WO2017195983A1 - 초음파 프로브 - Google Patents

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WO2017195983A1
WO2017195983A1 PCT/KR2017/003686 KR2017003686W WO2017195983A1 WO 2017195983 A1 WO2017195983 A1 WO 2017195983A1 KR 2017003686 W KR2017003686 W KR 2017003686W WO 2017195983 A1 WO2017195983 A1 WO 2017195983A1
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WO
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printed circuit
circuit board
ultrasonic probe
layer
coupled
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/003686
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English (en)
French (fr)
Inventor
김용재
고종선
김재익
Original Assignee
삼성메디슨 주식회사
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • 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
    • A61B8/4444—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device related to the probe
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • 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
    • A61B8/4488—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer the transducer being a phased array
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B06B1/0662—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
    • B06B1/067—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface which is used as, or combined with, an impedance matching layer
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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic probe for generating an image inside an object using ultrasonic waves, and more particularly, to an ultrasonic probe structure in which a printed circuit board inside an ultrasonic probe is disposed outside a stacked structure of an acoustic device.
  • the ultrasound diagnosis apparatus irradiates an ultrasound signal toward a target portion of the object, receives an ultrasound signal (ultrasound echo signal) reflected from the object, and uses the information on the soft tissue tomography or blood flow image as non-invasive. Say the device to get.
  • Ultrasonic diagnostic devices have the advantages of being relatively compact and inexpensive compared to other imaging devices such as X-ray diagnostics, X-ray CT scanners, magnetic resonance images, and nuclear medical diagnostics.
  • the ultrasound diagnosis apparatus may obtain an image of the inside of an object in real time, and may have a high safety since there is no exposure generated by radiation. Therefore, in general, ultrasound diagnostic apparatus is widely used in the diagnosis of heart, abdomen, urinary gynecology and human obstetrics.
  • the ultrasound diagnosis apparatus may include an ultrasound probe for transmitting an ultrasound signal to the object to obtain an ultrasound image inside the object, and for receiving an ultrasound echo signal reflected from the object.
  • the ultrasonic probe includes an acoustic element.
  • the acoustic element includes a piezoelectric layer that converts an electrical signal and an acoustic signal while the piezoelectric material vibrates, and reduces the acoustic impedance difference between the piezoelectric layer and the object so that ultrasonic waves generated in the piezoelectric layer are reduced.
  • a matching layer that can be effectively delivered to the object, a lens that connects the ultrasonic waves traveling forward of the piezoelectric layer to a specific point, and a sound absorbing layer that prevents the ultrasonic waves from traveling backward of the piezoelectric layer to prevent image distortion. It is included.
  • the bonding structure parallels the ground printed circuit board (GND PCB) and the signal printed circuit board (SIG PCB) to the electrodes formed on the upper and lower portions of the piezoelectric layer, respectively, in parallel with the stacked structure of the acoustic device.
  • the FIB structure refers to a structure in which a ground printed circuit board and a signal printed circuit board are inserted into the hovering layer perpendicular to the stacked structure of the acoustic device and connected to electrodes formed on the upper and lower portions of the piezoelectric body, respectively. .
  • the acoustic characteristics of the ultrasonic probe are affected by the material and / or thickness of the printed circuit board.
  • the thickness of the copper foil (Cu) of the printed circuit board is There is a big problem of changes in acoustic characteristics such as frequency and sensitivity.
  • the copper foil (Cu) of the printed circuit board is limited to thin film due to problems in the manufacturing and processing of the printed circuit board itself or the ultrasonic probe.
  • a problem may occur that the printed circuit board disposed inside the sound absorbing layer of the ultrasonic probe contracts or expands according to temperature and humidity changes, which is divided into a plurality of acoustic devices during the manufacturing process of the ultrasonic probe. It causes a problem that causes a defect in the process.
  • the present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, and the printed circuit board of the ultrasonic probe, like the conventional ultrasonic probe, is not inserted horizontally into the stacked structure of the acoustic device or is not included in the sound absorbing layer.
  • the invention prevents the printed circuit board from affecting the acoustic characteristics of the ultrasonic probe and prevents the manufacturing process from being affected by the structural characteristics inside the ultrasonic probe.
  • an ultrasonic probe includes a piezoelectric layer, a matching layer disposed on the piezoelectric layer, a conductive member disposed below the piezoelectric layer, and a second connection portion coupled to at least one side of the matching layer and the conductive layer. It may include a second connection portion coupled to at least one side of the member and a printed circuit board coupled to the side of the second connection portion and electrically coupled to the second connection portion.
  • the printed circuit board may be located outside the stacked structure of the piezoelectric layer, the matching layer, and the conductive member.
  • the conductive member may be configured as a reflective layer capable of total reflection of the acoustic signal.
  • the reflective layer may include tungsten.
  • the conductive member may include a backing layer capable of absorbing or attenuating an acoustic signal.
  • the conductive member may include a conductive material.
  • the conductive member may include an electrode for electrical conduction formed on an outer circumferential surface of the conductive member.
  • the electrode may be formed by a sputtering method.
  • the second connection part may be made of the same material as the conductive member.
  • the printed circuit board may include a flexible printed circuit board.
  • the printed circuit board may include at least one hole through which the second connection part passes.
  • the hole may be electrically connected to a circuit configuration of the printed circuit board.
  • the printed circuit board may include at least one slot through which the second connection part passes.
  • the slot may be electrically connected to a circuit configuration of the printed circuit board.
  • the printed circuit board may include a plurality of uneven parts into which the second connection part is fitted.
  • the printed circuit board may include a land of one or more holes coupled to the second connection part.
  • the land may be formed on the outer wall of the printed circuit board as a copper foil layer larger than the hole along the circumference of the hole.
  • the printed circuit board may include one or more pads coupled to the second connector.
  • the pad may be formed of a copper foil layer on an outer wall of the printed circuit board.
  • the printed circuit board may further include a fastening part into which at least a part of the second connection part is inserted into the printed circuit board.
  • the matching layer may include a conductive material.
  • the matching layer may be made of a nonconductive material, and an electrode for electrical conduction may be formed on an outer circumferential surface of the nonconductive material.
  • the electrode may be formed by a sputtering method.
  • the first connection part may be made of the same material as the matching layer.
  • the first connector may be coupled to an outer wall of the printed circuit board and formed of a copper foil layer.
  • the first connector may include an electrical connection means such that the matching layer and the printed circuit board are electrically coupled.
  • the first connection part may include at least one of a gasket, a conductive film, a conductive tape, a conductive adhesive, a conductive epoxy, or a conductive elastomer.
  • the first connector may be coupled to the matching layer and an outer wall of the printed circuit board by using an adhesive member.
  • the second connection part may be coupled to the conductive member and the printed circuit board using an adhesive member.
  • the adhesive member may include at least one of a conductive adhesive, a conductive epoxy, a conductive tape, and a conductive solder.
  • the present invention may further include a support unit coupled to the printed circuit board to support the printed circuit board to be fixed to the side of the laminated structure of the piezoelectric layer, the matching layer, and the conductive member.
  • the support part may be disposed under the conductive member.
  • the support part may include at least one of a bolt, a clip, a gasket, a spacer, and a pin.
  • the printed circuit board may be disposed outside the stacked structure of the acoustic device to prevent the printed circuit board from affecting the acoustic characteristics of the ultrasonic probe, and may be caused by a change in temperature or humidity. There is an effect that can prevent the defect of the manufacturing process of the ultrasonic probe to be made and to make the manufacturing process relatively simple.
  • FIG. 1 is a view showing an external configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus including an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an internal structure of an ultrasonic probe including a plurality of array acoustic devices according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing the internal structure of several types of ultrasonic probes classified according to the shape of the acoustic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the internal configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus including an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a laminated structure of the ultrasonic probe acoustic device according to the prior art.
  • FIG. 6 is a view showing a laminated structure of another ultrasonic probe acoustic device according to the prior art.
  • FIG. 7 is a view showing the laminated structure of the acoustic device of the ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention.
  • 8 (a) and 8 (b) are views illustrating a printed circuit board according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a laminated structure of the acoustic device of the ultrasonic probe according to another embodiment of the present invention.
  • 10 (a) and 10 (b) are views illustrating a printed circuit board according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view illustrating a state in which a second connector is inserted into a printed circuit board according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view showing a laminated structure of an acoustic device of an ultrasonic probe according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a laminated structure of an acoustic device of an ultrasonic probe according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a view showing a laminated structure of the acoustic device of the ultrasonic probe according to another embodiment of the present invention.
  • 15A to 15C are views illustrating a printed circuit board according to another embodiment of the present invention.
  • first may be referred to as the second component
  • second component may also be referred to as the first component.
  • the term "and / or” means including a combination of a plurality of related components or any one of a plurality of related components described.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an external configuration of an ultrasonic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 1 transmits an ultrasound signal to an object (not shown), receives an echo ultrasound signal from an object (not shown), and converts the ultrasound signal into an electric signal.
  • It includes a main body 400 that is a system for generating a diagnostic image based on the received ultrasound signal.
  • the main body 400 may be connected to the ultrasonic probe 300 through a wired or wireless method and the like, but is not limited thereto.
  • the ultrasonic probe 300 is connected to the main body 400 through a wireless or wired communication network to receive various signals necessary for the control of the ultrasonic probe 300 or the ultrasonic probe 300 is received.
  • An analog or digital signal corresponding to one echo ultrasound signal may be transmitted.
  • the wireless communication network means a communication network that can send and receive signals wirelessly
  • the main body 400 may perform wireless communication with the ultrasonic probe 300 through at least one of the local area communication module and the mobile communication module.
  • the short range communication module refers to a module for short range communication within a predetermined distance.
  • short-range communication technologies include wireless LAN, Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, WFD (Wi-Fi Direct), UWB (Ultra wideband), and infrared communication (IrDA).
  • the mobile communication module may transmit and receive a wireless signal with at least one of a base station, an external terminal, and a server on a mobile communication network.
  • the radio signal means a signal including various types of data. That is, the main body 400 may exchange a signal including various types of data with the ultrasonic probe 300 through at least one of a base station and a server.
  • the main body 400 may exchange signals including various types of data with the ultrasonic probe 300 through a base station using a mobile communication network such as 3G and 4G.
  • a mobile communication network such as 3G and 4G.
  • the main body 400 may exchange data with a hospital server or another medical device in the hospital connected through a picture archiving and communication system (PACS).
  • PACS picture archiving and communication system
  • the main body 400 may exchange data according to a digital imaging and communications in medicine (DICOM) standard.
  • DICOM digital imaging and communications in medicine
  • Wired communication network means a communication network that can send and receive signals by wire.
  • the main body 400 may exchange various signals with the ultrasonic probe 300 using a wired communication network such as a peripheral component interconnect (PCI), PCI-express, and a universal serial bus (USB). It is not limited.
  • PCI peripheral component interconnect
  • PCI-express PCI-express
  • USB universal serial bus
  • the main body 400 may include a display 440 and an input unit 450.
  • the input unit 450 may receive not only setting information about the ultrasonic probe 300 but also various control commands from the user.
  • the setting information about the ultrasound probe 300 may include gain information, zoom information, focus information, time gain compensation information, and depth. Information, frequency information, power information, frame average information, dynamic range information, and the like.
  • the setting information regarding the ultrasound probe 300 is not limited to one embodiment, and may include various information that can be set for capturing an ultrasound image.
  • the information is transmitted to the ultrasound probe 300 through a wireless communication network or a wired communication network, and the ultrasound probe 300 may be set according to the received information.
  • the main body 400 may receive various control commands such as a command for transmitting an ultrasonic signal through the input unit 450, and transmit the received control commands to the ultrasonic probe 300.
  • the input unit 450 may be implemented by a keyboard, a foot switch, or a foot pedal.
  • the keyboard may be implemented in hardware.
  • Such a keyboard may include at least one of a switch, a key, a joystick, and a trackball.
  • the keyboard may be implemented in software such as a graphical user interface. In this case, the keyboard may be displayed through the display 440.
  • the foot switch or the foot pedal may be provided below the main body 400, and the user may control the operation of the ultrasound diagnosis apparatus 1 by using the foot pedal.
  • the display 440 may be a variety of known methods, such as a cathode ray tube (CRT), a liquid crystal display (LCD), a light emitting diode (LED), a plasma display panel (PDP), an organic light emitting diode (OLED), and the like. It may be implemented, but not limited to.
  • CTR cathode ray tube
  • LCD liquid crystal display
  • LED light emitting diode
  • PDP plasma display panel
  • OLED organic light emitting diode
  • the display 440 may display an ultrasound image of a target area inside the object.
  • the ultrasound image displayed on the display 440 may be a 2D ultrasound image or a 3D stereoscopic ultrasound image, and various ultrasound images may be displayed according to an operation mode of the ultrasound diagnosis apparatus 1.
  • the display 440 may display not only a menu or guidance item necessary for the ultrasound diagnosis but also information on an operating state of the ultrasound probe 300.
  • the ultrasound image may include an A-mode (A-mode) image, a B-mode (B-mode) image, and an M-mode (M-mode) image.
