本發(fā)明涉及EIT成像檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種EIT電極陣列及其制造方法、及基于該電極陣列的裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的生物醫(yī)學(xué)信號傳感器一般提供有一個或者多個電極的電極片，或者電極夾子，這些電極通過各自的引線或者布線連接到信號處理單元，每個連接到人體的電極都有連接到引線布線接線端的夾子，插座，或者是焊接在接線端子上。

但是這種方法存在幾個問題：

一是當檢查的人移動時，這樣的連接結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生由夾子和引線布線的接線端之間的摩擦引起的異常噪聲。該異常噪聲可降低生物醫(yī)學(xué)信號的檢測的準確性，并且，連接到電極的引線會限制人的移動，并且在特別緊急的情況期間妨礙急救處理。

二是考慮到人體皮膚的高阻抗特性和不同人的皮膚情況，往往在傳統(tǒng)的電極上要涂敷凝膠材料以促進平穩(wěn)的電極基礎(chǔ)。但是，這些材料會引起人體不舒服的感覺，并且有時候在敏感皮膚上引起皮疹。

三是單個電極體積過大，陣列更是加大了占用面積，不利于實現(xiàn)多電極陣列測量和小型化。在當今社會，健康監(jiān)測和監(jiān)護日益重要，便攜式設(shè)備的應(yīng)用場景越來越多，所以小型化也越來越重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種EIT電極陣列及其制造方法、及基于該電極陣列的裝置，不僅能夠完成多電極集成、電氣一致性好，而且解決了現(xiàn)有技術(shù)中單個電極體積過大，電極陣列占用面積大等問題，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品小型化，便于小型移動設(shè)備的使用。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種EIT電極陣列，其特征在于：電極陣列由若干金屬材料制成的球形電極按照組合圖形外觀排列組合而成，球形電極通過焊料直接焊接在PCB表面上，形成在測量時接觸生物體皮膚的測量電極。

優(yōu)選地，所述球形電極是球形或橢球形。

優(yōu)選地，所述球形電極是銅球。

優(yōu)選地，所述組合圖像外觀為矩形、正方形、圓形、橢圓型、菱形、梯形或扇形。

優(yōu)選地，所述電極陣列設(shè)計為非集中式的電極陣列，所述非集中式的電極陣列以多個單獨、分離的不規(guī)則形式排布。

一種EIT電極陣列的制造方法，其特征在于：包括以下步驟:

a）首先，確定待設(shè)計的EIT電極陣列排列的組合圖形外觀、電極之間間距以及單個電極形狀；

b)其次，準備植球工具，植球座、清潔好的金屬球、焊料、焊料印刷框、刮片、植球鋼網(wǎng)、焊盤以及PCB，其中植球座用酒精清潔并烘干，以免金屬球滾動不順；

c)PCB做好定位；

d)把焊料自然解凍并攪拌均勻，均勻涂到刮片上；

e)往定位好的PCB局部套上焊料印刷框印刷焊料，控制手刮焊料時的角度、力度及拉動速度，完成后輕輕脫開焊料印刷框；

f)確認PCB上的每個焊盤都均勻印有焊料后，再把植球鋼網(wǎng)套上定位，然后放入金屬球，搖動植球座，讓金屬球滾動入網(wǎng)孔，確認每個網(wǎng)孔都有一個金屬球后，收起金屬球并脫板；

g)最后，把反向植好球的PCB進行回流焊或者BGA維修臺熱風(fēng)焊接。

優(yōu)選地，述步驟b中，金屬球是銅球，焊料是錫膏，焊料印刷框是錫膏印刷框。

優(yōu)選地，述步驟b中，PCB的材料為FR4或金屬基板或陶瓷基板。

一種多電極體表生物電阻抗傳感器，其特征在于：包括EIT電極陣列。

一種智能手表，包括表帶和手表后蓋，其特征在于：所述手表后蓋內(nèi)部設(shè)置有前述的多電極體表生物電阻抗傳感器,以及EOT光電傳感器、NTC溫度傳感器和EIT公共電極。

本發(fā)明的有益效果：

1.在EIT電極陣列的制造方法中，植球焊盤不在IC的背面，而是在PCB的上面，活用了IC植球，解決了實際中的問題；

2.每個球電極之間的距離、排列形狀無規(guī)定的標準要求，只需要根據(jù)選用的球形電極的具體情況而定，應(yīng)用靈活廣泛，只需要定制對應(yīng)的植球鋼網(wǎng)就可以；

3.完成多電極集成、排列規(guī)則，電氣一致性好，材料上，應(yīng)用中可以采用銅球上面鍍金，鍍鎳，或者采用銀鎢材料等親膚材料等多種擴展方法，這樣在增加可焊性，耐腐蝕和耐氧化性的基礎(chǔ)上，又能保持良好的電氣性能；

