WO2014133211A1 - 초음파 트랜스듀서 및 그 제작방법 - Google Patents

초음파 트랜스듀서 및 그 제작방법 Download PDF

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WO2014133211A1
WO2014133211A1 PCT/KR2013/001672 KR2013001672W WO2014133211A1 WO 2014133211 A1 WO2014133211 A1 WO 2014133211A1 KR 2013001672 W KR2013001672 W KR 2013001672W WO 2014133211 A1 WO2014133211 A1 WO 2014133211A1
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electrode
ground electrode
piezoelectric layer
signal electrode
circuit board
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PCT/KR2013/001672
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김종길
이수성
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알피니언메디칼시스템 주식회사
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    • B06B2201/70—Specific application
    • B06B2201/76—Medical, dental

Definitions

  • An embodiment of the present invention relates to an ultrasonic transducer, and more particularly, an increase in manufacturing cost of an ultrasonic transducer having a socket connection structure, an increase in socket volume and difficulty in designing a socket, and problems in socket contact failure.
  • the present invention relates to an ultrasonic transducer that has been improved.
  • the ultrasound transducer is for transmitting an ultrasound signal to a treatment site and receiving an ultrasound echo signal reflected from the treatment area to obtain an ultrasound image of the treatment area.
  • Ultrasonic transducers can be applied in many industries. In particular, it is mainly used in the field of medical devices such as an ultrasonic diagnostic apparatus which emits ultrasonic signals from the body surface of the subject toward the treatment area in the body and obtains images of soft tissue tomography or blood flow in a non-invasive manner by using reflected ultrasonic echo signals. Can be.
  • Piezoelectric material is a material that converts electrical energy and mechanical energy.
  • a piezoelectric body used in an ultrasonic transducer forms an electrode at the top and bottom thereof, and when a power is applied, the piezoelectric vibrates and converts electrical signals and acoustic signals.
  • 1 and 2 are partial views illustrating the structure of a general ultrasonic transducer.
  • Ultrasonic transducers generally include a body 100 for receiving an ultrasound signal or receiving an image signal regressing from a treatment site, an electrode assembly 130 connected to the body 100, and a circuit board 110 for processing power or an image. Include.
  • connection socket 120 The electrode assembly 130 and the circuit board 110 are electrically connected through the connection socket 120.
  • the structure in which the electrode assembly 130 and the circuit board 110 are connected by using the connection socket 120 has a disadvantage in that an excessive cost is required for manufacturing the connection socket 120 and attaching it to the electrode assembly 130. have.
  • the electrode assembly 130 must have a channel electrically connected to each piezoelectric body.
  • the volume of the socket increases and the socket design is increased. The disadvantage is that it becomes difficult.
  • the socket connection structure may cause a poor contact, and there is a disadvantage that an error may occur in an electrical signal or an image signal due to a poor contact.
  • Embodiments of the present invention provide an ultrasonic transducer and a method of manufacturing the same, which improves the manufacturing cost of the ultrasonic transducer having a socket connection structure, increases the socket volume and difficulty of socket design, and problems of socket contact failure.
  • the purpose is to provide.
  • the piezoelectric layer for generating ultrasonic waves using the power provided from the outside; A ground electrode attached to one surface of the piezoelectric layer; A signal electrode attached to the other surface of the piezoelectric layer; And a circuit board connected to the ground electrode and the signal electrode, wherein the ground electrode and the signal electrode are partially connected directly to the circuit board and formed of a flexible material, and the circuit board is made of a rigid material that is not bent. It may be formed. In this case, the circuit board may be provided at both sides of the ground electrode and the signal electrode.
  • a ground electrode for grounding and a signal electrode for transmitting a signal A piezoelectric layer interposed between the ground electrode and the signal electrode and generating ultrasonic waves including a piezoelectric material; A circuit board in which both sides of the ground electrode and the signal electrode are inserted and integrated; And a connector coupled to the circuit board and electrically connecting the main body connecting portion installed between the main body of the ultrasonic diagnostic apparatus and the circuit board and the circuit board.
  • the perforated part may be formed at a portion attached to the piezoelectric layer.
  • the ground electrode or the signal electrode may be provided with a plurality of signal channels electrically connected to the main body connecting portion.
  • One embodiment of the ultrasonic transducer manufacturing method comprises the steps of manufacturing a ground electrode and a signal electrode formed of a flexible material; An electrode attachment step of attaching a circuit board to both sides of each of the ground electrode and the signal electrode; And a piezoelectric layer attaching process for inserting and attaching a piezoelectric layer between the ground electrode and the signal electrode at the center of the ground electrode and the signal electrode.
