[논문]FDB 방식을 채용한 멀티 어레이 맥진 센서 설계

전영주; 이전; 이유정; 우영재; 유현희; 김종열

FDB 방식을 채용한 멀티 어레이 맥진 센서 설계
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전영주 (한국한의학연구원 의료연구부) , 이전 (한국한의학연구원 의료연구부) , 이유정 (한국한의학연구원 의료연구부) , 우영재 (한국한의학연구원 의료연구부) , 유현희 (한국한의학연구원 의료연구부) , 김종열 (한국한의학연구원 의료연구부)

한의학의 주요 방법 중 하나인 맥진은 한의사가 환자의 손목 부위를 손가락으로 진맥하여 환자의 맥동을 감지하는 행위이다. 하지만 이러한 맥진은 주관적이고 형이학적 이어서 맥진의 발전을 위해서는 맥진의 객관화와 정량화가 요구된다. 본 연구는 기존의 와이어 본딩(wire bonding)을 이용한 맥진 센서의 단점인 내성을 극복하기 위하여 FDB(Face Down Bonding) 방식을 이용하였으며, $3{\times}3$ 멀티 어레이 센서간의 crosstalk를 극복하고자 센서들을 격리시킬 수 있는 댐(dam)을 형성하였다. 또한, 댐을 감싸고 상단 및 하단에 들기를 형성하는 패드를 이용하여 피부에 접촉하도록 제작하였다. 센서의 특성을 평가하기 위하여 각 센서 출력 단자의 저항 값을 측정하였으며 센서 스펙에서 제공하는 값과 동일함을 확인하였고, 실제 요골동맥 부위에서 맥파를 측정하여 전형적인 요골동맥 맥과 파형이 측정됨을 확인하였다.

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문제 정의

본 연구는 기존의 맥진기에서 사용되는 와이어 본딩 방식의 맥진 센서의 문제점인 내구성을 향상시키고 각 센서간의 cros아alk를 최소화하기 위하여 FDB 방식과 댐 구조물을 추가한 9채널 맥진 센서를 개발하기 위하여 진행되었다. 좁은 공간에 9개의 센서를 배치하면서 센서와 PCB 간의 접촉 특성을 높이기 위하여 UBM 방식을 이용하였으며, 각 센서들의 출력 단자 저항값을 측정하여 우수한 접촉 특성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

제안 방법

개뱔한 맥친 센서의 평가를 위하여 각 쳬서 줄력단의 저항을 측정하였으며 셰서의 스펙에서 제공하는 출력 저항 값의 범위(4~徳)에서 측정되는것윮 확인하였다, 표 1에 임의료 선택한 먝진 센서 각 출려단의 저항 값을 l-OUt, put 단자에서 각각 측정하여 나따내었다
전달 면적이 넓게 분포해야 하는 쟤한이 있다. 본 연구에서 개발하고자 하는 맥진 센서는 이러한 문제점을 극복하기 위하여 FDBCFace Down Bonding) 방식올 여용하여 센서의 내구성을 크계 향상시키고, 와이어 루프에 의한 면적을 줄여 한정된 공간에 더 많은 어례이 셴서를 구성할 수 있도록 하며, 또한 PCB 홀과 댐(dam)을 여용하여 국부적인 압력 전달 경로를 형성함으로써 crosstalk룚 최소화 할 수 있는 것을 특징으로 한다,
솄서 칩과 PCB는 UBM(Under Bump Metallization) 공정을 거친 후 solder 1丸网로 PCB와 연결하였으며, 칩과 칩 사이의 골간 및 칩과 PCB 사이 공간을 에폭서로 밀봉하고 경화시켜 겔이나 압력의 빠짐여 없도록 하였다. 이러한 방석으로 1.
실제 맥파를 측정하기 위하여 0.1 ~30HZ 대역통과 필터와 전체 이득이 500으로 설정된 아날로그 증폭단을 거친 후 Biopac의 AcqKnowledge 소프트웨어를 이용하여 200Hz의 샘플링 주파수로 측정하였다. 그림 5는 개발된 맥진 센서를 이용하여 실제 요골 부위에서 측정한 맥파를 나타낸 것이며, 각 센서의 출력 값들은 y축 범위를 동일한 값으로 설정하였다.
이후에 홀에 싩리콘 게을 층진하고 우레탄 퍣耳와 함께 졍화시힌다. 우레탄 패드이 돌기는 패느의 상단 및 하단에 형성되며 하난에 형성된 돌기는 댐의 홀과 짝을 이루어 외부로부터 인가된 압력을 덈의 홀에 정확혀 전달할 수 있도록 개발 하였다. 그림 2는 FDB 형대의 맥진 센서 개넘도를 나타냰 것이다.
이러한 맥진은 한의사가 자신의 손가락 끝의 예민한 부분을 손목의 특정 부위에 접촉시켜 환자의 백동(pidsation)을 감지하여 이루어지는데 이를 통하여 환자의 건강 상태 및 질병의 성질, 원인, 부위, 병셉 등을 파악하게 된다. 질병이 있、논 환자에게서 나타나는 특정 형대의 맥동을 24가지 또는 28 가지亞 분류하여 먝상냬质掬이라 하였는데 환자에게서 나타나는 이러한 특정한 맥상과 손목의 각 부위 . 깊이에 따라 변화하는 맥동의 양상 및 상대적인 차이 등을 바탕으로 맥진이 이루어지게 된다.

