KR102490500B1 - 광 프로브를 위한 폴드 플렉스 회로 - Google Patents

광 프로브를 위한 폴드 플렉스 회로 Download PDF

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Abstract

이 개시는 비침습 광학 측정에 사용하기 위한 프로브가 기술된다. 이 개시의 일 실시형태는 매체의 특성을 측정하는 비침습 광 프로브이다.
상기 프로브는 광학 방사선을 전송하는 이미터 및 이미터에 의해 전송된 광학 방사선을 검출하는 디텍터를 가지며, 상기 프로브는 이미터 및 디텍터 연결을 위한 회로 경로를 갖는 플렉서블 회로 어셈블리를 가진다.
이 개시는 플렉서블 인쇄 회로와 다른 센서 소재의 사용을 위해, 최적화된 재료 사용을 위한 저비용 센서 및 간소화된 제조 방법을 설명한다. 일부 실시예에서, 센서는 재료의 비용을 최소화하기 위해서, 사용된 재료의 양을 극대화하기 위해 구성된다.
하나의 유리한 실시 예에서, 제조된 플렉스 회로는 원래의 플렉스 회로의 특성 및 완전성을 유지하면서 다수의 상이한 구성으로 폴딩될 수 있다. 이러한 방식으로, 동일하고 간소화된 제조방법은 복수의 구성을 갖는 플렉스 회로를 제조하는 데 사용될 수 있다.

Description

광 프로브를 위한 폴드 플렉스 회로
본 출원은 2015년 2월 6일에 출원된 미국 가(provisional) 출원 제62/112,918호 및 2015년 8월 31일에 출원된 미국 가 출원 제62/212,071호 이익을 주장하며, 이에 게시된 전체내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
이 개시는 매체의 특성을 파악하기 위하여 매체를 통과한 광학 에너지를 감지하는데 사용될 수 있는 저잡음, 일회용 및 재사용 가능한 광 프로브에 관한 것이다.
에너지는 매체의 특성을 파악하기 위하여 매체를 통하여 전달되거나 매체로부터 반사될 수 있다. 예를 들어, 의학 분야에서 검사를 위해 환자의 신체에서 물질을 추출하는 대신에, 빛 또는 소리 에너지를 환자의 신체에 입사시키고, 전송된(또는 반사된) 에너지를 측정하여 물질에 대한 정보를 판단할 수 있다. 이 비침습 측정의 유형은 환자에게 더 편안하고, 실시간으로 수행될 수 있다.
신체 기능의 비침습 생체 모니터링은 종종 요구된다. 예를 들어, 수술하는 동안 혈압 및 신체의 산소 공급량 또는 혈액 산소 포화도를 측정하는 경우가 있다. 이와 같은 측정은 신체의 일부, 예를 들어 손가락 또는 귓볼 또는 이마를 통해 전송되는(또는 반사되는) 빛의 비율을 측정하여 평가하는 비침습 기술로 종종 수행된다.
매체의 특성을 파악하기 위해 신호 프로세서에 출력될 저잡음 신호를 제공하도록 적절하게 구성된 일회용 및 재사용이 가능한 광 프로브에 대한 수요가 증가했다. 이러한 광 프로브를 저비용으로 공급하는 데 있어서, 모션 유도 노이즈와 관련하여 많은 어려움이 발생했다. 따라서, 저비용, 저잡음 광 프로브 및 이러한 프로브를 효율적으로 제조하는 방법에 대한 요구가 존재한다.
이 개시는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 매체를 통과한 광학 에너지를 감지하는 데 사용될 수 있는 저잡음, 일회용 및 재사용이 가능한 광 프로브를 위한 폴드 플렉스 회로 센서 제조방법, 센서 조립체, 센서 폴딩 방법, 디텍터 실드를 제공하고자 함이다.
다양한 센서 및 센서 조립 방법이 설명된다. 일부 실시 예에서, 센서 조립체는 제1 단부, 바디부(body portion) 및 제2 단부를 포함한다. 제1 단부는 커넥터부(connector portion)를 포함할 수 있고 제2 단부는 플랩(flap), 제1 컴포넌트(component), 네크부(neck portion), 제2 컴포넌트(component)를 포함할 수 있다. 또한, 센서 폴딩(folding) 방법에 대해서도 설명된다. 상기 방법은 첨부된 이미터(emitter) 및 회로의 일부분에 의해 분리된 디텍터(detector)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 이미터를 통해 제1 폴드가 생성되도록 회로의 일부를 폴딩하는 단계와 제1 폴드 및 제2 폴드가 각도를 형성하도록 회로의 일부를 폴딩하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1a는 센서 조립체(sensor assembly)에 사용하기 위한 플렉스(flex) 회로의 일 실시예의 평면도.
도 1b는 센서 조립체에 사용하기 위한 플렉스 회로의 일 실시예의 저면도.
도 2a는 플렉서블 인쇄 회로 패널 배열(flexible printed circuit panel array)의 일 실시예의 평면도.
도 2b-2c는 센서 조립체의 일 단부의 상면도 및 하면도.
도 3a는 센서 조립체의 일 실시예의 분해도.
도 3b는 도 2에 도시된 플렉서블 인쇄 회로 패널 배열의 일부를 형성하는 복수의 중첩된 상부 패널 실드(shield)로 구성되는 시트(sheet)의 일 실시예.
