專利名稱：生物測定傳感器的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及用于感測生物電信號的生物測定傳感器。
背景技術：
眾所周知，在人體的各處會產生電信號，這些信號代表了人體內的電 活動。這種電活動的重要來源是心臟、大腦、運動的肌肉等。已經知道測
量這些電信號并提供這些信號的時間配準，例如心電圖(ECG)、腦電圖 (EEG)、肌電圖(EMG)，以便獲得有關特定身體狀況的信息。
在測量這些信號時，必需要克服一些問題。第一個問題和人體皮膚是 不良導體的事實有關。關于這一點，可以對測量傳感器進行如下分類。刺 穿傳感器，例如針，刺穿皮膚并與皮膚之下的身體的導電部分之間將會具 有良好的電接觸，但這種傳感器在實際應用中不適合。接觸電極的形式為 與皮膚緊密接觸的導電板，其會受到傳感器和皮膚之間較高的接觸電阻的 影響。為了通過改善電流接觸來緩解這個問題，使用濕電極，其包括導電 板和皮膚之間的導電凝膠(含氯化銀)；不過，這種凝膠可能會導致發炎甚 至過敏反應。
為了克服接觸電極的上述問題和缺陷，己經開發出了無接觸傳感器， 用于通過電容耦合測量電信號。然而，這種電容式的傳感器引起了不同種 類的問題。在這方面最重要的問題涉及到這種電容式傳感器易受周圍產生 的電信號影響這一事實。干擾信號或噪聲信號的重要來源是被通過靜電充 電至高壓(可以為1000V或更高量級)的電源線路(攜帶230V或更高量級 的電壓)或運動的人體。
第二個問題涉及到用戶的舒適感。在實踐中，己經有人指出電容式生 物測定傳感器堅硬且較為沉重。雖然生物測定傳感器具有幾種可能的應用， 一個重要的應用領域是實現在衣服中或與衣服集成在一起。在這種應用中， 堅硬的傳感器是不合要求的，因為它們對用戶來說不舒適。此外，堅硬的傳感器有與皮膚之間僅有不良接觸的問題為了實現良好的接觸，需要生 物測定傳感器具有足夠的柔性以適應于人體的彎曲情況并隨著這種彎曲而 變化，例如在肌肉運動的時候。當將這種傳感器實現在座椅、床或檢查臺的表面材料中時會遇到同種 問題，這種實現方式使得易于獲得人的人體信號而無須對此人的皮膚特別 采用傳感器。國際專利公開WO 2005/032368公開了一種柔性生物測定傳感器，其提供了與皮膚的電容耦合。該公開的傳感器包括導電布料(cloth)，通過在紡織材料中加入導電絲線提供該導電布料。這種設計的缺點是它需要適應紡織制造工藝。另一個缺點是這種布料通常要覆蓋較大的表面面積，使得傳感器的空間分辨率較低。相反，如果要使用表面面積較小的布料，這種傳感器將僅含有較少數量的導電絲線，與要檢測的信號之間僅有較差的耦 合。另一方面，這種傳感器將對來自周圍的信號相當敏感，將很難在實際 的人體信號和噪聲信號之間進行區分。在這一方面，值得注意的是，噪聲 信號可能會具有100mV或更高量級的幅值，而實際人體信號可能具有lmV 或更低的幅值。本發明目的在于克服上述問題和缺陷。具體而言，本發明旨在提供一種生物測定傳感器裝置，其具有充分的 柔性以適應人體的彎曲情況，適于結合到衣服中，并對來自周圍的電信號 具有降低的敏感性。發明內容根據本發明的重要方面， 一種生物測定傳感器裝置包括柔性導電層的 疊層，通過柔性絕緣層將柔性導電層彼此隔開。第一層包括感測區域。第 二層包括防護板。該裝置還包括集成信號處理電路以及覆蓋該電路的另一 導電層，該導電層連接到預定電壓電平，優選為零電壓。
以下將參考附圖，通過對根據本發明的傳感器裝置的優選實施例的以1下描述進一步解釋本發明的這些和其他方面、特征和優點，在附圖中相同 的參考標記表示相同或相似的部件，其中
圖1A示意性地示出了根據本發明的生物測定傳感器裝置的頂視圖IB示意性地示出了從相反方向觀察的圖1A的生物測定傳感器裝置 的頂視圖2為柔性箔的一部分的截面示意圖3是圖1A的生物測定傳感器裝置的截面示意圖4A-C示意性地示出了用于制造圖1A的生物測定傳感器裝置的一種 可能的制造工藝的步驟；
圖5是圖1A的生物測定傳感器裝置的電子信號處理電路的方框圖。
具體實施例方式
圖1A是根據本發明的生物測定傳感器裝置1的優選實施例的示意性內 側視圖，而圖1B是同一裝置的示意性外側視圖。傳感器裝置l包括薄的柔 性傳感器主體2，該主體包括在折疊部分5處彼此相連的兩個翼狀部分3、 4。傳感器主體2具有兩個相對的主表面，即可在圖1A的內側視圖中看到 的第一主表面6以及可在圖1B的外側視圖中看到的相反的第二主表面7。 在使用時，兩個翼狀部分3、4將折疊到一起，使得折疊部分5呈環形(loop), 兩個翼狀部分的第一主表面6將會彼此相對；因此，也把第一主表面6稱 為"內表面"，而在如上所述那樣折疊時相反的第二主表面7將處于裝置的 外側，也將它們稱為"外表面"。