  • A-mode A-mode
  • B-mode B-mode
  • M-mode M-mode
  • C Color
  • D Doppler
  • the A-mode image described below refers to an ultrasound image indicating the magnitude of an ultrasound signal corresponding to the echo ultrasound signal
  • the B-mode image refers to an ultrasound image indicating the brightness of the ultrasound signal corresponding to the echo ultrasound signal.
  • the M-mode image refers to an ultrasound image representing the movement of the object over time at a specific location.
  • the D-mode image refers to an ultrasound image representing a moving object in a waveform form using the Doppler effect
  • the C-mode image refers to an ultrasound image representing a moving object in a color spectrum form.
  • the display 440 may also perform a function of the input unit 450. That is, the main body 400 may receive various commands from the user through at least one of the display 440 and the input unit 450.
  • the main body 400 is provided with a voice recognition sensor, it is also possible to receive a voice command from the user.
  • a voice command from the user.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an internal structure of an ultrasonic probe 300 including a plurality of array acoustic devices 1000 according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasound probe 300 may include an acoustic device 1000 that converts an electric signal and an ultrasound signal into each other in order to transmit an ultrasound signal to an inside of an object (not shown).
  • the ultrasound probe 300 transmits an ultrasound signal to a specific part inside the object (not shown) according to the electric signal received from the main body 400, and is reflected from a specific part inside the object (not shown). It may serve to receive the echo ultrasound signal to the main body 400.
  • the object (not shown) may be a living body of a human or animal, but is not particularly limited thereto, and any object may be an object (not shown) as long as its internal structure can be imaged by an ultrasonic signal. .
  • the acoustic devices 1000 may be configured in a plurality of individual arrangements in one dimension.
  • a direction in which the acoustic devices 1000 are divided into a plurality is called an azimuth direction, and is orthogonal to the divided array direction.
  • the width direction of the acoustic device 1000 is referred to as an elevation direction.
  • the ultrasound probe 300 may generate an ultrasound signal through the acoustic device 1000 to transmit an ultrasound signal focusing on a specific target area inside the object (not shown), and the acoustic device 1000 may be an object (not shown). ) Echo ultrasonic signal reflected from a specific target area inside can be received.
  • the acoustic device 1000 vibrates at a predetermined frequency corresponding to the frequency of the echo ultrasonic signal, thereby acquiring an alternating current of a frequency corresponding to the vibration frequency of the acoustic device. You can print In this way, the acoustic device 1000 may convert the received echo ultrasound signal into an electrical signal.
  • the acoustic device 1000 may be a magnetostrictive ultrasonic transducer using a magnetostrictive effect of a magnetic material, a piezoelectric ultrasonic transducer using a piezoelectric effect of a material, or a piezoelectric micromachined ultrasonic transducer. It can be implemented as an ultrasonic transducer (pMUT), and abbreviated as a capacitive micromachined ultrasonic transducer (cMUT) for transmitting and receiving ultrasonic waves using vibration of hundreds or thousands of thin films that have been microfabricated. It is also possible to implement
  • the acoustic device 1000 may include a two-dimensional transducer array.
  • the inside of the object may be 3D imaged.
  • the ultrasonic probe 300 acquires volume information inside the object while mechanically moving the acoustic elements arranged in one dimension, thereby performing three-dimensional ultrasound.
  • An echo ultrasound signal capable of generating an image may be transmitted to the main body 400.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an internal structure of various types of ultrasonic probes classified according to shapes of acoustic devices.
  • FIG. 2 and 3 is a diagram showing the shape of a linear probe having a linear acoustic device shape in a linear arrangement.
  • the second probe shown in FIG. 3 shows the shape of a convex probe. Since the surface is convex, a fan-shaped image is created and is mainly used to examine a wide area such as an abdomen.
  • the basic operating principle of the ultrasonic probe 300 is the same as that of the straight probe.
  • 3 is a view showing the shape of the Micro Convex probe, and has a feature that is designed to be compact to facilitate the inspection of the narrow area while still having the effect of the Convex probe.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the internal configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus 1 including the ultrasonic probe 300 according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 1 may include a transmitter 310, a receiver 320, a calculator 330, a converter 340, and a controller 350.
  • the calculator 330, the converter 340, and the controller 350 may be integrated in a system on chip (SOC) embedded in the diagnostic apparatus 1.
  • SOC system on chip
  • the present invention is not limited to only one system on chip.
  • the transmitter 310 may transmit an ultrasound signal to the object in response to a user's control command.
  • the transmitter 310 may convert an electrical signal into an ultrasonic signal using the acoustic device 1000 implemented in various ways, and transmit the converted ultrasonic signal to an object.
  • the transmitter 310 may convert an electrical signal into an ultrasonic signal through a piezoelectric layer.
  • the piezoelectric layer includes a piezoelectric material, and an electrode for connecting an electrical signal is formed on the piezoelectric material, so that an ultrasonic signal may be converted into an electrical signal or an ultrasonic signal according to the electrical signal.
  • an ultrasonic signal may be converted into an electrical signal or an ultrasonic signal according to the electrical signal.
  • the transmitter 310 converts an electrical signal into an ultrasonic signal through a piezoelectric membrane thinner than the piezoelectric layer, and converts the ultrasonic signal into a converted ultrasonic signal. Can be transmitted to the object.
  • FIG. 5 is a view showing a laminated structure of the acoustic device inside the ultrasonic probe according to the prior art.
  • an ultrasonic probe includes a piezoelectric material 16 that directly converts an electrical signal and an ultrasonic signal, and an electrode formed to connect an electrical signal with the piezoelectric body 16 to a predetermined section of the outer circumferential surface of the piezoelectric body 16. 17). It is also called a piezoelectric layer including both the piezoelectric body 16 and the electrodes 15 and 17.
  • the ultrasonic probe is positioned on the piezoelectric body 16, and reduces the difference in acoustic impedance between the object (not shown) and the piezoelectric member 16 so that the ultrasonic signal can be more smoothly transmitted to the object (not shown).
  • Matching Layer (Matching Layer, 12, 13).
  • an enhanced layer 18 positioned below the piezoelectric body 16 and reflecting an ultrasonic signal transmitted in an opposite direction to the object (not shown) to amplify the transmission of the ultrasonic signal to the object (not shown).
  • the matching layers 12 and 13 may be composed of a single layer, and may be composed of two matching layers, that is, the first matching layer 13 and the second matching layer 12 or three or more matching layers as shown in FIG. 4. It may be.
  • the ultrasonic probe is located under the piezoelectric body 16 or the reflective layer 18, and the sound absorbing layer 20 serves to attenuate the ultrasonic signal transmitted in the opposite direction to the object (not shown).
  • backing block (21) The sound absorbing layer 20 and the sound absorbing block 21 contain a sound absorbing material.
  • the ultrasonic probe includes printed circuit boards 14 and 19 electrically connected to the upper electrode 15 or the lower electrode 17 of the piezoelectric body 16.
  • the printed circuit board is divided into a ground printed circuit board 14 and a signal printed circuit board 19 according to the polarization direction of the piezoelectric body 16 and the electrical signal connection, and are flexible for mechanical assembly in the internal structure of the ultrasonic probe. It may be configured as a flexible printed circuit board (FPCB) having flexibility.
  • the printed circuit boards 14 and 19 are inserted in parallel with the piezoelectric body 16 in the laminated structure inside the ultrasonic probe.
  • the ultrasonic probe includes an acoustic lens 11 positioned on the second matching layer 12 and in direct contact with an object (not shown).
  • the acoustic lens 11 may focus the transmission ultrasound signal at a predetermined position in a stack elevation direction of the ultrasound probe.
  • the ground printed circuit board 14 and the signal printed circuit board 19 may be formed on the upper or lower portion of the piezoelectric body 16 in the acoustic device stack structure of the ultrasonic probe. Interposed parallel to 16).
  • the printed circuit boards 14 and 19 are located inside the acoustic device stack structure of the ultrasonic probe, the acoustic characteristics of the ultrasonic probe are greatly affected by the material and the thickness of the printed circuit boards 14 and 19. There is.
  • the higher the frequency used in the ultrasonic probe the greater the influence of the copper thickness (Cu) thickness of the printed circuit board (14, 19) on the acoustic characteristics, accordingly the copper foil thickness of the printed circuit board (14, 19) Further thinning of the film may also be problematic due to limitations in the manufacturing process of the printed circuit boards 14 and 19 or the ultrasonic probe.
  • FIG. 6 is a view showing a laminated structure of an acoustic device inside an ultrasonic probe according to another conventional technology.
  • the printed circuit boards 14 and 19 are not interposed in parallel with the stacked structure of the ultrasonic probe, but are disposed perpendicular to the stacked structure. do.
  • the printed circuit boards 14 and 19 are disposed perpendicular to the stacked structure of the acoustic device while the signal printed circuit board 19 is electrically connected to the lower electrode 17 of the piezoelectric body 16.
  • the ground printed circuit board 14 may be electrically connected to the upper electrode 15 of the piezoelectric body 16.
  • the printed circuit boards 14 and 19 may cause problems such as contraction or expansion of the printed circuit boards 14 and 19 due to temperature or humidity changes due to the structural characteristics of the backing block 21.
  • the present invention has been devised to solve such a conventional problem, and by placing the printed circuit board, which is an electrical connection means of the piezoelectric body, outside the laminated structure of the acoustic device and the sound absorbing material, the printed circuit board does not affect the acoustic characteristics.
  • the ultrasonic probe manufacturing process may be simpler and the invention is designed to prevent defects in the manufacturing process.
  • FIG. 7 is a view showing a laminated structure of the acoustic device of the ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention.
  • the acoustic device 1000 inside the ultrasonic probe may include a first connector disposed on at least one side of the acoustic lens 110, the matching layers 120 and 130, and the matching layer.
  • the first connectors 140 are shown on both sides of the first matching layer 130, and the second connectors 190 are disposed on both sides of the conductive member 180.
  • the first connector 140 may be disposed only on one side of the first matching layer 130, and the second connector 190 may be disposed only on one side of the conductive member 180.
  • an upper portion of the second matching layer 120 may include an acoustic lens 110 in direct contact with an object (not shown).
  • the acoustic lens 110 may serve to focus the transmission ultrasonic signal in the stack elevation direction of the acoustic device 1000.
  • Matching layers 120 and 130 may be positioned on the piezoelectric body 160 to reduce a difference in acoustic impedance between an object (not shown) and the piezoelectric body 160.
  • the matching layers 120 and 130 may be formed of a single layer and may be formed of a plurality of layers as shown in FIG. 6. When formed of a plurality of layers, the difference between the acoustic impedances of the object (not shown) and the piezoelectric body 160 may be reduced in steps, thereby facilitating ultrasonic signal transmission to the object (not shown). When the matching layers 120 and 130 are formed of two layers, the matching layers 120 and 130 may be divided into the second matching layer 120 and the first matching layer 130 as illustrated in FIG. 6.
  • the first matching layer 130 may be formed of a material having electrical conductivity.
  • the first matching layer 130 When the first matching layer 130 is formed of a material having electrical non-conductivity, the first matching layer for stable electrical connection between the matching layers 120 and 130 and the first connector 140 or the printed circuit board 200.
  • An electrode may be formed on an outer circumferential surface of the 120 by a sputtering method. The method of forming the electrode is not limited thereto and may be variously applied as long as the electrode may be formed.
  • the first connector 140 is disposed on at least one side of the first matching layer 130, and the first connector 140 extends longer than the length of the piezoelectric body 160 in a direction perpendicular to the stacked structure of the acoustic device 1000. Can be arranged.
  • the first connector 140 may be coupled to the printed circuit board 200.
  • the first connector 140 penetrates the printed circuit board 200 or the printed circuit board 200 is illustrated in FIG. 7.
  • Figure 1 may be coupled in the form of being attached to the outside of the first connector (140).
  • the combined first connection unit 140 and the printed circuit board 200 may be electrically coupled.
  • the first connector 140 may be formed of the same material as the first matching layer 130 and integrally formed with the first matching layer 130.
  • the first connector 140 may be formed of a copper foil (Cu) layer of the printed circuit board 200 protruding to a thickness in the direction of the first matching layer 130 from the printed circuit board 200, the printed circuit board It may be configured as a separate electrical connection means such as a gasket (Gasket), a ground expansion film or a conductive elastomer (Elastomer) for the electrical coupling of the 200 and the first matching layer 130.
  • a gasket Gasket
  • Elastomer conductive elastomer
  • the first connector 140 may be formed as an integral part of the first matching layer 130 or a copper layer (Cu) protruding from the printed circuit board 200, or may be a separate electrical connection means. Of course, two or more of them may be combined.
  • Cu copper layer
  • first connector 140 may be combined with the first matching layer 130 and / or the printed circuit board 200 by using an adhesive member (not shown), and the adhesive member (not shown) may be a tape or an adhesive. It may include any one or more of the epoxy.
  • anisotropic conductive tape, anisotropic conductive tape, and non-conductive conductive tape may be bonded using at least one of the above.
  • anisotropic conductive adhesive or epoxy, isotropic conductive adhesive or epoxy, and vision may be used. It can be bonded using at least one of a conductive adhesive or an epoxy.