도 3c는 도 2에 도시된 플렉서블 인쇄 회로 패널 배열의 일부를 형성하는 상부 패널 커버레이(coverlay)로 구성되는 시트의 일 실시예.
도 3d는 도 2에 도시된 플렉서블 인쇄 회로 패널 배열의 일부를 형성하는 복수의 중첩된 트레이스(trace)로 구성되는 시트의 일 실시예.
도 3e는 도 2에 도시된 플렉서블 인쇄 회로 어레이의 일부를 형성하는 복수의 중첩된 하부 커버레이(coverlay)로 구성되는 시트의 일 실시예.
도 3f는 도 2에 도시된 플렉서블 인쇄 회로 어레이의 일부를 형성하는 복수의 중첩된 하부 패널 실드(shield)로 구성되는 시트의 일 실시예.
도 4a는 센서 조립체의 일 실시예에 사용된 실드 그리드(shield grid)의 제1 실시예의 평면도.
도 4b는 센서 조립체의 일 실시예에 사용된 실드 그리드의 제2 실시예의 평면도.
도 4c는 센서 조립체의 일 실시예에 사용된 실드 그리드의 제3 실시예의 평면도.
도 4d는 센서 조립체의 일 실시예에 사용된 실드 그리드의 제4 실시예의 평면도.
도 4e는 센서 조립체의 일 실시예에 사용된 실드 그리드의 제5 실시예의 평면도.
도 5a-5d는 센서 조립체의 일 실시예.
도 6a는 센서 폴딩(folding) 방법의 실시예를 설명하기 위한 순서도.
도 6b는 센서의 폴딩 이전의 센서 폴딩 방법에서 센서 조립체의 실시예.
도 6c는 센서의 네크(neck)가 제1 방향으로 구부러진 센서 폴딩 방법의 제1 단계를 설명하기 위한 도면.
도 6d는 센서의 네크가 제2 방향으로 구부러진 센서 폴딩 방법의 제2 단계를 설명하기 위한 도면.
이 개시는 저비용 센서 및 저비용 센서의 조립 및 제조 방법을 제공한다. 일부 실시예에서, 센서 회로는 복수의 센서 각각을 위한 플렉스 회로 각각이 제조될 때 서로 테셀레이션(tessellation) 되거나 중첩되도록 구성된다. 일부 실시예에서, 이 구성은 재료 세트로부터 제조되고 조립될 수 있는 회로의 수를 최대화한다. 이러한 구성은 낭비되는 재료의 양을 최소화한다.
이 개시는 또한 직선형 센서로부터 L형 센서 또는 구부러진 센서를 조립하는 방법을 기술한다. 이전의 L형 센서 제조 방법은 L형 센서의 프로파일(profile)이 기판 재료의 사용을 최대화하기 위해 플렉스 회로가 엇갈린 형태로 인쇄되는 것을 방지하므로, 상당한 낭비를 초래했다. 직선형 센서에서 L형 센서를 조립함으로써, 플렉스 회로의 프로파일(profile)은 최소화되고, 낭비되는 양도 최소화된다. 이하에서 설명되는 폴딩 방법은 직선형 센서로부터 복수의 상이한 센서 형상이 제조되도록 한다.
도 1 내지 도 2는 센서 조립체의 플렉스 회로(100)의 다양한 도면을 도시한다. 도 1a-1b는 센서의 플렉스 회로(100)의 일 실시예를 도시한다. 도 1a는 플렉스 회로(100)의 평면도를 보여준다. 플렉스 회로(100)는 디텍터(detector) 단부(110) 및 커넥터 단부(120)를 가진다. 도 1b는 플렉스 회로(100)의 저면도 및 대응하는 디텍터(detector) 단부(110) 및 커넥터 단부(120)를 보여준다. 도시된 바와 같이, 플렉스 회로(100)는 일반적으로 선형이고, 기판 재료 상에 인쇄될 수 있는 플렉스 회로의 수를 최대화하는 것을 도울 수 있는 최소의 프로파일(profile)을 갖는다.
일부 실시예에서, 플렉스 회로(100)의 구성은 사용되는 기판 재료를 최대화하고, 낭비를 최소화 하도록 구성될 수 있다. 도 2a는 플렉서블(flexible) 회로(204)의 제2 열로 중첩된 플렉서블(flexible) 회로(202)의 제1 열을 포함하는 플렉서블 인쇄 회로 패널 어레이(flexible printed circuit panel array)(200)을 도시한다. 일부 예에서, 플렉서블(flexible) 회로(202)의 제1 열 및 플렉서블(flexible) 회로(204)의 제2 열은 동일할 수 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 플렉서블(flexible) 회로(202, 204)의 제1열 및 제2 열은 커넥터 단부(208) 및 디텍터(detector) 단부(206)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 플렉서블(flexible) 회로(202)의 제1 열 및 플렉서블(flexible) 회로(204)의 제2 열은, 플렉서블 인쇄 회로 패널 어레이(200) 상에서, 플렉서블(flexible) 회로(202)의 제1 열의 커넥터 단부(208)는 플렉서블(flexible) 회로(204)의 제2 열의 디텍터(detector) 단부(206) 및 다른 단부에 인접해 있고, 플렉서블(flexible) 회로(202)의 제2 열의 커넥터 단부(208)는 플렉서블(flexible) 회로(204)의 제1 열의 디텍터(detector) 단부(206)에 인접해 있다.
