WO2016137022A1 - 금속층을 가진 정합층을 포함하는 초음파 트랜스듀서 및 그 제조방법 - Google Patents

금속층을 가진 정합층을 포함하는 초음파 트랜스듀서 및 그 제조방법 Download PDF

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WO2016137022A1
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WO
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layer
metal layer
ultrasonic transducer
metal
active element
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PCT/KR2015/001757
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French (fr)
Inventor
노용래
배범석
이형근
우정동
Original Assignee
알피니언메디칼시스템 주식회사
경북대학교 산학협력단
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic transducer for acquiring image information inside an object under examination using ultrasonic waves.
  • the ultrasound diagnosis apparatus is an apparatus for imaging an internal tissue of a subject by using an ultrasonic signal reflected by shooting an ultrasonic signal on the subject.
  • the ultrasound diagnosis apparatus may transmit the ultrasound signal to a diagnosis part of the subject, and then acquire the image information of the diagnosis part by receiving an ultrasound signal reflected from the boundary of tissues inside the subject having different acoustic impedances. Can be.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus includes an ultrasonic transducer for transmitting an ultrasonic signal to the subject and receiving an ultrasonic signal reflected by the subject.
  • Ultrasonic transducers generally include an active element, a matching layer, and a backing layer.
  • an ultrasonic transducer and a method of manufacturing the same for improving heat dissipation characteristics are proposed.
  • An ultrasonic transducer includes an active element and a matching layer having a multilayer structure that matches the difference in acoustic impedance between the active element and the object under test, and the matching layer is formed through deposition to dissipate heat generated in the active element. It includes a metal layer to make.
  • the metal layer is formed by thick film deposition of metal on one surface of a layer having a large acoustic impedance among at least one layer constituting the matching layer, or by metal deposition on one surface of the active device.
  • the thickness of the metal layer according to an embodiment is thicker than the thickness of each other layer constituting the matching layer.
  • at least one or more metal raw materials are selected or mixed to adjust acoustic impedance and thermal conductivity.
  • an ultrasonic transducer includes a flexible printed circuit board formed on one surface of an active element, and a ground sheet formed between a metal layer and another matching layer adjacent to the metal layer. According to a further embodiment, an ultrasonic transducer includes a flexible printed circuit board formed on one surface of an active element, and a ground sheet formed between the metal layer and the active element.
  • a method of manufacturing an ultrasonic transducer including: forming an active layer, forming a metal layer, which is one of a matching layer, by depositing a metal for dispersing heat of the active element on one surface of the active element; Depositing at least one other matching layer on one surface of the metal layer.
  • a method of manufacturing an ultrasonic transducer comprising: providing at least one layer constituting a matching layer, and dispersing heat of an active element on one surface of a layer having a large acoustic impedance among at least one layer; Depositing a metal to form a metal layer, and laminating a matching layer having a metal layer to the active device.
  • heat generated by the ultrasonic transducer for example, heat generated by the active element and heat generated by multiple reflections, are generated by the metal layer to heat the ultrasonic transducer. Dispersion characteristics are improved.
  • the method of thick film deposition of the metal is used, thereby eliminating the complicated process of grinding and cutting required in the general bonding method. Thick and precise control of thickness is easy to manufacture. Moreover, manufacturing cost becomes cheap compared with a processing method.
  • the acoustic impedance and the thermal conductivity may be variously changed.
  • the matching layer with the thick metal layer of the present invention is applicable to all types of array transducers such as linear array, convex array, phased array, and the like. .
  • FIG. 1 is a structural diagram showing a configuration of an ultrasonic transducer including a matching layer having a metal layer according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a structural diagram showing a configuration of an ultrasonic transducer including a matching layer having a metal layer according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a metal layer manufacturing method through thick film deposition according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a metal layer manufacturing method through thick film deposition according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph comparing normalized magnitude with respect to frequency of a general ultrasonic transducer and an ultrasonic transducer including a matching layer having a metal layer of the present invention
  • FIG. 6 is a graph illustrating a temperature variation of an acoustic lens with time when a thermal conductivity of a matching layer is changed according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 7 is a configuration diagram of the ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to another embodiment of the present invention.
  • the first material layer when the first material layer is formed on the second material layer, it is a substrate that explicitly excludes it, as well as the case where the first material layer is formed directly on the second material layer. Unless otherwise, it is to be construed that the other third material layer includes all the intervening layers between the first material layer and the second material layer.
  • FIG. 1 is a structural diagram showing the configuration of an ultrasonic transducer including a matching layer having a metal layer according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic transducer 1a includes a backing layer 10, an active element 13, and a matching layer 15, and a substrate. 11, a flexible printed circuit board (FPCB, hereinafter referred to as FPCB) 12, a ground sheet (GRS, hereinafter referred to as GRS) 14, and an acoustic lens 16. can do.
  • FPCB flexible printed circuit board
  • GRS ground sheet
  • acoustic lens 16 can do.
  • the ultrasonic transducer 1a may be a single element transducer having a single element or an array transducer composed of a plurality of elements.
  • Types of array transducers include linear arrays, convex arrays, phased arrays, and the like.
  • the present invention relates to single element transducers and all types of array transducers. Applicable
  • the active element 13 generates an ultrasonic signal, transmits the ultrasonic signal to the object under test, and receives the ultrasonic signal reflected from the object under test.
  • the matching layer 15 matches the difference in acoustic impedance of the ultrasonic signal between the active element 13 and the object under test so that the ultrasonic waves propagate in the direction of the ultrasonic traveling path.
  • the back layer 10 minimizes the reflection of the ultrasonic wave generated from the active element 13 toward the back layer 10, which is an unwanted direction.
  • the matching layer 15 includes a metal layer 150a.
  • the metal or metal compound constituting the metal layer 150a is a material having high thermal conductivity and acoustic impedance.
  • the metal layer 150a is formed at a position adjacent to the active element 13 as shown in FIG. 1.
  • heat generated in the ultrasonic transducer 1a for example, generated by heat and multiple reflections generated in the active element 13 Heat and the like are dispersed in the metal layer 150a to generate heat.
