KR102495522B1 - Pulse sensing module and system for calculating blood pressure using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 혈압 산출을 위한 맥박 센싱 모듈은, 맥박에 의한 압전 효과를 발생시키기 위한 압전 물질을 포함하는 압전층 - 상기 압전층의 일면에는 서로 이격되게 배치되는 제1 전극 라인 및 제2 전극 라인이 형성됨 - ; 상기 압전층을 지지하되, 상기 압전 물질로 상기 압전층을 형성하는 과정에서 상기 압전 물질이 의도된 방향으로 성장되도록 하는 지지층; 및 상기 지지층의 적어도 일부가 백 에칭(back etching)에 의해 제거되어 제공되는 공간에 충진되어 유연성이 확보되도록 하는 폴리머층;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.A pulse sensing module for calculating blood pressure according to the present invention includes a piezoelectric layer including a piezoelectric material for generating a piezoelectric effect by a pulse - a first electrode line and a second electrode line disposed spaced apart from each other on one side of the piezoelectric layer. - is formed; a support layer that supports the piezoelectric layer and allows the piezoelectric material to grow in an intended direction during the process of forming the piezoelectric layer with the piezoelectric material; and a polymer layer in which at least a portion of the support layer is removed by back etching and filled in the provided space to ensure flexibility.
Description
본 발명은 맥박 센싱 모듈 및 이를 이용하여 혈압을 산출하기 위한 시스템에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 압전 물질을 통한 압전 효과로 혈압을 산출할 수 있도록 하는 맥박 센싱 모듈 및 이를 이용하여 혈압을 산출하기 위한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a pulse sensing module and a system for calculating blood pressure using the same, and more particularly, to a pulse sensing module capable of calculating blood pressure by a piezoelectric effect through a piezoelectric material and for calculating blood pressure using the same. It's about the system.
근래에 생활수준 및 건강의식이 높아지고 있어 건강검진에 대한 관심과 수요가 늘고 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] In recent years, as living standards and health awareness have increased, interest in and demand for health examinations are increasing.
일반적으로, 건강검진 시 기본적인 진료는 혈압 및 맥파, 심전도, 체지방을 측정하여 이를 기초자료로 활용한다.In general, blood pressure, pulse wave, electrocardiogram, and body fat are measured for basic medical treatment during a health checkup and used as basic data.
이를 위하여, 각 진료소에는 혈압 측정을 위한 혈압계 및 심전도 측정을 위한 심전도 측정장치, 체지방 측정을 위한 체지방 측정장치, 맥파를 측정하기 위한 가압맥파계, 혈류량을 측정하기 위한 용적맥파계 등이 각각 구비된다.To this end, each clinic is equipped with a sphygmomanometer for measuring blood pressure, an electrocardiogram measuring device for measuring electrocardiogram, a body fat measuring device for measuring body fat, a pressure pulse meter for measuring pulse waves, and a volume pulse meter for measuring blood flow. .
이 중 혈압 측정을 위한 혈압계는 한국등록특허 제10-1059528호에 개시된 바와 같이 피검사자의 상완에 완대 형태의 압박부를 두른 후 상완 둘레에 맞게 조이고 측정하는 방식이었다.As disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1059528, a blood pressure monitor for measuring blood pressure is a method in which a compression part in the form of an armband is wrapped around the upper arm of a test subject, and then tightened and measured according to the circumference of the upper arm.
그런데, 이러한 방식의 혈압 측정은 피검사자 스스로 혈압을 측정하는 경우 한 손으로 완대 형태의 압박부를 조여야 한다는 점에서 불편함을 초래하였다. However, this type of blood pressure measurement caused inconvenience in that the testee had to tighten the compression part in the form of an armband with one hand when measuring the blood pressure by himself.
또한, 근래에는 상완이 삽입되는 공간이 원형의 형태로 고정식으로 형성되고, 피검사자가 상완을 원형 공간에 삽입한 이후에 버튼을 누르면 압박대가 자동으로 부풀어 올라 상완을 조여주는 방식의 혈압 측정 장치가 사용되고 있다.In addition, recently, a blood pressure measuring device is used in which the space into which the upper arm is inserted is fixedly formed in a circular shape, and when the examinee inserts the upper arm into the circular space and presses a button, the cuff automatically inflates and tightens the upper arm. there is.
그러나, 이러한 혈압 측정 장치는 원형 공간에 상완을 삽입해야 하므로, 피검사자의 팔이 이동되어야 하는 거리가 길어지게 되어 불편함을 초래할 뿐만 아니라, 팔꿈치 또는 어깨의 거동이 불편한 피검사자의 경우에는 관절이 아닌 몸 전체를 움직여서 팔을 삽입해야 하므로, 이 또한 측정이 불편하다는 문제가 있다.However, since this blood pressure measurement device requires the upper arm to be inserted into the circular space, the distance the test subject's arm must be moved increases, causing discomfort. Since the arm must be inserted by moving the entire body, this also has a problem of inconvenient measurement.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해 한국공개특허 제10-2020-0057249호에 개시된 바와 같이 압전 소자를 이용하여 혈압을 산출하는 방법이 개발되고 있으나, 전사 공정이 반드시 필요하다는 측면에서 대량 생산에 부적합하다는 문제가 있다.In order to solve the above problem, a method for calculating blood pressure using a piezoelectric element has been developed as disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2020-0057249, but it is unsuitable for mass production in terms of a transfer process. there is a problem.
그러므로, 혈압 측정에 있어서 피검사자의 불편함을 최소화하는 동시에 간단한 방법으로 정밀하게 측정되도록 하고 생산성 또한 증대되도록 하는 혈압 측정 장치의 개발이 시급한 실정이다.Therefore, there is an urgent need to develop a blood pressure measuring device that minimizes the discomfort of the examinee in measuring blood pressure, accurately measures it in a simple way, and increases productivity.
본 발명의 목적은 맥박에 대한 압전 물질의 압전 효과를 통해 혈압 산출이 가능하도록 하는 동시에 압전 효과로 인한 전압 신호와 혈압과의 관계를 명확히 규정하여 혈압 산출의 정확도를 향상시키기 위한 맥박 센싱 모듈 및 이를 이용하여 혈압을 산출하기 위한 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is a pulse sensing module for enabling blood pressure calculation through the piezoelectric effect of a piezoelectric material on the pulse and at the same time clearly defining the relationship between a voltage signal and blood pressure due to the piezoelectric effect to improve the accuracy of blood pressure calculation, and the same. It is to provide a system for calculating blood pressure using
본 발명에 따른 혈압 산출을 위한 맥박 센싱 모듈은, 맥박에 의한 압전 효과를 발생시키기 위한 압전 물질을 포함하는 압전층 - 상기 압전층의 일면에는 서로 이격되게 배치되는 제1 전극 라인 및 제2 전극 라인이 형성됨 - ; 상기 압전층을 지지하되, 상기 압전 물질로 상기 압전층을 형성하는 과정에서 상기 압전 물질이 의도된 방향으로 성장되도록 하는 지지층; 및 상기 지지층의 적어도 일부가 백 에칭(back etching)에 의해 제거되어 제공되는 공간에 충진되어 유연성 및 안정성이 확보되도록 하는 폴리머층;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.A pulse sensing module for calculating blood pressure according to the present invention includes a piezoelectric layer including a piezoelectric material for generating a piezoelectric effect by a pulse - a first electrode line and a second electrode line disposed spaced apart from each other on one side of the piezoelectric layer. - is formed; a support layer that supports the piezoelectric layer and allows the piezoelectric material to grow in an intended direction during the process of forming the piezoelectric layer with the piezoelectric material; and a polymer layer in which at least a portion of the support layer is removed by back etching and filled in the provided space to ensure flexibility and stability.
