KR20030080883A - Pile method of ultrasonic probe using metching layer film - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 음향 정합층 제작 방법에 관한 것으로, 특히, 초음파 탐촉자의 사용 주파수에 맞는 물성과 두께를 갖는 음향 정합층을 제작하기 위해 여러 가지 고분자 화합물을 혼합하여 음향 정합층을 반경화 상태의 필름 형태로 제작하고, 제작되어진 음향 정합 필름을 열압착 라미네이션 방법(Lamination Method; 얇은 필름 모양의 것을 두 종류 이상 맞붙이는 방법)으로 초음파 탐촉자를 적층할 수 있도록 하는 초음파 탐촉자 음향 정합층 성형 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an acoustic matching layer, and in particular, in order to produce an acoustic matching layer having physical properties and thicknesses suitable for the frequency of use of an ultrasonic probe, a plurality of polymer compounds are mixed to form a film in a semi-cured state. The present invention relates to an ultrasonic transducer acoustic matching layer molding method for laminating ultrasonic transducers by lamination method (lamination method).
종래의 음향 정합층 성형 기술 및 초음파 탐촉자 적층 방법을 살펴보면, 액상의 에폭시 수지와 액상의 경화제와, 음향 임피던스(비중 및 음향 속도)를 조절하기 위하여 산화 알루미늄과 같은 금속 산화물을 혼합하여 액상의 음향 정합층 재료를 만든다.In the conventional acoustic matching layer forming technique and ultrasonic transducer laminating method, a liquid acoustic matching is performed by mixing a liquid epoxy resin, a liquid curing agent, and a metal oxide such as aluminum oxide to adjust the acoustic impedance (specific gravity and sound velocity). Make a layer material.
또한, 상기 음향 정합층 재료를 성형할 수 있도록 틀이 만들어진 초음파 탐촉자 세라믹에 액상 음향 정합층 재료를 부은 후 열이나 자외선 등의 경화 조건을 가하여 액상인 음향 정합층 재료를 경화시키며, 경화된 음향 정합층을 사용하는 초음파 탐촉자 주파수에 맞는 두께 치수로 가공하며, 음향 정합층이 완성된 세라믹에 전극을 연결하고 후면에 흡음층을 성형하여 초음파 탐촉자를 제작한다.In addition, the liquid acoustic matching layer material is poured into the ultrasonic transducer ceramic framed to mold the acoustic matching layer material, and then, curing conditions such as heat or ultraviolet rays are applied to cure the liquid acoustic matching layer material. Ultrasonic transducers using layers are processed into thickness dimensions that match the frequency, and ultrasonic transducers are fabricated by connecting electrodes to ceramics with acoustic matching layers and forming sound absorbing layers on the back.
그러나, 위에서 살펴 본 바와 같이 종래의 음향 정합층 성형 기술 및 초음파 탐촉자 적층 방법은 음향 정합층이 액상으로 성형되며, 이를 세라믹 윗면에 캐스팅하기 때문에 캐스팅을 위한 틀을 만들고 액상의 음향 정합층을 틀에 부어 경화시킨 후 캐스팅 틀을 떼어내는 공정과, 세라믹 윗면에 경화된 음향 정합층을 초음파 탐촉자의 사용 주파수에 맞는 두께로 가공하기 위한 평면 절삭이나 그라인딩과 같은두께 가공을 위한 공정과 두께를 측정하기 위한 별도의 공정이 필수적으로 추가되어 자동화 설비를 이용한 초음파 탐촉자를 제작하기 어려울 뿐만 아니라, 초음파 탐촉자를 제작하는데 비용과 시간이 많이 들어 이에 따른 제작비용이 많이 들어간다는 문제점이 있었다.However, as described above, in the conventional acoustic matching layer forming technique and the ultrasonic transducer laminating method, the acoustic matching layer is formed into a liquid phase, and is cast on the upper surface of the ceramic to form a mold for casting and to form a liquid acoustic matching layer on the mold. Process to remove the casting mold after hardening, and to measure the thickness and process for thickness processing such as plane cutting or grinding for processing the acoustic matching layer cured on the ceramic top to the thickness suitable for the ultrasonic frequency There is a problem in that it is difficult to manufacture the ultrasonic transducer using the automated equipment is added as a separate process is essential, as well as the manufacturing cost according to the cost and time to manufacture the ultrasonic transducer.