兩個翼狀部分3、 4的輪廓形狀不是必需的。通常，這兩個翼狀部分將 具有相同的輪廓，但即使這也不是必需的。在圖示的實施例中，兩個翼狀 部分具有八邊形輪廓，但其他輪廓，例如圓形輪廓也是可能的。
第一翼狀部分3沿其周邊具有第一系列的通孔8;類似地，第二翼狀部 分4沿其周邊具有第二系列的通孔9。定位第一孔8和第二孔9，使得在將 兩個翼狀部分3和4折疊到一起時，第一孔8和第二孔9彼此對準。這些 孔有助于例如通過縫合而將傳感器裝置1附著于衣服。
如下文將更詳細描述的那樣，第一翼狀部分3在其外表面7上具有基 本上位于中心的導電感測板21和設置于感測板21周圍的環形導電保護環22。感測板21的形狀不是關鍵的，但優選圓形。同樣地，保護環22的形 狀不是關鍵的，但圓形也是保護環優選的形狀。感測板21的直徑不是關鍵 的，通常該直徑是定位精度和電學靈敏度之間折衷的結果。在適當的實施 例中，感測板21的直徑通常在10到15mm的范圍內，實驗性實施例具有12mm 的直徑。保護環22通常可以具有約1到2mm的寬度，感測板21和保護環 22之間的徑向距離通常也可以在1至lj2mm的范圍內。如在圖1A的內側視圖所看到的，第一翼狀部分3承載著接觸焊盤16， 用于連接外部線路和電子電路元件17。如虛線所示，傳感器主體2還包括第一翼狀部分3中的第一接地板13 以及第二翼狀部分4中的第二接地板14。這些接地板13、 14都是導電的但 又薄到足以是機械柔性的，它們位于距內表面6 —定距離且距外表面7 — 定距離處，因此在圖1A和圖1B中用虛線表示。如圖1A所示，第一翼狀部分3在其內表面6上具有至少一個導電接觸 區ll，其電連接到第一接地板13。同樣地，第二翼狀部分4具有至少一個 導電接觸部12，其電連接到第二接地板14。在圖示的實施例中，第一翼狀 部分3具有在直徑上彼此對置的兩個接觸部11，第二翼狀部分4的情況也 是如此。定位接觸部11和12，使得在折疊傳感器主體時，兩個翼狀部分3 和4的接觸部11和12彼此對準。于是，這些接觸部確保了第一接地板13 和第二接地板14之間的電連接。還可以將接觸部用于機械密封處于折疊狀 態下的傳感器主體2。在可能的實施例中，可以為接觸部ll、 12提供焊錫， 在折疊傳感器主體2之后的局部熱處理可以使相對的接觸部11、 12彼此焊 接到一起。在下文中，將給出傳感器主體2的內部設計的更詳細描述。 首先，參考圖2，其示意性示出了柔性的箔30 (通稱為"柔性箔")的 截面，且包括第一層31和第二層32。第一層31基本上不導電，而第二層 32基本上導電。通常，第二層32是厚度大約為10到20 u m量級的薄銅層。 在標準的可用產品中，該厚度大約為17.5ixm，在另一標準的可用產品中， 該厚度大約為35um。第二層是具有電性能的絕緣體。用于不導電的第一層 31的典型材料是capton。圖2中設計的柔性箔30是市場上可買到的，不 導電的第一層31的厚度具有不同尺寸，該產品典型地被用作所謂的"柔性pcb"。由于該材料是公知的，如本領域技術人員所清楚的，在此不需要進 一步描述。不過，要指出的是可以將這種公知的柔性箔30用于制造傳感器 主體2，更具體而言是通過將多層柔性箔30彼此疊置附著，如從以下描述 中將會明了的那樣。可以利用適當的粘合劑，或通過進行熱處理使c鄰ton 層流動并粘附到相鄰層來實現附著。
圖3示意性地示出(未按比例)了沿圖ib的線m-ni的生物測定傳感
器裝置1的截面。在本實施例中，傳感器主體2由四個彼此疊置附著的柔 性箔層40、 50、 60、 70的疊層構成。第一柔性箔層40的非導電層41朝向 裝置外惻，使得該第一非導電層形成傳感器裝置i的外表面7。利用公知的 技術，例如蝕刻，去除第二導電層42的一部分，在感測板21周圍留下導 電感測板21和導電環形保護環22。
在使用時，可以使傳感器裝置1緊密靠近要檢査的人體的皮膚，甚至 與該人體接觸。那么，非導電層41將充當電絕緣體，在人體和導電感測板 21之間提供電流隔離，并且還充當人體和感測板21之間的電介質。于是， 感測板21將測出人體皮膚中存在的電場變化。
