KR20220095659A - Piezoelectric Composite with Easy Transfer of Ultrasonic Energy and Method for Manufacturing the Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 압전복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파 트랜스듀서에 사용가능하며 초음파 전달이 용이한 압전복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a piezoelectric composite and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a piezoelectric composite that can be used in an ultrasonic transducer and easily transmits ultrasound, and a method for manufacturing the same.
우수한 압전(piezoelectric) 특성을 유지하면서 낮은 음향 임피던스를 확보하기 위하여 압전복합체(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 압전복합체가 제조된다.A piezoelectric composite is used to secure low acoustic impedance while maintaining excellent piezoelectric properties. As is known, a piezoelectric composite is manufactured by filling a piezoelectric element, for example, a polymer having a low acoustic impedance around a PZT (lead zirconate titanate) element.
압전 소자와 폴리머의 결합구조에 따라서, 압전복합체는 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 형태를 가지며, 우수한 압전 특성으로 인해 다양한 분야의 초음파 트랜스듀서에 널리 사용되어져 왔다.According to the bonding structure of the piezoelectric element and the polymer, the piezoelectric composite can be divided into 10 types, such as 1-3 mode, 2-2 mode, and 3-3 mode. indicates. For example, the 1-3 mode piezoelectric composite has a form in which one linear piezoelectric fiber is planted in a three-member polymer matrix, and has been widely used in ultrasonic transducers in various fields due to its excellent piezoelectric properties.
한편, 종래에는 분말 사출 성형 제조 방식을 이용하여 압전복합체를 제조하였다. 주지하다시피, 분말 사출 성형 제조 방식은 제작된 금형의 캐비티에 분말 재료를 채워서 대량으로 제작하는 방식이다. 압전복합체용 사출 성형체(preform)를 제조하는 경우, 3차원 형상의 압전 복합체용 사출 성형체의 대형화 및 대량 생산이 가능하게 된다.Meanwhile, conventionally, a piezoelectric composite was manufactured using a powder injection molding manufacturing method. As is well known, the powder injection molding manufacturing method is a method of mass production by filling a cavity of a manufactured mold with a powder material. In the case of manufacturing an injection molded body for a piezoelectric composite (preform), it is possible to enlarge and mass-produce the injection molded body for a piezoelectric composite having a three-dimensional shape.
그러나, 단면적이 작은 압전 기둥들을 가지는 3차원 형상의 압전 복합체의 사출 성형체를 제조하는 것이 어렵고 비용이 많이 발생된다. 또한, 사출 성형체를 제조하더라도, 사출 성형체에서 유기 결합제를 제거하는 탈지 단계 도중이나 유기결합제가 제거된 탈지체에 대하여 고온에서 소결시키는 소결 단계 도중에 발생되는 압전복합체용 사출 성형체가 뒤틀리거나 무너지는 문제점이 발생된다.However, it is difficult and expensive to manufacture an injection molded body of a piezoelectric composite having a three-dimensional shape having piezoelectric columns having a small cross-sectional area. In addition, even when the injection molded body is manufactured, the injection molded body for the piezoelectric composite that is generated during the degreasing step of removing the organic binder from the injection molded body or during the sintering step of sintering at a high temperature for the degreasing body from which the organic binder is removed is distorted or collapsed. occurs
또한, 상기 압전복합체의 사출 성형체에 대한 탈지 단계의 가열 온도는 대략 600℃ 정도이고, 상기 소결 단계의 가열 온도는 900℃ 내지 1300℃ 정도이다. 따라서, 종래와 같이 분말 사출 성형 제조 방식을 사용하여 압전복합체를 제조하는 경우, 상대적으로 높은 온도가 필요하게 되고 이에 따라 상대적으로 제조 비용이 증가하게 된다.In addition, the heating temperature of the degreasing step of the injection molded body of the piezoelectric composite is about 600°C, and the heating temperature of the sintering step is about 900°C to 1300°C. Therefore, in the case of manufacturing the piezoelectric composite using the conventional powder injection molding manufacturing method, a relatively high temperature is required, and thus the manufacturing cost is relatively increased.
도 1은 종래의 1-3 구조의 압전복합체를 나타낸 이미지이다.1 is an image showing a conventional piezoelectric composite having a 1-3 structure.
도 2는 종래의 압전복합체 제조시, 열팽창계수 차이에 의해 파손된 이미지이다.FIG. 2 is an image that is damaged due to a difference in coefficient of thermal expansion when a conventional piezoelectric composite is manufactured.