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 세라믹에서 발생되는 초음파 신호를 인체내부에 손실없이 전송시키기 위해 상기 세라믹의 음향임피던스와 인체의 음향임피던스의 중간값 특성을 가질 수 있도록 여러 가지 고분자 화합물을 혼합하여 필름 형태로 제작된 음향 정합층 필름을 이용하여 초음파 탐촉자를 적층함으로써, 초음파 탐촉자를 제작하는데 드는 비용 및 시간을 절감할 수 있도록 한 초음파 탐촉자 음향 정합층 제작 방법 및 적층 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above conventional problems, the object of the present invention is to transmit the ultrasonic signal generated in the ceramic without loss in the human body, the median value of the acoustic impedance of the ceramic and the acoustic impedance of the human body Ultrasonic transducer acoustic matching layer to reduce the cost and time required to manufacture the ultrasonic transducer by laminating the ultrasonic transducer using an acoustic matching layer film made of a film form by mixing various polymer compounds to have characteristics It is providing the manufacturing method and lamination method.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 초음파 탐촉자 음향 정합층 제작 방법은, 고상의 비스페놀 A 타입 에폭시 수지 10 ~ 30 중량 % 와, 액상의 비스페놀 F 타입 에폭시 수지 10 ~ 30 중량 % 및 고상의 페녹시 수지 10 ~ 50 중량 % , 그리고 메틸에틸케톤과 톨루엔이 혼합된 솔벤트 10 ~ 70 중량 % 를 포함하는 제 1 조성물을 제조하는 단계와,In order to achieve the above object, the ultrasonic probe acoustic matching layer manufacturing method of the present invention comprises 10 to 30% by weight of solid bisphenol A type epoxy resin, 10 to 30% by weight of liquid bisphenol F type epoxy resin and solid phenoxy. Preparing a first composition comprising 10 to 50 wt% of a resin and 10 to 70 wt% of a solvent in which methyl ethyl ketone and toluene are mixed;
상기 제 1 조성물에 액상의 경화제 15 ~ 50 중량 % 를 포함하는 제 2 조성물을 제조하는 단계와,Preparing a second composition comprising 15 to 50% by weight of a liquid curing agent in the first composition;
상기 제 2 조성물에 음향 임피던스 조절용 무기물 입자 30 ~ 70 중량 % 를 포함하는 제 3 조성물을 제조하는 단계와,Preparing a third composition comprising 30 to 70 wt% of the inorganic particles for controlling acoustic impedance in the second composition;
이형지 필름위에 상기 제 3 조성물을 30 ~ 50 ㎛ 두께를 갖는 반 경화상태의 필름 형태로 음향 정합층을 제작하는 음향 정합층 제작단계와,An acoustic matching layer manufacturing step of manufacturing an acoustic matching layer in a semi-cured film form having a thickness of 30 to 50 μm on the release paper film;
상기 음향 정합층의 한면에 12 ~ 25 ㎛의 두께를 갖는 에폭시 수지로 이루어진 접착력 증강층을 적층하는 접착력 증강층 적층단계와,An adhesive strength enhancing layer laminating step of laminating an adhesion enhancing layer made of an epoxy resin having a thickness of 12 to 25 μm on one surface of the acoustic matching layer;
상기 접착력 증강층이 적층된 음향 정합층에 열압착 라미네이션 방법을 이용하여 초음파 신호를 발생하는 세라믹을 적층하는 세라믹 적층단계, 및A ceramic laminating step of laminating a ceramic for generating an ultrasonic signal by using a thermocompression lamination method on an acoustic matching layer in which the adhesion strength enhancing layer is laminated, and