  • the piezoelectric layer attaching process may include forming a plurality of perforation holes in a portion of the ground electrode or the signal electrode to which the piezoelectric layer is inserted and fixed, and injecting an adhesive into the perforation holes. .
  • the ultrasonic transducer of the above-described embodiment and a method of manufacturing the same provide a structure in which the ground electrode or the signal electrode is directly connected to the circuit board, thereby increasing the manufacturing cost of the ultrasonic transducer having the socket connection structure, and increasing the socket volume. Difficulty in socket design and socket contact failure can be improved.
  • 1 and 2 are partial views illustrating the structure of a general ultrasonic transducer.
  • FIG 3 is a perspective view showing a portion of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a side view showing the structure of the ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • all terms used herein, including technical or scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and are not construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
  • FIG 3 is a perspective view showing a portion of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
  • the piezoelectric layer 310 serves to generate ultrasonic waves using the piezoelectric effect, and the ultrasonic waves generated in the piezoelectric layer 310 are emitted through the acoustic lens 410 (see FIG. 4).
  • the piezoelectric layer 310 may be formed in a single layer structure, or may be formed in a multilayer structure in which a plurality of piezoelectric layers 310 are stacked.
  • the ground electrode 320 is attached to one surface of the piezoelectric layer 310, and the signal electrode 330 is attached to the other surface of the piezoelectric layer 310.
  • the signal electrode 330 may be a path through which electric power for generating ultrasound is input to the piezoelectric layer 310, or may transmit an image signal of a treatment area of the ultrasound that is returned to the piezoelectric layer 310. It serves to deliver to the city.
  • the ground electrode 320 and the signal electrode 330 is a channel connected to each of the piezoelectric material provided in the plurality of piezoelectric layer 310 are coupled, each of these channels is a passage for transmitting power or image signal, respectively.
  • connection socket shown in FIGS. 1 and 2 is unnecessary.
  • the ground electrode 320 and the signal electrode 330 may be inserted into the circuit board 340 in various ways.
  • the ground electrode 320 and the signal electrode 330 are stacked on the lower substrate 342. Then, there is a system in which the upper substrate portion 341 is laminated in this order.
  • the resin film solidified between the substrate lower layer portion 342 and the signal electrode 330, between the substrate upper layer portion 341 and the ground electrode 320, and between the ground electrode 320 and the signal electrode 330.
  • the resin film is interposed, and the substrate underlayer 342, the ground electrode 320, the signal electrode 330, and the substrate upper layer 341 are laminated and heated and pressurized at the same time, the resin film is melted to form an adhesive. Plays a role. Subsequently, the resin film is solidified again, and when the attachment of the lower substrate 342, the ground electrode 320, the signal electrode 330, and the upper substrate 341 is completed, the pressure is released to complete the attachment process of the laminate.
  • the liquid crystal may be sprayed or sprayed on the upper surface of the lower substrate 342, one or both surfaces of the ground electrode 320 and the signal electrode 330, and the lower surface of the upper substrate 341.
  • the laminate is pressed and the liquid adhesive solidifies, and when the adhesion of the lower substrate 342, the ground electrode 320, the signal electrode 330, and the upper substrate 341 is completed, the pressure is released to be laminated. Complete the sieve attachment process.
  • a separate heating device is not required as compared with the case of using a resin film.
  • the resin film there is an advantage that it does not need to go through a separate adhesive coating process compared to the case of using a liquid adhesive.
  • the circuit board 340 is formed of a solid material because various integrated circuits 343 for power and signal processing are installed, but the ground electrode 320 and the signal electrode 330 are formed of a flexible material. Accordingly, the ground electrode 320 and the signal electrode 330 are coupled to the center of the piezoelectric layer 310, and the circuit board 340 is coupled to both sides thereof, and thus the center of the ground electrode 320 and the signal electrode 330 is formed by the rigid piezoelectric layer 310 and the circuit board 340. Although both sides thereof are not bent, portions where the piezoelectric layer 310 and the circuit board 340 are adjacent to each other may be flexibly bent.
  • the piezoelectric layer 310 is coupled between the ground electrode 320 and the signal electrode 330.
  • the one surface of the ground electrode 320 and the piezoelectric layer 310 and the other surface of the signal electrode 330 and the piezoelectric layer 310 are faced to each other, and the ground electrode 320 and the signal electrode 330 are respectively faced with each other.