  • the piezoelectric body 160 is positioned below the first matching layer 130 and serves to directly convert an electrical signal and an ultrasonic signal. Electrodes 150 and 170 may be formed on the outer circumferential surface of the piezoelectric body 160 to connect an electrical signal with the piezoelectric body 160, and the upper electrode 150 and the lower electrode 170 may be an electrical signal of the piezoelectric body 160. According to the connection method, it may be formed in various sections on the outer circumferential surface of the piezoelectric body 160.
  • the piezoelectric layer 160 may also be referred to as a piezoelectric layer including the upper electrode 150 and the lower electrode 170.
  • the piezoelectric member 160 generates an ultrasonic signal by generating a mechanical vibration when an electrical signal is applied to the piezoelectric member 160. On the contrary, when the echo ultrasonic signal is received, the piezoelectric member 160 converts the received signal into an electrical signal.
  • the piezoelectric material 160 is a PZMT single crystal made of solid solution of lead zirconate titanate (PZT) ceramic, magnesium niobate and lead titanate or PZNT single crystal made of solid solution of zinc niobate and lead titanate. It may be composed of at least one or more of the piezoelectric materials including, etc., the structure may also be formed of a single layer or a multi-layer laminated structure.
  • PZT lead zirconate titanate
  • the conductive member 180 may be formed under the piezoelectric body 160 and formed of a material having electrical conductivity.
  • the conductive member 180 may serve to amplify the transmission of the ultrasonic signal toward the object (not shown) by reflecting the ultrasonic signal transmitted in the lower direction of the piezoelectric body 160 opposite to the object (not shown). have.
  • the conductive member 180 may be typically made of a tungsten (WC) material to play such a role, but is not limited thereto and may include a material that may perform a similar function.
  • WC tungsten
  • an electrode may be formed on the outer circumferential surface of the conductive member 180 by sputtering or the like.
  • the electrode forming method is also not limited to the sputtering method, and the electrode may be formed in various similar ways.
  • the second connector 190 may be disposed on at least one side of the conductive member 180 and may extend in an outer direction of the piezoelectric member 160 by a predetermined length from the piezoelectric member 160. Therefore, the second connector 190 may be disposed to protrude outward from the stacked structure of the ultrasonic probe.
  • the second connection unit 190 may be disposed perpendicular to the stacked structure of the acoustic device 1000, and at the same time, may be coupled to the printed circuit board 200 disposed outside the stacked structure.
  • the second connector 190 may be coupled in a form in which the second connector 190 penetrates the printed circuit board 200, and is attached to the outside of the printed circuit board 200. Can be combined.
  • the second connector 190 and the printed circuit board 200 may be electrically coupled to each other.
  • the second connector 190 may be made of the same material as the conductive member 180, and may be formed integrally with the conductive member 180 or protruded from the printed circuit board 200 toward the conductive member 180. It may be composed of a copper foil (Cu) layer of the circuit board 200. In addition, the second connector 190 may be configured as a separate electrical connection means for electrical coupling between the printed circuit board 200 and the conductive member 180.
  • Cu copper foil
  • the second connector 190 may be formed of the copper member Cu integrally formed with the conductive member 180 or protruded from the printed circuit board 200, or may be a separate electrical connection means. The above may be combined.
  • the second connector 190 may be coupled to the conductive member 180 and / or the printed circuit board 200 by using an adhesive member (not shown), the adhesive member (not shown) may be a tape or adhesive, epoxy It may be one or more of.
  • an anisotropic conductive tape When bonded using a tape, it may be bonded using at least one of an anisotropic conductive tape, an isotropic conductive tape, and a non-conductive tape.
  • an adhesive or an epoxy an anisotropic conductive adhesive or epoxy, an isotropic conductive adhesive or epoxy, and a non-conductive adhesive may be used. It may be bonded using at least one of an adhesive or an epoxy.
  • the printed circuit board 200 may be disposed perpendicularly to the stacked structure of the acoustic device 1000 and simultaneously positioned outside the stacked structure.
  • the printed circuit board 200 may be located at both sides of the stacked structure of the acoustic device 1000, and may be located in only one direction unlike FIG. 6. Therefore, the number of printed circuit boards 200 is not limited to any particular one.
  • the printed circuit board 200 may be vertically coupled to the side of the first connector 140 coupled to at least one side of the first matching layer 130 and simultaneously coupled to at least one side of the conductive member 180. It may be coupled to the second connector 190 that is present. These can be electrically coupled.
  • either the second connector 190 or the first connector 140 may be an electrical signal connection means of the piezoelectric body 160, and the other may be a piezoelectric body 160. It can be a means of connecting the electrical ground (Ground).
  • the signal or ground connection direction of the piezoelectric body 160 is not limited to any particular one.
  • the printed circuit board 200 may include a flexible printed circuit board (FPCB) having flexibility for mechanical assembly in the internal structure of the ultrasonic probe.
  • FPCB flexible printed circuit board
  • the sound absorbing layer (Backing Layer) 210 and the sound absorbing block (Backing Block) 220 located below the conductive member 180 may serve to attenuate the ultrasonic signals transmitted in the opposite direction of the object (not shown).
  • the ultrasonic probe may be composed of only the sound absorbing block 220 without the sound absorbing layer 210.
  • FIG. 8 is a view illustrating a printed circuit board 200 coupled to the second connector 190 or the first connector 140 according to the embodiment of FIG. 7, and FIG. 7A illustrates a plurality of holes.
  • a printed circuit board 200 having 201 is shown, and
  • FIG. 7B shows a printed circuit board 200 having a slot 202.
  • the printed circuit board 200 may be At least one through hole (Hall) 201 or at least one slot (Slot, 202) may be included in the position where the second connector 190 is coupled to facilitate the coupling thereof.
  • the second connecting portion 190 and the hole 201 or the slot 202 may be physically directly coupled to each other or indirectly coupled by interposing a conductive or non-conductive connecting member (not shown), and limited in any particular manner. It doesn't work.
  • the size and shape of the hole 201 or the slot 202 is not limited to any particular one as long as the second connector 190 and the printed circuit board 200 can be electrically and stably coupled.
  • the inner wall of 202 may be plated for efficient electrical conduction according to the manufacturing method of the printed circuit board 200.
  • the second connection unit 190 and the printed circuit board are individually inserted using the plurality of holes 201. 200 may be combined.
  • the ultrasonic probe 300 is not divided into a plurality of acoustic devices 1000 in a different manner, as shown in FIG.
  • the two connectors 190 and the printed circuit board 200 may be combined. In this case, after being combined, it may be divided into a plurality of acoustic devices 1000.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a stacked structure of an acoustic probe 1000 of an ultrasonic probe 300 according to another exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 10A and 10B illustrate printing according to the embodiment of FIG. 8.
  • FIG. 11 is a view illustrating a circuit board 200 in which the second connector 190 is inserted into the printed circuit board 200, according to the exemplary embodiment of FIG. 9.
  • the overall structure and the stacking order are the same as those of the acoustic probe 1000 of the ultrasonic probe 300 shown in FIG. There is a difference (part a of FIG. 8) in which the 190 and the printed circuit board 200 are coupled.
  • the second connector 190 is coupled in a manner penetrating through the printed circuit board 200, but in the stacked structure of the acoustic device 1000 according to FIG. 9.
  • the printed circuit board 200 is coupled in such a manner that it is attached to the outer wall of the second connector 190.
  • the printed circuit board 200 may be provided with a plurality of holes 203 as shown in FIG. 10 (a) to facilitate the coupling of the printed circuit board 200 to the portion coupled to the second connector 190.
  • the second connector 190 may be coupled in such a manner that the second connector 190 is attached to the outer wall of the printed circuit board 200, and the hole 203 is electrically connected to the second connector 190 and the printed circuit board 200.
  • the land may include a plurality of lands 203 electrically connected to the printed circuit board 200.
  • the printed circuit board 200 may include a plurality of pads 205 instead of the plurality of holes 203 to facilitate coupling.
  • the plurality of holes 203, the lands 204, and / or the plurality of pads 205 may be electrically coupled to the second connectors 190.
  • the printed circuit board 200 may include a printed circuit board (B) to facilitate the coupling.
  • a hole 203 and a land 204 and / or a pad 205 electrically connected to the circuit configuration of the 200 may be included. In this way, the first connector 140 and the printed circuit board 200 may be electrically connected to each other.
  • the holes 203 and the lands 204 and / or the pads 205 of the PCB 200 connected to the second connector 190 or the first connector 140 may form circuits of the PCB 200. In order to form a step between each other according to the stacking configuration for.
  • FIG. 11 is a view illustrating another embodiment in which the second connector 190 and the printed circuit board 200 are coupled using the fastening portion 206 of the printed circuit board 200 according to the embodiment of FIG. 9. .
  • a part of the second connection part 190 is coupled to the fastening part 206 formed to have a predetermined depth step than the outer wall of the printed circuit board 200.
  • a part of the second connector 190 is inserted into the fastening part 206 having a predetermined depth step than the outer wall of the printed circuit board 200, so that the second connector 190 is connected to the second connector 190.
  • the printed circuit board 200 may be more firmly coupled to form a more stable acoustic device 1000 mechanically.
  • FIGS. 12 to 14 are diagrams showing the stacked structure of the acoustic device 1000 according to another embodiment of the present invention.
  • the sound absorbing layer 210 and the sound absorbing block 220 under the sound absorbing layer 210 are formed under the electrodes 150 and 170 and the lower electrode 170, respectively, which are formed at upper and lower portions of the 160, respectively. It may include.
  • the acoustic device 1000 includes a conductive member 180 positioned below the piezoelectric body 160 and a second connection portion 190 coupled to the conductive member 180. does not exist.
  • the acoustic device 1000 according to FIG. 12 is disposed directly under the piezoelectric material 160, and at least one side of the sound absorbing layer 210 is similar to the second connector 190 of FIG. 7.
  • the third connector 230 serving as a role may be disposed.
  • the printed circuit board 200 is disposed outside the acoustic device 1000 in a direction perpendicular to the stacked structure of the acoustic device 1000, similarly to FIG. 7, and simultaneously with the first connection part 140 and the third connection part 230. Can be combined.
  • the sound absorbing layer 210 of the acoustic device 1000 according to FIG. 12 may be formed of a material having electrical conductivity or a material having electrical non-conductivity.
  • an electrode may be formed on the outer circumferential surface of the sound absorbing layer 210 by sputtering or the like.
  • the electrode formation method is not limited to sputtering, and may be formed in various similar ways.
  • the printed circuit board 200 is coupled to the first connector in such a manner that the printed circuit board 200 is attached to the outside of the first connector 140, and the third connector 230 is connected to the third connector ( 230 may be coupled in a manner that penetrates the printed circuit board 200.
  • the printed circuit board 200 may include a plurality of holes 203 and lands 204 and / or a plurality of pads 205 as shown in FIG. 9, and the printed circuit board 200 as shown in FIG. 11. ) May include a fastening part 206 in which a part of the third connection part 230 is formed and inserted to have a predetermined depth step than the outer wall of the printed circuit board 200.
  • the printed circuit board 200 may include the third connector 230 connected to the printed circuit board 200.
  • a plurality of holes 201 or at least one slot (Slot, 202) may be included to penetrate, and the characteristics and coupling method of the plurality of holes 201 or the slots 202 are described in FIGS. 8 to 10. Is the same as
  • the printed circuit board 200 is attached to the outside of the first connector 140 with the first connector 140, and is coupled to the third connector 230 in a penetrating manner.
  • the third connector 230 may be coupled in a manner attached to the outside.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a laminated structure of an acoustic device 1000 according to another exemplary embodiment.
  • the basic stacking structure is the same as that of the acoustic device 1000 illustrated in FIG. 7, but the structure of the first matching layer 130 is different. exist.
  • the first connector 140 is positioned outside the first matching layer 130, and the first connector 140 is coupled to the printed circuit board 200.
  • the first connector 140 does not exist and the first matching layer 130 extends to both sides in a direction perpendicular to the stacked structure. Therefore, the first matching layer 130 thus extended penetrates the printed circuit board 200 and may be coupled to the printed circuit board 200.
  • the acoustic device 1000 according to FIG. 13 may also be coupled in such a manner that the printed circuit board 200 is attached to the outside of the extension of the first matching layer 130 and the outside of the second connector 190.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a stacked structure of an acoustic device 1000 according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the structure of the acoustic device is the same as that of the acoustic device 1000 illustrated in FIG. 6, but the connection member 240 is used to strengthen the coupling between the printed circuit board 200 and the acoustic device 1000. ) And support 250 have been added.
  • connection member 240 is used to further strengthen the coupling of the printed circuit board 200 and the second connection portion 190 and may be formed of a tape and / or an adhesive.
  • the tape may include at least one of an anisotropic conductive tape, an isotropic conductive tape, and a non-conductive tape.
  • the tape may include at least one of an anisotropic conductive adhesive, an isotropic conductive adhesive, and a non-conductive adhesive.
