JP7112877B2

JP7112877B2 - センサモジュール

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Publication number: JP7112877B2
Application number: JP2018081119A
Authority: JP
Inventors: 惇人依田
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2022-08-04
Anticipated expiration: 2038-04-20
Also published as: JP2019192702A; US20190320950A1; US11395609B2

Description

本発明は、センサモジュールに関する。

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の時間変化を求めるパルスオキシメータが挙げられる。

特開２００７－１０５３１６号公報

しかしながら、従来のセンサモジュールでは、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に実装して指先に装着する形態は実現できていなく、例えば、指先を含めた指全体に装着する形態であった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、計測に用いる電子部品が一枚の配線基板に実装され、無理なく指先に装着できるセンサモジュールを提供することを課題とする。

本センサモジュールは、弾性部材からなるリング型部材と、前記リング型部材の外周面に固着された半導体装置と、を有し、前記半導体装置は、可撓性を有する配線基板と、前記配線基板に実装された半導体部品を含む電子部品と、を備え、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、前記部品非実装部は、前記リング型部材の外周面に沿って湾曲していることを要件とする。

開示の技術によれば、計測に用いる電子部品が一枚の配線基板に実装され、無理なく指先に装着できるセンサモジュールを提供できる。

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。第１の実施の形態に係る半導体装置を構成する配線基板を例示する断面図である。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。第１の実施の形態に係るセンサモジュールについて説明する図である。リング型部材の偏平率について説明する図である。第１の実施の形態の変形例１に係るセンサモジュールについて説明する図である。センサモジュールに用いるリング型部材の他の例を示す斜視図である。

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。

〈第１の実施の形態〉
（半導体装置）
図１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１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ－Ａ線に沿う断面図である。

図１を参照するに、半導体装置１は、配線基板１０と、電子部品２０とを有している。

配線基板１０は可撓性を有するコアレス基板であり、図２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、５層）により構成されている。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。

図２の例では、配線基板１０は、配線層１０１と、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とされている。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。

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、配線層１０１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、配線層１０１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。

配線層１０１は、配線基板１０の最下層に形成されている。配線層１０１は、例えば、金（Ａｕ）膜、パラジウム（Ｐｄ）膜、ニッケル（Ｎｉ）膜、及び銅（Ｃｕ）膜を、金（Ａｕ）膜が下側となるように、この順番で順次積層した構造とすることができる。但し、配線層１０１において、パラジウム（Ｐｄ）膜やニッケル（Ｎｉ）膜は形成しなくてもよい。

配線層１０１の下面（上記の場合、金（Ａｕ）膜の下面）は絶縁層１０２の下面から露出しており、上面（配線層１０３との接続部を除く）及び側面は絶縁層１０２に覆われている。配線層１０１の下面は、例えば、絶縁層１０２の下面と面一とすることができる。配線層１０１の厚さ（配線層１０１を構成する各膜の総厚）は、例えば、１０～２０μｍ程度とすることができる。配線層１０１は、電子部品２０の端子と接続されるパッドとして用いることができる。

絶縁層１０２は、配線層１０１を覆うように形成されている。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。

配線層１０３は、絶縁層１０２の一方の側に形成されており、配線層１０１と電気的に接続されている。配線層１０３は、絶縁層１０２を貫通し配線層１０１の一方の面を露出するビアホール１０２ｘ内に充填されたビア配線、及び絶縁層１０２の一方の面に形成された配線パターンを含んで構成されている。ビアホール１０２ｘは、絶縁層１０４側に開口されている開口部の径が配線層１０１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されている。ビアホール１０２ｘ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を構成する配線パターンの厚さは、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と記載されていた場合、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。

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。

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構成されている。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されている。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を構成す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。

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。

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構成されている。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されている。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を構成す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。

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。

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構成されている。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されている。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を構成す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。

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。

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。

開口部１１０ｘ内に露出する配線層１０９は、電子部品２０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。

配線基板１０では、各ビア配線上に配置される各配線層の上面は平坦であり凹部が形成されないため、図２に示すようにビア配線が垂直に積層されたスタックビア構造を実現することができる。これにより、配線基板１０の配線層の密度を向上させることができると共に、各配線層間におけるビア配線を介した電気的接続の信頼性を向上させることができる。但し、スタックビア構造を有しない形態としてもよい。

図１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）及び他方の面１０ｂ（絶縁層１０２の下面）には各々複数の電子部品２０が実装されている。

電子部品２０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。なお、アンテナは電子部品として搭載してもよいし、配線パターンにより形成してもよい。