第二柔性箔50附著到第一柔性箔40，使得第二非導電層51與第一導 電層42接觸。實際上，這意味著感測板21和保護環22被完全包封在兩個 非導電層41和51之內。要指出的是，為了清晰起見，即使在已經去除導 電材料的位置上，也把第一導電層42繪示成位于傳感器主體2的整個區域 之上。于是，雖然起初柔性箔40曾在其整個表面之上包括導電層42，但傳 感器主體2中的第一柔性箔40僅保留了導電部分21和22。在這些部分21 和22之外，層42實際不再存在，使得在已經去除第一導電層42的部分中， 第一非導電層41和第二非導電層51實際上直接彼此附著。然而，為了清 晰起見，圖3示出了第一非導電層41和第二非導電層51之間的距離，表 示第一導電層42的被去除的部分。加以必要的變更，同樣的情況也適用于 其他層，本領域的技術人員應當對此很清楚。
還要指出的是，只要考慮到第一導電層42，傳感器裝置l的有源部分 都是指所述部分21和22。可能已經在這些部分21和22之外整個去除了第 一導電層42，但也可能仍保留了第一導電層42的其他部分，只要這些第一 導電層42的其他部分不與部分21或22電接觸，它們對傳感器裝置沒有任何有源功能，對傳感器裝置的工作也沒有干擾，并且甚至有助于屏蔽外部 場。
在第二柔性箔50的第二導電層52中，在最優選的實施例中，限定防 護板53，其范圍至少對應于保護環22的范圍并且甚至可以延伸超過保護環 22的外周。在本實施例中己經整個去除了防護板53外部的第二導電層52。
第三柔性箔層60附著到第二柔性箔層50，使得第三柔性箔層60的第 三非導電層61與防護板53接觸；從而防護板53整體嵌入在非導電層51 和61之間。在第三柔性箔60的第三導電層62中，僅去除了傳感器主體2 周邊周圍的小部分，使得第一翼狀部分3中保留第三導電層62的大部分， 從而限定第一翼狀部分3的第一接地板13。同樣地，在第二翼狀部分4中 保留第三導電層62的大部分66，限定第二翼狀部分4的第二接地板14。
圖3示出了在傳感器主體2的折疊部分5中仍可存在第三導電層62。 那么希望在該折疊部分5中蝕刻掉部分第三導電層62，留下一些連接第一 接地板13與第二接地板14的小導電線15，如圖1A所示。通過在折疊部分 5中去除大部分第三導電層62，改善了該折疊部分5的柔性。只要這些導 電線15保持原樣，甚至可以省去接觸部ll和12。然而，對于如前所述的 具有接觸部11和12的實施例而言，可以省去連接線15，在這種情況下， 可以在折疊部分5中整個去除第三導電層62，從而進一步提高折疊部分5 的柔性。
第四柔性箔層70的第四非導電層71附著到第三柔性箔60的第三導電 層62。第四柔性箔70的第四導電層72限定傳感器裝置1的內表面6。在 大部分上蝕刻掉第四導電層72，留下電接觸部11和12，還留下連接電路 元件17的端子和接觸焊盤16的電路線。由于已經在第四柔性箔70的大部 分表面上去除了第四導電層72，因此也可以說傳感器裝置1的內表面6是 由第四非導電層71的自由表面限定的，并且該內表面6設有導電接觸部分 11和印刷電路線73， 74， 75。
通過至少一個導電體81將保護環22電連接到防護板53，導電體81穿 過第二非導電層51，在下文中將其稱為"互連體(interconnector)"。在 優選實施例中，傳感器裝置1包括設置成圓形圖案的一系列這種互連體81， 其相互之間的間隔可以小至1-3mm。防護板53充當著對電場的屏蔽，很大程度上防止了這種電場達到感測板21。屏蔽環22和互連連接器81的組合 進一步改善了屏蔽效應，或多或少像法拉第籠。第一翼狀部分3的接地板 13在使用時將連接到預定電壓電平(優選為零電壓)，這進一步有助于屏蔽 掉這種電場。可以容易地看出，當把傳感器裝置1施加到人體皮膚時，在 接地平面13、 63和傳感器裝置的外表面7之間僅留有很小間隙，該間隙的 寬度由三個非導電層41、 51和61的厚度的組合限定，通常將小于100 y m。 通過防護板53、保護環22和互連體81限定的法拉第籠進一步屏蔽掉能夠 穿過該間隙的電場線。
