特許 7160598 センサモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-17

(45)【発行日】2022-10-25

(54)【発明の名称】センサモジュール

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/1455 20060101AFI20221018BHJP

   A61B 5/0245 20060101ALI20221018BHJP

   A61B 5/021 20060101ALI20221018BHJP

【ＦＩ】

A61B5/1455

A61B5/0245 100B

A61B5/021

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018154134

(22)【出願日】2018-08-20

(65)【公開番号】P2020028326

(43)【公開日】2020-02-27

【審査請求日】2021-07-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】傳田 達明

【審査官】▲高▼ 芳徳

(56)【参考文献】

【文献】特表２００６－５０４４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５１７８８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／００ － ５／０３

Ａ６１Ｂ ５／０６ － ５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被験者から生体情報を検出するセンサモジュールであって、
可撓性を有する配線基板にアンテナを含む電子部品が実装された半導体装置と、
前記半導体装置の一部を保持し、前記被験者の計測対象となる部位と前記アンテナとの間に配置される保持部材と、を有し、
前記保持部材は、
第１面、及び前記第１面の反対面となる第２面、を備えた第１板状部と、
第３面、及び前記第３面の反対面となる第４面、を備えた第２板状部と、
前記第２面と前記第３面とが空間を挟んで対向する部分を有するように、前記第１板状部と前記第２板状部とを連結する連結部と、を含み、
前記保持部材の誘電率は１以上５以下であり、
前記アンテナは、前記半導体装置の一端側において前記配線基板に実装され、
前記半導体装置の一端側は、前記アンテナが前記連結部と平面視で重複し、前記アンテナが他の前記電子部品と平面視で重複しないように、前記保持部材に固定され、
前記半導体装置の一端側に連続する部分は、前記第１面、前記第２面、前記第３面、及び前記第４面に順次接するように折り返され、
前記半導体装置の他端側は、前記第４面の前記連結部側から弾性変形可能な状態で延伸しているセンサモジュール。

【請求項2】

前記保持部材が被験者の指先の爪側に配置されるように、前記被験者の指先に装着したときに、前記アンテナは、前記電子部品の中で被験者の指先の最も先端側に配置される請求項１に記載のセンサモジュール。

【請求項3】

前記半導体装置には、前記配線基板に前記電子部品が実装された部品実装部と、前記配線基板に前記電子部品が実装されていない部品非実装部とが、前記半導体装置の長手方向に交互に配置され、
前記半導体装置の折り返された部分は、前記部品非実装部である請求項１又は２に記載のセンサモジュール。

【請求項4】

前記第１板状部は、前記第２板状部と対向する側に幅広部、前記幅広部の前記連結部側に前記幅広部よりも幅が狭い幅狭部を備え、
前記配線基板の前記アンテナが実装された領域の幅は、他の前記電子部品が実装された領域の幅よりも狭く、
前記幅狭部上に前記アンテナが実装された領域が位置している請求項１乃至３の何れか一項に記載のセンサモジュール。

【請求項5】

前記連結部は、前記第１板状部と平面視で重複しない領域を有し、
前記領域において、前記保持部材は、前記第１板状部の前記第１面よりも前記第２板状部の前記第３面側に下がった段差部を有し、
前記アンテナは、前記段差部から突出しないように前記連結部上に配置されている請求項１乃至４の何れか一項に記載のセンサモジュール。

【請求項6】

前記アンテナは、前記配線基板の前記段差部側の面に実装されている請求項５に記載のセンサモジュール。

【請求項7】

前記半導体装置を介して前記第２板状部の前記第４面と対向する位置に、補強部材が設けられている請求項１乃至６の何れか一項に記載のセンサモジュール。

【請求項8】

前記電子部品は、発光素子及び受光素子を含み、
前記半導体装置において、
前記第４面に配された領域に前記発光素子又は前記受光素子の一方が実装され、
前記第４面から延伸する領域に前記発光素子又は前記受光素子の他方が実装されている請求項１乃至７の何れか一項に記載のセンサモジュール。

【請求項9】

前記保持部材を被験者の指先の爪側に配置し、前記第４面から延伸する領域を前記被験者の指先の爪側から腹側に湾曲させ、前記被験者の指先に装着したときに、
前記発光素子又は前記受光素子の一方と前記発光素子又は前記受光素子の他方とが前記指先を挟んで対向して配置可能である請求項８に記載のセンサモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

人体から各種の生体情報を検出する様々なセンサモジュールが開発されている。このようなセンサモジュールの一例として、発光部と受光部とを備えるプローブを被験者の指に装着し、光を指に向けて投光し、指を経由した光の光量変化を測定し、ＣＰＵを含む制御回路で血中酸素飽和度を測定するパルスオキシメータが挙げられる。血中酸素飽和度の測定結果は、センサモジュールに搭載された表示部に表示される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－１０５３１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記のセンサモジュールでは、血中酸素飽和度の測定結果を表示部で確認できるが、測定結果をデータとして外部に送信することができない。例えば、センサモジュールにアンテナを搭載して無線でデータを送信することも考えられる。しかし、指の誘電率は４０～７０程度と高く、かつ個人によりばらつきがあるため、単にセンサモジュールにアンテナを搭載するだけでは、アンテナが指の誘電率の影響を受け、安定した通信性能を実現することが困難である。