본 발명에 따른 혈압 산출을 위한 맥박 센싱 모듈은 상기 압전층에 도포되어 상기 압전층을 보호하되, 상기 제1 전극 라인의 제1전극 단자 및 상기 제2 전극 라인의 제2 전극 단자가 노출되도록 하는 개구를 구비하는 보호층;을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The pulse sensing module for calculating blood pressure according to the present invention is applied to the piezoelectric layer to protect the piezoelectric layer, so that the first electrode terminal of the first electrode line and the second electrode terminal of the second electrode line are exposed. It may be characterized by further comprising; a protective layer having an opening.
본 발명에 따른 혈압 산출을 위한 맥박 센싱 모듈의 상기 지지층은, 기판층, 상기 기판층에 적층되고 상기 백 에칭 공정 시 상기 백 에칭의 한계를 규정하는 산화물층, 및 상기 산화물층에 적층되고 상기 압전 물질로 상기 압전층을 형성하는 과정에서 상기 압전 물질이 의도된 방향으로 성장되도록 하는 결정층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The support layer of the pulse sensing module for calculating blood pressure according to the present invention includes a substrate layer, an oxide layer laminated on the substrate layer and defining a limit of the back etching during the back etching process, and a piezoelectric layer laminated on the oxide layer. In the process of forming the piezoelectric layer with a material, it may be characterized in that it includes a crystal layer that allows the piezoelectric material to grow in an intended direction.
본 발명에 따른 혈압 산출을 위한 맥박 센싱 모듈의 상기 기판층은, 상기 압전층을 형성하는 과정에서 열적 손상 또는 물리적 손상이 최소화되도록, 실리콘(Si), 실리콘 온 인슐레이터(SOI, silicon on insulator), 석영(Quartz, SiO2), 사파이어(Al2O3), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 및 스테인리스 스틸 중 적어도 어느 하나의 소재로 제조되는 것을 특징으로 할 수 있다.The substrate layer of the pulse sensing module for calculating blood pressure according to the present invention includes silicon (Si), silicon on insulator (SOI), It may be characterized in that it is made of at least one of quartz (SiO2), sapphire (Al2O3), germanium (Ge), gallium arsenide (GaAs), and stainless steel.
본 발명에 따른 혈압 산출을 위한 맥박 센싱 모듈의 상기 기판층은, 상기 백 에칭 공정 이전에 상기 백 에칭의 가능 범위 내의 두께가 되도록 폴리싱 공정(polishing)에 의해 두께가 감소되는 것을 특징으로 할 수 있다.The thickness of the substrate layer of the pulse sensing module for calculating blood pressure according to the present invention may be reduced by a polishing process before the back etching process so that the thickness is within a possible range of the back etching. .
본 발명에 따른 혈압 산출을 위한 맥박 센싱 모듈의 상기 백 에칭에 의해 제거되어 제공되는 공간은, 상기 백 에칭 공정 시 가해지는 응력 및 균열을 감소시키도록, 원형 또는 오각 이상의 다각형 형상으로 형성되며, 상기 폴리머층은, 상기 원형 또는 오각 이상의 다각형 형상으로 제공되는 공간에 충진되는 것을 특징으로 할 수 있다.The space removed and provided by the back etching of the pulse sensing module for calculating blood pressure according to the present invention is formed in a circular or pentagonal or more polygonal shape to reduce stress and cracks applied during the back etching process. The polymer layer may be characterized in that it is filled in the space provided in the circular or pentagonal or more polygonal shape.
본 발명에 따른 혈압 산출을 위한 맥박 센싱 모듈의 제1 전극 라인 및 상기 제2 전극 라인은, 상기 백 에칭에 의해 제거되는 제공되는 공간의 일측 내부에 위치하여, 상기 백 에칭 공정 시 발생될 수 있는 균열에 영향을 받지 않도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.The first electrode line and the second electrode line of the pulse sensing module for calculating blood pressure according to the present invention are located inside one side of the provided space removed by the back etching, which may occur during the back etching process. It may be characterized in that it is not affected by cracks.
본 발명에 따른 혈압 산출을 위한 맥박 센싱 모듈의 상기 폴리머층은, 상기 백 에칭에 의해 제거되어 제공되는 공간의 범위 내에 잔존하는 지지층에 의해 복수의 영역으로 구획되는 것을 특징으로 할 수 있다.The polymer layer of the pulse sensing module for calculating blood pressure according to the present invention may be characterized in that it is partitioned into a plurality of regions by a support layer that is removed by the back etching and remains within a range of the provided space.
본 발명에 따른 혈압 산출을 위한 맥박 센싱 모듈은, 상기 백 에칭 공정 시 상기 제1 전극 라인, 상기 제2 전극 라인, 상기 압전층, 상기 보호층 및 상기 지지층 중 적어도 하나의 변형이 방지되도록, 상기 제1 전극 라인 및 상기 제2 전극 라인이 포위되도록 상기 보호층의 일면에 부착되는 변형방지부;를 더 포함하며, 상기 변형방지부는, 상기 폴리머층이 형성된 후, 제거되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the pulse sensing module for calculating blood pressure according to the present invention, deformation of at least one of the first electrode line, the second electrode line, the piezoelectric layer, the protective layer, and the support layer is prevented during the back etching process, It may further include a deformation preventing portion attached to one surface of the protective layer so as to surround the first electrode line and the second electrode line, and the deformation preventing portion may be removed after the polymer layer is formed. .
본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈을 이용하여 혈압을 산출하기 위한 혈압 산출 시스템은, 맥박 센싱 모듈; 및 상기 압전 효과에 의해 발생되는 전압 신호를 이용하여 사용자의 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 산출하는 혈압 산출 모듈;을 포함하며, 상기 혈압 산출 모듈은, 상기 압전 효과에 의해 발생되는 전압 신호의 노이즈를 필터링하는 신호처리부, 및 상기 신호처리부에 의해 필터링된 제1 전압 신호와 혈압계를 통해 얻어지는 기준 수축기 혈압 및 기준 이완기 혈압을 기초로 하여 관계식을 도출하고, 상기 관계식에 의해 제2 전압 신호에 대한 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.A blood pressure calculation system for calculating blood pressure using a pulse sensing module according to the present invention includes a pulse sensing module; and a blood pressure calculation module configured to calculate a systolic blood pressure and a diastolic blood pressure of a user using a voltage signal generated by the piezoelectric effect, wherein the blood pressure calculation module filters noise of the voltage signal generated by the piezoelectric effect. A relational expression is derived based on the first voltage signal filtered by the signal processing unit and the standard systolic blood pressure and standard diastolic blood pressure obtained through the blood pressure monitor, and the systolic blood pressure and It may be characterized in that it includes a control unit that calculates the diastolic blood pressure.
본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈을 이용하여 혈압을 산출하기 위한 혈압 산출 시스템의 상기 관계식은, 다음의 조건식 1 및 조건식 2를 만족하는 것을 특징으로 할 수 있다.The relational expression of the blood pressure calculation system for calculating blood pressure using the pulse sensing module according to the present invention may satisfy Conditional Expression 1 and Conditional Expression 2 below.
<조건식 1><conditional expression 1>
Y1 = A * X1 + BY1 = A * X1 + B
<조건식 2><conditional expression 2>
Y2 = A * X2 + BY2 = A * X2 + B
여기서, Y1은 상기 혈압계를 통해 얻어지는 상기 기준 수축기 혈압(Psystolic)이고, Y2는 상기 혈압계를 통해 얻어지는 상기 기준 이완기 혈압(Pdiastolic)이며, X1은 제1 전압 신호에 대한 최대 전압 평균값(VMax,Avg)이고, X2는 제1 전압 신호에 대한 최소 전압 평균값(VMin,Avg)이며, A 및 B는 상수이다.Here, Y1 is the reference systolic blood pressure (P systolic ) obtained through the blood pressure monitor, Y2 is the reference diastolic blood pressure (P diastolic ) obtained through the blood pressure monitor, and X1 is the maximum voltage average value for the first voltage signal (V Max , Avg ), X2 is the minimum voltage average value (V Min , Avg ) for the first voltage signal, and A and B are constants.
