CN105503205A - 植入式器件的密封结构的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种植入式器件的密封结构的制造方法，其包括：准备用于制作陶瓷坯片的具有多个贯通孔的模具；将多根金属柱穿过多个贯通孔，并且将多根金属柱的一端保持；准备陶瓷粉体，并将陶瓷粉体填充到模具；利用模具将陶瓷粉体压制成型，形成陶瓷坯片，并使金属柱穿过陶瓷坯片的上表面和下表面；并且将金属柱与陶瓷坯片一起烧结，由此形成带有金属柱的陶瓷基底，在烧结的过程中，沿着金属柱的长边方向对陶瓷坯片施加压力。相比于现有的烧结工艺，能够使金属柱与陶瓷组织之间更加紧密的结合，由此能够提高密封结构的生物安全性和长期植入可靠性。

Description

植入式器件的密封结构的制造方法

技术领域

本发明涉及一种植入式器件的密封结构的制造方法。

背景技术

目前，植入式器件已经广泛应用于恢复身体功能、提高生命质量或者挽救生命等各个方面。这样的植入式器件例如包括可植入到体内的心脏起搏器、深部脑刺激器、人工耳蜗、人造视网膜等。

由于植入式器件需要植入体内并且长期保留在体内，因此植入到体内的植入式器件需要面临体内的复杂生理环境，这种生理环境条件往往比较苛刻，植入式器件长期植入后有可能与植入部位周围的组织和器官相互作用，例如植入式器件的材料会发生老化、降解、裂解、再交联等物理或化学反应，从而对植入对象造成负面影响例如引起炎症等不良生物反应。因此，对于植入式器件而言，生物安全性、长期植入可靠性等的要求都非常高。通常，为了确保植入式器件的生物安全性、长期植入可靠性等，一方面需要用生物安全性和长期植入可靠性良好的密封壳体将植入式器件中的非生物安全性部件例如硅基芯片、印刷电路板(PCB)等与被植入部位(例如血液、组织或骨骼)隔离；另一方面，还需要从该密封壳体引出例如与刺激部件进行信号交互的功能导线。

考虑到植入式器件的生物安全性，密封壳体常常以生物安全性良好的玻璃、陶瓷等作为基底(substrate)，并且通过在基底上覆盖生物安全性良好的金属盖体等而形成密封结构。在这样的密封结构中，基底通常具有多个通孔(via)，在这些通孔中填充有金属通道(feedthrough)。另外，被封装在该密封壳体内部的电子部件经由这些金属通道而与外部进行信号交互。

发明内容

在现有的植入式器件的密封结构中，通常在作为基底的陶瓷片等钻开(drill)多个圆柱形通孔，然后在这些通孔中插入与通孔直径大致适应的部分包覆有陶瓷管(ceramictube)的金属柱(例如铂金属柱)，然后在金属柱与陶瓷片的边缘进行钎焊，从而形成带有金属柱的陶瓷基底。接着，进一步将带有金属柱的陶瓷基底与金属盖体焊接，从而将陶瓷基底与金属盖体组装在一起而形成密封结构。

然而，在现有的植入式器件的密封结构中，通过钎焊将金属柱与陶瓷基底焊接。在这种情况下，由于在金属柱与陶瓷基底的烧结(共烧)处理的过程中，作为陶瓷基底的陶瓷坯片往往受热不均而引起各个通孔中金属柱的收缩或膨胀度不同，其结果，金属柱与陶瓷坯片的通孔的贴合性不良，导致现有的密封结构的气密性能不佳。

本发明人等经过长期的实践发现，上述现有的密封结构的气密性能不良主要在于，陶瓷坯片与包覆有陶瓷管的金属柱的热膨胀系数(CTE：coefficientofthermalexpansion)并不完全相同，因此，在这种情况下，采用上述现有的工艺将陶瓷坯片与包覆有陶瓷管的金属柱一起烧结后，金属柱与陶瓷坯片的通孔多少会出现贴合不紧密的问题，导致密封结构的气密性能不佳。

本发明有鉴于上述现有技术的状况而完成，其目的在于提供一种能够提高气密性能的植入式器件的密封结构的制造方法。

本发明的一方面所涉及的植入式器件的密封结构的制造方法，其包括：准备用于制作陶瓷坯片的具有多个贯通孔的模具；将多根金属柱穿过所述多个贯通孔，并且将所述多根金属柱的一端保持；准备陶瓷粉体，并将所述陶瓷粉体填充到所述模具；利用所述模具将所述陶瓷粉体压制成型，形成所述陶瓷坯片，并使所述金属柱穿过所述陶瓷坯片的上表面和下表面；并且将所述金属柱与所述陶瓷坯片一起烧结，由此形成带有所述金属柱的陶瓷基底，在所述烧结的过程中，沿着所述金属柱的长边方向对所述陶瓷坯片施加压力。

在本发明所涉及的植入式器件的密封结构的制造方法中，在烧结的过程中，通过利用模具沿着金属柱的长边方向对陶瓷坯片施加压力，使陶瓷坯片的收缩基本沿着大致平行于陶瓷坯片的上下表面的方向进行，因此，相比于现有技术的烧结工艺而言，能够使金属柱与陶瓷基底中的陶瓷组织之间更加紧密的结合，由此能够更加有效地抑制水分、气体或其他成分沿着金属柱与陶瓷基底的接触界面而泄漏到密封结构外部，由此能够提高密封结构的生物安全性和长期植入可靠性。

另外，在本发明所涉及的植入式器件的密封结构的制造方法中，可选地，所述模具由可沿着所述金属柱的所述长边方向相对移动的上模具和下模具构成，所述上模具与所述下模具组装后形成有决定所述陶瓷基底的形状的空腔。由此，能够使制造过程更加容易操作。

