WO2013100242A1 - 신호경로가 일체로 된 하우징을 사용하는 초음파 트랜스듀서 - Google Patents

신호경로가 일체로 된 하우징을 사용하는 초음파 트랜스듀서 Download PDF

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flexible substrate
electrically connected
pattern
pattern circuit
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이수성
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Alpinion Medical Systems Co Ltd
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    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/106—Number of transducers one or more transducer arrays

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic transducer, and more particularly, to an ergonomic design freedom to improve the degree of freedom of the handle is small grip, excellent grip, easy to shield electromagnetic noise, the housing of the integrated signal path It relates to an ultrasonic transducer using a.
  • an ultrasound diagnostic system is a system that irradiates ultrasonic signals from a body surface of a subject toward a target site in the body, extracts information from reflected ultrasonic signals, and acquires images of soft tissue tomography or blood flow as non-invasive.
  • ultrasound diagnostic systems are compact, inexpensive, and real-time in comparison with other imaging tools such as X-ray scanners, computerized tomography scanners, magnetic resonance image scanners, nuclear medicine scanners, etc. It is possible to use, and there is no exposure of X-rays, etc., and thus has a high safety advantage.
  • the ultrasound diagnostic system includes a transducer for transmitting an ultrasound signal to the subject to obtain an ultrasound image of the subject and receiving an ultrasound signal reflected from the subject.
  • FIG 1 shows an example of an ultrasonic transducer according to the prior art.
  • the transducer 100 includes a scanhead 110 having a handle 111 and an array 112, and a cable assembly 120 connected to one side of the scanhead 110. And a system connector 130 connected to the opposite side of the scanhead 110 in the cable assembly 120 to connect with an ultrasonic diagnostic system (not shown).
  • the cable assembly 120 is used for transmitting and receiving signals between the scanhead 110 and the ultrasonic diagnostic system, one end of which is received in the housing 111 of the scanhead 110, a plurality of fine wires 121 are PCB It is connected to the substrate 122. On the other side, the plurality of fine wires 121 are connected to another PCB substrate 132 accommodated in the system connector 130 for connecting with the ultrasonic diagnostic system.
  • This system connector 130 can be a ZIF type connector, for example, and can be connected to ZIF by rotating the handle 131 protruding to the opposite side of the joining surface.
  • FIG. 2 is a view showing the flexible PCB on the array side and the PCB on the cable assembly side separated from each other through a pair of connectors in the scanhead shown in FIG. 1 with the housing omitted.
  • Perspective view In FIG. 2, as described above, it can be seen that a plurality of fine wires 121 provided in the cable assembly 120 are connected to the PCB substrate 122.
  • a pattern circuit serving as a signal path is provided, and a connector 124 electrically connected to the pattern circuit is mounted.
  • the array 112 although not shown in detail, a plurality of piezoelectric elements having an excitation electrode are arranged side by side on the backing material, and an acoustic matching layer is provided on the piezoelectric element. Acoustic lenses are stacked. Fillers may be embedded between the piezoelectric elements and between the acoustic matching layers.
  • the array 112 allows signals to be transmitted to the excitation electrodes of the respective piezoelectric elements by, for example, two flexible substrates 113 provided at the front and rear surfaces.
  • the flexible substrate 113 has a pattern circuit serving as a signal path on one side thereof, and is electrically connected to the electrodes of the respective piezoelectric elements.
  • the electrodes of each piezoelectric element may be connected in common by a metal fine wire and grounded.
  • the flexible board 113 is provided with a connection port 114 electrically connected to the pattern circuit.
  • the connector 114 is coupled to the connector 124 electrically connected to the thin wire 121 of the cable assembly 120, thereby making a connection for signal transmission and reception between the scanhead and the ultrasonic diagnostic system.
  • the user moves the scan head 110 of the transducer 100 configured as described above along the body surface of the subject or in contact with the body surface.
  • the array 112 with the flexible substrate 113 and the cable assembly 120 with the PCB substrate 122 are connected to the pair of connectors 114 and 124 as described above. While electrically connected by the housing 111, the housing 111 needs to secure a space in which the flexible substrate 113, the PCB substrate 122, and the pair of connection ports 114 and 124 can be accommodated. Accordingly, as the volume of the scan head 110 increases, there is a problem of inhibiting the miniaturization of the transducer 100.
  • the constraint of the space in the housing 111 reduces the ergonomic design freedom of the housing 111 and has a problem of acting as a limiting factor of the optimum design.
  • the present invention eliminates the PCB board on the cable assembly side and integrates the signal path provided by the PCB board with the housing, thereby minimizing the space required in the scan head, thereby improving the ergonomic design freedom and the size of the handle. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic transducer which is small in size and excellent in gripability.
  • Another additional object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer using a housing in which the signal path is integrated, which can easily shield electromagnetic noise.
  • Ultrasonic transducer the housing serving as a handle;
  • An array having a flexible substrate provided on one side of the housing and having a plurality of piezoelectric elements disposed side by side on a backing material and a pattern circuit electrically connected to the piezoelectric elements;
  • a cable assembly having a plurality of fine wires, wherein a signal path for electrically connecting the pattern circuit of the flexible substrate and the fine wires is integrally formed with the housing.
  • the flexible substrate is provided with a connection port electrically connected to the pattern circuit, the plurality of fine wires are electrically connected to the pattern circuit and the pattern circuit to form a signal path
  • An additional flexible substrate having corresponding splices is bonded to the housing.
  • the flexible substrate may include a connection port electrically connected to the pattern circuit, and the pattern circuit configured to electrically connect the plurality of fine wires to form a signal path may have an inner circumferential surface of the housing. It is formed directly in the, characterized in that the corresponding connecting port electrically connected to the pattern circuit is installed on the inner peripheral surface of the housing.
