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いおりしまむね
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1 Sensor Technology to Realize Continuous Blood Pressure Monitoring Development and Practical Application of High-precision Multi-element MEMS Pressure Sensor Yuki Kato Nakagawa and Tsuyoshi Hamaguchi 26 (26)

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加藤中川雄樹ほか連続血圧計測を実現するセンサ技術したがってワイヤ保護樹脂から受ける応力を最小化するような新たな構造や工法樹脂の選定が必要となる筆者らは図4 b に示すようにワイヤ保護樹脂の量を削減しセンサチップがワイヤ保護樹脂から受ける応力を最小化するためにバスタブ状のセラミック基板にセンサチップをダイボンドする構造を考案したセラミック基板がキャ

4 加藤中川雄樹ほか連続血圧計測を実現するセンサ技術したがってワイヤ保護樹脂から受ける応力を最小化するような新たな構造や工法樹脂の選定が必要となる筆者らは図4 b に示すようにワイヤ保護樹脂の量を削減しセンサチップがワイヤ保護樹脂から受ける応力を最小化するためにバスタブ状のセラミック基板にセンサチップをダイボンドする構造を考案したセラミック基板がキャビティを有しておりこのキャビティにセンサチップを固定しセラミック基板とセンサチップの隙間を応力の影響が殆ど出ない低い弾性率の樹脂以下フィル樹脂と記載で埋めることで弾性率の高いワイヤ保護樹脂の量を最小図3 化できるさらにセンサチップの表面にのみワイヤ保護従来センサと新センサの雑音耐性比較樹脂が塗布されているためにワイヤ保護樹脂による残留応力が発生しにくいと考えられる次節ではバスタブ形 3.2 新パッケージ構造の提案オシロメトリック法に状基板の最適化についてその詳細を記述するよる血圧計測ではカフ内の圧力が空気を媒体として半導体の圧力センサに直接伝達されるがトノメトリ法による連続血圧計測では圧力センサを皮膚に直接押圧する必要があることは前述の通りであるそのため圧力センサを生体適合性の良い樹脂封止以下ポッティングと記載する必要があるがポッティングする樹脂の弾性率が低すぎると変形量が大きくなり正しく圧力を伝達できないためある程度硬さのある樹脂を選択する必要があるしかしながら弾性率が高くなると樹脂は硬化時にセンサチップに応力を残存させさらに樹脂は周辺温度の変化に伴い膨張収縮するために圧力センサを樹脂でポッティングすると一般的には特性が著しく悪化してしまうしたがって a 旧パッケージ弾性率の高い樹脂でポッティングしたとしても特性を悪化させないこれまでにないパッケージ構造や工法を新たに開発する必要がある特に 46個もの圧力センサ全てが均一かつ圧力計測の精度を確保できるようにパッケージングすることが重要であるまたセンサチップから信号を引き出すために種々の工法の中からワイヤボンディングを選択するワイヤボンディングはチップサイズの小型化に伴う電極端子の狭ピッチ化にも対応してきた背景がありまた一般的に低コストで生産性が高い利点がある8 一方で通常ワイヤボンディングの場合にはワイヤにストレスが加わらないようにパッケージングする必要があるが前述したように連続血圧計測のために皮膚に直接押圧するためワイヤを b 新パッケージ図4 パッケージ構造の新旧比較保護するための樹脂も必要となる纏めると図4 a に示すようにワイヤを保護するためのストレス強度の高い樹脂とセンサチップ全体を覆う生体適合性の良い樹脂でのポッティングが必要となるすなわち異なる特性が要求される高弾性の樹脂を二重に塗布する必要がある前述したようにワイヤ保護樹脂はワイヤの断線を保護するために弾性率の高い樹脂を選定する必要があるしかしながら図4 a で示した構造ではワイヤ保護樹脂がセンサチップの短辺方向への圧縮および引張応力を残存させ 46個の圧力センサの特性が不均一となるまた温度特性が著しく悪化することが事前評価で観測されている (29) 29