  • connection member 240 strengthens the electrical connection and the mechanical connection at the position where the electrical connection between the printed circuit board 200 and the second connection unit 190 is made, thereby making it possible to construct a more stable acoustic device 1000. .
  • the support part 250 may generally be used to couple the printed circuit board 200 with the suction layer 210 and / or the suction block 220.
  • the support part 250 may include at least one of various mechanical fastening means including a bolt, a clip, a gasket, a spacer, or a pin.
  • the support part 250 mechanically supports the combination of the printed circuit board 200 and the sound absorbing layer 210 and / or the sound absorbing block 220 more mechanically, it is possible to construct a more stable acoustic device 1000. Can be.
  • FIG. 14 only the connecting member 240 is disposed to be coupled to the second connecting unit 190 and the printed circuit board 200.
  • the present invention is not limited thereto, and is represented by FIGS. 7, 9, and 12 to 14.
  • the first connector 140, the second connector 190, or the third connector 230 may be disposed together with the printed circuit board 200 to strengthen electrical and mechanical connections.
  • 15 is a view showing various aspects of a printed circuit board 200 according to another embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic probe 300 may be configured in a convex type instead of a linear type. Therefore, when the curved type is configured, the printed circuit board 200 may also be configured according to the curved type.
  • the upper portion of the printed circuit board 200 is formed of a curved surface, and the printing shown in (a) and (b) of FIG. 8 is performed. It has the same characteristics as the circuit board 200.
  • the printed circuit board 200 of FIG. 15A shows a plurality of holes 203 and lands 204
  • the printed circuit board 200 of FIG. 15B shows a plurality of pads 205. It may include.
  • the printed circuit board 200 may include an uneven portion 207 formed at an upper end of the printed circuit board 200 as illustrated in FIG. 15 (c). That is, when any one of the first connection portion 140, the second connection portion 190 or the third connection portion 230 of the plurality of divided acoustic elements 1000 is coupled to the printed circuit board 240 in such a form
  • the printed circuit board 200 may include an uneven portion 207 to facilitate coupling.
  • the printed circuit board is not inserted between the stacked structures of the acoustic elements, and is not included in the sound absorbing layer and is not externally included. Its features exist that can not be given.

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Abstract

본 발명은 이동 로봇 주변의 3차원 영상을 촬영하고 상기 촬영된 3차원 영상에 대한 깊이 영상 정보(Depth Image)를 추출하는 촬영부와 상기 촬영부에서 촬영한 3차원 영상을 이용하여 장애물을 감지하는 장애물 감지부, 상기 장애물 감지부에서 인식한 장애물의 영역을 제외한 영역내에서 관성센서(IMU)와 오드메트리(Odometry)를 이용하여 이동 로봇의 제 1위치 정보를 추정하는 위치 추정부와 상기 추출된 깊이(Depth) 영상 정보를 기초로 상기 추정된 이동 로봇의 제 1위치 정보를 보정하여 상기 이동 로봇의 제2위치 정보를 산출하고 상기 장애물 감지부에서 인식한 장애물의 영역을 제외한 지도를 작성하고 상기 로봇의 제 2위치와 상기 작성된 지도를 기초로 상기 로봇의 이동 경로를 계획하는 제어부를 포함하고 있다. 본 발명은 별도의 장애물 센서 없이 장애물을 인지할 수 있으며 장애물로 판별된 영역은 SLAM에 사용하지 않아 보다 빠르고 정확하게 SLAM을 수행할 수 있다.

Description

초음파 프로브
본 발명은 초음파를 이용하여 대상체 내부의 영상을 생성하는 초음파 프로브에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 초음파 프로브 내부의 인쇄회로기판이 음향소자의 적층 구조 외부에 배치되는 초음파 프로브 구조에 관한 발명이다.
초음파 진단장치는 대상체의 타겟 부위를 향하여 초음파 신호를 조사하고, 대상체에서 반사된 초음파 신호(초음파 에코신호)를 수신하고 이에 대한 정보를 이용하여 연부조직의 단층이나 혈류에 관한 이미지 등을 무침습으로 얻는 장치를 말한다..
초음파 진단장치의 경우 X선 진단 장치, X선 CT스캐너(Computerized Tomography Scanner), MRI(Magnetic Resonance Image), 핵의학 진단장치 등의 다른 영상진단장치와 비교해 볼 때, 상대적으로 소형이고 저렴한 장점이 있다. 또한, 초음파 진단 장치의 경우 대상체 내부에 관한 영상을 실시간으로 획득할 수 있고 방사선에 의해 발생되는 피폭이 없어 안전성이 높은 특징이 있다. 따라서 일반적으로 초음파 진단 장치는 사람의 심장, 복부, 비뇨기 및 산부인과 진단에서 널리 이용되고 있다.
따라서 초음파 진단장치는 대상체 내부의 초음파 영상을 얻기 위해 초음파 신호를 대상체로 송신하고, 대상체로부터 반사되어 온 초음파 에코신호를 수신하기 위한 초음파 프로브를 포함한다.
초음파 프로브는 음향소자를 구비하고 있는데, 음향소자는 압전물질이 진동하면서 전기신호와 음향신호를 상호 변환시키는 압전층과, 압전층과 대상체 사이의 음향 임피던스 차이를 감소시켜 압전층에서 발생된 초음파가 대상체에 효과적으로 전달될 수 있도록 하는 정합층과, 압전층의 전방으로 진행하는 초음파를 특정 지점에 접속시키는 렌즈와, 초음파가 압전층의 후방으로 진행되는 것을 차단시켜 영상 왜곡을 방지하는 흡음층 등을 포함하고 있다.
종래 기술에 따른 초음파 프로브의 내부 구조로는 본딩(Bonding) 구조와 FIB 구조가 존재한다.
본딩 구조는 압전층 상부와 하부에 형성된 전극에 각각 그라운드용 인쇄회로기판(Ground Printed Circuit Board, GND PCB)과 시그널용 인쇄회로기판(Signal Printed Circuit Board, SIG PCB)을 음향소자의 적층 구조와 평행하게 삽입시키는 구조를 말하며, FIB 구조는 그라운드용 인쇄회로기판과 시그널용 인쇄회로기판이 음향소자의 적층 구조와 수직하게 흠읍층 내부에 삽입되어 각각 압전체 상부와 하부에 형성된 전극에 연결되는 구조를 말한다.
그러나 본딩구조의 초음파 프로브의 경우, 초음파 프로브의 음향 특성이 인쇄회로기판의 재질 및/또는 두께에 영향을 받으며, 특히 고주파를 사용하는 프로브의 경우에는 인쇄회로기판의 동박(Cu)의 두께에 따라 주파수 및 감도 등 음향 특성의 변화가 큰 문제가 있다. 또한 인쇄회로기판의 동박(Cu)은 인쇄회로기판 자체 또는 초음파 프로브의 제조 및 공정상의 문제로 박막화를 하는 것에 제약이 존재한다.
그리고 FIB 구조의 경우, 초음파 프로브의 흡음층 내부에 배치되어 있는 인쇄회로기판이 온도와 습도의 변화에 따라서 수축 또는 팽창하는 문제가 발생할 수 있으며, 이는 초음파 프로브의 제조공정 중 음향소자를 복수 개로 분할하는 공정에 불량을 일으키는 문제를 발생시킨다.
본 발명은 전술한 바와 같이 종래 기술이 가지고 있던 문제점을 해결하기 위해 고안된 발명으로서, 종래 초음파 프로브처럼 초음파 프로브의 인쇄회로기판이 음향소자의 적층 구조에 수평 하게 삽입되거나 흡음층 내부에 포함되어 있지 않고 외부에 배치시킴으로써, 인쇄회로기판이 초음파 프로브의 음향 특성에 영향을 주는 것을 방지하고 초음파 프로브 내부의 구조적 특성에 따라 제조 공정이 영향을 받지 않도록 하기 위한 발명이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 프로브는 압전층과 상기 압전층 상부에 배치되는 정합층과 상기 압전층 하부에 배치되는 전도성 부재와 상기 정합층의 적어도 한 측면에 결합되는 제2연결부와 상기 전도성 부재의 적어도 한 측면에 결합되는 제 2연결부와 상기 제2연결부의 측면에 결합되고 상기 제 2연결부에 전기적으로 결합되는 인쇄회로기판을 포함할 수 있다.
상기 인쇄회로기판은, 상기 압전층, 상기 정합층 및 상기 전도성 부재의 적층 구조 외부에 위치할 수 있다.
상기 전도성 부재는, 음향 신호를 전반사 할 수 있는 반사층(Enhanced Layer)으로 구성될 수 있다.
상기 반사층(Enhanced Layer)은, 텅스텐(Tungsten)을 포함할 수 있다.
상기 전도성 부재는, 음향 신호를 흡수 또는 감쇄시킬 수 있는 흡음층(Backing Layer)로 구성될 수 있다.
상기 전도성 부재는, 전도성 물질을 포함할 수 있다.
상기 전도성 부재는, 전기 전도를 위한 전극이 상기 전도성 부재의 외주면에 형성될 수 있다.
상기 전극은, 스퍼터링(Sputtering) 방법으로 형성될 수 있다.
상기 제 2연결부는, 상기 전도성 부재와 동일한 물질로 구성될 수 있다.
상기 인쇄회로기판은, 가요성 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board)을 포함할 수 있다.
상기 인쇄회로기판은, 상기 제 2연결부가 관통되는 적어도 하나 이상의 홀(Hall)을 포함할 수 있다.
상기 홀(Hall)은, 상기 인쇄회로기판의 회로 구성과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 인쇄회로기판은, 상기 제 2연결부가 관통되는 적어도 하나의 슬롯(Slot)을 포함할 수 있다.
상기 슬롯(Slot)은, 상기 인쇄회로기판의 회로 구성과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 인쇄회로기판은, 상기 제 2연결부가 끼움되는 복수 개의 요철부를 포함할 수 있다.
상기 인쇄회로기판은, 상기 제 2연결부와 결합되는 하나 이상의 홀(Hall)의 랜드(Land)를 포함할 수 있다.
상기 랜드(Land)는, 상기 인쇄회로기판의 외벽에 상기 홀(Hall)의 둘레를 따라 상기 홀(Hall)보다 크게 동박층으로 형성될 수 있다.
상기 인쇄회로기판은, 상기 제 2연결부와 결합되는 하나 이상의 패드(Pad)를 포함할 수 있다.
상기 패드(Pad)는, 상기 인쇄회로기판의 외벽에 동박층으로 형성될 수 있다.
상기 인쇄회로기판은, 상기 제 2연결부의 적어도 일부분이 상기 인쇄회로기판의 내측으로 삽입되는 체결부를 더 포함할 수 있다.
상기 정합층은, 전도성 물질을 포함할 수 있다.
상기 정합층은, 비전도성 물질로 구성되고, 상기 비전도성 물질 외주면에는 전기 전도를 위한 전극이 형성될 수 있다.
상기 전극은, 스퍼터링(Sputtering) 방법으로 형성될 수 있다.
상기 제 1연결부는, 상기 정합층과 동일한 물질로 구성될 수 있다.
상기 제 1연결부는, 상기 인쇄회로기판의 외벽에 결합되며, 동박층으로 형성될 수 있다.
상기 제 1연결부는, 상기 정합층과 상기 인쇄회로기판이 전기적으로 결합되도록 전기적 연결 수단을 포함할 수 있다.
상기 제1연결부는, 개스킷(Gasket), 전도성 필름, 전도성 테잎(Tape), 전도성 접착제, 전도성 에폭시(epoxy) 또는 전도성 탄성중합체(Elastomer) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1연결부는, 접착부재를 이용하여 상기 정합층 및 상기 인쇄회로기판의 외벽과 결합될 수 있다.
상기 제2연결부는, 접착부재를 이용하여 상기 전도성 부재 및 상기 인쇄회로기판과 결합될 수 있다.
상기 접착부재는, 전도성 접착제, 전도성 에폭시(epoxy), 전도성 테잎(tpae), 전도성 솔더(Solder) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 인쇄회로기판에 결합되어 상기 인쇄회로기판이 상기 압전층, 상기 정합층 및 상기 전도성 부재의 적층구조 측면에 고정되도록 지지하는 지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 지지부는, 상기 전도성 부재의 하부에 배치될 수 있다.
상기 지지부는, 볼트(Bolt), 클립(Clip), 개스킷(Gasket), 스페이서(Spacer) 또는 핀(Pin) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
초음파 프로브 내부의 음향소자 구조에 있어서, 인쇄회로기판을 음향소자의 적층 구조 외부에 배치시켜 인쇄회로기판이 초음파 프로브의 음향 특성에 영향을 주는 것을 방지할 수 있고, 온도나 습도의 변화로 인해 발생되는 초음파 프로브의 제조공정의 불량을 방지할 수 있으며 제조 공정을 비교적 단순하게 할 수 있는 효과가 존재한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 프로브를 포함하고 있는 초음파 진단장치의 외부 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수 개의 배열형 음향소자를 포함하는 초음파 프로브의 내부 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 음향소자의 모양에 따라 구분되는 여려 종류의 초음파 프로브의 내부 구조를 나타낸 도면이다
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 프로브를 포함하고 있는 초음파 진단장치의 내부 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 5는 종래 기술에 따른 초음파 프로브 음향소자의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 또 다른 종래 기술에 따른 초음파 프로브 음향소자의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 프로브의 음향소자의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 8의 (a)와 (b)는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 인쇄회로기판의 모습을 나타낸 도면이다.