4.實現(xiàn)產(chǎn)品小型化，便于在小型移動設(shè)備、可穿戴產(chǎn)品上實現(xiàn)多電極傳感器方式；

5.杜絕傳統(tǒng)的引線電極方式，減少噪聲、干擾引入，電路上杜絕了長線電纜的容性負載對信號的影響；

6.球形電極同皮膚接觸為弧面形式，應(yīng)用到穿戴設(shè)備時，加大接觸面積，又不扎傷或者刺痛皮膚，測試體驗效果好。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明電極陣列中電極組裝的側(cè)視圖；

圖2是圖1中單個電極組裝局部放大圖；

圖3是本發(fā)明電極陣列組合圖形外觀示意圖；

圖4是本發(fā)明電極陣列組合圖形外觀示意圖；

圖5是本發(fā)明電極陣列組合圖形外觀示意圖；

圖6是本發(fā)明智能手表的立體圖；

圖7是本發(fā)明智能手表背部位置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明智能手表中X5128 IC、EIT電極陣列、EOT光電傳感器結(jié)合的實際應(yīng)用示意圖；

其中，1.銅球；2.焊盤；3.PCB基板；10.表帶；11.表后蓋；12.NTC溫度傳感器；13.EOT光電傳感器；14.電極陣列；15.EIT公共電極；16.人體皮膚示意；17.X 5128 BGA IC。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的生物醫(yī)學(xué)信號傳感器一般提供有一個或者多個電極的電極片，或者電極夾子，這些電極通過各自的引線或者布線連接到信號處理單元，每個連接到人體的電極都有連接到引線布線接線端的夾子，插座，或者是焊接在接線端子上，當檢查的人移動時，這樣的連接結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生由夾子和引線布線的接線端之間的摩擦引起的異常噪聲。該異常噪聲可降低生物醫(yī)學(xué)信號的檢測的準確性，并且，連接到電極的引線會限制人的移動，并且在特別緊急的情況期間妨礙急救處理。其次，單個電極體積過大，陣列更是加大了占用面積，不利于實現(xiàn)多電極陣列測量和小型化。

基于此，申請人提供了一種多電極體表生物電阻抗傳感器的EIT電極陣列，所述電極陣列由若干金屬材料制成的球形電極按照組合圖形外觀排列組合而成，球形電極通過焊料直接焊接在PCB表面上，形成在測量時接觸生物體皮膚的測量電極。

進一步地，球形電極是球形或橢球形。

進一步地，球形電極是銅球。

進一步地，其封裝設(shè)計為表貼封裝形式。

進一步地，電極陣列排列后的外觀形狀可以根據(jù)具體的產(chǎn)品外觀設(shè)計、工藝美學(xué)設(shè)計和測量需要而排列，可以是矩形、正方形、圓形、橢圓型、菱形、梯形、扇形，或者其他任意多邊形，如圖3、圖4、圖5所示。也可以根據(jù)需要，設(shè)計為非集中式的電極陣列，以多個單獨、分離的不規(guī)則形式進行排布。

如圖1、圖2所示。在本發(fā)明中，EIT電極陣列的制造方法，采用的是在PCB上反向植球的方式。即焊接時采用標準的回流焊工藝，將電極焊接到PCB表面上，其工序和方法類似BGA的植球工藝，但是在本發(fā)明中，是在PCB表面上進行，采用的方式是“錫膏”+“銅球”的方式，這種情況下植球，光澤度好，熔錫過程不會出現(xiàn)跑球現(xiàn)像，較易控制并掌握。具體的，首先用錫膏印刷到PCB上的基板3的焊盤2上（類似BGA的基板），再用植球鋼網(wǎng)在上面加上一定大小的銅球1，這時錫膏起的作用就是粘住銅球，并在加溫的時候讓銅球的接觸面更大，使銅球的受熱更快更全面，這樣銅球、通過錫膏熔錫后與BGA的焊盤焊接性更好，減少虛焊的可能。

具體步驟如下：

首先，確定待設(shè)計的EIT電極陣列排列的組合圖形外觀、電極之間間距以及單個電極形狀；

其次，準備好植球的工具，包括植球座、清潔好的銅球、錫膏、錫膏印刷框、刮片、植球鋼網(wǎng)、焊盤以及PCB等，其中，植球座要用酒精清潔并烘干，以免銅球滾動不順；銅球同時要清潔好；

然后，PCB做好定位；把錫膏自然解凍并攪拌均勻，并均勻涂到刮片上；往定位好的PCB局部套上錫膏印刷框印刷錫膏，要盡量控制好手刮膏時的角度，力度及拉動的速度，完成后輕輕脫開錫膏框；