為了將來自外界的電場的影響保持盡可能小，在第一翼狀部分3的內 表面6上放置處理所拾取的信號的電路，使其輸入端子盡可能靠近感測板 21。根據本發明的重要方面，例如，通過蝕刻掉第二導電層52的相應的小 部分，在第二導電層52中限定小開口54，同樣地，在第三導電層62中設 置小開口64，這兩個開口 54和64彼此對準。將第四導電層72的第一電路 部分73限定為與所述開口 54和64對準。圖3示出了第一電路部分73和 所述開口54和64與感測板21對準，并且通過第二、第三和第四非導電層 51、 61和71的第二互連體82將感測板21連接到第一電路部分73，從而 延伸穿過所述開口 54和64，使得該第二互連體82既不接觸防護板53也不 接觸接地板63。圖3還示出了封裝形式的電路元件17，該封裝具有端子引 線，輸入端子引線17a電連接到所述第一電路部分73。在優選實施例中， 該輸入端子引線17a與第二互連體82基本對準。如稍后所述，圖3所示的 電路元件17包括放大器。
根據本發明的又一重要方面，在接地板63中限定第二開口65，并且第 三互連體83將第四導電層72的第二電路部分74與防護板53連接。如圖 所示，該第三互連體83甚至可以延伸到保護環22。于是第三互連體83經 過第二、第三和第四非導電層51、 61和71，接觸第二導電層52，并延伸 穿過第三導電層62的第二開口 65，從而不與第三導電層62電接觸。通過 第四導電層72的印刷電路線將第二電路部分74連接到第三電路部分75， 放大器元件17的輸出端子引線17b連接到該第三電路部分75。
互連體81、 82、 83的重要特征是它們不延伸穿過第一非導電層41。因 此，雖然第一互連體81與第一導電層42的保護環22部分接觸，但第一互連體81不延伸穿過第一非導電層41。更具體而言，第一非導電層41總是 覆蓋第一互連體81,以避免從外表面7—側與第一互連體81電流接觸的可 能性。第二和第三互連體82和83也是這種情況。
在圖3中，互連體81、 82、 83被示出為薄的縱向導體。雖然這樣的實 施例不是不可能，但考慮到柔性箔層的小厚度，這是相當不實際的。在更 實際的優選實施例中，將互連體81、 82、 83設置為金屬化過孔。制造金屬 化過孔以在薄的非導電襯底的相反面上的兩個導電層之間提供貫通連接的 技術是公知的。雖然如此，以下附圖示意性地示出了制造根據本發明的傳 感器裝置的制造工藝中的可能步驟。
圖4A示意性地示出了第一柔性箔40的一部分的截面，其包括在整個 表面上延伸的第一非導電層41以及第一導電層42。例如，通過蝕刻工藝去 除部分導電層42，從而保留感測板21和防護環22。在這種條件下，將把 該柔性箔表示為第一中間產品240。
圖4B以類似方式示出了第二柔性箔50，其具有在整個表面上延伸的第 二非導電層51和第二導電層52。去除部分導電層52，從而保留具有開口 54的防護板53。在下一步中，制造過孔251和252，其作為通孔在第二柔 性箔50的整個厚度上延伸。第一過孔251貫穿防護板53，第二過孔252與 開口54對準。在這種條件下，將把箔稱為第二中間產品250。將會明了的 是，圖4B中的第一過孔251實際上代表呈圓形圖案的一系列過孔。
在下一步中，如圖4C所示，將第一和第二中間產品240和250以如下 方式彼此附著，使得第一過孔251與防護環22對準，而第二過孔252與感 測板21對準。將把所得的產品稱為堆疊中間產品280。
在下一步中，對第一過孔251進行金屬化。由于金屬化工藝是公知的， 因此這里將不會描述這種工藝。需要注意的是，過孔251中的金屬化部253 與屏蔽環22以及屏蔽板53形成電接觸。在圖4C的左側示出了可以將金屬 化部253設置為固體充填過孔251，但圖4C的右側，尤其是放大的細部示 出了可以將金屬化部253設置為柱形導體。在兩種情況下，該圖示出了金 屬化部253具有在防護板53的自由表面之上延伸的頭部(左側)或凸緣部 分(右側)，但也可以以如下方式執行金屬化工藝，使得金屬化部253與防 護板53的自由表面齊平。通過類似方式，可以處理第三柔性箔60以提供由第三非導電層61和 具有開口 64和65的接地板63構成的第三中間產品，可以處理第四柔性箔 70以提供由具有接觸部11和12并具有印刷電路部分73、 74、 75的第四非 導電層71構成的第四中間產品，可以處理第四中間產品270以提供與接觸 部ll、 12對準的過孔，可以將第三和第四中間產品彼此附著，并可以在堆 疊的第三和第四中間產品中提供過孔，該過孔在兩個堆疊中間產品的整個 厚度上延伸穿過第一接觸部分73和第一開口 64并延伸穿過第二接觸部分 74和對應的開口75。這些步驟未單獨示出。然后，將第三和第四中間產品 的堆疊組合附著到堆疊中間產品280上，使得穿過第一接觸部分73和相應 的開口 64延伸的過孔與第二過孔252對準，并且使得第二電路部分74和 相應開口65與防護板53對準。應當注意，現在該過孔不一定要與金屬化 第一過孔251對準。