CN107920755B - 脉搏波测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够排除因与皮肤摩擦而产生的静电的影响从而提高压力脉搏波的检测精度的脉搏波测定装置。该脉搏波测定装置具有：压力脉搏波传感器(1)，具有半导体基板(10A)和硬质基板(11)，半导体基板(10A)上形成有感压元件(S)以及与感压元件(S)电连接的端子部(10B、10C)，半导体基板(10A)被固定于硬质基板(11)，硬质基板(11)具有与端子部(10B、10C)电连接的端子部(11B、11C)，压力脉搏波传感器(1)通过将形成有感压元件(S)的感压面按压在生物体的体表来使用，柔性基板(16)，其具有与端子部(11B、11C)电连接的布线，且硬质基板(11)被固定于柔性基板(16)，以及表面涂层(15)，其由绝缘材料构成，且覆盖半导体基板(10A)来保护半导体基板(10A)；柔性基板(16)具有保持为与半导体基板(10A)的电位相同的电位且露出到外部的端子(G1、G2)，端子(G1、G2)与表面涂层(15)接触。

Description

脉搏波测定装置

技术领域

本发明涉及脉搏波测定装置。

背景技术

通常，已知通过向被测定物按压来测定与该被测定物之间的接触压力的按压式压力测定装置。作为应用该按压式压力测定装置的装置，有脉搏波测定装置。

脉搏波测定装置是将具有感压元件的基板按压在体表来测定压力脉搏波，以测定位于生物体内的相对于皮肤较浅的部位的动脉所产生的压力脉搏波的装置。为了了解受试者的健康状态，使用上述脉搏波测定装置来测定受试者的压力脉搏波是非常重要的。

在该按压式脉搏波测定装置中，通常使用利用了形变计和膜片的传感器芯片作为感压元件。作为与这种按压式脉搏波测定装置相关的文献，例如有专利文献1。

专利文献1记载有搭载传感器芯片的脉搏波检测装置，该传感器芯片在平板状的半导体基板上形成有膜片。该传感器芯片是感压元件表面由硅橡胶保护且硅橡胶表面中的与生物体接触的部位被导电性橡胶覆盖的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平04-67839号公报。

发明内容

发明所要解决的问题

对于专利文献1中记载的传感器芯片而言，由于在与生物体接触的表面存在导电性橡胶，因此能够抑制重复使用时与皮肤摩擦产生的静电。该传感器芯片是在感压元件的上方，硅橡胶与导电性橡胶重叠的结构。因此，与感压面正交的方向的厚度变大。如此地，厚度变大时，有可能对压力脉搏波的检测精度造成影响。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供使按压方向上的厚度减小且排除重复使用时与皮肤摩擦产生的静电的影响从而能够提高压力脉搏波的检测精度的脉搏波测定装置。

解决问题的技术方案

本发明的脉搏波测定装置具有：压力脉搏波传感器，其具有半导体基板和硬质基板，所述半导体基板上形成有感压元件以及与所述感压元件电连接的第一端子部，所述半导体基板被固定于所述硬质基板，所述硬质基板具有与所述第一端子部电连接的第二端子部，所述压力脉搏波传感器通过将形成有所述感压元件的感压面按压在生物体的体表来使用，柔性基板，其具有与所述第二端子部电连接的布线，且所述硬质基板被固定于所述柔性基板，以及保护层，其由绝缘材料构成，且覆盖所述压力脉搏波传感器的所述半导体基板来保护所述半导体基板；所述柔性基板具有保持为与所述半导体基板的电位相同的电位且露出到外部的端子，所述端子与所述保护层接触。

发明效果

根据本发明，提供使按压方向上的厚度减小且排除重复使用时与皮肤摩擦产生的静电的影响从而能够提高压力脉搏波的检测精度的脉搏波测定装置。

附图说明

图1是表示用于说明本发明的一实施方式而示出的血压测定装置100的结构的图。

图2是安装有图1的压力脉搏波传感器1的柔性基板16的俯视示意图。

图3是沿图2的A-A线的剖视示意图。

图4是表示从图1的压力脉搏波传感器与皮肤接触侧观察该压力脉搏波传感器1的主要部分的结构的立体图。

图5是表示图1的压力脉搏波传感器1的半导体基板10A与表面涂层15的界面附近的结构的剖视示意图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。

