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穿戴式心电贴片传感器

一枚贴在左胸、连续戴三到七天的贴片,里面是一块电路板、一颗纽扣电池和几个锅仔片按键。硅胶全包封挡住了汗液、洗澡水与跌落,同时也把热量和水汽关在了里面——这款件的设计主线,就是把这四件事摆平。

穿戴式心电贴片传感器产品图:雾面医用硅胶贴片与中央电极按扣
圆角方形贴片:雾面医疗级硅胶外壳包住整块 PCBA,中央是按扣电极,旁边留一枚指示灯透光窗;边缘做 R1 以上圆角,长时间贴着不压皮肤。

产品说明

这类贴片用在单导联心电记录上:动态心电(Holter)、事件记录、术后与居家监测、运动心率。一次性机种配水凝胶电极,撕下来就丢;可重复使用的机种配绑带或医用胶贴,壳体要能反复擦拭消毒。两种做法对壳体结构、材料牌号与验证清单的要求不一样,但共同点是:里面那块板必须活到产品寿命结束。

先说全包封与局部包封的分工。全包封把 PCBA、电池与按键一次封进硅胶,汗液没有进入路径,跌落了也不散架,外观干净、没有分型缝;代价是不可拆、不可返修,散热与透湿被壳体限制。局部包封是硅胶壳体加硬质盖或胶粘盖,能维修、能换电,但多一道密封界面。选哪种,先看售后策略与产品寿命,而不是先看成本。

温度和应力是成型阶段的两道关。硅胶要热量才能硫化,电芯和部分器件却怕热:把模温一味往上抬、靠缩短周期换产能,电池的一致性和容量会在几个月后体现出来。这类件更适合低温固化体系(模温 80~110 ℃)配合延长保压,模腔与电芯表面的温度用热电偶实测,机台设定值不算数。压力这边,充填时的流速会推着元件走,薄壁均匀、圆角过渡、分区抽真空、低注射速度四件事一起做,焊点与 0402 器件的应力才降得下来。

透湿是这款件最容易被误判的地方。硅胶不是水汽的屏障:相比环氧和多数聚氨酯,它的透湿率更高。这对皮肤侧是优点——汗气能走、贴着不闷;对内部却是风险——水汽进得去、出不来,昼夜温差下就在壳体冷面凝露。所以「全包封=防水又防潮」是误读:外部液态水挡住了,内部水汽还要靠三防漆、局部灌封、干燥结构或透湿膜来管。验收也要分开做:浸水是一组,高温高湿叠冷热循环是另一组,两组都过才算过。

皮肤接触这一侧,考的是材料与边缘。牌号选医疗级铂金硫化、无滑石粉、低迁移;按目标市场做 ISO 10993 的皮肤刺激与致敏评估;边缘圆角不小于 R1,避免连续佩戴压出印子;可重复使用的机种要按客户清洁规程做酒精擦拭后的外观与性能复核,次数写进验证清单。

电池与按键决定使用体验。纽扣电池(CR2032、CR1632)或薄膜电池都可以,电池仓要留膨胀余量、避免成型时直接受压;取电用点焊镍片还是弹片,取决于电池型号与后段工艺。按键区胶层常见 0.4~0.8 mm、邵 A 40~60,行程在试模时用按压曲线量出来,不靠手感定。全包封不可拆,所以电池的循环寿命就是产品的寿命上限。

电极界面的做法有两种。按扣式(不锈钢或镀镍)穿壳而过,密封靠按扣根部的 O 形圈加结构压紧,好处是能接标准导联线;导电硅胶电极把接触面做平,没有金属贴皮肤,但体积电阻、接触面积与汗液老化要一起控。指示灯用透明硅胶二次成型或导光柱,透光窗的位置要在模具上预留,不能靠后期开孔。

结构与工艺要点

  • 壁厚分区:薄壁区 0.3~0.8 mm,电池仓区 1.0~1.5 mm,厚薄之间做渐变,避免缩水与回弹不一致。
  • 硬度:外壳邵 A 30~40,按键区 40~60;同一件里分段设计要留过渡区。
  • 成型:低温固化 LSR(模温 80~110 ℃)+延长保压,模腔与电芯温度实测。
  • 应力:低注射速度、分区抽真空、圆角过渡;高元件与连接器位置留避让腔。
  • 内部防护:三防漆或局部灌封,与壳体的透湿路径一起设计。
  • 电池仓:留膨胀余量,避免直接受压;点焊镍片与弹片按电芯型号选。
  • 按键:胶层 0.4~0.8 mm,按压曲线试模时量,批量按同一套参数与模具保养周期控制。
  • 电极:按扣加 O 形圈密封,或导电硅胶电极;开孔位置决定密封方案。
  • 皮肤侧:医疗级铂金硫化、无滑石粉、低迁移;边缘 R1 以上。
  • 洁净:模内不用含硅脱模剂,成型后不清洗直接装配的工序要改。