  • an electrically conductive adhesive is inserted into each perforation hole 322, and the permeable electrically conductive adhesive forms the ground electrode 320 and the piezoelectric layer 310.
  • the signal electrode 330 and the piezoelectric layer 310 are combined.
  • a plurality of perforation holes 322 are formed in a portion where the piezoelectric layer 310 of each of the ground electrode 320 and the signal electrode 330 is inserted and fixed, and the adhesive penetrates the perforation hole 322 to form a piezoelectric layer ( 310 is attached between the ground electrode 320 and the signal electrode 330.
  • the drilling portion 321 and the drilling hole 322 of the first embodiment are as shown in FIG.
  • the perforation part 321 is a structure in which a plurality of perforation holes 322 are arranged in the X-axis and Y-axis directions at regular intervals at the coupling portion of the piezoelectric layer 310 of each of the ground electrode 320 and the signal electrode 330. Is formed.
  • the adhesive penetrates into the surface of the piezoelectric layer 310 through the drilling hole 322 and is dispersed in the drilling hole 322, and the ground electrode 320, the piezoelectric layer 310, and the signal electrode are dispersed in the adhesive hole.
  • 330 and the piezoelectric layer 310 are combined.
  • the perforation holes 322 are formed at regular intervals, and adhesive penetrates into each of the perforation holes 322, the entire coupling portion of the piezoelectric layer 310 of the ground electrode 320 and the signal electrode 330 is completely separated. Evenly coupled with the piezoelectric layer 310 has the advantage of less defects in the coupling portion, thereby having a strong adhesion.
  • the ground electrode 320 and the signal are interposed between the ground electrode 320 and one surface of the piezoelectric layer 310 and between the signal electrode 330 and the other surface of the piezoelectric layer 310 with an electrically conductive adhesive.
  • the piezoelectric layer 310 is attached and fixed between the electrodes 330. That is, the piezoelectric layer 310 is interposed between the ground electrode 320 and the signal electrode 330 by using an electrically conductive adhesive at a portion where the piezoelectric layer 310 of each of the ground electrode 320 and the signal electrode 330 is inserted and fixed. To attach to.
  • the ground electrode 320 and the signal electrode 330 may be reversed.
  • the piezoelectric layer 310 may be coupled between the ground electrode 320 and the signal electrode 330 in combination with the above-described first and second embodiments.
  • Figure 4 is a side view showing the structure of the ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
  • the matching layer 420 is installed in front of the piezoelectric layer 310, serves to match the acoustic impedance of the piezoelectric layer 310 with the acoustic impedance of the treatment area to which the ultrasound reaches, and may be composed of a plurality of layers. Ultrasound passing through the matching layer 420 passes through the acoustic lens 410 again and is reflected from the treatment area, and then passes through the acoustic lens 410 and the matching layer 420 to return to the piezoelectric layer 310.
  • the sound absorbing layer 430 reduces the pulse width of the ultrasonic wave by suppressing free vibration of the piezoelectric layer 310 and prevents the ultrasonic wave from propagating unnecessarily to the rear of the piezoelectric layer 310 to prevent distortion of the ultrasonic image. Do it.
  • the circuit board 340 processes the power input from the power source into power required for the piezoelectric layer 310 to generate ultrasonic waves, and transmits the power to the piezoelectric layer 310 or by processing the image signal received from the piezoelectric layer 310. It transmits to the main body of the ultrasound treatment apparatus.
  • Both side portions of the ground electrode 320 and the signal electrode 330 attached to the front and rear surfaces of the piezoelectric layer 310 are inserted into the circuit board 340.
  • the connector 450 is coupled to the circuit board 340 in which the ground electrode 320 and the signal electrode 330 are inserted, and the connector 450 is coupled to the main body connector 440. Therefore, the power or image signal is transmitted between the piezoelectric layer 310 and the main body of the ultrasound treatment apparatus through the signal electrode 330, the circuit board 340, the connector 450, and the main body connecting part 440.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
  • the manufacturing method of the ultrasonic transducer includes a step (S510) of manufacturing a ground electrode and a signal electrode, an electrode attachment step (S520) of attaching a circuit board to both sides of each of the ground electrode and the signal electrode, and the ground electrode and And a piezoelectric layer attaching process (S530) for inserting and attaching a piezoelectric layer between the ground electrode and the signal electrode at the central portion of the signal electrode.
