(57)【要約】      （修正有）【課題】長期間連続して装着できる装着用発電モジュールを提供する。【解決手段】フレキシブル基板８の上面に設けられるとともに可撓性を有する太陽電池６と、フレキシブル基板８の上面に装着された電子部品１１と、電子部品１１が埋設されるとともに剛性を有した樹脂部１０とを備え、装着部材によって装着対象へ装着される装着用モジュールにおいて、樹脂部１０はフレキシブル基板８のほぼ中央部に形成されるとともに、フレキシブル基板８より小さくしたものである。これにより、太陽電池６部分の柔軟性を損なうことがなく、また装着時の違和感や行動への妨げを少なくすることができる。【選択図】図４
2011113700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の可撓性基材と、この第１の可撓性基材の上面に設けられるとともに可撓性を有する発電手段と、前記可撓性基材の上面に装着された電子部品と、前記電子部品が埋設されるとともに剛性を有した樹脂部とを備え、装着部材によって装着対象へ装着される装着用モジュールにおいて、前記樹脂部は前記可撓性基材のほぼ中央部に形成されるとともに、前記可撓性基材より小さくした装着用発電モジュール。
【請求項２】
発電手段は色素増感型の太陽電池とし、前記太陽電池は第１の可撓性基材の上面に形成された第１の電極と、この第１の電極の上方に対向して設けられた第２の可撓性基材と、この第２の可撓性基材の下面に設けられた第２の電極とを有し、前記第１の可撓性基材の上面に設けられるとともに、電子部品と接続された接続パターンと、この接続パターンと対向する位置に設けられた接続部とを設け、この接続部の下面には前記第２の電極が延在して形成され、この接続部において前記第２の電極と前記接続パターンとの間が接続部材によって電気的に接続される連結部を設け、前記連結部は樹脂部内に設けられた請求項１に記載の装着用発電モジュール。
【請求項３】
樹脂部が上方を向く方向で装着対象へ装着される請求項２に記載の装着用発電モジュール。
【請求項４】
樹脂部が下方を向く方向で装着対象へ装着される請求項２に記載の装着用発電モジュール。
【請求項５】
樹脂部の下面と側面とが交わる角には面取りもしくは丸みが設けられた請求項４に記載の装着用発電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装着対象へ装着されて使用される装着用発電モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来の装着用発電モジュールについて図面を用いて説明する。従来の装着用発電モジュールでは、両面のフレキシブル基板の一方の面上に、アンテナや太陽電池が形成される。一方フレキシブル基板の他方の面上には直接センサや複数の電子部品が搭載されて、信号処理回路が形成される。そしてこのように構成された装着用発電モジュールの全体が樹脂によってコーティングされる。この樹脂によるコーティングでは、フレキシブル基板に搭載された電子部品や太陽電池全てが完全に覆われるようにして設けられている。
【０００３】
このように構成された装着用発電モジュールは装着対象へと装着され、センサで検出した信号を信号処理回路で送信信号へと変換し、アンテナを介して外部の監視装置へと送信する。そしてこのとき信号処理回路は、太陽電池から供給される電源電圧によって駆動される。そしてこのような装着用発電モジュールは例えば、人体などに装着されて、長期にわたって継続的に生体情報などを検知する。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３６９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来の装着用発電モジュールでは、汎用の実装機などによって電子部品を装着し易くするためには、フレキシブル基板の厚みを大きくする方が望ましい。また、樹脂はフレキシブル基板の上下に対し、電子部品や太陽電池を完全に埋設できる厚みで形成されるので、装着用発電モジュール全体の厚みが厚くなる。このように、人体へ装着するような場合に装着用発電モジュールの厚みが厚いと、装着時における装着者の違和感が大きくなり、長期間の継続使用に支障が生じる。