【0005】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、無線による安定した通信性能を実現することが可能なセンサモジュールを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本センサモジュールは、被験者から生体情報を検出するセンサモジュールであって、可撓性を有する配線基板にアンテナを含む電子部品が実装された半導体装置と、前記半導体装置の一部を保持し、前記被験者の計測対象となる部位と前記アンテナとの間に配置される保持部材と、を有し、前記保持部材は、第１面、及び前記第１面の反対面となる第２面、を備えた第１板状部と、第３面、及び前記第３面の反対面となる第４面、を備えた第２板状部と、前記第２面と前記第３面とが空間を挟んで対向する部分を有するように、前記第１板状部と前記第２板状部とを連結する連結部と、を含み、前記保持部材の誘電率は１以上５以下であり、前記アンテナは、前記半導体装置の一端側において前記配線基板に実装され、前記半導体装置の一端側は、前記アンテナが前記連結部と平面視で重複し、前記アンテナが他の前記電子部品と平面視で重複しないように、前記保持部材に固定され、前記半導体装置の一端側に連続する部分は、前記第１面、前記第２面、前記第３面、及び前記第４面に順次接するように折り返され、前記半導体装置の他端側は、前記第４面の前記連結部側から弾性変形可能な状態で延伸していることを要件とする。

【発明の効果】

【0007】

開示の技術によれば、無線による安定した通信性能を実現することが可能なセンサモジュールを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施の形態に係るセンサモジュールを例示する断面図である。

【図2】第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する図である。

【図3】第１の実施の形態に係る半導体装置の配線基板を例示する断面図である。

【図4】第１の実施の形態に係る保持部材を例示する斜視図である。

【図5】第１の実施の形態に係るセンサモジュールの機能ブロックを例示する図である。

【図6】第１の実施の形態に係るセンサモジュールの使用方法について説明する断面図である。

【図7】第１の実施の形態の変形例１に係る半導体装置を例示する平面図である。

【図8】第１の実施の形態の変形例１に係る保持部材を例示する斜視図である。

【図9】第１の実施の形態の変形例２に係るセンサモジュールを例示する断面図である。

【図10】第１の実施の形態の変形例３に係るセンサモジュールを例示する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0010】

〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係るセンサモジュールを例示する断面図である。図１に示すように、センサモジュール３は、半導体装置１と、保持部材２とを有している。以下、半導体装置１、保持部材２、センサモジュール３について順次説明する。

【0011】

（半導体装置）
図２は、第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ－Ａ線に沿う断面図である。図２では、半導体装置１が、センサモジュール３の一部として組み立てられる前（折り曲げられる前）の状態を示している。図２を参照するに、半導体装置１は、配線基板１０と、電子部品３０とを有している。

【0012】

配線基板１０は可撓性を有するコアレス基板であり、図３に示すように複数の配線層が絶縁層を介して積層された多層構造（例えば、４層）である。ここで、可撓性とは、曲げや撓みを持たせることができる性質を指す。配線基板１０は、例えば、周知のビルドアップ工法により作製することができる。

【0013】

図３の例では、配線基板１０は、絶縁層１０２と、配線層１０３と、絶縁層１０４と、配線層１０５と、絶縁層１０６と、配線層１０７と、絶縁層１０８と、配線層１０９と、ソルダーレジスト層１１０とが順次積層された構造である。但し、配線層と絶縁層の積層数は必要に応じて適宜決定することができる。

【0014】

なお、本実施の形態では、便宜上、配線基板１０のソルダーレジスト層１１０側を上側又は一方の側、絶縁層１０２側を下側又は他方の側とする。又、各部位のソルダーレジスト層１１０側の面を一方の面又は上面、絶縁層１０２側の面を他方の面又は下面とする。但し、配線基板１０は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を配線基板１０の一方の面１０ａ（ソルダーレジスト層１１０の上面）の法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を配線基板１０の一方の面１０ａ（ソルダーレジスト層１１０の上面）の法線方向から視た形状を指すものとする。

【0015】

絶縁層１０２は、一方の最外層となる絶縁層である。絶縁層１０２の材料としては、例えば、ヤング率が低く可撓性を有する絶縁性樹脂（例えば、熱硬化性）を用いることができる。ヤング率が低く可撓性を有する絶縁性樹脂としては、例えば、ポリイミド系樹脂やエポキシ系樹脂等を主成分とする絶縁性樹脂が挙げられる。絶縁層１０２の厚さは、例えば２０～４５μｍ程度とすることができる。絶縁層１０２は、シリカ（ＳｉＯ_２）等のフィラーを含有しても構わない。

