CN117281496A - 一种压力传感器组件及颅内压监测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力传感器组件及颅内压监测仪，压力传感器组件包括相对压力传感器芯片、第一导线、第二导线、防腐蚀层。通过将第一导线与相对压力传感器芯片进行焊接后，再将第二导线与第一导线进行焊接，利用作为裸线的第一导线进行过渡，可以更好地便于操作人员进行焊接处理，从而提高组装效率和产品良率。同时，对于易发生腐蚀的区域进行了电镀处理，从而形成了防腐蚀层来保护作为裸线的第一导线、具有焊膏的第一焊点和第二焊点，以及第二导线的裸露区，因此解决了内部线路受腐蚀而影响颅内压监测的问题。本发明还可以在壳体上形成以氧化钛材质为主的阳极氧化层，提升硅胶支护层与壳体之间的粘附性，并可避免短路效应的发生。

Description

一种压力传感器组件及颅内压监测仪

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种压力传感器组件及颅内压监测仪。

背景技术

颅内压监测在临床上为精确判断颅内肿瘤、颅内创伤、脑内出血、脑水肿等占位性病变引起的颅内压力(ICP)变化情况提供依据，可以满足诊断、治疗和判断预后的需要。颅内压监测所使用的微型压力传感器体积细小，在组装时与导线直接焊接具有一定的难度，产品良率难以得到保证。同时，颅内压监测探头的压力传感器芯片容置于壳体内，并在壳体的检测窗口上形成有硅胶支护层，通过该硅胶支护层将颅内压力传导至压力传感器芯片上。

硅胶的水汽透过率很高，且检测窗口与硅胶支护层之间的接触面处极易形成缝隙，进而导致腐蚀性体液会进入壳体内部，由于内部的导线通常含有铜芯，一般会使用锡膏焊接，锡和铜在水汽存在的情况下，通电会发生电化学腐蚀，进而导致焊点和铜线的电阻发生变化；当芯片压敏窗口外的区域电阻发生变化时，则会影响内部线路信号传输及测量精度。随着使用时间的增加，进入壳体内部的水汽增加，线路腐蚀状况加重，导致探测测试精度下降而失效，所以市面上的颅内压监测探头的可使用时间一般不超过7天。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种压力传感器组件，解决了人工处理压力传感器与导线的焊接难度较大且焊接后导线会存在被腐蚀等问题。

本发明还提供一种颅内压监测仪。

根据本发明的第一方面实施例的压力传感器组件，包括：

相对压力传感器芯片；

第一导线，具有芯片连接端和导线接续端，所述芯片连接端与所述相对压力传感器芯片焊接并形成第一焊点，所述第一导线设置为裸线，所述相对压力传感器芯片通过所述第一导线形成自由端；

第二导线，设置为漆包线，所述第二导线的一端为裸露区，所述裸露区与所述导线接续端直接焊接并形成第二焊点，所述第一导线的柔性优于所述第二导线的柔性；

防腐蚀层，设置为通过电镀设备一次性实现共形的电镀层，整体环绕包裹于所述第一导线、所述第一焊点、所述第二焊点和所述裸露区上。

根据本发明实施例的压力传感器组件，至少具有如下有益效果：

通过将第一导线与相对压力传感器芯片进行焊接后，再将第二导线与第一导线进行焊接，相较于直接将作为漆包线的第二导线与相对压力传感器芯片进行焊接，利用作为裸线的第一导线进行过渡，可以更好地便于操作人员进行焊接处理，从而提高组装效率和产品良率。同时，对于易发生腐蚀的区域进行了电镀处理，从而形成了防腐蚀层来保护作为裸线的第一导线、具有焊膏的第一焊点和第二焊点，以及第二导线的裸露区，因此解决了内部线路受腐蚀而影响颅内压监测的问题，即使有部分腐蚀性体液从硅胶支护层处进入壳体内部，相对压力传感器芯片也能继续有效工作，能保证产品使用寿命。

此外，由于在完成第二焊点的焊接后，第二导线还具有在第二焊点周围的部分裸露，而且由于焊接工艺一致性因素，各批次之间裸露偏差较大，进而导致各批次产品精度不一，尤其是产品使用一段时间之后的精度。本发明实施例通过以上防腐蚀层的有效保护，也能很好的解决前述各批次之间裸露偏差较大的问题，各产品使用寿命的一致性得以提升。进一步地，由于本发明实施例的防腐蚀层为整体的共形电镀结构且具有导电性能，因而能明显地降低第一焊点、第二焊点的工艺要求及难度；此外，在第一导线、第二导线的选材上，可以相对于现有技术选择耐腐蚀性能一般但价格低廉的材料，如常见的铜、银或者其合金、复合层等。