도 3은 종래의 압전복합체 제조시, 열팽창계수 차이에 따른 압전복합체 표면의 불량을 나타낸 이미지이다.3 is an image showing the defects of the surface of the piezoelectric composite according to the difference in the coefficient of thermal expansion when the conventional piezoelectric composite is manufactured.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래에 따른 1-3 구조의 압전복합체는 압전체(10) 상부와 하부에 각각 전극(20,30)이 스크린 인쇄 및 열처리를 통해 형성되고, 알루미늄(Aluminum)으로 형성된 공통 전극(40)이 열경화성 에폭시를 이용하여 상하부의 전극과 각각 접착되어 배치된다.1 to 3, in the conventional piezoelectric composite having a 1-3 structure,
이때, 공통 전극(40)을 열경화성 에폭시로 열처리시, 도 2에서와 같이 공통 전극(40)은 열팽창계수 차이에 의해 압전체(10)와 접착되지 못하고 파손이 발생된다. 또한, 이러한 열팽창계수의 차이에 의한 파손을 방지하기 위해 비교적 알루미늄보다 열팽창계수의 차이가 작은 스테인레스(STS) 박판을 사용하여 열처리시, 도 3에서와 같이 공통 전극(40) 표면에 압전체(10)의 기둥 형상에 의한 굴곡이 발생된다. 즉, 공통 전극(40)으로 스테인레스를 사용하면 열팽창계수의 차이가 작아져 접착은 유지되지만 공통 전극(40) 표면이 평탄하지 못하고 굴곡이 발생되어 초음파 전달시 산란이 발생되는 문제가 있다. 이러한 산란은 초음파 진동시 파손을 발생시킬 수 있는 요인이 된다.At this time, when the
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열팽창계수의 차이에 의해 압전복합체가 파손되는 것을 방지하고, 음향임피던스 차이에 의한 초음파 에너지의 전달 손실을 억제할 수 있는 초음파 전달이 용이한 압전복합체 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.The problem to be solved by the present invention is to prevent the piezoelectric composite from being damaged by the difference in the coefficient of thermal expansion and to suppress the transmission loss of ultrasonic energy due to the difference in acoustic impedance. is in providing.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 압전복합체는 인가되는 전압에 의해 진동을 수행하는 압전체, 상기 압전체의 상부와 하부에 각각 배치된 도전체, 상기 도전체 상에 각각 배치되고, 전압이 인가되는 도선이 연결된 공통 전극, 상기 압전체 및 상기 도전체를 감싸는 연결층 및 상기 도전체와 상기 공통 전극 사이에 배치되고, 메쉬 형태를 갖는 접착수단을 포함한다.In order to solve the above problems, the piezoelectric composite of the present invention is a piezoelectric body that vibrates by an applied voltage, a conductor disposed above and below the piezoelectric body, respectively disposed on the conductor, and a voltage is applied and a common electrode to which a conductive wire is connected, a connection layer surrounding the piezoelectric body and the conductor, and an adhesive means disposed between the conductor and the common electrode and having a mesh shape.
상기 접착수단은, 다수의 메쉬를 갖는 금속망 및 상기 다수의 메쉬 내에 배치되며, 상기 도전체와 상기 공통 전극을 접착하는 접착부재를 포함할 수 있다.The bonding means may include a metal net having a plurality of meshes and an adhesive member disposed in the plurality of meshes and bonding the conductor and the common electrode.
상기 금속망은 스테인레스 또는 알루미늄을 포함할 수 있다.The metal mesh may include stainless steel or aluminum.
상기 금속망은 0.1mm 내지 0.5mm의 직경을 가질 수 있다.The metal mesh may have a diameter of 0.1 mm to 0.5 mm.
상기 메쉬의 크기는 0.1mm2 내지 0.7mm2를 가질 수 있다.The mesh may have a size of 0.1mm 2 to 0.7mm 2 .
상기 접착부재는 고분자 수지와 금속 분말이 혼합된 복합체일 수 있다.The adhesive member may be a composite in which a polymer resin and a metal powder are mixed.
상기 고분자 수지는 열경화성 에폭시, 상기 금속 분말은 알루미늄 분말을 포함하고, 상기 접착부재는 상기 고분자 수지와 상기 금속 분말이 80:20 vol%의 부피비율을 갖도록 형성될 수 있다.The polymer resin may include thermosetting epoxy, the metal powder may include aluminum powder, and the adhesive member may be formed so that the polymer resin and the metal powder have a volume ratio of 80:20 vol%.
상기 접착수단의 음향 임피던스는 상기 압전체의 음향 임피던스 및 상기 공통 전극의 음향 임피던스에 의해 결정될 수 있다.The acoustic impedance of the bonding means may be determined by the acoustic impedance of the piezoelectric body and the acoustic impedance of the common electrode.
상기 접착수단의 음향 임피던스는 상기 금속망의 면적에 따른 음향 임피던스와 상기 금속망에 충진된 상기 접착부재의 면적에 따른 음향 임피던스를 합한 음향 임피던스를 가질 수 있다.The acoustic impedance of the bonding means may have an acoustic impedance obtained by adding an acoustic impedance according to an area of the metal mesh and an acoustic impedance according to an area of the bonding member filled in the metal mesh.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 압전복합체 제조방법은 상부와 하부에 각각 도전체가 배치된 압전체를 준비하는 단계, 상기 도전체 상에 메쉬 형태를 갖는 접착수단을 배치하는 단계 및 상기 접착수단 상에 공통 전극을 배치하여 상기 도전체와 상기 공통 전극을 접착하는 단계를 포함한다.In order to solve the above problems, the method for manufacturing a piezoelectric composite of the present invention includes the steps of preparing a piezoelectric body in which a conductor is disposed on the upper part and the lower part, respectively, disposing an adhesive means having a mesh shape on the conductor, and on the adhesive means and adhering the conductor to the common electrode by disposing a common electrode there.
상기 접착수단을 배치하는 단계는, 상기 압전체의 음향 임피던스와 상기 공통 전극의 음향 임피던스를 이용하여 상기 접착수단의 음향임피던스를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The disposing of the bonding means may include determining the acoustic impedance of the bonding means using the acoustic impedance of the piezoelectric body and the acoustic impedance of the common electrode.