  • the ground electrode and the signal electrode are made of a flexible material, and in particular, the signal electrode is formed in a structure in which a channel connected to each piezoelectric material provided in the piezoelectric layer is connected to each other.
  • the method of attaching the ground electrode and the signal electrode to the circuit board may vary.
  • the ground electrode and the signal electrode may be stacked on the lower substrate, and the upper substrate may be sequentially stacked on the substrate. There is a way.
  • the manufacturing cost is reduced compared to the connection structure using the socket and the problem of socket contact failure is improved. There is.
  • Piezoelectric layer attaching step (S530) in the first embodiment as described above, the process of forming a plurality of holes in the ground electrode or the signal electrode of the piezoelectric layer is inserted and fixed, the step of penetrating the adhesive into the hole It may include.
  • the piezoelectric layer may be attached between the ground electrode and the signal electrode using an electrically conductive adhesive to a portion where the piezoelectric layer is inserted and fixed in the ground electrode or the signal electrode.
  • piezoelectric layer 320 ground electrode
  • integrated circuit 410 acoustic lens
  • matching layer 430 sound absorption layer

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Abstract

본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서의 일 실시예는, 외부로부터 제공받는 전력을 이용하여 초음파를 발생시키는 압전층; 상기 압전층의 일면에 부착되는 접지전극; 상기 압전층의 타면에 부착되는 신호전극; 및 상기 접지전극 및 상기 신호전극과 연결되는 회로기판을 포함하고, 상기 접지전극 및 상기 신호전극은 일부가 상기 회로기판에 직접 연결되고 유연한 재질로 형성되며, 상기 회로기판은 휘어지지 않는 견고한 재질로 형성되는 것일 수 있다. 이때, 상기 회로기판은, 상기 접지전극 및 상기 신호전극 양 측부에 각각 구비되는 것일 수 있다. 이에 의하면, 접지전극 또는 신호전극이 회로기판에 직접 연결되는 구조를 제공하여, 소켓 연결구조를 가진 초음파 트랜스듀서가 가지는 제작비용증가, 소켓부피의 증가와 소켓 설계의 어려움, 소켓 접촉불량의 발생 문제 등을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Description

초음파 트랜스듀서 및 그 제작방법
본 발명의 실시예는 초음파 트랜스듀서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소켓 연결구조를 구비한 초음파 트랜스듀서가 가지는 제작비용의 증가, 소켓부피의 증가와 소켓 설계의 어려움, 소켓 접촉불량의 발생 문제 등을 개선한 초음파 트랜스듀서에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
초음파 트랜스듀서는 진료 부위의 초음파 영상을 얻기 위하여 초음파 신호를 진료 부위로 송신하고 진료 부위로부터 반사되어 온 초음파 에코신호를 수신하기 위한 것이다.
초음파 트랜스듀서는 여러 산업분야에 적용될 수 있다. 특히 대상체의 체표로부터 체내의 진료 부위를 향하여 초음파 신호를 방사하고 반사된 초음파 에코신호를 이용하여 연부조직의 단층이나 혈류에 관한 이미지를 무침습으로 얻는 장치인 초음파 진단장치 등 의료기기 분야에 주로 이용될 수 있다.
초음파 트랜스듀서가 초음파를 송수신하는 원리는 압전체의 특성을 이용하는 것이다. 압전체란 전기적 에너지와 기계적 에너지를 상호 변환시키는 물질이다. 예를 들어 초음파 트랜스듀서에 사용되는 압전체는 그 상단 및 하단에 전극을 형성하고 전원을 인가하면 압전체가 진동하면서 전기적 신호와 음향 신호를 상호 변환시키는 역할을 한다.
도 1 및 도 2는 일반적인 초음파 트랜스듀서의 구조를 도시한 부분도이다.
초음파 트랜스듀서는 일반적으로 초음파를 방사하거나 진료 부위로부터 회귀하는 영상신호를 받는 몸체(100), 몸체(100)와 연결되는 전극결합체(130), 및 전력 또는 영상을 가공하는 회로기판(110)을 포함한다.
전극결합체(130)와 회로기판(110)은 연결소켓(120)을 통해 전기적으로 연결된다. 그러나 연결소켓(120)을 사용하여 전극결합체(130)와 회로기판(110)을 연결한 구조는, 연결소켓(120)을 제작하여 전극결합체(130)에 부착하는 작업에 과도한 비용이 드는 단점이 있다.