상기 접착력 증강층에 적층된 세라믹에 초음파 신호가 발생할 때 인체의 스캔 방향이 아닌 초음파 탐촉자 내부 방향으로 전송되는 것을 방지하기 위한 흡음층을 적층하는 흡음층 적층단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.When the ultrasonic signal is generated in the ceramic laminated on the adhesion strength layer is characterized in that the sound absorbing layer stacking step of stacking the sound absorbing layer for preventing the transmission in the direction of the ultrasonic transducer rather than the scan direction of the human body.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 정합층 필름을 이용한 초음파 탐촉자 적층 방법을 나타낸 순서도,1 is a flow chart showing an ultrasonic transducer laminating method using an acoustic matching layer film according to an embodiment of the present invention,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 정합층 필름을 이용한 초음파 탐촉자 적층 방법에서 적층 구조를 나타낸 도면이다.2 is a view showing a laminated structure in the ultrasonic transducer laminating method using an acoustic matching layer film according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 음향 정합층 200 : 접착력 증강층100: acoustic matching layer 200: adhesive strength enhancement layer
300 : 세라믹 400 : 흡음층300: ceramic 400: sound absorption layer
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 음향 정합층 필름을 이용한 초음파 탐촉자 적층 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an ultrasonic transducer lamination method using an acoustic matching layer film according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 음향 정합층 필름을 이용한 초음파 탐촉자 적층 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2 는 음향 정합층 필름을 이용한 초음파 탐촉자 적층 방법에서 적층 구조를 나타낸 도면이다.1 is a flowchart illustrating an ultrasonic transducer lamination method using an acoustic matching layer film, and FIG. 2 illustrates a lamination structure in an ultrasonic transducer lamination method using an acoustic matching layer film.
본 발명을 도 2 에 도시한 바와 같이, 음향 정합층(100), 접착력증강층(200), 세라믹(300) 및 흡음층(400)으로 구성되며, 상기 음향 정합층(100)은 초음파 탐촉자에서 발생되는 초음파 신호를 세라믹(300)의 음향임피던스와 인체의 음향임피던스의 중간값의 특성을 갖도록 하여 인체내부에 상기 초음파 신호가 손실없이 전송시켜 주는 역할을 한다.As shown in FIG. 2, the acoustic matching layer 100, the adhesion enhancing layer 200, the ceramic 300, and the sound absorbing layer 400 are formed, and the acoustic matching layer 100 is formed of an ultrasonic probe. The ultrasonic signal is generated to have the characteristics of the intermediate value between the acoustic impedance of the ceramic 300 and the acoustic impedance of the human body to transmit the ultrasonic signal without loss in the human body.
또한, 상기 접착력 증강층(200)은 상기 음향 정합층(100)이 세라믹(300)에 적층될 때 상기 세라믹(300)의 전면에 용이하게 접착될 수 있도록 접착력을 증강시켜 주는 역할을 하고, 상기 세라믹(300)은 초음파 신호를 발생하는 역할을 한다.In addition, the adhesion strength enhancing layer 200 serves to enhance the adhesive force so that the acoustic matching layer 100 can be easily adhered to the front surface of the ceramic 300 when the acoustic matching layer 100 is laminated on the ceramic 300, The ceramic 300 serves to generate an ultrasonic signal.
또한, 상기 흡음층(400)은 상기 세라믹(300)으로부터 초음파 신호가 발생할 때 인체의 스캔 방향이 아닌 초음파 탐촉자 내부 방향으로 전송되는 것을 방지하는 역할을 한다.In addition, the sound absorbing layer 400 serves to prevent the ultrasonic signal from being transmitted to the inside of the ultrasonic probe rather than the scan direction of the human body when the ultrasonic signal is generated.