图1是表示用于说明本发明的一实施方式的作为生物体信息测定装置的血压测定装置100的结构的框图。血压测定装置100例如是佩戴在手腕上使用的手腕佩戴型的装置。血压测定装置100发挥从生物体测定脉搏波的脉搏波测定装置的作用。

血压测定装置100具有：压力脉搏波传感器1；按压机构2，用于将压力脉搏波传感器1按压在受试者体表；以及控制部3，基于从压力脉搏波传感器1输出的信号控制按压机构或基于此信号计算包括受试者的血压的生物体信息。

图2是安装有图1所示的压力脉搏波传感器1的柔性基板16的俯视图。

柔性基板16是以方向Y作为长度方向的矩形状，在该柔性基板16的表面上安装有两个压力脉搏波传感器1和连接器16C，其中，方向Y与作为一个方向的方向X正交。两个压力脉搏波传感器1在方向Y上排列配置。

柔性基板16在树脂膜内设有与两个压力脉搏波传感器1的各连接端子连接的布线。各布线引出到连接器16C上。连接器16C与形成有图1的控制部3等的未图示的电路基板的连接器连接。

另外，柔性基板16在安装两个压力脉搏波传感器1的各自的区域的大致中央具有通孔16A、16B。

对于柔性基板16而言，除去一部分覆盖布线的树脂膜，端子G1、G2从该除去的部分露出，该端子G1、G2是通过与连接器16C连接的电路基板而接地的布线的一部分。

端子G1和端子G2配置在方向X上隔着两个压力脉搏波传感器1之间的区域而相向的位置。

图3是沿图2所示的A-A线的剖视示意图。图4是表示从压力脉搏波传感器1与皮肤接触侧观察压力脉搏波传感器1的主要部分的结构的立体图。在图4中，省略了一部分结构要素的图示。在图3中，除了柔性基板16以外的结构要素构成压力脉搏波传感器1。

如图4所示，压力脉搏波传感器1具有传感器芯片10以及固定传感器芯片10的平板状的硬质基板11。

传感器芯片10具有单晶硅、砷化镓等单晶化合物半导体等的半导体基板10A。半导体基板10A是以方向X作为长度方向的矩形状。

硬质基板11由刚性与陶瓷基板、玻璃基板等半导体基板10A相比足够高的材料构成。硬质基板11是以方向X作为长度方向的矩形状。

如图4所示，在半导体基板10A的表面上(与生物体的皮肤接触侧的表面)，多个感压元件S沿方向X排列，该感压元件S由用于检测接触压力且具有四个感压电阻部(形变计、应变计)的电桥构成。沿方向X排列的所述多个感压元件S构成感压元件列10D。此外，图3中省略了感压元件S的图示。

如图3所示，在半导体基板10A上，在形成有感压元件列10D的面(以下，称为感压面)的相反面，形成有向与感压面(以下，称为传感器推压方向)垂直的方向凹陷的凹部10a。

半导体基板10A因该凹部10a而成为具有薄壁部(膜片)的结构，该薄壁部在传感器推压方向上的厚度比其他部分更薄。而且，感压元件列10D形成在位于该凹部10a的底面的相反侧的感压面区域。

半导体基板10A的感压面的相反面中的、除凹部10a以外的部分(换言之，形成有凹部10a的面)通过粘接材料12固定在硬质基板11的表面上。粘接材料12例如使用紫外线固化树脂的树脂类材料。

将半导体基板10A以半导体基板10A的凹部10a仅通过形成于硬质基板11上的通孔11D与大气连通的方式固定在硬质基板11的表面上。

将血压测定装置100的两个压力脉搏波传感器1中的一个压力脉搏波传感器1以在从感压面侧观察的俯视视角下通孔11D与通孔16A重叠的方式安装在柔性基板16上。另外，将血压测定装置100的两个压力脉搏波传感器1中的另一个压力脉搏波传感器1以在同一俯视视角下通孔11D与通孔16B重叠的方式安装在柔性基板16上。