또한, 이러한 구조는 압전체가 다수개 설치되는 초음파 트랜스듀서에서는 전극결합체(130)가 각각의 압전체와 전기적으로 연결되는 채널을 구비해야 하기 때문에, 압전체의 개수가 증가하면 소켓의 부피가 커지고 소켓의 설계가 어려워지는 단점이 있다.
또한, 소켓 연결구조는 접촉불량이 발생할 수 있으며, 접촉불량으로 인한 전기적 신호 또는 영상신호에 오류가 발생할 수 있는 단점이 있다.
본 발명의 실시예는, 소켓 연결구조를 가진 초음파 트랜스듀서가 가지는 제작비용의 증가, 소켓부피의 증가와 소켓 설계의 어려움, 소켓 접촉불량의 발생 문제 등을 개선한 초음파 트랜스듀서 및 그 제작방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서의 일 실시예는, 외부로부터 제공받는 전력을 이용하여 초음파를 발생시키는 압전층; 상기 압전층의 일면에 부착되는 접지전극; 상기 압전층의 타면에 부착되는 신호전극; 및 상기 접지전극 및 상기 신호전극과 연결되는 회로기판을 포함하고, 상기 접지전극 및 상기 신호전극은 일부가 상기 회로기판에 직접 연결되고 유연한 재질로 형성되며, 상기 회로기판은 휘어지지 않는 견고한 재질로 형성되는 것일 수 있다. 이때, 상기 회로기판은, 상기 접지전극 및 상기 신호전극 양 측부에 각각 구비되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서의 다른 실시예는, 접지를 위한 접지전극 및 신호를 전달하는 신호전극; 상기 접지전극 및 상기 신호전극 사이에 삽입되고, 압전물질을 포함하여 초음파를 발생시키는 압전층; 상기 접지전극 및 상기 신호전극의 각각의 양측을 삽입하여 일체화한 회로기판; 및 상기 회로기판에 결합하고, 초음파 진단장치의 본체와 상기 회로기판 사이에 설치되는 본체연결부와 상기 회로기판을 전기적으로 연결하는 커넥터를 포함하는 초음파 트랜스듀서에 있어서, 상기 접지전극 또는 상기 신호전극은, 상기 압전층에 부착되는 부위에 천공부가 형성되는 것일 수 있다. 이때, 상기 접지전극 또는 신호전극은 상기 본체연결부와 전기적으로 연결되는 다수개의 신호채널을 구비하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서 제작방법의 일 실시예는, 유연한 재질로 형성되는 접지전극 및 신호전극을 제작하는 공정; 상기 접지전극 및 상기 신호전극의 각각의 양 측부에 회로기판을 부착하는 전극부착 공정; 및 상기 접지전극 및 상기 신호전극의 중앙부에서 상기 접지전극과 상기 신호전극 사이에 압전층을 삽입 부착하는 압전층 부착 공정을 포함할 수 있다. 이때, 상기 압전층 부착 공정은, 상기 접지전극 또는 상기 신호전극 중 상기 압전층이 삽입 고정되는 부위에 다수개의 천공홀을 형성하는 공정과, 상기 천공홀에 접착제를 침투시키는 공정을 포함할 수 있다.
전술한 실시예의 초음파 트랜스듀서 및 그 제작방법은, 접지전극 또는 신호전극이 회로기판에 직접 연결되는 구조를 제공하여, 소켓 연결구조를 구비한 초음파 트랜스듀서가 가지는 제작비용증가, 소켓부피의 증가와 소켓 설계의 어려움, 소켓 접촉불량의 발생 문제 등을 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 일반적인 초음파 트랜스듀서의 구조를 도시한 부분도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 일부분을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 구조를 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 제작방법을 설명하기 위한 순서도이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.
또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 일부분을 나타낸 사시도이다.
압전층(310)은 압전효과를 이용하여 초음파를 발생시키는 역할을 하고, 압전층(310)에서 발생하는 초음파는 음향렌즈(410, 도 4 참조)를 통해 방사된다. 이때, 압전층(310)은 단층 구조로 형성될 수도 있고, 복수의 압전층(310)이 적층된 다층구조로 형성될 수도 있다.
압전층(310)의 일면에는 접지전극(320)이 부착되고, 타면에는 신호전극(330)이 부착된다. 신호전극(330)은 압전층(310)에 초음파를 발생시키기 위한 전력이 입력되는 통로가 되거나, 압전층(310)으로 회귀하는 초음파가 가진 진료 부위에 관한 영상신호를 초음파 진료장치의 본체(미도시)로 전달하는 역할을 한다.