另外，在本发明所涉及的植入式器件的密封结构的制造方法中，可选地，在烧结过程中，保持所述金属柱与所述陶瓷坯片的相对位置。在这种情况下，能够使金属柱与陶瓷坯片更好的固定。另外，在本发明所涉及的植入式器件的密封结构的制造方法中，可选地，陶瓷基底由99％以上的氧化铝构成。在这种情况下，所制作的陶瓷基底的生物安全性和所形成的密封结构的气密性更佳。

另外，在本发明所涉及的植入式器件的密封结构的制造方法中，可选地，金属柱由选自铂、铱、铌、钽或金中的至少一种构成。由此，能够得到气密性能更好的密封结构。

另外，在本发明所涉及的植入式器件的密封结构的制造方法中，可选地，所述金属柱的最小直径为50μm至500μm。由此，能够制造密度更高的陶瓷密封结构。

另外，在本发明所涉及的植入式器件的密封结构的制造方法中，可选地，所述陶瓷粉体的颗粒直径为50μm至200μm。由此，能够使金属柱与陶瓷组织结合更紧密。

另外，在本发明所涉及的植入式器件的密封结构的制造方法中，可选地，金属柱由99％以上的铂构成。

另外，在本发明所涉及的植入式器件的密封结构的制造方法中，可选地，在陶瓷粉体中添加有分散剂和粘结剂。

本发明的另一方面所涉及的植入式器件的密封结构的制造方法，其包括：准备长条状的金属柱、以及陶瓷粉体；将所述金属柱插进陶瓷粉体；沿着所述金属柱的长边方向压制所述陶瓷粉体，形成规定形状的具有上表面和下表面的陶瓷坯片；并且将所述金属柱与所述陶瓷坯片一起烧结，由此形成带有所述金属柱的陶瓷基底，在所述烧结的过程中，沿着所述金属柱的长边方向对所述陶瓷坯片施加压力。

在本发明所涉及的植入式器件的密封结构的制造方法中，在烧结的过程中，通过沿着金属柱的长边方向对陶瓷坯片施加压力，使陶瓷坯片的收缩基本沿着大致平行于陶瓷坯片的上下表面的方向进行，因此，相比于现有技术的烧结工艺而言，能够使金属柱与陶瓷组织之间更加紧密的结合，由此能够更加有效地抑制水分、气体或其他成分沿着金属柱与陶瓷基底的接触界面而泄漏到密封结构外部，由此能够提高密封结构的生物安全性和长期植入可靠性。

附图说明

图1是示出了本发明的第一实施方式所涉及的植入式器件的密封结构的立体结构图。

图2是示出了图1所示的植入式器件的密封结构的内部示意图。

图3是示出了图1所示的植入式器件的密封结构的陶瓷基底的平面图。

图4是示出了图3所示的密封结构的陶瓷基底沿着直线A-A'截取的陶瓷基底的截面图。

图5是示出了本发明的第一实施方式所涉及的植入式器件的密封结构的陶瓷基底的制造步骤的流程图。

图6(A)至图6(F)是示出了本发明的第一实施方式所涉及的植入式器件的密封结构的陶瓷基底的制造步骤的示意图。

图7(A)是本发明的第一实施方式所涉及的植入式器件的密封结构的陶瓷基底的制造中所使用的模具的立体透视图，图7(B)是图7(A)所示的模具的立体图沿着B-B'截取的模具的截面图。

图8是示出了本发明的第二实施方式所涉及的植入式器件的密封结构的陶瓷基底的示意截面图。

图9是示出了本发明的第三实施方式所涉及的植入式器件的密封结构的陶瓷基底的示意截面图。

图10是示出了本发明的第四实施方式所涉及的植入式器件的密封结构的陶瓷基底的示意截面图。

图11是示出了本发明的第五实施方式所涉及的植入式器件的密封结构的陶瓷基底的示意截面图。

符号说明：

10、101、102、103、104…密封结构，11、111、112、113、114…陶瓷基底，11c…通孔，12…金属环，13…金属盖，11a…上表面，11b…下表面，20、201、202、203、204…金属柱，30…电子部件，40(40a、40b)…模具。

具体实施方式

以下，参考附图，详细地说明本发明的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。

本发明所涉及的密封结构10可以适用于植入式器件例如包括可植入到体内的心脏起搏器、深部脑刺激器、人工耳蜗、人造视网膜等。另外，本实施方式所涉及的密封结构10也特别适用于高密度陶瓷封装技术。

此外，由于本实施方式所涉及的密封结构10需要置于植入对象的体内，因此，对于本领域技术人员而言，很容易理解到，与血液、组织或骨骼接触的本发明所涉及的密封结构10的外部材料(包括稍后描述的陶瓷基底11、金属环12、金属盖13以及填充于陶瓷基底11的通孔的金属柱20的构成材料等)均需要满足规定标准(例如ISO10993(国际标准)、GB/T16886(中国标准))的生物安全性和长期植入可靠性。

(第一实施方式)

图1是示出了本发明的第一实施方式所涉及的植入式器件的密封结构10的立体结构图。图2是示出了图1所示的植入式器件的密封结构10的内部示意图。

如图1和图2所示，本实施方式所涉及的植入式器件的密封结构10包括陶瓷基底11、金属环12和金属盖13。具体而言，密封结构10通过在陶瓷基底11上设置(例如焊接)有金属环12和金属盖13而形成为具有用于容纳电子部件30的容纳空间的密封体。另外，密封结构10的底部(在本实施方式中是陶瓷基底11)设置有与外部进行电连接(例如为了电刺激)的馈通电极或馈通电极阵列。