另外，由于相对压力传感器芯片通过第一导线形成自由端，在本发明实施例的压力传感器组件安装至颅内压监测仪中时，第一导线能保证相对压力传感器芯片的底部悬空，从而隔绝绝大部分机械应力和热应力，提升了测量精度且减少压力漂移。同时，通过将第一导线和第二导线直接焊接，也减少了组件制造过程中的焊点数量，保证了工艺及产品的可靠性。

根据本发明的一些实施例，所述压力传感器组件还包括设置于易腐蚀区和所述防腐蚀层之间的过渡层，所述易腐蚀区包括所述第一导线、所述第一焊点、所述第二焊点和所述裸露区，所述过渡层用于增强所述防腐蚀层和基材的粘附性。

根据本发明的一些实施例，所述相对压力传感器芯片的内部电路存在裸露，所述压力传感器组件还包括预防护层，所述预防护层覆盖于所述内部电路的裸露处。

根据本发明的一些实施例，所述防腐蚀层为金电镀层、钯电镀层或铂电镀层。

根据本发明的一些实施例，所述过渡层为镍电镀层。

根据本发明的一些实施例，所述第二导线的芯材直径大于所述第一导线的直径。

根据本发明的一些实施例，所述防腐蚀层的厚度为0.025微米至10微米。

根据本发明的一些实施例，所述第一导线的长度为0.2毫米至2毫米，所述第二导线的长度为0.3米至3米。

根据本发明的第二方面实施例的颅内压监测仪，包括：

壳体，开设有检测窗口和导线连接口；

如本发明第一方面实施例任一项所述的压力传感器组件，设置于所述壳体中，所述第二导线经所述导线连接口延伸至外部，所述相对压力传感器芯片下方形成与所述导线连接口连通的气道；

硅胶支护层，设置于所述压力传感器组件上并与所述检测窗口嵌合，并用于向所述压力传感器组件传导压力。

根据本发明的一些实施例，所述颅内压监测仪还包括：

温度传感器，设置于所述壳体中；

第三导线，其一端与所述温度传感器电性连接，另一端经所述导线连接口延伸至外部。

根据本发明的一些实施例，所述壳体材质为钛或钛合金，在所述壳体各外表面上均形成有阳极氧化层。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一种实施例的压力传感器组件的示意图；

图2是本发明一种实施例的对压力传感器组件进行电镀的示意图；

图3是本发明一种实施例的相对压力传感器芯片的结构示意图；

图4是本发明一种实施例的颅内压监测仪探头部分的示意图；

图5是本发明另一种实施例的颅内压监测仪探头部分的示意图。

附图标记：

相对压力传感器芯片110；第一导线120；第二导线130；第一焊点140；第二焊点150；

电镀液210；阴极220；阳极230；

焊盘310；内部电路320；弹性膜330；

壳体410；硅胶支护层420；温度传感器430；第三导线440。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表征相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，以下所描述的实施例是本发明一部分实施例，并非全部实施例。

参见图1所示，为本发明实施例提供的一种压力传感器组件的示意图，压力传感器组件包括：相对压力传感器芯片110、第一导线120、第二导线130、防腐蚀层。

第一导线120具有芯片连接端和导线接续端，芯片连接端与相对压力传感器芯片110焊接并形成第一焊点140，第一导线120设置为裸线，相对压力传感器芯片110通过第一导线120形成自由端；第二导线130设置为漆包线，第二导线130的一端为裸露区，裸露区与导线接续端直接焊接并形成第二焊点150，第一导线120的柔性优于第二导线130的柔性；防腐蚀层设置为通过电镀设备一次性实现共形的电镀层，整体环绕包裹于第一导线120、第一焊点140、第二焊点150和裸露区上。

相对压力传感器芯片110可以为应变式压力传感器、电容式压力传感器或压电式压力传感器，优选为压阻式压力传感器。具体地，结合参考图3，相对压力传感器芯片110上的焊盘310与第一导线120的一端焊接形成第一焊点140，第一焊点140的焊膏覆盖于相对压力传感器芯片110的焊盘310上，第一导线120的另一端与第二导线130的一端焊接形成第二焊点150。第二焊点150可由全方位锡球焊接形成，即焊锡实现全包裹，以包裹住裸露区的第二导线130端部。应当清楚，在完成第二焊点150的焊接后，第二导线130还具有在第二焊点150周围的部分裸露，而且由于焊接工艺一致性因素，各批次之间裸露偏差较大，进而导致各批次产品精度不一，尤其是产品使用一段时间之后的精度。

