WO2016137023A1 - 복합 구조의 정합층을 가진 초음파 트랜스듀서 및 그 제조방법 - Google Patents

복합 구조의 정합층을 가진 초음파 트랜스듀서 및 그 제조방법 Download PDF

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layer
ultrasonic transducer
matching layer
acoustic
acoustic impedance
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노용래
이원석
배범석
이형근
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Alpinion Medical Systems Co Ltd
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Alpinion Medical Systems Co Ltd
Industry Academic Cooperation Foundation of KNU
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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
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • A61B8/4494—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer characterised by the arrangement of the transducer elements
    • 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; ELECTRIC HEARING AIDS; 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 having improved bandwidth and sensitivity by reducing a change in acoustic impedance of a matching layer and a method of manufacturing the same.
  • An ultrasonic transducer includes an active element including at least one piezoelectric element, and a matching layer having at least a two-layer structure formed on a front surface of the active element to match an acoustic impedance between the active element and the object under test.
  • the matching layer constitutes 2N layers each having a different acoustic impedance level using N materials (an integer of N ⁇ 2).
  • the matching layer is formed between a first layer made of a first material having a first impedance value, a second layer made of a second material having a second impedance value, and between the first layer and the second layer. And a third layer combining the first material and the second material to reduce the change in acoustic impedance variation between the first layer and the second layer. Furthermore, the matching layer includes a fourth layer formed between the acoustic lens positioned in front of the matching layer and the second layer, and combining the acoustic lens material and the second material to reduce the variation in acoustic impedance between the acoustic lens and the second layer. do.
  • At least one of a gap between the first material and the second material, a width of the first material and the second material, and a thickness of the layer may be adjusted in consideration of a change width of the acoustic impedance.
  • the first material and the second material are alternately arranged in a sawtooth shape.
  • the third layer has a shape of one of a polyhedron, a circle, a horn, and a pillar.
  • the second material and the acoustic lens material are alternately arranged in a sawtooth shape.
  • the fourth layer and the acoustic lens material may have any one of a polyhedron, a circular shape, a horn shape, and a columnar shape.
  • the matching layer has a step change in discontinuous acoustic impedance between layers.
  • the acoustic impedance value of the lower layer is greater than the acoustic impedance value of the upper layer.
  • the ultrasonic transducer includes a matching layer having at least a two-layer structure and an acoustic lens formed on the front surface of the matching layer, wherein the matching layer includes a first layer made of a first material, a first layer, and an acoustic lens. And a second layer formed between the first material and the material of the acoustic lens to reduce a change in acoustic impedance between the first layer and the acoustic lens.
  • a method of manufacturing an ultrasound transducer may include manufacturing a matching layer having a complex structure, and the manufacturing of the matching layer may include forming a first layer formed of a first material, and forming a matching layer. Processing a plurality of grooves in the grooves, filling a groove in the first layer with a second material to form a second layer in which the first material and the second material are combined, and loading the second material in the second layer. And as the thickness thereof is adjusted, forming a third layer of the second material on the second layer.
  • the manufacturing of the matching layer may include processing a plurality of grooves in a third layer made of a second material, and filling the grooves of the third layer with acoustic lens material to fill the second material and the acoustic lens material.
  • the combined fourth layer is formed, and the ultrasonic transducer manufacturing method further includes the step of forming an acoustic lens on the fourth layer as the acoustic lens material is loaded on the fourth layer and its thickness and shape are adjusted.
  • the manufacturing of the matching layer may include processing a plurality of grooves in a third layer made of a second material, and filling a third material into the grooves of the third layer to fill the second material and the third material. Forming a combined fourth layer, and forming a fifth layer of the third material on the fourth layer as the third material is loaded on the fourth layer and the thickness thereof is adjusted.
  • the sensitivity of the ultrasonic transducer when ultrasonic waves generated by an active element are transmitted to an object through an interlaced matching layer (hereinafter referred to as IML) having a small amplitude change in acoustic impedance, the sensitivity of the ultrasonic transducer ( sensitivity and bandwidth are improved.
  • IML interlaced matching layer
  • N materials an integer of N ⁇ 2
  • N materials an integer of N ⁇ 2
  • the IML of the present invention can be applied regardless of the type of transducers such as linear array, curve array, phased array, single element, etc. Do.
  • the thickness of the matching layer becomes thin, which makes it difficult to manufacture, but the IML of the present invention is easy to manufacture because the thickness thereof becomes thick overall.
  • FIG. 1 is a structural diagram showing a configuration of an ultrasonic transducer having an interlaced matching layer of a composite structure according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a structural diagram showing a configuration of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a structural diagram showing a configuration of an ultrasonic transducer according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 and 5 is a structural diagram showing the configuration of an ultrasonic transducer according to another embodiment of the present invention.
  • 6 to 8 are structural diagrams of a matching layer of a composite structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a reference view showing an IML manufacturing form according to the ultrasonic transducer manufacturing method of FIG. 10;
  • FIGS. 12 and 13 are graphs illustrating performance differences between an ultrasonic transducer having a matching layer and a general ultrasonic transducer according to an 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 having an interlaced matching layer of a composite structure according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic transducer 1 includes a backing layer 10, an active component 11, and a matching layer 12.
  • the ultrasonic transducer 1 is a single element transducer or an array transducer composed of a plurality of elements 110 as shown in FIG. 1.
  • the present invention is applicable to all types of array transducers, such as linear arrays, convex arrays, and phased arrays. Hereinafter, the case of the array type transducer will be described. However, the present invention should not be construed as limited by the embodiments described below.
  • the direction in which the elements 110 of the ultrasonic transducer 1 are arranged is called the azimuth direction, and the depth direction in which the beam signal travels is the axial direction.
  • the direction orthogonal to these two directions is referred to as an elevation direction.
  • the matching layer 12 is disposed between the active element 11 and the object under test to mediate the difference in acoustic impedance between the two components.
  • a plurality of layers are stacked.
  • the acoustic impedance of the piezoelectric element, which is the active element 11 is about 30 MRayl
  • the acoustic impedance of soft tissue, which is the subject is about 1.5 MRayl.
  • the acoustic impedance of the matching layer must satisfy the square root of the product of the acoustic impedance of the subject and the acoustic impedance of the active element (DeSilet's formula).
  • the present invention uses a multi-layer structure, for example, the matching layer 12 composed of the first layer 121 and the second layer 122 as shown in FIG.
  • an ultrasonic transducer including a matching layer in which a plurality of layers of the present invention are stacked will be described with reference to FIGS. 2 to 5.
  • the ultrasonic transducers described below with reference to FIGS. 2 to 5 all provide a matching layer manufactured to have a small change in acoustic impedance.
  • the smaller the amplitude of the change in the acoustic impedance the higher the sensitivity and bandwidth of the ultrasonic transducer.
  • FIG. 2 is a structural diagram showing the configuration of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasound transducer 2 may include a back layer 10, an active element 11, and a matching layer 22, and may further include an acoustic lens 14.
  • the matching layer 22 is composed of a plurality of layers of two or more layers.
  • the reason why the matching layer 22 is composed of a plurality of layers is that the difference in acoustic impedance between the active element 11 and the human tissue to be examined is relatively large, as described above with reference to FIG. 1. This is because it is difficult to form a matching layer having properties with a single material layer.
  • FIG. 2 shows an ultrasonic transducer 2 laminated with a first layer 221, a second layer 222 and a third layer 223, where the matching layer 22 is three layers.
  • the matching layer 22 is three layers.
  • this is only for better understanding of the present invention, and the number of layers constituting the matching layer 22 is not limited thereto.
  • a matching layer made of a third material is further included, a matching layer combining the second material and the third material may be further formed.
  • the matching layer 22 will be described below with reference to the ultrasonic transducer 2 including three layers 221, 222, and 223.
  • the first layer 221 of the matching layer 22 is composed of a single first material
  • the second layer 222 is composed of a single second material.
  • the first material of the first layer 221 and the second material of the second layer 222 are combined.
  • a matching layer composed of a single material will be referred to as a matching layer (ML)
  • a matching layer containing a plurality of materials will be referred to as an interlaced matching layer (IML).