【０００７】
そこで本発明は、この問題を解決したもので、長期にわたり継続して装着使用することができる装着用発電モジュールを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために第１の可撓性基材と、この第１の可撓性基材の上面に設けられるとともに可撓性を有する発電手段と、前記可撓性基材の上面と下面のうちの少なくともいずれか一方に装着された電子部品と、前記電子部品が樹脂によって埋設されるとともに剛性を有した樹脂部とを備え、装着部材によって装着対象へ装着される装着用モジュールにおいて、前記樹脂部は前記可撓性基材のほぼ中央部に形成されるとともに、前記可撓性基材より小さくしたものである。これにより所期の目的を達成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように本発明によれば、第１の可撓性基材と、この第１の可撓性基材の上面に設けられるとともに可撓性を有する発電手段と、前記可撓性基材の上面と下面のうちの少なくともいずれか一方に装着された電子部品と、前記電子部品が樹脂によって埋設されるとともに剛性を有した樹脂部とを備え、装着部材によって装着対象へ装着される装着用モジュールにおいて、前記樹脂部は前記可撓性基材のほぼ中央部に形成されるとともに、前記可撓性基材より小さくした装着用発電モジュールである。
【００１０】
これにより剛性を有する部分は樹脂部のみであり、その領域は基材の中央部でありかつ可撓性基材より小さく、発電手段は可撓性基材で形成されているので、柔軟性を損なうことがない。また、剛性を有した部分が小さいので、人体へ装着するような場合には、装着時の違和感や行動への妨げを少なくすることができる。従って、長期にわたり継続して装着使用することができるものである。さらに、このような装着用発電モジュールを粘着剤などによって人体へ装着する場合、基材の柔軟性が高く、人体から剥がれにくいので、強い粘着力の粘着剤を用いる必要がない。したがって、弱い粘着力の粘着剤を使用することや、粘着剤の塗布面積を小さくすることもできるので、カブレなども発生しにくくなる。
【００１１】
なお、発電手段は可撓性を有した基材上に形成されるので、装着対象の形状や、動きなどによらず、装着対象に対して装着用発電モジュールをしっかりと装着することができる。
【００１２】
また、電子部品は樹脂に覆われることとなるので、電子部品で構成する回路への塵などの侵入をしにくくできる。特に、人体へ装着される場合、汗などが電子部品へ付着することを防ぐことが可能となり、長期間安定して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）本実施の形態における装着用発電モジュールの断面図、（ｂ）同、発電モジュールの上面図
【図２】同、発電モジュールの回路ブロック図
【図３】（ａ）同、太陽電池の周縁部近傍の拡大断面図、（ｂ）同、太陽電池の接続部近傍の拡大断面図
【図４】（ａ）同、第２の例における発電モジュールの断面図、（ｂ）同、第２の例における発電モジュールの上面図
【図５】同、第３の例における発電モジュールの上面図
【図６】同、第４の例における発電モジュールの下面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施の形態１）