상기 접착수단의 음향 임피던스를 결정하는 단계는, 다수의 메쉬를 갖는 금속망을 준비하는 단계 및 상기 다수의 메쉬 내에 상기 도전체와 상기 공통 전극을 접착하는 접착부재를 충진하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the acoustic impedance of the bonding means may include preparing a metal mesh having a plurality of meshes and filling the plurality of meshes with an adhesive member bonding the conductor and the common electrode. .
상기 접착수단의 음향 임피던스를 결정하는 단계는, 상기 금속망의 음향 임피던스와 상기 접착부재의 음향 임피던스를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The determining of the acoustic impedance of the bonding means may further include determining the acoustic impedance of the metal mesh and the acoustic impedance of the bonding member.
상기 접착부재를 충진하는 단계는, 고분자 수지와 금속 분말을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.Filling the adhesive member may include mixing a polymer resin and a metal powder.
상기 고분자 수지는 열경화성 에폭시, 상기 금속 분말은 알루미늄 분말을 포함하고, 상기 접착부재는 상기 고분자 수지와 상기 금속 분말이 80:20 vol%의 부피비율을 갖도록 형성될 수 있다.The polymer resin may include thermosetting epoxy, the metal powder may include aluminum powder, and the adhesive member may be formed so that the polymer resin and the metal powder have a volume ratio of 80:20 vol%.
본 발명에 따르면, 금속망과 금속망에 충진된 에폭시를 이용하여 압전체와 공통 전극 간의 음향 임피던스 차이가 감소되도록 제작함으로써 압전체에서 발생되는 초음파 진동이 공통 전극에 효과적으로 전달되도록 할 수 있다. 따라서, 압전복합체의 내구성 향상 및 발열현상을 감소시킬 수 있다.According to the present invention, the ultrasonic vibration generated from the piezoelectric body can be effectively transmitted to the common electrode by manufacturing the metal mesh and the epoxy filled in the metal mesh to reduce the difference in acoustic impedance between the piezoelectric body and the common electrode. Therefore, it is possible to improve the durability of the piezoelectric composite and reduce heat generation.
또한, 금속망의 탄성 특성을 이용하여 열팽창계수 차이에 의해 발생되는 응력집중을 완화시킬 수 있기 때문에 열팽창계수 차이에 의해 도전체와 공통 전극이 서로 접착되지 못하고 파손되거나 공통 전극 표면에 굴곡 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.In addition, since the stress concentration caused by the difference in the coefficient of thermal expansion can be alleviated by using the elastic properties of the metal mesh, the conductor and the common electrode cannot adhere to each other due to the difference in the coefficient of thermal expansion, and the conductor and the common electrode cannot be bonded to each other and are damaged or the surface of the common electrode is bent. can be prevented from becoming
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 종래의 1-3 구조의 압전복합체를 나타낸 이미지이다.
도 2는 종래의 압전복합체 제조시, 열팽창계수 차이에 의해 파손된 이미지이다.
도 3은 종래의 압전복합체 제조시, 열팽창계수 차이에 따른 불량을 나타낸 이미지이다.
도 4는 본 발명의 압전복합체를 나타낸 도면이다.
도 5는 압전체와 공통 전극 간의 음향 임피던스 차이를 줄이기 위한 매칭층을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 접착수단을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 의해 제조된 압전복합체를 나타낸 이미지이다.
도 8은 도 7에 도시된 압전복합체의 실험결과를 나타낸 이미지이다.1 is an image showing a conventional piezoelectric composite having a 1-3 structure.
FIG. 2 is an image that is damaged due to a difference in coefficient of thermal expansion when a conventional piezoelectric composite is manufactured.
3 is an image showing a defect due to a difference in thermal expansion coefficient when manufacturing a conventional piezoelectric composite.
4 is a view showing the piezoelectric composite of the present invention.
5 is a view for explaining a matching layer for reducing a difference in acoustic impedance between the piezoelectric body and the common electrode.
6 is a view showing the bonding means of the present invention.
7 is an image showing the piezoelectric composite manufactured by the present invention.
8 is an image showing the experimental results of the piezoelectric composite shown in FIG.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention is susceptible to various modifications and variations, specific embodiments thereof are illustrated and illustrated in the drawings and will be described in detail hereinafter. However, it is not intended to limit the invention to the particular form disclosed, but rather the invention includes all modifications, equivalents and substitutions consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.It will be appreciated that when an element, such as a layer, region, or substrate, is referred to as being “on” another component, it may be directly on the other element or intervening elements in between. .
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and/or regions, such elements, components, regions, layers and/or regions are not It will be understood that they should not be limited by these terms.