  • the ultrasonic transducer 1a has a thick thickness of the metal layer 150a adjacent to the active element 13. As the thickness of the metal layer 150a becomes thicker, it is advantageous to disperse heat generated in the active element 13.
  • the thickness of the metal layer 150a is several hundred um, which is much thicker than the GRS 14, which is more advantageous for heat dissipation.
  • the metal layer 150a is formed in such a manner that the metal is evaporated on one surface of the active element 13.
  • the deposition method means heating a metal or a metal compound in a vacuum to make a vapor and attaching it to another object.
  • the at least one metal raw material is selected or mixed in the deposition process, the acoustic impedance and the thermal conductivity may be variously changed.
  • the back layer 10 is configured so that the acoustic impedance matches well with the active element 13.
  • the back layer 10 may be configured to have sound attenuation characteristics, which are excellent sound absorption characteristics.
  • the back layer 10 having excellent sound absorption properties suppresses the free vibration of the active element 13 formed on the front side, thereby not only reducing the pulse width of the ultrasonic wave, but also occurring in the active element 13 and unnecessarily propagating the ultrasonic wave to the back side. Blocking the image effectively prevents image distortion.
  • the back layer 10 may be formed of one or a plurality of layers using a material having excellent sound absorption characteristics.
  • the active element 13 generates an ultrasonic signal when energy is applied by a method such as an electric signal is applied from the FPCB 12.
  • the type of the active element 13 may vary depending on the type of the ultrasonic transducer 1a, and is typically composed of a piezoelectric element.
  • the piezoelectric element has a property that a voltage is generated when a mechanical pressure is applied through a piezoelectric effect, and a mechanical deformation occurs when a voltage is applied. There is no particular limitation on the shape or pattern of the piezoelectric elements.
  • the piezoelectric element is made of a piezoelectric ceramic such as lead zirconate titanate (PZT), a single crystal, a composite piezoelectric compound of these materials and a polymer material, or a polymer material represented by polyvinylidene fluoride (PVDF). It may be formed of a piezoelectric body or the like.
  • PZT lead zirconate titanate
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the matching layer 15 is arranged between the active element 13 and the object under test to mediate the acoustic impedance difference between the two components. For example, ultrasonic waves generated by the active element 13 are transmitted to the inspected object or the loss of echo signals reflected and returned by the inspected object is reduced.
  • the matching layer 15 may serve as a buffer for reducing problems such as image distortion due to a sudden change in acoustic impedance between the active element 13 and the object under test.
  • the matching layer 15 has a structure in which a plurality of layers are stacked.
  • the first layer 151, the second layer 152, and the metal layer 150a may be formed, but the number of matching layers is not limited thereto.
  • the metal layer 150a is formed at a position adjacent to the active element 13 as shown in FIG. 1.
  • the reason why the matching layer 15 is composed of a plurality of layers is that the difference in acoustic impedance between the active element 13 and the human tissue under test is relatively large, so that the matching layer having the required characteristics is a single layer of material. Because it is difficult to form. As the metal layer 150a moves away from the first layer 151 and the second layer 152, the acoustic impedance value may decrease.
  • the matching layer 15 adjacent to the active element 13 is formed of a metal layer 150a having high thermal conductivity and high acoustic impedance, heat generated in the ultrasonic transducer 1a, for example, the active element 13 Heat generated by and heat generated by the multiple reflection is dispersed in the metal layer 150a to generate heat. Then, heat is not transmitted to the surface of the ultrasonic transducer 1a, for example, the acoustic lens 16. As a result, the surface temperature of the ultrasonic transducer 1a, for example, the temperature of the acoustic lens 16, is lowered. Since the acoustic lens 16 directly contacts the human body, which is the object to be inspected, it is preferable to reduce heat generation of the acoustic lens 16.
  • the surface temperature of the ultrasonic transducer 1a should be lowered in the transmission signal level in proportion to the magnitude of the ultrasonic signal transmitted from the main body.
  • the surface temperature of the ultrasonic transducer 1a can be reduced by the structure of the metal layer 150a that dissipates heat while maintaining the level of the transmission signal. Lowering the surface temperature of the ultrasonic transducer 1a by the structure of the metal layer 150a dissipating heat can be confirmed through the experimental results of FIG. 6 to be described later.
  • the metal layer 150a may be a metal such as copper, gold, silver, aluminum, or the like.
  • the metal layer 150a may be a metal compound such as magnesium oxide or zinc oxide.
  • the metal layer 150a may be selected or mixed with at least one metal raw material to adjust acoustic impedance and thermal conductivity.
  • the metal layer 150a may be a thermal conductor.
  • the thermal conductor may be a PGS graphite sheet of graphite, copper, aluminum, or a polymer film, graphite, carbon nanotubes, aluminum nitride, boron nitride, silicon carbide, beryllium oxide, or a combination thereof.
  • the metal layer 150a is formed by depositing a metal on one surface of the active element 13. If the deposition method of the present invention is used instead of a general method such as bonding, the thickness of the metal layer 150a can be precisely and thickly controlled without a complicated process such as grinding and cutting. Moreover, manufacturing cost becomes cheap compared with a processing method.
  • the metal layer 150a is thick film deposited.
  • the metal layer 150a is thick film deposited on the front surface of the active element 13.
  • the thickness of the metal layer 150a may be formed thicker than thin film deposition.
  • the thickness is not limited thereto and may be adjusted according to the physical parameters of the ultrasonic transducer.
  • the thick ultrasonic transducer 1a of the metal layer 150a through thick film deposition is easier to manufacture than the thinner ultrasonic transducer. A thick film deposition method of the metal layer 150a will be described later with reference to FIG. 3.
  • the FPCB 12 is formed on the rear surface of the active element 13.
  • the FPCB 12 is electrically connected to the active element 13 to apply a voltage to the active element 13.
  • the GRS 14 is formed between the metal layer 150a and the first layer 151 of the matching layer 15.
  • the substrate 11 is formed between the active element 13 and the rear layer 10 to block or attenuate the ultrasonic signal propagated in the rear layer 10 direction.
  • the substrate 11 may have an acoustic impedance value greater than that of the active element 13.