5 OMRON TECHNICS Vol.50 No.1 通巻 161 号 2018 a Model 1 図5 a Model 1 図6 b Model 2 c Model 3 応力分布シミュレーション b Model 2 c Model 3 応力分布シミュレーション結果 3.3 応力シミュレーションによる構造最適化提案するバスタブ形状基板においてワイヤ保護樹脂の膨張収縮による応力がセンサチップに最も影響を与えない形状を応力分布シミュレーションによって構造を最適化するシミュレーションモデルは図5に示す3パターン用意した Model 1は単純なバスタブ構造図5 a で Model 2はバスタブの中央部分を削除した構造図5 b Model 3はワイヤ保護樹脂部分のみバスタブ構造となっており中央部分は全く壁が無い構造図5 c としたセンサチップはシリコン半導体としての物性値を用いバスタブ基板はセラミックの物性値を用いたまたワイヤ保護樹脂は弾性率 470 MPa 熱膨張係数51 ppm/ とし温度を50 変化させた時センサチップにどのような応力分布が発生するかを解析した図7 構造パラメータ調整後の応力分布 0に近づいており圧力センサエレメント間のばらつきが図6に Model 1 3のダイアフラム上に発生する応力分小さくなっている Model 2はダイアフラムが受ける応力布のシミュレーション結果を示す図6の横軸 L はダイアの平均値は0に近づいているが圧力センサエレメント間フラム中心からの距離であり実際のセンサチップではでのばらつきは旧パッケージと同等であるまた Model µm までに200 µm ピッチで圧力センサが 3は旧パッケージと同等の応力分布であり構造変更によ配置されている図6の縦軸は y 軸方向への応力を示しる効果が殆ど現れていない以上よりセンサチップの周ており正の値は圧縮応力負の値は引張応力を意味する辺が全て壁で囲まれているバスタブ形状がワイヤ保護樹また図6の a b c にそれぞれ Model 1 3の結脂による応力の影響を受けにくい構造でありセンサ特性果を示しているが Reference Old package と記載しを悪化させず各圧力センサエレメントの特性を均一に保つてグラフ化しているのは図5に示したシミュレーションことができる構造であると考えられるさらに詳細は省モデルには記載がないが図4 a に示した旧パッケージ略するが Model 1における構造に関する種々のパラメーの応力分布シミュレーション結果であり参考として併記タを微調整することによって図7に示すように応力分布した Model 1は旧パッケージと比較して応力の平均値がをよりフラットに近づけることが可能となる 30 (30)

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OMRON TECHNICS Vol.50 No.1 通巻 161 号 2018 するまた TCO と TCS のセンサチップの設計仕様はそれぞれ typ.0.036%fs/ 0.034 0.107%FS/ および typ. 0.203%/ 0.353 0.

力分布シミュレーションの結果を元に提案した新たなパッケージ構造および工法によって圧力センサエレメント 46個全ての特性を良好に保ったままセンサ周辺に種々の樹脂を塗布できることが示された 4.2 手首ファントムを用いた評価 4.

7 OMRON TECHNICS Vol.50 No.1 通巻 161 号 2018 するまた TCO と TCS のセンサチップの設計仕様はそれぞれ typ.0.036%fs/ %FS/ および typ %/ %/ であり設計仕様範囲内であることがわかる実装による特性悪化の影響を受けているとすればパッケージングで使用する樹脂の中で最も弾性率が高いワイヤ保護樹脂の影響が温度特性として現れるはずであるまたワイヤ保護樹脂はセンサチップの両端にのみ塗布しているため両端の圧力センサエレメントでその影響が顕著になるはずであるが図 9の結果からその傾向は見受けられないしたがって応力分布シミュレーションの結果を元に提案した新たなパッケージ構造および工法によって圧力センサエレメント 46個全ての特性を良好に保ったままセンサ周辺に種々の樹脂を塗布できることが示された 4.2 手首ファントムを用いた評価 4.1節ではセンサモジュールに圧力および温度を印可し一般的な圧力セン図8 センサモジュールの圧力温度特性サとしての特性を評価したが空気による圧力印可であることまた静的圧力であることから人体に直接センサモジュールを押圧する状況とは異なるそこで我々は一般的な圧力センサとしての特性評価だけでなく実条件に近くさらに再現性の良い手首ファントムを開発し評価を実施した開発した手首ファントムによるセンサ評価システムを図10に示す手首ファントムは図10 a に示すように橈骨動脈を模擬する管皮膚を模擬するゴムシート組織を模擬するゴムシートで構成される構成要素はそれぞれ生体を機械的に模擬できる材料パラメータで予め選定されているまた模擬血管内は水で満たされておりさらに図10 b に示すように人体の動脈の拍動を模擬し図9 オフセットとセンサ感度の温度係数こともわかる一方で図8ではオフセットおよびセンサ a 概要図感度共に中央から端の圧力センサエレメントにかけて緩やかに特性が変化しているように見えるがこれは周辺樹脂の影響ではなくセンサチップのダイアフラム形状に依存する特性であり実装前のセンサチップ単体での特性評価においても同様の傾向となるため実装によって特性が悪化しているものではないさらに図9から TCO は約 0.05%FS/ TCS は約0.2%/ で圧力センサエレメント毎に差が無く均一な特性となっているこれはオフセットおよびセンサ感度の温度による影響が各圧力センサエ b チューブ内圧波形レメントであるいは低温側から高温側までの各温度において温度係数が小さいかつ均一な特性であることを意味 32 (32) 図10 手首ファントムによるセンサ評価システム

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Microsoft PowerPoint - fcn-360-idc-tool-i.pptx FUJITSU Component Connector FCN-360 形コネクタ圧着作業基準案内書 1 はじめに FCN-360 形コネクタには電線と端子を接続する手段として圧着接続を行うタイプがありますこの接続方法は圧力型接続とも呼ばれ二つの導体に機械的な力を加えて密接な金属接触を行わせ残留応力または金属間の結合力によって接触が保持されることにより永久接続を行うものです圧着接続は