CN101112309A

CN101112309A - 硅v形槽板及利用硅v形槽板装配微丝电极阵列的方法

Info

Publication number: CN101112309A
Application number: CNA2006100889459A
Authority: CN
Inventors: 陈弘达; 张若昕; 裴为华; 隋小红
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-01-30

Abstract

一种硅V形槽板，其特征在于，包括：一硅底板，该硅底板为长方体，在其上面的一侧开有一端部贯通的凹槽；在凹槽的另一侧纵向开有多个V形槽。该硅V形槽板便于获得方便可控的电极排布及定位，所制作的电极阵列用于大脑皮层植入提取神经电信号。

Description

硅V形槽板及利用硅V形槽板装配微丝电极阵列的方法

技术领域

本发明涉及微丝电极阵列的装配技术，特别涉及一种硅V形槽板及利用硅V形槽板装配微丝电极阵列的方法。

背景技术

脑电活动与脑区域、脑状态有着密切的关系，是了解人脑信息处理过程的一种极为重要的形式，脑电信号的研究是了解脑活动的机制、人的认知过程何诊断脑疾患的重要手段，也是实现人与外界通讯的新的途径。随着人们对神经系统的不断深入了解，就需要更多更强有力的研究工具，电子与计算机工程师和神经生理学家开始付诸行动，使用基于传感器、激励器和控制系统的器件来满足这样的需要。

为了对大脑活动原理的更深入了解，我们需要更为有效的工具来实现对脑电信号的记录。微机械加工技术的进步已经促使我们制造出多种新型的神经信号记录电极，例如微丝电极、表面电极以及三维立体电极。硅基的表面电极和三维立体电极，制作成本高，工艺复杂，植入时需要特殊装置才可应用，因此限制了其广泛的应用。从上世纪五十年代，David H.Hubel发表了使用钨丝微电极对独立神经元进行记录的方法，到现在TDT等公司出品16通道钨丝电极阵列，以及美国杜克大学Nicolelis实验室所使用的128通道的微丝电极阵列，微金属丝电极被证明是最有效的神经记录用电极。并且具有成本低，制作方法简单，生物相容性好等优点。关于神经记录用微丝电极阵列的相关报道，参见文献：

David H.Hubel，“Tungsten Microelectrode forRecording form Single Units”，Science，New Series，Mar.22，1957，Vol.125，No.3247，pp.549-550.

Miguel A.L.Nicolelis，“Methods for Neural EnsembleRecordings”，CRC Press，1999，pp：2-11

随着研究的进一步深入，为了提高记录效率以及满足研究的需要，多通道电极共同记录是大势所趋，这就需要相应的微丝电极阵列。现在实验中所使用的微金属丝电极阵列，普遍采用直接焊接在印刷电路板(PCB)上的方法，并使用环氧树脂固定以保持其间距。用于神经信号记录的微丝电极直径一般小于100μm，在制作过程中容易弯曲，且不容易固定位置，这就使得其成品率不高，器件一致性不好。

本方法适合小尺寸电极阵列的组装及器件封装，可以方便的根据其半径、间距、排布方式等进行用户定制，实现二维或三维的电极阵列制造。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种硅V形槽板及利用硅V形槽板装配微丝电极阵列的方法，以便于获得方便可控的电极排布及定位，用于大脑皮层植入提取神经电信号。

本发明一种硅V形槽板，其特征在于，包括：

一硅底板，该硅底板为长方体，在其上面的一侧开有一端部贯通的凹槽；在凹槽的另一侧纵向开有多个V形槽。

其中所述的凹槽与V形槽的深度相同，该V形槽中置入微丝电极。

其中所述的凹槽之和的宽度小于或等于V形槽宽度。

其中所述的V形槽与微丝电极的半径r的关系为：

其中所述的V形槽的角度为70.52°。

本发明一种利用硅V形槽板装配微丝电极阵列的方法，其是使用权利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：取一V形槽板及对应V形槽板上的V形槽数量的微丝电极；

步骤2：在V形槽板上的V形槽中排布微丝电极；

步骤3：将放置在V形槽内的微丝电极固定，实现电极阵列的制作。

其中微丝电极是不锈钢、钨、铂、铱金属丝或及其组合的金属丝。

其中该微丝电极的长度大于V形槽的长度。

其中将放置在V形槽内的微丝电极固定，所述的固定是采用导电胶粘覆或是焊接。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1是硅V形槽板和微丝电极的示意图；

图2是将微丝电极放置于V形槽板上的V形槽中的示意图；

图3是将微丝电极固定在V形槽板上的V形槽中的示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图3所示，本发明一种硅V形槽板，其特征在于，包括：

一硅底板20，该硅底板20为长方体，在其上面的一侧开有一端部贯通的凹槽22；在凹槽22的另一侧纵向开有多个V形槽21；其中所述的凹槽22与V形槽21的深度相同，该V形槽21中置入微丝电极10；其中所述的凹槽22之和的宽度小于或等于V形槽21宽度；其中所述的V形槽21与微丝电极10的半径r的关系为：

；其中所述的V形槽21的角度为70.52°。

请再参阅图1至图3所示，本发明一种利用硅V形槽装配微丝电极阵列的方法，其是使用前述的硅V形槽板，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：取一V形槽板20及对应V形槽板20上的V形槽21数量的微丝电极10；其中微丝电极10是不锈钢、钨、铂、铱金属丝或及其组合的金属丝，该微丝电极10的长度大于V形槽21的长度，其超出的长度要大于植入用微丝电极所需长度以及连接端所需长度之和；