【0016】

配線層１０３は、絶縁層１０２の一方の面に形成されている。配線層１０３の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。配線層１０３の厚さは、例えば、１０～２０μｍ程度とすることができる。配線層１０３は、ラインアンドスペース（以降、ライン／スペースと略す）が１０μｍ／１０μｍ～２０μｍ／２０μｍ程度の微細配線とすることができる。なお、ライン／スペースにおけるラインとは配線幅を表し、スペースとは隣り合う配線同士の間隔（配線間隔）を表す。例えば、ライン／スペースが１０μｍ／１０μｍとは、配線幅が１０μｍで隣り合う配線同士の間隔が１０μｍであることを表す。

【0017】

絶縁層１０４は、絶縁層１０２の一方の面に、配線層１０３を覆うように形成されている。絶縁層１０４の材料や厚さは、例えば、絶縁層１０２と同様とすることができる。絶縁層１０４は、シリカ（ＳｉＯ_２）等のフィラーを含有しても構わない。

【0018】

配線層１０５は、絶縁層１０４の一方の側に形成されており、配線層１０３と電気的に接続されている。配線層１０５は、絶縁層１０４を貫通し配線層１０３の一方の面を露出するビアホール１０４ｘ内に充填されたビア配線、及び絶縁層１０４の一方の面に形成された配線パターンを含んでいる。ビアホール１０４ｘは、絶縁層１０６側に開口されている開口部の径が配線層１０３の上面によって形成された開口部の底面の径よりも大きくなる逆円錐台状の凹部とすることができる。ビアホール１０４ｘの開口部の径は、例えば６０～７０μｍ程度とすることができる。配線層１０５の材料、配線層１０５に含まれる配線パターンの厚さやライン／スペースは、例えば、配線層１０３と同様とすることができる。

【0019】

絶縁層１０６は、絶縁層１０４の一方の面に、配線層１０５を覆うように形成されている。絶縁層１０６の材料や厚さは、例えば、絶縁層１０２と同様とすることができる。絶縁層１０６は、シリカ（ＳｉＯ_２）等のフィラーを含有しても構わない。

【0020】

配線層１０７は、絶縁層１０６の一方の側に形成されており、配線層１０５と電気的に接続されている。配線層１０７は、絶縁層１０６を貫通し配線層１０５の一方の面を露出するビアホール１０６ｘ内に充填されたビア配線、及び絶縁層１０６の一方の面に形成された配線パターンを含んでいる。ビアホール１０６ｘは、絶縁層１０８側に開口されている開口部の径が配線層１０５の上面によって形成された開口部の底面の径よりも大きくなる逆円錐台状の凹部とすることができる。ビアホール１０６ｘの開口部の径は、例えば６０～７０μｍ程度とすることができる。配線層１０７の材料、配線層１０７に含まれる配線パターンの厚さやライン／スペースは、例えば、配線層１０３と同様とすることができる。

【0021】

絶縁層１０８は、絶縁層１０６の一方の面に、配線層１０７を覆うように形成されている。絶縁層１０８の材料や厚さは、例えば、絶縁層１０２と同様とすることができる。絶縁層１０８は、シリカ（ＳｉＯ_２）等のフィラーを含有しても構わない。

【0022】

配線層１０９は、絶縁層１０８の一方の側に形成されており、配線層１０７と電気的に接続されている。配線層１０９は、絶縁層１０８を貫通し配線層１０７の一方の面を露出するビアホール１０８ｘ内に充填されたビア配線、及び絶縁層１０８の一方の面に形成された配線パターンを含んでいる。ビアホール１０８ｘは、ソルダーレジスト層１１０側に開口されている開口部の径が配線層１０７の上面によって形成された開口部の底面の径よりも大きくなる逆円錐台状の凹部とすることができる。ビアホール１０８ｘの開口部の径は、例えば６０～７０μｍ程度とすることができる。配線層１０９の材料、配線層１０９に含まれる配線パターンの厚さやライン／スペースは、例えば、配線層１０３と同様とすることができる。

【0023】

ソルダーレジスト層１１０は、他方の最外層となる絶縁層である。ソルダーレジスト層１１０は、絶縁層１０８の一方の面に、配線層１０９を覆うように形成されている。ソルダーレジスト層１１０は、例えば、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂等の感光性樹脂等から形成することができる。ソルダーレジスト層１１０の厚さは、例えば１５～３５μｍ程度とすることができる。

【0024】

ソルダーレジスト層１１０は、開口部１１０ｘを有し、開口部１１０ｘ内には配線層１０９の上面の一部が露出している。開口部１１０ｘの平面形状は、例えば、円形とすることができる。必要に応じ、開口部１１０ｘ内に露出する配線層１０９の上面に金属層を形成したり、ＯＳＰ（Organic Solderability Preservative）処理等の酸化防止処理を施したりしてもよい。金属層の例としては、Ａｕ層や、Ｎｉ／Ａｕ層（Ｎｉ層とＡｕ層をこの順番で積層した金属層）、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ層（Ｎｉ層とＰｄ層とＡｕ層をこの順番で積層した金属層）等を挙げることができる。

