(57)【要約】【課題】配線の表裏への引き回しや、基材のビア加工等の困難なプロセスが無く、容易に作成可能なデバイスの実装構造体を提供する。【解決手段】デバイスの実装構造体は、厚み０．２ｍｍ以下の基材と、基材の片面に設けられた電子部品と、基材の片面に設けられ、生体情報を取得する電極と、基材の片面に設けられ、電子部品と電極とを電気的に導通する配線と、基材、配線、電子部品、及び電極の一部を覆って補強する補強樹脂と、を備え、電極の表面は、補強樹脂で覆われず、補強樹脂から露出していると共に、電極の表面の高さは、基材、配線、電子部品及び電極を補強する補強樹脂の表面よりも高い。【選択図】図１
2020137934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み０．２ｍｍ以下の基材と、
前記基材の片面に設けられた電子部品と、
前記基材の前記片面に設けられ、生体情報を取得する電極と、
前記基材の前記片面に設けられ、前記電子部品と前記電極とを電気的に導通する配線と、
前記基材、前記配線、前記電子部品、及び前記電極の一部を覆って補強する補強樹脂と、
を備え、
前記電極の表面は、前記補強樹脂で覆われず、前記補強樹脂から露出していると共に、前記電極の表面の高さは、前記基材、前記配線、前記電子部品及び前記電極を補強する前記補強樹脂の表面よりも高い、デバイスの実装構造体。
【請求項２】
前記基材は、熱可塑性樹脂である、請求項１に記載のデバイスの実装構造体。
【請求項３】
前記配線は、Ａｇ系のペーストを塗布して形成されている、請求項１または２に記載のデバイスの実装構造体。
【請求項４】
前記生体情報を取得する電極において、
電極裏面の少なくとも一部は、前記配線と導通する導電性を有し、
前記電極裏面は、前記配線と電気的に導通している、請求項１から３の何れかに記載のデバイスの実装構造体。
【請求項５】
前記生体情報を取得する電極において、
前記電極裏面と前記配線を形成する配線材とをはんだ合金により電気的に導通している、請求項４に記載のデバイスの実装構造体。
【請求項６】
前記はんだ合金は、融点が１６０℃以下である、請求項５に記載のデバイスの実装構造体。
【請求項７】
前記生体情報を取得する電極は、銀を含有する、請求項１から６の何れか一項に記載のデバイスの実装構造体。
【請求項８】
前記補強樹脂の貯蔵弾性率は、１００ＭＰａ・ｓ以下である、請求項１から７の何れか一項に記載のデバイスの実装構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報を取得する電極をフレキシブルな基材上に備えたデバイスの実装構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクス分野において、電子機器を衣服と一体化したり、肌に貼り付けたりして使用する電子機器のウエアラブル化の研究開発及び実用化が進んでいる。このようなウエアラブルデバイスは柔軟性が要求され、その場合、プリント基板や配線材も柔軟な素材を使用する必要性が高まってきている。デバイスの柔軟性を活かし、生体に装着し、生体の心電や筋電などの情報をするデバイスも実用化されてきている。
【０００３】
柔軟な基材にはＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）やＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）などの熱可塑性フィルムや、伸縮性を有するウレタンフィルム等を使用する例がよく報告されている。これらは配線を多層化することが困難であり、配線はフィルムの表層を用いるのが一般的である。
【０００４】
また、生体情報を取得する為の電極は肌に密着する必要があり、生体電極と、生体電極の信号を処理する為のＩＣ等の部品とを結ぶ配線の引き回しは、上記フィルムを基材に用いる場合には、配線を表層しか形成できない。このため、配線の引き回し方には色々な工夫が必要である。
【０００５】
その場合の配線形成方法の一つとして、基材にビアホールを設ける方法が報告されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１８／１２３７３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のように、フレキシブルな熱可塑性フィルム基材にビアホールを設けることで、フィルムの表面と裏面の電気的信号の通信が可能となる。一方で、フィルム基材のビアホールをレーザー又はドリルで形成し、さらにビアホール内壁面を銅等の金属でめっきする必要があり、配線基板を形成する為の工程が増える。
【０００８】