然后，再確認PCB上的每個焊盤都均勻印有錫膏后，再把植球鋼網(wǎng)套上定位，爾后放入銅球，搖動植球座，讓銅球滾動入網(wǎng)孔，確認每個網(wǎng)孔都有一個銅球后就可收好銅球并脫板

最后，把反向植好球的PCB進行回流焊或者BGA維修臺熱風(fēng)焊接，同時注意掌握好焊接溫度。

進一步地，前述球的材料不限于銅球，可以選擇其他金屬材料，或者采用表面鍍金、鍍鎳等。

進一步地，球的直徑可以根據(jù)實際情況調(diào)整，但是本發(fā)明中，不適合于電極過大的應(yīng)用場合，例如球超過2毫米，需要考慮其他的電極方法。

進一步地，PCB的材料（基板），不限于剛性基板材料，如FR4、金屬基板、陶瓷基板等，也可以是柔性基板材料，例如FPC（可以局部加強）。

本發(fā)明同常規(guī)的BGA植球區(qū)別在于主要有以下兩點：

1.植球焊盤不在IC的背面，而是在PCB的上面，活用了IC植球，解決了實際中的問題，同時，由于使用的不是錫球，而是銅球，所以必須使用錫膏；

2.每個球電極之間的距離、排列形狀無規(guī)定的標準要求，只需要根據(jù)選用的球形電極的具體情況而定，應(yīng)用靈活廣泛，只需定制對應(yīng)的植球鋼網(wǎng)就可以。同時，需要根據(jù)實際的情況選擇合適的焊接溫度和回流焊曲線，主要同PCB的材料、厚度、錫膏情況以及銅球的直徑和材質(zhì)有關(guān)。

本發(fā)明中，該電極陣列及其制造方法有如下優(yōu)點：

1.完成多電極集成、排列規(guī)則，電氣一致性好；

2.材料上，應(yīng)用中可以采用銅球上面鍍金，鍍鎳，或者采用銀鎢材料等親膚材料等多種擴展方法，這樣在增加可焊性，耐腐蝕和耐氧化性的基礎(chǔ)上，又能保持良好的電氣性能；

3.能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品小型化，便于在小型移動設(shè)備、可穿戴產(chǎn)品上實現(xiàn)多電極傳感器方式；

4.杜絕傳統(tǒng)的引線電極方式，減少噪聲、干擾引入，電路上杜絕了長線電纜的容性負載對信號的影響；

5.球形電極同皮膚接觸為弧面形式，加大接觸面積，又不扎傷或者刺痛皮膚，測試體驗效果好。

具體實施例：

根據(jù)上述內(nèi)容，申請人提供了一種多電極體表生物電阻抗傳感器，包括上述電極陣列的制造方法得到的電極陣列14。

如圖6、圖7所示?；谠摱嚯姌O體表生物電阻抗傳感器，申請人提供了一種智能穿戴設(shè)備，即一種智能手表，其包括表帶10和手表后蓋11，所述手表后蓋內(nèi)部設(shè)置有包括多電極體表生物電阻抗傳感器、EOT光電傳感器13、NTC溫度傳感器12和EIT公共電極15。具體的，可結(jié)合申請人申請的申請?zhí)枮?01510895091.4，專利名為“生物諧和度檢測裝置及檢測方法”的專利進行理解。

其中，在表帶10區(qū)域采用彈簧式電極方式組裝一個EIT測量的公共電極15，采用彈簧方式，可以保證佩帶后同手腕內(nèi)側(cè)皮膚緊密接觸。

其次，在表盤上面周圍覆蓋滿EIT的128個“探針”組成的電極陣列14，中間圍繞的傳感器是NTC電阻體溫傳感器12和EOT光電傳感器13。

需要注意的是，EIT電極陣列14采用本文前面描述過的銅球植球的方法實現(xiàn)。即在本申請中，由于采用的是銅球作為電極，因此是128個銅球組成的EIT電極陣列。同時該植球基板同芯福公司的X5128的IC基板17是同一個，X5128 IC組裝在TOP面，各類傳感器組裝在BOTTOM面，其大大減少了信號的引線長度。另外，由于是球形電極，同皮膚接觸為弧面形式，因此加大了接觸面積，又不扎傷或者刺痛皮膚，測試體驗效果好。

圖8給出了X5128 IC、EIT電極陣列、EOT光電傳感器結(jié)合的實際應(yīng)用示意圖。

需要注意的是：

1.表盤的結(jié)構(gòu)不限于圓角矩形，可以是任意形狀；

2.電極的排列也不限于排列為規(guī)則形狀，可以根據(jù)手表外觀、照顧到人體力學(xué)、佩帶舒適性設(shè)計，EOT光電傳感器的位置亦是，可以根據(jù)反射光路、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品定義進行調(diào)整。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。