另外，如图1所示，密封结构10呈大致圆柱体形状。在本实施方式中，典型的密封结构10的圆柱体的尺寸为，底面的直径约为5mm～40mm，高度约为5mm～40mm。尽管这里示出了密封结构10为圆柱体结构，但是密封结构10的形状并没有特别限制，也可以是其他形状。例如，密封结构10也可以呈大致长方体的形状，典型的长方体形状的尺寸例如为长度10mm×宽度10mm×高度10mm。另外，密封结构10也可以是其他规则形状例如圆柱状、椭圆柱状、三角柱状等，也可以是不规则形状(包括规则形状与不规则形状结合而成的形状)。

在本实施方式中，陶瓷基底11可以由氧化铝(化学式Al₂O₃，其包括单晶的蓝宝石和红宝石、或者多晶α-Al₂O₃)、氧化锆(化学式ZrO₂，其包括氧化镁部分稳定氧化锆(Mg-PSZ))、氧化钇稳定的四方氧化锆多晶(Y-TZP)、或者氧化铈稳定的四方氧化锆多晶(Ce-TZP)等构成。

在本实施方式中，陶瓷基底11优选由96％以上(除非特别指明，这里的百分数均表示质量分数)的氧化铝(Al₂O₃)构成。另外，陶瓷基底11更优选由99％以上的氧化铝构成。此外，陶瓷基底11最优选由99.99％以上的氧化铝构成。

一般而言，在陶瓷基底11中，随着氧化铝(Al₂O₃)质量分数的增加，主晶相增多，陶瓷基底11的物理性能也逐渐提高，例如抗压强度(MPa)、抗弯强度(MPa)、弹性模量(GPa)也相应地提高，由此可以认为会呈现更好的生物安全性和长期可靠性。

在本实施方式中，陶瓷基底11的厚度没有特别限制，例如可以为0.1mm以上且2mm以下。在本实施方式中，陶瓷基底11的厚度优选为0.25mm以上且0.75mm以下。

在本实施方式中，金属环12形成为大致环状结构。金属环12沿着陶瓷基底11的边缘设置而焊接(例如钎焊)于陶瓷基底11上。金属环12的厚度(即环壁的厚度)并没有特别限制，例如在本实施方式中，金属环12的环壁厚度约为0.3mm以上便能够达到良好的支撑强度，例如，金属环12的环壁厚度优选为0.3mm～4mm。另外，金属环12的高度(即沿着与陶瓷基底11的上表面或下表面正交的方向上的环壁的高度)可以根据上述所提及的密封结构10的容纳空间的大小而决定，一般而言，只要能够确保容纳空间内的电子部件30(稍后描述)即可。

另外，金属盖13设置在金属环12上，例如可以通过激光焊接将金属盖13与金属环12焊接在一起。由此，组装在一起的陶瓷基底11、金属环12和金属盖13构成本实施方式的密封结构10(参见图1)。

这里，陶瓷与金属的焊接(例如钎焊)、以及金属与金属的焊接(例如激光焊接)技术均属于本领域技术人员公知的技术，因此，在本说明书中，关于陶瓷与金属、以及金属与金属的焊接技术将不再赘述。

在本实施方式中，金属环12和金属盖13可以由钛及其合金、贵金属(包括金、银和铂族金属(钌、铑、钯、锇、铱、铂))及其合金、医用级(biograde)不锈钢、钽、铌、镍钛诺(Nitinol)、或镍钴铬钼合金(MP35N)等构成。此外，在本实施方式中，金属环12和金属盖13可以由相同的金属材料构成，也可以由不同的金属材料构成。另外，金属环12优选由钛或者钛合金材料构成。金属盖13也优选由钛或者钛合金材料构成。

再者，为了简化制造工艺，在本实施方式所涉及的密封结构10中，金属环12与金属盖13也可以一体成型。例如，金属环12与金属盖13一体形成为金属盖体。

如图2所示，在密封结构10内(具体是密封结构10的容纳空间)，容纳有电子部件30。在本实施方式中，电子部件30可以通过在印刷电路板(PCB)上制作包括例如电阻器、电容器或电感器等分立元器件或者集成电路芯片(IC)例如专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(FPGA)、电可擦除只读存储器(EEPROM)等而构成。另外，电子部件30也可以是其他功能部件，只要能够满足特定植入运用要求的功能即可。

另外，电子部件30经由稍后描述的金属柱20而与密封结构10外部的功能部件(未图示)例如刺激电极电连接。在本实施方式中，电子部件30例如可以起到对输入信号、刺激信号或检测信号等各种信号进行信号处理的作用。

对于植入式器件而言，密封结构10内的电子部件30通过陶瓷基底11而与受刺激侧(例如脑部、视网膜、心脏等)产生交互作用(例如电刺激)。另外，在陶瓷基底11中，也可以从陶瓷基底11延伸出刺激电极而与上述受刺激部位作用。

图3是示出了植入式器件的密封结构10的陶瓷基底11的平面图。图4是示出了图3所示的密封结构10的陶瓷基底11沿着直线A-A'截取的陶瓷基底11的示意截面图。

如图3和图4所示，陶瓷基底11具有上表面11a和下表面11b。另外，陶瓷基底11的上表面11a与下表面11b彼此可以大致相互平行。如图3所示，从陶瓷基底11的平面图看，陶瓷基底11也大致呈圆柱体形状。另外，陶瓷基底11具有多个通孔11c。其中，最外侧的通孔11c与陶瓷基底11的边缘之间保留非功能区域，以保证后续的金属环12可靠地设置在陶瓷基底11上。