  • the size of the handle is small and excellent ultrasonic transducer There is an effect that can provide.
  • the effect which can shield an electromagnetic noise easily can also be acquired additionally.
  • FIG. 1 is a view showing an example of an ultrasonic transducer according to the prior art.
  • FIG. 2 is a perspective view of the scanhead illustrated in FIG. 1, in which the flexible substrate on the array side and the PCB substrate on the cable assembly side are separated from each other through a pair of connectors, and the housing is omitted.
  • FIG 3 is a cross-sectional view schematically showing a scan head of an ultrasonic transducer according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 3 and an enlarged view of a portion B.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating a scan head of an ultrasonic transducer according to a second embodiment of the present invention.
  • Ultrasonic transducer the housing serving as a handle;
  • An array having a flexible substrate provided on one side of the housing and having a plurality of piezoelectric elements arranged side by side on the backing material and a pattern circuit electrically connected to the piezoelectric elements;
  • a cable assembly having a plurality of fine wires, wherein a signal path for electrically connecting the pattern circuit of the flexible substrate and the fine wires is formed integrally with the housing.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a scan head of an ultrasonic transducer according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along a line A-A 'and FIG.
  • the ultrasonic transducer 300 As shown in these figures, the ultrasonic transducer 300 according to the first embodiment of the present invention, the housing 311 which serves as a handle; A plurality of piezoelectric elements (not shown) disposed on one side of the housing 311 and arranged side by side on the backing material, and a pattern circuit (not shown) electrically connected to these piezoelectric elements, and electrically connected with the pattern circuits.
  • An array 312 having a flexible substrate 313 having connectors 314 connected thereto; And further flexible with a plurality of thin wires 321, a pattern circuit 325 which is electrically connected to these signal wires to form a signal path, and a corresponding connector 324 which is electrically connected to the pattern circuit 325.
  • a cable assembly 320 with a substrate 322, wherein the additional flexible substrate 322 is bonded to the housing 311.
  • the housing 311 forms an appearance of the scan head 310, and is an ergonomically designed part that allows the user to grip the comfort when using the scan head 310, that is, the transducer 300.
  • a hollow space for accommodating components such as a flexible substrate 313 on the side of the array 312.
  • the housing 311 is characterized in that it is integral with the additional flexible substrate 322, as described in detail below, the housing 311
  • the inner space can be minimized to improve design freedom, and the handle size is reduced to have an excellent grip.
  • a plurality of piezoelectric elements having excitation electrodes are arranged side by side on the backing material, an acoustic matching layer is provided on the piezoelectric elements, and the acoustic lenses are stacked. Fillers may be embedded between the piezoelectric elements and between the acoustic matching layers.
  • the array 312 allows signals to be transmitted to the excitation electrodes of the respective piezoelectric elements by, for example, flexible substrates 313 provided on the front and rear surfaces thereof. In the present specification, the array 312 is not shown in detail to simplify the illustration. However, it describes and shows that the connection port 314 is electrically connected to the pattern circuit on one side of the flexible substrate 313.
  • the additional flexible substrate 322 may be integrated with the housing 311 as described above.
  • the additional flexible substrate 322 may be a housing. 311, for example, by means of an adhesive means such as an epoxy adhesive.
  • the additional flexible substrate 322 preferably includes a plurality of flexible polyimide films, but is not necessarily limited thereto and may include other materials that are moderately flexible and relatively strong.
  • the surface of the additional flexible substrate 322 is a malleable metal (e.g., gold, silver, copper, etc.) deposited on the surface by a known method of sputtering, plating, and etching. ), A metal pattern circuit 325 is formed. By properly selecting the thickness and width of the pattern, it is possible to sufficiently maintain the conductivity of the pattern circuit 325 while maintaining the relative flexibility and resilience, so that the additional flexible substrate 322 is placed in the interior space of the three-dimensional housing 311. Even if bonded, the pattern circuit is not damaged.
  • the interlayer structure of the additional flexible substrate 322 provided in the ultrasonic transducer 300 according to the first embodiment of the present invention is mainly focused on the order and function from the inner wall of the housing 311. Let's explain.
  • a first adhesive layer 331 such as an epoxy adhesive is applied to the inner wall of the plastic of the housing 311.
  • the first polyimide film 332 constituting one side boundary of the additional flexible substrate 322 is positioned on the first adhesive layer 331, and the copper foil layer 333 is positioned on the first polyimide film 332. do.
  • the copper foil layer 333 serves as a common ground for electric signals, and is disposed over the entire area of the first polyimide film 332. Minimizes interference and serves as a shield for electromagnetic waves that can withstand various electromagnetic noises from outside.
  • a second adhesive layer 334 made of acrylic adhesive or the like is provided on the copper foil layer 333.
  • the second polyimide film 335 is positioned on the second adhesive layer 334, and the pattern layer 336 is positioned on the second polyimide film 335.
  • a pattern circuit 325 (see FIG. 3) is formed in the pattern layer 336 by etching or the like, and as shown in FIG. 3, the thin wires 321 of the flexible substrate 313 of the array 312 and the cable assembly 320 are formed. ) To be electrically interconnected.
  • a third adhesive layer 337 made of acrylic adhesive or the like is provided on the pattern layer 336, and a third polyimide film 338 constituting the other boundary of the additional flexible substrate 322 is positioned and bonded thereto.
  • the third polyimide film 338 is for electrically and physically protecting the pattern layer 336.
  • a corresponding connector 324 (refer to FIG. 3) electrically connected to the pattern circuit 325 of the pattern layer 336 is mounted on the third polyimide film 338.