도 4는 본 발명의 압전복합체를 나타낸 도면이다.4 is a view showing the piezoelectric composite of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 압전복합체는 인가되는 전압에 의해 진동을 수행하는 압전체(110), 압전체(110)의 상부와 하부에 각각 배치된 도전체(120), 도전체(120) 상에 각각 배치되고, 전압이 인가되는 도선이 연결된 공통 전극(130), 압전체(110) 및 도전체(120)를 감싸는 연결층(140) 및 도전체(120)와 공통 전극(130) 사이에 배치되고, 메쉬 형태를 갖는 접착수단(150)을 포함한다.Referring to FIG. 4 , the piezoelectric composite according to the present invention includes a
압전체(110)는 인가되는 전압에 의해 발생되는 전계에 의해 진동이 발생될 수 있다. 압전체(110)는 압전소재로 구성될 수 있으며, 일예로, 압전소재는 PZT(lead zirconate titanate), PMN-PT(lead magnesium niobate-lead titanate), PZN-PT(lead zinc Niobate-lead titanate), PINPT(lead indium niobate-lead titanate), PYN-PT(lead ytterbium niobate-lead titanate), BNT(BaNiTiO3) 및 BZT-BCT(barium zirconate titanate- barium calcium titanate) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 물질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The
도전체(120)는 압전체(110)의 상부 및 하부에 각각 배치될 수 있다. 즉, 도전체(120)는 압전체(110)를 사이에 두고 이격되어 배치되며, 적어도 일부가 서로 중첩할 수 있다. 이러한 도전체(120)는 전압이 인가되는 후술할 공통 전극(130)과 전기적으로 연결되며, 압전체(110)의 상부 전극 및 하부 전극으로서 기능할 수 있다. 또한, 도전체(120)는 낮은 저항 및 우수한 방열 특성을 갖는 금속 물질로 이루어질 수 있다. 일예로, 도전체(120)는 은(Ag), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 금(Au), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 이리듐(Ir) 및 크롬(Cr) 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 은(Ag)으로 형성된 상부 전극 및 하부 전극일 수 있다.The
공통 전극(130)은 도전체(120) 상에 각각 배치될 수 있다. 공통 전극(130)은 도전성 물질로 형성될 수 있으며, 알루미늄(Al) 또는 스테인레스(STS) 등을 포함할 수 있다. 공통 전극(130)의 일측 및 타측에는 외부에서 전기 신호가 인가되는 전선이 연결될 수 있다. 전선은 공통 전극(130)과 납땜등을 통해 전기적으로 연결될 수 있으며, 납땜을 보강하기 위해 열경화성 에폭시 등으로 도포될 수 있다.The
공통 전극(130) 사이에는 압전체(110)가 배치되는 구조를 가지되, 공통 전극(130) 사이에 다수의 압전체(110)들이 어레이 형태로 배치된 1-3 모드의 압전복합체일 수 있다. 즉, 다수의 압전체(110)들은 압전체(110) 상하부에 각각 배치된 도전체(120)가 공통 전극(130)에 공통으로 부착되는 구조를 가질 수 있다.It has a structure in which the
연결층(140)은 압전체(110)를 감싸도록 형성될 수 있다. 즉, 연결층(140)은 어레이 형태로 배치된 압전체(110)들 사이의 공간을 채울 수 있다. 일예로, 연결층(140)은 낮은 음향 임피던스를 갖는 폴리머(polymer) 또는 공기 등으로 압전체(110)들 사이의 공간을 채울 수 있다. 일예로, 어레이 형태의 압전체(110)들을 폴리머 매트릭스에 심은 1-3 모드의 압전복합체 형태일 수 있다.The
접착수단(150)은 도전체(120)와 공통 전극(130) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 도전체(120)와 공통 전극(130)은 접착수단(150)에 의해 서로 접착될 수 있다.The bonding means 150 may be disposed between the
일반적으로, 압전체(110)와 공통 전극(130)을 접착하기 위해 압전체(110)와 공통 전극(130) 사이에 열경화성 에폭시를 이용하여 열처리를 통해 접착을 수행한다. 허나, 압전체(110)와 공통 전극(130) 간의 열팽창계수 차이에 의해 열처리시 제대로 접착되지 못하고 파손되거나, 공통 전극(130) 표면에 굴곡이 발생되는 문제가 발생된다. 또한, 압전체(110)와 공통 전극(130)의 음향 임피던스 차이에 의해 효과적인 초음파가 전달되지 못하는 단점을 갖는다. 따라서, 압전체(110)와 공통 전극(130) 사이에 음향 임피던스의 차이를 줄이기 위해 매칭층(102)이 사용된다.In general, in order to bond the
도 5는 압전체와 공통 전극 간의 음향 임피던스 차이를 줄이기 위한 매칭층을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a matching layer for reducing a difference in acoustic impedance between the piezoelectric body and the common electrode.
도 5를 참조하면, 압전체(101)의 음향 임피던스와 초음파가 전달되는 매질의 음향 임피던스 차이를 줄이기 위해 압전체(101)와 매질 사이에 음향 임피던스를 매칭시키기 위한 매칭층(102)이 배치된다. 또한, 매칭층(102)의 대향되는 면에는 압전체로부터 발생되는 진동을 흡수하거나 억제하기 위한 후면(backing)층(103)이 형성된다. 여기서, 압전체(101)의 음향 임피던스를 Zpiezo, 매질의 음향 임피던스를 Z매질이라 했을 때, 압전체(101)와 매질 사이의 음향 임피던스를 매칭시키기 위한 매칭층(102)의 음향 임피던스 Zmatching는 아래의 수학식 1을 이용하여 구할 수 있다.Referring to FIG. 5 , a
여기서, 압전체(101)와 매질은 본 발명의 압전체(110)와 공통 전극(130)에 각각 대응될 수 있으며, 음향 임피던스를 감소시키는 매칭층(102)은 본 발명의 접착수단(150)과 대응될 수 있다. 즉, 압전체(110)의 음향 임피던스와 공통 전극(130)의 음향 임피던스를 알면 둘 간의 음향 임피던스 차이를 감소시켜 매칭층(102)으로서 기능하는 접착수단(150)의 음향 임피던스를 결정할 수 있다.Here, the
일예로, 각 물질에 따른 음향 임피던스는 아래의 표 1과 같이 나타낼 수 있다.As an example, the acoustic impedance according to each material may be represented as shown in Table 1 below.