본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈을 이용하여 혈압을 산출하기 위한 혈압 산출 시스템의 상기 제어부는, 상기 조건식 1 및 상기 조건식 2를 통해 A 및 B를 도출한 후, 다음의 조건식 3 및 조건식 4를 통해 상기 제2 전압 신호에 대한 수축기 혈압(Y3) 및 이완기 혈압(Y4)을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.The controller of the blood pressure calculation system for calculating blood pressure using the pulse sensing module according to the present invention derives A and B through Conditional Expression 1 and Conditional Expression 2, and then calculates the blood pressure through Conditional Expression 3 and Conditional Expression 4 below. It may be characterized in that the systolic blood pressure (Y3) and the diastolic blood pressure (Y4) are calculated for the second voltage signal.
<조건식 3><conditional expression 3>
Y3 = A * X3 + BY3 = A * X3 + B
<조건식 4><conditional expression 4>
Y4 = A * X4 + BY4 = A * X4 + B
여기서, X3는 상기 제2 전압 신호에 대한 최대 전압 평균값(VMax,Avg)이고, X4는 제2 전압 신호에 대한 최소 전압 평균값(VMin,Avg)이다.Here, X3 is the maximum voltage average value (V Max , Avg ) for the second voltage signal, and X4 is the minimum voltage average value (V Min , Avg ) for the second voltage signal.
본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈 및 이를 이용하여 혈압을 산출하기 위한 시스템에 의하면, 맥박에 대한 압전 물질의 압전 효과를 통해 혈압 측정이 가능하도록 하여 피검사자에게 편의성을 제공해줄 수 있다.According to the pulse sensing module and the system for calculating blood pressure using the same according to the present invention, blood pressure can be measured through the piezoelectric effect of the piezoelectric material on the pulse, thereby providing convenience to the subject.
또한, 압전 효과로 인한 전압 신호와 혈압과의 관계를 명확히 규정하여 혈압 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.In addition, the accuracy of blood pressure measurement can be improved by clearly defining the relationship between the voltage signal due to the piezoelectric effect and the blood pressure.
또한, 제조 시 전사공정의 생략 가능으로 인하여 대량 생산이 가능하여 생산성을 극대화할 수 있다.In addition, due to the omission of the transfer process during manufacturing, mass production is possible and productivity can be maximized.
도 1은 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3 내지 도 12는 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈의 제조 방법을 설명하기위한 도면.
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈의 폴리머층의 변형예를 설명하기 위한 도면.
도 15는 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈의 전극 라인의 변형된 배치 상태를 설명하기 위한 도면.
도 16은 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈을 이용하여 혈압을 산출하기 위한 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도.1 is a view for explaining a pulse sensing module according to the present invention.
Figure 2 is a flow chart for explaining a manufacturing method of the pulse sensing module according to the present invention.
3 to 12 are views for explaining a manufacturing method of the pulse sensing module according to the present invention.
13 and 14 are views for explaining a modified example of the polymer layer of the pulse sensing module according to the present invention.
15 is a view for explaining a deformed arrangement state of electrode lines of the pulse sensing module according to the present invention.
16 is a block diagram illustrating a system for calculating blood pressure using a pulse sensing module according to the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the presented embodiments, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention may add, change, delete, etc. other elements within the scope of the same spirit, through other degenerative inventions or the present invention. Other embodiments included within the scope of the inventive idea can be easily proposed, but it will also be said to be included within the scope of the inventive concept.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.In addition, components having the same function within the scope of the same idea appearing in the drawings of each embodiment are described using the same reference numerals.
도 1은 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a pulse sensing module according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈(100)은 맥박에 의한 기계적 압력으로 인한 전압 신호를 발생시켜 혈압을 산출하기 위한 모듈로, 압전층(110), 보호층(120), 지지층(130) 및 폴리머층(140)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a
상기 압전층(110)은 맥박에 의한 압전 효과를 발생시키기 위한 압전 물질로 형성되는 층일 수 있으며, 대략 1㎛의 두께로 형성될 수 있다.The
상기 압전 물질은 페로브스카이트(perovskite), 우르자이트(wurtzite) 구조를 갖는 세라믹 재료, 또는 압전 효과를 갖는 폴리머 물질이 포함된 재료일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 압전 효과를 구현할 수 있는 소재라면 모두 적용 가능할 수 있다. The piezoelectric material may be a material including perovskite, a ceramic material having a wurtzite structure, or a polymer material having a piezoelectric effect, but is not necessarily limited thereto and may implement a piezoelectric effect. Any material that exists can be applied.
상기 압전층(110)의 일면에는 서로 이격되어 배치되는 제1 전극 라인(150) 및 제2 전극 라인(160)이 패턴의 형태로 형성될 수 있다.A
상기 보호층(120)은 상기 압전층(110)에 도포되어 상기 압전층(110)을 보호하기 위한 층으로, 상기 제1 전극 라인(150)의 제1 전극 단자(152) 및 상기 제2 전극 라인(160)의 제2 전극 단자(162)가 노출되도록 하는 개구(121, 122)를 포함할 수 있다.The
상기 개구(121, 122)는 상기 압전 물질의 극성 향상을 위해 상기 제1 전극 라인(150) 및 상기 제2 전극 라인(160)에 고전압을 인가하는 폴링 공정이 가능하도록 할 수 있으며, 상기 제1 전극 단자(152) 및 상기 제2 전극 단자(162)는 후술할 혈압 산출 모듈(200, 도 16 참조)과 전기적으로 연결될 수 있다.The