  • the corresponding connector 324 is coupled to the connector 314 on the side of the array 312 described above, thereby providing a flexible wire 313 of the array 312 and the thin wires of the cable assembly 320. 321 causes a signal to be transmitted.
  • This additional flexible substrate 322 must first be designed in a plane to match the internal curvature and shape of the housing 311, and this design can be easily made using a known 3D design tool. Description thereof will be omitted in the specification.
  • the additional flexible substrate 322 is manufactured separately, and then adhered to the housing 311 through an adhesive means, that is, the first adhesive layer 331, and then the fine wires of the corresponding connector 324 and the cable assembly 320 described above. Solder each of the 321 to connect. In this case, a portion of the pattern layer 336 may be partially exposed from the third polyimide film 338 for soldering.
  • the additional flexible substrate 322 may be manufactured separately, and then soldered and connected to the corresponding wires 324 and the fine wires 321 of the cable assembly 320, respectively, and then bonded to match the shape of the housing 311. .
  • the cable assembly 320 a plurality of fine wires 321 are arranged in the inner side of the flexible shell. Between the outer shell and the thin wires 321, a cylindrical jacket shield (not shown) having an electron shield characteristic is positioned. This jacket shield is grounded and shields the fine wires 321 from the interference of electromagnetic noise in the cable assembly 320.
  • Jacketed shields are, for example, foil or mesh shields made of copper, aluminum, tinned copper, silver plated copper, nickel plated copper, alloys or metallized polymers.
  • a part of the jacket shield is energized so as to be energized with the copper foil layer 333 (see FIG. 4) exposed to a predetermined free space.
  • the jacket shield extension 323 formed by extending and protruding is soldered and connected to an exposed portion of the copper foil layer 333, electromagnetic noise in the housing 311 may be shielded. Accordingly, since the size of the shield space for shielding electromagnetic waves does not have to be increased, space constraints caused by the shield do not become a problem, and the design freedom of the housing 311 is improved.
  • the copper foil layer 333 is exposed in part to connect to the jacket shield extension 323 of the cable assembly 320 to a common ground, as well as the pattern layer 336. Also, a predetermined portion is exposed for connection with the corresponding connector 324. The remaining portions other than these exposed portions are covered with an insulator, that is, a polyimide film, in order to prevent a short circuit.
  • connection is completed by joining the corresponding connector 324 in the additional flexible substrate 322 integrated with the housing 311 with the connector 314 in the flexible substrate 313 of the array 312 to complete the connection.
  • a signal is transmitted between the flexible substrate 313 of FIG. 3) and the thin wires 321 of the cable assembly 320.
  • the length of the housing 311 is integrated by integrating an additional flexible substrate 322 on the cable assembly 320 side with the housing 311.
  • the design freedom of the width, thickness, and shape is greatly improved, and thus, there is an advantage of implementing an ultrasonic transducer having a small handle and excellent grip.
  • the ergonomic design even if the user is used for a long time, the pain and fatigue of the wrist is not caused, especially precise and fine operation is possible.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating a scan head of an ultrasonic transducer according to a second embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic transducer 500 includes a housing 511 serving as a handle; A plurality of piezoelectric elements (not shown) provided on one side of the housing 511 and arranged side by side on the backing material, a pattern circuit (not shown) electrically connected to these piezoelectric elements, and electrically connected with the pattern circuits.
  • An array 512 having a flexible substrate 513 having connectors 514 connected thereto; And a cable assembly 520 having a plurality of fine wires 521, the pattern circuits 525 of which the fine wires 521 are electrically connected to form a signal path are directly formed on an inner circumferential surface of the housing 511.
  • a corresponding connector 524 electrically connected to the pattern circuit 525 is provided on the inner circumferential surface of the housing 511.
  • a pattern circuit 525 is directly formed on the inner circumferential surface of the housing 511 without an additional flexible substrate, and a corresponding connector 524 electrically connected to the pattern circuit 525 is provided in the housing 511. Except for being installed on the inner circumferential surface of), the remaining components are the same as those of the above-described first embodiment.
  • the ultrasonic transducer 500 according to the second embodiment of the present invention the same components as those of the ultrasonic transducer 300 according to the first embodiment will be omitted. Shall be.
  • Ultrasonic transducer 500 is characterized in that the conventional PCB assembly side PCB substrate is removed and a pattern is formed directly on the housing 511.
  • injection coating MID: Molded Interconnect Device
  • the pattern formation by the injection coating forms an accurate pattern circuit 525 by laser treatment and plating on the inner circumferential surface of the three-dimensionally injected housing 511, and can be electrically connected to the circuit pattern of the flexible substrate 513. have.
  • the inside of the housing 511 is protruded to a predetermined height and a circuit pattern 525 is formed on the upper surface thereof.
  • a corresponding connector 524 electrically connected to the circuit pattern 525 is soldered and installed in the housing 511.
  • the connector 514 and 524 and the cable assembly 520 of the flexible substrate 513 of the array 512 are connected by these connectors.
  • a signal is transmitted between the thin lines 521 of FIG.
  • the housing 511 and the circuit pattern 525 are integrally formed to reduce the assembly process of the scan head 510 and the number of components. Since the thickness and size can be reduced, there is an advantage that can be miniaturized and slimmed.
  • the circuit pattern 525 is exposed only a predetermined portion for connection with the corresponding connector 524, the remaining portion that is not exposed may be covered with an insulator or the like to prevent a short circuit.
  • the PCB assembly side PCB board is removed, and the circuit pattern 525 is directly formed and integrated in the housing 511 to thereby integrate the length and width of the housing 511.