以下、本実施の形態における装着用発電モジュール（以降モジュール１という）について図面を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施の形態におけるモジュールの断面図であり、図１（ｂ）は、同上面図である。本実施の形態におけるモジュール１（装着用発電モジュールの一例として用いた）は、人体（測定対象の一例として用いた）に装着されて、発電手段で発電された電気を用いてセンサ５ａ（図２に示す）で規定の情報を検知し、その検知情報を親機（図示なし）へ送信するものである。そのためにモジュール１には、センサ５ａで検知した情報を送信するモジュール本体部と、このモジュール本体部を測定対象へ装着するための装着部材とを有した構成となっている。なお、本実施の形態におけるセンサ装置では、装着部材として、モジュール１の測定対象と面する側（図１における上面側）に粘着剤（図示せず）が塗布されている。なお、本実施の形態では、モジュール１の上面に粘着剤が設けられているが、これはモジュール１より大きなサイズであり、下面側に粘着剤が塗布された樹脂シートを用いても良い。そしてこの場合、樹脂シートはモジュール１を覆うようにして測定対象へ貼り付けられる。
【００１５】
ここで、本実施の形態のセンサ装置における測定対象は人体であり、人体に貼り付けてさまざまな人体情報を検知するものである。そこで、人体や衣服などへ直接貼り付ける場合には、粘着剤の表面にあらかじめ設けられた剥離紙を剥がし、この粘着剤によってモジュール１を直接貼り付ける。また、例えば皮膚が弱く粘着剤によるカブレなどがあるように、人体や衣服へ直接貼り付けられないような場合、剥離紙は剥がさず（あるいはあらかじめ粘着剤のないセンサ装置を準備し）、センサ装置に帯状（あるいは紐状など）の装着具を装着し、この装着具によってセンサ装置を装着する。
【００１６】
図２は、本実施の形態におけるモジュール１の回路ブロック図である。図２において、図１と同じものには、同じ番号を用いており、その説明は簡略化している。では図２を用いて、本実施の形態におけるモジュール１の回路について詳細に説明する。モジュール１には、信号処理部５と、この信号処理部５へ電源電圧を供給する太陽電池６（発電手段の一例として用いた）と、信号処理部５の出力（あるいは入出力、または入力）に接続されたアンテナ７とを有している。ここで信号処理部５には、人体の人体情報を検知するセンサ５ａと、このセンサで検出された情報を送信信号へと変換する信号処理回路５ｂと、これらのセンサ５ａや信号処理回路５ｂを駆動制御するための駆動回路５ｃとを有している。
【００１７】
本実施の形態におけるセンサ５ａは人体の体温を測定する温度センサとしているが、これに限られるものではなく、脈拍や動作など他の生体情報を検知するセンサなどであっても良い。また、本実施の形態では人体に装着して、人体情報を検知しているが、これに限らず人体以外を測定対象としても良い。この場合、それぞれの測定対象に応じ、種々の情報を検知するためのセンサが適宜設けられる。
【００１８】
次に、図１、図２を用いて、本実施の形態におけるモジュール１の構成を具体的に説明する。フレキシブル基板８（可撓性を有した基材の一例として用いた）は、薄いベースフィルムの両面に導体層が形成された両面基板であり、その上面側には可撓性を有する太陽電池６が形成されている。本実施の形態では、フレキシブル基板８の上面側の中央部に信号処理部５が形成され、その両側に太陽電池６が形成される構成としている。このように信号処理部５や太陽電池６がフレキシブル基板８の片面側に形成されるので、片面のフレキシブル基板８を用いることができ、低価格なモジュール１を得ることができる。
【００１９】
本実施の形態では信号処理部５はフレキシブル基板８の上面側に設けられているが、下面側に形成しても構わない。なお本実施の形態におけるフレキシブル基板８には、たとえば５０μｍ程度の厚みのポリイミド樹脂製のベースフィルムが用いられ、導体層の厚みはそれぞれ約２０μｍ程度としている。
【００２０】