【0025】

開口部１１０ｘ内に露出する配線層１０９は、電子部品３０の端子と接続されるパッドや信号波形を確認するためのパッドとして用いることができる。なお、必要に応じ、最下層の絶縁層１０２に被覆される配線層を設けても構わない。この場合、例えば、配線層の下面が絶縁層の下面から露出するように形成することができる。これにより、配線基板１０の他方の面１０ｂにも電子部品３０を実装可能となる。

【0026】

図２の説明に戻り、配線基板１０の一方の面１０ａ（ソルダーレジスト層１１０の上面）には複数の電子部品３０が実装されている。

【0027】

電子部品３０は、半導体部品及び受動部品を含む。半導体部品としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）等が挙げられる。受動部品としては、例えば、抵抗、コンデンサ、インダクタ、アンテナ、コネクタ等が挙げられる。

【0028】

電子部品３０のうち主要な部品について符号を付して説明する。半導体装置１は、例えば、ＣＰＵ３１、コネクタ３２、ＬＥＤ３３、ＰＤ３４、及びアンテナ３５を備え、計測対象物から所定情報を取得する機能を有する。ＣＰＵ３１は、半導体装置１の全体を制御する。ＣＰＵ３１は、半導体装置１に実装された電子部品３０の中で平面視における面積が最も大きな電子部品である。コネクタ３２は、ＣＰＵ３１等に供給する電源を外部から入力する端子となる。ＬＥＤ３３は、ＣＰＵ３１に制御されて所定波長域の光（例えば、赤色光や赤外光）を計測対象物に出射する発光素子である。ＰＤ３４は、ＬＥＤ３３の出射光に対する計測対象物からの反射光や透過光を受光して電気信号に変換しＣＰＵ３１に受け渡す受光素子である。アンテナ３５は、半導体装置１と外部との間で、電波を送受信する電子部品である。アンテナ３５は、半導体装置１の一端側において配線基板１０の一方の面１０ａに実装されている。

【0029】

図２の例では、ＣＰＵ３１、コネクタ３２、ＬＥＤ３３、ＰＤ３４、及びアンテナ３５を含む全ての電子部品３０は、配線基板１０の一方の面１０ａに実装されているが、必要に応じて、配線基板１０の他方の面１０ｂに実装されてもよい。

【0030】

半導体装置１には、配線基板１０に電子部品３０が実装された部品実装部Ｍと、配線基板１０に電子部品３０が実装されていない部品非実装部Ｎ（図２中の破線で囲んだ領域）とが、半導体装置１の長手方向に交互に配置されている。

【0031】

半導体装置１は、長手方向の複数箇所で折り曲げて使用することを想定して設計されている。半導体装置１において、部品実装部Ｍと部品非実装部Ｎとを交互に配置することで、各部品非実装部Ｎを折り曲げて容易に変形させることができる。

【0032】

又、部品非実装部Ｎの幅を部品実装部Ｍの幅よりも狭くすることで、部品非実装部Ｎを折り曲げることが更に容易になる。但し、要求仕様によっては、部品非実装部Ｎの幅を部品実装部Ｍの幅と同じにしてもよい。

【0033】

なお、各配線層に含まれる配線パターンは、部品実装部Ｍと部品非実装部Ｎの何れに配置してもよいが、ビア配線は部品実装部Ｍのみに配置することが好ましい。全く曲がらないか殆ど曲がらない部品実装部Ｍのみにビア配線を配置することで、部品非実装部Ｎを折り曲げる際にビア配線にクラックが入ることを防止できる。

【0034】

（保持部材）
図４は、第１の実施の形態に係る保持部材を例示する斜視図である。図４を参照するに、保持部材２は、第１板状部２１と、第２板状部２２と、連結部２３とを含んでおり、半導体装置１の一部を保持することができる。保持部材２は、第１板状部２１、第２板状部２２、及び連結部２３により、例えば、側面視でコの字型に形成することができる。

【0035】

第１板状部２１は、第１面２１１、及び第１面２１１の反対面となる第２面２１２を備えている。第２板状部２２は、第３面２２１、及び第３面２２１の反対面となる第４面２２２を備えている。第１板状部２１及び第２板状部２２の平面形状は、例えば、矩形状とすることができる。

【0036】

連結部２３は、第１板状部２１の第２面２１２と、第２板状部２２の第３面２２１とが空間を挟んで対向する部分を有するように、第１板状部２１と第２板状部２２とを連結している。第１板状部２１の第２面２１２と第２板状部２２の第３面２２１とが形成する空間は、半導体装置１の一部が折り曲げて収容されるスペースとなる。

【0037】

保持部材２の各部の厚さは、必要に応じて適宜決定できるが、例えば、第１板状部２１の厚さＴ_１を１ｍｍ程度、第２板状部２２の厚さＴ_２を１ｍｍ程度、連結部２３の厚さＴ_３（第１板状部２１と第２板状部２２との間隔）を２ｍｍ程度とすることができる。この場合、保持部材２全体の厚さは、４ｍｍ程度となる。

