CN104000574A - 一种基于挠性pcb的一次性皮肤表面干电极及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于挠性PCB的一次性皮肤表面干电极及其制作方法，用于医疗器械领域，包括挠性PCB基材以及分别设于挠性PCB基材上表面和下表面的电极微针阵列和金属按扣，穿透挠性PCB基材设有导通电极微针阵列和金属按扣的导电介质。本发明采用成熟的电镀工艺而不是微机械加工工艺来在挠性PCB基材上制作电极微针阵列，成本低，不使用氢氟酸，适合大批量生产；在挠性PCB板上进行制作，而不是硅、金属等衬底，使得本电极具有柔性，使用时直接贴附于使用者的皮肤表面，无痛且不见血，可以提高使用者的舒适度和采集信号的稳定性，降低皮肤电极接触噪声；同时相对于湿电极不需要皮肤的预处理，使用更加方便、快捷。

Description

一种基于挠性PCB的一次性皮肤表面干电极及其制作方法
技术领域
本发明用于医疗器械领域，特别是涉及一种基于挠性PCB的一次性皮肤表面干电极及其制作方法。
背景技术
心电信号、脑电信号、肌电信号等生物电势信号对于诊断人体疾病和检测人体健康状况非常重要。这些生物电势的采集主要通过电极与人体皮肤接触获得，良好的电极对于提高采集信号质量的作用不言而喻。
  如今，市场上主要的电极是湿电极，即商用的Ag/AgCl电极。因为皮肤最外层的角质层无法进行导电，湿电极在使用的时候需要做皮肤的预处理，将角质层腐蚀掉或者让高浓度的导电离子穿透角质层。预处理的方式有涂抹导电溶液、涂抹导电膏和在电极上使用导电胶等。皮肤预处理的存在使得电极不能长期使用，同时可能造成皮肤溃烂或者过敏等副作用。
  通过文献调研发现国内外很多科研单位在研制干电极，来解决湿电极需要皮肤预处理的问题。如中国专利201110320037.9，中国专利201310240424.0中所公开的技术。干电极根据是否刺入皮肤分为非侵入式和侵入式两大类。非侵入式干电极有柔性薄膜干电极、导电泡沫干电极、导电纤维干电极、碳纳米管干电极等。非侵入式干电极又分为接触式电导干电极和非接触式电容干电极。其中导电泡沫干电极体积大，且接触稳定性不好。柔性薄膜干电极、导电纤维干电极和碳纳米管干电极目前的技术尚不成熟。侵入式干电极主要是微针阵列干电极，主流的工艺是微机械加工工艺。微针阵列干电极具有体积小，接触良好，采集信号质量媲美湿电极等优点，但也有着往往需要用深度等离子体刻蚀机等昂贵设备，使用氢氟酸等高危险性酸，不具备柔性、噪声大的缺点。这样，微针阵列干电极在商业化上出现了问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种制作简单的、具有柔性的侵入式的基于挠性PCB的一次性皮肤表面干电极及其制作方法，本电极刺入皮肤无痛且不见血，解决了微机械加工工艺的微针阵列干电极制作上设备昂贵、使用高危险性酸以及噪声大的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于挠性PCB的一次性皮肤表面干电极，包括挠性PCB基材以及分别设于所述挠性PCB基材上表面和下表面的电极微针阵列和金属按扣，穿透所述挠性PCB基材设有导通所述电极微针阵列和金属按扣的导电介质。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述挠性PCB基材包括PI层以及贴附于所述PI层上、下两侧的Cu层，所述电极微针阵列包括若干密布于所述PI层上侧Cu层上的铜柱。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述铜柱包括与所述挠性PCB基材连接的基段和设于所述基段顶端的针段，所述基段的直径大于所述针段的直径，所述针段的顶端端面形成圆顶。
进一步作为本发明技术方案的改进，贴附于所述铜柱以及挠性PCB基材上侧Cu层表面设有导电层。
本发明还提供一种基于挠性PCB的一次性皮肤表面干电极的制作方法，包括以下步骤：
A.准备上所述的挠性PCB基材，并清洗干净；
B.在所述挠性PCB基材的边沿位置打若干通孔；
C.在所述挠性PCB基材上侧Cu层的表面铺设干膜，曝光、显影后在所述干膜上制作出凹槽，所述凹槽包括正对各所述通孔的导电凹槽和用于制作电极微针阵列的阵列凹槽；
D.在所述凹槽内电镀铜，以形成铜柱，所述铜柱的顶端端面在电镀过程中形成圆顶；
E.在所述干膜的表面铺设第二层干膜，曝光、显影后在所述第二层干膜上制作出与各所述阵列凹槽对接的第二阵列凹槽，所述第二阵列凹槽的口径小于所述阵列凹槽的口径；
F.在所述第二阵列凹槽内电镀铜，以延长所述铜柱，所述铜柱包括位于所述阵列凹槽内的基段和位于所述第二阵列凹槽内的针段，所述针段的顶端端面在电镀过程中形成圆顶；
G.去膜后在所述挠性PCB基材上侧Cu层以及所述铜柱的表面溅射银、金或钛作为导电层。
本发明的有益效果：首先，本发明使用成熟的电镀工艺而不是微机械加工工艺来制作电极微针阵列，低成本，适合大批量生产；其次，本发明在挠性PCB板上进行制作，而不是硅、金属等衬底，使得本电极具有柔性，使用时直接贴附于使用者的皮肤表面，无痛且不见血，可以提高使用者的舒适度和采集信号的稳定性，降低皮肤电极接触噪声；再者，没有使用氢氟酸等高危险性酸，同时相对于湿电极不需要皮肤的预处理，使用更加方便、快捷。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明实施例的剖面图；
图2是本发明实施例的正面俯视图；
图3是本发明实施例的制作工艺流程图。
具体实施方式