  • the design freedom in terms of thickness, shape, and shape is greatly improved, and thus, there is an advantage of implementing an ultrasonic transducer having a small handle and excellent grip.
  • the ergonomic design even if the user is used for a long time, the pain and fatigue of the wrist is not caused, especially precise and fine operation is possible.

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Description

신호경로가 일체로 된 하우징을 사용하는 초음파 트랜스듀서
본 발명은 초음파 트랜스듀서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체공학적인 설계 자유도를 향상시켜 손잡이의 크기가 작고 파지성이 우수하며, 전자기 노이즈를 용이하게 차폐할 수 있도록, 신호경로가 일체로 된 하우징을 사용하는 초음파 트랜스듀서에 관한 것이다.
일반적으로, 초음파 진단 시스템은 피검체의 체표로부터 체내의 목적 부위를 향하여 초음파 신호를 조사하고, 반사된 초음파 신호로부터 정보를 추출하여 연부조직의 단층이나 혈류에 관한 이미지를 무침습으로 얻는 시스템이다.
이러한 초음파 진단 시스템은 X-레이 검사장치, CT 스캐너(Computerized Tomography Scanner), MRI 스캐너(Magnetic Resonance Image Scanner), 핵의학 검사장치 등과 같은 다른 영상 진단장치와 비교할 때, 소형이고 저렴하며, 실시간으로 표시가능하고, X-레이 등의 피폭이 없어 안전성이 높은 장점이 있기 때문에, 심장, 복부내장, 비뇨기 및 생식기의 진단을 위해 널리 이용되고 있다.
특히, 초음파 진단 시스템은 피검체의 초음파 영상을 얻기 위해 초음파 신호를 피검체로 송신하고, 이 피검체로부터 반사되어 온 초음파 신호를 수신하기 위한 트랜스듀서를 포함한다.
도 1에는 종래기술에 따른 초음파 트랜스듀서의 한 예가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 트랜스듀서(100)는 손잡이용 하우징(111) 및 어레이(Array; 112)를 구비한 스캔헤드(Scanhead; 110), 이 스캔헤드(110)의 일측에 연결되는 케이블 조립체(120), 및 이 케이블 조립체(120)에서 스캔헤드(110)의 반대측에 연결되어 초음파 진단 시스템(미도시)과 접속하는 시스템 커넥터(130) 등을 포함하고 있다.
케이블 조립체(120)는 스캔헤드(110)와 초음파 진단 시스템 사이의 신호 송수신을 위해 사용되는데, 그 일단은 스캔헤드(110)의 하우징(111) 내에 수용되면서 다수의 세선(細線; 121)이 PCB 기판(122)에 접속되어 있다. 반대쪽에서, 다수의 세선(121)은 초음파 진단 시스템과 접속하는 시스템 커넥터(130)에 수용된 다른 PCB 기판(132)에 접속된다. 이 시스템 커넥터(130)는 예컨대 ZIF형 커넥터로 될 수 있고, 접합면의 반대측으로 돌출한 핸들(131)을 회동시킴으로써 ZIF 접속할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 스캔헤드에서, 한 쌍의 접속구를 매개로 하여 상호 접속되는 어레이 쪽의 플렉시블(Flexible) 기판과 케이블 조립체 쪽의 PCB 기판을 분리하여 도시하되, 하우징을 생략한 채로 나타낸 사시도이다. 도 2에서는, 전술한 바와 같이, 케이블 조립체(120)에 구비되는 다수의 세선(121)이 PCB 기판(122)에 접속되어 있음을 볼 수 있다. 이 PCB 기판(122)의 일측면 상에는 신호경로인 패턴 회로가 구비되어 있으며, 이 패턴 회로와 전기적으로 연결되는 접속구(124)가 장착되어 있다.
한편, 어레이(112)는, 상세히 도시되어 있지는 않지만, 여진(勵振) 전극을 가지는 복수의 압전 소자가 배킹(Backing)재 상에 나란히 배치되어 있고, 압전 소자 상에는 음향 정합층이 설치되며, 또한 음향 렌즈가 적층된다. 각 압전 소자 사이 및 음향 정합층 간에는 충전재가 매설될 수 있다. 그리고 어레이(112)는 예를 들면 정면 및 배면에 설치된 2장의 플렉시블 기판(113)에 의해 각 압전 소자의 여진 전극으로 신호가 전송되게 한다.
플렉시블 기판(113)은 일측면에 신호경로인 패턴 회로를 갖추고 있으며, 각 압전 소자의 전극과 전기적으로 연결된다. 각 압전 소자의 전극은 금속 세선에 의해 공통으로 접속되어 접지될 수 있다. 플렉시블 기판(113)에는 그 패턴 회로와 전기적으로 연결되는 접속구(114)가 설치된다. 그리고 이 접속구(114)가 케이블 조립체(120)의 세선(121)과 전기적으로 연결되는 접속구(124)와 결합하게 됨으로써, 스캔헤드와 초음파 진단 시스템 사이의 신호 송수신을 위한 결선이 이루어지게 된다.
사용자는 원하는 초음파 영상을 얻기 위해, 전술한 바와 같이 구성된 트랜스듀서(100)의 스캔헤드(110)를 피검체의 체표를 따라 이동시키거나 체표에 접촉시킨 상태로 회전시키게 된다.
하지만, 종래의 초음파 트랜스듀서(100)에서는, 플렉시블 기판(113)을 갖춘 어레이(112)와 PCB 기판(122)을 갖춘 케이블 조립체(120)가 전술한 것처럼 한 쌍의 접속구(114, 124)에 의해 전기적으로 접속하게 되면서, 하우징(111)은 그 내부에 플렉시블 기판(113)과 PCB 기판(122) 및 한 쌍의 접속구(114, 124) 등이 수용될 수 있는 공간의 확보가 필요하게 되었다. 이에 따라 스캔헤드(110)의 부피가 커지게 되면서 트랜스듀서(100)의 소형화를 저해하는 문제점이 있었다.