根据该结构，在压力脉搏波传感器1中，通过硬质基板11的通孔11D和柔性基板16的通孔16A(或者通孔16B)，将由半导体基板10A、粘接材料12以及硬质基板11划分出的空间保持在大气压(基准压)。

在半导体基板10A的感压面在方向X上的两端部，配置有与感压元件列10D电连接的第一端子部10B和第一端子部10C。第一端子部10B和第一端子部10C分别由在与方向X正交的方向Y上排列的多个连接端子构成。

在硬质基板11的粘接固定有半导体基板10A的表面上，设有用于与第一端子部10B电连接的第二端子部11B以及用于与第一端子部10C电连接的第二端子部11C。

在从与半导体基板10A的感压面垂直的方向观察半导体基板10A的俯视视角下，第二端子部11B、第一端子部10B、第一端子部10C以及第二端子部11C以该顺序沿方向X排列配置。

第二端子部11B和第二端子部11C分别由沿与方向X正交的方向Y排列的多个连接端子构成。第二端子部11B的各连接端子与第一端子部10B中的任一个连接端子对应。第二端子部11C的各连接端子与第一端子部10C中的任一个连接端子对应。

如图3所示，第一端子部10B的各连接端子以及与第一端子部10B对应的第二端子部11B的连接端子通过作为第一导电构件的线W1电连接。另外，第一端子部10C的各连接端子以及与第一端子部10C对应的第二端子部11C的连接端子通过作为第二导电构件的线W2电连接。

另外，在硬质基板11上，第三端子部16b和第三端子部16d露出设置在固定有半导体基板10A的面的相反面，所述第三端子部16b由通过布线16a与第二端子部11B的各连接端子连接的连接端子构成，第三端子部16d由通过布线16c与第二端子部11C的各连接端子连接的连接端子构成。而且，第三端子部16b、16d与从柔性基板16的树脂膜露出的布线端子连接。

柔性基板16的布线端子包括与通过连接器16C连接的电路基板的接地端子连接的端子。即，在柔性基板16上具有保持为接地电位的布线，该布线的一部分露出而成的部分为图2的端子G1、G2。

线W1和线W2分别由保护构件13单独地覆盖线W1和线W2的周围而被保护。作为保护构件13，例如使用环氧系或硅系等树脂。

半导体基板10A、线W1的保护构件13、线W2的保护构件13以及硬质基板11被表面涂层15覆盖，所述表面涂层15是用于保护压力脉搏波传感器1的表面的保护层。表面涂层15例如由硅系树脂等绝缘材料构成。

表面涂层15也以该表面涂层15与从柔性基板16露出的端子G1和端子G2各自的至少一部分接触的方式，形成在柔性基板16中的压力脉搏波传感器1的安装面上。此外，优选表面涂层15完全覆盖端子G1和端子G2彼此而形成。

上述构成的压力脉搏波传感器1是通过在感压元件列10D位于动脉的正上方且方向X与动脉的走向交叉(优选为正交)的状态下，将半导体基板10A的形成有感压元件列10D的感压面隔着表面涂层15按压在生物体的体表上来使用的。由此，从各感压元件S输出与施加在半导体基板10A的薄壁部的形变对应的电信号，即，表示作用于感压元件S的压力变动的信号。

在血压测定装置100中，控制部3一边调整按压机构2将压力脉搏波传感器1向体表按压的按压状态，一边基于从压力脉搏波传感器1输出的信号来决定最优感压元件和最优按压力，接着，基于在该最优按压力下从最优感压元件输出的信号来测定压力脉搏波，并基于该压力脉搏波计算血压值、脉搏数等生物体信息。