进一步地，如图1所示，第二导线130设置为漆包线，其中间部分包裹有绝缘层，而端部存在裸露，同时第一导线120为纯裸线。第二导线130优选为多根依次固定的排线结构。为了保证焊接后的内部线路不会受到实际使用时的水汽渗透影响，因此，参照图2所示的电镀示意图，将压力传感器组件作为阴极220放置于电镀液210中，利用如石墨、镀铂钛网/片或者镀铱钛网/片等作为惰性的阳极230进行了电镀处理，从而形成了防腐蚀层(图中未示出)。通过采用电镀的方法，极大地提高了内部线路的耐腐蚀性，而且通过同一工艺即可在有导通的区域全部实现金属防护。因此本发明实施例的压力传感器组件的封装结构能避免腐蚀性体液对电路的侵蚀，并能保证生物相容性和可靠性。

进一步地，第一导线120相较于第二导线130具有更好的柔性，更加方便将其焊接至相对压力传感器芯片110上，从而降低了焊接难度，提升了组装效率。第一导线120的柔性更大，是指在相同受力的情况下，其弯曲能力更大，即操作更为灵活。也就是说，第一导线120为相对“软线”，第二导线130为相对“硬线”。第一导线120与第二导线130可采用不同的材质进而实现不同柔性，或者在采用相同材质时第一导线120更细。此外，在图1所示的实施例中，第一导线120和第二导线130为直线型，其也可以采用各种弯曲形态，进而实现相对压力传感器芯片110不同的姿态，本发明并不受限于此。

本实施例中，通过利用本发明实施例的制造方法，将第一导线120与相对压力传感器芯片110进行焊接后，再将第二导线130与第一导线120进行焊接，相较于直接将作为漆包线的第二导线130与相对压力传感器芯片110进行焊接，利用作为裸线的第一导线120进行过渡，可以更好地便于操作人员进行焊接处理，从而提高组装效率和产品良率。同时，对于易发生腐蚀的区域进行了电镀处理，从而形成了防腐蚀层来保护作为裸线的第一导线120、具有焊膏的第一焊点140和第二焊点150，以及第二导线130的裸露区，因此解决了内部线路受腐蚀而影响颅内压监测的问题，即使有部分腐蚀性体液从硅胶支护层420处进入壳体410内部，相对压力传感器芯片110也能继续有效工作，能保证产品使用寿命。

本发明实施例方法制造得到压力传感器组件通过以上防腐蚀层的有效保护，也能很好的解决前述各批次之间裸露偏差较大的问题，各产品使用寿命的一致性得以提升。进一步地，由于本发明实施例的防腐蚀层为整体的共形电镀结构且具有导电性能，因而能明显地降低第一焊点140、第二焊点150的工艺要求及难度；此外，在第一导线120、第二导线130的选材上，可以相对于现有技术选择耐腐蚀性能一般但价格低廉的材料，如常见的铜、银或者其合金、复合层等。

另外，由于相对压力传感器芯片110通过第一导线120形成自由端，在本发明实施例的压力传感器组件安装至颅内压监测仪中时，第一导线120能保证相对压力传感器芯片110的底部悬空，从而隔绝绝大部分机械应力和热应力，提升了测量精度且减少压力漂移。同时，通过将第一导线120和第二导线130直接焊接，也减少了组件制造过程中的焊点数量，保证了工艺及产品的可靠性。

可选地，第一导线120可以采用金线、银线、镀银铜线、镀金铜线、银铜合金线等裸线。优选第二导线130为市售铜芯漆包线，但并不受限于此。第一焊点140或第二焊点150可以采用超声键合、锡膏焊接、电阻焊或激光锡焊等方式进行焊接。本发明能有效避免各导线及焊点被腐蚀，对于易腐蚀的铜、锡、银等材料效果更为明显。

此外，根据本发明的一些实施例，如图1所示，第二导线130的芯材直径大于第一导线120的直径。具体地，参考图1，可以理解的是，从图中可以看出，通过设置第一导线120的直径比第二导线130的芯材直径更小，从而使得第一导线120的柔性效果更好且不易折断。在一些实施例中，第二导线130的铜芯直径(忽略漆层)为20微米至200微米，第一导线120的直径为10微米至100微米。