  • the acoustic lens 16 focuses an ultrasonic signal transmitted to the object under test.
  • FIG. 2 is a structural diagram showing the configuration of an ultrasonic transducer including a matching layer having a metal layer according to another embodiment of the present invention.
  • the metal layer 150a of the ultrasonic transducer 1a of FIG. 1 is a metal deposited from the active element 13, and the metal layer 150b of the ultrasonic transducer 1b of FIG. 2 is a first layer of the matching layer 15. The difference is that metal is deposited in layer 151.
  • differences or important configurations from FIG. 1 will be mainly described, and portions not described correspond to those described above with reference to FIG. 1.
  • the metal layer 150b of the matching layer 15 is formed between the active element 13 and the first layer 151 of the matching layer 15.
  • the matching layer 15 adjacent to the active element 13 is composed of a metal layer 150b having high thermal conductivity
  • heat generated in the ultrasonic transducer 1b for example, heat generated in the active element 13 and multiples Heat generated by the reflection is dispersed in the metal layer 150b having high thermal conductivity to generate heat.
  • heat is not transmitted to the surface of the ultrasonic transducer 1b, for example, the acoustic lens 16. This lowers the surface temperature of the ultrasonic transducer 1b, for example, the temperature of the acoustic lens 16. Lowering the surface temperature of the ultrasonic transducer 1b by the structure of the metal layer 150b dissipating heat can be confirmed through the experimental results of FIG. 6 to be described later.
  • the metal layer 150b may be a metal such as copper, gold, silver, or aluminum.
  • the metal layer 150b may be a metal compound such as magnesium oxide or zinc oxide.
  • the metal layer 150b may be a thermal conductor.
  • the thermal conductor may be a PGS graphite sheet of graphite, copper, aluminum, or a polymer film, graphite, carbon nanotubes, aluminum nitride, boron nitride, silicon carbide, beryllium oxide, or a combination thereof.
  • the metal layer 150b is formed by depositing metal on one surface of the first layer 151 of the matching layer 15. If the deposition method of the present invention is used instead of a general bonding method, the thickness of the metal layer 150b can be precisely controlled without a complicated process such as grinding and cutting. Moreover, manufacturing cost becomes cheap compared with a processing method.
  • the metal layer 150b is thick film deposited.
  • the metal layer 150b is formed by thick-film deposition of a metal on the rear surface of the first layer 151, which is the layer having the highest acoustic impedance value among the matching layers 15.
  • the thickness of the metal layer 150b may be formed thicker than the thin film deposition. The deposition method of the metal layer 150b will be described later with reference to FIG. 4.
  • the FPCB 12 according to an embodiment is formed on the rear surface of the active element 13.
  • the FPCB 12 is electrically connected to the active element 13 to apply a voltage to the active element 13.
  • the GRS 14 according to an embodiment is formed between the active element 13 and the metal layer 150b.
  • the substrate 11 may have an acoustic impedance value greater than that of the active element 13.
  • the acoustic lens 16 focuses an ultrasonic signal transmitted to the object under test.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a metal layer through thick film deposition according to an embodiment of the present invention.
  • an ultrasonic transducer manufacturing method includes forming a thick metal layer 150a on one surface of an active element 13.
  • the active element 13 is provided, and the metal layer 150a is formed on one surface of the active element 13, for example, the front surface, and the thickness of the metal layer 150a formed on the front surface of the active element 13 is provided.
  • the metal layer 150a may be thick-film deposited to have a thick thickness.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a metal layer manufacturing method through thick film deposition according to another embodiment of the present invention.
  • an ultrasonic transducer manufacturing method includes forming a metal layer 150b by thick-film depositing a metal on one layer of the matching layer.
  • the layer on which the metal is deposited thick is a first layer 151 having a higher acoustic impedance value than the second layer 152, and as shown in FIG. 4, the metal is deposited on the rear surface of the first layer 151.
  • the metal layer 150b is formed.
  • the metal layer 150b may be made thicker than the first layer 151 and the second layer 152.
  • FIG. 5 is a graph comparing normalized magnitude with respect to frequency of a general ultrasonic transducer and an ultrasonic transducer including a matching layer having a metal layer of the present invention.
  • FIG. 5 compares a normal size with respect to frequency for an ultrasonic transducer of a matching layer in which three layers in general are stacked, and a matching layer in which two layers and a metal layer of the present invention are stacked.
  • the ultrasonic transducer of the present invention in the case of the ultrasonic transducer of the present invention, it can be seen that the normal size is large in a wider range. Accordingly, the ultrasonic transducer of the present invention has a wider bandwidth and improved sensitivity. As the matching layer is applied to the metal layer, the sensitivity of the ultrasonic transducer is improved by effectively dissipating heat generated from the active device.
  • FIG. 6 is a graph illustrating a temperature variation of an acoustic lens with time when a thermal conductivity of a matching layer is changed according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 illustrates an acoustic lens with time when a thermal conductivity of the matching layer is changed in an ultrasonic transducer of a matching layer in which three layers are stacked in general, and a matching layer in which two layers and a metal layer of the present invention are stacked. It is a graph showing the temperature change of.
  • the temperature of the matching layer having a metal layer is formed lower than that of a typical ultrasonic transducer according to an embodiment. This is because, as the matching layer adjacent to the active element is composed of a metal layer, heat generated by the ultrasonic transducer, for example, heat generated by the active element and heat generated by multiple reflections are dispersed to the metal layer to generate heat. In addition, heat is not transferred to the surface of the ultrasonic transducer, for example, the acoustic lens. This lowers the surface temperature of the ultrasonic transducer, for example the temperature of the acoustic lens.
  • FIG. 7 is a block diagram of the ultrasound diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 70 includes an ultrasound transducer 1, a beamforming unit 2, an image processor 3, and an output unit 4.
  • the ultrasonic transducer 1 may be composed of a plurality of elements 700-1, 700-2,..., 700-n.
  • Ultrasonic transducer 1 according to an embodiment includes a matching layer having a metal layer.
  • the metal layer may have a thick thickness and be thick film deposited to reduce manufacturing cost.