더구나, 이러한 하우징(111) 내 공간의 제약성은 하우징(111)의 인체공학적인 설계 자유도를 줄이게 됨과 동시에 최적 설계의 제한 요소로 작용하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 사용자의 입장에서는 부피가 큰 스캔헤드(110)를 오랜 시간 동안 사용하게 됨으로써 손목의 통증 및 피로가 쉽게 유발되고, 이로 인해 조작성이 저하되는 결과를 초래하게 되었다.
이에 본 발명은 케이블 조립체 쪽 PCB 기판을 없애고 이 PCB 기판이 제공하던 신호경로를 하우징과 일체화함으로써, 스캔헤드 내의 필요 공간을 최소화시킬 수 있게 되어 인체공학적인 설계 자유도를 향상시키게 됨과 더불어, 손잡이의 크기가 작고 파지성이 우수하게 된 초음파 트랜스듀서를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 부가적인 목적은 전자기 노이즈를 용이하게 차폐할 수 있는, 신호경로가 일체로 된 하우징을 사용하는 초음파 트랜스듀서를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서는, 손잡이 역할을 하는 하우징; 상기 하우징의 일측에 설치되고, 배킹재 상에 나란히 배치된 복수의 압전 소자 및 상기 압전 소자와 전기적으로 연결되는 패턴 회로를 가진 플렉시블 기판을 구비한 어레이; 및 다수의 세선을 구비한 케이블 조립체를 포함하고, 상기 플렉시블 기판의 패턴 회로와 상기 세선을 전기적으로 상호 접속되게 하는 신호경로가 상기 하우징과 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서에서, 상기 플렉시블 기판에는 상기 패턴 회로와 전기적으로 연결되는 접속구를 구비하고, 상기 다수의 세선이 전기적으로 연결되어 신호경로를 구성하는 패턴 회로 및 상기 패턴 회로와 전기적으로 연결되는 대응 접속구를 구비하는 추가의 플렉시블 기판이 상기 하우징에 접착되는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서에서, 상기 플렉시블 기판에는 상기 패턴 회로와 전기적으로 연결되는 접속구를 구비하고, 상기 다수의 세선이 전기적으로 연결되어 신호경로를 구성하는 패턴 회로가 상기 하우징의 내주면에 직접 형성되어 있으며, 상기 패턴 회로와 전기적으로 연결되는 대응 접속구가 상기 하우징의 내주면에 설치되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 신호경로를 하우징과 일체화함으로써, 스캔헤드 내의 필요 공간을 최소화시킬 수 있게 되어 인체공학적인 설계 자유도를 향상시키게 됨과 더불어, 손잡이의 크기가 작고 파지성이 우수한 초음파 트랜스듀서를 제공할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면 부가적으로 전자기 노이즈를 용이하게 차폐할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 초음파 트랜스듀서의 한 예를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 스캔헤드에서, 한 쌍의 접속구를 매개로 하여 상호 접속되는 어레이 쪽의 플렉시블 기판과 케이블 조립체 쪽의 PCB 기판을 분리하여 도시하되, 하우징을 생략한 채로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 스캔헤드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 A-A'선 단면도 및 B부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 스캔헤드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서는, 손잡이 역할을 하는 하우징; 이 하우징의 일측에 설치되고, 배킹재 상에 나란히 배치된 복수의 압전 소자 및 이들 압전 소자와 전기적으로 연결되는 패턴 회로를 가진 플렉시블 기판을 구비한 어레이; 및 다수의 세선을 구비한 케이블 조립체를 포함하고, 플렉시블 기판의 패턴 회로와 세선을 전기적으로 상호 접속되게 하는 신호경로가 하우징과 일체로 형성된 것을 주요 특징으로 하고 있다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 스캔헤드를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3의 A-A'선 단면도 및 B부분 확대도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(300)는, 손잡이 역할을 하는 하우징(311); 이 하우징(311)의 일측에 설치되고, 배킹재 상에 나란히 배치된 복수의 압전 소자(미도시), 및 이들 압전 소자에 전기적으로 연결되는 패턴 회로(미도시), 그리고 이 패턴 회로와 전기적으로 연결되는 접속구(314)를 갖춘 플렉시블 기판(313)을 구비한 어레이(312); 및 다수의 세선(321), 이들 세선(321)이 전기적으로 연결되어 신호경로를 구성하는 패턴 회로(325) 및 이 패턴 회로(325)와 전기적으로 연결되는 대응 접속구(324)를 갖춘 추가의 플렉시블 기판(322)을 구비한 케이블 조립체(320)를 포함하되, 추가의 플렉시블 기판(322)은 하우징(311)에 접착되어 있다.
하우징(311)은 스캔헤드(310)의 외관을 이루며, 이 스캔헤드(310) 즉 트랜스듀서(300)의 사용시 사용자가 편안하게 파지할 수 있도록 인체공학적으로 설계된 부분이다. 하우징(311)의 내부에는 어레이(312) 쪽의 플렉시블 기판(313) 등과 같은 구성부품을 수용하기 위한 중공의 공간부가 형성되어 있다. 특히 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(300)에서 하우징(311)은 아래에 상세히 설명하는 바와 같이 추가의 플렉시블 기판(322)과 일체로 된 것을 주요 특징으로 하여서, 하우징(311) 내 공간을 최소화시킬 수 있게 되어 설계 자유도를 향상시키며 손잡이의 크기가 작게 되어 파지성이 우수하게 되는 효과가 있게 된다.