도 9은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 초음파 프로브의 음향 소자의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 10의 (a)와 (b)는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 인쇄회로기판의 모습을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라 제 2연결부가 인쇄회로기판 내부에 삽입되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 초음파 프로브의 음향 소자의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 초음파 프로브의 음향 소자의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 초음파 프로브의 음향 소자의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 15의 (a) ~ (c)는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 인쇄회로기판의 모습을 나타낸 도면이다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 실시 예이며, 본 출원의 출원 시점에 있어서 본 명세서의 실시 예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고, 또한 유사하게 제2 구성 요소도 제1구성 요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수로 기재된 관련 구성 요소들의 조합 또는 복수로 기재된 관련 구성 요소들 중의 어느 하나를 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는 첨부 도면들을 통하여 본 발명의 구조적 특징 및 효과에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 영상장치의 외부 구성 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 초음파 진단장치(1)는 대상체(미도시)에 초음파 신호를 송신하고, 대상체(미도시)로부터 에코 초음파 신호를 수신 받아 이를 전기 신호로 변환하는 초음파 프로브(300)와 수신 받은 초음파 신호를 기초로 진단 영상을 생성하는 시스템인 본체(400)를 포함한다. 본체(400)는 유선 또는 무선 방식 등을 통해 초음파 프로브(300)와 연결될 수 있으며 어느 특정한 것에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 초음파 프로브(300)는 무선 또는 유선 통신망을 통해 본체(400)와 연결되어 초음파 프로브(300)의 제어에 필요한 각종 신호를 수신하거나 또는 초음파 프로브(300)가 수신한 에코 초음파 신호에 대응되는 아날로그 신호 또는 디지털 신호를 전달할 수 있다.
한편, 무선 통신망은 무선으로 신호를 주고 받을 수 있는 통신망을 의미하는데 본체(400)는 근거리 통신 모듈 및 이동 통신 모듈 중 적어도 어느 하나를 통해 초음파 프로브(300)와 무선 통신을 수행할 수 있다.
근거리 통신 모듈은 소정 거리 이내의 근거리 통신을 위한 모듈을 의미한다. 예를 들어, 근거리 통신 기술에는 무선 랜(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), WFD(Wi-Fi Direct), UWB(Ultra wideband), 적외선 통신(IrDA; Infrared Data Association), BLE (Bluetooth Low Energy), NFC(Near Field Communication) 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이동 통신 모듈은 이동 통신망 상에서 기지국, 외부 단말, 서버 중 적어도 어느 하나와 무선 신호를 송수신할 수 있다. 여기에서, 무선 신호는 다양한 형태의 데이터를 포함하는 신호를 의미한다. 즉, 본체(400)에는 기지국과 서버 중 적어도 하나를 거쳐, 초음파 프로브(300)와 다양한 형태의 데이터를 포함한 신호를 주고 받을 수 있다.
예를 들어, 본체(400)는 3G, 4G와 같은 이동 통신망을 이용하여 기지국을 거쳐 초음파 프로브(300)와 다양한 형태의 데이터를 포함하고 있는 신호를 서로 주고 받을 수 있다.
본체(400)는 의료 영상 정보 시스템(PACS; Picture Archiving and Communication System)을 통해 연결된 병원 서버나 병원 내의 다른 의료 장치와 데이터를 주고 받을 수 있다. 또한, 본체(400)는 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM; Digital Imaging and Communications in Medicine) 표준에 따라 데이터를 주고 받을 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
이외에도, 본체(400)는 유선 통신망을 통해 초음파 프로브(300)와 데이터를 주고 받을 수 있다. 유선 통신망은 유선으로 신호를 주고 받을 수 있는 통신망을 의미한다.
일 실시예에 따르면, 본체(400)는 PCI(Peripheral Component Interconnect), PCI-express, USB(Universe Serial Bus) 등의 유선 통신망을 이용하여 초음파 프로브(300)와 각종 신호를 주고 받을 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본체(400)에는 디스플레이(440), 입력부(450)가 포함될 수 있다. 입력부(450)는 사용자로부터 초음파 프로브(300)에 관한 설정 정보뿐만 아니라, 각종 제어 명령 등을 입력 받을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 초음파 프로브(300)에 관한 설정 정보는 이득(gain) 정보, 배율(zoom) 정보, 초점(focus) 정보, 시간이득 보상(TGC, Time Gain Compensation) 정보, 깊이(depth) 정보, 주파수 정보, 파워 정보, 프레임 평균값(frame average) 정보, 및 다이나믹 레인지(dynamic range) 정보 등을 포함한다. 그러나, 초음파 프로브(300)에 관한 설정 정보는 일 실시예에 한하지 않고, 초음파 영상을 촬영하기 위해 설정할 수 있는 다양한 정보를 포함할 수 있다.
이 정보들은 무선 통신망 또는 유선 통신망을 통해 초음파 프로브(300)로 전달되고, 초음파 프로브(300)는 전달 받은 정보들에 맞추어 설정될 수 있다. 이외에도, 본체(400)는 입력부(450)를 통해 초음파 신호의 송신 명령 등과 같은 각종 제어 명령을 사용자로부터 입력 받아, 이를 초음파 프로브(300)에 전달할 수 있다.
한편, 입력부(450)는 키보드, 풋 스위치(foot switch) 또는 풋 페달(foot pedal) 방식으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 키보드는 하드웨어적으로 구현될 수 있다. 이러한 키보드는 스위치, 키, 조이스틱 및 트랙볼 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 예로, 키보드는 그래픽 유저 인터페이스와 같이 소프트웨어적으로 구현될 수도 있다. 이 경우, 키보드는 디스플레이(440)를 통해 표시될 수 있다. 풋 스위치나 풋 페달은 본체(400)의 하부에 마련될 수 있으며, 사용자는 풋 페달을 이용하여 초음파 진단장치(1)의 동작을 제어할 수 있다.
디스플레이(440)는 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT), LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode) 등과 같이, 공지된 다양한 방식으로 구현될 수 있으나, 이에 한하지 않는다.
디스플레이(440)는 대상체 내부의 목표 부위에 대한 초음파 영상을 표시할 수 있다. 디스플레이(440)에 표시되는 초음파 영상은 2차원 초음파 영상, 또는 3차원 입체 초음파 영상일 수 있으며, 초음파 진단장치(1)의 동작 모드에 따라 다양한 초음파 영상이 표시될 수 있다. 또한, 디스플레이(440)는 초음파 진단에 필요한 메뉴나 안내 사항뿐만 아니라, 초음파 프로브(300)의 동작 상태에 관한 정보 등을 표시할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 초음파 영상은 A-모드(Amplitude mode, A-모드) 영상, B-모드(Brightness Mode; B-Mode) 영상, M-모드(Motion Mode; M-mode) 영상을 포함할 뿐만 아니라, C(Color)-모드 영상 및 D(Doppler)-모드 영상을 포함한다.
이하에서 설명되는 A-모드 영상은 에코 초음파 신호에 대응되는 초음파 신호의 크기를 나타내는 초음파 영상을 의미하며, B-모드 영상은 에코 초음파 신호에 대응되는 초음파 신호의 크기를 밝기로 나타낸 초음파 영상을 의미하며, M-모드 영상은 특정 위치에서 시간에 따른 대상체의 움직임을 나타내는 초음파 영상을 의미한다. D-모드 영상은 도플러 효과를 이용하여 움직이는 대상체를 파형 형태로 나타내는 초음파 영상을 의미하며, 또한, C-모드 영상은 움직이는 대상체를 컬러 스펙트럼 형태로 나타내는 초음파 영상을 의미한다.
한편, 디스플레이(440)가 터치 스크린 타입으로 구현되는 경우, 디스플레이(440)는 입력부(450)의 기능도 함께 수행할 수 있다. 즉, 본체(400)는 디스플레이(440), 및 입력부(450) 중 적어도 하나를 통해 사용자로부터 각종 명령을 입력 받을 수 있다.
이외에도, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 본체(400)에는 음성 인식 센서가 마련되어, 사용자로부터 음성 명령을 입력 받을 수도 있다. 이하에서는 초음파 프로브의 구성에 대해서 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 복수 개의 배열형 음향소자(1000)를 포함하는 초음파 프로브(300)의 내부 구조를 나타낸 도면이다.
초음파 프로브(300)는 대상체(미도시)의 내부로 초음파 신호를 송신하기 위해 전기 신호와 초음파 신호를 상호 변환하는 음향소자(1000)를 포함 할 수 있다.
보다 구체적으로, 초음파 프로브(300)는 본체(400)로부터 전달 받은 전기 신호에 따라, 초음파 신호를 대상체(미도시) 내부의 특정 부위로 송신하고, 대상체(미도시) 내부의 특정 부위로부터 반사된 에코 초음파 신호를 수신하여 본체(400)로 전달하는 역할을 할 수 있다.
한편, 대상체(미도시)는 인간 또는 동물의 생체가 될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 초음파 신호에 의해 그 내부 구조가 영상화 될 수 있는 것이라면 어떤 것이든 대상체(미도시)가 될 수 있다.
또한, 음향소자(1000)는 복수 개인 배열형으로 1차원으로 구성될 수 있는데 일반적으로 음향소자(1000)가 복수 개로 분할 배열된 방향을 아지무스(Azimuth) 방향이라 하며, 분할 배열된 방향과 직교된 음향소자(1000)의 폭 방향을 엘리베이션(Elevation) 방향이라 한다.
초음파 프로브(300)는 음향소자(1000)를 통해 초음파 신호를 발생시켜 대상체(미도시)의 내부의 특정 목표 부위를 초점으로 하여 초음파 신호를 송신할 수 있으며 음향소자(1000)는 대상체(미도시) 내부의 특정 목표 부위에서 반사된 에코 초음파 신호를 수신 할 수 있다.
반사된 에코 초음파 신호가 음향소자(1000)에 수신되면, 음향소자(1000)는 에코 초음파 신호의 주파수에 상응하는 소정의 주파수로 진동하고 이에 따라 음향소자의 진동 주파수에 상응하는 주파수의 교류 전류를 출력할 수 있다. 이러한 방법으로 음향소자(1000)는 수신한 에코 초음파 신호를 전기 신호로 변환할 수 있다.
따라서, 음향소자(1000)는 자성체의 자왜효과를 이용하는 자왜 초음파 트랜스듀서(Magnetostrictive Ultrasonic Transducer), 재료의 압전 효과를 이용한 압전 초음파 트랜스듀서(Piezoelectric Ultrasonic Transducer) 또는 압전형 미세가공 초음파 트랜스듀서(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer, pMUT) 등으로 구현될 수 있으며, 미세 가공된 수백 또는 수천 개의 박막의 진동을 이용하여 초음파를 송신하고 수신하는 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer, 이하 cMUT으로 약칭한다)로 구현되는 것도 가능하다.
또 다른 실시 예로서, 음향소자(1000)는 2차원 트랜스듀서 어레이를 포함할 수도 있다. 2차원 트랜스듀서 어레이를 포함하는 경우에는 대상체의 내부를 3차원 영상화할 수 있다.
이외에도, 초음파 프로브(300)의 음향소자가 1차원으로 배열되어 있더라도, 초음파 프로브(300)는 1차원으로 배열된 음향소자를 기계적으로 이동시키면서 대상체 내부의 볼륨(Volume) 정보를 획득하여 3차원 초음파 영상을 생성할 수 있는 에코 초음파 신호를 본체(400)에 전달할 수 있다.
도 3은 음향소자의 모양에 따라 구분되는 여려 종류의 초음파 프로브의 내부 구조를 나타낸 도면이다.
도 2 와 도 3의 첫 번째에 도시된 프로브는 선형 배열 방식으로 일자 형태의 음향소자 모양을 가지는 직선형 프로브(Linear Probe)의 형태를 도시한 도면이다.
도 3 두 번째에 도신된 프로브는 곡선형(Convex) 프로브의 형태를 도시한 모습으로서, 표면이 볼록하기 때문에 부채꼴 모양의 영상이 만들어지며 복부(Abdomen) 등의 넓은 부위를 검사하는데 주로 사용된다. 초음파 프로브(300)의 기본적인 동작 원리는 직선형 프로브와 동일하다.
도 3 세 번째에 도시된 프로브는 Micro Convex 프로브의 형태를 도시한 모습으로서, 곡선형(Convex) 프로브의 효과를 그대로 가지면서 좁은 부위를 검사하는데 용이하도록 소형으로 설계된 특징을 갖고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 초음파 프로브(300)를 포함하고 있는 초음파 진단장치(1)의 내부 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 초음파 진단장치(1)는 송신부(310), 수신부(320), 계산부(330), 변환부(340), 및 제어부(350)를 포함할 수 있다. 계산부(330), 변환부(340), 및 제어부(350)는 진단 장치(1)에 내장된 시스템 온 칩(System On Chip, SOC)에 집적될 수 있다. 다만, 진단 장치(1)에 내장된 시스템 온 칩이 하나만 존재하는 것은 아니고, 복수 개일 수도 있으므로, 하나의 시스템 온 칩에만 집적되는 것으로 제한되지 않는다.