  • the back layer 10 is configured such that the acoustic impedance is well matched with the active element 11.
  • the back layer 10 may be configured to have sound attenuation characteristics, which are excellent sound absorption characteristics.
  • the rear layer 10 having excellent sound absorbing properties suppresses the free vibration of the active element 11 formed on the front side to not only reduce the pulse width of the ultrasonic wave, but also occurs in the active element 11 to unnecessarily propagate the ultrasonic wave to the rear 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 rear layer 10 is coupled to a flexible printed circuit board (Flexible PCB) located in the front, it can exchange electrical signals with the active device located in the front of the flexible printed circuit board.
  • Flexible PCB Flexible PCB
  • the active element 11 is composed of a single layer or a plurality of layers. When the active element 11 has a laminated structure, the acoustic impedance can be reduced and capacitance can be increased as compared with the structure having the single layer active element.
  • the active element 11 according to an embodiment generates an ultrasonic signal when energy is applied, such as by applying a voltage to a flexible printed circuit board and a ground sheet located at both ends. Ultrasonic signals generated by the active element 11 according to an embodiment may have various frequencies.
  • the type of the active element 11 may vary depending on the type of the ultrasonic transducer 2, 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.
  • 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 22 is located in front of the active element 11.
  • the matching layer 22 matches the acoustic impedance between the active element 11 and the subject under test, thereby reducing the loss of the reflected signal returned by the ultrasonic wave generated by the active element 11 to the subject under test or reflected by the subject under test.
  • the matching layer 22 may serve as a buffer for reducing problems such as image distortion caused by a sudden change in acoustic impedance between the active element 11 and the object under test.
  • the matching layer 22 is composed of a plurality of layers of two or more layers.
  • the ML1 221 and the ML2 222 constituting the matching layer 22 are made of a single material.
  • ML1 221 consists of a single first material
  • ML2 222 consists of a single second material.
  • the first material and the second material have different acoustic impedances.
  • the second material in the lower stage may have a larger acoustic impedance than the first material in the upper stage.
  • the lower stage ML1 221 is a high impedance matching layer made of a material having a relatively large acoustic impedance (eg, about 6-9 Mrayls).
  • the ML2 222 is a low impedance matching layer made of a material having a relatively small acoustic impedance (eg, about 2-3 Mrayls).
  • IML1 223 is formed at the boundary between ML1 221 and ML2 222.
  • the first material of the ML1 221 and the second material of the ML2 222 are combined to reduce the difference in acoustic impedance between the first material and the second material.
  • the IML1 223 reduces the amplitude of change in acoustic impedance between the ML1 221 and the ML2 222.
  • the first material and the second material are alternately arranged in a sawtooth shape.
  • the IML1 223 may have any one of a polyhedron, a circular shape, a horn shape, and a pillar type of the first material and the second material. An embodiment thereof will be described with reference to FIGS. 6 to 8 to be described later.
  • the amplitude of the change in the acoustic impedance changes stepwise but discontinuously between layers.
  • the acoustic impedance magnitude (Z ML2 , Z IML1 , Z ML1 ) increases stepwise as it goes down to ML2 222, IML1 223, ML1 221, but is not a linear continuous form.
  • the change in acoustic impedance can be adjusted according to the components and combinations of materials constituting the IML1 223.
  • the IML1 223 adjusts the distance between the first material and the second material, the width of the first material and the second material, the thickness of the layer, etc. in consideration of the change width of the acoustic impedance. Accordingly, since the change in the acoustic impedance of the matching layer 22 can be adjusted, the degree of freedom in designing the ultrasonic transducer 2 is increased.
  • a ground sheet is formed between the matching layer 22 and the active element 11, and the matching layer 22 may exchange electrical signals with the active element 11 through the ground sheet. Can be.
  • the acoustic lens 14 is located at the outermost side of the ultrasonic transducer 2. Ultrasonic waves passing through the matching layer 22 through the acoustic lens 14 can be connected to the subject under test.
  • the acoustic lens 14 according to an embodiment may be implemented to allow ultrasonic waves to be transmitted without loss or to minimize loss, and to minimize loss due to reflection / reflection at the interface.
  • the acoustic impedance Z lens of the acoustic lens 14 may be the same as or similar to the acoustic impedance of the human soft tissue.
  • FIG. 3 is a structural diagram showing the configuration of an ultrasonic transducer according to another embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic transducer 3 includes a back layer 10, an active element 11, a matching layer 32, and an acoustic lens 14.
  • the matching layer 32 consists of a plurality of layers, including layers of a single material having different impedance magnitudes. That is the same. However, there is a difference in that the material of the IML1 323 of the matching layer 32 is combined with the material of the acoustic lens 14.
  • the configuration that is not described will be the same as or similar to that described above with reference to FIG.
  • the matching layer 32 is composed of a plurality of layers of two or more layers.
  • the reason why the matching layer 32 is formed of a plurality of layers is that the difference in acoustic impedance between the active element 11 and the human tissue to be examined is relatively large, as described above with reference to FIG. 1. This is because it is difficult to form a matching layer having properties with a single material layer.
  • the matching layer 32 is three layers.
  • this is only for better understanding of the present invention, and the number of layers constituting the matching layer 32 is not limited thereto.
  • the matching layer 32 is located in front of the active element 11.
  • the matching layer 32 matches the acoustic impedance between the active element 11 and the object under test, thereby reducing the loss of the reflected signal returned by the ultrasonic wave generated by the active element 11 or reflected by the object under test.
  • the matching layer 32 may serve as a buffer for reducing problems such as image distortion due to a sudden change in acoustic impedance between the active element 11 and the object under test.
  • the matching layer 32 is composed of a plurality of layers of two or more layers.
  • ML1 321 and ML2 322 constituting matching layer 32 are composed of a single material.
  • ML1 321 is comprised of a single first material
  • ML2 322 is comprised of a single second material.
  • the first material and the second material have different acoustic impedances.
  • the second material in the lower stage may have a larger acoustic impedance than the first material in the upper stage.
  • the lower stage ML1 321 is a high impedance matching layer made of a material having a relatively large acoustic impedance (eg, about 6-9 Mrayls).
  • the ML2 322 is a low impedance matching layer made of a material having a relatively small acoustic impedance (eg, about 2-3 Mrayls).
  • the IML1 323 is formed at the boundary between the ML2 322 and the acoustic lens 14.
  • the second material of the ML2 322 and the material of the acoustic lens 14 are combined to reduce the difference in acoustic impedance between the second material and the acoustic lens material.
  • the second material and the acoustic lens material are alternately arranged in a sawtooth shape.
  • the IML1 323 has a second material and an acoustic lens material having any one of a polyhedron, a circular shape, a horn shape, and a columnar shape. An embodiment thereof will be described with reference to FIGS. 6 to 8 to be described later.
  • the amplitude of the change in the acoustic impedance changes stepwise but discontinuously between layers.
  • the sound impedance magnitudes Z IML1 , Z ML2 , Z ML1 increase in steps as IML1 323, ML2 322, ML1 321 step down, but are not linear continuous.
  • the change in acoustic impedance can be adjusted according to the components and combinations of materials constituting the IML1 323.
  • the IML1 323 adjusts the distance between the second material and the acoustic lens material, the width of the second material and the acoustic lens material, and the thickness of the layer in consideration of the change width of the acoustic impedance.
  • the acoustic impedance change of the matching layer 32 can be adjusted, thereby increasing the degree of freedom in designing the ultrasonic transducer 3.
  • the acoustic lens 14 is located at the outermost side of the ultrasonic transducer 3. Ultrasonic waves passing through the matching layer 32 through the acoustic lens 14 can be connected to the object under test.
  • the acoustic lens 14 according to an embodiment may be implemented to allow ultrasonic waves to be transmitted without loss or to minimize loss, and to minimize loss due to reflection / reflection at the interface.
  • the acoustic impedance Z lens of the acoustic lens 14 may be the same as or similar to the acoustic impedance of the human soft tissue.