図３（ａ）は、本実施の形態における太陽電池の周縁部近傍の拡大断面図であり、図３（ｂ）は同、太陽電池６の接続部近傍の断面図である。図１、図３を用いて、太陽電池６について詳細に説明する。本実施の形態における太陽電池６は、色素増感型の太陽電池である。この太陽電池６は、フレキシブル基板８の上面側の導体膜で形成された電極６ａと、この電極６ａの上方に隙間６ｄを設けて対向するように形成された透明電極６ｂと、フレキシブル基板８と透明電極６ｂとの間に設けられた絶縁性のスペーサ６ｃと、電極６ａと透明電極６ｂとスペーサ６ｃとで囲まれた隙間６ｄに充填された電解液とから形成されている。なお、本実施の形態では電解液を用いたが、これは電子のプラス極からマイナス極への移動を仲介するものであれば、他のものでもかまわない。
【００２１】
ここで透明電極６ｂは、ＰＥＴ製などの可撓性を有した樹脂フィルム６ｅ上に、スパッタリングや蒸着などの方法によって、透明な導電膜｛ＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）、酸化亜鉛、あるいは酸化スズなど｝が形成されたものである。本実施の形態における樹脂フィルム６ｅの厚みは５０μｍとしている。そして以上のように、太陽電池６は可撓性を有した薄いフレキシブル基板８と、可撓性を有した薄い樹脂フィルム６ｅとによって形成されるので、太陽電池６自身可撓性を有し、その柔軟性は非常に高くなる。本実施の形態においてフレキシブル基板８には片面基板を用い、電極６ａは銅箔によって形成したが、両面や多層基板を用いても構わない。
【００２２】
フレキシブル基板８の上面には、信号処理部５と接続された接続パターン９ａが形成される。一方樹脂フィルム６ｅには、接続パターン９ａに対向する位置に接続部９ｂが形成され、この接続部９ｂの下面側にも透明電極６ｂが形成されている。ここで連結部９ｃは、接続部９ｂにおける透明電極６ｂと接続パターン９ａとの間を電気的に接続するものであり、導電性接着剤などの導電部材によって形成されている。本実施の形態では、樹脂フィルム６ｅに凹の字型の孔を形成することにより、孔へ出っ張った箇所を形成し、この突出した箇所を接続部９ｂとして用いている。
【００２３】
ここでスペーサ６ｃは熱硬化性の樹脂であり、電解液が充填される箇所に孔が形成されている。また、連結部９ｃが形成される箇所にも孔が形成され、この孔内に導電性樹脂などが充填されることによって、接続部９ｂの透明電極６ｂと接続パターン９ａとが接続されることとなる。なお本実施の形態において外周部におけるスペーサ６ｃの幅は、フレキシブル基板８の外周に沿って約５ｍｍの幅で形成される。また本実施の形態では、色素増感型の太陽電池６を構成したが、これは他の方式の太陽電池や燃料電池などでも構わない。
【００２４】
信号処理部５は、センサ５ａを含む複数個の電子部品１１がフレキシブル基板８の上面中央部に装着されて形成されている。つまり、樹脂フィルム６ｅの中央部に設けられた凹字型の孔に対応する位置に装着されている。そしてフレキシブル基板８の上面中央部の凹字型の孔に対応する位置には、電子部品１１が埋設された樹脂部１０が形成される。このとき、剛性を有した樹脂部１０の大きさは、可撓性を有したフレキシブル基板８より小さくしておく。本実施の形態において樹脂部は、熱硬化性の樹脂により形成されている。
【００２５】
以上の構成により、剛性を有する部分は樹脂部１０のみであり、その領域はフレキシブル基板８の中央部となり、かつフレキシブル基板８の大きさより小さい。さらに、太陽電池６は可撓性を有するフレキシブル基板８や樹脂フィルム６ｅによって形成されているので、柔軟性を損なうことがない。また、剛性を有した部分が小さいので、人体へ装着するような場合には、装着時の違和感や行動への妨げを少なくすることができる。従って、長期にわたり継続して装着使用することができるものである。さらに、このようなモジュール１を粘着剤などによって人体へ装着する場合、基材の柔軟性が高く、人体から剥がれにくいので、強い粘着力の粘着剤を用いる必要がない。したがって、弱い粘着力の粘着剤の使用することや、粘着剤の塗布面積を小さくすることもできるので、カブレなども発生しにくくなる。
【００２６】
なお、太陽電池６は可撓性を有したフレキシブル基板８上に形成されているので、装着対象の形状や、動きなどによらず、装着対象に対してモジュール１をしっかりと装着することができる。