  • the metal layer is thick film deposited so as to have a thick thickness in the active layer or another layer constituting the matching layer.
  • the beamforming unit 2 drives the ultrasonic transducer 1 to transmit an ultrasonic signal to the inspected object, and processes a reflected signal returned from the inspected object to generate a beam signal.
  • the image processor 3 receives the beam signal from the beamformer 2 and generates an ultrasound image.
  • the output unit 4 displays the ultrasound image generated by the image processor 3 to the outside.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
  • an ultrasonic transducer manufacturing method includes depositing a metal layer on one surface of an active device (810). To this end, to prepare an active device (800). In addition, a metal layer is formed on one surface of the active device, for example, the entire surface of the active device. For this purpose, the metal is thick-film deposited (810). By using the thick film deposition method of the present invention instead of a general method of bonding or the like, it is possible to precisely control the thickness of the metal layer without undergoing complicated processes such as grinding and cutting. Moreover, manufacturing cost becomes cheap compared with a processing method. Next, another matching layer is stacked on the front surface of the metal layer (820).
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to another embodiment of the present invention.
  • an ultrasonic transducer manufacturing method includes depositing a metal layer on one surface of a matching layer (910).
  • a matching layer is prepared (900).
  • a metal layer is formed by thick-film deposition of metal on one surface of one layer constituting the matching layer.
  • the metal layer 150b is formed by thick-film deposition on the back surface of the first layer 151, which is the layer having the highest acoustic impedance value among the matching layers 15.
  • the thick film deposition method of the present invention instead of a general method of bonding or the like, it is possible to precisely control the thickness of the metal layer without undergoing complicated processes such as grinding and cutting. Moreover, manufacturing cost becomes cheap compared with a processing method.
  • a matching layer having a metal layer is stacked on the active device (920).

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Abstract

능동소자 또는 정합층의 금속층이 두꺼운초음파 트랜스듀서 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서는 능동소자와, 능동소자와 피검사체 간의 음향 임피던스 차이를 정합하는 다층 구조의 정합층을 포함하며, 정합층은 증착을 통해 형성되어 능동소자에서 발생하는 열을 분산시키는 금속층을 포함한다.

Description

금속층을 가진 정합층을 포함하는 초음파 트랜스듀서 및 그 제조방법
본 발명은 초음파를 이용하여 피검사체 내부의 영상 정보를 획득하는 초음파 트랜스듀서에 관한 것이다.
초음파 진단장치는 초음파 신호를 피검사체에 쏘아 반사된 초음파 신호로 피검사체의 내부 조직을 영상화하는 장치이다. 초음파 진단장치는 피검사체의 진단 부위에 초음파 신호를 송신한 후, 서로 다른 음향 임피던스(acoustic impedance)를 갖는 피검사체 내부의 조직들의 경계로부터 반사된 초음파 신호를 수신함으로써 진단 부위의 영상 정보를 획득할 수 있다.
초음파 진단장치는 초음파 신호를 피검사체로 송신하고 피검사체로 반사된 초음파 신호를 수신하기 위한 초음파 트랜스듀서(ultrasonic transducer)가 포함된다. 초음파 트랜스듀서는 크게 능동소자(active element), 정합층(matching layer) 및 후면층(backing layer)을 포함한다.
일 실시 예에 따라, 열 분산 특성을 향상시키기 위한 초음파 트랜스듀서 및 그 제조방법을 제안한다.
일 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서는 능동소자와, 능동소자와 피검사체 간의 음향 임피던스 차이를 정합하는 다층 구조의 정합층을 포함하며, 정합층은 증착을 통해 형성되어 능동소자에서 발생하는 열을 분산시키는 금속층을 포함한다. 이때, 금속층은 정합층을 구성하는 적어도 하나의 층 중에서 음향 임피던스 크기가 큰 층의 일면에서 금속이 후막 증착되어 형성되거나, 능동소자의 일면에서 금속이 후막 증착되어 형성된다.
일 실시 예에 따른 금속층의 두께는 정합층을 구성하는 다른 각 층의 두께보다 두껍다. 일 실시 예에 따른 금속층은 적어도 하나 이상의 금속 원료가 선택 또는 혼합되어 음향 임피던스 및 열 전도도가 조절된다.
추가 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서는 능동소자의 일면에 형성되는 연성 인쇄회로기판과, 금속층과 상기 금속층과 인접한 다른 정합층 사이에 형성되는 접지 시트를 포함한다. 추가 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서는 능동소자의 일면에 형성되는 연성 인쇄회로기판과, 금속층과 능동소자 사이에 형성되는 접지 시트를 포함한다.
다른 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서 제조방법은, 능동소자가 마련되는 단계와, 능동소자의 일면에 능동소자의 열을 분산시키기 위한 금속을 후막 증착시켜 정합층 중 하나인 금속층을 형성하는 단계와, 금속층의 일면에 적어도 하나의 다른 정합층을 적층하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서 제조방법은, 정합층을 구성하는 적어도 하나의 층이 마련되는 단계와, 적어도 하나의 층 중에서 음향 임피던스 크기가 큰 층의 일면에 능동소자의 열을 분산시키기 위한 금속을 후막 증착시켜 금속층을 형성하는 단계와, 능동소자에 금속층을 가진 정합층을 적층하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 금속층을 포함하는 정합층을 구성함에 따라, 초음파 트랜스듀서에서 발생하는 열, 예를 들어 능동소자에서 발생한 열 및 다중 반사에 의해 발생한 열을 금속층으로 발열시켜 초음파 트랜스듀서의 열 분산 특성이 향상된다.
나아가, 능동소자 또는 다른 정합층의 일 면에 금속층을 형성할 때, 금속을 후막 증착하는 방법을 사용함에 따라, 일반적인 접착 등의 가공 방법에서 요구되는 연삭 및 절삭 등의 복잡한 과정을 거치지 않고도 금속층의 두께를 두꺼우면서도 정밀하게 제어할 수 있으며 제작이 용이하다. 또한, 가공 방법에 비해 제작 비용이 저렴해진다.
