한 후 금속 플레이트에 접합하는 방법은 기존 1-3 복합체 제조 방법 (압전 세라믹 제작 -> 상면 다이싱 -> 상면 고분자 filling -> 상면 절단 -> 하면 다이싱 -> 하면 고분자 filling -> 하면 절단)보다 공정이 단순해지는 효과가 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 제 1 전도성 접착층 형성 단계((1) 참조) 또는 제 2 전도성 접착층 형성 단계((11) 참조)가, 지지 부재(130)의 관통홀(131)에 대응되는 형상을 가지는 복수개의 압전 기둥 접착 영역(111, 141)에 대하여 전도성 접착제를 스크린 프린팅 하는 단계를 포함할 수가 있다.
제 1 전극판(110) 일면 중에서 나머지 영역을 가려서 복수개의 압전 기둥 접착 영역(111)에만 전도성 접착제를 스크린 프린팅 할 수 있고, 제 2 전극판(140) 일면 중에서 나머지 영역을 가려서 복수개의 압전 기둥 접착 영역(141)에만 전도성 접착제를 스크린 프린팅 할 수 있다. 이에 따라, 용이하게 복수개의 압전 기둥 접착 영역(111, 141)에만 전도성 접착제를 형성시킬 수가 있다. 실시예에서 스크린 프린팅 되는 전도성 접착제는 에폭시 전도성 접착제가 될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서를 도시한 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 초음파 트랜스듀서는, 전압이 인가되면 초음파 진동을 발생시키는 압전 복합체(200)와, 압전 복합체(200)로부터 생성되는 초음파 진동을 집속(focus)하는 구면 렌즈(300)와, 압전 복합체(200)와 구면 렌즈(300) 사이에 형성되어 음향 임피던스를 정합하는 음향 임피던스 정합층(400)을 포함할 수 있다.
실시예에서 압전 복합체(200)는 도 1 또는 도 2의 방법에 의해 제조된 압전 복합체(200)이다. 압전 복합체(200)의 제 1 전극판(110)에 대응되는 하면에는 제 1 라인 연결부(210)가 마련되고 압전 복합체(200)의 제 2 전극판(140)에 대응되는 상면에는 제 2 라인 연결부(220)가 마련될 수 있다. 전압인가 라인(800)으로부터 전압이 인가되면, 압전 복합체(200)는 초음파 진동을 발생시킨다. 구면 렌즈(300)는 압전 복합체(200)로부터 생성되는 초음파 진동을 집속(focus)할 수 있다. 구면 렌즈(300)는 오목 렌즈가 될 수 있다. 음향 임피던스 정합층(400)은 압전 복합체(200)와 구면 렌즈(300) 사이에 형성되어 음향 임피던스를 정합할 수 있다.
압전 복합체(200)의 상면에 마련된 히트 파이프(700)는 압전 복합체(200)에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 역할을 수행할 수 있다. 참조부호 600은 초음파 트랜스듀서의 하우징(600)이다.
이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형예들을 포괄하도록 의도되었다.