상기 보호층(120)은 자외선(UV)에 의해 경화될 수 있는 에폭시(Epoxy)로 형성될 수 있으며, 예를 들어, Bisphenol A Novolacs (phenol-formaldehyde)-based Expoy로 구성된 SU-8 계열의 negative photoresist일 수 있다.The
상기 보호층(120)은 상기 제1 전극 라인(150)의 전체 영역 중 제1 개구(121)를 통해 노출되는 상기 제1 전극 단자(152) 이외의 영역을 포위하고, 상기 제2 전극 라인(160)의 전체 영역 중 제2 개구(122)를 통해 노출되는 상기 제2 전극 단자(162) 이외의 영역을 포위할 수 있다.The
한편, 상기 보호층(120)은 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈(100)에 있어서 상기 제1 전극 라인(150) 및 상기 제2 전극 라인(160)이 노출되더라도 맥박에 의한 전압 신호의 측정에 문제가 없는 경우 라면, 생략될 수 있는 구성요소일 수 있다.On the other hand, in the
상기 지지층(130)은 상기 압전층(110)을 지지하고, 상기 압전 물질로 상기 압전층(110)을 형성하는 과정에서 상기 압전 물질이 의도된 방향으로 성장되도록 하는 층일 수 있다.The
상기 지지층(130)은 열처리 공정에 의해 상기 압전층을 형성하는 과정에서 열적 손상 또는 물리적 손상이 최소화되도록, 실리콘(Si), 실리콘 온 인슐레이터(SOI, silicon on insulator), 석영(Quartz, SiO2), 사파이어(Al2O3), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 및 스테인리스 스틸 중 적어도 어느 하나의 소재로 제조되는 기판층(132), 상기 기판층(132)에 적층되고 상기 백 에칭 공정 시 상기 백 에칭의 한계를 규정하는 산화물층(134), 및 상기 산화물층(134)에 적층되고 상기 압전 물질로 상기 압전층(110)을 형성하는 과정에서 상기 압전 물질이 의도된 방향으로 성장되도록 하는 결정층(136)을 포함할 수 있다.The
여기서, 상기 지지층(130)은 상기 기판층(132), 상기 산화물층(134) 및 상기 결정층(136)에 대한 각각의 층의 적층에 의해 구현될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 층으로 구현될 수도 있다.Here, the
다시 말하면, 상기 지지층(130)은 상기 기판층(132)의 기능, 상기 산화물층(134)의 기능 및 상기 결정층(136)의 기능을 모두 수행할 수 있도록 하는 하나의 층으로 구현될 수 있으며, 이 경우 상기 지지층(130)은 Al2O3기반의 사파이어, MgO, STO(SrTiO3), BTO(BaTiO3), LNO(LaNiO3), PTO(PbTiO3) 등의 소재로 형성될 수 있다.In other words, the
상기 폴리머층(140)은 상기 지지층(130)의 적어도 일부가 백 에칭(back etching)에 의해 제거되어 제공되는 공간(S)에 충진되어 유연성 및 안정성이 확보되도록 하는 층일 수 있다.The
본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈(100)은 패치형 또는 밴드형으로 구현되어 맥박이 감지될 수 있는 곳에 부착될 수 있는데, 부착되는 곳이 굴곡진 피부면인 경우에도 유연성 및 굴곡성을 가지는 상기 폴리머층(140)으로 인해 굴곡진 피부면에 밀착시킬 수 있다.The
이하에서는 상기와 같은 맥박 센싱 모듈(100)의 최적의 제조 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, an optimal manufacturing method of the
도 2는 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 3 내지 도 12는 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.2 is a flow chart for explaining a manufacturing method of the pulse sensing module according to the present invention, and FIGS. 3 to 12 are diagrams for explaining a manufacturing method for the pulse sensing module according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈(100)의 제조 방법은 지지층(130)을 형성하는 제1 단계(S10), 상기 지지층(130)의 일면에 압전 물질로 압전층(110)을 형성하는 제2 단계(S20), 상기 지지층(130)의 두께가 감소되도록 폴리싱 공정이 진행되는 제3 단계(S30), 상기 지지층(130)의 일면에 서로 이격되게 배치되도록 제1 전극 라인(150)과 제2 전극 라인(160)을 형성하는 제4 단계(S40), 상기 제1 전극 라인(150) 및 상기 제2 전극 라인(160)을 보호하는 보호층(120)을 형성하는 제5 단계(S50), 후 공정(백 에칭 공정) 시 변형을 방지하기 위해 상기 보호층(120)의 일면에 변형방지부(170)를 부착하는 제6 단계(S60), 백 에칭 공정이 진행되는 제7 단계(S70), 폴리머층(140)을 형성하는 제8 단계(S80) 및 변형방지부(170)를 제거하는 제9 단계(S90)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the manufacturing method of the
이하에서는 도 3 내지 도 12를 참조하여 각 단계에 대해 구체적으로 설명하기로 하며, 설명의 편의를 위해 단면도는 도 1의 AA선에 따른 단면도이고 다소 과장되어 표현되었음을 밝혀둔다.Hereinafter, each step will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 12, and for convenience of explanation, the cross-sectional view is taken along line AA of FIG. 1 and is somewhat exaggerated.
맥박 센싱 모듈(100)을 제조하기 위해 지지층(130)이 형성되는 제1 단계(S10)가 진행될 수 있다.A first step (S10) of forming the
상기 지지층(130)은 압전층(110)을 형성하는 과정에서 필요한 적어도 한번 이상 필요한 열처리 공정 진행 시 열충격에 의한 손상이 최소화되도록 하거나 공정 과정 중에 발생되는 물리적 충격에 의해 손상이 최소화되고, 결정질로 구현되는 적어도 일부의 층을 포함하여 압전 물질이 의도된 방향으로 성장되도록 하는 동시에 압전층(110)과의 열팽창 정도의 차이가 최소화되도록 하여 열적 손상이 최소화되는 층으로 구현되어야 한다.The
이를 위해, 상기 지지층(130)은 도 1을 참조로 설명한 바와 Al2O3기반의 사파이어, MgO, STO(SrTiO3), BTO(BaTiO3), LNO(LaNiO3), PTO(PbTiO3) 등의 소재로 형성되는 하나의 층으로 구현될 수 있다.To this end, the
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 지지층(130)은 기판층(132), 산화물층(134) 및 결정층(136)에 대한 각각의 적층에 의해 구현될 수 있다.Also, as shown in FIG. 3 , the
상기 기판층(132)은 압전층(110)을 형성하는 과정에서 적어도 한번 이상 필요한 열처리 공정에서 열충격에 의한 손상이 없도록 하거나 공정 과정 중에 발생되는 물리적 충격에 의한 손상 방지를 위한 소재로 구성될 수 있으며, 결정질 소재로 형성되는 것이 바람직하다.The
예를 들어, 상기 기판층(132)은 실리콘(Si), 실리콘 온 인슐레이터(SOI, silicon on insulator), 석영(Quartz, SiO2), 사파이어(Al2O3), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 및 스테인리스 스틸 중 적어도 어느 하나의 소재로 제조될 수 있으며, 두께는 대략 650㎛일 수 있다.For example, the
상기 기판층(132)은 백 에칭이 진행되는 제7 단계(S70) 진행 시 적어도 일부가 제거될 수 있으며, 제거되어 제공되는 공간(S, 도 10 참조)은 폴리머가 충진되어 유연성 및 안정성이 확보되도록 할 수 있다.At least a portion of the
상기 산화물층(134)은 상기 기판층(132)에 적층(증착)되고 백 에칭 공정 시 상기 백 에칭의 한계를 규정하여 압전층(110)의 손상을 방지하기 위한 에칭 멈춤층(Etch stop layer)의 기능을 수행할 수 있다.The
상기 산화물층(134)은 SiO2, SiON, ZnO, TiOx, Al2O3, SnO2, In2O3 및 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide) 중 적어도 하나의 소재로 형성될 수 있으며, 두께는 대략 800㎚일 수 있다.The
상기 결정층(136)은 상기 산화물층(134)에 적층(증착)되고 상기 압전 물질로 상기 압전층(110)을 형성하는 과정에서 상기 압전 물질이 의도된 방향으로 성장되도록 하는 층일 수 있다.The
상기 결정층(136)은 압전층(110)과의 열팽창 정도의 차이가 최소화되도록 하여 열적 손상이 최소화되도록, Pt, Ti, Sapphire(Al2O3), MgO, STO(SrTiO3), BTO(BaTiO3), LNO(LaNiO3) 및 PTO(PbTiO3) 중 적어도 하나의 소재로 형성될 수 있으며, 두께는 대략 115㎚일 수 있다.The
상기와 같이 기판층(132), 산화물층(134) 및 결정층(136)을 형성하는 제1 단계(S10)가 완료되면, 도 4에 도시된 바와 같이 압전 물질을 성장시켜 압전층(110)을 형성하는 제2 단계(S20)가 진행될 수 있다.When the first step (S10) of forming the
상기 압전 물질은 도 1을 참조로 설명한 바와 같이 티탄산 지르콘산 연(PZT) 등의 물질일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.As described with reference to FIG. 1 , the piezoelectric material may be a material such as lead zirconate titanate (PZT), but is not necessarily limited thereto.