표 1에서와 같이, 압전체(110)로 PZT를 사용했을 때의 음향 임피던스는 34 Mrayl이고, 공통 전극(130)으로 알루미늄을 사용할 경우 17.33 Mrayl의 음향 임피던스를 가지며, 스테인레스를 사용할 경우 45.45 Mrayl의 음향 임피던스를 가질 수 있다. 즉, 공통 전극(130)으로 알루미늄이나 스테인레스 모두 압전체(110)의 음향 임피던스와는 큰 차이를 갖는다. 이러한 음향 임피던스의 차이에 의해 초음파가 효과적으로 전달되지 못하게 된다.As shown in Table 1, when PZT is used as the
더욱이, 압전체(110)와 공통 전극(130)을 접착시키기 위해 일반적으로 접착수단(150)으로 사용되는 열경화성 에폭시의 음향 임피던스는 3 Mrayl을 갖기 때문에 열경화성 에폭시는 압전체(110)와 공통 전극(130)을 접착시키는 역할만을 수행할 뿐 음향 임피던스를 감소시키기 위한 매칭층(102)으로서의 역할을 수행하지 못한다.Moreover, since the acoustic impedance of the thermosetting epoxy generally used as the bonding means 150 for bonding the
따라서, 접착수단(150)이 매칭층(102)으로서의 기능을 수행하기 위해서는 수학식 1을 이용하여 압전체(110)와 공통 전극(130) 간의 음향 임피던스를 매칭시키기 위한 음향 임피던스를 결정해야 한다. 일예로, 압전체(110)로 PZT를 사용하고, 공통 전극(130)으로 알루미늄을 사용할 경우, 각각의 음향 임피던스를 수학식 1에 대입하여 매칭을 위한 음향 임피던스를 구하면 24 Mrayl의 음향 임피던스를 구할 수 있다.Therefore, in order for the bonding means 150 to function as the
즉, 접착수단(150)이 24 Mrayl의 음향 임피던스를 갖도록 형성하면, 매칭층(102)으로서의 역할을 수행하여 압전체(110)에서 발생되는 초음파를 매질로 효과적으로 전달할 수 있다. 또한, 초음파를 효과적으로 전달할 수 있기 때문에 에너지 손실을 줄일 수 있으며, 압전체(110)에서 발생되는 발열을 대폭 감소시킬 수 있다. 이는 압전복합체의 내구성이 향상되는 효과로 이어질 수 있다.That is, when the bonding means 150 is formed to have an acoustic impedance of 24 Mrayl, it can serve as the
이러한 매칭층(102)으로서의 역할을 수행하기 위한 본 발명의 접착수단(150)은 다수의 메쉬를 갖는 금속망(151) 및 다수의 메쉬 내에 충진되며, 도전체(120)와 공통 전극(130)을 접착시키는 접착부재(152)를 포함할 수 있다.The bonding means 150 of the present invention for performing such a role as the
도 6은 본 발명의 접착수단을 나타낸 도면이다.6 is a view showing the bonding means of the present invention.
도 4 및 도 6을 참조하면, 금속망(151)은 압전체(110)와 공통 전극(130) 사이에 배치되되, 좀 더 상세하게는 압전체(110) 상부 및 하부에 각각 배치된 도전체(120)와 상부 및 하부 도전체(120) 상에 각각 배치된 공통 전극(130) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 금속망(151)은 도전체(120) 및 공통 전극(130)과 서로 접하도록 형성될 수 있다.4 and 6 , the
금속망(151)은 압전체(110)와 공통 전극(130)의 음향 임피던스 차이를 감소시키기 위한 음향 임피던스 매칭 기능뿐만 아니라, 압전체(110)의 상부 및 하부에 배치된 도전체(120)와 공통 전극(130) 사이의 저항을 감소시키는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 도전체(120)와 공통 전극(130) 간의 저항을 감소시켜 도전체(120)와 공통 전극(130) 간의 효과적인 오믹(ohmic) 접촉이 되도록 기능할 수 있다.The
또한, 열경화시 압전체(110)와 공통 전극(130) 간의 열팽창계수 차이에 따른 파손을 방지할 수 있다. 즉, 열팽창계수 차이에 의해 압전복합체의 파손을 유발하는 응력집중 현상을 금속망(151)의 탄성 특성을 이용하여 완화시킬 수 있다. 따라서, 열팽창계수 차이에 의해 도전체(120)와 공통 전극(130)이 서로 접착되지 못하고 파손되는 현상을 방지할 수 있다.In addition, it is possible to prevent damage due to a difference in the coefficient of thermal expansion between the