電子部品２０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、ＣＰＵ２１、コネクタ２２、ＬＥＤ２３、及びＰＤ２４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。ＣＰＵ２１は、半導体装置１の全体を制御する。ＣＰＵ２１は、半導体装置１に実装された電子部品２０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２２は、ＣＰＵ２１等に供給する電源を外部から入力する端子となる。ＬＥＤ２３は、ＣＰＵ２１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。ＰＤ２４は、ＬＥＤ２３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ＣＰＵ２１に受け渡す受光素子である。

図１の例では、ＣＰＵ２１及びコネクタ２２は配線基板１０の一方の面１０ａに実装されている。又、ＬＥＤ２３及びＰＤ２４は、配線基板１０の他方の面１０ｂに実装されている。ＬＥＤ２３は、例えば、配線基板１０を介してＣＰＵ２１と対向する位置に実装することができる。

半導体装置１には、配線基板１０に電子部品２０が実装された部品実装部Ｍと、配線基板１０に電子部品２０が実装されていない部品非実装部Ｎ（図１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。

半導体装置１は、長手方向の複数箇所で折り曲げてリング型に変形させ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リング型に変形させることができる。

又、複数の部品実装部Ｍのうち全部又は一部において、電子部品２０が半導体装置１の短手方向に一列に配列されていることが好ましい。これにより、部品実装部Ｍの幅を狭くできるため、半導体装置１を容易にリング型に変形させることができる。

なお、各配線層を構成する配線パターンは、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（例えば、図２に示すスタックビア）は部品実装部Ｍのみに配置される。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。

（センサモジュール）
次に、半導体装置１を用いたセンサモジュール３について説明する。ここでは、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、脈拍や体温が挙げられる。

図３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３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。

制御部３０１は、例えば、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メインメモリ等を含む構成とすることができる。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ＣＰＵ２１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３０から電源供給を受けて動作することができる。

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ＬＥＤ２３により実現することができる。

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、ＰＤ２４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、ＣＰＵ２１に送られる。

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４０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４０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４０に送信することができる。

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。

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。

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。

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。

図４は、第１の実施の形態に係るセンサモジュールについて説明する図である。図４（ａ）～図４（ｅ）はセンサモジュール３を計測対象物である指５００に装着した状態を示しており、図４（ｂ）は平面図、図４（ａ）は左側面図、図４（ｃ）は右側面図、図４（ｄ）は底面図、図４（ｅ）は図４（ｂ）のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。又、図４（ｆ）は、センサモジュール３を計測対象物である指５００に装着する前の状態を示す断面図であり、図４（ｅ）に対応する断面を示している。なお、ここでは、掌を爪側から視た図を平面図としている。

図４に示すように、センサモジュール３は、半導体装置１とリング型部材２とを有している。ここで、リング型とは、所定方向から視たときに中央に空間部を有する閉じた輪状の形をいい、例えば、円形や楕円形等を含む。但し、所定方向から視たときに中央に空間部を有する閉じた輪状の形であれば、円形や楕円形でなくてもよく、例えば、直線状の部分が含まれてもよい。又、リング型は、閉じた輪状の形の一部が開放された形（例えば、アルファベットのＣの字に近似した形）も含む。これについては、変形例として別途説明する。

半導体装置１は、ＣＰＵ２１が外側を向くように、リング型部材２の外周面に固着されており、半導体装置１の部品非実装部Ｎ（図１参照）はリング型部材２の外周面に沿って湾曲している。半導体装置１は、リング型部材２の外周面の全体に固着されてもよいし、図４（ｅ）に示すようにリング型部材２の外周面の一部に固着されてもよい。

リング型部材２は、偏平率の高い領域と偏平率の低い領域とを備えている。リング型部材２は、人間の指５００に装着することを想定して設計されているため、指５００の爪側（背側）及びそれに対向する指５００の腹側は指の形状に合わせて相対的に偏平率の高い領域とされている。ここで、偏平率は、所定の範囲Ｌにおいてリング型部材２の外周面の最低点から最高点までの高さＨを求めたときのＬ／Ｈと定義する。例えば、図５に示す高さＨ_３の領域の偏平率はＬ／Ｈ_３であり、高さＨ_４（Ｈ_４＞Ｈ_３）の領域の偏平率はＬ／Ｈ_４である。図５に示す高さＨ_３の領域は相対的に偏平率の高い領域であり、高さＨ_４の領域は相対的に偏平率の低い領域である。なお、偏平率の高い領域とは、例えば、平面視で指５００の爪と重なる領域である。