송신부(310)는 사용자의 제어명령에 대응하여, 초음파 신호를 대상체에 송신할 수 있다. 송신부(310)는 다양한 방식으로 구현된 음향소자(1000)를 이용하여 전기적 신호를 초음파 신호로 변환하고, 변환한 초음파 신호를 대상체에 송신할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 음향소자(1000)가 압전 초음파 트랜스듀서 엘리먼트로 구현된 경우, 송신부(310)는 압전층(piezoelectric layer)을 통해 전기적 신호를 초음파 신호로 변환할 수 있다.
구체적으로, 압전층은 압전체(Piezoelectiric Material)를 포함하며, 압전체에는 전기 신호를 연결하기 위한 전극이 형성되어 있어, 초음파 신호를 전기적 신호로 변환하거나 또는 전기적 신호에 따라 초음파 신호로 변환할 수 있다. 압전 초음파 트랜스듀서로 구현된 초음파 프로브(300)의 내부 구성에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
다른 예로, 음향소자(1000)가 압전형 미세가공 트랜스듀서로 구현된 경우, 송신부(310)는 압전층 보다 얇은 압전막(piezoelectric membrane)을 통해 전기적 신호를 초음파 신호로 변환하고, 변환한 초음파 신호를 대상체에 송신할 수 있다.
지금까지 초음파 프로브(300)를 포함하고 있는 초음파 진단 장치(1)의 동작 원리 및 구성에 대해 알아보았다. 이하에서는 첨부된 도면을 통하여 종래의 초음파 프로브가 가지고 있는 구조의 문제점과 본 발명의 특징에 대해 자세히 설명한다.
도 5는 종래 기술에 따른 초음파 프로브 내부의 음향소자의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
일반적으로 초음파 프로브는, 전기 신호와 초음파 신호를 직접 변환시키는 압전체(Piezoelectiric Material, 16)와 상기 압전체(16)의 외주면 소정 구간으로 압전체(16)와의 전기 신호 연결을 위해 형성된 전극(Electrode, 15,17)을 포함하고 있다. 압전체(16)와 전극(15,17)을 모두 포함하여 압전층으로 불리기도 한다.
또한, 초음파 프로브는 압전체(16)의 상부에 위치하고, 대상체(미도시)와 압전체(16)의 음향 임피던스(Acoustic Impedance) 차이를 감소시켜 대상체(미도시)로 초음파 신호가 보다 원활하게 전달되도록 하는 정합층(Matching Layer, 12,13)을 포함한다.
그리고 압전체(16)의 하부에 위치하며, 대상체(미도시)와 반대 방향으로 전달되는 초음파 신호를 반사하여 대상체(미도시)로의 초음파 신호 전달을 증폭시키는 반사층(Enhanced Layer, 18)를 포함할 수 있다.
정합층(12, 13)은 단일층으로 구성되기도 하고 도 4처럼 두 개의 정합층, 즉, 제 1정합층(13)과 제2정합층(12)으로 구성되거나 세 개 이상의 정합층으로 구성될 수도 있다.
또한, 초음파 프로브는 압전체(16) 또는 반사층(Enhanced Layer, 18)의 하부에 위치하고, 상기 대상체(미도시)의 반대 방향으로 전달되는 초음파 신호를 감쇄시키는 역할을 하는 흡음층(Backing Layer, 20)과 흡음블록(Backing Block, 21)을 포함하고 있다. 흡음층(20)과 흡음블록(21)은 흡음물질을 포함하고 있다.
또한, 초음파 프로브는 압전체(16)의 상부 전극(15) 또는 하부 전극(17)과 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판(14,19)를 포함하고 있다.
인쇄회로기판은 압전체(16)의 분극 방향 및 전기신호 연결에 따라 그라운드용 인쇄회로기판(14)과 시그널용 인쇄회로기판(19)로 나뉘어 지며 초음파 프로브의 내부 구조에서 기구적 조립을 위해 가요성(Flexibility)를 갖는 인쇄회로기판(FPCB, Flexible Printed Circuit Board)로 구성될 수 있다. 인쇄회로기판(14, 19)은 초음파 프로브 내부의 적층 구조 내부에서 상기 압전체(16)와 평행하게 삽입된다.
그리고 초음파 프로브는 제2 정합층 (12) 상부에 위치하여 대상체(미도시)와 직접 접촉하는 음향 렌즈(acoustic lens,11)를 포함하고 있다. 음향 렌즈(11)는 초음파 프로브의 적층 엘리베이션(Elevation) 방향에서 송신 초음파 신호를 소정의 위치에 집속(Focusing)시킬 수 있다.
도 5에 따른 종래 기술의 초음파 프로브의 경우, 그라운드용 인쇄회로기판(14)과 시그널용 인쇄회로기판(19)은 초음파 프로브의 음향소자 적층 구조 내부에서 압전체(16)의 상부 또는 하부에 압전체(16)와 평행하게 개재된다.
그러나 이러한 경우 인쇄회로기판(14,19)가 초음파 프로브의 음향소자 적층 구조 내부에 위치하기 때문에 초음파 프로브의 음향 특성이 인쇄회로기판(14, 19)의 재질 및 두께에 따라 영향을 많이 받게 되는 문제가 있다.
특히 초음파 프로브에서 사용되어지는 주파수가 높아질수록 상기 인쇄회로기판(14, 19)의 동박(Cu) 두께가 음향 특성에 미치는 영향이 더 커지게 되는데 이에 따라 인쇄회로기판(14,19)의 동박 두께를 더욱 박막화하는 것도 인쇄회로기판(14, 19) 또는 초음파 프로브의 제조공정상 제약이 따르는 문제가 있다.
도 6은 또 다른 종래 기술에 따른 초음파 프로브 내부의 음향소자의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 6에 따른 초음파 프로브의 경우, 도 5에 따른 초음파 프로브와 달리 인쇄회로기판(14, 19)이 초음파 프로브의 적층 구조 사이와 평행하게 개재되는 것이 아니라 그 적층 구조와 수직하게 배치되는 특징이 존재한다.
즉, 도 6을 참조하면 인쇄회로기판(14, 19)은 음향소자의 적층 구조와 수직하게 배치되면서 동시에 시그널용 인쇄회로기판(19)은 압전체(16)의 하부 전극(17)과 전기적으로 연결되고, 그라운드용 인쇄회로기판(14)은 상기 압전체(16)의 상부 전극(15)과 전기적으로 연결되는 것을 알 수 있다.
그러나 도 6에 따른 초음파 프로브의 경우 인쇄회로기판(14. 19)이 백킹 블록(21) 내부에 위치하기 때문에, 인쇄회로기판들(14.19)과 압전체(16)사이의 연결일 불안정해 질 수 있다. 따라서, 안정적인 전기적 연결을 위해 초음파 프로브의 제조공정이 복잡하게 되는 문제가 있다.
또한, 인쇄회로기판(14. 19)이 백킹블록(21) 내부에 위치하는 구조적 특성 때문에 온도 또는 습도 변화에 따라 인쇄회로기판(14, 19)이 수축하거나 팽창하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 압전체의 전기적 연결수단인 인쇄회로기판을 음향소자의 적층 구조 및 흡음 물질 외부에 배치시킴으로써, 인쇄회로기판이 음향 특성에 영향을 주지 않고, 초음파 프로브 제조공정이 보다 단순하게 될 수 있으며 제조 공정의 불량이 방지될 수 있도록 고안된 발명이다. 이하 첨부 도면들을 통하여 본 발명의 특징에 대해 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 다양한 실시 예를 설명하기 위해 첨부한 도면들은 본 발명의 요지를 명백하기 위하여 초음파 프로브의 구성요소 중 일부만을 도시한 것으로서, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하지만 도시되지 않은 하나 이상의 다른 구성요소가 존재할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 프로브의 음향 소자의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 프로브 내부의 음향소자(1000)는 음향 렌즈(110), 정합층(120, 130), 정합층의 적어도 일 측면에 배치되는 제 1연결부(140), 압전체(160), 압전체(160)의 상부 및 하부에 각각 전기적으로 구분 형성된 상부 전극(150)과 하부 전극(170), 하부 전극(170) 아래에 위치하며 전기 전도성을 갖는 전도성 부재(180), 전도성 부재(180)의 적어도 일 측면에 배치되는 제2연결부(190), 전도성 부재(180) 아래에 위치하는 흡음층(210)과 흡음층(210) 아래에 위치하는 흡음블록(220)을 포함할 수 있다.
그리고 도 7의 경우 제 1연결부(140)는 제 1정합층(130)의 양 측면에, 제 2연결부(190)는 전도성 부재(180)의 양 측면에 배치되는 모습으로 도시하였지만, 항상 양 측면에 배치되는 것은 아니고 제 1연결부(140)는 제 1정합층(130)의 어느 한 측면에만, 제 2연결부(190)는 전도성 부재(180)의 어느 한 측면에만 배치될 수 도 있다.
도 7에 따른 음향소자(1000)의 경우, 제 2정합층(120)의 상부에는 대상체(미도시)와 직접 접촉하는 음향 렌즈(acoustic lens,110)를 포함할 수 있다. 음향 렌즈(110)는 음향소자(1000)의 적층 엘리베이션(Elevation) 방향에서 송신 초음파 신호를 집속(Focusing) 시키는 역할을 할 수 있다.
정합층(Matching Layer; 120, 130)은 압전체(160)의 상부에 위치하여 대상체(미도시)와 압전체(160)의 음향 임피던스(Acoustic Impedance) 차이를 감소시키는 역할을 할 수 있다.
정합층(120, 130)은 단일의 층으로 형성될 수 있고 도 6에 도시한 바와 같이 복수의 층으로 형성될 수 있다. 복수의 층으로 형성될 경우 대상체(미도시)와 압전체(160)의 음향 임피던스의 차이가 보다 단계적으로 감소되어 상기 대상체(미도시)로 초음파 신호 전달이 보다 원활하게 될 수 있다. 정합층(120, 130)이 두 개의 층으로 형성된 경우 도 6에 도시된 것처럼 제2 정합층(120) 및 제1 정합층(130)으로 구분되어 형성될 수 있다.
정합층(120, 130)이 도6에 도시된 바와 같이 두 개의 층으로 형성된 경우 제 1정합층(130)이 전기 전도성을 갖는 재질로 형성 될 수 있다.
제 1정합층(130)이 전기 비전도성을 갖는 재질로 형성된 경우에는 정합층(120, 130)과 제1연결부(140) 또는 인쇄회로기판(200)과의 안정적인 전기적 연결을 위해 제 1정합층(120)의 외주면에는 스퍼터링(sputtering) 방식으로 전극이 형성 될 수 있다. 전극을 형성되는 방식이 이에 한하는 것은 아니며 전극이 형성될 수 있는 방식이면 다양하게 적용될 수 있다.
제1연결부(140)는 제 1정합층(130)의 적어도 한 측면에 배치되며 제 1연결부(140)는 음향소자(1000)의 적층 구조와 수직한 방향으로 압전체(160)의 길이보다 길게 연장되어 배치될 수 있다.
제1연결부(140)는 인쇄회로기판(200)과 결합될 수 있는데, 결합 방식으로는 제1연결부(140)가 인쇄회로기판(200)을 관통하는 형태 또는 인쇄회로기판(200)이 도 7에 도시된 바와 같이 제 1연결부(140)의 외측에 부착되는 형태로 결합되어 있을 수 있다. 또한, 결합된 제 1연결부(140) 및 인쇄회로기판(200)은 전기적으로 결합되어 있을 수 있다.
그리고 제 1연결부(140)는 제 1정합층(130)과 동일한 물질로서 제1정합층(130)과 일체로 형성될 수 있다.
또한, 제 1연결부(140)는 인쇄회로기판(200)에서 제1정합층(130) 방향으로 두께로 돌출된 인쇄회로기판(200)의 동박(Cu)층으로 구성될 수 있으며, 인쇄회로기판(200)과 제1정합층(130)의 전기적 결합을 위한 개스킷(Gasket), 그라운드 확장 필름 또는 전도성 탄성중합체(Elastomer)와 같은 별도의 전기적 연결수단으로 구성될 수 있다.
또한, 제1연결부(140)는 상술한 바와 같이 제1정합층(130)과 일체로 형성되거나 인쇄회로기판(200)에서 돌출된 동박(Cu)층이거나 또는 별도의 전기적 연결수단일 수 있음은 물론, 그 중 둘 이상이 결합된 것일 수도 있다.