然后，在下一處理步驟中，對過孔進行金屬化。對穿過接觸部11或12 延伸的過孔進行金屬化將一方面與這樣的接觸部ll、 12形成電接觸，而另 一方面與接地板63形成電接觸，從而提供互連體84。對穿過第二電路部分 74和第二開口 65延伸的過孔進行金屬化將一方面與第二電路部分74形成 電接觸，而另一方面與防護板53形成電接觸，但由于開口65較大，不會 與接地板63形成接觸。對穿過第一電路部分73和第一開口 64延伸并與第 二過孔252對準的過孔進行金屬化將一方面與第一電路部分73形成電接 觸，而另一方面與感測板21形成電接觸，但由于開口 54和64的尺寸，既 不會與防護板53形成電接觸，也不會與接地板63形成電接觸。圖5為方框圖，示意性示出了附著到第一翼狀部分3的內表面6上的 信號處理電路100的輸入級。作為該處理電路的重要元件，該圖示出了諸 如運算放大器等的差分放大器110，其具有非倒相輸入端lll、倒相輸入端 112和輸出端114。該放大器110是圖3所示元件17的部分，非倒相輸入 端111連接到第一端子引線17a，而輸出端114連接到第二端子引線17b。圖5示出了通過導體121將感測板21連接到放大器110的非倒相輸入 端111，導體121被設計得盡可能短，且包括金屬化過孔82和可能包括一 小段印刷電路線73。放大器110是具有非常高輸入阻抗的類型。基本上將 放大器110連接成緩沖放大器，通過線路124將其倒相輸入端112連接到其輸出端114，使得放大器的輸出端114承載與放大器的輸入端111相同的 電壓信號。電路100可以具有其他信號處理元件，或者可以將放大器的輸 出端114直接連接到接觸焊盤16之一，但這不是必需的，而且未在圖中示 出。在使用時，當緊密靠近人體放置時，感測板21與人體具有電容耦合， 第一絕緣層41充當電介質。該耦合的電容值典型地在幾個pF的量級上。 放大器110的輸入端111具有輸入電阻，在適當選擇的放大器中，該輸入 電阻可以被近似為無窮大。然而，最好向零電壓電平提供限定的泄漏電阻， 通過連接在放大器的輸入端子73和地之間的電阻130提供該泄漏電阻。耦 合電容和泄漏電阻的組合形成了高通濾波器。希望該高通濾波器的特征交 叉頻率盡可能低，處于0. 2Hz的量級上。這使得電阻130的設計值為100GQ或更高。除了與人體的電容耦合之外，感測板21還與環境中的電壓源具有電容 耦合。雖然該耦合具有非常低的電容值(在幾個fF的量級上)，但這種源 的電壓電平可能相當高，使得因感測板21中的該耦合引起的所得電壓通常 可以在100mV量級的范圍內。接近地位于感測板21后面并被優選的屏蔽環 22和環繞感測板21的一系列互連體81加強的屏蔽板53的功能在于屏蔽掉 這種干擾電場，有效地消除感測板21和環境之間的耦合電容。要注意的是，感測板21與屏蔽板53和屏蔽環22也具有電容耦合。感 測板21和屏蔽板53之間的電壓電平的任何差異都將導致感測板21和屏蔽 板53之間的干擾電流，從而影響到測量信號。為了消除或至少減輕該問題， 經由線路122將屏蔽環22和屏蔽板53連接到放大器的輸出端114，線路 122可以包括電阻器123，電阻器123可以具有幾千歐量級的值。結果，屏 蔽環22和屏蔽板53的電壓電平將基本等于放大器輸出端114的電壓電平， 后者又基本等于放大器輸入端111的電壓電平，因此基本等于感測板21的 電壓電平。于是，有效避免了這種干擾電流。而且，同樣有效地避免了由 于絕緣層41和51之間可能的沾污而引起的干擾電流。雖然屏蔽板53為感測板21屏蔽了外界電場，但互連體82、放大器的 輸入端子17a和連接到放大器的輸入端子17a的印刷電路線73全部位于屏 蔽板53"之外"，因此它們與環境仍具有電容耦合。而且，可能因為內表面6的一些沾污而導致蠕變電流。為了減少由這種沾污導致的潛在問題，第四 導電層72包括圍繞連接到感測板21的所有印刷電路線73、 121的導電屏 蔽線125,如圖5中的虛線所示，該屏蔽線125也連接到放大器的輸出端 114。在實踐中，可能難以找到具有期望的100GQ電阻值的電阻器樣本，并 且/或者這種電阻器笨重而昂貴。因此，可能需要將泄漏電阻130形成為兩 個(或更多)電阻器131、 132的串聯組合。那么，這些電阻器131、 132 中的兩個之間的節點形成與環境之間的電容耦合，該電容耦合經由電阻器 131仍可能影響到放大器的輸入端111處的信號。