リング型部材２の偏平率の高い領域上に位置する配線基板１０の外周面には、電子部品２０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ＣＰＵ２１が実装されている。これにより、実装効率を向上することができる。

又、電子部品２０が実装された部品実装部Ｍ（図１参照）は、全く曲がらないか殆ど曲がらない。そこで、電子部品２０の中で平面視における面積が最も大きな電子部品を実装する部品実装部Ｍを、大きく曲げる必要のないリング型部材２の偏平率の高い領域上に配置することにより、センサモジュール３全体の曲げやすさを妨げることを防止できる。又、大きく曲げる必要のないリング型部材２の偏平率の高い領域にのみビア配線を設けてもよく、これによってビア配線にクラックが入ることを防止できる。

なお、電子部品２０の中で平面視における面積が最も大きな電子部品がＣＰＵ２１であるとしたのは一例であり、平面視における面積が最も大きな電子部品をリング型部材２の偏平率の高い領域上に位置する配線基板１０の外周面に実装すれば上記の効果が得られる。

コネクタ２２はＣＰＵ２１等に供給する電源を外部から入力する端子であり、例えば、電池３０と線材等で接続されたコネクタ３５と嵌合するように構成されている。電池３０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３０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。

リング型部材２には貫通孔２ｘ及び２ｙが設けられている。配線基板１０の他方の面１０ｂに実装されたＬＥＤ２３は貫通孔２ｘ内に位置し、ＬＥＤ２３の出射面は貫通孔２ｘから外部に露出し指５００に接する位置にある。又、配線基板１０の他方の面１０ｂに実装されたＰＤ２４は貫通孔２ｙ内に位置し、ＰＤ２４の入射面は貫通孔２ｙから外部に露出し指５００に接する位置にある。

ＬＥＤ２３は偏平率の高い領域上に位置する配線基板１０の他方の面１０ｂに実装され、ＰＤ２４はリング型部材２の空間部２００を介してＬＥＤ２３と対向する位置に実装されている。ＬＥＤ２３の出射光は、リング型部材２の空間部２００に挿入された指５００を透過してＰＤ２４で受光することができる。

図４（ｆ）に示すように、指５００に装着していない状態のセンサモジュール３の断面形状は、装着が想定される指５００の高さＨ_１（図４（ｅ）参照）よりも空間部２００の高さＨ_２が低くなるように形成しておくことが好ましい。又、リング型部材２は、弾力性を有する材料により構成することが好ましい。リング型部材２に用いる弾力性を有する材料の具体例としては、ウレタンゴム、アクリルゴム、シリコーン等が挙げられる。ここで、弾力性とは、弾性変形後に初期状態に回復する材料の能力を指す。

高さＨ_１よりも高さＨ_２が低くなるように形成し、リング型部材２が弾力性を有することにより、高さＨ_１がばらついた場合でも、指５００への装着時にリング型部材２の弾性力によりセンサモジュール３が図４（ｆ）の矢印方向（高さ方向）に伸びる。その結果、ＬＥＤ２３の出射面とＰＤ２４の入射面を確実に指５００に接触させることが可能となり、ＰＤ２４の受光量が増えるため、計測精度を向上できる。

又、リング型部材２は、誘電率が既知の材料により構成することが好ましい。リング型部材２を誘電率が既知の材料により構成することで、アンテナの設計を容易に行うことができる。

センサモジュール３を構成する半導体装置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２０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を構成する半導体装置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、各部品非実装部Ｎを指の形状に合わせて折り曲げて容易にリング型とすることができる。

すなわち、センサモジュール３は小型で折り曲げやすく、容易にリング型とすることができる。そのため、従来のように指の全体に装着するのではなく、無理なく指先のみに装着することができる。例えば、センサモジュール３を指の第１関節よりも指先側のみに装着することで、装着後も容易に指を曲げることができるため、装着感の少ないウェアラブルデバイスを実現できる。

又、配線基板１０にアンテナを搭載することで、外部の情報処理装置４０との無線通信が可能となるため、有線で通信する場合と比べて装着感の少ないウェアラブルデバイスを実現できる。

〈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の実施の形態とは半導体装置の配線基板に実装される一部の電子部品の配置が異なる例を示す。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。