在将陶瓷基底11、金属环12和金属盖13组装以构成本实施方式的密封结构10时，可以分别先在陶瓷基底11的上表面11a和下表面11b进行金属图案化(例如金的布线)来形成特定的连接线路(未图示)。然后，图案化后的陶瓷基底11(例如具有连接线路的上表面11a)可以例如通过将电子部件30安装(例如焊接)到陶瓷基底11而与电子部件30接合(bonding)。

在陶瓷基底11上的金属图案化的步骤可以包括金属沉积(deposition)或溅射(sputtering)、光刻(lithography)、刻蚀(etching)等常规工艺步骤，由于这些常规工艺步骤均属于公知技术，因此这里不再赘述。另外，在陶瓷基底11上的金属图案化也可以采用公知的丝网印刷工艺。

另外，金属柱20也可以穿过与外部接触的陶瓷基底11的表面(即下表面11b)而从下表面11b突出。由此，金属柱20可以直接作为刺激电极起作用。

另外，如图3所示，陶瓷基底11具有排列成5×5二维阵列的通孔11c。另外，各个通孔11c可以形成为圆柱孔形状，并且贯通陶瓷基底11而到达陶瓷基底11的上表面11a与下表面11b。换言之，陶瓷基底11形成有贯通上表面11a与下表面11b的通孔11c。

另外，一般而言，通孔11c的中心轴l(参见图4)的方向可以大致与陶瓷基底11的上表面11a和下表面11b垂直。然而，本实施方式的通孔11c的中心轴l并不限于此，例如通孔11c的中心轴l的方向也可以相对于陶瓷基底11的上表面11a或下表面11b有所倾斜，例如倾斜的角度优选约为1°～10°，但是根据情况也可以是其他倾斜角度。

在本实施方式中，尽管示出了通孔11c的数量为25个(5×5个)，但是通孔11c的数量并没有特别限制，可以根据具体需要来决定，例如通孔11c的数量可以为2个以上例如32个、64个，在极端情况下，通孔11c的数量也可以为1个。

尽管在本实施方式中通孔11c的直径没有特别限制，但是出于高密度陶瓷封装的观点，通孔11c的直径可以为0.1mm以上且0.5mm以下。另外，通孔11c也可以是其他形状，只要保证通孔11c能够贯通陶瓷基底11的上表面11a和下表面11b即可。

如图3和图4所示，通孔11c内填充有金属柱20。金属柱20的形状可以与通孔11c配合，由此，金属柱20通过与陶瓷基底11的通孔11c的孔壁之间的结合来有效阻断陶瓷基底11两侧之间气体等的扩散，从而确保高气密性。例如，在通孔11c为圆柱孔形状的情况下，金属柱20的形状可以为圆柱体。

另外，在本实施方式中，金属柱20可以是实心的柱状结构，也可以是中空的柱状结构(未图示)，还可以是其他形状的结构，只要保证位于通孔11c内的金属柱20能够确保陶瓷基底11的上表面11a与下表面11b两侧的电连接即可。这里，金属柱20的数量与通孔11c的数量相对应。

另外，沿着金属柱20的长边方向，金属柱20的直径不一定固定不变，而是可以发生变化的。在本实施方式中，金属柱20的最小直径为50μm至500μm，更优选为100μm至500μm。这里的金属柱20的“最小直径”是指沿着金属柱20的长边方向的金属柱20的直径当中最小的直径。

作为高密度陶瓷封装的典型例子，相邻的金属柱20的中心轴与中心轴(在本实施方式中金属柱20的中心轴与通孔11c中心轴l重合)之间的间距例如可以为0.1mm以上且1mm以下，优选为0.25mm以上且0.5mm以下。如此，可以提高陶瓷基底11中排列金属柱20的数量，从而能够提供具有高密度电极的陶瓷封装。

另外，金属柱20可以由选自铂(Pt)、铱(Ir)、铌(Ni)、钽(Ta)或金(Au)中的至少一种构成。出于生物安全性和长期植入可靠性的观点，金属柱20优选由铂构成，更优选由99％以上的铂构成，最优选由99.99％以上的铂构成。

在本实施方式中，容纳在密封结构10中的电子部件30的输出端(未图示)可以经由焊料或引线与金属柱20电连接，接着，再经由金属柱20而与密封结构10外部的功能部件电连接，由此，电子部件30能够实现与密封结构10外部的功能部件的电连接或信号交互。

另外，在密封结构10的组装过程中，例如在电子部件30(包括印刷电路板、分立元件或集成IC等)安装(例如焊接)在陶瓷基底11上之后，将金属环12沿着陶瓷基底11的边缘焊接(例如钎焊)到陶瓷基底11，接着用硅胶、环氧树脂等树脂填充电子部件30与陶瓷基底11之间的间隙或其他部位，最后将金属盖13焊接(例如激光焊接)到位于陶瓷基底11上的金属环12，由此，得到本实施方式所涉及的密封结构10。

以下，参考图5、图6(A)至图6(F)、图7(A)和图7(B)，详细地说明本实施方式所涉及的密封结构10的陶瓷基底11的制造方法。

其中，图5是示出了本发明的第一实施方式所涉及的密封结构10的陶瓷基底11的制造步骤的流程图。图6(A)至图6(F)(即图6(A)、图6(B)、图6(C)、图6(D)、图6(E)、图6(F))是示出了本发明的第一实施方式所涉及的密封结构10的陶瓷基底11的制造步骤的示意图。图7(A)是本发明的第一实施方式中陶瓷基底11的制造过程中所使用的模具的立体透视图，图7(B)是图7(A)的沿着B-B'截取的模具的截面图。