  • FIGS 4 and 5 are structural diagrams showing the configuration of an ultrasonic transducer according to another embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic transducer 4 includes a back layer 10, an active element 11, a matching layer 42, and an acoustic lens 14.
  • the ultrasonic transducer 4 of FIG. 4 combines the characteristics of the matching layer 22 of the ultrasonic transducer 2 of FIG. 2 with the characteristics of the matching layer 32 of the ultrasonic transducer 3 of FIG. 3.
  • matching layer 42 comprises a plurality of layers, ML1 421 composed of a single first material, and ML2 422 composed of a single second material having a different impedance size than the first material. do.
  • the matching layer 42 may include the IML1 423 in which the first material of the ML1 421 and the second material of the ML2 422 are combined, and the material of the second material and the acoustic lens 14 of the ML2 422. Combined IML2 424.
  • the ultrasonic transducer 4 uses 2 materials (an integer equal to N ⁇ 2) for matching the acoustic impedance between the active element 11 and the object under test, and 2N layers each having a different acoustic impedance magnitude. Will be constructed.
  • IML1 423 is formed at the boundary between ML1 421 and ML2 422.
  • the first material of the ML1 421 and the second material of the ML2 422 are combined to reduce the difference in acoustic impedance between the first material and the second material.
  • the first material and the second material are alternately arranged in a sawtooth shape.
  • the IML1 423 may have any one of a polyhedron, a circle, a horn shape, and a pillar type of the first material and the second material.
  • the IML2 424 is formed at the boundary between the ML2 422 and the acoustic lens 14.
  • the second material of the ML2 422 and the material of the acoustic lens 14 are combined to reduce the difference in acoustic impedance between the second material and the acoustic lens material.
  • the second material and the acoustic lens material are alternately arranged in a sawtooth shape.
  • the IML2 424 may have any one of a polyhedron, a circular shape, a horn shape, and a pillar shape of the second material and the acoustic lens material.
  • the change in the acoustic impedance change step by step but discontinuously between layers.
  • the acoustic impedance magnitudes Z IML2 , Z ML2, Z IML1 , Z ML1
  • the change in the acoustic impedance can be adjusted according to the components of the materials constituting the IML1 423 and the IML2 424 and their combination.
  • the IML1 423 adjusts the distance between the first material and the second material, the width of the first material and the second material, the thickness of the layer, etc. in consideration of the change width of the acoustic impedance.
  • the IML2 424 adjusts the distance between the second material and the acoustic lens material, the width of the second material and the acoustic lens material, and the thickness of the layer in consideration of the change width of the acoustic impedance. Accordingly, since the change in the acoustic impedance of the matching layer 42 can be adjusted, the degree of freedom in designing the ultrasonic transducer 4 is increased.
  • the ultrasonic transducer 5 of FIG. 5 is a form in which two layers are further included in the matching layer form of the ultrasonic transducer 4 described above with reference to FIG. 4.
  • the matching layer 52 includes ML1 521 composed of a single first material, ML2 522 composed of a single second material, and ML1 522 of the first material of ML1 521.
  • IML1 523 combined with a second material of
  • ML3 524 composed of a single third material
  • IML2 525 combined with a second material and a third material
  • a third material and an acoustic lens 14 The substance of IML3 (526) is combined.
  • each of N materials (an integer of N ⁇ 2) is used to match the acoustic impedance between the active element 11 and the object under test.
  • 2N layers having different acoustic impedance magnitudes.
  • 6 matching layers ML1 521, ML2 522, IML1 523) using three materials (first material, second material, and third material).
  • ML3 524, IML2 525, and IML3 526 Accordingly, it is possible to form the maximum matching layer using the minimum material.
  • the number of IMLs increases, the variation of the acoustic impedance between layers becomes smaller, which increases the bandwidth and the sensitivity of the ultrasonic transducer.
  • the thickness of the mating layer is increased to facilitate manufacturing.
  • FIGS 6 to 8 are structural diagrams of an IML according to various embodiments of the present disclosure.
  • a first material and a second material are alternately arranged in a sawtooth shape.
  • the IML may have one of a polyhedron, a circle, a horn, and a pillar.
  • the first material and the second material may be in the same form or may be in different forms.
  • the first material and the second material that are alternately arranged in a sawtooth shape may have any one of a polyhedron, a circle, a horn shape, and a columnar shape.
  • FIG. 9 is a block diagram of the ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 9 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 devices 110-1, 110-2,..., 110-n.
  • the ultrasonic transducer 1 includes a matching layer having at least a two-layer structure, each of which is different from each other by using N materials (an integer of N ⁇ 2) for matching acoustic impedance between the active element and the object under test. 2N layers having impedance magnitudes are formed.
  • the matching layer of the ultrasonic transducer 1 includes a first layer made of a first material, a second layer made of a second material having an impedance value different from that of the first material, and a first layer and a second layer. And a third layer formed between the layers and combining the first and second materials to reduce the change in acoustic impedance variation between the first and second layers. Furthermore, the ultrasonic transducer 1 is formed between a second layer composed of a second material and an acoustic lens, and combines the material of the second material and the acoustic lens to reduce the change in acoustic impedance variation between the second layer and the acoustic lens. It includes four floors.
  • the ultrasonic transducer 1 includes a matching layer having at least a two-layer structure and an acoustic lens formed on the front surface of the matching layer.
  • the matching layer is formed between the first layer composed of the first material, the first layer and the acoustic lens, and combines the material of the first material and the acoustic lens to reduce the change in acoustic impedance variation between the first layer and the acoustic lens. It includes two floors.
  • 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. 10 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a reference view illustrating an IML manufacturing method according to the method of manufacturing an ultrasonic transducer of FIG. 10.
  • a sheet-shaped ML1 1100 having a predetermined thickness is generated through a polishing process or the like on the first material (1000).
  • the ML1 1110 in which the plurality of grooves are formed is generated (1010).
  • the second material is poured into the grooves of the ML1 1110 in which the plurality of grooves are formed to form IML1 in which the first material and the second material are combined (1020). Further, the second material is further loaded on the IML1, and the thickness thereof is adjusted through a polishing process or the like to form ML2 composed of the second material on the IML1 (1030). Accordingly, the IML1 1130 formed by combining the first material and the second material, and the ML2 1140 formed of the second material on the IML1 1130 are formed on the ML1 1120 formed of the first material.
  • the above process can then be repeated to add new IMLs and MLs.
  • a plurality of grooves are processed by dicing or the like in the ML2 1140 composed of the second material, and a third material is poured into the grooves of the processed ML2 by filling the grooves. Then, the third material is further loaded thereon and the thickness thereof is adjusted through a polishing process or the like.
  • IML2 having the second material and the third material bonded thereto, and ML3 composed of the third material thereon are further formed.
  • the above-described process may be repeated to add a new IML and acoustic lens.
  • a plurality of grooves are processed through dicing or the like in the ML2 1140 composed of the second material, and the acoustic lens material is poured into the grooves of the processed ML2 to fill the second material.
  • acoustic lens material combine to form IML2.
  • the acoustic lens material is further loaded on the IML2 and its thickness and shape are adjusted to match the shape of the acoustic lens, the acoustic lens is further formed on the IML2.
  • the IML of the present invention is easy to manufacture because the thickness of the IML is thickened as a whole by the above-described process.
  • FIGS. 12 and 13 are graphs illustrating performance differences between an ultrasonic transducer having a matching layer and a general ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a graph comparing voltage magnitudes over time of a general ultrasonic transducer and an ultrasonic transducer including the IML of the present invention. As shown in Figure 12, it can be seen that the ultrasonic transducer of the present invention has a larger voltage change in the same time zone.
  • FIG. 13 is a graph comparing normalized magnitude with respect to frequency of a general ultrasonic transducer and an ultrasonic transducer including the IML of the present invention. As shown in FIG. 13, 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 including the IML of the present invention has a wider bandwidth and improved sensitivity.

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Abstract

복합 구조의 정합층을 가진 초음파 트랜스듀서 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서는, 적어도 하나의 압전소자를 포함하는 능동소자와, 능동소자의 전면에 형성되어 능동소자와 피검사체 간의 음향 임피던스를 정합하는 적어도 2층 구조의 정합층을 포함하며, 정합층은 능동소자와 피검사체 간의 음향 임피던스를 정합하기 위하여 N개의 물질(N≥2인 정수)을 이용해서 각각 서로 다른 음향 임피던스 크기를 가지는 2N개의 층을 구성한다.