중첩된 구성 이외에, 각각의 플렉스 회로(100)는 효율적인 가공을 제공할 수 있는 길이를 따라 균일한 바디부(232)를 가진다. 도 2에 도시된 바와 같이, 균일한 바디부(232)는 복수의 플렉스 회로(100)가 일렬로 정렬되도록 한다. 또한, 바디부(232)의 직선은 인접한 플렉스 회로(100)로부터 각각의 플렉스 회로(100)를 분리하기 위해 단일의 직선 컷이 요구된다.
상술한 바와 같이, 플렉스 회로의 제1 및 제2 열의 중첩된 구성은 기판 재료의 낭비를 상당히 감소시키고, 기판 시트 당 더 높은 수율을 발생시킴으로써 생산 속도를 증가시킨다. 일부 예에서, 플렉스 회로(100) 각각을 형성하는 데 사용되는 열(raw) 기판 재료의 백분율은 80%보다 크며 95%와 그 사이의 임의의 백분율만큼 높을 수 있다. 일부 실시예에서, 폐기물의 백분율은 5% 내지 20% 또는 그 사이의 임의의 백분율만큼 낮다. 다른 예에서, 플렉서블 인쇄 회로 패널 어레이(200)의 재료의 95%까지가 각각의 플렉스 회로(100)를 형성하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 각각의 플렉스 회로(100)는 복수의 층으로부터 형성될 수 있다. 도 3a는 플렉스 회로(100)의 구조도를 제공하는 분해된 플렉스 회로(100)의 사시도를 도시한다. 일부 실시예에서, 플렉스 회로(100)는 하부 커버레이(coverlay)(218) 상에 인쇄된 트레이스(trace)(216)를 포함한다. 트레이스(trace)(216)는 구리 코팅(copper coating)을 포함할 수 있는 반면에 하부 커버레이(coverlay)(218)는 폴리이미디 재료(polymide material)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 상부 패널 커버레이(coverlay)(214)는 트레이스(trace)(216)가 인쇄된 하부 커버레이(coverlay)(218) 위에 적층될 수 있다. 상부 패널 커버레이(coverlay)는 트레이스(trace)(216) 위에 보호층으로써의 역할을 할 수 있다. 후술할 바와 같이, 상부 패널 커버레이(coverlay)는 플렉스 회로(100)의 표면 상에 전기적 연결을 형성하는 하부 트레이스(trace)(216)를 노출시키는 전략적 개구부를 포함할 수 있다.
플렉스 회로는 트레이스(trace)(216)의 완전성을 보호하고, 전파, 전자장 및 정전기장과 같은 외부 인자들로부터 트레이스(trace)(216)를 격리시키기 위해, 플렉스 회로(100)의 상부 및 하부 표면 상에 차폐층(shielding layer)을 포함할 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 플렉스 회로(100)는 상부 패널 커버레이(coverlay)(214) 위에 적층되는 상부 패널 실드(shield)(212) 및 하부 커버레이(coverlay)(218) 아래에 적층되는 하부 패널 실드(shield)(220)를 포함할 수 있다.
전술한 층들의 각각의 층은 도 2에 도시된 플렉서블 인쇄 회로 패널 어레이(200)를 형성하기 위해 중첩된 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3b는 복수의 중첩된 상부 패널 실드(shield)(212)를 포함하는 시트(sheet)를 도시한다. 도 3c는 상부 패널 커버레이(coverlay)(214)를 포함하는 시트(sheet)를 도시한다. 도 3d는 복수의 중첩된 트레이스(trace)(216)를 포함하는 시트(sheet)를 도시한다. 도 3e는 복수의 중첩된 하부 커버레이(coverlay)(218)를 포함하는 시트(sheet)를 도시한다. 마지막으로, 도 3f는 복수의 중첩된 하부 패널 실드(shield)(220)를 포함하는 시트(sheet)를 도시한다.
플렉스 회로(100)는 복수의 컴포넌트(component)에 부착되도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 플렉스 회로는 레지스터(resistor)(222), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)(224), 디텍터(detector)(228) 및 이미터(emitter)(226)를 포함한다. 일부 예에서, 이미터(emitter)(226)는 LED일 수 있다.
플렉스 회로(100)상에 복수의 전기 부품에 대한 전기적 접속을 제공하기 위해서, 플렉스 회로의 각 층은 트레이스(trace)(216)의 아래에 노출된 트레이스(trace)(217)를 드러내는 전략적 개구부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 패널 커버레이(coverlay)(214)는 복수의 윈도우(window)(215)를 포함할 수 있고, 상부 패널 실드(shield)(212)는 트레이스(trace)(216)의 일부를 노출시키는 윈도우(window)(213)를 포함할 수 있다. 레지스터(resistor)(222) 및 EEPROM(224)은 노출된 트레이스(trace)(217)와 레지스터(resistor)(222) 사이 및 EEPROM(224)과 노출된 트레이스(trace)(217) 사이의 전기적 연결을 제공하기 위해 윈도우(213)에서 플렉스 회로(100)에 부착될 수 있다.