또한, 증착 공정에서 적어도 하나 이상의 금속 원료를 선택 또는 혼합함에 따라, 음향 임피던스 및 열 전도도를 다양하게 변화시킬 수 있다.
나아가, 본 발명의 두꺼운 금속층을 가진 정합층은 직선 배열형(linear array), 곡선 배열형(convex array), 위상 배열형(phased array) 등과 같은 배열형 트랜스듀서의 종류에 상관없이 모두 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속층을 가진 정합층을 포함하는 초음파 트랜스듀서의 구성을 도시적으로 보여주는 구조도,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 금속층을 가진 정합층을 포함하는 초음파 트랜스듀서의 구성을 도시적으로 보여주는 구조도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 후막 증착을 통한 금속층 제조방법을 도시한 흐름도,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 후막 증착을 통한 금속층 제조방법을 도시한 흐름도,
도 5는 일반적인 초음파 트랜스듀서와 본 발명의 금속층을 가진 정합층을 포함하는 초음파 트랜스듀서의 주파수(frequency)에 대한 정규 크기(normalized magnitude)를 비교한 그래프,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 정합층의 열 전도도 변화 시에 시간에 따른 음향렌즈(acoustic lens)의 온도 변화(temperature variation)를 도시한 그래프,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 진단장치의 구성도,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서 제조방법을 도시한 흐름도,
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서 제조방법을 도시한 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 명세서에서 제1 물질 층이 제2 물질 층 상에 형성된다고 할 경우에, 그것은 제1 물질 층이 제2 물질 층 바로 위(directly on)에 형성되는 경우는 물론, 명시적으로 이를 배제하는 기재가 없는 한, 다른 제3 물질 층이 제1 물질 층과 제2 물질 층의 사이에 개재되어 있는 것(upper)도 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속층을 가진 정합층을 포함하는 초음파 트랜스듀서의 구성을 도시적으로 보여주는 구조도이다.
이하, '도식적'이라는 것은 도시된 도면이 초음파 트랜스듀서에 포함되는 구성 요소들 사이의 상대적인 위치 관계 또는 적층 관계를 나타낸다는 것을 의미함을 명시한다. 따라서, 초음파 트랜스듀서에 포함되는 구성 요소들 각각의 구체적인 형상이나 두께 등은 반드시 도면에 도시된 것과 일치하지 않을 수도 있다.
도 1을 참조하면, 초음파 트랜스듀서(1a)는 후면층(backing layer)(10), 능동소자(active element)(13) 및 정합층(matching layer)(15)을 포함하며, 기판(substrate)(11), 연성 인쇄회로기판(flexible printed circuit board: FPCB, 이하 FPCB라 칭함)(12), 접지 시트(ground sheet: GRS, 이하 GRS라 칭함)(14) 및 음향렌즈(16)를 더 포함할 수 있다.
초음파 트랜스듀서(1a)는 소자(element)가 단일 개인 단일 소자 트랜스듀서(single element transducer)이거나, 소자가 다수 개로 구성된 배열형 트랜스듀서(array transducer)일 수 있다. 어레이 트랜스듀서의 종류는 직선 배열형(linear array), 곡선 배열형(convex array), 위상 배열형(phased array) 등을 포함하며, 본 발명은 단일 소자 트랜스듀서와 모든 형태의 배열형 트랜스듀서에 적용 가능하다.
능동소자(13)는 초음파 신호를 발생시켜 피검사체로 전송하고, 피검사체로부터 반사되는 초음파 신호를 수신한다. 정합층(15)은 능동소자(13)와 피검사체 간 초음파 신호의 음향 임피던스(acoustic impedance) 차를 정합하여 초음파 진행경로 방향으로 초음파가 전파되도록 한다. 후면층(10)은 능동소자(13)로부터 발생한 초음파 신호가 원치 않는 방향인, 후면층(10) 방향으로 전파되어 그 반사파가 되돌아오는 것을 최소화한다.
일 실시 예에 따른 정합층(15)은 금속층(150a)을 포함한다. 금속층(150a)을 구성하는 금속 또는 금속 화합물은 열 전도도 및 음향 임피던스가 높은 물질이다. 금속층(150a)은 도 1에 도시된 바와 같이 능동소자(13)와 인접한 위치에 형성된다. 능동소자(13)와 인접한 정합층(15)이 금속층(150a)으로 구성됨에 따라, 초음파 트랜스듀서(1a)에서 발생하는 열, 예를 들어 능동소자(13)에서 발생한 열 및 다중 반사에 의해 발생한 열 등을 금속층(150a)으로 분산시켜 발열시킨다.
일 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서(1a)는 능동소자(13)에 인접한 금속층(150a)의 두께가 두껍게 형성된다. 금속층(150a)의 두께가 두꺼워질수록 능동소자(13)에서 발생한 열을 분산시키는 데 유리하다. 금속층(150a)의 두께는 수 백 um로, GRS(14)보다 훨씬 두껍기 때문에 열 분산에 더 유리하다.
일 실시 예에 따른 금속층(150a)은 금속이 능동소자(13)의 일 면에서 증착(evaporation)되는 방식으로 형성된다. 증착 방식은 진공 중에서 금속 또는 금속 화합물을 가열하여 증기로 만들어 다른 물체에 부착시키는 것을 의미한다. 이때, 증착 공정에서 적어도 하나 이상의 금속 원료를 선택 또는 혼합함에 따라, 음향 임피던스 및 열 전도도를 다양하게 변화시킬 수 있다.
이하, 전술한 금속층(150a)을 가진 정합층(15)을 포함하는 초음파 트랜스듀서(1a)의 각 구성에 대해 상세히 후술한다.