【0038】

後述のように、保持部材２の連結部２３上には半導体装置１のアンテナ３５が実装された領域が固定される。アンテナ３５は近くに存在する材料の誘電率の影響を受けやすいため、アンテナ３５が安定した通信性能を発揮するためには、第１板状部２１、第２板状部２２、及び連結部２３として誘電率が１以上５以下である材料を用いることが好ましい。誘電率が１以上５以下である材料としては、例えば、誘電率が２．７～４．５であるアクリルを挙げることができる。

【0039】

又、誘電率が１以上５以下である材料として、誘電率が２．４～４．１であるＡＢＳ樹脂、誘電率が３．５～５．０であるシリコーン樹脂、誘電率が２．９～３．０であるポリカーボネート樹脂、誘電率が３．６～３．７であるポリアセタール樹脂、誘電率が２．０～２．３であるポリプロピレン樹脂、誘電率が２．９～３．０であるポリエチレンテレフタレート樹脂を挙げることができる。

【0040】

第１板状部２１、第２板状部２２、及び連結部２３としてアクリルを用いた場合、第１板状部２１と連結部２３及び第２板状部２２と連結部２３は、アクリル系の接着剤を用いて接着される。これにより、接着剤を含めた保持部材２の誘電率を１以上５以下とすることができる。なお、例えば、直方体状のアクリルを切削加工して、第１板状部２１、第２板状部２２、及び連結部２３を有する保持部材２を作製しても構わない。この場合は、接着剤を用いることなく、アクリルのみからなる保持部材２を実現できる。なお、アクリルは、加工が容易であり、かつ安価である点でも好適である。

【0041】

（センサモジュール）
図１に戻り、センサモジュール３において、半導体装置１の一端側（アンテナ３５が実装された側）は、アンテナ３５が保持部材２の連結部２３と平面視で重複し、アンテナ３５が他の電子部品３０と平面視で重複しないように、保持部材２に固定されている。

【0042】

そして、半導体装置１の一端側に連続する部分は、第１板状部２１の第１面２１１、第１板状部２１の第２面２１２、第２板状部２２の第３面２２１、及び第２板状部２２の第４面２２２に順次接するように折り返されている。具体的には、半導体装置１は、第１板状部２１の第１面２１１から第１板状部２１の第２面２１２に至る部分で、約１８０度折り返されている。又、第１板状部２１の第２面２１２から第２板状部２２の第３面２２１に至る部分で、約１８０度折り返されている。更に、第２板状部２２の第３面２２１から第２板状部２２の第４面２２２に至る部分で、約１８０度折り返されている。

【0043】

そして、半導体装置１の他端側は、第２板状部２２の第４面２２２の連結部２３側から弾性変形可能な状態で延伸している。つまり、半導体装置１において、第２板状部２２の第４面２２２から延伸している領域は、自由に屈曲又は湾曲させることが可能である。なお、半導体装置１において、屈曲又は湾曲している部分、及び屈曲又は湾曲可能な部分は、部品非実装部Ｎである。

【0044】

なお、図１では、第２板状部２２の第４面２２２から延伸している領域を湾曲した状態に図示しているが、これは一例であり、上記のように、第２板状部２２の第４面２２２から延伸している領域は、自由に屈曲又は湾曲させることが可能である。

【0045】

ここで、センサモジュール３が動脈血酸素飽和度（ＳＰＯ_２）を計測するウェアラブルデバイスである場合を例にして、センサモジュール３の具体的な使用方法について説明する。但し、これは一例であり、センサモジュール３は動脈血酸素飽和度以外を計測対象としてもよい。動脈血酸素飽和度以外の計測対象としては、例えば、脈拍や血圧が挙げられる。

【0046】

図５は、第１の実施の形態に係るセンサモジュールの機能ブロックを例示する図である。図５に示すように、センサモジュール３は、機能ブロックとして、制御部３０１と、発光部３０２と、受光部３０３と、通信部３０４とを有している。センサモジュール３は、必要に応じて他の機能ブロックを有しても構わない。

【0047】

制御部３０１は、例えば、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メインメモリ等を含むことができる。この場合、制御部３０１の各種機能は、ＲＯＭに記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵ３１により実行されることによって実現できる。但し、制御部３０１は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。制御部３０１は、センサモジュール３の外部に配置された電池４０から電源供給を受けて動作することができる。

【0048】

発光部３０２は、制御部３０１の制御により赤外光又は赤色光を発光する機能を有する。発光部３０２は、例えば、赤外光を出射する発光ダイオードであるＩＲＬＥＤと、赤色光を出射する発光ダイオードであるＲＥＤＬＥＤを１チップ化したＬＥＤ３３により実現することができる。