유사하게, 도 2 및 3a에 도시된 바와 같이, 플렉스 회로(100)는 각각 디텍터(detector)(228) 및 이미터(emitter)(226)를 수용하는 디텍터 윈도우(window)(229) 및 이미터 개구부(227)를 포함할 수 있다. 먼저, 이미터 개구부(227)를 설명하면, 플렉스 회로(100)는 플렉스 회로(100)에 대한 감소된 프로파일(profile)을 유지하는 동안 이미터 윈도우(window)(227)를 형성하기 위한 후크부(hooked portion)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이미터 개구부(227)의 구성은 각각의 플렉스 회로(100)가 테셀레이션(tessellation) 되거나 중첩된 패턴을 형성하기 위해서 인접한 플렉스 회로들 사이에 중첩되도록 한다. 상술한 바와 같이, 이는 플렉스 회로(100)의 제조에서 기판 재료의 사용을 최대화할 수 있다. 이미터(emitter)(226)는 이미터 개구부(227)부착되어 트레이스(trace)(216)의 후크부(hooked portion)와 전기적 연결을 형성할 수 있다. 또한, 후크 구성(hooked configuration)은 이미터(emitter)(226)에 의해 생성된 광이 방출되도록 하는 원형 개구부를 제공한다.
도 2b-2c는 부착된 디텍터(detector)(228) 및 이미터(emitter)(226)를 갖는 플렉스 회로(100)의 디텍터 단부(206)의 확대도를 도시한다. 도 2b는 플렉스 회로(100)의 디텍터 단부(206)의 상부 측을 도시하고, 도 2c는 플렉스 회로(100)의 디텍터 단부(206)의 하부 측을 도시한다. 전술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 이미터 개구부(227)는 후크(hook) 구성으로부터 형성되고, 그 단부는 플렉스 회로(100)의 나머지 부분에 기계적으로 결합되지 않는다. 이미터 개구부(227)의 후크부(hook portion)는 상부(227a), 제1 길이(227b) 및 제2 길이(227d)를 포함할 수 있다. 상기 3개의 부분은 개구부(227c)를 형성하도록 구성된다.
상부(227a) 및 제1 길이(227b)는 이미터(emitter)(226)가 부착될 수 있는 후크부(hook portion)를 형성한다. 일부 실시예에서, 제2 길이(227d)는 제1 길이(227b)보다 길다. 또한, 일부 실시예에서, 상부(227a)와 제2 길이(227d) 사이에 거리가 존재한다. 일부 실시예에서, 플렉스 회로(100)의 로우 프로파일(low profile)을 유지하기 위해서, 플렉스 회로(100)의 디텍터 단부(206)는 각진 부분(angled portion)(227e) 및 플렉스 회로(100)의 길이를 따라 디텍터 단부(206)의 중앙에 위치하는 길이(227f)를 포함한다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1 길이(227b) 및 제2 길이(227d)는 이미터(emitter)(226)를 배치하기 위한 개구부(227c)를 형성한다. 그리고 나서, 플렉스 회로(100)는 플렉스 회로(100)의 디텍터 단부(206)의 중앙에 위치하는 각진 부분(angled portion)(227e)을 포함할 수 있다.
이미터 개구부(227)의 구성의 또 다른 양상은 이미터 개구부(227)의 일부분을 구부릴 수 있는 능력이다. 이미터 개구부(227)의 구성은 플렉스 회로(227)가 제2 길이(227d)에서 구부러질 수 있게 하여 이미터 개구부(227)에 밴드(bend)가 존재하도록 한다. 이는 직선 플렉스 회로(100)가 구부러진 또는 L형 플렉스 회로를 형성하도록 만곡되게 한다. 아래에서 보다 상세하게 설명할 바와 같이, 이미터 개구부(227)의 후크 구성(hooked configuration)은 부착된 이미터(emitter)(226)에 영향을 미치지 않고, 플렉스 회로가 쉽게 구부러질 수 있도록 기계적 디커플링(decoupling)을 제공한다.
다음으로, 디텍터 윈도우(window)(229)를 설명하면, 이미터(emitter)(226)와 같은 광원으로부터의 광이 디텍터 윈도우(window)(229)를 통과하여 디텍터(detector)(228)에 전송될 수 있도록 디텍터 윈도우(window)(229)는 상부 패널 커버레이(coverlay)(214)의 표면 상에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 디텍터 윈도우(window)(229)는 하부 트레이스(trace)(216)를 노출시킨다. 디텍터(detector)(228)는 디텍터 윈도우(window)(229)에 부착되어 디텍터(detector)(228)는 트레이스(trace)(216)와 전기적 연결을 형성할 수 있다.
후술할 도 4a-4e와 같이, 디텍터 윈도우(window)(229)는 디텍터(detector)(228)에 들어가기 위해 광원으로부터 다양한 광을 제공하기 위해서, 형상 및 구성이 변할 수 있다. 각각의 그리드(grid) 형상의 구성 및 구조는 플렉스 회로(100)에 다른 기능을 제공하기 위해서 다른 양의 광의 전송을 허용할 수 있다.
일부 실시예에서, 플렉스 회로(100)는 실드 플랩(shield flap)(230)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 플렉스 회로(100)의 디텍터 단부(206)는 실드 플랩(shield flap)(230)을 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 실드 플랩(shield flap)(230)은 구리 시트(copper sheet)로 만들어진 에칭된 구리 실드(copper shield)일 수 있다. 디텍터 단부(206)의 실드 플랩(shield flap)(230)은 페러데이 케이지(Faraday cage)를 형성하도록 디텍터(detector)(228) 위로 접히도록 구성될 수 있다. 페러데이 케이지(Faraday cage)는 외부 정전기장을 차단하기 위해 추가 차폐를 제공할 수 있다.