可选配置

穿戴式心电贴片传感器的可选范围

下表是本类产品的常见范围。尺寸、公差与验收标准按项目图纸确认;生物相容性、清洁消毒与电池运输的具体项目,以目标市场的法规与整机要求为准。

项目可选范围确认方式
适配形态一次性贴片、可重复使用贴片、胸带式模块按佩戴方式与售后策略选
外形尺寸约 40 × 30 至 80 × 60 mm,厚度 6~14 mm按电芯与板厚排布后确认
壁厚薄壁区 0.3~0.8 mm;电池仓区 1.0~1.5 mm剖切样件确认
硬度邵 A 30~60(外壳 30~40,按键区 40~60)按手感与按压曲线打样封样
材料医疗级铂金硫化 LSR;可选低迁移、高抗撕牌号按目标市场与皮肤接触时长选
包封方式全包封、局部包封加硬质盖、硅胶壳体加双面胶复合按可维修性与产量选
电极按扣式(不锈钢、镀镍)、导电硅胶电极、外接导线按导联方式与整机接口确认
电池CR2032、CR1632、薄膜电池;全包封为不可拆按续航与厚度预算选
按键与指示锅仔片按键、透明硅胶透光窗、导光柱按行程与亮度要求确认
防护IPX7(1 m / 30 min)、汗液与酒精擦拭;不承诺高压灭菌按整机清洁规程验证
温度贴皮肤侧 −20~60 ℃;储存 −20~45 ℃按使用与运输条件确认
验证浸水、湿热叠冷热循环、跌落、按键寿命、皮肤刺激与致敏、擦拭消毒、附着力按项目图纸与法规清单约定

结构细节

四个容易做错的地方

这几处样机阶段看不出来,等首批用户戴满一周、或者第一次洗澡之后才暴露。

心电贴片剖面图:圆角方形硅胶外壳内的 PCBA、纽扣电池与按扣电极
沿对角剖开:硅胶外壳包住整块 PCBA 与纽扣电池,锅仔片按键在上盖内侧,两枚按扣电极从底部穿出;薄壁区与电池仓的厚度差在剖面上最清楚。
  • 把全包封当成防水又防潮:液态水挡住了,水汽仍在进出;内部不做防护,几个月后凝露腐蚀焊点,拆开还找不到进水点。
  • 用提高模温换周期:电芯被反复加热,容量与一致性下滑;低温固化加延长保压更稳,代价是模具套数与节拍要重新算。
  • 电池仓按「紧贴」设计:没有膨胀余量,充放电与温度循环后壳体鼓包、按键变硬,最后连按压都测不过。
  • 按键区胶层偏厚:手感发闷、行程被吃掉;先量按压曲线,再定胶层厚度与硬度,顺序反了就要反复试模。

使用场景

贴着皮肤的一周:验收要按真实佩戴做

汗液、擦拭、翻身压到、洗澡时贴着或摘下来,这些才是这枚贴片的真实工况,单看一次浸水说明不了问题。

心电贴片佩戴场景:贴在左胸上方、边缘与皮肤贴合
贴在左胸上方:边缘要服帖、不能翘边;圆角与薄壁过渡决定了长时间佩戴有没有压痕,也决定了揭下时会不会拉扯皮肤。

所以验收建议按三组条件做:一是浸水(IPX7,1 m / 30 min),壳体内不得进水;二是 65 ℃ / 90%RH 放置 48 小时,叠 −20↔60 ℃ 冷热循环 10 次,再做功能与外观检查,这一组抓的是透湿与凝露;三是模拟佩戴——人工汗浸泡与擦拭、反复揭贴,可重复使用的机种按清洁规程做擦拭次数。再补 1.2 m 六面跌落与按键寿命测试,基本覆盖这款件在售后的主要问题。

开模前确认

评估时要对清的三件事

这三项确认后,包封方式、牌号与模具方案才能定稿;尺寸与公差按项目图纸执行。

  • 板厚、电芯型号与位置、按键与透光窗位置:决定壁厚分区、模具抽芯与开孔方案
  • 佩戴方式(一次性或重复使用)、清洁消毒规程、目标市场法规:决定牌号、内部防护与验证清单
  • 年产量与是否要求可维修:决定全包封或局部包封、模具套数与后段测试工位

常见问题

穿戴式心电贴片传感器的常见问题

全包封的贴片能洗澡吗?

按 IPX7 做,短时浸泡没问题;但洗澡是热水加皂液,对密封与胶层是另一套条件,建议按整机的清洁口径验证,而不是只看一次浸水。可重复使用的机种还要一并确认胶贴或绑带在湿水后的固定力。

贴片内部怎么会有冷凝水?

硅胶本身透湿,水汽会从皮肤侧慢慢进来,在昼夜温差下的冷面凝露。所以全包封不等于防潮:内部要靠三防漆、局部灌封或结构上的干燥与透湿路径来管,光加厚壳体没用。

电池能换吗?

全包封不可拆,电池寿命就是产品寿命,这也是这类贴片多做成一次性或按周期更换的原因。要可换电,就得改成局部包封或加电池仓盖,这一步在方案阶段就要定。

电极一定要用金属按扣吗?

不一定。按扣方案成熟、能接标准导联线;导电硅胶电极更平整、无金属接触,但体积电阻、接触面积与汗液老化要一起控。两种做法对壳体开孔与密封的要求不同。

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把板厚、电芯与佩戴方式发给我们评估

说明板厚与元件最高点、电芯型号与位置、佩戴方式与清洁规程、目标市场法规与预计数量,我们先给包封方式与壁厚分区,再安排打样。

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