CN105749421B - 可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，包括：提供上表面具有至少一个环形凹槽的导电硅基板；在导电硅基板的上表面形成绝缘连接层，使得所述环形凹槽所包围的柱状体的上表面与导电硅基板的上表面通过绝缘连接层相连；使所述柱状体的上、下表面暴露出来；在柱状体的上、下表面形成导电焊接盘；在导电硅基板的下表面以及绝缘连接层的上表面分别形成具有生物兼容性的薄膜；在导电硅基板上设置具有生物兼容性的金属环，金属环包围在导电硅基板上表面形成的所有导电焊接盘；在金属环上设置具有生物兼容性的金属盖，形成容纳电路板的密闭空间。本方法能够保证气密性高，生物兼容性好，制造难度较低，更容易推广。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学工程领域，尤其涉及一种可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法。
背景技术
视觉为人类认识世界提供了重要的途径，70％以上的外界信息需要通过视觉来传达。全球约有1000万人因视网膜的光感受细胞丧失而失明，但其中大多数光感受细胞受损的病人，其余的视觉通路依然是完好的。目前针对这类致盲疾病，临床上尚无方法治疗。为了挽救这类特殊的病人，我们采用与临床上十分成功的人工耳蜗相似的原理，利用人造视网膜，以功能修复的方式恢复病人的部分视觉功能，成为一种极有前景的治疗方法。近十多年来，通过模拟视网膜光感受细胞功能，设计和研制一种人造视网膜假体，成为了国内外研究的热点。
人造视网膜是一类基于植入式视网膜电刺激的有源三类医疗植入物，用于为光感受器细胞受损的视网膜色素变性或老年性黄斑病变患者重建部分视觉。其工作原理是通过相机摄取图像进行处理，用无线传输方式将信号传送至植入人眼内封装体中的IC芯片处理信号，最后产生与图像对应的电信号传输至电极完成电刺激。
人造视网膜的分为体外设备和体内设备两大组件。体内植入设备主要由电极、封装和集成三块构成。其中封装技术，其作用是对芯片和引线等内部结构提供支持和保护，使之不受外部环境的干扰和腐蚀破坏；封装体的气密性和生物兼容性直接影响植入式医疗器件的安全性和有效性，是整个项目植入式的关键部分。
国外现有的硅封装体制造方法如下：
1.在Al2O3纯度≥99％高纯氧化铝生瓷片上钻盲孔；
2.向孔中插入铂丝；
3.加热硅与铂丝至1600℃左右烧结，然后再缓慢冷却至室温，目的是使硅收缩压紧铂丝形成一个密封区域。
但是，此烧结方法难度较大，烧结后很难保证所有的铂丝都被压紧，即很难满足气密性的要求。如果气密性不足，人体眼内的体液与封装体内没有生物兼容性的芯片环境可能会相互渗透扩散，封装体内不兼容的物质会渗透至体液中对人体造成伤害。
此外，此烧结方法还需持续向烧结炉中通入氢气还原，容易发生爆炸，危险性较高，需专业的设备与专业人员才能操作，所有很难将此烧结方法推广。
发明内容
本发明实施例提出一种可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，能够保证气密性高，避免封装体内不兼容的物质渗透至体液中对人体造成伤害，生物兼容性好，制造难度较低，更容易推广。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，包括如下步骤：
(1)提供上表面具有至少一个环形凹槽的导电硅基板；
(2)在所述导电硅基板的上表面形成绝缘连接层，使所述环形凹槽所包围的柱状体的上表面和所述导电硅基板的上表面通过所述绝缘连接层连接起来；
(3)使所述环形凹槽向下贯通所述导电硅基板以暴露所述柱状体的下表面，并使所述柱状体的上表面也暴露出来；
(4)在所述柱状体的上表面和下表面分别形成具有生物兼容性的导电焊接盘；
(5)在所述导电硅基板的下表面以及所述绝缘连接层的上表面分别形成具有生物兼容性的薄膜；
(6)在所述导电硅基板上设置具有生物兼容性的金属环，所述金属环包围在所述导电硅基板上表面形成的所有导电焊接盘；
(7)在所述金属环上设置具有生物兼容性的金属盖，形成容纳电路板的密闭空间。
作为更优选地，在步骤(1)中所提供的导电硅基板为重掺杂磷的硅基板。在硅基板中重掺杂磷的目的是使得硅基板可导电，但本发明不限于重掺杂磷的方式，还可以是重掺杂与磷同族的元素，同样可以使得硅基板可导电。
作为更优选地，在步骤(1)中所提供的导电硅基板的横截面为圆形。采用横截面为圆形的结构使得产品更适合放入人体内。
作为更优选地，所述导电硅基板的厚度小于或等于500μm，所述导电硅基板的横截面的直径小于或等于10mm。产品尺寸需尽可能小，使得产品能顺利植入至人眼中。
作为更优选地，在步骤(1)中，所述导电硅基板上表面的环形凹槽通过刻蚀来形成。
作为更优选地，所述环形凹槽的外环直径为130～160μm，所述环形凹槽的内环直径为80～110μm，任意两个所述环形凹槽的中心距离小于或等于500μm，使得产品满足机械强度、抗弯强度和高密度的要求。此外，所述环形凹槽的深度应该在导电硅基板未被刻蚀穿的情况下尽可能深。