如上所述，若持续地使用血压测定装置100，则因表面涂层15与体表的摩擦而在表面涂层15内产生负电荷，该负电荷被保持在表面涂层15与感压面的界面。

图5是传感器芯片10与表面涂层15的界面附近的放大剖视示意图。

在图5的例子中，传感器芯片10的半导体基板10A被设置为N型半导体基板，并由在半导体基板10A上形成的P型半导体层构成感压电阻部。

因表面涂层15与体表的摩擦而在表面涂层15内产生负电荷，负电荷51被保持在表面涂层15与感压面的界面。当在该界面上保持有负电荷51时，由在半导体基板10A的感压电阻部(P+区域)之间的区域产生的正电荷50形成反型沟道(inversion channel)。该反型沟道使感压电阻部的偏移电压(offset voltage)逐渐升高。

在图1的血压测定装置100中，表面涂层15与从柔性基板16露出且保持为接地电位的端子G1、G2接触。因此，在表面涂层15中产生的负电荷通过端子G1、G2放电。

因此，即使因摩擦而产生负电荷，也能够抑制负电荷被保持在界面上，能够使偏移电压保持恒定。其结果是，能够提高压力脉搏波的检测精度。

另外，根据血压测定装置100，由于不需要抑制因摩擦产生的静电，因此能够采用在感压面的上方仅设置表面涂层15的结构。因此，能够使感压面与生物体的皮肤的距离最小，能够提高压力脉搏波的检测精度。

此外，也能考虑以下结构：在硬质基板11上形成与第二端子部11B和第二端子部11C不同的端子G1、G2，且使表面涂层15与端子G1、G2在硬质基板11上接触的结构。

但是，压力脉搏波传感器1向变得小型的趋势发展时，在硬质基板11上不能充分确保形成端子G1和G2的空间。另外，在硬质基板11上形成端子G1、G2时，需要向硬质基板11添加用于将该端子G1、G2保持为接地电位的布线和端子、或者需要向柔性基板16添加与该端子连接的端子，从而制造成本升高，设计布局变得复杂。特别是，在具有两个压力脉搏波传感器1的结构中，需要向两个压力脉搏波传感器1各自的硬质基板11上添加形成端子，从而成本显著增加。

与此相反，本实施方式的血压测定装置100是使柔性基板16中通常具有的接地布线露出以作为端子G1、G2且仅用表面涂层15覆盖该端子G1、G2的简单的结构。因此，不会发生制造成本升高或者设计布局变复杂的情况。而且，容易使压力脉搏波传感器1变得小型。

另外，在血压测定装置100中，端子G1、G2在方向X上隔着两个压力脉搏波传感器1之间的区域排列。因此，能够使表面涂层15在离两个压力脉搏波传感器1各自的感压面几乎相等距离的位置接地，能够将两个压力脉搏波传感器1的偏移电压控制为几乎相等。

应当理解的是，本发明公开的实施方式的所有方面都应当被理解为示例性的，而不是限制性的。本发明的范围并不由上述说明来表示，而是由权利要求的范围来表示，并想要包含与权利要求的范围等同的内容以及在权利要求的范围内的所有变更。

例如，到此为止，对检测手腕的桡骨动脉的压力脉搏波的手腕佩戴型血压测定装置进行了说明，但也可以应用于颈动脉或足背动脉。

另外，虽然血压测定装置100具有两个压力脉搏波传感器1，但只要具有至少一个压力脉搏波传感器1，就能够检测压力脉搏波来测定生物体信息。

另外，血压测定装置100是将半导体基板10A保持为接地电位且将端子G1、G2保持为接地电位的结构，但只要能够使半导体基板10A和表面涂层15具有相同的电位，就能够防止负电荷被保持在半导体基板10A与表面涂层15的界面上。因此，半导体基板10A的保持电位也可以不是接地电位。在将半导体基板10A保持为除接地以外的规定电位的结构中，只要是将端子G1、G2保持为该规定电位的结构即可。