후면층(10)은 음향 임피던스가 능동소자(13)와 잘 매칭되도록 구성된다. 후면층(10)은 우수한 흡음 특성인, 음향 감쇠 특성을 가지도록 구성될 수 있다. 우수한 흡음 특성을 가진 후면층(10)은 전면에 형성되는 능동소자(13)의 자유 진동을 억제하여 초음파의 펄스 폭을 감소시킬 뿐만 아니라 능동소자(13)에서 발생하여 후면으로 초음파가 불필요하게 전파되는 것을 차단함으로써 영상 왜곡이 생기는 것을 효과적으로 방지한다. 후면층(10)은 흡음 특성이 우수한 재질의 물질을 사용하여 하나 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따른 능동소자(13)는 FPCB(12)로부터 전기신호가 인가되는 등의 방법으로 에너지가 가해지면 초음파 신호를 발생한다. 능동소자(13)의 종류는 초음파 트랜스듀서(1a)의 종류에 따라서 달라질 수 있는데, 통상적으로 압전소자(piezoelectric element)로 구성된다. 압전소자는 압전효과를 통해 기계적인 압력이 가해지면 전압이 발생하고, 전압이 인가되면 기계적인 변형이 발생하는 성질을 가진다. 압전소자들의 형상이나 배열되는 패턴에 특별한 제한은 없다. 압전소자는 티탄산 지르콘산 납(lead zirconate titanate: PZT) 계 등의 압전 세라믹, 단결정, 이들 재료와 고분자 재료를 복합한 복합 압전체, 또는 폴리불화비닐리덴(PolyVinyliDene Fluoride: PVDF)로 대표되는 고분자 재료의 압전체 등으로 형성될 수 있다.
정합층(15)은 능동소자(13)와 피검사체 사이에 배치되어서 두 구성 요소 사이의 음향 임피던스 차이를 중재한다. 예를 들어, 능동소자(13)에서 발생한 초음파를 피검사체로 전달하거나 피검사체에 의하여 반사되어 되돌아오는 에코 신호의 손실을 저감시킨다. 정합층(15)은 능동소자(13)와 피검사체 간 음향 임피던스의 급격한 변화에 따른 영상 왜곡 등의 문제를 감소시키는 완충 역할을 할 수 있다.
일 실시 예에 따른 정합층(15)은 다수 개의 층(multi-layer)이 적층된 구조이다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 제1층(151), 제2층(152) 및 금속층(150a)으로 구성될 수 있으나, 정합층의 수는 이에 한정되지 않는다. 금속층(150a)은 도 1에 도시된 바와 같이 능동소자(13)와 인접한 위치에 형성된다. 복수의 층으로 정합층(15)을 구성하는 이유는, 능동소자(13)와 피검사체인 인체조직 사이의 음향 임피던스 차이가 상대적으로 크기 때문에, 요구되는 특성을 갖는 정합층을 단일 물질의 층으로는 형성하는 것이 어렵기 때문이다. 금속층(150a)에서 제1층(151), 제2층(152) 순으로 멀어질수록 음향 임피던스 값이 작아질 수 있다.
능동소자(13)와 인접한 정합층(15)을 열 전도도가 높고 음향 임피던스 크기가 큰 금속층(150a)으로 구성함에 따라, 초음파 트랜스듀서(1a)에서 발생하는 열, 예를 들어 능동소자(13)에서 발생한 열 및 다중 반사에 의해 발생한 열을 금속층(150a)으로 분산시켜 발열시킨다. 그리고, 초음파 트랜스듀서(1a)의 표면, 예를 들어 음향렌즈(16)로까지 열을 전달시키지 않는다. 이에 따라, 초음파 트랜스듀서(1a)의 표면 온도, 예를 들어 음향렌즈(16)의 온도가 내려간다. 음향렌즈(16)는 피검사체인 인체에 직접적으로 닿는 부분이므로 음향렌즈(16)의 열 발생을 줄이는 것이 좋다. 일반적으로 초음파 트랜스듀서(1a)의 표면온도는 본체에서 송신되는 초음파 신호의 크기와 비례 관계에 있어 송신신호의 레벨을 낮추어야 한다. 그러나, 본 발명에 의하면 송신신호의 레벨은 그대로 유지한 채 열을 분산시키는 금속층(150a) 구조에 의해 초음파 트랜스듀서(1a)의 표면 온도를 낮출 수 있다. 열을 분산시키는 금속층(150a) 구조에 의해 초음파 트랜스듀서(1a)의 표면 온도가 낮추어짐은 후술되는 도 6의 실험 결과를 통해 확인할 수 있다.
금속층(150a)은 구리, 금, 은, 알루미늄 등의 금속일 수 있다. 금속층(150a)은 산화 마그네슘, 산화 아연 등의 금속 화합물일 수 있다. 금속층(150a)은 적어도 하나 이상의 금속 원료가 선택 또는 혼합되어 음향 임피던스 및 열 전도도가 조절될 수 있다. 금속층(150a)은 열 도전체일 수 있다. 열 도전체는 구리, 알루미늄, 고분자 필름을 그래파이트화한 PGS 그래파이트 시트, 그래파이트, 카본나노 튜브, 질화 알루미늄, 붕소 나이트 라이드, 탄화규소, 산화 베릴륨 등이거나, 이들의 결합 형태일 수 있다.
일 실시 예에 따른 금속층(150a)은 금속이 능동소자(13)의 일 면에서 증착되어 형성된다. 일반적인 접착 등의 가공 방법 대신에 본 발명의 증착 방법을 사용하면, 연삭 및 절삭 등의 복잡한 과정을 거치지 않고도 금속층(150a)의 두께를 정밀하고도 두껍게 제어할 수 있다. 또한, 가공 방법에 비해 제작 비용이 저렴해진다.
일 실시 예에 따른 금속층(150a)은 후막(thick film) 증착된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 금속층(150a)은 능동소자(13)의 전면에서 후막 증착된다. 후막 증착의 경우, 박막(thin film) 증착에 비해 금속층(150a)의 두께를 두껍게 형성할 수 있다. 예를 들어, 박막 증착의 경우 그 두께가 50~200nm 정도라고 한다면, 후막 증착의 경우 금속층(150a)의 두께는 약 300um로 두껍게 증착이 가능하다. 그러나, 그 두께는 이에 한정되지는 것은 아니며, 초음파 트랜스듀서의 물리적 파라미터에 따라 조절 가능하다. 후막 증착을 통한 금속층(150a)의 두께가 두꺼운 초음파 트랜스듀서(1a)는 두께가 얇은 초음파 트랜스듀서에 비해 제작이 용이하다. 금속층(150a)의 후막 증착 방법에 대해서는 도 3을 참조로 하여 후술한다.