600 : 하우징
800 : 전압인가 라인
700 : 히트파이프 220 : 제 2 라인 연결부
220 : 압전 복합체 210 : 제 1 라인 연결부
400 : 음향 임피던스 정합층 500 : 초음파 젤 레이어
300 : 구면 렌즈 140 : 제 2 전극판
120 : 복수 압전 기둥 130 : 지지 부재
150 : 폴리머 110 : 제 1 전극판
141 : 전도성 접착제 131 : 복수 관통홀
111 : 전도성 접착제
700 : 히트파이프 220 : 제 2 라인 연결부
220 : 압전 복합체 210 : 제 1 라인 연결부
400 : 음향 임피던스 정합층 500 : 초음파 젤 레이어
300 : 구면 렌즈 140 : 제 2 전극판
120 : 복수 압전 기둥 130 : 지지 부재
150 : 폴리머 110 : 제 1 전극판
141 : 전도성 접착제 131 : 복수 관통홀
111 : 전도성 접착제
Claims (12)
- 제 1 전극판을 준비하는 전극판 준비 단계;
복수의 관통홀이 형성되는 지지 부재를 제 1 전극판의 일면 상에 위치시키는 지지 부재 배치 단계; 및
각각의 관통홀에 대응되는 형상의 압전 기둥의 하면을 제 1 전극판의 일면 상에 접착 형성하는 압전 기둥 형성 단계;
를 포함하는 압전 복합체 제조 방법. - 청구항 1에 있어서, 복수의 압전 기둥이 :
기둥 형상으로 성형된 압전 펠릿(pellet)을 소결(sinter)하여 생성되는 압전 복합체 제조 방법. - 청구항 2에 있어서,
지지 부재를 제거하는 단계; 및
제 2 전극판의 일면에 복수개의 압전 기둥의 상면을 접착시키는 압전 기둥 상면 접착 단계;
를 더 포함하는 압전 복합체 제조 방법. - 청구항 2에 있어서, 지지 부재 배치 단계 이전에,
제 1 전극판의 일면에 전도성 접착층(conductive adhesive layer)을 형성하는 제 1 전도성 접착층 형성 단계;
를 더 포함하는 압전 복합체 제조 방법. - 청구항 4에 있어서, 제 1 전도성 접착층 형성 단계는 :
지지 부재의 관통홀에 대응되는 형상을 가지는 압전 기둥 접착 영역을 복수개 형성하는 압전 복합체 제조 방법. - 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서, 압전 기둥 형성 단계는 :
지지 부재의 관통홀에 압전 기둥을 삽입하는 압전 기둥 삽입 단계; 및
복수의 압전 기둥 상면에 하중(load)을 가하여 복수의 압전 기둥의 하면을 제 1 전극판 일면에 접착시키는 압전 기둥 하면 접착 단계;
를 포함하는 압전 복합체 제조 방법. - 청구항 6에 있어서,
지지 부재를 제거하는 단계;
제 2 전극판의 일면에 전도성 접착층(conductive adhesive layer)을 형성하는 제 2 전도성 접착층 형성 단계; 및
제 2 전극판의 일면에 복수개의 압전 기둥의 상면을 접착시키는 압전 기둥 상면 접착 단계;
를 더 포함하는 압전 복합체 제조 방법. - 청구항 7에 있어서, 제 2 전도성 접착층 형성 단계는 :
지지 부재의 관통홀에 대응되는 형상을 가지는 압전 기둥 접착 영역을 제 2전극판의 일면에 복수개 형성하는 압전 복합체 제조 방법. - 청구항 8에 있어서, 압전 기둥 상면 접착 단계는 :
제 2 전극판의 타면에 하중(load)을 가하여 제 2 전극판의 일면에 복수의 압전 기둥의 상면을 접착시키는 단계;
를 포함하는 압전 복합체 제조 방법. - 청구항 3 또는 청구항 9에 있어서,
복수의 압전 기둥의 주위를 폴리머로 충전하는 폴리머 충전 단계;
를 더 포함하는 압전 복합체 제조 방법. - 청구항 6 또는 청구항 9에 있어서, 압전 기둥 하면 접착 단계 및 압전 기둥 상면 접착 단계가 :
100도 내지 130도의 온도로 30분 내지 1시간 30분 동안 가열하는 단계;
를 더 포함하는 압전 복합체 제조 방법. - 청구항 5 또는 청구항 8에 있어서,
제 1 전도성 접착층 형성 단계 또는 제 2 전도성 접착층 형성 단계가 :
지지 부재의 관통홀에 대응되는 형상을 가지는 복수개의 압전 기둥 접착 영역에 대하여 전도성 접착제를 스크린 프린팅 하는 단계;
를 포함하는 압전 복합체 제조 방법.
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