한편, 접지전극(320) 및 신호전극(330)은 압전층(310)에 복수로 구비되는 압전체 마다 각각 연결된 채널이 결합한 것이고, 이러한 채널들은 각각 전력 또는 영상신호가 전달되는 통로가 된다.
전술한 구조로 접지전극(320)과 신호전극(330)은 회로기판(340)에 직접 연결되므로 도 1 및 도 2에 도시한 연결소켓이 불필요하다.
접지전극(320)과 신호전극(330)을 회로기판(340)에 삽입하는 방식은 다양할 수 있으나, 예를 들어, 기판하층부(342) 위에 접지전극(320)과 신호전극(330)을 적층하고, 그 위 기판상층부(341)를 차례로 적층하는 방식이 있다.
이러한 적층 방식으로 회로기판(340), 접지전극(320) 및 신호전극(330)을 일체로 부착하는 과정은 다음과 같다.
일 실시예로서, 기판하층부(342)와 신호전극(330)사이, 기판상층부(341)와 접지전극(320)사이, 그리고 접지전극(320)과 신호전극(330)사이에 고형화된 레진필름(resin film)을 개재한 후, 기판하층부(342), 접지전극(320), 신호전극(330) 및 기판상층부(341)가 적층된 적층체를 가열함과 동시에 가압하면, 레진필름은 용융되어 접착제의 역할을 한다. 이후, 레진필름이 다시 응고되어 기판하층부(342), 접지전극(320), 신호전극(330) 및 기판상층부(341)의 부착이 완료되면 가압을 해제하여 적층체의 부착과정을 완료한다. 다른 실시예로서, 기판하층부(342)의 상면, 접지전극(320)과 신호전극(330)의 각각의 일면 또는 양면, 그리고 기판상층부(341)의 하면에 스프레이 장치, 브러쉬 등을 이용하여 액상의 접착제를 도포한 후 적층체를 가압하고, 액상의 접착제가 응고되어 기판하층부(342), 접지전극(320), 신호전극(330) 및 기판상층부(341)의 부착이 완료되면 가압을 해제하여 적층체의 부착과정을 완료한다. 이때, 액상의 접착제를 사용하여 적층체를 부착하는 경우 레진필름을 사용하는 경우에 비해 별도의 가열장치가 필요하지 않은 장점이 있다. 반대로, 레진필름을 사용하는 경우 액상의 접착제를 사용하는 경우에 비해 별도의 접착제 도포작업과정을 거칠 필요가 없다는 장점이 있다.
회로기판(340)은 전력과 신호의 처리를 위한 각종의 집적회로(343)가 설치되므로 견고한 재질로 형성되지만, 접지전극(320)과 신호전극(330)은 유연한 재질로 형성된다. 따라서, 접지전극(320)과 신호전극(330)은 중심부에 압전층(310)이 결합하고 양 측부에 회로기판(340)이 결합하여 견고한 압전층(310)과 회로기판(340)으로 인해 중심부와 양 측부는 휘어지지 않지만, 압전층(310)과 회로기판(340)이 상호 인접하는 부위는 유연하게 휘어질 수 있다.
접지전극(320)과 신호전극(330) 사이에 압전층(310)을 결합하는 방식은 예를 들어 다음과 같다.
제1실시예는 접지전극(320)과 압전층(310)의 일면과, 신호전극(330)과 압전층(310)의 타면을 각각 맞대고, 접지전극(320)과 신호전극(330)에 각각 천공홀(322)을 포함하는 천공부(321)를 형성한 후, 각각의 천공홀(322)에 전기 전도성 접착제를 넣어, 침투한 전기 전도성 접착제가 접지전극(320)과 압전층(310)을 결합하고, 신호전극(330)과 압전층(310)을 결합하는 것이다. 즉, 접지전극(320) 및 신호전극(330) 각각의 압전층(310)이 삽입 고정되는 부위에 다수개의 천공홀(322)을 형성하고, 천공홀(322)에 접착제를 침투시켜 압전층(310)을 접지전극(320) 및 신호전극(330) 사이에 부착하는 것이다.
제1실시예의 천공부(321)와 천공홀(322)은 도 3에 도시된 바와 같다. 천공부(321)는 접지전극(320)과 신호전극(330) 각각의 압전층(310) 결합부위에 다수개의 천공홀(322)이 일정한 간격으로 X축 및 Y축 방향으로 정렬되어 배치되는 구조로 형성된다. 이때, 접착제는 천공홀(322)을 통해 압전층(310) 표면으로 침투하여 천공홀(322) 부위에 분산되고, 접착제가 분산된 부위에서 접지전극(320)과 압전층(310), 신호전극(330)과 압전층(310)이 결합한다.
