ウェアラブル機器の課題に対応する

April 10, 2019

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ウェアラブル電子機器には「大ヒット商品」となる資格があることに、疑問の余地はありません。ウェアラブル機器の市場は2016年は300億ドルであると予測されており、2026年には1,500億ドルまで成長するでしょう。リジッドフレキシブル基板の技術が無いと、これらの機器のほとんどは、ま ったく設計できません。つまり、エンジニアやPCB設計者は、ウェアラブルと「折り畳み型」の世界で設計、テスト、製造の専門家になる必要があります。 

最も身近な製品は、おそらくスマートフォンとリンクしているスマートウォッチや、同じく手首に着用するフィットネストラッカーでしょう。しかし、これらの民生品の他に、ウェアラブル機器は、医療機器や軍事用途に大いに進出しています。今では、リジッドPCBを組み込むことがほとんど不可能なスマー ト衣服も現れつつあります。このホワイトペーパーでは、ウェアラブル機器のユニークな点は何か、また、フレキシブルやリジッドフレキシブル基板の設計に何が必要かについて考察します。 

機能が複雑になるとPCBも複雑になる 

ウェアラブル機器は、小さくて、着ている人の注意をほとんど引かない必要があるのは、言うまでもありません。医療用ウェアラブル機器の場合、ユー ザーは普通、他の人の注意も引きたくないと思います。少し前まで、「ウェアラブル医療機器」はかなり大きく、多くの場合、ベルトマウントやショルダ ーストラップを必要としていました。 

今日、ウェアラブル機器は、さまざまな場所にあり、腕時計タイプのフィットネストラッカーが、主要ウェアラブル製品の1 つになっています。これらの機器は、センサーを使用して、 複数のパラメーターを監視し、フィットネス関連のパラメーターを計算しています。しかし、それらは、このように高度化されている一方で非常に小さく、フレキシブル基板の技術を必要とします。スマートウォッチには、設計スペースがもう少しありますが、機能が複雑になるにつれて、このスペースもすぐに使い果たしてしまいます。 

ウェアラブル医療機器は、体の特定の部分をモニターするために着用する、小さく目立たない「パッチ」へと進化しました。それらは、完全に自立型であり、図1に示すように、 小さな場所に電極、接着剤、充電池、知能を備えています。 

図1: ウェアラブル医療機器
図1: ウェアラブル医療機器は、絆創膏ほどのサイズに進化しながら、多くの知能とメモリーを組み込んでいる。このような機器は、3Dリジッドフレキシブル基板をかなり使用している。写真提供 MC10、Inc.

リジッドフレキシブル基板の設計 

何らかの方法で人体に取り付けるウェアラブル機器は、フレキシブル回路および非常に高密度のレイアウトを要求します。それだけでなく、多くの場合、基板の形は円形や楕円形であり、さらに変わった形の場合さえあります。設計者の観点から、これらのプロジェクトには、巧みな配置と配線が必要です。このように小さく高密度の基板では、リジッドフレキシブル設計に最適化されたPCB設計ツールを使えば、変わった形状を非常に簡単に扱うことができます。 

今日設計されるPCBの大半は、基本的に、回路を接続するためのリジッド基板です。しかし、PCB設計者にとって、ウェアラブル機器には、リジッド基板にはない問題点がいくつかあります。(※続きはPDFをダウンロードしてください)

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