另外，在图6(A)至图6(F)、图7(A)和图7(B)中，为了便于理解，仅图示了带有排成一行的5根金属柱的陶瓷基底的制造过程的示意图，但是在实际的陶瓷基底的制造中，可以根据需要制作相应数量(例如一根或两根以上)不同排列的金属柱。另外，为了便于说明，图6(A)至图6(F)、图7(A)和图7(B)仅示出陶瓷基底11的制造方法，而对于最终密封结构10的制造，仅需在陶瓷基底11上进一步焊接金属环12和金属盖13即可。

在制造这样的植入式器件的密封结构10的陶瓷基底11时，通过金属柱20的制作、陶瓷粉体的制作、陶瓷坯片的制作等方法来制作包括金属柱20的密封结构10的陶瓷基底11。

在本实施方式的陶瓷基底11的制造过程中，首先，准备多根(在本实施方式是5根)长条状的金属柱20(参见图6(A))(步骤S1)。在本实施方式中，金属柱20呈长条状，其长度并没有特别限制，从便于操作金属柱20的观点看，金属柱20的长度稍大于模具40的高度，或者大于上模具41和下模具42相互配合后的总高度。例如，所准备的金属柱20的典型长度可以为20～100mm。另外，金属柱20的直径也没有特别限制，例如可以为100μm～500μm。此外，所准备的金属柱20例如可以由99％以上的铂(Pt)构成。

另外，在本实施方式中，模具40包括上模具41和下模具42(参见图6(B))。上模具41和下模具42为相互配合的模具。

上模具41具有基部41a和从基部41a突起的凸部41b(例如参见图7(A)和图7(B))。上模具41具有同时贯通基部41a和凸部41b的贯通孔41c1～41c5(即41c1、41c2、41c3、41c4、41c5)。

在本实施方式中，上模具41的基部41a和凸部41b均呈圆柱状结构。在本实施方式中，尽管基部41a和凸部41b均表示为圆柱状结构，但是基部41a和凸部41b也可以是不同的形状，例如基部41a可以是底面为矩形的柱状结构，而凸部41b仍然是圆柱状结构。

另外，凸部41b的形状与稍后描述的凹部42b的形状配合。此外，凸部41b与凹部42b的形状配合后所形成的空间基本决定了陶瓷基底11的形状。具体而言，上模具41和下模具42组装而成的内部空间的形状大致对应于本实施方式所制造的密封结构10的陶瓷基底11的形状。这里，上模具41和下模具42组合而成的内部空间的形状可以根据所制造的密封结构10的形状的变化而变化，例如当密封结构10大致为圆柱状结构时，上模具41和下模具42组合而成的内部空间的形状也大致为圆柱状结构。

另外，在本实施方式中，上模具41能够沿着下模具42的内壁在上下方向(即与下模具42的端面大致垂直的方向)相对移动，也即，上模具41和下模具42例如可沿着金属柱20的长边方向相对移动。

下模具42具有基部42a和形成在基部42a内的凹部42b。基部42a呈大致圆柱体结构。凹部42b也可以呈大致圆柱状结构。另外，凹部42b也可以呈其他形状的结构，只要确保能够与上述的凸部41b的形状相匹配。

另外，下模具42的基部42a形成有贯通凹部42b的底面与下模具42的端面的贯通孔42c1～42c5(即42c1、42c2、42c3、42c4、42c5)。

这里，上模具41的贯通孔41c1～41c5与下模具42的贯通孔42c1～42c5一一对应。另外，为了在上模具41与下模具42配合时，贯通孔41c1～41c5与贯通孔42c1～42c5一一对应，可以分别在上模具41和下模具42设置定位突起和相应的定位孔(未图示)。

接着，将所准备的多根长条状的金属柱20依次插入到模具40的贯通孔42c1～42c5中(步骤S2)。具体而言，将所准备的多根(在本实施方式中是5根)长条状的金属柱20插入到下模具42的贯通孔42c1～42c5(如图6(C))。

在本实施方式中，将多根金属柱20插入到下模具42的贯通孔42c1～42c5的工序可以由机器进行，也可以由手工操作。

另外，为了方便将金属柱20插入到下模具42的贯通孔42c1～42c5和稍后要插入的上模具41的贯通孔41c1～41c5中，模具40中的贯通孔的直径(上模具41的贯通孔41c1～41c5的直径和下模具42的贯通孔42c1～42c5的直径)大于(通常略大于即可)金属柱20的直径。

在将金属柱20依次插入到下模具42的42c1～42c5时，优选使金属柱20的一端从下模具42的端面伸出(例如从下模具42的端面稍微伸出)，并且将伸出的部分例如用夹具保持，由此能够确保金属柱20与下模具42之间的相对位置。

接着，准备用于烧成后构成本实施方式所涉及的陶瓷基底11的陶瓷粉体，并且利用模具将陶瓷粉体压制成陶瓷坯片(步骤S3)。此时，金属柱20插入到该陶瓷粉体。

具体而言，在步骤S3中，将所准备的陶瓷粉体填充于下模具42，并且将上模具41与下模具42组装在一起。接着，沿着金属柱20的长边方向压制由上模具41和下模具42所夹持的陶瓷粉体，从而形成规定形状的具有上表面和下表面的陶瓷坯片。另外，陶瓷粉体也可以在步骤S3之前例如在步骤S1中准备。

一般而言，陶瓷粉体的颗粒越细，活化程度越高，则粉体就容易进行陶瓷烧结，而且陶瓷烧结的温度越低。因此，本发明中的用于陶瓷基底11的陶瓷粉体优选使用平均粒径例如为20μm至200μm的陶瓷粉末。通过使陶瓷粉体的平均粒径落在该范围内，从而能够制造致密性良好的陶瓷坯片。

