传统Ag/AgCl湿电极是医疗设备采集心电信号最常用的表面电极。虽然湿电极需要配合导电胶一起使用时可在短期内有效降低接触阻抗从而获得高质量的心电信号,但仍不能忽视湿电极存在的导电膏干涸、皮肤过敏、柔韧性差以及长期测试信号质量不稳定等问题。替代传统湿电极且生物兼容性更好的柔性干电极在半导体技术中得到快速发展。结合目前柔性微针阵列干电极制备工艺的研究现状,本文提出通过深硅刻蚀、HNA湿法腐蚀和PDMS两次翻膜等工艺制成面积为1cm2、衬底厚度为1mm、单微针平均高度为70～90μm以及相邻微针中心距为80～240μm的多种高密度微针阵列干电极。针对固化后PDMS从湿法腐蚀的硅基上脱膜困难以及PDMS与金属层粘附性不佳的问题,提出通过淀积500nm厚度Parylene C薄膜的工艺来解决,利用该薄膜的保形淀积特性可使PDMS更容易从湿法腐蚀后的硅基上完整脱离,同时该薄膜也可作为PDMS与金属之间的粘附层能明显改善金属层出现的褶皱、裂纹和掉落的现象。本文首先介绍了柔性干电极常用的衬底聚合物材料和近期微针干电极的研究进展,提出了 PDMS基底柔性高密度微针阵列结构的干电极。然后对皮肤结构及力学性质的分析,确定了皮肤超弹性材料的本构模型和仿真参数,并进行单个微针与皮肤接触过程的力学行为分析和有限元仿真,得到了单个微针刚度与刺入力的变化趋势和刺入力与刺入位移的变化趋势。通过对柔性微针阵列干电极的结构设计、工艺版图设计和加工方案设计,制定了一套工艺简单、成本低廉、材料生物兼容性好且可批量化生产的制备工艺流程。由扫描电子显微镜对制备过程进行观测可发现硅柱阵列和PDMS微针阵列的形貌较为理想,而硅微针阵列的形貌由腐蚀液配比控制。最后对柔性微针干电极、湿电极和柔性平面干电极进行关键性能的测试,对比结果表明柔性微针干电极的接触阻抗更小更稳定,信噪比较大且相对稳定,采集的心电信号更清晰,适合长期心电信号监测。