도 4a-4e는 디텍터 윈도우(window)(229)의 다양한 실시예의 확대도를 도시한다. 다양한 실드 그리드(shield grid)는 그리드 윈도우(grid window)를 통해 가능한 많은 광을 허용하면서 전자기 잡음 간섭으로부터 회로를 보호하도록 설계된다. 도 4a-4e는 각각 제1 디텍터 윈도우(window) 형태(410), 제2 디텍터 윈도우(window) 형태(420), 제3 디텍터 윈도우(window) 형태(430), 제4 디텍터 윈도우(window) 형태(440) 및 제5 디텍터 윈도우(window) 형태(450)를 도시한다. 도 4a는 플렉스 회로(100)의 트레이스(trace)(416) 층의 디텍터 단부(303) 상에 위치된 제1 디텍터 윈도우 실드 그리드 형태(detector window shield grid shape)(410)를 도시한다. 제1 디텍터 윈도우 실드 그리드 형태(detector window shield grid shape)(410)는 원형 중앙 윈도우(circular central window)(412), 복수의 아크형 윈도우(arc-shaped window)(413) 및 윈도우(window)의 양 측상 전기접속부(electrical side contact)(414)를 갖는 제1 실드 그리드 바디(shield grid body)(411)를 포함한다. 제1 디텍터 윈도우(window) 형태(410)에 나타난 구성에서, 원형 중앙 윈도우(circular central window)(412)는 한 쌍의 측면 접촉부(414) 사이의 실드 그리드 바디(shield grid body)(411)의 하부에 중심이 맞춰진다. 이 구성에서, 제1 디텍터 윈도우(window) 형태(410)는 원형 중앙 윈도우(circular central window)(412) 주위에 이격된 4개의 아크형 윈도우(arc-shaped window)(413)를 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 디텍터 윈도우(window) 형태(410)의 원형 중앙 윈도우(circular central window)(412)는 여전히 전자기 간섭을 차단하면서 디텍터(detector)까지 상당한 부분의 광을 통과시킨다.
도 4b는 플렉스 회로(100)의 트레이스(trace)(426) 층의 디텍터 단부(303) 상에 위치된 제2 디텍터 윈도우(window) 형태(420)를 도시한다. 제2 디텍터 윈도우(window) 형태(420)는 복수의 좁고 둥근 직사각형 윈도우(narrowrounded rectangular window)(422) 및 복수의 좁고 둥근 직사각형 윈도우(narrowrounded window)(422)의 양 측상의 측면 접속부(side contact)(424)를 갖는 제2 실드 그리드 바디(shield grid body)(421)를 포함한다. 제2 디텍터 윈도우(window) 형태(420)에 나타난 구성에서, 좁고 둥근 직사각형 윈도우(narrowrounded window)(422)는 제2 실드 그리드 바디(shield grid body)(421) 양 측상의 2개의 측면 접속부(side contact)(424) 사이에서 실드 그리드 바디(shield grid body)(421) 상에 위치되는 4개의 좁고 둥근 직사각형 윈도우(narrowrounded window)(422)를 가진다.
도 4c는 플렉스 회로(100)의 트레이스(trace)(436) 층의 디텍터 단부(303) 상에 위치된 제3 디텍터 윈도우(window) 형태(430)를 도시한다. 제3 디텍터 윈도우(window) 형태(430)는 실드 그리드 바디(shield grid body)(431), 중앙 윈도우(central window)(432), 복수의 직사각형 윈도우(rectangular window)(433) 및 중앙 윈도우(central window)(432)의 양 측상의 측면 접속부(side contact)(434)를 포함한다. 제3 디텍터 윈도우(window) 형태(430)에 나타난 구성에서, 복수의 직사각형 윈도우(rectangular window)(433) 및 중앙 윈도우(central window)(432)는 2개의 측면 접속부(side contact)(434) 사이의 실드 그리드 바디(shield grid body)(431)의 하부에 센터링된다. 일부 실시예에서, 2개의 직사각형 윈도우(rectangular window)(433)는 중앙 윈도우(central window)(432)의 상하에 위치된다.
도 4d는 플렉스 회로(100)의 트레이스(trace)(446) 층의 디텍터 단부(303) 상에 위치된 제4 디텍터 윈도우(window) 형태(440)를 도시한다. 제4 디텍터 윈도우(window) 형태(440)는 실드 그리드 바디(shield grid body)(441), 중앙 윈도우(central window)(442), 복수의 좁은 직사각형 윈도우(narrow rectangular window)(443) 및 중앙 윈도우(central window)(442)의 양 측상의 측면 접속부(side contact)(444)를 포함한다. 제4 디텍터 윈도우(window) 형태(440)에 나타난 구성에서, 좁은 직사각형 윈도우(narrow rectangular window)(443) 및 중앙 윈도우(central window)(442)는 2개의 측면 접속부(side contact)(444) 사이의 실드 그리드 바디(shield grid body)(441)의 하부에 센터링된다. 일부 실시예에서, 2개의 좁은 직사각형 윈도우(narrow rectangular window)(443)는 중앙 윈도우(central window)(442)의 상하에 위치된다.