어레이(312)는, 여진 전극을 가지는 복수의 압전 소자가 배킹재 상에 나란히 배치되어 있고, 압전 소자 상에는 음향 정합층이 설치되며, 또한 음향 렌즈가 적층된다. 각 압전 소자 사이 및 음향 정합층 간에는 충전재가 매설될 수 있다. 그리고 어레이(312)는 예를 들면 정면 및 배면에 설치된 플렉시블 기판(313)에 의해 각 압전 소자의 여진 전극으로 신호가 전송되게 한다. 본 명세서에서, 어레이(312)는 도해를 간략히 하기 위해 상세히 도시되지 않는다. 다만, 플렉시블 기판(313)의 일측면에 패턴 회로와 전기적으로 연결되는 접속구(314)가 설치됨을 기술하고 도시한다.
추가의 플렉시블 기판(322)은 전술한 바와 같이 하우징(311)과 일체로 될 수 있으며, 이를 위해 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(300)에서는 추가의 플렉시블 기판(322)이 하우징(311)에 예컨대 에폭시 접착제 등과 같은 접착 수단에 의해 접착되는 것을 특징으로 한다.
추가의 플렉시블 기판(322)은 복수의 유연한 폴리이미드 필름(Polyimide Film)을 구비하는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되지 않고 적당히 유연하면서 비교적 강한 다른 재료를 포함해도 좋다. 추가의 플렉시블 기판(322)의 표면에는 공지의 스퍼터링(Sputtering), 도금 및 에칭(Etching) 등의 방법에 의하여, 그 표면에 증착되는 가단성(可鍛性) 금속(예컨대 금, 은, 동과 같은)으로부터 형성되는 금속의 패턴 회로(325)를 구비하고 있다. 패턴의 두께와 폭을 적절히 선택하면, 상대적인 유연성과 복원력을 유지하면서 패턴 회로(325)의 도전성을 충분히 유지할 수 있기 때문에, 추가의 플렉시블 기판(322)을 3차원적인 하우징(311)의 내부 공간에 접착하더라도 패턴 회로가 파손되는 일은 없다.
구체적으로, 도 4를 참조로 해서 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(300)에 구비된 추가의 플렉시블 기판(322)의 층간 구조물을 하우징(311)의 내벽부터의 순서와 기능 위주로 설명하기로 한다.
먼저 하우징(311)의 플라스틱으로 된 내벽에는 에폭시 접착제 등과 같은 제1접착층(331)이 도포된다. 이 제1접착층(331) 상에 추가의 플렉시블 기판(322)의 일측 경계를 구성하는 제1폴리이미드 필름(332)이 위치하고, 제1폴리이미드 필름(332) 상에 동박층(333)이 위치한다. 이 동박층(333)은 전기신호에 대한 공통의 접지 역할을 하는 것으로, 제1폴리이미드 필름(332) 상의 전 영역에 걸쳐 배치되어 있으며, 동작 중에 발생하는 전자기 노이즈를 최소한으로 하여 다른 기기에 대한 간섭을 최소화하고 외부로부터 들어오는 각종 전자기 노이즈에 대해서도 충분히 영향을 받지 않고 견딜 수 있게 하는 전자파 차폐 역할을 수행하게 된다.
동박층(333) 상에는 아크릴 접착제 등으로 된 제2접착층(334)이 구비된다. 그리고 이 제2접착층(334) 상에 제2폴리이미드 필름(335)이 위치하고, 제2폴리이미드 필름(335) 상에 패턴층(336)이 위치한다. 이 패턴층(336)에는 에칭 등의 방법에 의해 패턴 회로(325; 도 3 참조)가 형성되어 있어, 도 3에서처럼 어레이(312)의 플렉시블 기판(313)과 케이블 조립체(320)의 세선(321)들을 전기적으로 상호 접속되게 한다.
패턴층(336) 상에는 아크릴 접착제 등으로 된 제3접착층(337)이 구비되며, 그 위에 추가의 플렉시블 기판(322)의 타측 경계를 구성하는 제3폴리이미드 필름(338)이 위치하여 접착된다. 이 제3폴리미이드 필름(338)은 패턴층(336)을 전기적으로, 그리고 물리적으로 보호하기 위한 것이다. 또, 이 제3폴리이미드 필름(338) 상에는 패턴층(336)의 패턴 회로(325)와 전기적으로 연결되는 대응 접속구(324; 도 3 참조)가 장착되어 있다. 도 3을 다시 참조하면, 이 대응 접속구(324)가 전술한 어레이(312) 쪽의 접속구(314)와 결합하게 됨으로써, 어레이(312)의 플렉시블 기판(313)과 케이블 조립체(320)의 세선(321)들 사이에서 신호가 전송되게 한다.
이러한 추가의 플렉시블 기판(322)은 하우징(311)의 내부 곡률 및 형상에 맞도록 먼저 평면으로 설계되어야 하며, 이러한 설계는 공지의 3D 설계 툴(tool) 등을 이용하면 용이하게 이루어질 수 있으므로, 본 명세서에서는 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
추가의 플렉시블 기판(322)을 별도로 제조한 후 하우징(311)에다 접착수단, 즉 제1접착층(331)을 매개로 하여 접착한 다음, 전술한 대응 접속구(324) 및 케이블 조립체(320)의 세선(321)들을 각각 납땜하여 연결한다. 이때 패턴층(336)의 일부는 납땜을 위해 일부분 제3폴리이미드 필름(338)으로부터 노출될 수 있다.