Description

복합 구조의 정합층을 가진 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, 정합층의 음향 임피던스 변화 폭을 줄여 대역폭 및 감도가 향상된 초음파 트랜스듀서 및 그 제조방법을 제안한다.
일 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서는, 적어도 하나의 압전소자를 포함하는 능동소자와, 능동소자의 전면에 형성되어 능동소자와 피검사체 간의 음향 임피던스를 정합하는 적어도 2층 구조의 정합층을 포함하며, 정합층은 능동소자와 피검사체 간의 음향 임피던스를 정합하기 위하여 N개의 물질(N≥2인 정수)을 이용해서 각각 서로 다른 음향 임피던스 크기를 가지는 2N개의 층을 구성한다.
일 실시 예에 따른 정합층은 제1 임피던스 값을 가지는 제1 물질로 구성된 제1층과, 제2 임피던스 값을 가지는 제2 물질로 구성된 제2층과, 제1층과 제2층 사이에 형성되고 제1 물질과 제2 물질을 결합하여 제1층 및 제2층 간 음향 임피던스 변화 폭을 줄이는 제3층을 포함한다. 나아가, 정합층은 정합층의 전면에 위치하는 음향렌즈와 제2층 사이에 형성되고 음향렌즈 물질과 제2 물질을 결합하여 음향렌즈 및 제2층 간 음향 임피던스 변화 폭을 줄이는 제4층을 포함한다.
일 실시 예에 따른 제3층은 음향 임피던스의 변화 폭을 고려하여 제1 물질과 제2 물질 간의 간격, 제1 물질과 제2 물질의 너비 및 층의 두께 중 적어도 하나가 조절된다. 일 실시 예에 따른 제3층은 제1 물질과 제2 물질이 교대로 톱니 형태로 배열된다. 일 실시 예에 따른 제3층은 제1 물질과 제2 물질이 다면체, 원형, 뿔 형, 기둥 형 중 어느 하나의 형태를 가진다.
일 실시 예에 따른 제4층은 음향 임피던스의 변화 폭을 고려하여 제2 물질과 음향렌즈 물질 간의 간격, 제2 물질과 음향렌즈 물질의 너비 및 층의 두께 중 적어도 하나가 조절된다. 일 실시 예에 따른 제4층은 제2 물질과 음향렌즈 물질이 교대로 톱니 형태로 배열된다. 일 실시 예에 따른 제4층은 제2 물질과 음향렌즈 물질이 다면체, 원형, 뿔 형, 기둥 형 중 어느 하나의 형태를 가진다.
일 실시 예에 따른 정합층은 층 간에 단계적이되 불연속적으로 음향 임피던스 변화폭이 변화한다. 일 실시 예에 따른 정합층은 하위 층의 음향 임피던스 값은 상위 층의 음향 임피던스 값보다 크다.
다른 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서는 적어도 2층 구조의 정합층과, 정합층의 전면에 형성되는 음향렌즈를 포함하며, 정합층은 제1 물질로 구성된 제1층과, 제1층과 음향렌즈 사이에 형성되고 제1 물질과 음향렌즈의 물질을 결합하여 제1층 및 음향렌즈 간 음향 임피던스 변화 폭을 줄이는 제2층을 포함한다.
또 다른 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서 제조방법은, 복합 구조의 정합층을 제조하는 단계를 포함하며, 정합층을 제조하는 단계는 제1 물질로 구성된 제1층이 형성되는 단계와, 제1층에 다수의 홈이 가공되는 단계와, 제1층의 홈에 제2 물질이 부어 채워져 제1 물질과 제2 물질이 결합한 제2층이 형성되는 단계와, 제2층에 제2 물질이 적재되고 그 두께가 조절됨에 따라 제2층 위에 제2 물질로 구성된 제3층이 형성되는 단계를 포함한다.
추가 실시 예에 따른 정합층을 제조하는 단계는, 제2 물질로 구성된 제3층에 다수의 홈이 가공되는 단계와, 제3층의 홈에 음향렌즈 물질이 부어 채워져 제2 물질과 음향렌즈 물질이 결합한 제4층이 형성되는 단계를 더 포함하며, 초음파 트랜스듀서 제조방법은 제4층에 음향렌즈 물질이 적재되고 그 두께 및 형태가 조절됨에 따라 제4층 위에 음향렌즈가 형성되는 단계를 더 포함한다.
추가 실시 예에 따른 정합층을 제조하는 단계는, 제2 물질로 구성된 제3층에 다수의 홈이 가공되는 단계와, 제3층의 홈에 제3 물질이 부어 채워져 제2 물질과 제3 물질이 결합한 제4층이 형성되는 단계와, 제4층에 제3 물질이 적재되고 그 두께가 조절됨에 따라 제4층 위에 제3 물질로 구성된 제5층이 형성되는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 능동소자에서 발생한 초음파가 본 발명의 음향 임피던스 변화 폭이 작은 복합 구조의 정합층(interlaced matching layer: 이하 IML이라 칭함)을 통해 피검사체로 전달되는 경우 초음파 트랜스듀서의 감도(sensitivity) 및 대역폭(bandwidth)이 향상된다.
나아가, 최소의 재료로 최대의 음향 임피던스 변화 폭 조절 효율을 가진다. 예를 들어, 능동소자와 피검사체 간의 음향 임피던스를 정합하기 위하여 N개의 물질(N≥2인 정수)만 이용해서 각각 서로 다른 음향 임피던스 크기를 가지는 2N개의 층을 사용한 효과를 가질 수 있다. 또한, IML의 간격 및 너비를 자유롭게 조절하여 정합층의 음향 임피던스 변화 폭을 결정할 수 있으므로 초음파 트랜스듀서 설계의 자유도가 높아진다.
나아가, 본 발명의 IML은 직선 배열형(linear array), 곡선 배열형(convex array), 위상 배열형(phased array), 단일 소자형(single element) 등과 같은 트랜스듀서의 종류에 상관없이 모두 적용 가능하다.
나아가, 중심 주파수가 높은 초음파 트랜스듀서의 경우 정합층의 두께가 얇아지기 때문에 제작이 어렵지만, 본 발명의 IML은 그 두께가 전체적으로 두꺼워지므로 제작이 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 구조의 정합층(interlaced matching layer)을 가진 초음파 트랜스듀서의 구성을 도시적으로 보여주는 구조도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서의 구성을 도시적으로 보여주는 구조도,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서의 구성을 도시적으로 보여주는 구조도,
도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서의 구성을 도시적으로 보여주는 구조도,
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 복합 구조의 정합층의 구조도,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 진단장치의 구성도,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서 제조방법을 도시한 흐름도,
도 11은 도 10의 초음파 트랜스듀서 제조방법에 따른 IML 제조 형태를 보여주는 참조도,
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 정합층을 가진 초음파 트랜스듀서와 일반적인 초음파 트랜스듀서의 성능 차이를 보여주는 그래프이다.
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 복합 구조의 정합층(interlaced matching layer)을 가진 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(1)는 후면층(backing layer)(10), 능동소자(active component)(11) 및 정합층(matching layer)(12)을 포함한다.
초음파 트랜스듀서(1)는 단일 소자 트랜스듀서(single element transducer)이거나, 도 1에 도시된 바와 같이 소자(element)(110)가 다수 개로 구성된 어레이 트랜스듀서(array transducer)이다. 본 발명은 직선 배열형(linear array), 곡선 배열형(convex array), 위상 배열형(phased array) 등 모든 형태의 배열형 트랜스듀서에 적용 가능하다. 이하에서는 배열형 트랜스듀서의 경우를 중심으로 설명한다. 하지만, 본 발명이 후술하는 실시 예에 의해서 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도 1에 있어서, 초음파 트랜스듀서(1)의 소자(110)가 늘어서 있는 방향을 측 방향(Azimuth direction)이라 하고, 빔(beam) 신호가 진행하는 깊이(depth) 방향을 축 방향(Axial direction)이라 하며, 이 두 방향에 직교하는 방향을 상 방향(Elevation direction)이라 명한다. 동일한 구경(aperture) 내에서 소자(110)의 수가 많을수록 높은 측 방향 해상도(higher lateral resolution)와 넓은 수광각(wide acceptance angle)을 가진다. 따라서, 획득되는 초음파 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.