【0049】

受光部３０３は、発光部３０２から計測対象物に照射された光の透過光を受光し電気信号に変換する機能を有する。受光部３０３は、例えば、ＰＤ３４により実現することができる。受光部３０３が受光し電気信号に変換された情報は、ＣＰＵ３１に送られる。

【0050】

通信部３０４は、無線により、制御部３０１と、センサモジュール３の外部に配置された情報処理装置５０との間で情報の送受信を行う機能を有する。情報処理装置５０は、例えば、パーソナルコンピュータやタブレット端末である。通信部３０４は、例えば、図示しない通信デバイスとアンテナ３５により実現することができる。通信部３０４は、例えば、制御部３０１が受光部３０３の出力に基づいて算出したＳＰＯ_２のデータを情報処理装置５０に送信することができる。

【0051】

ここで、ＳＰＯ_２の計測原理について説明する。ＳＰＯ_２は、心臓から全身に運ばれる血液（動脈血）の中を流れている赤血球に含まれるヘモグロビンの何％に酸素が結合しているかを示す値である。ヘモグロビンは酸素と結合すると赤色系の色になるが、酸素と結合していないときは黒色系の色になる。これは、ヘモグロビンは酸素と結合すると赤色光を透過し易く、酸素と結合していないと赤色光を含めた可視光全般を透過しにくいことを示している。なお、赤外光は、ヘモグロビンが酸素と結合しているか否かにかかわらず、透過し易い。

【0052】

そこで、指先に発光部３０２のＲＥＤＬＥＤから赤色光を照射すると、ヘモグロビンと酸素が多く結合している場合は、赤色光が透過する割合が高くなるため、受光部３０３が受光する赤色光の量は多くなる。これに対して、ヘモグロビンと酸素の結合が少ない場合は、赤色光が透過する割合が低くなるため、受光部３０３が受光する赤色光の量は少なくなる。

【0053】

一方、指先に発光部３０２のＩＲＬＥＤから赤外光を照射すると、ヘモグロビンと酸素が多く結合しているか否かにかかわらず、赤外光が透過する割合が高くなるため、受光部３０３が受光する赤外光の量は常に多くなる。

【0054】

すなわち、赤色光を照射した場合に受光部３０３が受光する赤色光の量と、赤外光を照射した場合に受光部３０３が受光する赤外光の量との比率を求めることにより、ＳＰＯ_２を計測することができる。例えば、制御部３０１が、赤色光の量と赤外光の量との比率に基づいてＳＰＯ_２を算出することができる。

【0055】

図６は、第１の実施の形態に係るセンサモジュールの使用方法について説明する断面図であり、センサモジュール３を計測対象物である被験者の指先５００に装着した状態を示している。

【0056】

センサモジュール３の半導体装置１において、第２板状部２２の第４面２２２に配された領域にＬＥＤ３３又はＰＤ３４の一方が実装され、第４面２２２から延伸する領域にＬＥＤ３３又はＰＤ３４の他方が実装される。本実施の形態では、一例として、第２板状部２２の第４面２２２に配された領域にＬＥＤ３３が実装され、第４面２２２から延伸する領域にＰＤ３４が実装されている。

【0057】

センサモジュール３は、保持部材２を被験者の指先５００の爪５１０側に配置し、第４面２２２から延伸する領域を被験者の指先５００の爪５１０側から腹５２０側に湾曲させ、被験者の指先５００に装着することができる。このとき、ＬＥＤ３３とＰＤ３４とが指先５００を挟んで対向して配置可能である。これにより、ＬＥＤ３３の出射光は、指先５００を透過してＰＤ３４で受光することができる。なお、センサモジュール３は、指先５００への装着を容易にし、かつ半導体装置１を保護するために、シリコーン等からなる筐体に収容されてもよい。

【0058】

センサモジュール３のコネクタ３２は、例えば、電池４０と線材等で接続されたコネクタ４５と嵌合する。電池４０は例えばボタン型電池であり、手首等に装着することができる。なお、電池４０は、センサモジュール３専用のものを用いてもよいが、センサモジュール３以外のセンサモジュールが人体に装着されている場合は、他のセンサモジュールと共用の電池を用いてもよい。電池４０の電力は、コネクタ４５及び３２を経由してＣＰＵ３１等に供給される。これにより、センサモジュール３において、ＳＰＯ_２の測定が可能となる。

【0059】

このように、センサモジュール３において、アンテナ３５は、保持部材２の連結部２３と平面視で重複し、他の電子部品３０とは平面視で重複しない位置に配置されている。これにより、アンテナ３５と計測対象物及び他の電子部品３０との間に一定以上の距離を確保することができる。その結果、アンテナ３５が安定した通信性能を発揮することができる。

【0060】

なお、計測対象物が指である場合、指の誘電率は４０～７０程度と高く、かつ個人によりばらつきがあるため、アンテナ３５を指に近づけると安定した通信性能を実現できない。アンテナ３５と指とを２ｍｍ以上離せば、指の影響を低減することが可能となり、アンテナ３５が安定した通信性能を発揮することができる。このため、センサモジュール３を被験者の指先５００に装着したときに、アンテナ３５は、電子部品３０の中で被験者の指先５００の最も先端側に配置されることが好ましい。