금속망(151)에 형성된 메쉬의 크기 및 금속망(151)의 직경은 음향 임피던스 매칭을 위해 선택되는 재질에 따라 결정되되, 메쉬의 크기는 0.1mm2 내지 0.7mm2의 크기를 갖고, 금속망(151)의 직경은 0.1mm 내지 0.5mm를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 일예로, 메쉬의 크기가 0.1mm2 보다 작으면, 메쉬 내에 충진되는 접착부재(152)의 양이 작아져 접착 특성이 나빠질 수 있고, 0.7mm2 보다 크면 단위면적당 도전체(120)와 공통 전극(130)에 접촉되는 금속망(151)의 면적이 작아져 열팽창계수 차이에 따른 파손을 방지하기 위한 금속망(151)의 탄성 특성이 낮아질 수 있다. 또한, 금속망(151)의 직경이 0.1mm 보다 작으면, 상술한 금속망(151)의 탄성 특성이 나빠지고, 직경이 0.5mm보다 크면 압전체(110)와 공통 전극(130)간의 거리가 멀어져 압전체(110)에서 발생되는 초음파의 효율이 낮아질 수 있다.The size of the mesh formed on the
일예로, 금속망(151)으로 스테인레스를 사용할 경우 금속망(151)의 직경을 0.2mm, 메쉬의 크기를 0.36mm2으로 형성하는 것이 바람직하다.For example, when stainless steel is used as the
접착부재(152)는 금속망(151)의 메쉬 내에 충진되되, 도전체(120)와 공통 전극(130)이 서로 접착되도록 기능할 수 있다. 접착부재(152)는 도전체(120)와 공통 전극(130)을 접착시키는 기능 외에 금속망(151)과 함께 압전체(110)와 공통 전극(130) 간의 음향 임피던스를 감소시키기 위한 매칭층(102)으로서의 기능을 수행할 수 있다.The
또한, 접착부재(152)는 고분자 수지와 금속 분말이 혼합된 복합체 형태일 수 있다. 일예로, 고분자 수지는 열경화성 수지로서, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄, 베이클라이트, 듀로플라스트(duroplast), 우레아-포름알데히드, 디알릴-프탈레이트, 에폭시 비닐에스테르, 폴리이미드, 폴리시아누레이트의 시아네이트 에스테르, 디사이클로펜타디엔, 페놀계(phenolic), 벤조옥사진, 이의 코폴리머 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는 접착부재(152)에 사용되는 고분자 수지는 열경화성 에폭시일 수 있다. 금속 분말은 알루미늄 또는 스테인레스 등을 포함할 수 있다.In addition, the
일예로, 접착부재(152)는 고분자 수지를 에폭시로, 금속 분말을 알루미늄 분말로 하고, 에폭시와 알루미늄 분말이 80:20 vol%의 부피비율로 혼합된 복합체일 수 있다. 고분자 수지와 금속 분말의 혼합 비율은 상기 수학식 1을 통해 결정된 접착수단(150)의 음향 임피던스 값에 따라 조절될 수 있다. 이러한 고분자 수지와 금속 분말이 혼합된 접착부재(152)는 금속망(151)에 형성된 다수의 메쉬 내에 충진될 수 있다.For example, the
따라서, 금속망(151)과 접착부재(152)로 형성된 접착수단(150)의 전체 음향 임피던스는 하기의 수학식 2를 통해 구할 수 있다.Accordingly, the total acoustic impedance of the bonding means 150 formed of the
일예로, 압전체(110)로 PZT를 사용하고, 공통 전극(130)으로 알루미늄보다 열팽창계수의 차이가 작은 스테인레스를 사용할 경우, PZT의 음향 임피던스 34 Mrayl와 스테인레스의 음향 임피던스 45.45 Mrayl를 수학식 1에 적용하면 압전체(110)와 공통 전극(130)의 음향 임피던스 차이를 줄이기 위한 접착수단(150)의 음향 임피던스 24 Mrayl를 구할 수 있다.For example, when PZT is used as the
즉, 금속망(151)과 금속망(151)의 메쉬 내에 충진된 접착부재(152)에 따른 접착수단(150)의 전체 음향 임피던스를 수학식 1을 통해 구한 음향 임피던스와 맞추면 압전체(110)와 공통 전극(130)의 음향 임피던스 차이를 최소화 할 수 있다.That is, when the overall acoustic impedance of the bonding means 150 according to the
실시예로, 스테인레스로 된 금속망(151)의 직경을 0.2mm, 메쉬의 크기를 0.36mm2로 하여 스테인레스로 된 금속망(151)의 면적과 메쉬의 전체 면적비가 44:56가 되도록 제작하고, 에폭시에 알루미늄 분말을 80:20 vol%의 부피비율로 혼합한 접착부재(152)를 상기 메쉬에 충진하면, 접착수단(150)의 전체 음향 임피던스는 하기와 같이 계산될 수 있다.In an embodiment, the diameter of the
Z접착수단 = (금속망의 면적비×45.45 Mrayl) + (접착부재의 면적비×6.09 Mrayl) = 23.4 MraylZ Adhesive means = (area ratio of metal mesh × 45.45 Maryl) + (area ratio of adhesive member × 6.09 Maryl) = 23.4 Maryl
즉, 접착수단(150)의 전체 음향 임피던스를 수학식 1을 통해 계산된 24 Mrayl의 음향 임피던스값과 근접한 23.4 Mrayl의 음향 임피던스값을 갖도록 제조할 수 있다.That is, the total acoustic impedance of the bonding means 150 may be manufactured to have an acoustic impedance value of 23.4 Mray, which is close to the acoustic impedance value of 24 Mray calculated through Equation (1).