在本实施方式中，陶瓷粉体的制作没有特别限定，例如可以通过用均质混合机将陶瓷粉末、有机载体等混合之后，在三辊机或者球磨机、棒磨机中进行分散、混练来制作。上述有机载体是使粘结剂树脂溶解于溶剂而得到的有机载体。作为有机载体所使用的粘结剂树脂没有特别限制，可以例示乙基纤维素、丙烯酸树脂等通常的各种粘结剂树脂。另外，有机载体所使用的溶剂也没有特别限制，使用通常的溶剂例如水、乙醇等即可。

另外，陶瓷粉体的制作也可以通过将固体状的陶瓷块通过球磨机进行粉碎后来得到(机械粉碎法)。

在上述陶瓷粉体的制作中，所调配的陶瓷粉体优选以质量分数为96％以上的氧化铝(Al₂O₃)为主成分。另外，陶瓷粉体中氧化铝所占的质量分数优选98％以上、更优选为99％以上。此外，陶瓷粉体可以添加适当比例的分散剂、粘结剂等。

在将上模具41与下模具42进行组装时，将已经插入到下模具42的贯通孔42c1～42c5的金属柱20(具体是金属柱20的另一端)也插入到上模具41的贯通孔41c1～41c5。同样地，金属柱20的另一端也从上模具41的端面伸出。

然后，将组装在一起的上模具41和下模具42(包括金属和陶瓷坯片)置于烧结炉进行烧结(步骤S4)。在烧结过程中，对组装在一起的上模具41和下模具42(以下统称为“模具40”)的两个端面施加压力。即，在烧结的过程中，例如沿着金属柱20的长边方向对陶瓷坯片施加压力。

另外，在烧结的过程中，可以利用模具40也可以利用其它工具例如夹具等保持金属柱20与陶瓷坯片的相对位置。由此，能够使金属柱20与陶瓷坯片在烧结的过程中更加紧密的结合。

在本实施方式中，烧结温度例如为1450～1650℃，更优选为1500～1650℃。在陶瓷烧结(热压烧结)过程中，例如呈玻璃相的氧化铝朝着金属柱20的方向开始收缩，使氧化铝与金属柱20紧密贴合，形成带有金属柱20的陶瓷基片(参见图6(D)和图6(E))。

作为烧结工序中所使用的烧结炉，例如可以例示升降型分批式气氛烧结炉、推杆式炉、带式炉等。

作为烧结条件，优选可以在真空条件下，压力约为0.5MPa～10MPa进行。升温速度、保持时间没有特别限制，例如以500℃/h以上且1500℃/h以下的升温速度，保持时间为10分钟以上且2小时以下。

最后，将从陶瓷基片表面突出的多余的金属柱去除，并且将陶瓷基片切成多片所需厚度的陶瓷基底11(步骤S5)。另外，也可以根据需要对陶瓷基底11进行抛光。由此，得到本实施方式所涉及的陶瓷基底11(参见图6(F))。

另外，在步骤S5中，将陶瓷基片切断成单片的方法没有特别限制，例如，可以列举内圆切割法、外圆切割法、压切切断法或者划片刀法、激光切割法等。

在上述陶瓷基底的制造过程中，在烧结之前，可以先进行脱粘结剂工序。脱粘结剂工序中的条件可以在常压下、保持温度为500℃以上且900℃以下的条件下进行。另外，升温速度、保持时间没有特别限制。

另外，可选地，可以将如以上方式所得到的陶瓷基底11例如通过滚筒研磨、喷砂等实施端面研磨，烧接金属图案化用的金属膏体，从而在陶瓷基底11的上表面11a或下表面11b形成连接引线。

此外，在陶瓷基底11制作完毕后，将电子部件30例如通过焊接安装到陶瓷基底11上，并将金属环12例如钎焊到陶瓷基底11，接着用硅胶等填充电子部件30与陶瓷基底11之间的间隙或其他部位，并将金属盖13焊接(激光焊接)到陶瓷基底11，由此，得到气密性得以改善的密封结构10。

(第二实施方式)

以下，参考图8，说明本发明的第二实施方式所涉及的植入式器件的密封结构101。在下面的描述中，为了便于理解，图8至图11的密封结构均只示出陶瓷基底部分，省略了金属环和金属盖部分的描述。

图8示出了植入式器件的密封结构101的陶瓷基底111的结构示意图。为了便于说明，这里的密封结构101仅示出了与第一实施方式所涉及的植入式器件的密封结构10不同的部分。如图8所示，本发明的第二实施方式所涉及的植入式器件的密封结构101的陶瓷基底111与本发明的第一实施方式所涉及的植入式器件的密封结构10的陶瓷基底11的不同点在于，金属柱201是由柱本体201a和柱突起201b构成的柱状结构。

具体而言，在本实施方式所涉及的植入式器件的密封结构101中，金属柱201是由柱本体201a和柱突起201b构成的柱状结构。如图8所示，沿着柱本体201a的长度方向(即垂直于陶瓷基底11的表面的方向)，在柱本体201a的一部分形成有围绕柱本体201a设置的柱突起201b。其中，柱本体201a的半径小于柱突起201b的半径。另外，柱本体201a与柱突起201b可以一体成型。

此外，柱突起201b从柱本体201a突起的高度没有特别限制，一般而言，相对于金属柱201的柱本体201a具有明显的向外(远离柱本体201a)突起的高度。优选地，柱突起201b从金属柱201朝向外侧(远离柱本体201a)突起的高度为金属柱201的柱本体201a的半径的三分之一以上且二分之一以下。在这种情况下，金属柱201中的柱突起201b能够与陶瓷基底111的陶瓷组织更加充分的接触，由此能够提高金属柱201与陶瓷基底111紧密贴合的效果。