如上所述，本说明书中公开了以下的事项。

公开的脉搏波测定装置具有：压力脉搏波传感器，其具有半导体基板和硬质基板，所述半导体基板上形成有感压元件以及与所述感压元件电连接的第一端子部，所述半导体基板被固定于所述硬质基板，所述硬质基板具有与所述第一端子部电连接的第二端子部，所述压力脉搏波传感器通过将形成有所述感压元件的感压面按压在生物体的体表来使用，柔性基板，其具有与所述第二端子部电连接的布线，且所述硬质基板被固定于所述柔性基板，以及保护层，其由绝缘材料构成，且覆盖所述压力脉搏波传感器的所述半导体基板来保护所述半导体基板；所述柔性基板具有保持为与所述半导体基板的电位相同的电位且露出到外部的端子，所述端子与所述保护层接触。

根据公开的脉搏波测定装置，在所述压力脉搏波传感器的所述半导体基板上形成有由沿一个方向排列的多个感压元件构成的感压元件列以及与所述感压元件列电连接的所述第一端子部，所述压力脉搏波传感器通过在所述一个方向与生物体的动脉的走向交叉的状态下，将形成有所述感压元件列的感压面按压在所述生物体的体表来使用，在所述柔性基板上，沿与所述一个方向正交的方向排列固定有两个所述压力脉搏波传感器，而且，在所述柔性基板上具有两个所述端子，两个所述端子配置于在所述一个方向上隔着所述两个压力脉搏波传感器之间的区域而相向的位置。

工业实用性

根据本发明，能够提供减小按压方向上的厚度且排除重复使用时与皮肤摩擦产生的静电的影响从而能够提高压力脉搏波的检测精度的脉搏波测定装置。

以上，通过特定的实施方式说明了本发明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离公开的发明的技术思想的范围内能够进行各种变更。

本申请是基于2015年8月24日申请的日本专利申请(日本特愿2015-164696)而完成的，并将该日本专利申请的内容在此引入本申请。

附图标记说明

100 血压测定装置

1 压力脉搏波传感器

10 传感器芯片

10A 半导体基板

S 感压元件

10D 感压元件列

10B、10C 第一端子部

11 硬质基板

11B、11C 第二端子部

16 柔性基板

G1、G2 接地端子

Claims (4)

1.一种脉搏波测定装置，具有：

压力脉搏波传感器，其具有半导体基板和硬质基板，所述半导体基板上形成有感压元件以及与所述感压元件电连接的第一端子部，所述半导体基板被固定于所述硬质基板，所述硬质基板具有与所述第一端子部电连接的第二端子部，

柔性基板，其具有与所述第二端子部电连接的布线，且所述压力脉搏波传感器的所述硬质基板被固定于所述柔性基板，以及

保护层，其由绝缘材料构成，且覆盖所述压力脉搏波传感器的所述半导体基板来保护所述半导体基板；

所述柔性基板具有与布线连接的连接器以及保持为与所述半导体基板的电位相同的电位且在与所述连接器不同的位置露出到外部的端子，

露出到外部的所述端子与所述保护层接触，

露出到外部的所述端子为接地电位，

所述脉搏波测定装置通过将所述半导体基板的形成有感压元件的感压面隔着所述保护层按压在生物体的体表来使用。

2.如权利要求1所述的脉搏波测定装置，其中，

在所述压力脉搏波传感器的所述半导体基板上形成有由沿一个方向排列的多个感压元件构成的感压元件列以及与所述感压元件列电连接的所述第一端子部，所述压力脉搏波传感器通过在所述一个方向与生物体的动脉的走向交叉的状态下，将形成有所述感压元件列的感压面隔着所述保护层按压在所述生物体的体表来使用，

在所述柔性基板上，沿与所述一个方向正交的方向排列固定有两个所述压力脉搏波传感器，而且，在所述柔性基板上具有两个露出到外部的所述端子，

两个露出到外部的所述端子配置于在所述一个方向上隔着所述两个压力脉搏波传感器之间的区域而相向的位置。

3.如权利要求1或2所述的脉搏波测定装置，其中，

所述保护层覆盖所述压力脉搏波传感器的所述半导体基板、所述硬质基板和所述柔性基板的露出到外部的所述端子。

4.如权利要求1或2所述的脉搏波测定装置，其中，

露出到外部的所述端子是将与所述连接器连接的布线的一部分露出而成的部分。

Images