따라서, 34 Mrayl의 음향 임피던스를 갖는 압전체(110)와 45.45 Mrayl의 음향 임피던스를 갖는 공통 전극(130) 사이에 매칭층(102)으로서 23.4 Mrayl의 접착수단(150)이 포함되도록 제조함으로써 압전체(110)와 공통 전극(130)의 임피던스 차이로 인하여 발생되는 초음파 에너지의 전달 손실을 억제할 수 있다. 즉, 압전복합체에 의해 초음파 진동 발생시 매질을 통해 효과적으로 초음파가 전달되도록 할 수 있다.Therefore, the
또한, 접착수단(150)을 다수의 메쉬에 접착부재(152)가 충진된 금속망(151)으로 형성함으로써 열경화시 압전체(110)와 공통 전극(130) 간의 열팽창계수 차이에 따른 파손을 방지할 수 있다. 즉, 금속망(151)의 탄성 특성을 이용하여 열팽창계수 차이에 의해 발생되는 응력집중을 완화시킬 수 있다. 따라서, 열팽창계수 차이에 의해 도전체(120)와 공통 전극(130)이 서로 접착되지 못하고 파손되거나 공통 전극(130) 표면에 굴곡 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.In addition, by forming the bonding means 150 with the
도 7은 본 발명에 의해 제조된 압전복합체를 나타낸 이미지이다.7 is an image showing the piezoelectric composite manufactured by the present invention.
우선 도 7을 참조하면, 도 7에 제조된 1-3 모드의 압전복합체는 어레이 형태로 다수 배치된 압전체(PZT)와 공통 전극(스테인레스)이 금속망(스테인레스)과 금속망에 포함된 접착부재(열경화성 에폭시와 알루미늄 분말이 혼합된 복합체)를 이용하여 열경화된 상태를 나타낸다.First, referring to FIG. 7, in the piezoelectric composite of mode 1-3 manufactured in FIG. 7, a plurality of piezoelectric bodies (PZT) and a common electrode (stainless) arranged in an array form are included in a metal mesh (stainless) and an adhesive member included in the metal mesh. (Composite in which thermosetting epoxy and aluminum powder are mixed) shows the thermosetting state.
도 7에서와 같이, 열경화된 후에도 압전체(110)와 공통 전극(130) 사이에 배치된 금속망에 의해 열팽창에 의한 압전복합체의 파손이 방지되며, 공통 전극의 표면도 평탄도가 유지됨을 확인할 수 있다.As in FIG. 7 , even after thermal curing, damage to the piezoelectric composite due to thermal expansion is prevented by the metal mesh disposed between the
도 8은 도 7에 도시된 압전복합체의 실험결과를 나타낸 이미지이다.8 is an image showing the experimental results of the piezoelectric composite shown in FIG.
여기서, 도 8(a)는 본 발명의 압전복합체가 동작하기 전에 압전복합체의 표면에 배치된 물의 상태를 나타낸 이미지이며, 도 8(b)는 도 8(a)의 압전복합체가 동작한 후의 압전복합체의 표면에 배치된 물의 상태를 나타낸 이미지이다.Here, Figure 8 (a) is an image showing the state of water disposed on the surface of the piezoelectric composite before the operation of the piezoelectric composite of the present invention, Figure 8 (b) is the piezoelectric composite of Figure 8 (a) after operation It is an image showing the state of water disposed on the surface of the complex.
도 8(a) 및 도 8(b)를 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 압전복합체를 공진 주파수에서 구동할 경우 초음파 에너지가 표면의 물에 효과적으로 전달되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 8(a) and 8(b), when the piezoelectric composite manufactured according to the present invention is driven at a resonant frequency, it can be confirmed that the ultrasonic energy is effectively transferred to the water on the surface.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 압전복합체는 금속망(151)과 금속망(151)에 충진된 에폭시를 이용하여 압전체(110)와 공통 전극(130) 간의 음향 임피던스 차이가 감소되도록 제작함으로써 압전체(110)에서 발생되는 초음파 진동이 공통 전극(130)에 효과적으로 전달되도록 할 수 있다. 따라서, 압전복합체의 내구성 향상 및 발열현상을 감소시킬 수 있다.As described above, the piezoelectric composite according to the present invention uses the
또한, 금속망(151)의 탄성 특성을 이용하여 열팽창계수 차이에 의해 발생되는 응력집중을 완화시킬 수 있기 때문에 열팽창계수 차이에 의해 도전체(120)와 공통 전극(130)이 서로 접착되지 못하고 파손되거나 공통 전극(130) 표면에 굴곡 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.In addition, since the stress concentration generated by the difference in the coefficient of thermal expansion can be alleviated by using the elastic properties of the
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are merely presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains that other modifications based on the technical spirit of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.
110 : 압전체
120 : 도전체
130 : 공통 전극
140 : 연결층
150 : 접착수단
151 : 금속망
152 : 접착부재110: piezoelectric body 120: conductor
130: common electrode 140: connection layer
150: bonding means 151: metal mesh
152: adhesive member
Claims (15)
상기 압전체의 상부와 하부에 각각 배치된 도전체;
상기 도전체 상에 각각 배치되고, 전압이 인가되는 도선이 연결된 공통 전극;
상기 압전체 및 상기 도전체를 감싸는 연결층; 및
상기 도전체와 상기 공통 전극 사이에 배치되고, 메쉬 형태를 갖는 접착수단을 포함하는 압전복합체.a piezoelectric body that vibrates by an applied voltage;
conductors respectively disposed above and below the piezoelectric body;
a common electrode disposed on the conductor and connected to a conductor to which a voltage is applied;
a connection layer surrounding the piezoelectric body and the conductor; and
and an adhesive means disposed between the conductor and the common electrode and having a mesh shape.
