[發明專利]制作基于微針陣列皮膚干電極的方法

無效

• 申請號: 201210549791.4
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN102988039A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 裴為華;陳遠方;歸強;陳弘達
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: A61B5/04
• 分類號: A61B5/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及一種用于體表提取生物電勢的基于硅的皮膚表面干電極，尤其涉及一種利用砂輪劃片機劃片和濕法腐蝕技術低成本制作皮膚干電極的方法。

背景技術

生物電勢信號是最主要的生理參數之一，可用于臨床診斷、病人監護和生物醫學研究等。因此，有效地進行生理電信號的探測與研究有重要的意義。絕大多數生理電信號都是通過電極與人體(體表或介入)接觸的條件下獲得的，電極的性能將直接影響到信號采集的成功與失敗。

皮膚最外層的角質層是不導電的，只有通過角質層下的真皮層才能提取有效的生理電信號。傳統的皮膚濕電極使用含有高濃度導電離子的導電膏涂覆于角質層之上，導電膏能夠擴散進角質層內，使其導電能力得以提高。涂覆導電膏不能長期記錄，否則會使被試者產生皮膚潰爛或過敏等副作用。由于難以靠儀器設計保證電極、導電膏、皮膚的接觸界面保持穩定，所以很容易產生基線漂移或運動偽跡的干擾，影響檢測結果。皮膚干電極可以克服以上缺點用于長期記錄。目前這種皮膚干電極有兩種，一種是非侵入式的，采用電容耦合的原理測定信號。另一種是侵入式的，由二維微針陣列構成，可以直接刺透角質層到達可以導電的生發層但不觸及真皮層，避免了高阻抗特性的角質層所帶來的問題。生發層并無血管和神經的排布，所以被試者不會有疼痛感。

目前國內外一般采用下述工藝步驟來制作這種基于二維硅微針陣列的侵入式干電極：

硅片準備及熱氧化二氧化硅；

使用光刻方法和lift-off方法制作微針陣列圖形；

使用硅深刻蝕的方法形成針柱陣列；

使用化學腐蝕方法腐蝕針柱形成尖銳的電極頭部；

在電極表面覆蓋金屬導電層；

但是，采用上述方法制作皮膚干電極涉及到深刻蝕等昂貴的設備，因而增加了制作成本，而且工藝相對較為復雜。

國內一些研究機構也提出了劃片的制作方案，為了制作出上細下粗的針尖結構，其在劃片時采用劃片刀具與硅片表面呈45度的方式，制作工藝過程需要經過四次調整刀具與硅片的夾角；劃出的金字塔結構的硅柱與硅柱之間的距離至少是兩個刀口的寬度，因此成本高，密度低。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種制作基于微針陣列皮膚干電極的方法，采用該方法制作的電極，可以用于生理信號的提取與長期監測，具有制作成本低的優點，同時該電極是侵入式無痛皮膚干電極。

為達到上述目的，本發明提供了一種制作基于微針陣列皮膚干電極的方法，該方法利用通用的砂輪劃片設備，在單晶硅片上劃槽，形成根部仍與硅片相連的二維硅方柱陣列，繼而利用各向同性腐蝕的方法，將方柱陣列腐蝕成尖端細，根部粗的四棱微錐陣列，該方法包括如下步驟：

A、選擇一硅片；

B、將硅片的兩面熱氧化一層二氧化硅層；

C、對硅片在X方向和Y方向分別形成周期性的一預定深度的垂直的劃槽，形成二維方柱陣列；

D、用硅的各向同性腐蝕液對劃片后的硅片進行靜態腐蝕，將二維方柱陣列變細變尖；

E、用氫氟酸或HF緩沖液將硅片表面的二氧化硅層腐蝕干凈，形成電極柱陣列；

F、采用磁控濺射的方法，在電極柱陣列表面及背面濺射金屬，完成制作。

從上述技術方案可以看出，本發明采用的是劃片方式形成200μm高二維針柱陣列，并用硅的各向同性腐蝕液靜態腐蝕直接將針柱變尖。這樣的制作方法具有成本低，工藝步驟簡單，尤其適合大批量生產。制作出的皮膚干電極可以用于腦電、心電、肌電等生理信號檢測，滿足科研和臨床需求，并且有助于擴大干電極的市場應用。

附圖說明

為了進一步說明本發明的技術內容，以下結合實施例及附圖，對本發明進一步詳細說明，其中：

圖1為本發明的制作方法流程圖；

圖2為本發明制作過程中劃片后的結構示意圖；

圖3為本發明制作過程中二維方柱陣列變細變尖的結構示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1，配合參閱圖2、3所示，本發明提供一種制作基于微針陣列皮膚干電極的方法，該方法利用通用的砂輪劃片設備，在單晶硅片上劃槽，形成根部仍與硅片相連的二維硅方柱陣列，繼而利用各向同性腐蝕的方法，將方柱陣列腐蝕成尖端細，根部粗的四棱微錐陣列，該方法包括如下步驟：

步驟101：選擇一硅片，該硅片為雙面拋光的硅片，硅片的厚度決定著皮膚干電極的整體厚度。