在本实施方式中，柱突起201b的半径大于柱本体201a的半径，即，在金属柱201的与陶瓷基底111的接触界面，形成有凹凸结构，由此，金属柱201与陶瓷基底111的接触面积大大增加。因此_，相比于半径没有变化的通孔而言，能够更加有效地抑制水分、气体或其他成分沿着金属柱201与陶瓷基底111的接触界面而泄漏到密封结构101外部，由此能够提高密封结构101的生物安全性和长期植入可靠性。

在本实施方式中，尽管示出了金属柱201由大致圆柱体的柱本体201a和大致圆柱体的柱突起201b构成，但是金属柱201也可以是其他形状，例如金属柱201可以由大致矩形体的柱本体和大致矩形体的柱突起构成(未图示)。此外，金属柱201也可以由大致圆柱体的柱本体和具有缺口的圆柱体(例如扇形柱体(包括连续和分离的扇形))的柱突起构成。

此外，本发明的第二实施方式所涉及的植入式器件的密封结构101的陶瓷基底111的制造方法与本发明的第一实施方式所涉及的植入式器件的密封结构10的陶瓷基底11的制造方法基本相同，其不同之处仅在于所准备的金属柱201的上述结构。

(第三实施方式)

以下，参考图9，说明本发明的第三实施方式所涉及的植入式器件的密封结构102。

图9是示出了本发明的第三实施方式所涉及的植入式器件的密封结构102的陶瓷基底112的示意截面图。为了便于说明，这里的密封结构102仅示出了与第一实施方式所涉及的植入式器件的密封结构10不同的部分。如图9所示，本发明的第三实施方式所涉及的植入式器件的密封结构102的陶瓷基底112与本发明的第一实施方式所涉及的植入式器件的密封结构10的陶瓷基底11的不同点在于，陶瓷基底112中的金属柱202由柱本体202a和两个柱突起202b1、202b2构成。

具体而言，在本实施方式所涉及的植入式器件的密封结构102中，金属柱202是由柱本体202a和两个柱突起202b1、202b2构成的柱状结构。如图9所示，沿着柱本体202a的长度方向，在柱本体202a的一部分的不同的两处形成有围绕柱本体202a设置的两个柱突起202b1、202b2。其中，柱本体202a的半径小于两个柱突起202b1、202b2的半径。另外，柱本体202a与两个柱突起202b1、202b2可以一体成型。

在本实施方式中，两个柱突起202b1、202b2的半径大于柱本体202a的半径，即，在金属柱202的与陶瓷基底112的接触界面，形成有凹凸结构，由此，金属柱202与陶瓷基底112的接触面积进一步增加。因此，相比于半径没有变化的通孔而言，能够更加有效地抑制水分、气体或其他成分沿着金属柱202与陶瓷基底112的接触界面而泄漏到密封结构102外部，由此也能够提高密封结构102的生物安全性和长期植入可靠性。

另外，尽管本发明的第三实施方式所涉及的植入式器件的密封结构102的陶瓷基底112的金属柱202示出仅两个柱突起202b1、202b2的情形，但是，本领域技术人员应该理解，本实施方式的金属柱202的柱突起也可以是三个或三个以上的情形。

另外，尽管在本实施方式中示出了两个柱突起202b1、202b2的半径相等，但是两个柱突起202b1、202b2的半径也可以是不同的。

此外，本发明的第三实施方式所涉及的植入式器件的密封结构102的陶瓷基底112的制造方法与本发明的第一实施方式所涉及的植入式器件的密封结构10的陶瓷基底11的制造方法基本相同，其不同之处仅在于所准备的金属柱202的上述结构。

(第四实施方式)

以下，参考图10，说明本发明的第四实施方式所涉及的植入式器件的密封结构103。

图10是示出了本发明的第四实施方式所涉及的植入式器件的密封结构103的陶瓷基底113的示意截面图。为了便于说明，这里的密封结构103仅示出了与第一实施方式所涉及的植入式器件的密封结构10不同的部分。如图10所示，本发明的第四实施方式所涉及的植入式器件的密封结构103的陶瓷基底113与本发明的第一实施方式所涉及的植入式器件的密封结构10的陶瓷基底11的不同点在于，陶瓷基底113中的金属柱203由柱本体203a和螺纹突起203b构成。

具体而言，在本实施方式所涉及的植入式器件的密封结构103中，金属柱203是由柱本体203a和螺纹突起203b构成的柱状结构。如图10所示，沿着柱本体203a的长度方向，在柱本体203a的一部分，形成有围绕柱本体203a设置的螺纹突起203b。其中，柱本体203a的半径小于螺纹突起203b的半径。另外，柱本体203a与螺纹突起203b可以一体成型。

在本实施方式中，螺纹突起203b的外径大于柱本体203a的半径，即，在金属柱203的与陶瓷基底113的接触界面，形成有凹凸结构，由此，金属柱203与陶瓷基底113的接触面积进一步增加，而且螺纹突起203b更容易与陶瓷基底113的陶瓷组织嵌合。因此_，相比于半径没有变化的通孔而言，能够更加有效地抑制水分、气体或其他成分沿着金属柱203与陶瓷基底113的接触界面而泄漏到密封结构103外部，由此也能够提高密封结构103的生物安全性和长期植入可靠性。

此外，本发明的第四实施方式所涉及的植入式器件的密封结构103的陶瓷基底113的制造方法与本发明的第一实施方式所涉及的植入式器件的密封结构10的陶瓷基底11的制造方法基本相同，其不同之处仅在于所准备的金属柱203的上述结构。