마지막으로, 도 4e는 플렉스 회로(100)의 트레이스(trace)(456) 층의 디텍터 단부(303) 상에 위치된 제5 디텍터 윈도우(window) 형태(450)를 도시한다. 제5 디텍터 윈도우(window) 형태(450)는 실드 그리드 바디(shield grid body)(451), 중앙 윈도우(central window)(452), 복수의 측면 접속부(side contact)(454) 및 중앙 윈도우(central window)(452)의 양 측상의 측면 접속부(side contact)(454)를 포함한다. 제5 디텍터 윈도우(window) 형태(450)에 나타난 구성에서, 중앙 윈도우(central window)(452) 및 복수의 사다리꼴 윈도우(trapezoidal window)(453)은 실드 그리드 바디(shield grid body)(451)의 하부에 위치된다. 일부 실시예에서, 각각의 사다리꼴 윈도우(trapezoidal window)(453)는 사다리꼴의 짧은 단부가 중앙 윈도우(central window)(452)의 측면에 근접하도록 중앙 윈도우(central window)(452)의 일 측면에 위치된다.
2개의 시트 플렉서블 인쇄 회로 패널 배열(sheet flexible printed circuit panel array)(300)의 구성은 더 많은 수의 센서가 동시에 조립되도록 한다. 일단 모든 구성요소가 각각의 센서 조립체(sensor assembly)에 부착되고 조립되면, 각각의 센서 조립체(sensor assembly)(644)는 보호 재료(protective material)로 실링될 수 있다. 도 5a-5d에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 센서 조립체(sensor assembly)(644)는 상부 및 하부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 센서 조립체(sensor assembly)(644)는 상부 및 하부 모두에 발포층(a layer of foam)(646)으로 덮일 수 있다. 폼 커버링(foam covering)은 플렉스 회로 및 트레이스(trace)를 덮고, 이미터(emitter) 및 디텍터(detector) 조립체에서 플렉스 회로의 커넥터 단부까지 연장되는 케이블 커버링(cable covering)을 형성한다. 일부 실시예에서, 상부 폼(646) 및 하부 폼(646)은 센서 조립체가 폼에 의해 완전히 덮이도록 플렉스 회로를 끼워넣기 위해 함께 실링될 수 있다.
일부 실시예에서, 각각의 센서 조립체(sensor assembly)(644)는 각각의 개별 센서를 커버하도록 부착된 상부 헤드 테이프(top head tape)(636) 및 하부 헤드 테이프(bottom head tape)(636)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상부 헤드 테이프(top head tape)(636)는 상부 표면에 프린트된 아트워크(art work) 또는 로고(logo)와 같은 디자인을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 상부 헤드 테이프(top head tape)(636) 및 하부 헤드 테이프(bottom head tape)(636)가 센서 조립체(sensor assembly)(644)에 부착된 후, 센서 조립체(sensor assembly)(644)는 코팅될 수 있다.
각각의 센서 조립체(sensor assembly)는 하부 및 상부 커넥터 탭(connector tab)을 더 포함할 수 있다. 커넥터 탭은 센서 조립체(sensor assembly)(644)에 센서(644)가 커넥터에 부착되게 하는 구조를 제공한다. 도 5a는 커넥터 탭(connector tab)이 부착된 센서 조립체(sensor assembly)(644)의 예를 도시한다. 일부 실시예에서, 하부 커넥터 보강재(stiffener)(656)는 플렉스 회로 메이팅 영역(mating area)(658)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 센서(644)의 레지스터 단부는 도 2에서 설명된 노출된 트레이스(trace)가 인접 텅(tongue)(657)의 표면 상에 놓이도록 배치될 수 있다. 플렉스 회로 메이팅 영역(mating area)(658)은 커넥터 어셈블리(connector assembly)의 상부와 연결되도록 구성될 수 있다. 하부 커넥터 보강재(stiffener)(656) 상에 센서(644)를 배치하기 전에, 접착제(glue) 또는 에폭시(epoxy)와 같은 결합제(bonding agent)는 하부 커넥터 보강재(stiffener)(656)에 도포될 수 있다. 일단 도포되면, 센서(644)는 구성 요소 측이 위쪽을 향하도록 하부 커넥터 보강재(stiffener)(656) 상에 배치될 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 하부 커넥터 보강재(stiffener)(656)의 플렉스 회로 메이팅 영역(mating area)(658) 부분은 센서(644)의 양측에 위치한다. 일단 센서(644)가 하부 커넥터 보강재(stiffener)(656)에 부착되면, 커넥터 탭의 상부는 센서(644)를 고정하도록 부착된다. 일부 실시예에서, 상부 커넥터 보강재(stiffener)(662)는 플렉스 회로 메이팅 영역(mating area)(658)에 대응하는 메이팅 영역(mating area)을 가지며, 상부 커넥터 보강재(stiffener)(662)와 플렉스 회로 메이팅 영역(mating area)(658)은 함께 고정된다. 일부 실시예에서, 상부 커넥터 보강재(stiffener)(662) 및 플렉스 회로 메이팅 영역(mating area)(658)은 락킹 메커니즘(locking mechanism) 또는 파스너(fastener)를 사용하여 고정된다. 상부 커넥터 보강재(stiffener)(662) 및 하부 커넥터 보강재(stiffener)(656)은 프레스 끼워 맞춤(press fit), 억지 끼워 맞춤(interference fit), 스냅 끼움(a snap fit) 등에 의해 고정될 수 있다. 도 5b는 커넥터 단부 상에 조립된 커넥터 보강재(stiffener)(652)를 갖는 센서(644)를 도시한다.