또한, 제 1연결부(140)는 접착부재(미도시)를 이용하여 제1정합층(130) 및/또는 인쇄회로기판(200)과 결합될 수 있으며, 접착부재(미도시)는 테잎 또는 접착제, 에폭시 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
테잎을 이용하여 접착되는 경우 이방성 도전 테잎, 등방성 도전 테잎, 비전도성 도전 테잎 중 적어도 어느 하나를 이용하여 접착될 수 있으며, 접착제 또는 에폭시를 이용하는 경우 이방성 도전 접착제 또는 에폭시, 등방성 도전 접착제 또는 에폭시 및 비전도성 접착제또는 에폭시 중 적어도 어느 하나를 이용하여 접착될 수 있다.
압전체(160)는 제 1정합층(130) 하부에 위치하며, 전기 신호와 초음파 신호를 직접 변환시키는 역할을 한다. 그리고 압전체(160)의 외주면에는 압전체(160)와의 전기 신호 연결을 위해 전극(Electrode, 150, 170)이 형성될 수 있으며 상부 전극(150) 및 하부 전극(170)은 압전체(160)의 전기 신호 연결 방법에 따라 압전체(160)의 외주면에서 다양한 구간으로 형성 될 수 있다.
또한, 압전체(160)와 상부 전극(150) 및 하부 전극(170)을 포함하여 압전층으로 불리기도 한다.
압전체(160)는 압전체(160)에 전기 신호가 인가되면 기계적인 진동을 일으켜 초음파 신호를 발생시키며, 반대로 에코 초음파 신호가 수신되면 역으로 수신된 신호를 전기 신호로 변환시키는 역할을 한다.
따라서, 압전체(160)는 이러한 상호 변환 역할을 할 수 있도록 지르콘산티탄산연(PZT)의 세라믹, 마그네슘니오브산연 및 티탄산연의 고용체로 만들어지는 PZMT단결정 또는 아연니오브산연 및 티탄산연의 고용체로 만들어지는 PZNT단결정 등을 포함하는 압전물질 중에서 적어도 어느 하나 이상의 물질로 구성될 수 있으며, 그 구조 또한 단층 또는 다층의 적층 구조로 형성 될 수 있다.
전도성 부재(180)는 압전체(160) 하부에 위치하며 전기 전도성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 전도성 부재(180)는 대상체(미도시)와 반대 방향인 상기 압전체(160)의 하부 방향으로 전달되는 초음파 신호를 반사하여 상기 대상체(미도시) 방향으로의 초음파 신호 전달을 증폭시키는 역할을 할 수 있다.
따라서, 전도성 부재(180)는 이러한 역할을 할 수 있도록 대표적으로 텅스텐(Tungsten, WC) 재질로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 이와 유사한 기능을 할 수 있는 재질이면 이에 포함될 수 있다.
전도성 부재(180)가 전기 비전도성을 갖는 재질로 형성된 경우에는 전도성 부재(180)의 외주면에 스퍼터링(sputtering) 등의 방식으로 전극(미도시)이 형성될 수 있다. 전극 형성 방법 또한 스퍼터링 방법에 한하지 않으며 이와 유사한 다양한 방식으로 전극이 형성될 수 도 있다.
제2연결부(190)는 전도성 부재(180)의 적어도 한 측면에 배치되며, 압전체(160)보다 소정의 길이만큼 압전체(160)의 외측 방향으로 연장되어 배치될 수 있다. 따라서, 제2연결부(190)는 초음파 프로브의 적층 구조에서 외부로 돌출된 모습으로 배치될 수 있다.
제 2 연결부(190)는 음향소자(1000)의 적층 구조와 수직하게 배치되어 있으며 그와 동시에 적층 구조 외부에 배치되어 있는 인쇄회로기판(200)과 결합될 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 제 2연결부(190)는 제 2연결부(190)가 인쇄회로기판(200)을 관통하는 형태로 결합될 수 있으며, 인쇄회로기판(200) 외측에 부착되는 형태로 결합될 수 있다. 결합된 제2연결부(190)와 인쇄회로기판(200)은 전기적으로 결합되어 있을 수 있다.
그리고 제 2연결부(190)는 전도성 부재(180)와 동일한 물질로 구성될 수 있으며, 전도성 부재(180)와 일체로 형성되거나 또는 인쇄회로기판(200)에서 전도성 부재(180) 방향으로 돌출된 인쇄회로기판(200)의 동박(Cu)층으로 구성될 수 있다. 또한, 제 2연결부(190)는 인쇄회로기판(200)과 전도성 부재(180)와의 전기적 결합을 위한 별도의 전기적 연결수단으로 구성 될 수 있다.
제2연결부(190)은 상술한 바와 같이 전도성 부재(180)과 일체로 형성되거나 인쇄회로기판(200)에서 돌출된 동박(Cu)이거나 또는 별도의 전기적 연결수단일 수 있음은 물론, 그 중 둘 이상이 결합된 것일 수도 있다.
또한, 제 2연결부(190)는 접착부재(미도시)를 이용하여 전도성 부재(180) 및/또는 인쇄회로기판(200)가 결합될 수 있으며, 접착부재(미도시)는 테잎 또는 접착제, 에폭시중 어느 하나 이상이 될 수 있다.
테잎을 이용하여 접착되는 경우 이방성 도전 테잎, 등방성 도전 테잎, 비전도성 테잎 중 적어도 어느 하나를 이용하여 접착될 수 있으며, 접착제 또는 에폭시를 이용하는 경우 이방성 도전 접착제 또는 에폭시, 등방성 도전 접착제 또는 에폭시 및 비전도성 접착제 또는 에폭시 중 적어도 어느 하나를 이용하여 접착될 수 있다.
인쇄회로기판(200)은 음향소자(1000)의 적층 구조와 수직하게 배치되면서 동시에 적층 구조 외부에서 위치할 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 인쇄회로기판(200)은 음향소자(1000)의 적층 구조의 양측에 위치할 수 있으며, 도 6과 다르게 어느 한 쪽 방향에만 위치할 수 있다. 따라서 인쇄회로기판(200)의 수는 어느 특정한 것에 한정되지 않는다.
인쇄회로기판(200)은 제1 정합층(130)의 적어도 한 측면에 결합되어 있는 제 1연결부(140)의 측면과 수직적으로 결합될 수 있으며 동시에 전도성 부재(180)의 적어도 한 측면에 결합되어 있는 제 2연결부(190)와 결합될 수 있다. 이들은 전기적으로 결합될 수 있다.
압전체(160)의 분극 방향에 따라 제2연결부(190) 또는 제1연결부(140) 중 어느 하나는 압전체(160)의 전기적 시그널(Signal) 연결 수단이 될 수 있고, 다른 하나는 압전체(160)의 전기적 그라운드(Ground) 연결 수단이 될 수 있다. 본 발명의 경우 압전체(160)의 전기적으로 시그널 또는 그라운드 연결 방향이 어느 특정한 것에 한정되지 않는다.
인쇄회로기판(200)은 초음파 프로브의 내부 구조에서 기구적 조립을 위해 가요성(Flexibility)를 갖는 연성 인쇄회로기판(FPCB, Flexible Printed Circuit Board)을 포함할 수 있다.
전도성 부재(180)의 하부에 위치하는 흡음층(Backing Layer, 210)과 흡음블록(Backing Block, 220)은 대상체(미도시)의 반대 방향으로 전달되는 초음파 신호를 감쇄시키는 역할을 할 수 있으며, 초음파 프로브의 제작방식에 따라 흡음층(210) 없이 상기 흡음블록(220)만으로 구성될 수도 있다.
이상 도 7을 통하여 본 발명의 기본적인 초음파 프로브 내부의 음향소자(1000)의 구조에 대해 알아보았다. 이하 도면들을 통하여 본 발명의 다양한 실시예에 대해 알아본다.
도 8은 도 7의 실시예에 따른 제2연결부(190) 또는 제1연결부(140)와 결합되는 인쇄회로기판(200)의 모습을 도시한 도면으로서, 도7의 (a)는 복수 개의 홀(201)을 가지고 있는 인쇄회로기판(200)을, 도 7의 (b)는 슬롯(202)을 가지고 있는 인쇄회로기판(200)을 나타낸 것이다.
도 8을 참조하면, 제2 연결부(190)와 인쇄회로기판(200)은 제2연결부(190)가 인쇄회로기판(200)에 관통되는 방식으로 결합 될 수 있으므로, 인쇄회로기판(200)은 제 2연결부(190)와 결합되는 위치에 이들의 결합을 용이하게 하기 위한 적어도 하나의 관통 홀(Hall, 201) 또는 적어도 하나의 슬롯(Slot, 202)을 포함할 수 있다.
제2 연결부(190)와 홀(201) 또는 슬롯(202)은 상호 물리적으로 직접 결합되거나 전도성 혹은 비전도성 접속부재(미도시)가 중간에 개재되어 간접적으로 결합될 수 있으며, 어느 특정한 방식에 한정되지 않는다.
또한. 홀(201) 또는 슬롯(202)의 크기와 형상은 제 2연결부(190)와 인쇄회로기판(200)이 전기적으로 안정되게 결합될 수 있는 것이면 어느 특정한 것에 한정되지 않으며, 홀(201) 또는 슬롯(202)의 내벽은 인쇄회로기판(200)의 제작방식에 따라 효율적인 전기적 통전을 위해 도금(Plating)이 되어 있을 수 있다.
구성 방식에 따라 복수개의 음향소자(1000)로 분할된 경우 도 8 (a)에 도시한 바와 같이 복수 개의 홀(201)을 이용하여 개개로 끼움되는 방식으로 제 2연결부(190)와 인쇄회로기판(200)이 결합될 수 있다.
이와 다른 방식으로 초음파 프로브(300)의 제조 공정상 복수개의 음향소자(1000)로 분할이 되지 않은 경우, 도 8 (b)에 도시한 바와 같이 슬롯(202)을 이용하여 일체로 끼우는 방식으로 제 2연결부(190)와 인쇄회로기판이(200) 결합될 수 있다. 이러한 경우 결합이 된 후 복수 개의 음향소자(1000)로 분할 될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 초음파 프로브(300) 음향소자(1000)의 적층 구조를 나타낸 도면이며, 도 10의 (a) 와 (b)는 도 8의 실시 예에 따른 인쇄회로기판(200)의 모습을, 도 11는 도 9의 실시 예에 따라 제 2연결부(190)가 인쇄회로기판(200) 내측에 삽입되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 도 8에 따른 초음파 프로브(300) 음향소자(1000)의 경우, 도 6에 도시한 초음파 프로브(300) 음향소자(1000)와 전반적인 구조 및 적층 순서는 동일하나 제 2연결부(190)와 인쇄회로기판(200)이 결합되는 방식의 차이(도 8의 a 부분)가 존재한다.
즉, 도 7에 따른 음향소자(100)의 적층 구조의 경우 제2연결부(190)가 인쇄회로기판(200)을 관통하는 방식으로 결합되지만, 도 9에 따른 음향소자(1000) 적층 구조의 경우 인쇄회로기판(200)이 제2연결부(190)의 외벽에 부착되는 방식으로 결합된다.
따라서, 인쇄회로기판(200)은 제2연결부(190)와 결합되는 부분에 그 결합을 용이하게 하기 위해 도 10 (a)에 도시한 바와 같이 복수 개의 홀(203)이 구비될 수 있다. 이러한 경우 제2연결부(190)가 인쇄회로기판(200)의 외벽에 부착되는 방식으로 결합될 수 있으며, 제 2연결부(190)와 인쇄회로기판(200)의 전기적인 결합을 위해 홀(203)에는 인쇄회로기판(200)과 전기적으로 연결된 복수 개의 랜드(Land, 203)가 포함될 수 있다.
또한, 인쇄회로기판(200)은 복수 개의 홀(203)이 아닌 복수 개의 패드(Pad. 205)가 포함되어 결합을 용이하게 할 수 도 있다. 복수 개의 홀(203)과 랜드(204) 및/또는 복수 개의 패드(205)는 제 2연결부(190)와 전기적으로 결합되어 있을 수 있다.
도 10를 통하여 제 2연결부(190)와 인쇄회로기판(200)이 결합되는 방식 및 형태를 설명하였는데 이러한 방식 및 형태는 제 1연결부(140)와 인쇄회로기판(200)이 결합되는 경우도 동일하게 적용할 수 있다.
즉, 도 7 및 도 9의 제 1연결부(140)가 인쇄회로기판(200)의 외벽에 부착되는 방식으로 결합되는 경우, 그 결합을 용이하게 하기 위해 인쇄회로기판(200)에는 인쇄회로기판(200)의 회로구성과 전기적으로 연결된 홀(203)과 랜드(204) 및/또는 패드(205)가 포함될 수 있다. 그리고 이를 통하여 제 1연결부(140)와 인쇄회로기판(200)은 전기적으로 연결될 수 있다.
또한 제2연결부(190) 또는 제1연결부(140)와 연결되는 인쇄회로기판(200)의 홀(203)과 랜드(204) 및/또는 패드(205)는 인쇄회로기판(200)의 회로형성을 위해 적층 구성에 따라 상호간 단차를 이루도록 형성될 수 있다.