이하, 상기와 같이 구성된 음향 정합층 필름을 이용한 초음파 탐촉자 적층 방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the ultrasonic transducer lamination method using the acoustic matching layer film configured as described above is as follows.
도 1 및 도 2 에 도시한 바와 같이, 기계적인 믹서를 이용하여 80℃의 일정한 온도에서 고상의 비스페놀 A 타입 에폭시 수지 10 ~ 30 중량 % 와, 액상의 비스페놀 F 타입 에폭시 수지 10 ~ 30 중량 % 및 고상의 페녹시 수지 10 ~ 50 중량 % , 그리고 메틸에틸케톤과 톨루엔이 혼합된 솔벤트 10 ~ 70 중량 % 를 균일한 혼합물이 되게 혼합한다(S100).1 and 2, by using a mechanical mixer 10 to 30% by weight of a solid bisphenol A type epoxy resin at a constant temperature of 80 ℃, 10 to 30% by weight of a liquid bisphenol F type epoxy resin and 10 to 50% by weight of the solid phenoxy resin, and 10 to 70% by weight of the solvent mixed with methyl ethyl ketone and toluene are mixed to form a uniform mixture (S100).
또한, 같은 기계적인 믹서를 이용하여 상온에서 상기와 같이 조성된 제 1 조성물에 액상의 이미다졸계 경화제 15 ~ 50 중량 % 를 혼합한 후(S200), 상기 제 2 조성물에 음향 임피던스(비중 및 음향속도) 조절용 무기물 입자 30 ~ 70 중량 % 를 균일하게 혼합 한다(S300).In addition, after mixing 15 to 50% by weight of a liquid imidazole-based curing agent to the first composition, which is prepared as described above at room temperature using the same mechanical mixer (S200), the acoustic impedance (gravity and acoustic) to the second composition Speed) 30 to 70% by weight of the inorganic particles for control uniformly mixed (S300).
이때, 혼합되는 무기물 입자(inorganic powder)는 직경 0.1 ~ 20 ㎛ 의 크기를 갖는 산화규소 또는 산화알루미늄 등의 무기물 입자를 혼합하는데, 무기물 입자를 첨가하는 이유는 정확하고 균일한 음향 임피던스를 맞추기 위함이고, 상기 무기물 입자의 함량에 따라서 음향 정합층(100)의 밀도가 변하는데, 이에 따라서 정합되기 위한 정합층의 두께가 달라지기 때문에 원하는 음향 정합층(100)의 두께를 맞추기 위하여는 상기 공정을 여러번 반복하는 멀티코팅(multi-coating) 공정을 수행하여 두께를 조절한다.At this time, the mixed inorganic particles (inorganic powder) is mixed with inorganic particles, such as silicon oxide or aluminum oxide having a size of 0.1 ~ 20 ㎛ diameter, the reason for adding the inorganic particles is to match the accurate and uniform acoustic impedance According to the content of the inorganic particles, the density of the acoustic matching layer 100 changes, and thus the thickness of the matching layer to be matched varies, so that the process is repeated several times to match the desired thickness of the acoustic matching layer 100. The thickness is adjusted by performing a repeating multi-coating process.
한편, 상기 무기물 입자(inorganic powder)는 음향 정합층(100)의 구성 재료에 대하여 질량 조성비를 조절하여 음향 정합층(100)의 음향 임피던스값이 아래와 같은 조건식을 만족하도록 하여 압전 세라믹에서 발생된 초음파가 인체의 피부에 정합되도록 결정한다.On the other hand, the inorganic particles (inorganic powder) is ultrasonic wave generated in the piezoelectric ceramic by adjusting the mass composition ratio of the constituent material of the acoustic matching layer 100 so that the acoustic impedance value of the acoustic matching layer 100 satisfies the following conditional expression: Determine to match the skin of the human body.