정합층(12)은 능동소자(11)와 피검사체 사이에 배치되어서 두 구성 요소 사이의 음향 임피던스(acoustic impedance) 차이를 중재한다. 일 실시 예에 따른 정합층(12)은 다수 개의 층(multi-layer)이 적층된다. 통상적으로 능동소자(11)인 압전소자의 음향 임피던스는 약 30MRayl 정도인데 반하여 피검사체인 인체 연부조직(soft tissue)의 음향 임피던스는 약 1.5MRayl 정도이다. 만일, 정합층(12)이 없다면, 능동소자(11)에서 발생한 초음파 또는 피검사체에서 반사된 초음파는 능동소자(11)와 피검사체의 경계면을 투과하지 못하고 대부분이 반사 또는 산란된다. 결국, 정합층(12)이 없으면 인체 연부조직 등과 같은 낮은 음향 임피던스를 가진 피검사체에 대해서는 초음파 트랜스듀서를 이용한 검사와 이에 기초한 병변 진단이 실질적으로 불가능하다.
효과적인 음향 임피던스 차이의 중재를 위해서는, 정합층의 음향 임피던스가 피검사체의 음향 임피던스와 능동소자의 음향 임피던스의 곱의 제곱근을 만족해야 하는 것으로 알려져 있다(DeSilet 공식). 그런데, 단일 층 구조로서 DeSilet 공식을 만족하면서 동시에 작은 신호 감쇄 등과 같은 정합층의 요건을 충족하는 적당한 소재가 없다. 따라서, 본 발명은 다층 구조, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 제1층(121)과 제2층(122)으로 구성된 정합층(12)을 사용한다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조로 하여 본 발명의 다수 개의 층이 적층된 정합층을 포함한 초음파 트랜스듀서의 다양한 실시 예를 후술한다. 도 2 내지 도 5를 참조로 하여 후술할 초음파 트랜스듀서들은 모두 음향 임피던스 변화 폭이 작도록 제조된 정합층을 제공한다. 능동소자에서 발생한 초음파가 정합층을 통해 피검사체로 전달되는 경우, 음향 임피던스 변화 폭이 작을수록 초음파 트랜스듀서의 감도(sensitivity) 및 대역폭(bandwidth)이 향상된다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서의 구성을 도시적으로 보여주는 구조도이다.
도 2를 참조하면, 초음파 트랜스듀서(2)는 후면층(10), 능동소자(11) 및 정합층(22)을 포함하며, 음향렌즈(acoustic lens)(14)를 더 포함할 수 있다.
정합층(22)은 2층 이상의 복수의 층들로 구성된다. 복수의 층으로 정합층(22)을 구성하는 이유는, 도 1을 참조로 하여 전술한 바와 같이, 능동소자(11)와 피검사체인 인체조직 사이의 음향 임피던스 차이가 상대적으로 크기 때문에, 요구되는 특성을 갖는 정합층을 단일 물질의 층으로는 형성하는 것이 어렵기 때문이다.
도 2에서는 정합층(22)이 3개의 층인, 제1층(221), 제2층(222) 및 제3층(223)으로 적층된 초음파 트랜스듀서(2)를 도시하고 있다. 그러나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 정합층(22)을 구성하는 층 수는 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 제3 물질로 구성된 정합층이 더 포함되는 경우, 제2 물질과 제3 물질을 결합한 정합층이 더 형성될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 정합층(22)이 3개의 층(221,222,223)으로 이루어진 초음파 트랜스듀서(2)를 중심으로 후술한다.
정합층(22)의 제1층(221)은 단일의 제1 물질로 구성되고, 제2층(222)은 단일의 제2 물질로 구성된다. 이에 비해, 제3층(223)은 제1층(221)의 제1 물질과 제2층(222)의 제2 물질이 결합한다. 이하, 명세서에서 단일 물질로 구성된 정합층을 ML(matching layer)로 표기하고, 다수의 물질이 섞여 있는 정합층을 IML(interlaced matching layer)이라고 표기한다.
후면층(10)은 음향 임피던스가 능동소자(11)와 잘 정합되도록 구성된다. 후면층(10)은 우수한 흡음 특성인, 음향 감쇄 특성을 가지도록 구성될 수 있다. 우수한 흡음 특성을 가진 후면층(10)은 전면에 형성되는 능동소자(11)의 자유 진동을 억제하여 초음파의 펄스 폭을 감소시킬 뿐만 아니라 능동소자(11)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. 후면층(10)은 전면에 위치하는 연성 인쇄회로기판(Flexible PCB)에 결합하며, 연성 인쇄회로기판의 전면에 위치하는 능동소자와 상호 전기적 신호를 주고 받을 수 있다.
능동소자(11)는 단일 층 또는 다수의 층으로 구성된다. 능동소자(11)가 적층 구조를 가지는 경우, 단일 층의 능동소자를 갖는 구조에 비해 음향 임피던스를 줄일 수 있고, 정전용량(capacitance)을 증대시킬 수 있다. 일 실시 예에 따른 능동소자(11)는 양단에 위치한 연성 인쇄회로기판과 접지 시트(ground sheet)에 전압이 인가되는 등의 방법으로 에너지가 가해지면 초음파 신호를 발생시킨다. 일 실시 예에 따른 능동소자(11)에 의하여 발생하는 초음파 신호는 다양한 주파수를 가질 수 있다.
능동소자(11)의 종류는 초음파 트랜스듀서(2)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. 또한, 적층된 구조로 제작할 때, 동일한 압전소자들을 적층할 수도 있지만, PZT, 압전 세라믹, 단결정 등 서로 다른 압전소자들을 혼합해서 적층할 수도 있다.
정합층(22)은 능동소자(11)의 전면에 위치한다. 정합층(22)은 능동소자(11)와 피검사체 간 음향 임피던스를 정합함으로써, 능동소자(11)에서 발생한 초음파를 피검사체로 전달하거나 피검사체에 의하여 반사되어 되돌아오는 반사 신호의 손실을 저감시킨다. 정합층(22)은 능동소자(11)와 피검사체 간 음향 임피던스의 급격한 변화에 따른 영상 왜곡 등의 문제를 감소시키는 완충 역할을 할 수 있다.
정합층(22)은 2층 이상의 복수의 층들로 구성된다. 도 2를 참조하면, 정합층(22)을 구성하는 ML1(221)과 ML2(222)는 단일 물질로 구성된다. 예를 들어, ML1(221)은 단일의 제1 물질로 구성되고, ML2(222)는 단일의 제2 물질로 구성된다. 이때, 제1 물질과 제2 물질은 음향 임피던스가 서로 상이하다. 상위 단에 있는 제1 물질보다 하위 단에 있는 제2 물질이 음향 임피던스가 더 클 수 있다. 예를 들어, 하위 단의 ML1(221)은 상대적으로 큰 음향 임피던스(예컨대, 약 6~9 Mrayls)를 갖는 물질로 구성된 고 임피던스 정합층(High impedance Matching Layer)이다. 그리고, ML2(222)는 상대적으로 작은 음향 임피던스(예컨대, 약 2~3 Mrayls)를 갖는 물질로 구성된 저 임피던스 정합층(Low impedance Matching Layer)이다.
IML1(223)은 ML1(221)과 ML2(222)의 경계에 형성된다. 그리고, ML1(221)의 제1 물질과 ML2(222)의 제2 물질을 결합하여 제1 물질과 제2 물질 간 음향 임피던스 차이를 줄인다. IML1(223)에 의해 ML1(221)과 ML2(222) 간의 음향 임피던스 변화 폭이 줄어들게 된다.