步骤2：在V形槽板20上的V形槽21中排布微丝电极10；

步骤3：将放置在V形槽内的微丝电极10固定，所述的固定是采用环氧树脂涂覆并加热固化，使微丝电极的固定，实现电极阵列的制作。

实施例

确定V形槽板20上的V形槽21的尺寸。V形槽21的几何形状能够用于固定圆柱形的微丝电极10，合适的尺寸能够使得微丝电极10在装配后得到平稳的排布，以便使用。根据微丝电极10的直径确定V形槽21深度，其深度应大于微丝电极10的直径，保证其完全处于V形槽板20的上平面以下。由于V形槽板20(硅晶片)的(110)面与(111)面夹角为54.7°，V形槽21角度70.52°。因此V形槽21的开口大小即决定了腐蚀之后的槽深。最小槽开口大小d与微丝半径r的关系为：

。此为V形槽21开口的最小尺寸，同时也是V形槽21间距的最小尺寸，其限定了电极排布的密度。根据所需通道数确定每块V形槽板20(硅片)上的V形槽21数目。所使用的微丝电极直径一般为几十微米至一百微米，使用合适尺寸的微丝电极能够得到较高的阵列排布密度。

根据实际应用的需要截取合适长度的微丝电极10，如图1。分别在两端预留出所需的长度，削尖一端为植入端，根据植入需要预留探针长度；另一端为与接口、前置处理器件等的连接端。

调节好微丝电极10记录端的长度，预留能够满足植入需要的微丝电极10的长度，并且使每根微丝电极10相对位置保持一致，将微丝电极10置于V形槽21内，使其与V形槽21的斜面形成良好接触，斜面与微丝电极完全接触，位置稳定，如图2。

在V形槽21内涂覆液态的环氧树脂，使微丝电极10在V形槽21内的部分完好的浸润于环氧树脂中，以完全固定。这里所使用的环氧树脂，固化前为液态，透明，粘稠度较低，能够良好的填涂于V槽内。

将器件置于在烘箱中加热，使环氧树脂固化，固化后的环氧树脂非常稳定，能够稳定的固定微丝电极10的位置，并对其实现保护。如图3。

将电极阵列与外部电路相连。将V形槽板20(硅片)上的V形槽21固定于PCB版上，将微丝电极10的连接端与PCB版上相应压焊点连接，可以使用导电胶或者焊接方法实现。由于微丝电极10已经固定于V形槽21内，其连接端可以弯曲，而不会影响到植入端的平直程度，因此不会对植入操作产生影响，提高了器件性能的一致性及其产量。

在连接处涂覆环氧树脂并加热固化，以实现微丝电极10之间以及微丝电极10与外界环境的绝缘，并保持连接处的机械稳定性。

本发明针对微丝电极10排布及定位，使用V形槽板20作为基座，将微丝电极10放置在V形槽21中，涂覆绝缘材料即可固定，微丝电极10的间距等可以根据需要进行用户定制。

硅V形槽板(V-groove)：或称硅V型槽板，广泛应用于光纤阵列(Fiber Array)中，用于与光波导器件(如基于AWG的DWDM)、大功率半导体激光器阵列(High Power LaserDiode Array)的精密对准连接。硅单晶具有各向异性的特性，利用这一特性使用表面为(100)晶面的硅片，通过化学各向异性腐蚀的方法，能够制作具有精度高、侧壁光滑、线条笔直的硅V形槽。V形槽的侧壁与表面的夹角为54.7°，因此所得的V形槽角度为70.52°。

根据微金属丝的直径，可以对V形槽的开口大小进行优化，使得金属丝的纵向和横向距离得到精确定制。V形槽21的通道数一般为8、16、32、48、64或根据需要制作，将微丝电极10平行固定于一片V形槽21内能够实现二维电极阵列，如果将多片V形槽板20叠放，则能够实现三维电极阵列。V形槽21长度一般为几个毫米，可以为微丝电极10提供足够的支撑。由于硅为半导体材料，其直接为器件提供了电隔离，并且由于硅具有良好的机械性能以及耐腐蚀耐热等环境稳定性好，该器件可以在多种条件下都能够稳定工作，例如生物体电解液环境。微丝电极10的固定使用环氧树脂，其一般为液态，能够平整的填涂于槽内。由于硅V形槽的工作温度为-60℃ to 150℃，在对环氧树脂进行加热固化的过程中能够保持稳定。

Claims

1.一种硅V形槽板，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，其中所述的凹槽与V形槽的深度相同，该V形槽中置入微丝电极。

3.根据权利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，其中所述的凹槽之和的宽度小于或等于V形槽宽度。

4.根据权利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，其中所述的V形槽与微丝电极的半径r的关系为：

5.根据权利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，其中所述的V形槽的角度为70.52°。

6.一种利用硅V形槽板装配微丝电极阵列的方法，其是使用权利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，包括如下步骤：

步骤2：在V形槽板上的V形槽中排布微丝电极；

7.根据权利要求6所述的利用硅V形槽板装配微丝电极阵列的方法，其特征在于，其中微丝电极是不锈钢、钨、铂、铱金属丝或及其组合的金属丝。

8.根据权利要求6所述的利用硅V形槽板装配微丝电极阵列的方法，其特征在于，其中该微丝电极的长度大于V形槽的长度。

9.根据权利要求6所述的利用硅V形槽板装配微丝电极阵列的方法，其特征在于，其中将放置在V形槽内的微丝电极固定，所述的固定是采用导电胶粘覆或是焊接。