혹은, 추가의 플렉시블 기판(322)을 별도로 제조한 후 대응 접속구(324) 및 케이블 조립체(320)의 세선(321)들을 각각 납땜하여 연결한 다음에 하우징(311)의 형상에 맞추어 접착할 수도 있다.
한편, 케이블 조립체(320)는, 다수의 세선(321)이 가요성을 가진 외피의 안쪽에 집합하여 배치된 것이다. 외피와 세선(321)들 사이에는, 전자실드 특성을 가진 통형상의 자켓실드(미도시)가 위치되게 된다. 이 자켓실드는 접지되고, 케이블 조립체(320) 내에서 세선(321)들을 전자기 노이즈의 간섭으로부터 차폐한다. 자켓실드는 예를 들면, 구리, 알루미늄, 주석 도금 구리, 은 도금 구리, 니켈 도금 구리, 합금 또는 금속화 된 중합체로 만들어진 호일 또는 망 형태의 실드이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(300)에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 소정의 여유 공간으로 노출되어 있는 동박층(333; 도 4 참조)과 통전되도록 자켓실드의 일부를 연장 돌출시켜 형성한 자켓실드 연장부(323)를 동박층(333)의 노출된 부위와 납땜하여 연결하면, 하우징(311) 내의 전자기 노이즈를 차폐할 수 있게 된다. 이에 따라, 전자파 차폐를 위한 실드 공간의 크기를 크게 키우지 않아도 되기 때문에, 실드에 의한 공간 제약이 문제가 되지 않아 하우징(311)의 설계 자유도가 향상되게 된다.
요약하면, 추가의 플렉시블 기판(322)에서, 동박층(333)은 케이블 조립체(320)의 자켓실드 연장부(323)와 공통 접지로 접속하기 위해 일부분이 노출되게 됨과 더불어, 패턴층(336)도 대응 접속구(324)와의 접속을 위해 소정 부분이 노출되게 된다. 이들 노출하고 있는 부분 이외의 나머지 부분은, 단락을 방지하기 위해 절연체, 즉 폴리이미드 필름으로 피복되어 있다.
하우징(311)과 일체로 된 추가의 플렉시블 기판(322)에 있는 대응 접속구(324)에다 어레이(312)의 플렉시블 기판(313)에 있는 접속구(314)를 결합하면 결선이 완료되어, 어레이(312)의 플렉시블 기판(313)과 케이블 조립체(320)의 세선(321)들 사이에서 신호가 전송되게 된다.
*이상과 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(300)에 의하면, 케이블 조립체(320) 쪽 추가의 플렉시블 기판(322)을 하우징(311)과 일체화함으로써, 하우징(311)의 길이와 폭, 두께, 그리고 형상에 대한 설계 자유도가 대폭 향상되어 손잡이의 크기가 작고 파지성이 우수한 초음파 트랜스듀서를 구현할 수 있는 장점이 있게 되는 것이다. 여기에다 인체공학적인 설계가 부가됨으로써, 사용자가 오랜 시간 동안 사용하더라도 손목의 통증 및 피로가 유발되지 않게 되며, 특히 정밀하고 미세한 조작이 가능하게 된다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 스캔헤드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(500)는, 손잡이 역할을 하는 하우징(511); 이 하우징(511)의 일측에 설치되고, 배킹재 상에 나란히 배치된 복수의 압전 소자(미도시), 및 이들 압전 소자에 전기적으로 연결되는 패턴 회로(미도시), 그리고 이 패턴 회로와 전기적으로 연결되는 접속구(514)를 갖춘 플렉시블 기판(513)을 구비한 어레이(512); 및 다수의 세선(521)을 구비한 케이블 조립체(520)를 포함하고, 이들 세선(521)이 전기적으로 연결되어 신호경로를 구성하는 패턴 회로(525)가 하우징(511)의 내주면에 직접 형성되어 있으며, 패턴 회로(525)와 전기적으로 연결되는 대응 접속구(524)가 하우징(511)의 내주면에 설치되어 있다.
본 발명의 제2실시예에서는 추가의 플렉시블 기판 없이 하우징(511)의 내주면에 패턴 회로(525)가 직접 형성되어 있고 이 패턴 회로(525)와 전기적으로 연결되는 대응 접속구(524)가 하우징(511)의 내주면에 설치된 점만 제외하고, 나머지 구성요소들은 전술한 제1실시예의 구성요소들과 동일하다. 이에, 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(500)를 설명함에 있어, 제1실시예에 의한 초음파 트랜스듀서(300)와 동일한 구성요소에 대해서는 그 구조 및 기능의 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(500)는 종래의 케이블 조립체 쪽 PCB 기판을 없애고 하우징(511)에다 직접 패턴을 형성한 것을 특징으로 한다. 이를 위해 사출코팅(MID: Molded Interconnect Device) 기술을 이용한다. 이 사출코팅에 의한 패턴 형성은 3차원적으로 사출한 하우징(511)의 내주면에 레이저 처리와 도금으로 정확한 패턴 회로(525)를 형성하여, 플렉시블 기판(513)의 회로 패턴과 전기적으로 연결시킬 수 있다.