일 실시 예에 따른 FPCB(12)는 능동소자(13)의 후면에 형성된다. FPCB(12)는 능동소자(13)와 전기적으로 연결되어 능동소자(13)에 전압을 인가한다. 일 실시 예에 따른 GRS(14)는 정합층(15) 중에서 금속층(150a)과 제1층(151) 사이에 형성된다. 기판(11)은 후면층(10) 방향으로 전파되는 초음파 신호를 차단 또는 감쇠시키기 위해서, 능동소자(13)와 후면층(10) 사이에 형성된다. 기판(11)은 능동소자(13)의 음향 임피던스 값보다 큰 음향 임피던스 값을 가질 수 있다. 음향렌즈(16)는 피검사체에 전달되는 초음파 신호를 집속시킨다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 금속층을 가진 정합층을 포함하는 초음파 트랜스듀서의 구성을 도시적으로 보여주는 구조도이다.
도 1의 초음파 트랜스듀서(1a)의 금속층(150a)은 능동소자(13)에서 금속이 증착된 것이고, 도 2의 초음파 트랜스듀서(1b)의 금속층(150b)은 정합층(15)의 제1층(151)에서 금속이 증착된 것이라는 점에서 차이가 있다. 이하, 도 1과의 차이점이나 중요 구성을 위주로 설명하며, 설명하지 않은 부분은 도 1을 참조로 하여 전술한 것과 대응된다.
정합층(15)의 금속층(150b)은 능동소자(13)와 정합층(15)의 제1층(151) 사이에 형성된다. 능동소자(13)와 인접한 정합층(15)이 열 전도도가 높은 금속층(150b)으로 구성됨에 따라, 초음파 트랜스듀서(1b)에서 발생하는 열, 예를 들어 능동소자(13)에서 발생한 열 및 다중 반사에 의해 발생한 열 등을 열 전도도가 높은 금속층(150b)으로 분산시켜 발열시킨다. 그리고, 초음파 트랜스듀서(1b)의 표면, 예를 들어 음향렌즈(16)로까지 열을 전달시키지 않는다. 이에 따라, 초음파 트랜스듀서(1b)의 표면 온도, 예를 들어 음향렌즈(16)의 온도가 내려간다. 열을 분산시키는 금속층(150b) 구조에 의해 초음파 트랜스듀서(1b)의 표면 온도가 낮추어짐은 후술되는 도 6의 실험 결과를 통해 확인할 수 있다.
금속층(150b)은 구리, 금, 은, 알루미늄 등의 금속일 수 있다. 금속층(150b)은 산화 마그네슘, 산화 아연 등의 금속 화합물일 수 있다. 금속층(150b)은 열 도전체일 수 있다. 열 도전체는 구리, 알루미늄, 고분자 필름을 그래파이트화한 PGS 그래파이트 시트, 그래파이트, 카본나노 튜브, 질화 알루미늄, 붕소 나이트 라이드, 탄화규소, 산화 베릴륨 등이거나, 이들의 결합 형태일 수 있다.
일 실시 예에 따른 금속층(150b)은 도 2에 도시된 바와 같이 금속이 정합층(15)의 제1층(151)의 일 면에서 증착되어 형성된다. 일반적인 접착 등의 가공 방법 대신에 본 발명의 증착 방법을 사용하면, 연삭 및 절삭 등의 복잡한 과정을 거치지 않고도 금속층(150b)의 두께를 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 가공 방법에 비해 제작 비용이 저렴해진다.
일 실시 예에 따른 금속층(150b)은 후막 증착된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 정합층(15) 중에서 음향 임피던스 값이 가장 높은 층인 제1층(151)의 후면에 금속을 후막 증착하여 금속층(150b)을 형성한다. 후막 증착의 경우, 박막 증착에 비해 금속층(150b)의 두께를 두껍게 형성할 수 있다. 금속층(150b)의 증착 방법에 대해서는 도 4를 참조로 하여 후술한다.
일 실시 예에 따른 FPCB(12)는 능동소자(13)의 후면에 형성된다. FPCB(12)는 능동소자(13)와 전기적으로 연결되어 능동소자(13)에 전압을 인가한다. 일 실시 예에 따른 GRS(14)는 능동소자(13)와 금속층(150b) 사이에 형성된다. 기판(11)은 능동소자(13)의 음향 임피던스 값보다 큰 음향 임피던스 값을 가질 수 있다. 음향렌즈(16)는 피검사체에 전달되는 초음파 신호를 집속시킨다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 후막 증착을 통한 금속층 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서 제조방법은 능동소자(13)의 일 면에 금속층(150a)을 두껍게 형성하는 단계를 포함한다. 이를 위해, 능동소자(13)를 마련하고, 능동소자(13)의 일 면, 예를 들어 전면에 금속층(150a)을 형성하는데, 능동소자(13)의 전면에 형성되는 금속층(150a)의 두께를 증가시킨다. 이때, 두꺼운 두께를 가지도록 금속층(150a)을 후막 증착할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 후막 증착을 통한 금속층 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서 제조방법은 정합층을 구성하는 하나의 층 상에 금속을 후막 증착하여 금속층(150b)을 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 금속이 후막 증착되는 층은 제2층(152)보다 음향 임피던스 값이 더 높은 제1층(151)으로서, 도 4에 도시된 바와 같이 제1층(151)의 후면에 금속을 후막 증착하여 금속층(150b)을 형성한다. 금속층(150b)은 제1층(151) 및 제2층(152)보다 두께가 더 두껍게 제조될 수 있다.
도 5는 일반적인 초음파 트랜스듀서와 본 발명의 금속층을 가진 정합층을 포함하는 초음파 트랜스듀서의 주파수(frequency)에 대한 정규 크기(normalized magnitude)를 비교한 그래프이다.