일 실시 예에 따른 IML1(223)은 제1 물질과 제2 물질이 교대로 톱니 형태로 배열된다. 일 실시 예에 따른 IML1(223)은 제1 물질과 제2 물질이 다면체, 원형, 뿔 형, 기둥 형 중 어느 하나의 형태를 가진다. 이에 대한 실시 예는 후술되는 도 6 내지 도 8을 참조로 하여 설명한다.
도 2의 깊이(Depth)에 따른 음향 임피던스(Z) 그래프를 살펴보면, 층 간에 단계적이되 불연속적으로 음향 임피던스 변화폭이 변화한다. ML2(222), IML1(223), ML1(221)으로 내려갈수록 음향 임피던스 크기(ZML2, ZIML1, ZML1)는 단계적으로 증가하나, 선형의 연속적인 형태는 아니다. 음향 임피던스 변화폭은 IML1(223)을 구성하는 물질들의 성분과 그 배합에 따라 조절 가능하다. 일 실시 예에 따른 IML1(223)은 음향 임피던스의 변화 폭을 고려하여 제1 물질과 제2 물질 간의 간격, 제1 물질과 제2 물질의 너비 및 층의 두께 등이 조절된다. 이에 따라, 정합층(22)의 음향 임피던스 변화를 조절할 수 있으므로 초음파 트랜스듀서(2) 설계의 자유도가 높아진다.
일 실시 예에 따른 정합층(22)과 능동소자(11) 사이에는 접지 시트(ground sheet)가 형성되고, 정합층(22)은 접지 시트를 통해 능동소자(11)와 상호 전기적 신호를 주고 받을 수 있다.
음향렌즈(14)는 초음파 트랜스듀서(2)의 최외곽에 위치한다. 음향렌즈(14)를 통해 정합층(22)을 통과한 초음파를 피검사체에 접속시킬 수 있다. 일 실시 예에 따른 음향렌즈(14)는 초음파가 손실 없이 또는 손실을 최소화하고 투과할 수 있도록 하며, 경계면에서의 반사/재반사에 따른 손실을 최소화하도록 구현된다. 이를 위해 음향렌즈(14)의 음향 임피던스(Zlens)가 인체 연부조직의 음향 임피던스와 같거나 유사할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서의 구성을 도시적으로 보여주는 구조도이다.
도 3을 참조하면, 초음파 트랜스듀서(3)는 후면층(10), 능동소자(11), 정합층(32) 및 음향렌즈(14)를 포함하다.
도 3의 초음파 트랜스듀서(3)를 도 2의 초음파 트랜스듀서(2)와 비교해보면, 정합층(32)은 복수의 층들로 구성되되, 서로 다른 임피던스 크기를 가진 단일의 물질로 구성된 층들을 포함한다는 점은 서로 동일하다. 그러나, 정합층(32)의 IML1(323)의 물질이 음향렌즈(14)의 물질과 결합한 형태라는 점에서 차이가 있다. 이하, 차이가 있거나 본 발명에서 관심 있는 구성을 위주로 설명하므로, 설명하지 않은 구성은 도 2를 참조로 하여 전술한 바와 동일하거나 유사하다 할 것이다.
정합층(32)은 2층 이상의 복수의 층들로 구성된다. 복수의 층으로 정합층(32)을 구성하는 이유는, 도 1을 참조로 하여 전술한 바와 같이, 능동소자(11)와 피검사체인 인체조직 사이의 음향 임피던스 차이가 상대적으로 크기 때문에, 요구되는 특성을 갖는 정합층을 단일 물질의 층으로는 형성하는 것이 어렵기 때문이다.
도 3에서는 정합층(32)이 3개의 층인, ML1(321), ML2(322) 및 IML1(323)으로 적층된 초음파 트랜스듀서(3)를 도시하고 있다. 그러나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 정합층(32)을 구성하는 층 수는 이에 한정되지는 않는다.
정합층(32)은 능동소자(11)의 전면에 위치한다. 정합층(32)은 능동소자(11)와 피검사체 간 음향 임피던스를 매칭함으로써, 능동소자(11)에서 발생한 초음파를 피검사체로 전달하거나 피검사체에 의하여 반사되어 되돌아오는 반사 신호의 손실을 저감시킨다. 정합층(32)은 능동소자(11)와 피검사체 간 음향 임피던스의 급격한 변화에 따른 영상 왜곡 등의 문제를 감소시키는 완충 역할을 할 수 있다.
정합층(32)은 2층 이상의 복수의 층들로 구성된다. 도 3을 참조하면, 정합층(32)을 구성하는 ML1(321)과 ML2(322)는 단일 물질로 구성된다. 예를 들어, ML1(321)은 단일의 제1 물질로 구성되고, ML2(322)는 단일의 제2 물질로 구성된다. 이때, 제1 물질과 제2 물질은 음향 임피던스가 서로 상이하다. 상위 단에 있는 제1 물질보다 하위 단에 있는 제2 물질이 음향 임피던스가 더 클 수 있다. 예를 들어, 하위 단의 ML1(321)은 상대적으로 큰 음향 임피던스(예컨대, 약 6~9 Mrayls)를 갖는 물질로 구성된 고 임피던스 정합층(High impedance Matching Layer)이다. 그리고, ML2(322)는 상대적으로 작은 음향 임피던스(예컨대, 약 2~3 Mrayls)를 갖는 물질로 구성된 저 임피던스 정합층(Low impedance Matching Layer)이다.
IML1(323)은 ML2(322)과 음향렌즈(14)의 경계에 형성된다. 그리고, ML2(322)의 제2 물질과 음향렌즈(14)의 물질을 결합하여 제2 물질과 음향렌즈 물질 간 음향 임피던스 차이를 줄인다. 일 실시 예에 따른 IML1(323)은 제2 물질과 음향렌즈 물질이 교대로 톱니 형태로 배열된다. 일 실시 예에 따른 IML1(323)은 제2 물질과 음향렌즈 물질이 다면체, 원형, 뿔 형, 기둥 형 중 어느 하나의 형태를 가진다. 이에 대한 실시 예는 후술되는 도 6 내지 도 8을 참조로 하여 설명한다.
도 3의 깊이(Depth)에 따른 음향 임피던스(Z) 그래프를 살펴보면, 층 간에 단계적이되 불연속적으로 음향 임피던스 변화폭이 변화한다. IML1(323), ML2(322), ML1(321)으로 내려갈수록 음향 임피던스 크기(ZIML1, ZML2, ZML1)는 단계적으로 증가하나, 선형의 연속적인 형태는 아니다. 음향 임피던스 변화폭은 IML1(323)을 구성하는 물질들의 성분과 그 배합에 따라 조절 가능하다. 일 실시 예에 따른 IML1(323)은 음향 임피던스의 변화 폭을 고려하여 제2 물질과 음향렌즈 물질 간의 간격, 제2 물질과 음향렌즈 물질의 너비 및 층의 두께 등이 조절된다. 이에 따라, 정합층(32)의 음향 임피던스 변화를 조절할 수 있으므로 초음파 트랜스듀서(3) 설계의 자유도가 높아진다.
음향렌즈(14)는 초음파 트랜스듀서(3)의 최외곽에 위치한다. 음향렌즈(14)를 통해 정합층(32)을 통과한 초음파를 피검사체에 접속시킬 수 있다. 일 실시 예에 따른 음향렌즈(14)는 초음파가 손실 없이 또는 손실을 최소화하고 투과할 수 있도록 하며, 경계면에서의 반사/재반사에 따른 손실을 최소화하도록 구현된다. 이를 위해 음향렌즈(14)의 음향 임피던스(Zlens)가 인체 연부조직의 음향 임피던스와 같거나 유사할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서의 구성을 도시적으로 보여주는 구조도이다.
도 4를 참조하면, 초음파 트랜스듀서(4)는 후면층(10), 능동소자(11), 정합층(42) 및 음향렌즈(14)를 포함하다. 도 4의 초음파 트랜스듀서(4)는 도 2의 초음파 트랜스듀서(2)의 정합층(22)의 특성과 도 3의 초음파 트랜스듀서(3)의 정합층(32)의 특성이 결합한 형태이다.