為了減小該效應，該節點 A也被保護環140包圍，通過將該保護環140連接到兩個(或更多)電阻器 141、142的串聯組合的節點B而將保護環140也連接到放大器的輸出端114， 而不是直接將其連接到輸出端114。選擇這些電阻器，使得電阻值R(141)/R (142)之比基本等于電阻值R (131)/R (132)之比。為了進一步減小電路線和電路元件易受外電場影響的效應，傳感器裝 置l具有帶第二接地板14的第二翼狀部分4,經由第三導電層62中的一個 或多個導電線15，或經由接觸部11、 12，或經由二者，將第二接地板14 電連接到第一接地板13。在準備使用的狀態下，當把第二翼4折疊到第一 翼3上方時，第二接地板14在電路100上方延伸，即實際覆蓋電路元件17、 110、 123、 131、 132、 141、 142和互連電路線73、 74、 75、 121、 122、 124、 125，于是為封閉在兩個接地板13和14之間的這些元件和電路線提供了對 外部電場的屏蔽。在這種情況下，優選在電路100的相反兩側上將兩個接 地板13和14的邊緣電連接到一起。為此，接觸部11位于電路100的相反 兩側上。本領域的技術人員應當清楚，本發明不限于上述示范性優選實施例， 在如所附權利要求中限定的本發明保護范圍之內，可以有若干種變化和修 改。例如，除了使用兩層柔性箔，還可能使用在非導電層的相反兩側上具 有兩個導電層的柔性箔，或者使用在導電層的相反兩側上具有兩個非導電 層的柔性箔。此外，雖然在優選實施例中將第一和第二接地板13和14實現為同一導電層62的部分63和66，也可以將第二翼4的第二接地板14實現為經由 相應互連體連接到相應接觸部12的不同導電層42、 52的部分。此外，雖然在優選實施例中，該裝置包括兩個相互折疊到一起的翼狀 部分，也可以將這兩個翼狀部分實現為彼此疊置的分立物件。此外，雖然在優選實施例中防護板53是輪廓和尺寸對應于保護環22 的輪廓和尺寸的"實心"板，也可以使防護板稍微小些，禾口/或防護板具有 小的中斷，從而具有例如輪輻形的輪廓，而不會喪失其整體功能。
權利要求
1.種生物測定傳感器裝置(l)，其適于電容性地感測生物電信號， 所述裝置包括-薄的柔性層疊傳感器主體(2)，其具有內表面(6)和與所述外表面相反的外表面(7)，所述主體(2)包括第一主體部分(3)，其包括 -第一導電層(42)中的導電感測板(21);-所述感測板(21)和所述外表面(7)之間的第一非導電層(41);-第二導電層(52)中的導電屏蔽板(53)，其在與所述外表面相反一 側上覆蓋所述感測板(21)，并具有至少與所述感測板的尺寸相對應的尺寸， 且優選其投影超出所述感測板的輪廓之外；所述屏蔽板(53)具有貫通開口 (54);-所述感測板(21)和所述屏蔽板(53)之間的第二非導電層(51); -所述內表面(6)上的導電電路層(72)中的導電電路線(73， 74， 75， 125);-所述屏蔽板(53)和所述導電電路線(73， 74， 75)之間的非導電 隔離層(61， 71); 所述裝置還包括-電子信號處理電路(100)，其在所述內表面(6)上安裝有電路元件 (17)，所述電路(100)包括至少一個差分放大器(110)，所述差分放大器 具有第一輸入端(111)和輸出端(114);-第一導電互連體(82)，其與所述第二非導電層(51)和所述隔離層 (61， 71)交叉，穿過所述屏蔽板(53)的貫通開口 (54)延伸，用于將 所述感測板(21)耦合到所述放大器(110)的所述第一輸入端(111)。
2、 根據權利要求1所述的裝置，其中每個非導電層由capton制成。
3、 根據權利要求1所述的裝置，其中所述傳感器主體(2)被實現為彼此附著的柔性箔層(40; 50; 60; 70)的堆疊，每個柔性箔層包括至少 一個導電層(42; 52; 62; 72)和至少一個非導電層(41; 51; 61; 71)的組合。
4、 根據權利要求l所述的裝置，還包括所述第一導電層(42)中的所 述感測板(21)周圍的導電屏蔽環(22)，所述屏蔽環(22)電連接到所述 屏蔽板(53)。
5、 根據權利要求4所述的裝置，還包括與所述第二非導電層(51)交 叉的一系列第二導電互連體(81)，每個第二互連體(81)都接觸所述屏蔽 環(22)和所述屏蔽板(53)。
6、 根據權利要求5所述的裝置，其中每個第二互連體(81)都被實現 為金屬化過孔。
7、 根據權利要求1所述的裝置，其中所述屏蔽板(53)電連接到所述 放大器(110)的所述輸出端(114)。