마지막으로, 센서 조립체(sensor assembly)(644)는 인쇄된 라이너(liner) 및 어플리케이터 테이프(applicator tape)를 선택적으로 포함할 수 있다. 도 5c-5d는 부가된 인쇄된 라이너(liner) 및 어플리케이터 테이프(applicator tape)를 갖는 센서(644)의 상부 투시도를 도시한다. 도 5c는 센서(644)의 평면도 및 인쇄된 라이너(liner)(664)가 추가된 센서(644)의 평면도 및 사시도를 제공한다. 인쇄된 라이너(liner)(664)는 다양한 디자인 및/또는 색상으로 인쇄될 수 있다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 인쇄된 라이너(liner)(664)는 센서 조립체(sensor assembly)(644)의 헤드 테이프(head tape)(636) 섹션(section)의 길이에 꼭 맞을 정도로 충분히 길 수 있다. 도 5d는 인쇄된 라이너(liner)(664) 및 부가된 어플리케이터 테이프(applicator tape)(668)를 갖는 센서 조립체(sensor assembly)(644)의 평면도 및 사시도를 도시한다. 어플리케이터 테이프(applicator tape)(668)는 다양한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 어플리케이터 테이프(applicator tape)(668)는 인쇄된 라이너(liner)(664) 상에 끼울 수 있는 길이 및 폭을 가진다.
전술한 바와 같이, 플렉스 회로 설계의 본 구성의 다른 이점은 전술한 선형 플렉스 회로로부터 구부러진 센서를 조립하는 능력이다. 도 6a는 센서 폴딩 방법(500)의 일 실시예를 기술한 순서도이다. 도 6b-6d는 도 6에 도시된 순서도의 단계들에 대응하는 센서 폴딩 방법(500)을 도시한 것이다. 앞서 논의된 바와 같이, 도 6a-6d "L형"센서의 형성을 기술하더라도, 설명된 단계들은 플렉스 회로를 90도 보다 크거나 작은 각도로 구부러진 센서 내로 접는데 적용될 수 있다.
센서 폴딩 방법(500)은 디텍터(detector)가 제2 방향을 향하도록 이미터(emitter)의 중심선을 통해 플렉스 회로를 폴딩하는 것을 기술하는 블록(510)을 포함할 수 있다. 도 6b는 폴딩 이전의 센서를 도시한다. 이전에 도시된 바와 같이, 센서(644)는 디텍터(detector)(640), 이미터(emitter)(650) 및 디텍터(detector)(640)와 이미터(emitter)(650)를 연결하는 네크(neck)(630)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 네크(neck)(630)는 제2 길이(227d), 각진 부분(angled portion)(227e) 및 플렉스 회로(100)의 직선구성을 유지하도록 구성된 또 다른 길이(227f)로 구성된다. 전술한 바와 같이, 제2 길이(227d)는 이미터(emitter)(226)을 수용하는 개구부(227c)를 형성하기 위해 초기에 일 측면에 대해 각이 져있다.
도 6b의 구성에서, 디텍터(detector)(640) 및 이미터(emitter)(650)는 모두 디텍터 윈도우(window) 및 이미터 개구부가 제2 방향을 향하도록 제1 방향을 향한다. 도 6c는 이미터(emitter)(650)의 중심선을 통한 제1 폴드(610)를 갖는 센서(644)를 도시한다. 이 일 실시예에서, 제1 폴드(610)는 센서(644)의 나머지 길이와 45도 각도에 있다. 다른 실시예에서, 제1 폴드(610)의 각도는 0-180도 범위일 수 있다. 제1 폴드(610)는 디텍터 윈도우(window)가 제1 방향을 향하도록 디텍터(detector)(640)가 제2 방향을 향하도록 네크 이미터 개구부(neck emitter opening)에 폴드를 생성한다.
일단 제1 폴드가 만들어지면, 센서 폴딩 방법(500)은 제1 폴드 및 제2 폴드가 45도 각도를 형성하도록 제2 시간에 플렉스 회로를 폴딩하는 것을 기술하는 블록(520)을 더 포함할 수 있고, 디텍터(detector)는 이제 제1 방향을 향하고 있다. 도 6d는 L형 센서(660)의 제2 폴드(620)를 도시한다. 제2 폴드(620) 및 제1 폴드(610)는 폴드 각(fold angle) a를 형성한다. 일부 실시예에서, 폴드 각은 45도 각도이다. 제2 폴드(620)는 디텍터(detector)(640)가 제1 방향을 향하고 디텍터 윈도우(window)가 제2 방향을 향하도록 디텍터(detector)(640)을 회전시킨다. 이러한 방식으로, 디텍터(detector)(640) 및 디텍터 윈도우(window)의 방향은 폴딩 전 상태와 동일한 방향을 향하고 있다. 폴딩 후, 헤드 테이프(head tape), 어플리케이터 테이프(applicator tape) 및 라이너(liner)를 추가하여 위에서 설명한 것과 유사한 센서를 완성할 수 있다. 더욱이, 센서 플렉스 회로의 폴딩은 제조 공정 중 임의의 시간에 발생할 수 있으며, 센서 구성의 임의의 특정 시퀀스에 제한되지 않는다.