【００２７】
また、樹脂部１０において電子部品１１は周囲を樹脂で完全に覆われることとなるので、電子部品１１で構成する回路への塵などの侵入をしにくくできる。特に、人体へ装着される場合、汗などが電子部品１１へ付着することを防ぐことが可能となり、長期間安定して使用することができる。
【００２８】
ここで、人体の動作などへの妨げにならないようにするためには、フレキシブル基板８や樹脂フィルム６ｅの厚みは薄い方が望ましい。ところが、これらの厚みを薄くすると、人体の動作などに伴い連結部９ｃに曲げ応力（あるいは繰り返し応力など）がかかり易くなる。これにより、連結部９ｃにクラックなどの破損が生じ、透明電極６ｂと接続パターン９ａとの間の電気的接続が損なわれる可能性がある。そこで、本実施の形態では、接続部９ｂの先端を樹脂部１０内へ潜り込ませ、連結部９ｃが樹脂部１０内に形成されるようにする。これにより連結部９ｃが剛性を有することとなるので、人体の動作などによっても連結部９ｃへの応力がかかりにくくでき、透明電極６ｂと接続パターン９ａとの間の接続信頼性を高くできる。したがって、フレキシブル基板８や樹脂フィルム６ｅの厚みを薄くできるので、長期間の装着に際しても違和感の小さなモジュール１を実現できることとなる。
【００２９】
なお、樹脂部１０は樹脂フィルム６ｅに設けられた凹字型の孔より小さくしている。これにより樹脂部１０の周囲では、フレキシブル基板８のみが形成されることとなり、柔軟性が高い。したがって剛性を有した樹脂部１０が形成されていても、装着時の違和感をさらに小さくできる。
【００３０】
本実施の形態では、粘着剤が樹脂フィルムやフレキシブル基板８の下面側に塗布され、樹脂部１０が人体へ接触するようにして装着される。これにより、樹脂部１０の突起が肌へ直接当接することを防ぐことができるので、さらに装着感を良好にすることができる。また、センサ５ａを人体に近接させるか、あるいは密着させることが必要な場合、センサ５ａを含む電子部品１１をフレキシブル基板８の下面中央部に装着し、樹脂部１０はこれらの電子部品１１を覆うようにフレキシブル基板８の下面側に形成される。これにより、センサ５ａを人体へ近接あるいは密着させることができ、精度よく温度などの人体情報を検知することができる。なお、この場合、フレキシブル基板８の上全面に太陽電池を形成することもできるので、大きな発電量を得ることができるとともに、小型のモジュール１を実現できる。ただし、この場合にはフレキシブル基板８の上面側にも樹脂部１０を形成し、接続部９ｂを覆うようにすると良い。
【００３１】
次にこのようなモジュール１の製造方法について説明する。最初に複数枚のフレキシブル基板８が連結された親基板を準備する。なお、それぞれのフレキシブル基板８の上面には、電極６ａや接続パターン９ａなどが形成されている。このように形成された親基板の上面に未硬化のスペーサ６ｃを塗布する。なお、このスペーサ６ｃの中央部には隙間６ｄを形成するための孔が設けられ、接続パターン９ａと接続部９ｂとに対応した位置に形成されている。
【００３２】
未硬化のスペーサ６ｃを積層した後で、樹脂フィルム６ｅが積層された状態で隙間６ｄとなるスペーサ６ｃの孔内に電解質を注入する。さらに連結部９ｃを形成するための孔内には、ペースト状の導電性部材が充填される。この導電性部材としては、導電性ペーストや導電性樹脂などが用いられるが、いずれにしても後の加熱によって硬化・接続可能な材料を用いる。
【００３３】
電解質とペースト状の導電性部材を充填した後に、スペーサ６ｃの上から樹脂フィルム６ｅが積層される。この樹脂フィルム６ｅの積層の後で、スペーサ６ｃや導電性部材が硬化する温度にまで加熱して、未硬化のスペーサ６ｃや導電性部材を硬化させる。これにより、フレキシブル基板８と樹脂フィルム６ｅとが接着され、電解液はスペーサ６ｃによって隙間６ｄ内に封印され、太陽電池６が完成する。また、同時に導電性部材が硬化して連結部９ｃが形成されることにより、接続部９ｂ下面の透明電極６ｂと接続パターン９ａとの間が電気的に接続される。