(第五实施方式)

以下，参考图11，说明本发明的第五实施方式所涉及的植入式器件的密封结构104。

图11示出了本发明的第五实施方式所涉及的植入式器件的密封结构104的陶瓷基底114的示意截面图。为了便于说明，这里的密封结构104仅示出了与第一实施方式所涉及的植入式器件的密封结构10不同的部分。如图11所示，本发明的第五实施方式所涉及的植入式器件的密封结构104的陶瓷基底114与本发明的第一实施方式所涉及的植入式器件的密封结构10的陶瓷基底11的不同点在于，陶瓷基底114中的金属柱204由柱本体204a和柱凹陷204b构成。

具体而言，在本实施方式所涉及的植入式器件的密封结构104中，金属柱204是由柱本体204a和柱凹陷204b构成的柱状结构。如图11所示，沿着柱本体204a的长度方向，在柱本体204a的一部分，形成有围绕柱本体204a设置的柱凹陷204b。其中，柱本体204a的半径大于柱凹陷204b的半径。另外，柱本体204a与柱凹陷204b可以一体成型。

在本实施方式中，在金属柱204的与陶瓷基底114的接触界面，形成有凹凸结构(在本实施方式中，柱凹陷204b的半径小于柱本体204a的半径)，由此，金属柱204与陶瓷基底114的接触面积进一步增加，另外，陶瓷基底114的陶瓷组织也能嵌入金属柱204。因此_，相比于半径没有变化的通孔而言，能够更加有效地抑制水分、气体或其他成分沿着金属柱204与陶瓷基底114的接触界面而泄漏到密封结构104外部，由此也能够提高密封结构104的生物安全性和长期植入可靠性。

另外，尽管本发明的第五实施方式所涉及的植入式器件的密封结构104的陶瓷基底114的金属柱204示出仅一个柱凹陷204b的情形，但是，本领域技术人员应该理解，本实施方式的金属柱204的柱凹陷也可以是两个或两个以上的情形。

此外，本发明的第五实施方式所涉及的植入式器件的密封结构104的陶瓷基底114的制造方法与本发明的第一实施方式所涉及的植入式器件的密封结构10的陶瓷基底11的制造方法基本相同，其不同之处仅在于所准备的金属柱204的上述结构。

虽然以上结合附图和实施方式对本发明进行了具体说明，但是其并不是为了限制本发明，应当理解，对于本领域技术人员而言，在不偏离本发明的实质和范围的情况下，可以对本发明进行变形和改变，这些变形和改变均落入本发明的权利要求所保护的范围内。

例如，在上述第一至第五实施方式中，使用了一套模具40(包括上模具41和下模具42)来制作陶瓷基底，但是也可以使用多套模具来进行。例如，在压制陶瓷坯片时，可以使用一套模具40，而在烧结陶瓷坯片时可以使用另一套相同或不同的模具。

Claims (10)

1.一种植入式器件的密封结构的制造方法，其特征在于：

包括：

准备用于制作陶瓷坯片的具有多个贯通孔的模具；

将多根金属柱穿过所述多个贯通孔；

准备陶瓷粉体，并将所述陶瓷粉体填充到所述模具；

利用所述模具将所述陶瓷粉体压制成型，形成所述陶瓷坯片，并使所述金属柱穿过所述陶瓷坯片的上表面和下表面；并且

将所述金属柱与所述陶瓷坯片一起烧结，由此形成带有所述金属柱的陶瓷基底，

在所述烧结的过程中，沿着所述金属柱的长边方向对所述陶瓷坯片施加压力。

2.如权利要求1所述的植入式器件的密封结构的制造方法，其特征在于：

所述模具由可沿着所述金属柱的所述长边方向相对移动的上模具和下模具构成，

所述上模具与所述下模具组装后形成有决定所述陶瓷基底的形状的空腔。

3.如权利要求1所述的植入式器件的密封结构的制造方法，其特征在于：

在所述烧结过程中，保持所述金属柱与所述陶瓷坯片的相对位置。

4.如权利要求1～3中的任一项所述的植入式器件的密封结构的制造方法，其特征在于：

所述陶瓷基底由99％以上的氧化铝构成。

5.如权利要求1～3中的任一项所述的植入式器件的密封结构的制造方法，其特征在于：

所述金属柱由选自铂、铱、铌、钽或金中的至少一种构成。

6.如权利要求1～3中的任一项所述的植入式器件的密封结构的制造方法，其特征在于：

所述金属柱的最小直径为50μm至500μm。

7.如权利要求1～3中的任一项所述的植入式器件的密封结构的制造方法，其特征在于：

所述陶瓷粉体的颗粒直径为50μm至200μm。

8.如权利要求1～3中的任一项所述的植入式器件的密封结构的制造方法，其特征在于：

所述金属柱由99％以上的铂构成。

9.如权利要求1～3中的任一项所述的植入式器件的密封结构的制造方法，其特征在于：

在所述陶瓷粉体中添加有分散剂和粘结剂。

10.一种植入式器件的密封结构的制造方法，其特征在于：

包括：

准备长条状的金属柱、以及陶瓷粉体；

将所述金属柱插进所述陶瓷粉体；

沿着所述金属柱的长边方向压制所述陶瓷粉体，形成规定形状的具有上表面和下表面的陶瓷坯片；并且

将所述金属柱与所述陶瓷坯片一起烧结，由此形成带有所述金属柱的陶瓷基底，

在所述烧结的过程中，沿着所述金属柱的长边方向对所述陶瓷坯片施加压力。