【0061】

又、センサモジュール３において、保持部材２の誘電率は１以上５以下とすることが好ましい。これにより、アンテナ３５の近傍に指の誘電率（４０～７０程度）よりも十分に低い誘電率（１以上５以下程度）の保持部材２が配置されるため、アンテナ３５が更に安定した通信性能を発揮することができる。

【0062】

又、アンテナ３５と指とを離すために保持部材２は一定の厚さ（例えば、４ｍｍ）を有している。これにより、センサモジュール３を外部からの衝撃に強くする効果が得られる。

【0063】

又、センサモジュール３の半導体装置１では、微細配線を備えた多層構造の配線基板１０に電子部品３０を高密度に実装している。そのため、発光部、受光部、及び制御回路を含む計測に用いる電子部品を一枚の配線基板１０に実装してもセンサモジュール３を小型化することができる。又、センサモジュール３の半導体装置１では、部品実装部Ｍと部品非実装部Ｎとを交互に配置している。そのため、部品非実装部Ｎを折り曲げて容易に変形させることができる。

【0064】

〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、第１の実施の形態とは形状の異なる配線基板及び保持部材の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する場合がある。

【0065】

図７は、第１の実施の形態の変形例１に係る半導体装置を例示する平面図である。第１の実施の形態の変形例１に係る半導体装置を例示する断面図は図２（ｂ）と同様であるため、図示を省略する。図７では、半導体装置１Ａが、センサモジュール３の一部として組み立てられる前（折り曲げられる前）の状態を示している。

【0066】

図７を参照するに、半導体装置１Ａは、配線基板１０Ａと、電子部品３０とを有している。半導体装置１Ａの一端側の領域Ｒにおいて、配線基板１０Ａのアンテナ３５が実装された領域の幅Ｗ_１は、他の電子部品３０が実装された領域の幅Ｗ_２よりも狭い。

【0067】

図８は、第１の実施の形態の変形例１に係る保持部材を例示する斜視図である。図８を参照するに、保持部材２Ａは、第１板状部２１Ａと、第２板状部２２Ａと、連結部２３Ａとを含んでおり、半導体装置１Ａの一部を保持することができる。保持部材２Ａは、第１板状部２１Ａ、第２板状部２２Ａ、及び連結部２３Ａにより、例えば、側面視でコの字型に形成することができる。

【0068】

第１板状部２１Ａは、第２板状部２２Ａと対向する側に幅広部２１Ｗ、幅広部２１Ｗの連結部２３Ａ側に幅広部２１Ｗよりも幅が狭い幅狭部２１Ｎを備えている。又、第２板状部２２Ａは、第１板状部２１Ａと対向する側に幅広部２２Ｗ、幅広部２２Ｗの連結部２３Ａ側に幅広部２２Ｗよりも幅が狭い幅狭部２２Ｎを備えている。又、第１板状部２１Ａの幅狭部２１Ｎの幅と、第２板状部２２Ａの幅狭部２２Ｎの幅と、連結部２３Ａの幅とは同程度である。

【0069】

第１板状部２１Ａ及び第２板状部２２Ａの平面形状は、半導体装置１Ａの領域Ｒの平面形状と同様（略合同な形状）である。これにより、半導体装置１Ａを図１と同様に保持部材２Ａに固定する際に、半導体装置１Ａの領域Ｒを第１板状部２１Ａの第１面２１１に容易に位置決めすることができる。この場合、第１板状部２１Ａの幅狭部２１Ｎ上の連結部２３Ａと平面視で重複する領域に、配線基板１０Ａのアンテナ３５が実装された領域が位置する。

【0070】

又、第１板状部２１Ａ及び第２板状部２２Ａが部分的に縮幅していることにより、保持部材２Ａは保持部材２（図４参照）より軽量化することができる。

【0071】

〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、第１の実施の形態とは形状の異なる保持部材の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する場合がある。

【0072】

図９は、第１の実施の形態の変形例２に係るセンサモジュールを例示する断面図である。図９に示すように、センサモジュール３Ｂは、半導体装置１Ｂと、保持部材２Ｂとを有している。

【0073】

半導体装置１Ｂにおいて、アンテナ３５は、配線基板１０の他方の面１０ｂ（後述の段差部２４側の面）に実装されている。すなわち、半導体装置１Ｂにおいて、アンテナ３５は、配線基板１０において他の電子部品３０が実装された一方の面１０ａとは反対側の面に実装されている。

【0074】

保持部材２Ｂにおいて、平面視で第１板状部２１Ｂは第２板状部２２Ｂよりも小さい。連結部２３Ｂは、側面視でＬ字型に形成され、第１板状部２１Ｂと平面視で重複しない領域を有している。第１板状部２１Ｂと連結部２３Ｂとが平面視で重複しない領域において、保持部材２Ｂは、第１板状部２１Ｂの第１面２１１よりも第２板状部２２Ｂの第３面２２１側に下がった段差部２４を有している。