상기 압전 물질을 이용하여 압전 박막인 상기 압전층(110)을 형성하는 제2 단계(S20)는 다양한 공지의 방법으로 진행될 수 있으며, 예를 들면, DC/RF 스퍼터링, 에어로졸 증착법, sol-gel 용액 공정(스핀코팅 후 열처리), 스크린/잉크젯 프린팅 등의 증착 방법 중 하나일 수 있다.The second step (S20) of forming the
여기서, sol-gel 용액 공정으로 상기 압전층(110)을 형성하는 경우, sol-gel 용액 박막으로부터 유기성분을 제거하기 위해, 0.4M의 PZT sol-gel 용액(10 mol% 초과 PbO 의 52:48 몰비의 Zr:Ti)이 10분 동안 450℃ 의 공기 분위기에서의 열분해 과정과 함께 2500rpm에서 웨이퍼 상에 스핀 캐스트된다. Here, when the
상기 증착 및 열분해 단계는 대략 1㎛ 두께의 압전층(110)을 형성하기 위해 수회 반복될 수 있으며, 압전 물질의 결정화는 공기 중에서 650℃, 45분 동안 수행될 수 있다. 열분해 및 결정화 공정을 위해 급속 열처리(RTA)가 이용될 수 있다.The deposition and thermal decomposition steps may be repeated several times to form the
상기와 같이 압전층(110)의 형성이 완료되면, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 지지층(130) 중 기판층(132)의 두께가 감소되도록 폴리싱 공정이 진행되는 제3 단계(S30)가 진행될 수 있다.When the formation of the
상기 기판층(132)은 압전층(110)을 형성하는 과정에서 적어도 한번 이상 필요한 열처리 공정에서 열충격에 의한 손상이 없도록 하거나 공정 과정 중에 발생되는 물리적 충격에 의한 손상 방지를 위해 대략 650㎛의 두께가 필요한 반면, 백 에칭 공정 이전에 상기 백 에칭 공정의 특수성을 고려하여 두께를 줄일 필요가 있다.The
백 에칭 공정은 에칭의 효과가 구현되기 위한 백 에칭 가능 범위라는게 존재하며, 만약 기판층(132)이 대략 650㎛의 두께인 경우 원하는 만큼의 에칭의 효과가 구현되기 어려우므로 상기 제3 단계(S30)를 통해 상기 기판층(132)의 두께가 대략 350㎛이 되도록 폴리싱 공정을 진행하는 것이다.In the back etching process, there is a range within which the etching effect can be implemented, and if the
다만, 상기 제3 단계(S30)는 반드시 필수적인 단계가 아니며 기판층(132)의 소재의 종류 및 두께 등에 따라 생략될 수도 있음을 밝혀둔다.However, it should be noted that the third step (S30) is not necessarily an essential step and may be omitted depending on the type and thickness of the material of the
상기와 같이 폴리싱 공정을 의미하는 제3 단계(S30)가 완료되면, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 압전층(110)의 일면에 서로 이격되게 배치되도록 제1 전극 라인(150)과 제2 전극 라인(160)을 형성하는 제4 단계(S40)가 진행될 수 있다.When the third step (S30) meaning the polishing process is completed as described above, as shown in FIGS. A fourth step (S40) of forming the two
상기 제1 전극 라인(150) 및 상기 제2 전극 라인(160)은 스퍼터링이나 PVD 공정 등과 같은 통상의 반도체 공정을 통하여 수행될 수 있으며, 이 외에도 통상적인 금속 도포 방식에 따라서도 적층될 수 있다. The
상기 제1 전극 라인(150) 및 상기 제2 전극 라인(160)은 Au/Cr 전극층으로 구현될 수 있으며, 두께는 대략 115㎚ 일 수 있다.The
상기와 같이 제1 전극 라인(150) 및 상기 제2 전극 라인(160)의 적층이 완료되면, 도 8에 도시된 바와 같이 보호층(120)을 형성하는 제5 단계(S50)가 진행될 수 있다.When the stacking of the
상기 보호층(120)은 압전층(110)에 도포되어 상기 압전층(110)을 보호하되, 상기 제1 전극 라인(150)의 제1 전극 단자(152) 및 상기 제2 전극 라인(160)의 제2 전극 단자(162)가 노출되도록 하는 개구(121, 122)를 구비할 수 있다.The
상기 보호층(120)은 도 1을 참조로 설명한 바와 같이 자외선(UV)에 의해 경화될 수 있는 에폭시(Epoxy)로 구현될 수 있으며, 예를 들어, Bisphenol A Novolacs (phenol-formaldehyde)-based Expoy로 구성된 SU-8 계열의 negative photoresist일 수 있다.As described with reference to FIG. 1, the
보호층(120)은 photoresist를 코팅하고 포토마스크로 마스킹한 후 노광 및 현상 과정을 거처 상기 제1 전극 단자(152) 및 상기 제2 전극 단자(162)가 노출되도록 하는 개구(121, 122)를 구비할 수 있다.The
여기서, 노출된 상기 제1 전극 단자(152) 및 상기 제2 전극 단자(162) 는 이후 단계에서 진행되는 폴링 공정이 가능하도록 할 수 있으며, 혈압 측정을 위한 혈압 산출 모듈(200, 도 16 참조)과의 전기적 연결을 위한 구성요소로 사용될 수 있다.Here, the exposed
상기 보호층(120)은 대략 2㎛일 수 있다.The
상기와 같이 보호층(120)의 적층이 완료되면 도 9에 도시된 바와 같이 제7 단계(S70)에 의한 백 에칭 공정 시 상기 제1 전극 라인(150), 상기 제2 전극 라인(160), 상기 압전층(110), 상기 보호층(120) 및 상기 지지층(130) 중 적어도 하나의 변형이 방지되도록, 상기 제1 전극 라인(150) 및 상기 제2 전극 라인(160)이 포위되도록 상기 보호층(120)의 일면에 변형방지부(170)를 부착하는 제6 단계(S60)가 진행될 수 있다.When the lamination of the
상기 변형방지부(170)는 polymer layer의 일종으로, 예를 들면, Thermal release 등 다양한 종류의 tape 또는 두꺼운 photo resist 등의 polymer layer가 적용될 수 있으며, 열을 가하면 부착력이 약해지는 테이프 중 하나일 수 있다.The
상기와 같이 변형방지부(170)를 부착하고 나면, 도 10에 도시된 바와 같이 백 에칭이 진행되는 제7 단계(S70)가 진행될 수 있다.After attaching the
상기 백 에칭에 의해 기판층(132)의 적어도 일부가 제거되어 소정 크기의 공간(S)이 제공될 수 있으며, 상기 백 에칭은 기판층(132)의 후면을 bosch 공정을 통해 진행될 수 있다.At least a portion of the
상기와 같은 공정은 DRIE (Deep Reactive-ion etching) 공정으로 상기 공정을 통하여 상기 공간(S)이 원형 또는 다각형의 형상으로 형성될 수 있다.The above process is a deep reactive-ion etching (DRIE) process, and the space S may be formed in a circular or polygonal shape through the process.