=∼이고, = To ego,
이때, 상기 ZL: acoustic impedence of matching layer,At this time, the Z L : acoustic impedence of matching layer,
ZP: acoustic impedence of piezoceramic,Z P : acoustic impedence of piezoceramic,
ZT: acoustic impedence of tissue,Z T : acoustic impedence of tissue,
Z : acoustic impedence (= ρ·с),Z: acoustic impedence (= ρ · с),
ρ : density,ρ: density,
с : acoustic speedс: acoustic speed
이어서, 상기와 같이 조성된 제 3 조성물을 닥터 블레이드(doctor blade)법으로 이형지 필름위에 50㎛ 범위 내에서 일정한 두께를 갖는 반 경화상태의 필름 형태로 음향 정합층(100)을 제작하는데, 이 때 일반 대류 오븐에서 솔벤트를 제거한다(S400).Subsequently, the acoustic composition layer 100 is manufactured in the form of a semi-cured film having a predetermined thickness on a release paper film by using a doctor blade method on a release paper film in a range of 50 μm. Remove the solvent from the common convection oven (S400).
상기와 같이 구성되어지는 필름의 두께는 아래의 식과 같이 발생되는 초음파 파장의 22 ~ 25%로 하여 정합층을 통과하는 초음파의 간섭 손실이 최소화 되도록 한다.The thickness of the film configured as described above is 22 to 25% of the ultrasonic wave wavelength generated as in the following formula so that the interference loss of the ultrasonic waves passing through the matching layer is minimized.
tL= 22% ~ 25% of lambda _Lt L = 22% to 25% of lambda _L
이때, 상기 tL: thickness of matching layer,Where t L : thickness of matching layer,
lambda _L : wave length in matching layer (= cL/ fo)lambda _L: wave length in matching layer (= c L / f o )
cL: acoustic speed in matching layer,c L : acoustic speed in matching layer,
fo: center frequencyf o : center frequency
이어서, 상기와 같이 제작된 음향 정합층(100)의 한면에 12 ~ 25 ㎛ 의 두께를 갖는 에폭시 수지로 이루어진 접착력 증강층(200)을 적층한 후(S500), 상기 접착력 증강층(200)이 적층된 음향 정합층(100)에 초음파 신호를 발생하는 세라믹을 적층한다(S600).Subsequently, after laminating an adhesion strength enhancement layer 200 made of an epoxy resin having a thickness of 12 to 25 μm on one surface of the acoustic matching layer 100 manufactured as described above (S500), the adhesion strength enhancement layer 200 is The ceramic for generating an ultrasonic signal is stacked on the stacked acoustic matching layer 100 (S600).
이때, 상기의 음향 정합층(100)에 많은 양의 무기물 입자를 함유할 경우, 음향 정합층(100)의 접착면적 중 접착력을 가지게 하는 수지(resin)의 면적이 작아지게 되어 접착력이 약해질 우려가 있으므로 음향 정합층(100)과 동등한 경화특성을 갖는 수지(resin) 구성에 무기물을 함유하고 있지 않은 접착력 증강층(200)을 라미네이션 방식 또는 doctor blade 방법으로 형성한다. 이 접착력 증강층(200) 또한 음향 정합층(100)의 열압착 라미네이션 공정시 열에 의하여 경화가 진행되며 세라믹(300)의 전면적에 접촉되면서 밀착성을 좋게한다.At this time, if the acoustic matching layer 100 contains a large amount of inorganic particles, the area of the resin (resin) that has the adhesion in the adhesion area of the acoustic matching layer 100 is small, the adhesive strength may be weakened Therefore, the adhesion enhancing layer 200 containing no inorganic matter is formed in a resin composition having a curing property equivalent to that of the acoustic matching layer 100 by a lamination method or a doctor blade method. The adhesion strength enhancement layer 200 is also hardened by heat during the thermocompression lamination process of the acoustic matching layer 100, and the adhesiveness is improved while being in contact with the entire surface of the ceramic 300.