図６は、第１の実施の形態の変形例１に係るセンサモジュールについて説明する図であり、指に装着する前の断面図である。

図６に示すセンサモジュール３Ａは、半導体装置１が半導体装置１Ａに置換された点が、センサモジュール３（図４（ｆ）参照）と相違する。半導体装置１Ａは、ＬＥＤ２３とＰＤ２４の実装位置が反対になった点が、半導体装置１と相違する。すなわち、ＰＤ２４は配線基板１０を介してＣＰＵ２１と対向する位置に実装されており、ＬＥＤ２３はリング型部材２の空間部２００を介してＰＤ２４と対向する位置に実装されている。このような配置としても、ＬＥＤ２３の出射光は、リング型部材２の空間部２００に挿入された指を透過してＰＤ２４で受光することができる。

ＰＤ２４の出力はアナログ信号であり外部ノイズの影響を受けやすい。ＰＤ２４を配線基板１０を介してＣＰＵ２１と対向する位置に実装することにより、ＰＤ２４とＣＰＵ２１とを接続する配線パターンの配線長を短縮できるため、ＰＤ２４の出力するアナログ信号がノイズの影響を受け難くすることができる。その結果、センサモジュール３Ａの計測精度を向上できる。

〈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の実施の形態とはリング型部材の形状が異なる例を示す。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。

図７は、センサモジュールに用いるリング型部材の他の例を示す斜視図である。図７に示すリング型部材２Ｂは、閉じた輪状の形の一部が開放された形の一例であり、側方に開放部２０１が設けられてアルファベットのＣの字に近似している。又、空間部２００を介して開放部２０１と対向する位置に屈曲部２０２が設けられている。

このように、リング型部材２Ｂを開放部２０１及び屈曲部２０２を有する略Ｃ字型とすることにより、屈曲部２０２を支点としてリング型部材２Ｂの開放部２０１側が矢印方向に容易に往復移動できるため、センサモジュールを容易に指に装着することができる。

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。

１、１Ａ半導体装置
２、２Ｂリング型部材
２ｘ、２ｙ貫通孔
３、３Ａセンサモジュール
１０配線基板
１０ａ一方の面
１０ｂ他方の面
２０電子部品
２１ＣＰＵ
２２、３５コネクタ
２３ＬＥＤ
２４ＰＤ
３０電池
４０情報処理装置
１０１、１０３、１０５、１０７、１０９配線層
１０２、１０４、１０６、１０８絶縁層
１０２ｘ、１０４ｘ、１０６ｘ、１０８ｘビアホール
１１０ソルダーレジスト層
１１０ｘ開口部
２００空間部
２０１開放部
２０２屈曲部
３０１制御部
３０２発光部
３０３受光部
３０４通信部
５００指

Claims

弾性部材からなるリング型部材と、前記リング型部材の外周面に固着された半導体装置と、を有し、
前記半導体装置は、可撓性を有する配線基板と、前記配線基板に実装された半導体部品を含む電子部品と、を備え、
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、
前記部品非実装部は、前記リング型部材の外周面に沿って湾曲しているセンサモジュール。
前記リング型部材は、ウレタンゴム、アクリルゴム、又はシリコーンからなる請求項１に記載のセンサモジュール。
前記リング型部材は、偏平率の高い領域と、偏平率の低い領域と、を備え、
前記偏平率の高い領域上に位置する前記配線基板の外周面には、前記電子部品の中で平面視における面積が最も大きな電子部品が実装されている請求項１又は２に記載のセンサモジュール。
前記電子部品はＣＰＵを含み、
前記最も大きな電子部品は前記ＣＰＵである請求項３に記載のセンサモジュール。
前記電子部品は、発光素子及び受光素子を含み、
前記偏平率の高い領域上に位置する前記配線基板の内周面には、前記発光素子又は前記受光素子の一方が実装され、
前記リング型部材の空間部を介して前記発光素子又は前記受光素子の一方と対向する位置にある前記配線基板の内周面には、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３又は４に記載のセンサモジュール。
前記リング型部材には第１貫通孔及び第２貫通孔が設けられ、
前記発光素子は前記第１貫通孔内に位置し、前記発光素子の出射面は前記第１貫通孔から外部に露出し、
前記受光素子は前記第２貫通孔内に位置し、前記受光素子の入射面は前記第２貫通孔から外部に露出している請求項５に記載のセンサモジュール。
前記配線基板は、複数の配線層が絶縁層を介して積層された多層配線基板であり、
前記多層配線基板は、前記絶縁層を介して上下に隣接する前記配線層同士を電気的に接続するビア配線を有し、
前記ビア配線は、偏平率の高い領域のみに配置されている請求項３乃至６の何れか一項に記載のセンサモジュール。
前記部品実装部の少なくとも１つでは、前記電子部品が前記半導体装置の短手方向に一列に配列されている請求項１乃至７の何れか一項に記載のセンサモジュール。