【００３４】
この後で電子部品１１が、はんだなどによってフレキシブル基板８の上面に実装される。なお、電子部品１１には半導体なども含み、このような半導体についてはフレキシブル基板８上へフリップチップ実装される。このときこれら電子部品１１は、フレキシブル基板８の中央部に固まって配置する。つまりスペーサ６ｃの中央部に設けられた凹字型の孔に対応する位置に実装される。このようにして所定の位置に電子部品１１を実装した後に、圧縮成形などの方法によってこれら電子部品１１と連結部９ｃおよび接続部９ｂの先端とが、樹脂によって埋設される。このようにして樹脂部１０を形成した後に、フレキシブル基板８同士を連結する部位を切断する。そしてこのフレキシブル基板８の下面と樹脂フィルム６ｅの上面とのうちのいずれか一方に粘着剤が塗布され、さらにこの粘着剤が粘着性を失わないように粘着剤の上に剥離紙を貼り付けて完成する。
【００３５】
図４（ａ）は本実施の形態における第２の例のモジュールの断面図であり、図４（ｂ）は、同上面図である。図４（ａ）、図４（ｂ）において、図１から図３と同じものには同じ番号を用いており、その説明は簡略化している。この例において、樹脂部１０は、樹脂フィルム６ｅに形成された凹字型の孔全体を覆うように設けられている。このようにすることで、人体の動作などで凹字型の孔の周縁部においてスペーサ６ｃとフレキシブル基板８との界面での剥離などを生じにくくできる。したがって、電解液の漏れなどが生じにくくなり、長期間発電を維持できるので、長期間使用できるモジュール１を得ることができる。また、スペーサ６ｃの幅１２を短くしても電解液の漏れなどが生じにくくなるので、小型のモジュール１を実現することもできる。
【００３６】
図５は本実施の形態における第３の例のモジュールの上面図である。この例においては、樹脂部１０の周囲全体に太陽電池６が形成されている。このような場合、樹脂部１０が肌に接触する方向で装着すると良い。これは、貼り付けた状態において、フレキシブル基板８が樹脂部１０上方を完全に覆うようになり、樹脂部１０への水の浸入を防ぐことができる。したがってモジュール１を装着した状態で入浴することもできるので、装着者の入浴などによる状態の変化を検知することも可能となる。
【００３７】
図６は本実施の形態における第４の例のモジュールの下面図である。この例においては、フレキシブル基板８の下面に補強板１３が接着されている。これにより、電子部品１１にベアチップ（あるいはチップサイズパッケージ）などのような半導体をフェイスダウンでフリップチップ実装することができる。これにより樹脂部１０の厚みの薄いモジュール１を実現できるので、違和感が少なく長期間装着できるモジュール１を実現できる。なお、補強板の幅１４はフレキシブル基板８の幅１５より大きくしている。このとき、複数のフレキシブル基板８を補強板で連結した状態で電子部品１１を実装する。そして電子部品１１を実装した後に、連結された補強板が分離されて、各々のモジュール１へと分離される。このとき、複数のフレキシブル基板８を補強板で連結した状態で電子部品１１を実装するので、汎用の実装機で容易に電子部品１１の実装が可能となるので、非常に生産性が良好である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明にかかる装着用発電モジュールは、長期にわたり継続して装着使用することができるという効果を有し、人体などに貼り付けて人体情報を検知するセンサモジュール等に用いると有用である。
【符号の説明】
【００３９】
６  太陽電池
８  フレキシブル基板
１０  樹脂部
１１  電子部品
【図１】
2011113700.tif 000003
【図２】
2011113700.tif 000004
【図３】
2011113700.tif 000005
【図４】
2011113700.tif 000006
【図５】
2011113700.tif 000007
【図６】
2011113700.tif 000008