상기 음향 정합층(100)을 라미네이션 공정에 의하여 세라믹(300) 위에 접합하는 공정은 가열,가압으로 진행되며, 가열은 반 경화 상태의 필름을 경화시키는 작용을 하게 되며, 가압은 접착력 증강층(200)이 세라믹(300) 표면에 압착되도록 하는 작용을 하게 되어, 결국 음향 정합층(100) 자체를 세라믹과 견고하게 접착시키는 것으로 음향 정합층(100)이 적층되게 된다.The process of bonding the acoustic matching layer 100 on the ceramic 300 by a lamination process is performed by heating and pressure, and heating is performed to cure the film in a semi-cured state, and pressurization is an adhesion enhancing layer 200. ) Is pressed to the surface of the ceramic 300, the sound matching layer 100 is firmly adhered to the ceramic eventually the sound matching layer 100 is laminated.
상기 접착력 증강층(200)에 적층된 세라믹(300)에 초음파 신호가 발생할 때인체의 스캔 방향이 아닌 초음파 탐촉자 내부 방향으로 전송되는 것을 방지하기 위한 흡음층(400)을 적층함으로써(S700), 초음파 탐촉자를 용이하게 제작할 수 있도록 한 것이다.When the ultrasonic signal is generated in the ceramic 300 laminated on the adhesion strength enhancement layer 200 by stacking a sound absorbing layer 400 to prevent the ultrasonic wave from being transmitted to the inner direction of the ultrasonic probe rather than the scanning direction of the human body (S700) It is to make the transducer easy to manufacture.
또한, 상기 음향 정합층(100)의 적층은 흡음층(400)위에 적층되어진 세라믹(300)을 설계 치수에 맞추어 절단하고, 절단된 세라믹(300)위에 필름 형태로 제작된 음향 정합층(100)을 라미네이션한 후, 이형지를 제거하는 것으로 이루어 진다.In addition, the stacking of the acoustic matching layer 100 cuts the ceramic 300 stacked on the sound absorbing layer 400 according to a design dimension, and the acoustic matching layer 100 manufactured in the form of a film on the cut ceramic 300. After laminating, the release paper is removed.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명 초음파 탐촉자 음향 정합층 제작 방법은, 세라믹에서 발생되는 초음파 신호를 인체내부에 손실없이 전송시키기 위해 상기 세라믹의 음향임피던스와 인체의 음향임피던스의 중간값의 특성을 갖는 음향정합층을 고분자 화합물을 혼합하여 반경화 상태의 필름 형태로 제작하고, 제작되어진 음향정합 필름을 열압착 라미네이션 방법으로 초음파 탐촉자의 세라믹에 간단히 적층 시킴으로써, 두께 가공을 위한 공정이나 두께를 측정하기 위한 별도의 공정이 필요 없어 자동화 설비를 이용한 초음파 탐촉자 제작이 용이할 뿐만 아니라, 초음파 탐촉자를 제작하는데 드는 비용 및 시간을 절약할 수 있다는 아주 뛰어난 효과가 있다.As described above, in the method of manufacturing the ultrasonic transducer acoustic matching layer of the present invention, in order to transmit the ultrasonic signal generated from the ceramic to the human body without loss, the acoustic matching has a characteristic of the intermediate value between the acoustic impedance of the ceramic and the acoustic impedance of the human body. A layer is prepared in a semi-cured film form by mixing a polymer compound, and the resulting acoustic matching film is simply laminated on a ceramic of an ultrasonic probe by a thermocompression lamination method to measure a thickness or a process for thickness processing. It is not only easy to manufacture ultrasonic transducers using automated equipment because there is no need for the process, and it is very effective to save cost and time required for manufacturing ultrasonic transducers.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| NORF | Unpaid initial registration fee |