8、 根據權利要求7所述的裝置，其中所述放大器的輸出端(114)連 接到所述放大器的倒相輸入端(112)，并且其中所述感測板(21)連接到 所述放大器的非倒相輸入端(111)。
9、 根據權利要求7所述的裝置，還包括與所述隔離層(61， 71)交叉 的第三導電互連體(83)，用于將所述屏蔽板(53)耦合到所述放大器的輸 出端(114)。
10、 根據權利要求1所述的裝置，還包括-所述屏蔽板(53)和所述電路線(73， 74， 75)之間的第三導電層 (62)中的導電接地板(13; 63)，其覆蓋所述屏蔽板(53)和所述處理電 路(100);-所述屏蔽板(53)和所述接地板(13; 63)之間的第三非導電層(61); _所述接地板(13; 63)和所述電路線(73， 74， 75)之間的第四非導電層(71)。
11、 根據權利要求10所述的裝置，其中將所述接地板(13; 63)電連 接到所述處理電路(100)的固定電壓電平，優選為零電壓電平。
12、 根據權利要求10所述的裝置，其中所述接地板(13; 63)具有第 一開口 (64)，所述第一互連體(82)穿過所述第一開口延伸而不和所述接 地板(13; 63)接觸，且其中所述接地板(13; 63)具有第二開口 (65)， 所述第三互連體(83)穿過所述第二開口 (65)延伸而不和所述接地板(13; 63)接觸。
13、 根據權利要求1所述的裝置，其中所述電路元件(17)包括至少 一個已安裝的IC放大器封裝。
14、 根據權利要求13所述的裝置，其中所述放大器封裝具有與所述第 一互連體(82)對準的輸入端子引線(17a)。
15、 根據權利要求1所述的裝置，其中所述電路元件(17)包括至少 一個裸IC半導體管芯。
16、 根據權利要求l所述的裝置，其中所述放大器(110)具有處于大 約為1GQ量級的輸入阻抗。
17、 根據權利要求l所述的裝置，還包括連接在所述放大器(110)的 所述第一輸入端(111)和固定電壓線之間的電阻器(130)，所述固定電壓 線優選為零電壓線；所述電阻器(130)具有處于大約為1GQ量級的電阻值。
18、 根據權利要求17所述的裝置，其中所述電阻器(130)被實現為 兩個或更多電阻器(131; 132)的串聯組合。
19、 根據權利要求18所述的裝置，其中所述串聯電阻器(131; 132) 中的兩個之間的節點(A)連接到串聯電阻器電路(141， 142)的節點(B)， 該串聯電阻器電路(141， 142)連接在所述放大器的輸出端(114)和所述 固定電壓線之間。
20、 根據權利要求1所述的裝置，其中所述電路線(73， 74， 75， 125) 包括屏蔽線(125),所述屏蔽線作為閉合環路延伸，該閉合環路環繞連接 到所述感測板(21)的所有印刷電路線(73， 121)，所述屏蔽線(125)連 接到所述放大器的輸出端(114)。
21、 根據權利要求l所述的裝置，其中所述傳感器主體(2)包括兩個 翼狀部分(3; 4)和折疊部分(5)，所述折疊部分以可折疊方式將所述兩 個翼狀部分(3; 4)彼此連接到一起；其中所述感測板(21)、屏蔽板(53)和處理電路(100)設置在第一 翼狀部分(3)中；且其中第二翼狀部分(4)包括第二導電接地板(14; 66)。
22、 根據權利要求21所述的裝置，其中將所述第二接地板(14; 66) 電連接到所述處理電路(100)的固定電壓電平，優選為零電壓電平。
23、 根據權利要求21所述的裝置，還包括-所述屏蔽板(53)和所述電路線(73， 74， 75)之間的第三導電層 (62)中的導電第一接地板(13; 63)，其覆蓋所述屏蔽板(53)和所述處 理電路(100);-所述屏蔽板(53)和所述第一接地板(13; 63)之間的第三非導電層；-所述第一接地板(13; 63)和所述電路線(73， 74， 75)之間的第 四非導電層(71);其中所述第二接地板(14; 66)電連接到所述第一接地板(13; 63)。
24、 根據權利要求23所述的裝置，其中所述第二接地板(14; 66)和 所述第一接地板(13; 63)被實現為同一層(62) —部分。
25、 根據權利要求24所述的裝置，還包括所述折疊部分(5)中的至 少一條連接線(15)，其被實現為所述同一層(62) —部分，將所述第二接 地板(14; 66)連接到所述第一接地板(13; 63)。