이러한 사출코팅에 의한 패턴 형성은 이미 미국 특허에 출원되어 등록된 US 6,490,168호와 US 5,825,633호에 자세히 개시되어 있으므로, 본 명세서에서는 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(500)에서, 하우징(511)의 내부를 소정의 높이로 돌출시키고 그 상면에 회로 패턴(525)을 형성한다. 그 다음에, 이 회로 패턴(525)과 전기적으로 연결되는 대응 접속구(524)를 하우징(511) 내에 납땜하여 설치한다. 대응 접속구(524)와 어레이(512) 쪽 플렉시블 기판(513)의 접속구(514)가 결합되게 함으로써, 이들 접속구(514, 524)에 의해 어레이(512)의 플렉시블 기판(513)과 케이블 조립체(520)의 세선(521)들 사이에서 신호가 전송되게 된다. 이와 같이, 하우징(511)과 회로 패턴(525)을 일체로 형성하여 스캔헤드(510)의 조립 공정과 구성요소의 수를 줄이고, 종래의 PCB 기판으로 발생하던 공간이 필요 없어 하우징(511)의 두께 및 크기를 줄일 수 있게 됨으로써 소형화 및 슬림화할 수 있는 장점이 있게 되는 것이다.
바람직하기로, 회로 패턴(525)은 대응 접속구(524)와의 접속을 위해 소정 부분만 노출되게 되며, 노출하고 있지 않은 나머지 부분은 단락을 방지하기 위해 절연체 등으로 피복될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 트랜스듀서에 의하면, 케이블 조립체 쪽 PCB 기판을 없애고 하우징(511)에 회로 패턴(525)을 직접 형성하여 일체화함으로써, 하우징(511)의 길이와 폭, 두께, 그리고 형상에 대한 설계 자유도가 대폭 향상되어 손잡이의 크기가 작고 파지성이 우수한 초음파 트랜스듀서를 구현할 수 있는 장점이 있게 되는 것이다. 여기에다 인체공학적인 설계가 부가됨으로써, 사용자가 오랜 시간 동안 사용하더라도 손목의 통증 및 피로가 유발되지 않게 되며, 특히 정밀하고 미세한 조작이 가능하게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATION
본 특허출원은 2011년 12월 30일 한국에 출원한 특허출원번호 제 10-2011-0147016 호에 대해 미국 특허법 119(a)조(35 U.S.C § 119(a))에 따라 우선권을 주장하면, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다. 아울러, 본 특허출원은 미국 이외에 국가에 대해서도 위와 동일한 이유로 우선권을 주장하면 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims (10)

  1. 손잡이 역할을 하는 하우징;
    상기 하우징의 일측에 설치되고, 배킹재 상에 나란히 배치된 복수의 압전 소자 및 상기 압전 소자와 전기적으로 연결되는 패턴 회로를 가진 플렉시블 기판을 구비한 어레이; 및
    다수의 세선을 구비한 케이블 조립체를 포함하고,
    상기 플렉시블 기판의 패턴 회로와 상기 세선을 전기적으로 상호 접속되게 하는 신호경로가 상기 하우징과 일체로 형성된 초음파 트랜스듀서.
  2. 손잡이 역할을 하는 하우징;
    상기 하우징의 일측에 설치되고, 배킹재 상에 나란히 배치된 복수의 압전 소자 및 상기 압전 소자와 전기적으로 연결되는 패턴 회로를 가진 플렉시블 기판을 구비한 어레이; 및
    다수의 세선을 구비한 케이블 조립체를 포함하고,
    상기 플렉시블 기판에는 상기 패턴 회로와 전기적으로 연결되는 접속구를 구비하며,
    상기 다수의 세선이 전기적으로 연결되어 신호경로를 구성하는 패턴 회로 및 상기 패턴 회로와 전기적으로 연결되는 대응 접속구를 구비한 추가의 플렉시블 기판이 상기 하우징에 접착되는 초음파 트랜스듀서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 추가의 플렉시블 기판은,
    상기 하우징의 내벽에 배치되는 제1접착층 상에 위치하여 상기 추가의 플렉시블 기판의 일측 경계를 구성하는 제1폴리이미드 필름,
    상기 제1폴리이미드 필름 상에 위치하는 동박층,
    상기 동박층에 도포되는 제2접착층,
    상기 제2접착층 상에 위치하는 제2폴리이미드 필름,
    상기 제2폴리이미드 필름 상에 위치하는 패턴층,
    상기 패턴층 상에 구비되는 제3접착층, 및
    상기 제3접착층 상에 위치하여 상기 추가의 플렉시블 기판의 타측 경계를 구성하는 제3폴리이미드 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 케이블 조립체에 있는 자켓실드의 일부를 연장 돌출시켜 형성한 자켓실드 연장부를 상기 동박층의 노출된 부위와 납땜하여 연결하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제3폴리이미드 필름 상에는 상기 패턴층의 패턴 회로와 전기적으로 연결되는 상기 대응 접속구가 장착되되, 이를 위해 상기 패턴층의 일부분이 노출되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 대응 접속구에다 상기 어레이의 플렉시블 기판에 있는 접속구를 결합하여 결선하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  7. 손잡이 역할을 하는 하우징;
    상기 하우징의 일측에 설치되고, 배킹재 상에 나란히 배치된 복수의 압전 소자 및 상기 압전 소자와 전기적으로 연결되는 패턴 회로를 가진 플렉시블 기판을 구비한 어레이; 및
    다수의 세선을 구비한 케이블 조립체를 포함하고,
    상기 플렉시블 기판에는 상기 패턴 회로와 전기적으로 연결되는 접속구를 구비하며,
    상기 다수의 세선이 전기적으로 연결되어 신호경로를 구성하는 패턴 회로가 상기 하우징의 내주면에 직접 형성되어 있고, 상기 패턴 회로와 전기적으로 연결되는 대응 접속구가 상기 하우징의 내주면에 설치되는 초음파 트랜스듀서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 하우징의 내주면에는 사출코팅(MID: Molded Interconnect Device)을 이용하여 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 하우징에 형성된 패턴 회로와 상기 대응 접속구를 납땜하여 연결하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 대응 접속구에다 상기 어레이의 플렉시블 기판에 있는 접속구를 결합하여 결선하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
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