제1실시예의 방식은 천공홀(322)을 일정한 간격으로 형성하고 천공홀(322) 각각에 접착제가 침투하므로, 접지전극(320)과 신호전극(330)의 압전층(310) 결합부위 전체가 고르게 압전층(310)과 결합하여 결합부위의 불량발생이 적어지고, 이에 따라 견고한 접착이 이루어지는 장점이 있다.
제2실시예는 접지전극(320)과 압전층(310)의 일면 사이와, 신호전극(330)과 압전층(310)의 타면 사이에 각각 전기 전도성 접착제를 개재하여 접지전극(320)과 신호전극(330) 사이에 압전층(310)을 부착하여 고정하는 것이다. 즉, 접지전극(320) 및 신호전극(330) 각각의 압전층(310)이 삽입 고정되는 부위에 전기 전도성 접착제를 사용하여 압전층(310)을 접지전극(320) 및 신호전극(330) 사이에 부착하는 것이다. 압전층(310)의 극성에 따라 접지전극(320) 및 신호전극(330)은 반대로도 이루어 질 수 있다.
이때, 접지전극(320)과 신호전극(330) 사이에 압전층(310)을 결합하는 방식으로 전술한 제1실시예와 제2실시예를 조합하여 사용할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 구조를 나타낸 측면도이다.
정합층(420)은 압전층(310)의 전방에 설치되고, 압전층(310)의 음향임피던스와 초음파가 도달하는 진료 부위의 음향임피던스를 일치시키는 역할을 하며, 복수층으로 구성될 수도 있다. 정합층(420)을 관통한 초음파는 음향렌즈(410)를 다시 통과하여 진료 부위에서 반사되어 다시 음향렌즈(410)와 정합층(420)을 관통하여 압전층(310)으로 회귀한다.
흡음층(430)은 압전층(310)의 자유진동을 억제하여 초음파의 펄스 폭을 감소시키고, 초음파가 불필요하게 압전층(310)의 후방으로 전파되는 것을 차단시켜 초음파 영상의 왜곡을 방지하는 역할을 한다.
회로기판(340)은 전원으로부터 입력받는 전력을 압전층(310)이 초음파를 발생시키기 위해 필요한 전력으로 가공하여 압전층(310)으로 전송하거나, 압전층(310)으로부터 입력받는 영상신호를 가공하여 초음파 진료장치의 본체로 전송하는 역할을 한다.
압전층(310)의 전면과 후면에 각각 부착되는 접지전극(320)과 신호전극(330)의 양 측부는 회로기판(340)에 삽입된다. 접지전극(320)과 신호전극(330)이 삽입된 회로기판(340)에는 커넥터(450)가 결합하는데, 커넥터(450)는 본체연결부(440)와 결합한다. 따라서 전력 또는 영상신호는 신호전극(330), 회로기판(340), 커넥터(450) 및 본체연결부(440)를 통해 압전층(310)과 초음파 진료장치의 본체 상호 간에 전달된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 제작방법을 설명하기 위한 순서도이다.
초음파 트랜스듀서의 제작방법은, 접지전극 및 신호전극을 제작하는 공정(S510), 상기 접지전극 및 상기 신호전극의 각각의 양 측부에 회로기판을 부착하는 전극부착 공정(S520) 및 상기 접지전극 및 상기 신호전극의 중앙부에서 상기 접지전극과 상기 신호전극 사이에 압전층을 삽입 부착하는 압전층 부착 공정(S530)을 포함한다.
접지전극 및 신호전극을 제작하는 공정(S510)에서, 접지전극 및 신호전극은 유연한 재질로 제작되고, 특히 신호전극은 압전층에 복수로 구비되는 압전체 마다 각각 연결된 채널이 결합한 구조로 형성된다.
전극부착 공정(S520)에서, 접지전극과 신호전극을 회로기판에 부착하는 방식은 다양할 수 있으나, 예를 들어, 기판하층부 위에 접지전극과 신호전극을 적층하고, 그 위 기판상층부를 차례로 적층하는 방식이 있다. 이러한 전극부착 공정을 통해 소켓을 사용하지 않고 접지진극과 신호전극이 각각 회로기판에 전기적으로 연결되므로, 소켓을 사용한 연결구조보다 제작비용이 감소하고, 소켓 접촉불량의 발생 문제를 개선하는 등의 효과가 있다.