다수의 메쉬를 갖는 금속망; 및
상기 다수의 메쉬 내에 배치되며, 상기 도전체와 상기 공통 전극을 접착하는 접착부재를 포함하는 압전복합체.According to claim 1, wherein the bonding means,
a metal mesh having a plurality of meshes; and
and an adhesive member disposed in the plurality of meshes and bonding the conductor and the common electrode.
상기 금속망은 스테인레스 또는 알루미늄을 포함하는 압전복합체.3. The method of claim 2,
The metal mesh is a piezoelectric composite including stainless or aluminum.
상기 금속망은 0.1mm 내지 0.5mm의 직경을 갖는 것인 압전복합체.3. The method of claim 2,
The metal mesh is a piezoelectric composite having a diameter of 0.1mm to 0.5mm.
상기 메쉬의 크기는 0.1mm2 내지 0.7mm2를 갖는 것인 압전복합체.3. The method of claim 2,
The mesh has a size of 0.1mm 2 to 0.7mm 2 A piezoelectric composite having a size.
상기 접착부재는 고분자 수지와 금속 분말이 혼합된 복합체인 것인 압전복합체.3. The method of claim 2,
The adhesive member is a piezoelectric composite that is a composite in which a polymer resin and a metal powder are mixed.
상기 고분자 수지는 열경화성 에폭시, 상기 금속 분말은 알루미늄 분말을 포함하고,
상기 접착부재는 상기 고분자 수지와 상기 금속 분말이 80:20 vol%의 부피비율을 갖도록 형성되는 것인 압전복합체.7. The method of claim 6,
The polymer resin includes a thermosetting epoxy, and the metal powder includes an aluminum powder,
The adhesive member is a piezoelectric composite which is formed so that the polymer resin and the metal powder have a volume ratio of 80:20 vol%.
상기 접착수단의 음향 임피던스는 상기 압전체의 음향 임피던스 및 상기 공통 전극의 음향 임피던스에 의해 결정되는 것인 압전복합체.3. The method of claim 2,
The acoustic impedance of the bonding means is determined by the acoustic impedance of the piezoelectric body and the acoustic impedance of the common electrode.
상기 접착수단의 음향 임피던스는 상기 금속망의 면적에 따른 음향 임피던스와 상기 금속망에 충진된 상기 접착부재의 면적에 따른 음향 임피던스를 합한 음향 임피던스를 갖는 것인 압전복합체.3. The method of claim 2,
The acoustic impedance of the bonding means is a piezoelectric composite having an acoustic impedance obtained by adding the acoustic impedance according to the area of the metal mesh and the acoustic impedance according to the area of the bonding member filled in the metal mesh.
상기 도전체 상에 메쉬 형태를 갖는 접착수단을 배치하는 단계; 및
상기 접착수단 상에 공통 전극을 배치하여 상기 도전체와 상기 공통 전극을 접착하는 단계를 포함하는 압전복합체 제조방법.preparing a piezoelectric body in which conductors are respectively disposed on the upper part and the lower part;
disposing an adhesive means having a mesh shape on the conductor; and
and disposing a common electrode on the bonding means to bond the conductor and the common electrode.
상기 압전체의 음향 임피던스와 상기 공통 전극의 음향 임피던스를 이용하여 상기 접착수단의 음향임피던스를 결정하는 단계를 포함하는 압전복합체 제조방법.11. The method of claim 10, wherein the step of disposing the bonding means,
and determining the acoustic impedance of the bonding means by using the acoustic impedance of the piezoelectric body and the acoustic impedance of the common electrode.
다수의 메쉬를 갖는 금속망을 준비하는 단계; 및
상기 다수의 메쉬 내에 상기 도전체와 상기 공통 전극을 접착하는 접착부재를 충진하는 단계를 포함하는 압전복합체 제조방법.The method of claim 11, wherein the determining of the acoustic impedance of the bonding means comprises:
Preparing a metal mesh having a plurality of meshes; and
and filling an adhesive member for bonding the conductor and the common electrode in the plurality of meshes.
상기 금속망의 음향 임피던스와 상기 접착부재의 음향 임피던스를 결정하는 단계를 더 포함하는 압전복합체 제조방법.The method of claim 12, wherein the determining of the acoustic impedance of the bonding means comprises:
The method further comprising the step of determining the acoustic impedance of the metal mesh and the acoustic impedance of the adhesive member.
고분자 수지와 금속 분말을 혼합하는 단계를 포함하는 압전복합체 제조방법.The method of claim 12, wherein the filling of the adhesive member comprises:
A method for manufacturing a piezoelectric composite comprising mixing a polymer resin and a metal powder.
상기 고분자 수지는 열경화성 에폭시, 상기 금속 분말은 알루미늄 분말을 포함하고,
상기 접착부재는 상기 고분자 수지와 상기 금속 분말이 80:20 vol%의 부피비율을 갖도록 형성되는 것인 압전복합체 제조방법15. The method of claim 14,
The polymer resin includes a thermosetting epoxy, and the metal powder includes an aluminum powder,
The adhesive member is a piezoelectric composite manufacturing method in which the polymer resin and the metal powder are formed to have a volume ratio of 80:20 vol%
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102495265B1 (en) * | 2022-08-11 | 2023-02-06 | 주식회사 헬스앤드림 | Ultrasonic Generator |
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