신축성과 신뢰성을 모두 갖춘 ‘스트레처블 기판’ 개발~고정밀 생체 정보 수집에 기여~
(2024.10.30)
주식회사 무라타 제작소(이하, 당사)는 접고 펴도 높은 신뢰성을 유지하면서 회로가 동작하는 ‘스트레처블(Stretchable) 기판’(이하, 본 제품)을 개발했다. 신체 표면에 붙여 생체 정보를 수집하는 의료·헬스케어용 웨어러블 기기 등에 활용이 가능하고, 편안한 착용감과 고정밀 데이터 수집의 양립을 실현한다. 당사는 고객 니즈에 맞는 커스텀 설계, 검증, 양산을 실시한다.
최근 의료분야에서는 보다 정확한 진단을 내리기 위해 병원 내에서 실시하는 정밀 검사뿐만 아니라 일상생활 속에서 지속적으로 수집하는 생체정보가 중요해지고 있다. 생활습관병이나 사회적 스트레스로 인한 질병을 방지하기 위해서도 일상적인 생체정보 관리는 중요하다. 그러나 기존의 생체 모니터링은 신체를 움직일 때 발생할 수 있는 센서의 떨어짐이나 유아나 고령자의 약한 피부가 손상될 가능성이 있다. 또한, 신체 동작이나 노이즈에 의한 측정 데이터의 교란도 과제가 되고 있다. 신축성 기재로 알려진 TPU(열가소성 폴리우레탄 탄성체)는 고습도 환경에서 사용할 때 절연성 저하 또는 이온 마이그레이션※1의 발생이 우려된다.
따라서 당사는 소재, 설계, 프로세스 기술을 최적화함으로써 접고 펴도 전극이나 배선의 전도성을 유지하는 본 제품을 개발하였다.
부드럽게 늘어나는 기판으로 가동부에 장착해도 신체의 움직임에 따라서 밀착된 상태를 유지해 피부의 부담을 줄일 수 있다. 또, 연산 증폭기(Op-Amp)를 전극의 근방에 두거나 실드층을 다층 구조로 형성하여, 접고 펼 때 생기는 노이즈나 외부 노이즈로 인한 신호 간섭을 억제할 수 있다. 덧붙여, 고습도 환경에서도 높은 절연성을 갖춘 기재를 이용하여 TPU 기판 사용 시에 생기는 배선 간의 절연성 저하 문제를 해결하고자 한다. 이로써 기능성과 안전성을 유지하면서 회로를 동작시키는 것이 가능하다.
당사는 본 제품을 통해서, 심전·뇌파와 같은 생체 정보의 모니터링, 웨어러블 기기에 활용 등 의료·헬스케어 분야에서의 과제 해결에 기여해가겠다.
주요 특장점
- 신축성
얇고 부드러운 신축성이 뛰어난 소재를 사용하여, 장시간 사용할 때도 피실험자의 불쾌감과 피부에 부담을 줄인다. 또, 일회용(Disposable) 전극의 ‘ANSI/AAMI EC12’※2에 따른 시험을 당사에서 실시해, 신축성 있는 생체 전극을 사용하고 있다. 늘리거나 구부려도 단선이 잘되지 않아 안전하게 사용할 수 있다.
- 신뢰성
고습도 환경에서 전압을 인가함으로써 발생하는 이온 마이그레이션을 억제한 독자적인 기판 설계로 높은 절연성과 신뢰성을 실현한다. 또, 생물학적 안전성을 고려하여 ‘ISO10993’※3에 따른 세포 독성 시험을 당사에서 실시하며, 이를 통과한 신축성 기판을 사용하고 있다.
- 커스터마이징
요구 사양에 따라 필터나 앰프, 각종 센서를 하나의 시트에 탑재할 수 있어 정밀도 높은 데이터의 취득이나 다양한 항목의 센싱이 가능하다. FPC(플렉시블 기판)나 PCB(프린트 기판) 등의 다른 종류의 기판과의 접합도 가능하다. 또, 전자 노이즈를 억제하는 실드층을 신호 배선상에 적층함으로써 정확하게 신호를 측정할 수 있다.
주요 사양
| 기술명 | ‘스트레처블 기판’ |
| 기판 크기 | 최대290mm✕230mm |
| 기판 두께 | 100μm전후（1층의 경우） |
| 기판부 소재 | 신축성과 안전성이 높은 자체 기판 소재 |
| 배선부 소재 | Ag잉크 |
| 전극부 소재 | Ag・AgCl 잉크（ANSI/AAMI EC12의 시험 통과（※）） ※당사 내부 테스트 실시 |
| 신장률 | 60％（신축 횟수나 배선 저항값에 따라 상이） |
| 금속 배선의 저항값 | 패턴의 형상, 신축량의 반복 횟수에 따라 달라짐 ※신축에 따른 저항값 변화를 독자적인 시뮬레이터로 해석해 배선 패턴 설계 |
| 부품 실장 여부 | 가능 |
| 기판 층수 | 1～3층 |
| 기판 간 접합 여부 | 가능 |
※1 이온 마이그레이션: 높은 습도의 환경에서 일정 전압을 인가할 때 금속 패턴의 배선 등에 단락을 일으키는 형상.
※2 ANSI/AAMI EC12: 미국 규격 협회(ANSI)와 미국 의료기기진흥협회(AAMI)에서 심전도 등의 검사 시 사용하는 일회용(Disposable) 전극에 요구되는 규격.
※3 ISO 10993: 지연성 알레르기 반응에 대한 피부 감작성이나 자극성 등 체세포 독성에 관한 높은 생체 적합성을 실현한 제품을 개발·제조하기 위한 프로세스를 평가하는 국제규격. 완성된 제품 자체의 안전성이 아닌, 잠재적인 생물학적 위험으로부터 환자를 보호하기 위한 평가.
※그림 및 영상 출처 : 무라타 웹사이트
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<About Murata>
Murata Manufacturing Co., Ltd.는 무라타 제작소는 세라믹을 기반으로 전자부품의 개발・생산・판매를 하고 있으며 세계적인 통합전자부품 기업입니다. 독자적인 개발 및 재료 개발, 프로세스 개발, 상품 설계, 생산 기술들을 서포트하는 소프트웨어나 분석 · 평가등의 기술 기반으로 독창적인 제품을 창출해 일렉트로닉스 사회의 발전에 기여해 갈 것입니다.