압전층 부착 공정(S530)은, 전술한 바와 같이 제1실시예로 접지전극 또는 신호전극 중 압전층이 삽입 고정되는 부위에 다수개의 천공홀을 형성하는 공정과, 천공홀에 접착제를 침투시키는 공정을 포함할 수 있다. 또한, 제2실시예로 접지전극 또는 신호전극 중 압전층이 삽입 고정되는 부위에 전기 전도성 접착제를 사용하여 압전층을 접지전극 및 신호전극 사이에 부착하는 것일 수도 있다.
본 발명의 실시예와 관련하여 상기와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이 외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
(부호의 설명)
100: 몸체 110: 회로기판
120: 연결소켓 130: 전극결합체
310: 압전층 320: 접지전극
321: 천공부 322: 천공홀
330: 신호전극 340: 회로기판
341: 기판상층부 342: 기판하층부
343: 집적회로 410: 음향렌즈
420: 정합층 430: 흡음층
440: 본체연결부 450: 커넥터
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본 특허출원은 2013년 02월 28일 한국에 출원한 특허출원번호 제 10-2013-0022070 호에 대해 미국 특허법 119(a)조(35 U.S.C § 119(a))에 따라 우선권을 주장하면, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다. 아울러, 본 특허출원은 미국 이외에 국가에 대해서도 위와 동일한 이유로 우선권을 주장하면 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims (10)

  1. 외부로부터 제공받는 전력을 이용하여 초음파를 발생시키는 압전층;
    상기 압전층의 일면에 부착되는 접지전극;
    상기 압전층의 타면에 부착되는 신호전극; 및
    상기 접지전극 및 상기 신호전극과 연결되는 회로기판을 포함하고,
    상기 접지전극 및 상기 신호전극은 일부가 상기 회로기판에 직접 연결되고 유연한 재질로 형성되며, 상기 회로기판은 휘어지지 않는 견고한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판은,
    상기 접지전극 및 상기 신호전극 양 측부에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압전층은 압전물질을 포함하는 기판이 복수개 적층되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판은,
    집적회로가 설치되는 상층부 및 하층부를 구비하고, 상기 상층부 및 하층부 사이에 상기 접지전극 및 상기 신호전극의 일부가 삽입되어 부착되는 구조인 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  5. 접지를 위한 접지전극 및 신호를 전달하는 신호전극;
    상기 접지전극 및 상기 신호전극 사이에 삽입되고, 압전물질을 포함하여 초음파를 발생시키는 압전층;
    상기 접지전극 및 상기 신호전극의 각각의 양측을 삽입하여 일체화한 회로기판; 및
    상기 회로기판에 결합하고, 초음파 진단장치의 본체와 상기 회로기판 사이에 설치되는 본체연결부와 상기 회로기판을 전기적으로 연결하는 커넥터
    를 포함하는 초음파 트랜스듀서에 있어서,
    상기 접지전극 또는 상기 신호전극은,
    상기 압전층에 부착되는 부위에 천공부가 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 천공부는,
    다수개의 천공홀이 일정한 간격으로 X축 및 Y축 방향으로 정렬되어 배치되는 구조인 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 접지전극 또는 신호전극은 상기 본체연결부와 전기적으로 연결되는 다수개의 신호채널을 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  8. 유연한 재질로 형성되는 접지전극 및 신호전극을 제작하는 공정;
    상기 접지전극 및 상기 신호전극의 각각의 양 측부에 회로기판을 부착하는 전극부착 공정; 및
    상기 접지전극 및 상기 신호전극의 중앙부에서 상기 접지전극과 상기 신호전극 사이에 압전층을 삽입 부착하는 압전층 부착 공정
    을 포함하는 초음파 트랜스듀서 제작방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 압전층 부착 공정은,
    상기 접지전극 또는 상기 신호전극 중 상기 압전층이 삽입 고정되는 부위에 다수개의 천공홀을 형성하는 공정과, 상기 천공홀에 접착제를 침투시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서 제작방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 압전층 부착 공정은,
    상기 접지전극 또는 상기 신호전극 중 상기 압전층이 삽입 고정되는 부위에 전기 전도성 접착제를 사용하여 상기 압전층을 상기 접지전극 및 상기 신호전극 사이에 부착하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서 제작방법.
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