마지막으로, 위에서 언급한 모든 센서는 재처리 또는 리퍼비시(refurbish) 될 수 있다. 물리 센서의 재처리 또는 리퍼비시(refurbish)는 기존 센서의 많은 부분을 재사용하는 것을 포함한다. 재처리 되거나 리퍼비시된 센서는 완전히 새로운 센서를 제조하는 것보다 상당히 낮은 재료비를 가진다. 일 예로, 센서의 재처리 또는 리퍼비시는 센서의 접착 부분을 교체하고 감지 구성 요소를 재사용함으로써 달성될 수 있다. 다른 예에서, 센서의 재처리 또는 리퍼비시는 센서의 감지 구성요소를 교체하는 것을 포함한다. 이러한 일 예는 미국 특허 US 8,584,345“Reprocessing of a physiological sensor”에 기술되어 있다.
이 개시의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 이 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 이 개시가 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

Claims (31)

  1. 플렉스(flex) 회로 기판 재료의 시트(sheet)를 제공하는 단계;
    복수의 개별적인 플렉스 회로 센서를 형성하기 위하여 상기 플렉스 회로 기판 재료의 시트 상에 복수의 중첩된 전도체를 프린팅(printing)하는 단계; 및
    상기 복수의 플렉스 회로 센서를 각각 분리하도록 상기 플렉스 회로 기판 재료의 시트를 커팅(cutting)하는 단계;를 포함하고,
    상기 복수의 플렉스 회로 센서는 하나의 센서가 다른 하나의 센서와 중첩되도록 상기 플렉스 회로 기판 재료의 시트에 정렬되며,
    상기 복수의 플렉스 회로 센서 각각은 제1 단부, 제2 단부 및 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장된 바디부(body portion)를 포함하고,
    상기 복수의 플렉스 회로 센서 각각의 바디부의 중심부는 다른 개별 플렉스 회로 센서의 바디부와 경계를 공유하고,
    상기 복수의 플렉스 회로 센서의 상기 제1 단부는 커넥터(connector)를 포함하고 상기 제2 단부는 디텍터(detector)를 포함하는 효율적인 플렉스 회로 생체 센서 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 단부는 플랩(flap), 제1 컴포넌트(component), 네크부(neck portion), 제2 컴포넌트(component)를 포함하고,
    상기 복수의 센서의 바디부가 정렬되도록 상기 복수의 센서가 정렬되고, 상기 복수의 센서 중 하나의 센서의 상기 제2 단부는 상기 복수의 센서 중 다른 센서의 상호 접속된 상기 제1 단부 사이에 끼워지는 효율적인 플렉스 회로 생체 센서 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 단부의 상기 플랩은 상기 제1 컴포넌트 위로 접히도록 구성된 효율적인 플렉스 회로 생체 센서 제조 방법.
  5. 청구항 1의 제조 방법에 의해 제조된 센서를 폴딩하는 방법으로서,
    제1 폴드(fold)가 각도를 형성하도록 적어도 한번 상기 센서의 상기 제 2단부에 부착된 이미터(emitter)와 디텍터(detector)를 분리하는 회로의 일부분에서 측방으로 폴딩(folding)하는 단계;를 포함하는 센서 폴딩 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    제2 폴드(fold)가 형성되도록 상기 회로의 일부분에서 측방으로 추가적으로 폴딩하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 제1 폴드 및 상기 제2 폴드는 각도를 형성하는 센서 폴딩 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 폴드는 L 형태를 형성하는 센서 폴딩 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 각도는 45도인 센서 폴딩 방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 1의 제조 방법에 의해 제조된 센서 조립체로서,
    상기 제2 단부는 플랩(flap), 제1 컴포넌트(component), 네크부(neck portion), 제2 컴포넌트(component)를 포함하고,
    상기 제1 컴포넌트는 디텍터(detector)인 센서 조립체.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 컴포넌트는 이미터(emitter)인 센서 조립체.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 플랩은,
    상기 제1 컴포넌트 위로 접히도록 구성된 센서 조립체.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 컴포넌트가 부착되도록 구성된 제1 구조; 및
    상기 제2 컴포넌트가 부착되도록 구성된 제2 구조;를 더 포함하는 센서 조립체.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 구조는 원형 윈도우(circular window)와 복수의 아크형 윈도우(arc-shaped window)를 포함하며,
    상기 아크형 윈도우는 상기 원형 윈도우 주위에 배치된 센서 조립체.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 구조는 복수의 직사각형 윈도우(rectangular window)를 포함하는 센서 조립체.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 구조는 제1 직사각형 윈도우(rectangular window), 제2 직사각형 윈도우(rectangular window), 제3 직사각형 윈도우(rectangular window)를 포함하고,
    상기 제2 직사각형 윈도우는 상기 제1 직사각형 윈도우 및 상기 제3 직사각형 윈도우 보다 큰 센서 조립체.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 구조는 제1 직사각형 윈도우(rectangular window), 제2 정사각형 윈도우(square window), 제3 직사각형 윈도우(rectangular window)를 포함하고,
    상기 제2 정사각형 윈도우는 상기 제1 직사각형 윈도우와 상기 제3 직사각형 윈도우 사이에 배치된 센서 조립체.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 구조는 직사각형 윈도우(rectangular window)와 복수의 사다리꼴 윈도우(trapezoidal window)을 포함하고,
    상기 복수의 사다리꼴 윈도우는 상기 직사각형 윈도우 주위에 배치된 센서 조립체.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상기 제2 구조는 후크 구조(hooked structure)를 갖는 센서 조립체.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 후크 구조는 상기 제2 단부의 네크부 및 네크부에 부착된 만곡부(curved portion)로부터 형성된 센서 조립체.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 네크부는 만곡된 센서 조립체.
  22. 삭제
  23. 삭제
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