本発明は、生体電極を備えたデバイスの実装構造体において、配線の表裏への引き回しや、基材のビア加工等の困難なプロセスが無く、容易に作成可能なデバイスの実装構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るデバイスの実装構造体は、以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、
厚み０．２ｍｍ以下の基材と、
前記基材の片面に設けられた電子部品と、
前記基材の前記片面に設けられ、生体情報を取得する電極と、
前記基材の前記片面に設けられ、前記電子部品と前記電極とを電気的に導通する配線と、
前記基材、前記配線、前記電子部品、及び前記電極の一部を覆って補強する補強樹脂と、
を備え、
前記電極の表面は、前記補強樹脂で覆われず、前記補強樹脂から露出していると共に、前記電極の表面の高さは、前記基材、前記配線、前記電子部品及び前記電極を補強する前記補強樹脂の表面よりも高いことを特徴とするデバイスの実装構造体を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るデバイスの実装構造体によれば、基材の片面に配線形成と電子部品搭載とを完結させている。これによって、配線の表裏への引き回しや、基材のビア加工等の困難なプロセスが無く、容易にデバイスの実装構造体が作製可能となる。さらに、生体情報を取得する為の電極の表面の高さは、基材や配線、電子部品及び電極を補強する補強樹脂よりも高いので、配線形成及び部品搭載面を生体に貼り付けた場合に、生体情報を取得する為の電極がより生体へ密着し易くなる。その結果、より高精度に生体情報を取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係るデバイスの実装構造体の断面構造を示す断面図である。
【図２】生体情報を取得する為の電極の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の態様に係るデバイスの実装構造体は、厚み０．２ｍｍ以下の基材と、
前記基材の片面に設けられた電子部品と、
前記基材の前記片面に設けられ、生体情報を取得する電極と、
前記基材の前記片面に設けられ、前記電子部品と前記電極とを電気的に導通する配線と、
前記基材、前記配線、前記電子部品、及び前記電極の一部を覆って補強する補強樹脂と、
を備え、
前記電極の表面は、前記補強樹脂で覆われず、前記補強樹脂から露出していると共に、前記電極の表面の高さは、前記基材、前記配線、前記電子部品及び前記電極を補強する前記補強樹脂の表面よりも高い。
【００１３】
上記構成によれば、生体情報を取得する為の電極の表面の高さは、基材や配線、電子部品及び電極を補強する補強樹脂よりも高いので、配線形成及び部品搭載面を生体に貼り付けた場合に、生体情報を取得する為の電極がより生体へ密着し易くなる。その結果、より高精度に生体情報を取得することが可能となる。
【００１４】
第２の態様に係るデバイスの実装構造体は、上記第１の態様において、前記基材は、熱可塑性樹脂であってもよい。
【００１５】
第３の態様に係るデバイスの実装構造体は、上記第１又は第２の態様において、前記配線は、Ａｇ系のペーストを塗布して形成されていてもよい。
【００１６】
第４の態様に係るデバイスの実装構造体は、上記第１から第３のいずれかの態様において、前記生体情報を取得する電極において、
電極裏面の少なくとも一部は、前記配線と導通する導電性を有し、
前記電極裏面は、前記配線と電気的に導通していてもよい。
【００１７】
第５の態様に係るデバイスの実装構造体は、上記第４の態様において、前記生体情報を取得する電極において、
前記電極裏面と前記配線を形成する配線材とをはんだ合金により電気的に導通していてもよい。
【００１８】
第６の態様に係るデバイスの実装構造体は、上記第５の態様において、前記はんだ合金は、融点が１６０℃以下であってもよい。
【００１９】
第７の態様に係るデバイスの実装構造体は、上記第１から第６のいずれかの態様において、前記生体情報を取得する電極は、銀を含有してもよい。
【００２０】
第８の態様に係るデバイスの実装構造体は、上記第１から第７のいずれかの態様において、前記補強樹脂の貯蔵弾性率は、１００ＭＰａ・ｓ以下であってもよい。
【００２１】
以下、実施の形態に係るデバイスの実装構造体について添付図面を用いて説明する。なお、添付図面において実質的に同じ部材については同じ参照符号を付している。
【００２２】
（実施の形態）
図１は、実施の形態に係るデバイスの実装構造体１０の断面構造を示す断面図である。なお。図１においては、デバイスの実装構造体１０の特徴をより明確にすべく、その一部を拡大して示している。
図１に示すように、実施の形態に係るデバイスの実装構造体１０は、厚み０．２ｍｍ以下のフィルム状基材２のある一方の面上に、生体情報を取得する為の電極１と、電子部品３と、配線４と、基材２や配線４、電子部品３及び電極１の一部を覆って補強する為の補強樹脂５とを備える。配線４によって、電子部品３と電極１とを電気的に導通する。ただし、電極１の表面は、補強樹脂で覆われてはいない。つまり、電極１は、生体（肌）７と接触可能なように補強樹脂５から露出している。