26、 根據權利要求23所述的裝置，還包括-_第一翼狀部分(3)中的至少一個第一接觸部(11)，其被實現為所 述內表面(6)上的所述導電電路層(72) —部分，所述第一接觸部(11) 電連接到所述第一接地板(13; 63);-所述第二翼狀部分(4)中的至少一個第二接觸部(12)，其被實現 為所述內表面(6)上的所述導電電路層(72) —部分，所述第二接觸部(12) 電連接到所述第二接地板(14; 66);其中定位所述第一和第二接觸部(ll; 12)，使得當在所述折疊部分(5) 處折疊所述主體(2)時，所述第一和第二接觸部(11; 12)彼此基本上對 準。
27、 根據權利要求21所述的裝置，其中所述第一翼狀部分(3)沿其 周邊設有一系列第一通孔(8);其中所述第二翼狀部分(4)沿其周邊設有一系列第二通孔(9); 其中定位所述第一和第二通孔(8; 9)，使得當在所述折疊部分(5) 處折疊所述主體(2)時，所述第一和第二通孔(8; 9)彼此基本上對準。
28、 根據權利要求21所述的裝置，其中所述兩個翼狀部分(3， 4)折 疊到一起且彼此附著。
29、 根據權利要求26所述的裝置，其中所述兩個翼狀部分(3， 4)折 疊到一起且其中所述接觸部(11， 12)彼此連接。
30、 根據權利要求1所述的裝置，其中所述傳感器主體(2)還包括與 所述第一主體部分(3)疊置的第二主體部分(4)，所述第二主體部分(4) 包括_在與所述屏蔽板(53)相反的一側上覆蓋所述處理電路(100)的導 電第二接地板(14; 66);-所述接地板(14; 66)和所述處理電路(100)之間的至少一個絕緣 層(71);-所述接地板(14; 66)和所述第二主體部分(4)的所述外表面(7) 之間的至少一個絕緣層(41， 51， 61)。
31、 根據權利要求30所述的裝置，還包括_所述屏蔽板(53)和所述電路線(73， 74， 75)之間的第三導電層 (62)中的導電第一接地板(13; 63)，其覆蓋所述屏蔽板(53)和所述處 理電路(100);_所述屏蔽板(53)和所述第一接地板(13; 63)之間的第三非導電 層(61);_所述第一接地板(13; 63)和所述電路線(73， 74， 75)之間的第 四非導電層(71);其中所述第二接地板(14; 66)電連接到所述第一接地板(13; 63)。
32、 根據權利要求31所述的裝置，還包括-所述第一主體部分(3)中的所述內表面(6)上的至少一個第一接 觸部(11)，所述第一接觸部(11)電連接到所述第一接地板(13; 63);-所述第二主體部分(4)中的所述內表面(6)上的至少一個第二接 觸部(12)，所述第二接觸部(12)電連接到所述第二接地板(14; 66);其中所述第一和第二接觸部(11; 12)彼此接觸。
33、 根據權利要求32所述的裝置，其中所述第一和第二接觸部(11; 12)被焊接到一起。
34、 根據權利要求30所述的裝置，沿其周邊設有一系列通孔(8， 9)。
35、 使用根據權利要求1所述的裝置來測量EEG信號或ECG信號或EMG信號。
36、 根據權利要求l所述的裝置，其被結合到衣服中。
37、 根據權利要求1所述的裝置，其被結合到使用時被人接觸的物體 的表面材料中，所述物體例如是座椅或床，或檢查臺，或車座，或方向盤， 或嬰兒保育箱。
全文摘要
一種生物測定傳感器裝置(1)，包括-薄的柔性層疊傳感器主體(2)；-導電感測板(21)；-所述感測板和所述外表面(7)之間的第一非導電層(41)；-具有貫通開口(54)的導電屏蔽板(53)，其覆蓋所述感測板；-所述感測板和所述屏蔽板之間的第二非導電層(51)；-內表面(6)上的導電電路線(73)；-所述屏蔽板和所述電路線之間的非導電隔離層(61，71)；-安裝在內表面(6)上的信號處理電路，所述電路(100)包括具有輸入端(111)的差分放大器(110)；導電互連體(82)，其與所述第二非導電層(51)和所述隔離層(61，71)交叉，穿過所述屏蔽板(53)的貫通開口(54)延伸，耦合所述感測板(21)和所述放大器(110)的所述輸入端(111)。
文檔編號A61B5/0408GK101312688SQ200680043843
公開日2008年11月26日 申請日期2006年11月21日 優先權日2005年11月25日
發明者J·T·奧斯特維恩, M·奧沃克爾克, W·F·帕斯韋爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司