进一步地，第一导线120的长度为0.2毫米至2毫米，第二导线130的长度为0.3米至3米。需要说明的是，由于第一导线120为裸线，同时还需要进行电镀处理，基于成本和组装方便上的考虑，合理设置第一导线120的长度为0.2毫米至2毫米；由于第二导线130是延伸至外部与外部电路连接的导线，因此可以采用相对更长的导线，所以合理设置第二导线130的长度为0.3米至3米。

优选地，第二导线130可以采用直焊型漆包线，当采用直焊型漆包线时，焊接时无需对第二导线130进行去漆操作；在一些其他的实施例中，当第二导线130采用非直焊型漆包线时，可以采用激光去漆、去漆剂浸泡、机械去除等方式进行去漆操作。

根据本发明的一些实施例，防腐蚀层为金电镀层、钯电镀层或铂电镀层(优选为亮铂)。具体地，金电镀液的成分包括但不限于亚硫酸金钠，钯电镀液的成分包括但不限于二氨合氯化钯，铂电镀液的成分包括但不限于二硝基硫酸铂。

可选地，防腐蚀层的厚度为0.025微米至10微米。可以理解的是，通过将防腐蚀层的厚度合理设置为0.025微米至10微米，一方面可以保证防护效果，另一方面也防止防腐蚀层过厚导致电镀处过脆而发生断裂的风险。

本发明实施例压力传感器组件还可以包括设置于易腐蚀区和防腐蚀层之间的过渡层(图中未示出)，易腐蚀区包括第一导线120、第一焊点140、第二焊点150和裸露区，过渡层用于增强防腐蚀层和基材的粘附性。具体而言，在进行电镀处理形成防腐蚀层之前，可以进行预电镀处理。由于在电镀时，镀层材料很容易沉积在基材表面而造成镀层疏松、结合力差。因此通过预电镀的方式使得在基材表面预先镀上结合力好的过渡层，从而增强后续防腐蚀层和基材的粘附性。

优选过渡层为镍电镀层。具体地，通过采用镍电镀液进行预电镀，从而可以形成镍电镀层。在一些实施例中，镍电镀液的成分包括但不限于电镀镍。在一些实施例中，过渡层的厚度为1微米至10微米。

根据本发明的一些实施例，相对压力传感器芯片110的内部电路320存在裸露，压力传感器组件还包括预防护层(图中未示出)，预防护层覆盖于内部电路320的裸露处。例如，相对压力传感器芯片110的表面上可能存在内部电路320裸露的部分，因此在进行电镀前需要将该部分进行绝缘防护处理，即形成预防护层，从而防止之后电镀的金属与内部电路320相接触而影响测量精度的问题。在一些实施例中，绝缘防护处理可采用硅胶防护、气相沉积绝缘层等方式实现。

结合参考图3，第一导线120和第二导线130皆设置有多个，第一导线120和第二导线130的数量相同。对于需要外部供电的相对压力传感器芯片110，则必须连接一根供电线，同时还需要两根正负输出线，从而相应地第一导线120和第二导线130都需要设置三根。可以理解的是，上述三根第一导线120相互平行焊接至相对压力传感器芯片110的焊盘310上，每个焊盘310再由不同线路分别与内部电路320电性连接。

另外，如图3和图4所示，本发明实施例还提供了一种颅内压监测仪，包括：壳体410、如本发明第一方面实施例的压力传感器组件、硅胶支护层420。壳体410开设有检测窗口和导线连接口；压力传感器组件设置于壳体410中，第二导线130经导线连接口延伸至外部，相对压力传感器芯片110下方形成与导线连接口连通的气道； 420设置于压力传感器组件上并与检测窗口嵌合，并用于向压力传感器组件传导压力。

进一步地，参考图3，相对压力传感器芯片110上设置有弹性膜330，通过弹性膜330来接受传递过来的颅内压力，从而内部电路320可以将颅内压力转换为相应的压力数值，因此结合参考图3和图4，可以理解的是，弹性膜330设置方位正对于壳体410的检测窗口，以便于采集颅内压力信息；弹性膜330可采用压敏薄膜。继续参考图4，第二导线130可从导线连接口延伸至外部；硅胶支护层420嵌合至检测窗口中并覆盖至相对压力传感器芯片110及防腐蚀层上，具体而言，相对压力传感器芯片110的一侧嵌入硅胶支护层420，另一侧处于与导线连接口连通的气道中。需要说明的是，相对压力传感器芯片110是基于大气压力进行测量工作的，因此本发明实施例的相对压力传感器芯片110的内侧需要与大气接触，即悬空至气道中。