参照图1、图2，本发明提供了一种基于挠性PCB的一次性皮肤表面干电极，包括挠性PCB基材1以及分别设于所述挠性PCB基材1上表面和下表面的电极微针阵列2和金属按扣，所述挠性PCB基材1包括PI层11以及贴附于所述PI层11上、下两侧的Cu层12，两侧Cu层12的厚度相同，范围在10μm-14μm间，PI层11厚度在20μm-30μm间。所述电极微针阵列2包括若干密布于所述PI层11上侧Cu层12上的铜柱4，各铜柱4间距为200μm-1000μm。所述铜柱4包括与所述挠性PCB基材1连接的基段41和设于所述基段41顶端的针段42，所述针段42的顶端端面形成圆顶，所述基段41的直径为100-200μm，高40-50μm，针段42的直径为50-100μm，高为20-30μm。贴附于所述铜柱4以及挠性PCB基材1上侧Cu层12表面设有导电层13。穿透所述挠性PCB基材1设有导通所述电极微针阵列2和金属按扣的导电介质（电极微针阵列2和背面的金属按扣之间通过在挠性PCB基材1上打孔，灌入导电金属进行导电连接）。
参照图3，本发明还提供一种基于挠性PCB的一次性皮肤表面干电极的制作方法，包括以下步骤：
A.选择一块挠性PCB基材1，清洗干净；
B.使用钻孔设备在所述挠性PCB基材1的边沿位置打若干通孔14；
C.在所述挠性PCB基材1上侧Cu层12的表面铺设50μm厚的干膜5，曝光、显影后在所述干膜5上制作出凹槽，所述凹槽包括正对各所述通孔14的导电凹槽51和用于制作电极微针阵列2的阵列凹槽52；
D.在所述凹槽内电镀铜，阵列凹槽52内的铜形成铜柱4，导电凹槽51内的铜形成导通所述电极微针阵列2和金属按扣的导电介质，所述铜柱4的顶端端面在电镀过程中自然形成圆顶；
E.在所述干膜5的表面铺设厚度为30μm的第二层干膜6，曝光、显影后在所述第二层干膜6上制作出与各所述阵列凹槽52对接的第二阵列凹槽61，所述第二阵列凹槽61的口径小于所述阵列凹槽52的口径；
F.在所述第二阵列凹槽61内电镀铜，以延长所述铜柱4，所述铜柱4包括位于所述阵列凹槽52内的基段41和位于所述第二阵列凹槽61内的针段42，所述基段41的直径大于所述针段42的直径，因此比较接近针尖形状，所述针段42的顶端端面在电镀过程中自然形成圆顶；
G. 使用碱性脱离膜液去除掉干膜5和第二层干膜6，并使用溅射设备在所述挠性PCB基材1上侧Cu层12以及所述铜柱4的表面溅射银、金或钛作为导电层13。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种基于挠性PCB的一次性皮肤表面干电极，其特征在于：包括挠性PCB基材以及分别设于所述挠性PCB基材上表面和下表面的电极微针阵列和金属按扣，穿透所述挠性PCB基材设有导通所述电极微针阵列和金属按扣的导电介质。
2.根据权利要求1所述的基于挠性PCB的一次性皮肤表面干电极，其特征在于：所述挠性PCB基材包括PI层以及贴附于所述PI层上、下两侧的Cu层，所述电极微针阵列包括若干密布于所述PI层上侧Cu层上的铜柱。
3.根据权利要求2所述的基于挠性PCB的一次性皮肤表面干电极，其特征在于：所述铜柱包括与所述挠性PCB基材连接的基段和设于所述基段顶端的针段，所述基段的直径大于所述针段的直径，所述针段的顶端端面形成圆顶。
4.根据权利要求2所述的基于挠性PCB的一次性皮肤表面干电极，其特征在于：贴附于所述铜柱以及挠性PCB基材上侧Cu层表面设有导电层。
5.一种基于挠性PCB的一次性皮肤表面干电极的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.准备如权利要求2所述的挠性PCB基材，并清洗干净；
B.在所述挠性PCB基材的边沿位置打若干通孔；
C.在所述挠性PCB基材上侧Cu层的表面铺设干膜，曝光、显影后在所述干膜上制作出凹槽，所述凹槽包括正对各所述通孔的导电凹槽和用于制作电极微针阵列的阵列凹槽；
D.在所述凹槽内电镀铜，以形成铜柱，所述铜柱的顶端端面在电镀过程中形成圆顶；
G.去膜后在所述挠性PCB基材上侧Cu层以及所述铜柱的表面溅射银、金或钛作为导电层。
6.根据权利要求5所述的基于挠性PCB的一次性皮肤表面干电极的制作方法，其特征在于，所述步骤D与步骤G间还包括以下步骤：
E.在所述干膜的表面铺设第二层干膜，曝光、显影后在所述第二层干膜上制作出与各所述阵列凹槽对接的第二阵列凹槽，所述第二阵列凹槽的口径小于所述阵列凹槽的口径；
F.在所述第二阵列凹槽内电镀铜，以延长所述铜柱，所述铜柱包括位于所述阵列凹槽内的基段和位于所述第二阵列凹槽内的针段，所述针段的顶端端面在电镀过程中形成圆顶。
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Address after: 518105 Guangdong city of Shenzhen province Baoan District Songgang Tantou town in the West Industrial Park building A27-A28

Applicant after: SHENZHEN XINYU TENGYUE ELECTRONICS CO., LTD.

Address before: 518105 Guangdong city of Shenzhen province Baoan District Songgang Tantou town in the West Industrial Park building A27-A28

Applicant before: Shenzhen Zhongxing Xinyu FPC Co., Ltd.

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GR01 Patent grant