한편, 상기 백 에칭이 진행되는 경우 지지층(130)을 구성하는 산화물층(134)은 에칭의 한계를 규정하게 되며, 다시 말해 에칭 멈춤층으로서 기능하게 되어 압전층(110)의 손상을 미연에 방지할 수 있다.On the other hand, when the back etching proceeds, the
상기 백 에칭 공정에 의해 상기 공간(S)이 형성되면, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 공간(S)에 폴리머를 충진하여 폴리머층(140)을 형성하는 제8 단계(S80)가 진행될 수이 있다.When the space S is formed by the back etching process, as shown in FIG. 11 , an eighth step (S80) of forming a
상기 폴리머층(140)을 구현하기 위한 상기 폴리머는 특별히 제한되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈(100)이 유연성 및 안정성을 확보하기 위한 정도의 소재라면 모두 적용 가능할 수 있다.The polymer for implementing the
상기와 같이 폴리머층(140)이 형성되면 도 12에 도시된 바와 같이 변형방지부(170)를 제거하는 제9 단계(S90)가 진행될 수 있다.When the
상기 변형방지부(170)의 제거는 열을 인가하는 공정을 통해 진행될 수 있다.Removal of the
상기와 같이 제1 단계(S10) 내지 제9 단계(S90)가 진행되고 나면 개구(121, 122)를 통해 제1 전극 단자(152)와 제2 전극 단자(162)가 노출되게 되며, 이후에는 혈압 산출 모듈(200)과의 전기적 연결 및 외면 코팅 등의 추가 공정이 진행될 수 있다.After the first step (S10) to the ninth step (S90) are performed as described above, the
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈의 폴리머층의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.13 and 14 are views for explaining a modified example of the polymer layer of the pulse sensing module according to the present invention.
도 10을 참조로 설명한 백 에칭이 진행되는 제7 단계(S70)에 의해 제공되는 공간(S)은 백 에칭 공정 시 가해지는 응력 및 균열을 감소시키도록 원형 또는 오각 이상의 다각형 형상으로 형성될 수 있다.The space S provided by the seventh step S70 in which the back etching is performed with reference to FIG. 10 may be formed in a circular shape or a polygonal shape of pentagon or more to reduce stress and cracks applied during the back etching process. .
이로 인해, 상기 공간(S)에 충진되어 형성되는 폴리머층(140)도 원형 또는 오각 이상의 다각형 형상으로 형성될 수 있따.Due to this, the
도 13에 도시된 바와 같이 상기 공간(S)은 예을 들어 팔각형 형상으로 형성될 수 있으며, 이로 인해 폴리머층(140)도 팔각형 형상으로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 13 , the space S may be formed in an octagonal shape, for example, and thus the
한편, 백 에칭 공정에 의해 제공되는 공간(S)은 도 14에 도시된 바와 같은 형상일 수 있다.Meanwhile, the space S provided by the back etching process may have a shape as shown in FIG. 14 .
여기서, 폴리머층(140)은 상기 백 에칭에 의해 제거되어 제공되는 공간(S)의 범위 내에 잔존하는 지지층(130)의 기판층(133)에 의해 복수의 영역으로 구획될 수 있다.Here, the
상기 공간(S)의 범위 내에 잔존하는 기판층(133)은 폴리머층(140)을 기준으로 구획벽의 기능을 수행할 수 있으며, 이로 인해 백 에칭 시 에칭되는 경계 등에서 발생할 수 있는 응력 집중으로 인한 균열을 최대한 방지할 수 있다.The
도 15는 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈의 전극 라인의 변형된 배치 상태를 설명하기 위한 도면이다.15 is a view for explaining a deformed arrangement state of electrode lines of the pulse sensing module according to the present invention.
도 15를 참조하면, 도 6 및 도 7을 참조로 설명한 제4 단계(S40)에 의해 형성되는 제1 전극 라인(150) 및 제2 전극 라인(160)은 백 에칭에 의해 제거되어 제공되는 공간(S)의 일측 내부에 위치하여, 상기 백 에칭 공정 시 발생될 수 있는 균열에 영향을 받지 않도록 할 수 있다.Referring to FIG. 15 , the space provided by removing the
여기서, 상기 백 에칭에 의해 제거되어 제공되는 공간(S)의 일측 내부라 함은, 도 15(b)에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈(100)을 상측에서 바라볼 때, 상기 공간(S)을 규정하는 일면, 즉, 에칭되는 경계(B)의 내부와 대응되는 영역을 의미할 수 있다.이는 백 에칭 시 응력 집중으로 인하여 균열이 발생될 가능성이 높은 부분은 에칭되는 경계(B)일 수 있는데, 도 6 및 도 7을 참조로 설명한 제1 전극 라인(150) 및 제2 전극 라인(160)의 경우에는 제1 전극 단자(152) 및 제2 전극 단자(162)가 에칭되지 않고 남아 있는 기판층(132)의 상부에 위치하게 되어 에칭되는 경계에 균열이 발생하게 되면 전극 라인이 끊어지는 문제가 발생될 수 있다.Here, the inside of one side of the space S provided by being removed by the back etching refers to, as shown in FIG. 15 (b), when viewing the
이러한 이유로 본 실시예에서는 도 15에 도시된 바와 같이 제1 전극 라인(150) 및 제2 전극 라인(160)이 백 에칭에 의해 제거되는 제공되는 공간(S)의 일측 내부에 위치하도록 함으로써 에칭되는 경계(B)에 균열이 발생하더라도 전극의 손상을 미연에 방지할 수 있게 된다.For this reason, in this embodiment, as shown in FIG. 15, the
도 16은 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈을 이용하여 혈압을 산출하기 위한 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다.16 is a block diagram illustrating a system for calculating blood pressure using a pulse sensing module according to the present invention.
도 16을 참조하면, 맥박 센싱 모듈을 이용하여 혈압을 산출하기 위한 시스템(10)은 도 1 내지 도 15를 참조로 설명한 맥박 센싱 모듈(100) 및 압전 효과에 의해 발생되는 전압 신호를 이용하여 사용자의 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 산출하는 혈압 산출 모듈(200)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 16, a
여기서, 혈압 산출 모듈(200)은 상기 압전 효과에 의해 발생되는 전압 신호의 노이즈를 필터링하는 신호처리부(210), 및 상기 신호처리부(210)에 의해 필터링된 제1 전압 신호와 혈압계(일예로 상완혈압계)를 통해 얻어지는 기준 수축기 혈압 및 기준 이완기 혈압을 기초로 하여 관계식을 도출하고, 상기 관계식에 의해 제2 전압 신호에 대한 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 산출하는 제어부(220)를 포함할 수 있다.Here, the blood
여기서, 상기 관계식은 다음의 조건식 1 및 조건식 2를 만족하는 수식일 수 있다.Here, the relational expression may be an expression that satisfies Conditional Expression 1 and Conditional Expression 2 below.
<조건식 1><conditional expression 1>
Y1 = A * X1 + BY1 = A * X1 + B
<조건식 2><conditional expression 2>
Y2 = A * X2 + BY2 = A * X2 + B
여기서, Y1은 상기 혈압계를 통해 얻어지는 상기 기준 수축기 혈압(Psystolic)이고, Y2는 상기 혈압계를 통해 얻어지는 상기 기준 이완기 혈압(P diastolic)이며, X1은 제1 전압 신호에 대한 최대 전압 평균값(VMax,Avg)이고, X2는 제1 전압 신호에 대한 최소 전압 평균값(VMin,Avg)이며, A 및 B는 상수이다.Here, Y1 is the reference systolic blood pressure (P systolic ) obtained through the blood pressure monitor, Y2 is the reference diastolic blood pressure (P diastolic ) obtained through the blood pressure monitor, and X1 is the maximum voltage average value for the first voltage signal (V Max , Avg ), X2 is the minimum voltage average value (V Min , Avg ) for the first voltage signal, and A and B are constants.
이하에서는 A 및 B를 도출하는 과정에 대해 일예를 들어 설명한다.Hereinafter, an example of a process of deriving A and B will be described.
하기 표 1에 표시된 바와 같이 제1 전압 신호에 대한 최대 전압값 및 최소 전압값, 혈압계를 통해 측정된 수축기 혈압 및 이완기 혈압은 정확성을 담보하기 위해 복수회(예를 들어 3회) 반복적으로 진행되어 평균값을 조건식 1 및 조건식 2에 적용할 수 있다.As shown in Table 1 below, the maximum voltage value and the minimum voltage value for the first voltage signal, the systolic blood pressure and the diastolic blood pressure measured through the blood pressure monitor are repeatedly performed a plurality of times (eg, 3 times) to ensure accuracy. The average value can be applied to conditional expression 1 and conditional expression 2.