성능/효과

좁은 공간에 9개의 센서를 배치하면서 센서와 PCB 간의 접촉 특성을 높이기 위하여 UBM 방식을 이용하였으며, 각 센서들의 출력 단자 저항값을 측정하여 우수한 접촉 특성을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 개발된 9채널 맥진 센서를 이용하여 요골 부위에서 실제 맥파를 측정하여 안정된 맥파가 측정되는 것을 확인하였다. 본 연구에서 개발한 맥진 센서는 향후, 정량적 가압이 가능한 가압 시스템을 개발한 후 임상에서 신뢰할 만한 수준의 측정 재현성을 확보한 맥진 시스템을 완성하는데 기여할 수 있을 것으로 판단한다.
이러한 방석으로 1.1^11 mnf으I 공간에 3*3 형태로 고정된 9개여 센서 칩뜔을 외부의 반복적인 압력이나 예기치 않년 증격으로부터 안전하게 보호하여 내구성을 향상 시킬 수 있모록 하였다.
좁은 공간에 9개의 센서를 배치하면서 센서와 PCB 간의 접촉 특성을 높이기 위하여 UBM 방식을 이용하였으며, 각 센서들의 출력 단자 저항값을 측정하여 우수한 접촉 특성을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 개발된 9채널 맥진 센서를 이용하여 요골 부위에서 실제 맥파를 측정하여 안정된 맥파가 측정되는 것을 확인하였다.

후속연구

그림 5는 개발된 맥진 센서를 이용하여 실제 요골 부위에서 측정한 맥파를 나타낸 것이며, 각 센서의 출력 값들은 y축 범위를 동일한 값으로 설정하였다. 맥동이 가장 크게 감지되는 곳에 5번 센서를 위치시키도록 하여 5번 센서에서 맥 파가 가장 크게 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 3번, 7번, 8번 센서에서 맥 파가 작게 측정되었는데, 이는 아직까지 정량적 가압 시스템이 마련되지 않아 손으로 가압을 가하는 과정에서 측정위치에 제대로 접촉이 되지 않았거나 또는 접촉 부위의 해부학적 구조 때문에 발생한 것으로 추정되며, 향후 정량적 가압 시스템이 마련되고 다양한 실험을 수행하면 정확한 원인을 찾을 수 있을 것으로 판단된다. 그림에서 맨 마지막 채널은 9개의 센서들 중 5번 센서에서 DC 값을 측정한 것으로 센서에 가해지는 가압력을 측정하기 위한 것이다.
또한, 개발된 9채널 맥진 센서를 이용하여 요골 부위에서 실제 맥파를 측정하여 안정된 맥파가 측정되는 것을 확인하였다. 본 연구에서 개발한 맥진 센서는 향후, 정량적 가압이 가능한 가압 시스템을 개발한 후 임상에서 신뢰할 만한 수준의 측정 재현성을 확보한 맥진 시스템을 완성하는데 기여할 수 있을 것으로 판단한다.

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