우선, 정합층(42)은 복수의 층들로 구성되되, 단일의 제1 물질로 구성된 ML1(421)과, 제1 물질과 다른 임피던스 크기를 가진 단일의 제2 물질로 구성된 ML2(422)을 포함한다. 그리고, 정합층(42)은 ML1(421)의 제1 물질과 ML2(422)의 제2 물질이 결합한 IML1(423)과, ML2(422)의 제2 물질과 음향렌즈(14)의 물질이 결합한 IML2(424)을 포함한다. 이 경우, 초음파 트랜스듀서(4)는 능동소자(11)와 피검사체 간의 음향 임피던스를 정합하기 위한 N개의 물질(N≥2인 정수)을 이용하여 각각 서로 다른 음향 임피던스 크기를 가지는 2N개의 층을 구성하게 된다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 2개의 물질(제1 물질, 제2 물질)을 이용하여 4개의 정합층(ML1(421), ML2(422), IML1(423) 및 IML2(424))를 구성할 수 있다. 이에 따라 최소한의 물질을 이용하여 최대의 정합층을 형성할 수 있게 된다.
이하, 도 2 및 도 3과 차이가 있거나 본 발명에서 관심 있는 구성을 위주로 설명하므로, 설명하지 않은 구성은 도 2를 참조로 하여 전술한 바와 동일하거나 유사하다 할 것이다.
IML1(423)은 ML1(421)과 ML2(422)의 경계에 형성된다. 그리고, ML1(421)의 제1 물질과 ML2(422)의 제2 물질을 결합하여 제1 물질과 제2 물질 간 음향 임피던스 차이를 줄인다. 일 실시 예에 따른 IML1(423)은 제1 물질과 제2 물질이 교대로 톱니 형태로 배열된다. 일 실시 예에 따른 IML1(423)은 제1 물질과 제2 물질이 다면체, 원형, 뿔 형, 기둥 형 중 어느 하나의 형태를 가진다.
IML2(424)은 ML2(422)와 음향렌즈(14)의 경계에 형성된다. 그리고, ML2(422)의 제2 물질과 음향렌즈(14)의 물질을 결합하여 제2 물질과 음향렌즈 물질 간 음향 임피던스 차이를 줄인다. 일 실시 예에 따른 IML2(424)은 제2 물질과 음향렌즈 물질이 교대로 톱니 형태로 배열된다. 일 실시 예에 따른 IML2(424)은 제2 물질과 음향렌즈 물질이 다면체, 원형, 뿔 형, 기둥 형 중 어느 하나의 형태를 가진다.
도 4의 깊이(Depth)에 따른 음향 임피던스(Z) 그래프를 살펴보면, 층 간에 단계적이되 불연속적으로 음향 임피던스 변화폭이 변화한다. IML2(424), ML2(422), IML1(423), ML1(421)으로 내려갈수록 음향 임피던스 크기(ZIML2, ZML2, ZIML1, ZML1)는 단계적으로 증가하나, 선형의 연속적인 형태는 아니다. 음향 임피던스 변화폭은 IML1(423) 및 IML2(424)를 구성하는 물질들의 성분과 그 배합에 따라 조절 가능하다. 일 실시 예에 따른 IML1(423)은 음향 임피던스의 변화 폭을 고려하여 제1 물질과 제2 물질 간의 간격, 제1 물질과 제2 물질의 너비 및 층의 두께 등이 조절된다. 일 실시 예에 따른 IML2(424)는 음향 임피던스의 변화 폭을 고려하여 제2 물질과 음향렌즈 물질 간의 간격, 제2 물질과 음향렌즈 물질의 너비 및 층의 두께 등이 조절된다. 이에 따라, 정합층(42)의 음향 임피던스 변화를 조절할 수 있으므로 초음파 트랜스듀서(4) 설계의 자유도가 높아진다.
한편, 도 5의 초음파 트랜스듀서(5)는 도 4를 참조로 하여 전술한 초음파 트랜스듀서(4)의 정합층 형태에 2개의 층이 더 포함된 형태이다.
도 5를 참조하면, 정합층(52)은 단일의 제1 물질로 구성된 ML1(521)과, 단일의 제2 물질로 구성된 ML2(522)과, ML1(521)의 제1 물질과 ML2(522)의 제2 물질이 결합한 IML1(523)과, 단일의 제3 물질로 구성된 ML3(524)과, 제2 물질과 제3 물질이 결합한 IML2(525)과, 제3 물질과 음향렌즈(14)의 물질이 결합한 IML3(526)을 포함한다. 이 경우, 도 4를 참조로 전술한 초음파 트랜스듀서(5)의 실시 예와 마찬가지로 능동소자(11)와 피검사체 간의 음향 임피던스를 정합하기 위한 N개의 물질(N≥2인 정수)을 이용하여 각각 서로 다른 음향 임피던스 크기를 가지는 2N개의 층을 구성할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 3개의 물질(제1 물질, 제2 물질, 제3 물질)을 이용하여 6개의 정합층(ML1(521), ML2(522), IML1(523) 및 ML3(524), IML2(525), IML3(526))을 구성할 수 있다. 이에 따라, 최소한의 물질을 이용하여 최대의 정합층을 형성할 수 있게 된다. IML의 수가 증가할수록 층 간 음향 임피던스의 변화 폭은 작아지게 되어, 초음파 트랜스듀서의 대역폭이 증가하고 감도가 향상되게 된다. 또한, 정합층의 두께가 증가하게 되어 제조하기가 용이해진다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 IML의 구조도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 일 실시 예에 따른 IML은 제1 물질과 제2 물질이 교대로 톱니 형태로 배열된다. 일 실시 예에 따른 IML은 제1 물질과 제2 물질이 다면체, 원형, 뿔 형, 기둥 형 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있다. 그러나 전술한 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시 예일 뿐 그 형태는 이에 한정되지는 않는다. 제1 물질과 제2 물질은 서로 동일한 형태일 수 있고, 서로 다른 형태일 수도 있다. 나아가, 교대로 톱니 형태로 배열되는 제1 물질과 제2 물질이 다면체, 원형, 뿔 형, 기둥 형 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 진단장치의 구성도이다.
도 9를 참조하면, 초음파 진단장치(9)는 초음파 트랜스듀서(1), 빔포밍부(2), 영상 처리부(3) 및 출력부(4)를 포함한다.
초음파 트랜스듀서(1)는 다수의 소자(110-1,110-2,…,110-n)로 이루어질 수 있다. 초음파 트랜스듀서(1)는 적어도 2층 구조의 정합층을 포함하며, 정합층은 능동소자와 피검사체 간의 음향 임피던스를 정합하기 위한 N개의 물질(N≥2인 정수)을 이용하여 각각 서로 다른 음향 임피던스 크기를 가지는 2N개의 층을 구성한다.
예를 들어, 초음파 트랜스듀서(1)의 정합층은 제1 물질로 구성된 제1층과, 제1 물질과는 다른 임피던스 값을 가지는 제2 물질로 구성된 제2층과, 제1층과 제2층 사이에 형성되고 제1 물질과 제2 물질을 결합하여 제1 층과 제2 층 간 음향 임피던스 변화 폭을 줄이는 제3층을 포함한다. 나아가, 초음파 트랜스듀서(1)는 제2 물질로 구성된 제2층과 음향렌즈 사이에 형성되어, 제2 물질과 음향렌즈의 물질을 결합하여 제2층과 음향렌즈 간 음향 임피던스 변화 폭을 줄이는 제4층을 포함한다.
다른 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서(1)는 적어도 2층 구조의 정합층과, 정합층의 전면에 형성되는 음향렌즈를 포함한다. 이때, 정합층은 제1 물질로 구성된 제1층과, 제1층과 음향렌즈 사이에 형성되고 제1 물질과 음향렌즈의 물질을 결합하여 제1 층과 음향렌즈 간 음향 임피던스 변화 폭을 줄이는 제2층을 포함한다.