세부적으로, 도 5는 일반적인 3개의 층이 적층된 정합층과, 본 발명의 2개의 층과 금속층이 적층된 정합층의 초음파 트랜스듀서를 대상으로 주파수에 대한 정규 크기를 비교한 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 초음파 트랜스듀서의 경우 더 넓은 범위에서 정규 크기가 크게 나타남을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 초음파 트랜스듀서는 대역폭이 넓어지고, 감도가 향상된다. 정합층을 금속층으로 적용함에 따라, 능동소자에서 발생한 열을 효과적으로 분산시킴에 따라 초음파 트랜스듀서의 감도가 향상된다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 정합층의 열 전도도 변화 시에 시간에 따른 음향렌즈(acoustic lens)의 온도 변화(temperature variation)를 도시한 그래프이다.
세부적으로, 도 6은 일반적인 3개의 층이 적층된 정합층과, 본 발명의 2개의 층과 금속층이 적층된 정합층의 초음파 트랜스듀서를 대상으로 정합층의 열 전도도 변화 시에 시간에 따른 음향렌즈의 온도 변화를 도시한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 일 실시 예에 따른 금속층을 가진 정합층의 온도가 일반적인 초음파 트랜스듀서의 그것보다 낮게 형성됨을 확인할 수 있다. 이는 능동소자와 인접한 정합층이 금속층으로 구성됨에 따라, 초음파 트랜스듀서에서 발생하는 열, 예를 들어 능동소자에서 발생한 열 및 다중 반사에 의해 발생한 열을 금속층으로 분산시켜 발열시키기 때문이다. 그리고, 초음파 트랜스듀서의 표면, 예를 들어 음향렌즈로까지 열을 전달시키지 않는다. 이에 따라, 초음파 트랜스듀서의 표면 온도, 예를 들어 음향렌즈의 온도가 내려간다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 진단장치의 구성도이다.
도 7을 참조하면, 초음파 진단장치(70)는 초음파 트랜스듀서(1), 빔포밍부(2), 영상 처리부(3) 및 출력부(4)를 포함한다.
초음파 트랜스듀서(1)는 다수의 소자(700-1,700-2,…,700-n)로 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서(1)는 금속층을 가진 정합층을 포함한다. 금속층은 두꺼운 두께를 가지면서 제조 비용을 절감시키기 위해 후막 증착될 수 있다. 예를 들어, 금속층은 능동소자 또는 정합층을 구성하는 다른 층에서 두꺼운 두께를 가지도록 후막 증착된다.
빔포밍부(2)는 초음파 트랜스듀서(1)를 구동하여 초음파 신호를 피검사체에 송신하고 피검사체로부터 되돌아오는 반사신호를 처리하여 빔 신호를 생성한다. 영상 처리부(3)는 빔포밍부(2)로부터 빔 신호를 수신하여 초음파 영상을 생성한다. 출력부(4)는 영상 처리부(3)를 통해 생성된 초음파 영상을 외부로 디스플레이한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 일 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서 제조방법은 능동소자의 일 면에 금속층을 증착하는 단계(810)를 포함한다. 이를 위해, 능동소자를 마련한다(800). 그리고, 능동소자의 일 면, 예를 들어 전면에 금속층을 형성하는데, 이를 위해 금속을 후막 증착한다(810). 일반적인 접착 등의 가공 방법 대신에 본 발명의 후막 증착 방법을 사용하면, 연삭 및 절삭 등의 복잡한 과정을 거치지 않고도 금속층의 두께를 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 가공 방법에 비해 제작 비용이 저렴해진다. 이어서, 금속층의 전면에 다른 정합층을 적층한다(820).
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 일 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서 제조방법은 정합층의 일 면에 금속층을 증착하는 단계(910)를 포함한다. 이를 위해, 정합층을 마련한다(900). 그리고, 정합층을 구성하는 하나의 층의 일 면에 금속을 후막 증착하여 금속층을 형성한다(910). 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 정합층(15) 중에서 음향 임피던스 값이 가장 높은 층인 제1층(151)의 후면에 금속을 후막 증착하여 금속층(150b)을 형성한다. 일반적인 접착 등의 가공 방법 대신에 본 발명의 후막 증착 방법을 사용하면, 연삭 및 절삭 등의 복잡한 과정을 거치지 않고도 금속층의 두께를 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 가공 방법에 비해 제작 비용이 저렴해진다. 이어서, 능동소자에 금속층을 가진 정합층을 적층한다(920).
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 능동소자; 및
    상기 능동소자와 피검사체 간의 음향 임피던스 차이를 정합하는 다층 구조의 정합층; 을 포함하며,
    상기 정합층은 증착을 통해 형성되어 상기 능동소자에서 발생하는 열을 분산시키는 금속층; 을 포함하며,
    상기 금속층은
    상기 정합층을 구성하는 적어도 하나의 층 중에서 음향 임피던스 크기가 큰 층의 일면에서 금속이 후막 증착되어 형성되거나, 상기 능동소자의 일면에서 금속이 후막 증착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층의 두께는 상기 정합층을 구성하는 다른 각 층의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속층은
    적어도 하나 이상의 금속 원료가 선택 또는 혼합되어 음향 임피던스 및 열 전도도가 조절되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 초음파 트랜스듀서는
    상기 능동소자의 일면에 형성되는 연성 인쇄회로기판; 및
    상기 금속층과 상기 금속층과 인접한 다른 정합층 사이에 형성되는 접지 시트;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 초음파 트랜스듀서는
    상기 능동소자의 일면에 형성되는 연성 인쇄회로기판; 및
    상기 금속층과 상기 능동소자 사이에 형성되는 접지 시트;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  6. 능동소자가 마련되는 단계;
    상기 능동소자의 일면에 상기 능동소자의 열을 분산시키기 위한 금속을 후막 증착시켜 정합층 중 하나인 금속층을 형성하는 단계; 및
    상기 금속층의 일면에 적어도 하나의 다른 정합층을 적층하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서 제조방법.
  7. 정합층을 구성하는 적어도 하나의 층이 마련되는 단계;
    상기 적어도 하나의 층 중에서 음향 임피던스 크기가 큰 층의 일면에 능동소자의 열을 분산시키기 위한 금속을 후막 증착시켜 금속층을 형성하는 단계; 및
    능동소자에 상기 금속층을 가진 정합층을 적층하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서 제조방법.
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