【0075】

アンテナ３５の配線基板１０側の面は、第１板状部２１Ｂの第１面２１１と同一平面か又は低い位置にある。アンテナ３５の配線基板１０とは反対側の面は、連結部２３Ｂと接触してもよい。アンテナ３５の配線基板１０とは反対側の面は、例えば、アクリル系の接着剤で連結部２３Ｂと接着してもよい。このように、アンテナ３５は、段差部２４から突出しないように、連結部２３Ｂ上に配置されている。これにより、センサモジュール３Ｂをセンサモジュール３（図１参照）よりも低背化することができる。

【0076】

センサモジュール３Ｂを低背化した場合も、アンテナ３５の下側の保持部材２Ｂの厚さＴ_４を２ｍｍ以上とすることで、センサモジュール３Ｂを指に装着した場合に、指の影響を低減することが可能となり、アンテナ３５が安定した通信性能を発揮することができる。

【0077】

なお、アンテナ３５を配線基板１０の一方の面１０ａに実装し、配線基板１０を第１板状部２１Ｂの第１面２１１から連結部２３Ｂの内側面及び内底面に沿って折り曲げ、アンテナ３５が段差部２４から突出しないように、連結部２３Ｂ上に配置してもよい。

【0078】

〈第１の実施の形態の変形例３〉
第１の実施の形態の変形例３では、センサモジュールが補強部材を有する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例３において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する場合がある。

【0079】

図１０は、第１の実施の形態の変形例３に係るセンサモジュールを例示する断面図である。図１０に示すように、センサモジュール３Ｃは、補強部材２５を有している点が、センサモジュール３Ｂ（図９参照）と相違する。

【0080】

補強部材２５は、半導体装置１Ｂ及び保持部材２Ｂを内部に収容するように、箱状に設けられている。補強部材２５は、例えば、底板部２５１、天板部２５２、側板部２５３及び２５４を、半導体装置１Ｂ及び保持部材２Ｂを内部に収容した状態で接着することで形成できる。但し、ＬＥＤ３３は、底板部２５１に設けられた貫通孔２５１ｘ内に露出している。又、半導体装置１の他端側は、側板部２５３に設けられた貫通孔２５３ｘから補強部材２５の外部に延伸している。

【0081】

底板部２５１、天板部２５２、側板部２５３及び２５４は、例えば、アクリルにより形成することができる。底板部２５１、天板部２５２、側板部２５３及び２５４の相互の接合には、例えば、アクリル系の接着剤を用いることができる。或いは、アクリル製のねじを用いて相互に接合してもよい。この場合、底板部２５１、天板部２５２、側板部２５３及び２５４を容易に分解できる。

【0082】

このように、半導体装置１Ｂ及び保持部材２Ｂを内部に収容する補強部材２５を追加することにより、センサモジュール３Ｃの強度を向上することができる。但し、補強部材は、必ずしも、半導体装置１Ｂ及び保持部材２Ｂ全体を囲むように設けなくてもよい。例えば、貫通孔２５１ｘが設けられた底板部２５１のみを補強部材としてもよい。すなわち、半導体装置１Ｂを介して第２板状部２２Ｂの第４面２２２と対向する位置のみに、補強部材が設けられてもよい。これにより、ＬＥＤ３３が直接指に接触することを防止可能となり、ＬＥＤ３３を補強することができる。

【0083】

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0084】

１、１Ａ、１Ｂ 半導体装置
２、２Ａ、２Ｂ 保持部材
３、３Ｂ、３Ｃ センサモジュール
１０、１０Ａ 配線基板
１０ａ 配線基板の一方の面
１０ｂ 配線基板の他方の面
２１、２１Ａ、２１Ｂ 第１板状部
２１Ｎ、２２Ｎ 幅狭部
２１Ｗ、２２Ｗ 幅広部
２２、２２Ａ、２２Ｂ 第２板状部
２３、２３Ａ、２３Ｂ 連結部
２４ 段差部
２５ 補強部材
３０ 電子部品
３１ ＣＰＵ
３２、４５ コネクタ
３３ ＬＥＤ
３４ ＰＤ
３５ アンテナ
４０ 電池
５０ 情報処理装置
１０１、１０３、１０５、１０７、１０９ 配線層
１０２、１０４、１０６、１０８ 絶縁層
１０４ｘ、１０６ｘ、１０８ｘ ビアホール
１１０ ソルダーレジスト層
１１０ｘ 開口部
２１１ 第１面
２１２ 第２面
２２１ 第３面
２２２ 第４面
２５１ 底板部
２５１ｘ、２５３ｘ 貫通孔
２５２ 天板部
２５３、２５４ 側板部
３０１ 制御部
３０２ 発光部
３０３ 受光部
３０４ 通信部
５００ 指先
５１０ 爪
５２０ 腹

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】