대한 최대 전압값to the first voltage signal
maximum voltage value for
대한 최소 전압값to the first voltage signal
minimum voltage value for
상기 표 1을 참조하면, Y1은 139이고, X1은 0.22596338이며, Y2는 86.333333이고, X2는 -0.1313862이다.Referring to Table 1, Y1 is 139, X1 is 0.22596338, Y2 is 86.333333, and X2 is -0.1313862.
따라서, 조건식 1은 Therefore, conditional expression 1 is
139 = 0.22596338 * A + B 이고,139 = 0.22596338 * A + B, and
조건식 2는Conditional expression 2 is
86.333333 = -0.1313862 * A + B 가 된다.86.333333 = -0.1313862 * A + B
상기 조건식 1 및 조건식 2를 연립하면, A는 147.3814이고, B는 105.6972 가 된다.When Conditional Expression 1 and Conditional Expression 2 are combined together, A is 147.3814 and B is 105.6972.
한편, 제어부(220)는 상기 조건식 1 및 조건식 2를 통해 A 및 B를 도출하면, 다음의 조건식 3 및 조건식 4를 통해 상기 제2 전압 신호에 대한 수축기 혈압(Y3) 및 이완기 혈압(Y4)을 산출할 수 있다.Meanwhile, when A and B are derived through Conditional Expression 1 and Conditional Expression 2, the
<조건식 3><conditional expression 3>
Y3 = A * X3 + BY3 = A * X3 + B
<조건식 4><conditional expression 4>
Y4 = A * X4 + BY4 = A * X4 + B
여기서, X3는 상기 제2 전압 신호에 대한 최대 전압 평균값(VMax,Avg)이고, X4는 제2 전압 신호에 대한 최소 전압 평균값(VMin,Avg)이다.Here, X3 is the maximum voltage average value (V Max , Avg ) for the second voltage signal, and X4 is the minimum voltage average value (V Min , Avg ) for the second voltage signal.
상기 제2 전압 신호는 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈을 이용하여 혈압을 산출하기 위한 시스템(10)을 이용하여 혈압을 측정하고자 하는 사용자에 대한 맥박에 대한 신호로, 적어도 1회 이상을 통해 최대 전압 평균값(VMax,Avg) 및 최소 전압 평균값(VMin,Avg)을 산출할 수 있으며, 산출된 값을 위의 조건식 3 및 조건식 4에 대입시켜 사용자의 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 산출할 수 있다.The second voltage signal is a pulse signal for a user who wants to measure blood pressure using the
상기와 같이 본 발명에 따른 맥박 센싱 모듈을 이용하여 혈압을 산출하기 위한 시스템(10)은 전압 신호에 대한 전압값과 실제 측정된 혈압과의 관계를 통해 일차함수의 상수인 A 및 B를 산출하고, 산출된 A 및 B가 포함된 일차함수 관계식을 확정하고, 확정된 일차함수 관계식을 통해 사용자의 맥박에 의한 전압 신호로 사용자의 혈압을 정확하게 산출할 수 있다.As described above, the
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.In the above, the configuration and characteristics of the present invention have been described based on the embodiments according to the present invention, but the present invention is not limited thereto, and various changes or modifications can be made within the spirit and scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art, and therefore such changes or modifications are intended to fall within the scope of the appended claims.
예를 들어, 상기에서는 맥박 센싱 모듈(100)이 개별적으로 제조되는 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 연결된 복수개가 한번에 제조된 후 추후 절단 공정을 통해 각각의 맥박 센싱 모듈(100)이 제조될 수도 있을 것이다.For example, in the above, it has been described that the
10: 맥박 센싱 모듈을 이용하여 혈압을 산출하기 위한 시스템
100: 맥박 센싱 모듈
110: 압전층
120: 보호층
121: 제1 개구
122: 제2 개구
130: 지지층
132: 기판층
134: 산화물층
136: 결정층
140: 폴리머층
150: 제1 전극 라인
152: 제1 전극 단자
160: 제2 전극 라인
162: 제2 전극 단자
170: 변형방지부
200: 혈압 산출 모듈10: system for calculating blood pressure using a pulse sensing module
100: pulse sensing module
110: piezoelectric layer
120: protective layer
121: first opening
122: second opening
130: support layer
132: substrate layer
134: oxide layer
136: crystal layer
140: polymer layer
150: first electrode line
152: first electrode terminal
160: second electrode line
162: second electrode terminal
170: deformation prevention unit
200: blood pressure calculation module
Claims (12)
맥박에 의한 압전 효과를 발생시키기 위한 압전 물질을 포함하는 압전층 - 상기 압전층의 일면에는 서로 이격되게 배치되는 제1 전극 라인 및 제2 전극 라인이 형성됨 - ;
상기 압전층을 지지하되, 상기 압전 물질로 상기 압전층을 형성하는 과정에서 상기 압전 물질이 의도된 방향으로 성장되도록 하는 지지층; 및
상기 지지층의 적어도 일부가 백 에칭(back etching)에 의해 제거되어 제공되는 공간에 충진되어 유연성 및 안정성이 확보되도록 하는 폴리머층;을 포함하며,
상기 지지층은,
기판층, 상기 기판층에 적층되고 상기 백 에칭 공정 시 상기 백 에칭의 한계를 규정하는 산화물층, 및 상기 산화물층에 적층되고 상기 압전 물질로 상기 압전층을 형성하는 과정에서 상기 압전 물질이 의도된 방향으로 성장되도록 하는 결정층을 포함하며, 상기 맥박 센싱 모듈에 제거되지 않고 남아 있는 것을 특징으로 하는 맥박 센싱 모듈.
In the pulse sensing module for calculating blood pressure,
a piezoelectric layer including a piezoelectric material for generating a piezoelectric effect by a pulse, wherein a first electrode line and a second electrode line spaced apart from each other are formed on one surface of the piezoelectric layer;
a support layer that supports the piezoelectric layer and allows the piezoelectric material to grow in an intended direction during the process of forming the piezoelectric layer with the piezoelectric material; and
A polymer layer in which at least a portion of the support layer is removed by back etching and filled in the provided space to ensure flexibility and stability;
The support layer is
A substrate layer, an oxide layer laminated on the substrate layer and defining a limit of the back etching during the back etching process, and a piezoelectric material laminated on the oxide layer and formed of the piezoelectric material in the process of forming the piezoelectric layer. A pulse sensing module, characterized in that it remains in the pulse sensing module without being removed.
상기 압전층에 도포되어 상기 압전층을 보호하되, 상기 제1 전극 라인의 제1전극 단자 및 상기 제2 전극 라인의 제2 전극 단자가 노출되도록 하는 개구를 구비하는 보호층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 맥박 센싱 모듈.
According to claim 1,
A protective layer applied to the piezoelectric layer to protect the piezoelectric layer and having an opening through which the first electrode terminal of the first electrode line and the second electrode terminal of the second electrode line are exposed. Characterized by a pulse sensing module.
상기 기판층은,
상기 압전층을 형성하는 과정에서 열적 손상 또는 물리적 손상이 최소화되도록, 실리콘(Si), 실리콘 온 인슐레이터(SOI, silicon on insulator), 석영(Quartz, SiO2), 사파이어(Al2O3), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 및 스테인리스 스틸 중 적어도 어느 하나의 소재로 제조되는 것을 특징으로 하는 맥박 센싱 모듈.
According to claim 1,
The substrate layer,
In order to minimize thermal damage or physical damage in the process of forming the piezoelectric layer, silicon (Si), silicon on insulator (SOI), quartz (SiO2), sapphire (Al2O3), germanium (Ge), A pulse sensing module, characterized in that made of at least one of gallium arsenide (GaAs) and stainless steel.