通过将本发明实施例的压力传感器组件安装至壳体410内，经检测窗口可实现压力传感器组件与颅内的间接接触，从而可获取到颅内压力数值，实现颅内压监测。同时通过设置硅胶支护层420，可实现与颅内的直接接触来传递压力至压力传感器组件。除此之外，本发明实施例更适用于采用了相对压力传感器芯片110的压力传感器组件，保证了相对压力传感器芯片110的良好工作，并且相较于使用绝对压力传感器芯片，可显著降低产品成本。

可选地，如图5所示，颅内压监测仪还包括：温度传感器430、第三导线440。温度传感器430设置于壳体410中；第三导线440的一端与温度传感器430电性连接，另一端经导线连接口延伸至外部。可以理解的是，通过设置温度传感器430，从而可以在监测颅内压的基础上，进一步可实现监测颅内的温度情况。

在一些实施例中，第三导线440设置有多个。进一步地，温度传感器430采用热敏电阻，则需要在热敏电阻两端设置两根导线提供电压，即第三导线440需要设置两个。

进一步地，优选壳体410的材质为钛或钛合金，在壳体各外表面上均形成有阳极氧化层。由于阳极氧化层在微观层面上具有丰富的孔隙结构，使得检测窗口周围的外表面与硅胶支护层420之间的微观粘接面积扩大，且阳极氧化层与硅胶界面形成良好的化学键结合（自由羟基与硅羟基键合），粘附性得到显著提升。同时由于以氧化钛为主的阳极氧化层属于半导体材料，其具有极低的电导率，可以有效避免短路效应的产生。

可以理解的是，在图4及图5的实施例中，壳体410采用规则的方形结构，其仅为示意性说明，本领域技术人员可在此基础上构思出各种壳体410的变型，本发明并不受限于此。此外，图4及图5仅示意出颅内压监测仪的探头部分，其他部分如主机、引流管等可参考现有及改进的技术。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种压力传感器组件，应用于颅内压监测仪，其特征在于，包括：

相对压力传感器芯片；

第一导线，具有芯片连接端和导线接续端，所述芯片连接端与所述相对压力传感器芯片焊接并形成第一焊点，所述第一导线设置为裸线，所述相对压力传感器芯片通过所述第一导线形成自由端；

第二导线，设置为漆包线，所述第二导线的一端为裸露区，所述裸露区与所述导线接续端直接焊接并形成第二焊点，所述第一导线的柔性优于所述第二导线的柔性；

防腐蚀层，设置为通过电镀设备一次性实现共形的电镀层，整体环绕包裹于所述第一导线、所述第一焊点、所述第二焊点和所述裸露区上。

2.根据权利要求1所述的压力传感器组件，其特征在于，所述压力传感器组件还包括设置于易腐蚀区和所述防腐蚀层之间的过渡层，所述易腐蚀区包括所述第一导线、所述第一焊点、所述第二焊点和所述裸露区，所述过渡层用于增强所述防腐蚀层和基材的粘附性。

3.根据权利要求1所述的压力传感器组件，其特征在于，所述相对压力传感器芯片的内部电路存在裸露，所述压力传感器组件还包括预防护层，所述预防护层覆盖于所述内部电路的裸露处。

4.根据权利要求1所述的压力传感器组件，其特征在于，所述防腐蚀层为金电镀层、钯电镀层或铂电镀层。

5.根据权利要求2所述的压力传感器组件，其特征在于，所述过渡层为镍电镀层。

6.根据权利要求1所述的压力传感器组件，其特征在于，所述第二导线的芯材直径大于所述第一导线的直径。

7.根据权利要求1至6任一项所述的压力传感器组件，其特征在于，所述防腐蚀层的厚度为0.025微米至10微米。

8.根据权利要求1至6任一项所述的压力传感器组件，其特征在于，所述第一导线的长度为0.2毫米至2毫米，所述第二导线的长度为0.3米至3米。

9.一种颅内压监测仪，其特征在于，包括：

壳体，开设有检测窗口和导线连接口；

如权利要求1至8任一项所述的压力传感器组件，设置于所述壳体中，所述第二导线经所述导线连接口延伸至外部，所述相对压力传感器芯片下方形成与所述导线连接口连通的气道；

硅胶支护层，设置于所述压力传感器组件上并与所述检测窗口嵌合，并用于向所述压力传感器组件传导压力。

10.根据权利要求9所述的颅内压监测仪，其特征在于，所述壳体材质为钛或钛合金，在所述壳体各外表面上均形成有阳极氧化层。