【００２３】
このデバイスの実装構造体１０は、生体情報を取得する為の電極１は、感知用電極と参照用電極の少なくとも２つ以上備える。
また、生体情報を取得する為の電極１は、生体（肌）７に密着し易いように、電極１の生体に接する面は、基材２や配線４、電子部品３及び電極１を補強する補強樹脂５の上面よりも高くなっている。
また、デバイスの実装構造体１０を生体（肌）に固定する為や水蒸気、水滴等の環境からデバイスの実装構造体１０を保護する為のカバーフィルム６を必要に応じて備えてもよい。
【００２４】
図２は、生体情報を取得する為の電極１の模式図である。
生体情報を取得する為の電極１は、生体（肌）７に接しており、電極表面１１と、電極裏面１３（配線に接する面）とは、電極の母体１２を通じて電気的に導通している。これにより、生体（肌）７を介した生体情報の信号が電極の肌に接する面（電極表面１１）から、配線４に接する面（電極裏面１３）まで伝わり、さらに配線４を通じて信号を処理する電子部品３まで生体情報の信号が伝わることになる。
【００２５】
実施の形態に係るデバイスの実装構造体によれば、生体に密着させる生体電極を備え、心電や筋電などの生体情報を生体に密着させる生体電極から取得できる。また、ＰＥＴやＰＥＮ、ＰＩなどの柔軟なフィルム状樹脂を配線基材に用いている。このデバイスの実装構造体では、基材の片面に配線形成と電子部品搭載とを完結させている。これによって、配線の表裏への引き回しや、基材のビア加工等の困難なプロセスが無く、容易にデバイスの実装構造体を作製できる。
また、上述のように、基材２の面を基準として、電極１の生体に接する面は、電子部品３、配線４、電極１の一部を覆う補強樹脂５の上面より高い。この場合、基材２が柔軟性を有し、基材２の表面が曲面状である場合には、基材２の表面の曲面に添って電極１の高さと補強樹脂５の高さとを対比する。
【００２６】
ここで、デバイスの実装構造体１０の構成および材料仕様などについて、さらに詳細に説明する。
【００２７】
＜基材＞
厚み０．２ｍｍ以下のフィルム状の基材２は、用途に応じて熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、ポリイミド（ＰＩ）やポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）或いは、ウレタン系やオレフィン系、スチレン系、アミド系のエラストマーなど、様々な樹脂を用いることができる。
熱硬化性樹脂としては、エポキシ、ウレタン、シリコーンアクリル樹脂など、様々な樹脂を用いることができる。
また、基材２の素材、デバイスの伸縮の必要性に応じ、エラストマーの様な伸縮性の素材が用いられる。
さらに、基材２は、コストの点から、熱可塑性樹脂が好適である。
【００２８】
＜電極＞
次に、電極１について説明する。
生体情報を取得する為の電極表面１１は、心電図撮影用に用いられている様な標準的なＡｇ／ＡｇＣｌの導電性ヒドロゲルでもよいし、炭素やＡｇ繊維あるいは、炭素やＡｇが練り込まれたエラストマーのような乾式の導電性材料を設けてもよい。
また、電極１の配線材に接する面である電極裏面１３の一部は、導電性である必要があり、配線４と電気的に導通することで、生体７から取得した電気信号を配線４へ伝送させている。導電性の材質は、特に制限はないが、より好ましくはＳｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等のはんだ合金を形成可能な金属が用いられる。
【００２９】
電極１の母体１２は、電極表面１１と電極裏面１３との電気的な導通経路があれば素材は限定されない。単一の金属や炭素の導電性素材でもよいし、熱可塑性、熱硬化性樹脂に表面を導電性素材でめっきしたものでもよい。
なお、図２では、電極１を円柱形状として示しているが、このような形状に限定されない。例えば、電極１の母体１２は、電極表面１１と電極裏面１３とを接続する柱状形状であってもよい。また、電極表面１１と電極裏面１３とを電気的に接続できればよく、電極１の母材１２は、ワイヤ状等の線状、面状等の形状であってもよい。
【００３０】
＜電子部品＞
電子部品３は、ＩＣ等の能動素子の他、抵抗、コンデンサ、インダクタなどの受動素子等が用いられる。
【００３１】
＜配線＞
配線４に用いる配線材は、導電性の素材であれば限定はされないが、一般的な配線に用いられるＣｕでもよい。柔軟性を有するという点でより好適であるのは、Ａｇ系の粒子であり、Ａｇ系の粒子を塗布し、乾燥又は硬化させて形成してもよい。例えば、基材２の上にＡｇ系ペーストを塗布後、例えば、１２０℃等の高温で乾燥させて基材２の上に配線４を形成できる。Ａｇ系ペーストの塗布は、例えばスクリーン印刷等の印刷方法によって行うことができる。