상기 기판층은,
상기 백 에칭 공정 이전에 상기 백 에칭의 가능 범위 내의 두께가 되도록 폴리싱 공정(polishing)에 의해 두께가 감소되는 것을 특징으로 하는 맥박 센싱 모듈.
According to claim 1,
The substrate layer,
Pulse sensing module, characterized in that the thickness is reduced by a polishing process (polishing) to a thickness within the possible range of the back etching before the back etching process.
상기 백 에칭에 의해 제거되어 제공되는 공간은,
상기 백 에칭 공정 시 가해지는 응력 및 균열을 감소시키도록, 원형 또는 오각 이상의 다각형 형상으로 형성되며,
상기 폴리머층은,
상기 원형 또는 오각 이상의 다각형 형상으로 제공되는 공간에 충진되는 것을 특징으로 하는 맥박 센싱 모듈.
According to claim 1,
The space removed and provided by the back etching is
It is formed in a circular or pentagonal or more polygonal shape to reduce stress and cracks applied during the back etching process,
The polymer layer,
Pulse sensing module, characterized in that filled in the space provided in the circular or pentagonal or more polygonal shape.
제1 전극 라인 및 상기 제2 전극 라인은,
상기 백 에칭에 의해 제거되는 제공되는 공간의 일측 내부에 위치하여, 상기 백 에칭 공정 시 발생될 수 있는 균열에 영향을 받지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 맥박 센싱 모듈.
According to claim 1,
The first electrode line and the second electrode line,
Positioned inside one side of the space provided to be removed by the back etching, the pulse sensing module, characterized in that not to be affected by cracks that may occur during the back etching process.
상기 폴리머층은,
상기 백 에칭에 의해 제거되어 제공되는 공간의 범위 내에 잔존하는 지지층에 의해 복수의 영역으로 구획되는 것을 특징으로 하는 맥박 센싱 모듈.
According to claim 1,
The polymer layer,
Pulse sensing module, characterized in that partitioned into a plurality of regions by the support layer remaining within the range of the space provided removed by the back etching.
상기 압전층에 도포되어 상기 압전층을 보호하되, 상기 제1 전극 라인의 제1전극 단자 및 상기 제2 전극 라인의 제2 전극 단자가 노출되도록 하는 개구를 구비하는 보호층; 및
상기 백 에칭 공정 시 상기 제1 전극 라인, 상기 제2 전극 라인, 상기 압전층, 상기 보호층 및 상기 지지층 중 적어도 하나의 변형이 방지되도록, 상기 제1 전극 라인 및 상기 제2 전극 라인이 포위되도록 상기 보호층의 일면에 부착되는 변형방지부;를 더 포함하며,
상기 변형방지부는,
상기 폴리머층이 형성된 후, 제거되는 것을 특징으로 하는 맥박 센싱 모듈.
According to claim 1,
a protective layer applied to the piezoelectric layer to protect the piezoelectric layer and having an opening through which the first electrode terminal of the first electrode line and the second electrode terminal of the second electrode line are exposed; and
During the back etching process, deformation of at least one of the first electrode line, the second electrode line, the piezoelectric layer, the protective layer, and the support layer is prevented, and the first electrode line and the second electrode line are surrounded. It further includes; a deformation prevention unit attached to one surface of the protective layer,
The deformation prevention unit,
Pulse sensing module, characterized in that removed after the polymer layer is formed.
제1항, 제2항, 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 맥박 센싱 모듈; 및
상기 압전 효과에 의해 발생되는 전압 신호를 이용하여 사용자의 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 산출하는 혈압 산출 모듈;을 포함하며,
상기 혈압 산출 모듈은,
상기 압전 효과에 의해 발생되는 전압 신호의 노이즈를 필터링하는 신호처리부, 및 상기 신호처리부에 의해 필터링된 제1 전압 신호와 혈압계를 통해 얻어지는 기준 수축기 혈압 및 기준 이완기 혈압을 기초로 하여 관계식을 도출하고, 상기 관계식에 의해 제2 전압 신호에 대한 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 맥박 센싱 모듈을 이용하여 혈압을 산출하기 위한 시스템.
In the blood pressure calculation system for calculating blood pressure using a pulse sensing module,
A pulse sensing module according to any one of claims 1, 2, 4 to 9; and
A blood pressure calculation module configured to calculate a systolic blood pressure and a diastolic blood pressure of a user using a voltage signal generated by the piezoelectric effect;
The blood pressure calculation module,
Derive a relational expression based on a signal processing unit for filtering noise of the voltage signal generated by the piezoelectric effect, and a first voltage signal filtered by the signal processing unit and a standard systolic blood pressure and a standard diastolic blood pressure obtained through a blood pressure monitor, A system for calculating blood pressure using a pulse sensing module, characterized in that it comprises a control unit for calculating the systolic blood pressure and the diastolic blood pressure for the second voltage signal by the relational expression.
상기 관계식은,
다음의 조건식 1 및 조건식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 맥박 센싱 모듈을 이용하여 혈압을 산출하기 위한 시스템.
<조건식 1>
Y 1 = A * X1 + B
<조건식 2>
Y2 = A * X2 + B
여기서, Y1은 상기 혈압계를 통해 얻어지는 상기 기준 수축기 혈압(Psystolic)이고, Y2는 상기 혈압계를 통해 얻어지는 상기 기준 이완기 혈압(P diastolic)이며, X1은 제1 전압 신호에 대한 최대 전압 평균값(VMax,Avg)이고, X2는 제1 전압 신호에 대한 최소 전압 평균값(VMin,Avg)이며, A 및 B는 상수이다.
According to claim 10,
The above relational expression is,
A system for calculating blood pressure using a pulse sensing module, characterized in that the following Conditional Expression 1 and Conditional Expression 2 are satisfied.
<conditional expression 1>
Y1 = A * X1 + B
<conditional expression 2>
Y2 = A * X2 + B
Here, Y1 is the reference systolic blood pressure (P systolic ) obtained through the blood pressure monitor, Y2 is the reference diastolic blood pressure (P diastolic ) obtained through the blood pressure monitor, and X1 is the maximum voltage average value for the first voltage signal (V Max , Avg ), X2 is the minimum voltage average value (V Min , Avg ) for the first voltage signal, and A and B are constants.
상기 제어부는,
상기 조건식 1 및 상기 조건식 2를 통해 A 및 B를 도출한 후, 다음의 조건식 3 및 조건식 4를 통해 상기 제2 전압 신호에 대한 수축기 혈압(Y3) 및 이완기 혈압(Y4)을 산출하는 것을 특징으로 하는 맥박 센싱 모듈을 이용하여 혈압을 산출하기 위한 시스템.
<조건식 3>
Y3 = A * X3 + B
<조건식 4>
Y4 = A * X4 + B
여기서, X3는 상기 제2 전압 신호에 대한 최대 전압 평균값(VMax,Avg)이고, X4는 제2 전압 신호에 대한 최소 전압 평균값(VMin,Avg)이다.
According to claim 11,
The control unit,
After deriving A and B through Conditional Expression 1 and Conditional Expression 2, systolic blood pressure (Y3) and diastolic blood pressure (Y4) for the second voltage signal are calculated through Conditional Expression 3 and Conditional Expression 4 below. A system for calculating blood pressure using a pulse sensing module that
<conditional expression 3>
Y3 = A * X3 + B
<conditional expression 4>
Y4 = A * X4 + B
Here, X3 is the maximum voltage average value (V Max , Avg ) for the second voltage signal, and X4 is the minimum voltage average value (V Min , Avg ) for the second voltage signal.
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