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 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 트랜스듀서 제조방법을 도시한 흐름도이고, 도 11은 도 10의 초음파 트랜스듀서 제조방법에 따른 IML 제조 형태를 보여주는 참조도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 제1 물질을 대상으로 연마 공정 등을 통해 소정의 두께를 갖는 시트(sheet) 형상의 ML1(1100)을 생성한다(1000). 그리고, 다이싱(dicing) 등의 가공을 통해 ML1(1100)에 다수의 홈을 가공함에 따라 다수의 홈이 형성된 ML1(1110)을 생성한다(1010).
이어서, 다수의 홈이 생성된 ML1(1110)의 홈에 제2 물질을 부어 채워 제1 물질과 제2 물질이 결합한 IML1을 형성한다(1020). 그리고, IML1에 제2 물질을 더 적재하고, 연마 공정 등을 통해 그 두께를 조절하여, IML1 위에 제2 물질로 구성된 ML2를 형성한다(1030). 이에 따라, 제1 물질로 구성된 ML1(1120) 위에, 제1 물질과 제2 물질이 결합한 IML1(1130)과, IML1(1130) 위에 제2 물질로 구성된 ML2(1140)가 형성되게 된다.
이어서, 새로운 IML과 ML을 추가하기 위해서 전술한 과정은 반복될 수 있다. 예를 들어, 제2 물질로 구성된 ML2(1140)에 다이싱(dicing) 등의 가공을 통해 다수의 홈을 가공하고, 다수의 홈이 가공된 ML2의 홈에 제3 물질을 부어 채운다. 그리고, 그 위에 제3 물질을 더 적재하고 연마 공정 등을 통해 그 두께를 조절한다. 이에 따라, 제2 물질과 제3 물질이 결합한 IML2와, 그 위에 제3 물질로 구성된 ML3이 추가로 형성된다.
한편, 새로운 IML과 음향렌즈를 추가하기 위해서 전술한 과정은 반복될 수 있다. 예를 들어, 제2 물질로 구성된 ML2(1140)에 다이싱(dicing) 등의 가공을 통해 다수의 홈을 가공하고, 다수의 홈이 가공된 ML2의 홈에 음향렌즈 물질을 부어 채워 제2 물질과 음향렌즈 물질이 결합한 IML2를 형성한다. 그리고, IML2 위에 음향 렌즈 물질을 더 적재하고 그 두께 및 형태를 음향렌즈의 형태에 맞게 조절함에 따라, IML2 위에 음향렌즈가 추가로 형성된다.
일반적으로 중심 주파수가 높은 초음파 트랜스듀서의 경우 정합층의 두께가 얇아지기 때문에 제작이 어렵다. 그러나, 본 발명의 IML은 전술한 프로세스에 의해 그 두께가 전체적으로 두꺼워지므로 제작이 용이하다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 정합층을 가진 초음파 트랜스듀서와 일반적인 초음파 트랜스듀서의 성능 차이를 보여주는 그래프이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 능동소자에서 발생한 초음파가 본 발명의 음향 임피던스 변화 폭이 작은 IML을 통해 피검사체로 전달되는 경우 초음파 트랜스듀서의 감도(sensitivity) 및 대역폭(bandwidth)이 향상됨을 확인할 수 있다.
세부적으로, 도 12는 일반적인 초음파 트랜스듀서와 본 발명의 IML을 포함하는 초음파 트랜스듀서의 시간(times)에 대한 전압(voltage) 크기를 비교한 그래프이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 초음파 트랜스듀서가 동일 시간대에서 더 큰 전압 변화를 가짐을 확인할 수 있다.
도 13은 일반적인 초음파 트랜스듀서와 본 발명의 IML을 포함하는 초음파 트랜스듀서의 주파수(frequency)에 대한 정규 크기(normalize magnitude)를 비교한 그래프이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 초음파 트랜스듀서의 경우 더 넓은 범위에서 정규 크기가 크게 나타남을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 IML을 포함하는 초음파 트랜스듀서는 대역폭이 넓어지고, 감도가 향상된다.
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 (15)

  1. 적어도 하나의 압전소자를 포함하는 능동소자; 및
    상기 능동소자의 전면에 형성되어 상기 능동소자와 피검사체 간의 음향 임피던스를 정합하는 적어도 2층 구조의 정합층; 을 포함하며,
    상기 정합층은 능동소자와 피검사체 간의 음향 임피던스를 정합하기 위하여 N개의 물질(N≥2인 정수)을 이용해서 각각 서로 다른 음향 임피던스 크기를 가지는 2N개의 층을 구성하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 정합층은
    제1 임피던스 값을 가지는 제1 물질로 구성된 제1층;
    제2 임피던스 값을 가지는 제2 물질로 구성된 제2층; 및
    제1층과 제2층 사이에 형성되고, 제1 물질과 제2 물질을 결합하여 제1층 및 제2층 간 음향 임피던스 변화 폭을 줄이는 제3층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 정합층은
    상기 정합층의 전면에 위치하는 음향렌즈와 제2층 사이에 형성되고, 음향렌즈 물질과 제2 물질을 결합하여 음향렌즈 및 제2층 간 음향 임피던스 변화 폭을 줄이는 제4층;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제3층은
    음향 임피던스의 변화 폭을 고려하여 제1 물질과 제2 물질 간의 간격, 제1 물질과 제2 물질의 너비 및 층의 두께 중 적어도 하나가 조절되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제3층은
    제1 물질과 제2 물질이 교대로 톱니 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 제3층은
    제1 물질과 제2 물질이 다면체, 원형, 뿔 형, 기둥 형 중 어느 하나의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 제4층은
    음향 임피던스의 변화 폭을 고려하여 제2 물질과 음향렌즈 물질 간의 간격, 제2 물질과 음향렌즈 물질의 너비 및 층의 두께 중 적어도 하나가 조절되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 제4층은
    제2 물질과 음향렌즈 물질이 교대로 톱니 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 제4층은
    제2 물질과 음향렌즈 물질이 다면체, 원형, 뿔 형, 기둥 형 중 어느 하나의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 정합층은
    층 간에 단계적이되 불연속적으로 음향 임피던스 변화폭이 변화하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 정합층은
    하위 층의 음향 임피던스 값은 상위 층의 음향 임피던스 값보다 큰 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  12. 적어도 2층 구조의 정합층; 및
    상기 정합층의 전면에 형성되는 음향렌즈; 를 포함하며,
    상기 정합층은
    제1 물질로 구성된 제1층; 및
    제1층과 음향렌즈 사이에 형성되고, 제1 물질과 음향렌즈의 물질을 결합하여 제1층 및 음향렌즈 간 음향 임피던스 변화 폭을 줄이는 제2층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  13. 초음파 트랜스듀서 제조방법에 있어서, 상기 초음파 트랜스듀서 제조방법은
    복합 구조의 정합층을 제조하는 단계; 를 포함하며,
    상기 정합층을 제조하는 단계는
    제1 물질로 구성된 제1층이 형성되는 단계;
    상기 제1층에 다수의 홈이 가공되는 단계;
    상기 제1층의 홈에 제2 물질이 부어 채워져 제1 물질과 제2 물질이 결합한 제2층이 형성되는 단계; 및
    상기 제2층에 제2 물질이 적재되고 그 두께가 조절됨에 따라 제2층 위에 제2 물질로 구성된 제3층이 형성되는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 정합층을 제조하는 단계는
    상기 제2 물질로 구성된 제3층에 다수의 홈이 가공되는 단계; 및
    상기 제3층의 홈에 음향렌즈 물질이 부어 채워져 제2 물질과 음향렌즈 물질이 결합한 제4층이 형성되는 단계; 를 더 포함하며,
    상기 초음파 트랜스듀서 제조방법은
    상기 제4층에 음향렌즈 물질이 적재되고 그 두께 및 형태가 조절됨에 따라 제4층 위에 음향렌즈가 형성되는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서 제조방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 정합층을 제조하는 단계는
    상기 제2 물질로 구성된 제3층에 다수의 홈이 가공되는 단계;
    상기 제3층의 홈에 제3 물질이 부어 채워져 제2 물질과 제3 물질이 결합한 제4층이 형성되는 단계; 및
    상기 제4층에 제3 물질이 적재되고 그 두께가 조절됨에 따라 제4층 위에 제3 물질로 구성된 제5층이 형성되는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서 제조방법.
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