【００３２】
＜補強樹脂＞
基材２や配線４、電子部品３及び電極１の一部を覆って補強する補強樹脂５は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂どちらも用いることができるが、柔軟性を有するという点でより好適であるのは、シリコーン、ウレタン、オレフィン系の樹脂や、柔軟性を有するように設計、配合されたエポキシ単体又は複合樹脂であり、さらには、補強樹脂５の貯蔵弾性率は１００ＭＰａ・ｓ以下であることが好ましい。
【００３３】
＜カバーフィルム＞
カバーフィルム６は、デバイスの実装構造体１０を生体（肌）７に固定する為や水蒸気、水滴等の環境からデバイスの実装構造体１０を保護する為に用いられ、様々な樹脂を用いることができる。カバーフィルム６としては、柔軟性があり、生体適合性の点からシリコーン、ウレタン、オレフィン系の樹脂が好適である。
【００３４】
（実装方法）
次に、実施の形態におけるデバイスの実装構造体を作成する方法について説明する。
（１）フィルム状の基材１は、厚み０．１ｍｍのＰＥＴを用いる。
（２）配線４に用いる配線材は、Ａｇ系フィラーを導通の主成分とする導電性ペースト（ＥＭＳ社製の品番：ＣＩ−１０３６）を用いた。配線４は、スクリーン印刷により、基材１へ描画した後、例えば、１２０℃１５分で乾燥させることで基材１に形成する。
（３）また、生体情報を取得する為の電極１は、直径５ｍｍで高さ０．４ｍｍのＳｎ製の円柱を電極１の母材として用い、電極表面１１には、Ａｇ／ＡｇＣｌの導電性ヒドロゲルを貼り付ける。
（４）次に、電極裏面１３及び、能動、受動素子等の電子部品３と配線とを接合する為の基材２の配線上に設けられた電極の位置に、Ｓｎ、Ｂｉから構成される融点１３９℃のはんだ合金とフラックス成分から構成されるはんだペーストをスクリーン印刷により供給する。次いで、電極１及び、能動、受動素子等の電子部品３を所定の位置に搭載し、リフロー炉を用い、１７５℃まで昇温させて、基材２と各種電子部品３とをはんだにより接合させる。
ここで、はんだペーストの合金は、基材２を構成する材料の融点や信頼性の観点から選定される。ポリウレタンのような耐熱が１２０℃以下の基材２には、Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉｎから構成される様な融点１２０℃以下のはんだ合金を用いることが望ましい。さらに、フラックス成分には、補強の為の熱硬化性の樹脂を混合させてもよい。
【００３５】
（５）また、デバイスの実装構造体の面全体において、電極表面１１が補強樹脂５よりも高くなるように、補強樹脂５を基材２や配線４、各種電子部品３に塗布する。この場合、電極表面１１は、補強樹脂５に覆われず、露出するよう補強樹脂５を塗布する。補強樹脂５が電極表面１１よりも高い場合、補強樹脂５と肌７が接触すると、電極表面１１と肌７との密着性が低下し易くなり、その結果、取得する生体情報の精度が落ちる為、望ましくない。
以上によって、デバイスの実装構造体１０を構成できる。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態におけるデバイスの実装構造体の製造方法によれば、配線の表裏への引き回しや、基材のビア加工等の困難なプロセスが無く、容易に生体情報を取得可能な生体電極を備えたデバイスの実装構造体が作製可能となる。
【００３７】
また、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【００３８】
なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び／又は実施例のうちの任意の実施の形態及び／又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び／又は実施例が有する効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係る生体電極を備えたデバイスの実装構造体は、厚み０．２ｍｍ以下のフィルム状基材を用い、さらに生体情報を取得する為の電極を有する場合の課題である、配線及び実装工法の簡易化の課題を解決し得るものである。つまり、本発明に係る生体電極を備えたデバイスの実装構造体によって、簡易的な製造プロセス及び高精度な生体情報の取得を両立する有用な生体電極の実装構造体を提供する。
【符号の説明】
【００４０】
１  電極
２  基材
３  電子部品
４  配線
５  補強樹脂
６  カバーフィルム
７  生体（肌）
１０  デバイスの実装構造体
１１  電極表面
１２  電極の母体
１３  電極裏面
【図１】
2020137934.tif 000003
【図２】
2020137934.tif 000004