可穿戴无创血糖传感器 PCB 可靠性保障：应对人体佩戴的复杂环境

一、机械可靠性保障：应对长期弯曲与磨损

• 弯曲可靠性设计：
  • 基材与铜箔选择：PI 基材厚度 0.08mm（兼顾柔性与强度），压延铜箔（延展性≥15%，弯曲时不易断裂），避免在弯折区域布置元件（预留 2mm 空白，如手腕 PCB 的弯曲处无任何电阻电容）；
  • 线路优化：弯折区域的线路呈弧形（半径≥2mm），避免直角（直角易应力集中），线路宽度比其他区域宽 20%（如其他区域 0.1mm，弯折区 0.12mm），增加抗断裂能力；
• 弯曲测试标准与优化：
  • 测试标准：按 IEC 60068-2-14 执行，弯曲半径 5mm，弯曲频率 1 次 / 秒，弯曲次数 10000 次（模拟 1 年佩戴）；
  • 失效判定：测试后线路导通率＜100% 或导通电阻增加＞50% 为失效；
  • 优化案例：某 PCB 初期在弯折区布置 0201 元件，弯曲 5000 次后元件脱落；移除弯折区元件，线路加宽至 0.12mm，弯曲 10000 次后无失效。
• 耐磨损设计与测试：
  • 表面防护：PCB 表面涂覆 10μm 厚的聚酰亚胺涂层（耐磨系数 0.2，低于硅氧烷涂层的 0.3），增强耐磨性；
  • 测试标准：按 ISO 105-X12 执行，耐磨仪加载 500g 砝码，摩擦次数 1000 次（模拟日常与衣物摩擦）；
  • 标准：测试后涂层无脱落，铜箔无暴露（暴露会导致汗液腐蚀）。

二、环境适应性保障：抵抗汗液与温度波动

• 耐汗液腐蚀设计：
  • 表面处理：采用沉金工艺（金层厚度 0.5μm，耐腐蚀性优于镀锡），或在铜箔表面涂覆 5μm 厚的氮化铝涂层（耐汗液腐蚀，且生物相容）；
  • 密封设计：PCB 边缘与传感器外壳连接处用医用级硅胶密封（如道康宁 732），防止汗液渗入 PCB 内部；
• 耐汗液测试标准与优化：
  • 测试标准：按 IEC 60068-2-58 执行，人工汗液（NaCl 0.9%、乳酸 0.5%，pH 6.0）浸泡，温度 37℃，时间 240 小时（模拟 10 天佩戴）；
  • 检测项目：测试后线路腐蚀面积≤1%，绝缘电阻≥10¹?Ω（500V DC）；
  • 优化案例：某 PCB 用镀锡表面处理，耐汗液测试 120 小时后铜箔腐蚀；改用沉金 + 氮化铝涂层，240 小时后无腐蚀。
• 温度适应性设计与测试：
  • 材料选型：PI 基材 Tg≥260℃，粘结剂耐温 - 40-150℃（覆盖人体温度与存储温度）；
  • 测试标准：按 IEC 60068-2-1 执行，温度循环 - 20℃（30min）→37℃（30min），循环 100 次；
  • 标准：测试后 PCB 无分层，线路导通率 100%，信号采集误差变化≤2%。

三、电气可靠性保障：确保低功耗与信号稳定

• 低功耗稳定性设计：
  • 电源线路优化：铜箔厚度 1oz，线宽 0.15mm，压降≤50mV（避免电源损耗增加），电源滤波电容选用低漏电流型号（如 X7R 陶瓷电容，漏电流≤1nA）；
  • 测试标准：常温（25℃）下，PCB 待机电流≤10μA，连续测试 30 天，电流变化≤10%；
  • 优化案例：某 PCB 初期待机电流 12μA，更换低漏电流电容后降至 8μA，30 天变化率 5%。
• 信号完整性可靠性设计：
  • 模拟信号链路：低噪声运放（AD8233）靠近传感元件（距离≤3mm），线路屏蔽（包地处理，屏蔽层接地电阻≤10mΩ）；
  • 测试标准：连续采集 1000 组模拟信号（μV 级），信号噪声标准差≤5nV，误差变化≤1%；
  • 优化案例：某 PCB 模拟线路无屏蔽，信号噪声标准差 12nV；增加包地屏蔽后，降至 4nV。

四、生物安全性保障：避免皮肤刺激与过敏

• 生物相容性设计：
  • 材料选择：所有与皮肤接触的材料（基材、表面处理、涂层）需通过 ISO 10993 认证，避免使用含铅、镍、甲醛的材料；
  • 表面处理：沉金工艺无镍打底，涂层选用医用级硅氧烷（无致敏成分）；
• 生物安全性测试：
  • 细胞毒性测试（ISO 10993-5）：PCB 提取物与 L929 细胞共培养，细胞存活率≥90%；
  • 皮肤刺激测试（ISO 10993-10）：200 人皮肤贴片测试（贴敷 48 小时），刺激反应率≤1%；
  • 致敏测试（ISO 10993-10）：豚鼠致敏测试，致敏率≤0%。