도 11은 도 9의 실시 예에 따라, 인쇄회로기판(200)의 체결부(206)를 이용하여 제 2연결부(190)와 인쇄회로기판(200)이 결합되는 또 다른 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 제 2연결부(190)의 일부가 인쇄회로기판(200)의 외벽보다 소정의 깊이 단차를 이루도록 형성된 체결부(206)에 삽입되는 방식으로 결합되는 것을 알 수 있다.
도 11에 도시한 바와 같이 결합되는 경우, 제 2연결부(190)의 일부가 인쇄회로기판(200)의 외벽보다 소정의 깊이 단차를 갖는 체결부(206)에 삽입되기 때문에 제 2연결부(190)와 인쇄회로기판(200)이 더 견고하게 결합될 수 있어 기구적으로 보다 안정적인 음향 소자(1000)를 구성할 수 있다.
도 12 ~ 도 14은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향소자(1000)의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 12에 따른 음향소자(1000)의 경우 음향 렌즈(110), 제2 정합층(120), 제1 정합층(130), 제 1정합층(130) 하부에 위치하는 압전체(160), 압전체(160)의 상부 및 하부에 각각 전기적으로 구분 형성된 전극(150, 170)과 하부 전극(170) 아래에 위치하는 흡음층(210) 및 흡음층(210) 아래에 위치하는 흡음블록(220)을 포함할 수 있다.
도 12에 따른 음향소자(1000)는 도 6에 따른 음향소자(1000)와 다르게 압전체(160) 아래에 위치하는 전도성 부재(180)와 전도성 부재(180)에 결합된 제 2연결부(190)가 존재하지 않는다.
대신, 도 12에 따른 음향소자(1000)의 경우 압전체(160) 아래에 바로 흡읍층(210)이 배치되며, 흡음층(210)의 적어도 한 측면에는 도 7의 제 2연결부(190)와 비슷한 역할을 하는 제 3연결부(230)가 배치될 수 있다. 그리고 인쇄회로기판(200)은 도 7과 비슷하게 음향소자(1000)의 적층 구조와 수직한 방향으로 음향소자(1000)의 외부에 배치되며 동시에 제 1연결부(140) 및 제 3연결부(230)와 결합될 수 있다.
도 12에 따른 음향소자(1000)의 흡음층(210)은 전기 전도성을 갖는 재질로 형성되거나 전기 비전도성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.
전기 비전도성 재질로 흡읍층(210)이 형성된 경우에는 흡음층(210) 외주면에 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법으로 전극(미도시)이 형성될 수 있다. 전극 형성 방식은 스퍼터링에 한하지 않으며, 이와 유사한 다양한 방식으로 형성될 수 있다.
도 12에 따른 음향소자(1000)의 경우, 인쇄회로기판(200)은 제 1연결부(140)의 외측에 부착되는 방식으로 제1연결부와 결합되며, 제 3연결부(230)와는 제 3연결부(230)가 인쇄회로기판(200)을 관통하는 방식으로 결합될 수 있다.
따라서, 제 1연결부(140)와 부착될 때는 도10 내지 도11의 방식에 따라, 제 3연결부(230)와 결합될 때에는 도 8의 방식에 따라 결합될 수 있다. 이러한 결합을 용이하게 위해 인쇄회로기판(200)에는 도 9에서처럼 복수 개의 홀(203)과 랜드(204) 및/또는 복수 개의 패드(205)를 포함할 수 있으며, 도 11에서처럼 인쇄회로기판(200)은 제 3연결부(230)의 일부가 인쇄회로기판(200)의 외벽보다 소정의 깊이 단차를 갖도록 형성되어 삽입되는 체결부(206)를 포함할 수 있다.
제 3연결부(230)가 인쇄회로기판(200)을 관통하는 방식으로 결합되는 경우에는 도 8에서 도시한 바와 같이 인쇄회로기판(200)은 제 3연결부(230)가 인쇄회로기판(200)을 관통할 수 있도록 복수 개의 홀(201) 또는 적어도 하나 이상의 슬롯(Slot, 202)이 포함될 수 있으며 복수 개의 홀(201)의 또는 슬롯(202)의 특성 및 결합 방법은 도 8 ~ 도 10에서 설명한 내용과 동일하다.
도 12의 경우, 인쇄회로기판(200)이 제 1연결부(140)와는 제 1연결부의 외측에 부착되며, 제3연결부(230)와는 관통되는 방식으로 결합되는 모습을 도시하였으나, 그와 달리 제 1연결부(140)와 관통되는 방식으로, 제 3연결부(230)와는 외측에 부착되는 방식으로 결합될 수도 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 음향소자(1000)의 적층구조를 나타낸 도면이다.
도7 과 도 13를 참조하면, 도 13의 음향소자(1000)의 경우 기본적인 적층 구조는 도 7에 도시한 음향소자(1000)의 적층 구조와 동일하지만 제 1정합층(130) 구조에 차이가 존재한다.
도 7에 따른 음향소자(1000)의 경우 제 1정합층(130)의 외측에 제 1연결부(140)가 위치하며, 제 1연결부(140)가 인쇄회로기판(200)과 결합되나, 도 14에 따른 음향소자(1000)의 경우 제 1연결부(140)는 존재하지 않으며 제 1정합층(130)이 적층 구조에 수직한 방향으로 양 측으로 연장되어 있다. 따라서, 이렇게 연장된 제 1정합층(130)이 인쇄회로기판(200)을 관통하여 인쇄회로기판(200)이 결합될 수 있다.
물론 도 13에 따른 음향소자(1000) 또한 인쇄회로기판(200)이 제 1정합층(130)의 연장부의 외측 및 제 2연결부(190) 외측에 부착되는 방식으로 결합이 이루어질 수도 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 음향소자(1000)의 적층구조를 나타낸 도면이다.
도 14에 따른 음향소자(1000)의 경우 음향소자의 구조는 도 6에 도시된 음향소자(1000)와 동일하나 인쇄회로기판(200)과 음향소자(1000)의 결합 강화를 위해 연결 부재(240) 및 지지부(250)가 추가되었다.
연결 부재(240)는 인쇄회로기판(200)과 제 2연결부(190)의 결합을 보다 강화시키기 위해 이용되는데 테잎 및/또는 접착제로 구성될 수 있다.
테잎을 이용하는 경우 이방성 도전 테잎, 등방성 도전 테잎 및 비전도성 테잎 중 적어도 하나를 포함하며 접착부재를 이용할 경우 이방성 도전 접착제, 등방성 도전 접착제 및 비전도성 접착제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
연결부재(240)는 인쇄회로기판(200)과 제 2연결부(190)의 전기적 접속이 이루어지는 위치에서 그 전기적 연결 및 기구적 연결을 강화시키므로 좀 더 안정정인 음향 소자(1000)를 구성할 수 있다.
지지부(250)는 일반적으로 인쇄회로기판(200)과 흡읍층(210) 및/또는 흡읍블록(220)을 결합하는데 사용될 수 있다.
지지부(250)는 볼트(Bolt), 클립(Clip), 개스킷(Gasket), 스페이서(Spacer) 또는 핀(Pin)을 포함한 다양한 기구적 체결수단 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 지지부(250)는 인쇄회로기판(200)과 흡음층(210) 및/또는 흡음블록(220)과의 결합을 기구적으로 보다 견고하게 지지하므로 좀 더 안정적인 음향 소자(1000)를 구성할 수 있다.
도 14의 경우 연결 부재(240)가 제 2연결부(190)와 인쇄회로기판(200)에 결합에 배치되는 것만 도시되었지만 이에 한정되는 것은 아니고 도 7, 도 9, 도 12 내지 도 14에서 표현되는 제 1연결부(140), 제 2연결부(190) 또는 제 3연결부(230)가 인쇄회로기판(200)과 결합되는데 같이 배치되어 전기적 연결 및 기구적 연결을 강화시킬 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 인쇄회로기판(200)의 다양한 모습을 나타낸 도면이다.
앞서 설명한 바와 같이 초음파 프로브(300)는 음향소자의 배열이 직선형 타입(Linear)이 아닌 곡선형(Convex) 타입으로 구성될 수 있다. 따라서 곡선형 타입으로 구성될 경우 인쇄회로기판(200) 또한 이에 따라 곡선형 타입으로 구성될 수 있다.
도 15의 (a), (b)에 도시된 인쇄회로기판(200)의 경우 인쇄회로기판(200)의 상부가 곡면으로 구성되었을 뿐, 도 8의 (a), (b)에 도시된 인쇄회로기판(200)과 동일한 특징을 갖고 있다.
즉, 도 15의 (a)의 인쇄회로기판(200)은 복수 개의 홀(203)과 랜드(204)를, 도 15의 (b)의 인쇄회로기판(200)은 복수 개의 패드(205)를 포함할 수 있다.
인쇄회로기판(200)은 도 15 (c)와 같이 인쇄회로기판(200)의 상단에 형성된 요철부(207)를 포함할 수 있다. 즉, 복수개로 분할된 음향 소자(1000)의 제1연결부(140), 제 2연결부(190) 또는 제 3연결부(230) 중 어느 하나가 인쇄회로기판(240)에 끼움 형식으로 결합되는 경우 이러한 결합을 용이하게 하기 위해 인쇄회로기판(200)은 요철부(207)를 포함할 수 있다.
이상 여러 도면을 통하여 본 발명의 다양한 구성 및 특징에 대해 알아보았다. 본 발명의 경우 종래 기술의 초음파 프로브와 다르게 인쇄회로기판이 음향 소자의 적층 구조 사이에 삽입되어 있지 않을 뿐만 아니라 흡음층 내부에도 포함되어 있지 않고 외부에 외치하기 때문에 인쇄 회로기판이 음향 특성에 영향을 주지 않을 수 있는 것에 그 특징이 존재한다.
지금까지 본 발명의 특징이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 균등의 범위에서 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 압전층;
    상기 압전층 상부에 배치되는 정합층;
    상기 압전층 하부에 배치되는 전도성 부재;
    상기 전도성 부재의 적어도 한 측면에 결합되는 제 2연결부;
    상기 제 2연결부의 측면에 결합되고 상기 제 2연결부에 전기적으로 결합되는 인쇄회로기판을 포함하는 초음파 프로브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은,
    상기 압전층, 상기 정합층 및 상기 전도성 부재의 적층 구조 외부에 위치하는 초음파 프로브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 부재는,
    음향 신호를 전반사 할 수 있는 반사층(Enhanced Layer)으로 구성된 초음파 프로브.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 부재는,
    음향 신호를 흡수 또는 감쇄시킬 수 있는 흡음층(Backing Layer)로 구성된 초음파 프로브.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 부재는,
    전기 전도를 위한 전극이 상기 전도성 부재의 외주면에 형성되는 초음파 프로브.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2연결부는,
    상기 전도성 부재와 동일한 물질로 구성된 초음파 프로브.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은,
    상기 제 2연결부가 관통되는 적어도 하나 이상의 홀(Hall) 또는 슬롯(Slot) 을 포함하고,
    상기 홀(Hall)과 상기 슬롯(Slot) 은 상기 인쇄회로기판의 회로 구성과 전기적으로 연결된 초음파 프로브.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은,
    상기 제 2연결부가 끼움되는 복수 개의 요철부 또는 상기 제 2연결부의 적어도 일부분이 상기 인쇄회로기판의 내측으로 삽입되는 체결부를 더 포함하며,
    상기 요철부와 상기 체결부는 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결된 초음파 프로브.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은,
    상기 제 2연결부와 결합되는 하나 이상의 홀(Hall)의 랜드(Land)를 포함하고,
    상기 랜드(Land)는 상기 인쇄회로기판의 외벽에 상기 홀(Hall)의 둘레를 따라 상기 홀(Hall)보다 크게 동박층으로 형성되며,
    상기 랜드(Land)는 상기 인쇄회로기판의 회로 구성과 전기적으로 연결된 초음파 프로브.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은,
    상기 제 2연결부와 결합되는 하나 이상의 패드(Pad)를 포함하고,
    상기 패드(Pad)는 상기 인쇄회로기판의 외벽에 동박층으로 형성되며 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결된 초음파 프로브.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 정합층은,
    전도성 물질을 포함하거나 또는 비전도성 물질로 구성되고,
    상기 비전도성 물질 외주면에는 전기 전도를 위한 전극이 형성된 초음파 프로브.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 정합층의 적어도 한 측면에 결합되는 제 1연결부를 더 포함하며
    상기 제 1연결부는,
    상기 정합층과 동일한 물질로 구성되거나 또는 상기 인쇄회로기판의 외벽에 형성된 동박층으로 구성되는 초음파 프로브.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1연결부는,
    상기 정합층과 상기 인쇄회로기판이 전기적으로 결합되도록 전기적 연결 수단을 포함하는 초음파 프로브.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1연결부는,
    접착부재를 이용하여 상기 정합층 및 상기 인쇄회로기판의 외벽과 결합되고,
    상기 제 2연결부는,
    접착부재를 이용하여 상기 전도성 부재 및 상기 인쇄회로기판의 외벽과 결합되는 초음파 프로브.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판에 결합되어 상기 인쇄회로기판이 상기 압전층, 상기 정합층 및 상기 전도성 부재의 적층구조 측면에 고정되도록 지지하는 지지부를 더 포함하는 초음파 프로브.
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