作为更优选地，在步骤(2)中，所述在所述导电硅基板的上表面形成绝缘连接层通过在所述导电硅基板的上表面沉积二氧化硅实施。所述绝缘连接层是用于连接柱状体的上表面以及导电硅基板的上表面，还用于使得柱状体和导电硅基板之间不导电。因此，所述绝缘连接层要求机械强度高以及绝缘性好。沉积二氧化硅是因为二氧化硅和硅的结合强度高，同时具有良好绝缘性、机械强度和一定的生物兼容性。
作为更优选地，在步骤(3)中，所述使所述环形凹槽向下贯通所述导电硅基板以暴露所述柱状体的下表面的方法是通过对所述导电硅基板的下表面化学机械抛光实施。
作为更优选地，在步骤(3)中，所述使所述柱状体的上表面暴露出来通过刻蚀位于所述柱状体上表面的绝缘连接层实施。
作为更优选地，在步骤(4)中，所述在所述至少一个柱状体的上表面和下表面分别形成具有生物兼容性的导电焊接盘通过溅射技术、蒸镀或丝网印刷技术实施。
作为更优选地，所述溅射技术为磁控溅射技术。
作为更优选地，所述导电焊接盘为铂焊接盘。采用铂材料的焊接盘能够提高产品的生物兼容性。
作为更优选地，步骤(5)中的在所述导电硅基板的下表面以及所述绝缘连接层上分别形成具有生物兼容性的薄膜通过沉积实施。
作为更优选地，所述具有生物兼容性的薄膜为超细纳米金刚石薄膜或C型碳化硅薄膜和Parylene-C薄膜。
作为更优选地，所述方法还包括在步骤(5)之后执行氦气检漏步骤，选择泄漏率<10-9Pa·m3/s的产品进行后续步骤。若氦气泄漏率过大，人体眼内的体液与封装体内没有生物兼容性的芯片环境可能会相互渗透扩散，封装体内不兼容的物质会渗透至体液中对人体造成伤害。因此，泄漏率一定要满足<10-9Pa·m3/s，否则产品不合格，需重新设计生产。
作为更优选地，所述方法还包括在步骤(6)的在所述导电硅基板上设置具有生物兼容性的金属环之前对所述导电硅基板进行金属化处理。由于硅的热膨胀系数与金属的热膨胀系数相差较大，直接焊接容易开裂与脱落，故在钎焊前最好将导电硅基板金属化，即镀上一层金属膜，金属膜再与金属环直接钎焊，能够使得导电硅基板与金属环更好地焊接在一起。
作为更优选地，所述金属化处理通过在所述导电硅基板上镀钛实施。
作为更优选地，在步骤(7)中，所述在所述导电硅基板上设置具有生物兼容性的金属环通过钎焊技术实施。
作为更优选地，所述钎焊技术使用选自钛、铂、铱、钯、铌、钽中的任意一种材料或它们的合金作为焊料。钛、铂、铱、钯、铌、钽是具有生物兼容性的材料，所述导电硅基板与所述金属环之间的焊料采用具有生物兼容性的材料，进一步提高产品的生物兼容性。需要说明的是，焊料中不能含有锡、银等生物不兼容的材料。
作为更优选地，所述钎焊技术为真空钎焊，能够防止钎焊过程中导电硅基板受到污染。
作为更优选地，所述真空钎焊在温度小于或等于1100℃的条件下实施，能够保护导电硅基板不被烧毁。
作为更优选地，步骤(7)的在所述金属环上设置具有生物兼容性的金属盖通过焊接技术实施。
作为更优选地，所述焊接技术为激光焊接。激光焊接不需要添加焊料，只需将两部分母材直接熔化粘结在一起，不会引入生物不兼容的材料污染封装体。
作为更优选地，所述金属环为钛环。
作为更优选地，所述金属盖为钛盖。由于钛具有良好的生物兼容性，广泛用作心脏起搏器和脑起搏器的壳体，采用钛环作为金属环以及采用钛盖作为金属盖，能够进一步提高产品的生物兼容性。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明实施例提供的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，包括：提供上表面具有至少一个环形凹槽的导电硅基板；形成用于连接所述环形凹槽所包围的柱状体的上表面和所述导电硅基板的上表面的绝缘连接层；使所述环形凹槽向下贯通所述导电硅基板以暴露所述柱状体的下表面，并使所述柱状体的上表面也暴露出来；在所述柱状体的上表面和下表面分别形成具有生物兼容性的导电焊接盘；在所述导电硅基板的下表面以及所述绝缘连接层上分别形成具有生物兼容性的薄膜；在所述导电硅基板上设置具有生物兼容性的金属环，所述金属环包围位于所述导电硅基板下方的所有导电焊接盘；在所述金属环上设置具有生物兼容性的金属盖，形成容纳电路板的密闭空间。因此，柱状体和绝缘连接层、导电焊接盘的连接处的气密性足够高，柱状体能够形成上下两个导电焊接盘的电连接。通过本发明的方法无需进行烧结处理也能够制作气密性极高的封装体，满足人造视网膜的封装体对气密性的要求，避免封装体内不兼容的物质渗透至体液中对人体造成伤害，同时由于无需进行烧结，使得制作难度大大降低；此外由于封装体的各个部分都采用了生物兼容性的材料，提高了产品的生物兼容性。
附图说明
图1是本发明提供的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法的一个实施例的流程示意图；
图2是步骤S1所提供的导电硅基板1的剖视图；
图3是经过步骤S2形成绝缘连接层4的导电硅基板1的局部剖视图；
图4是经过步骤S3化学机械抛光处理的导电硅基板1的局部剖视图；
图5是经过步骤S4刻蚀部分绝缘连接层4的导电硅基板1的局部剖视图；
图6是经过步骤S5形成铂焊接盘5的导电硅基板1的局部剖视图；
图7是经步骤S6沉积超细纳米金刚石薄膜6的导电硅基板1的局部剖视图；
图8是经步骤S7形成钛环7的导电硅基板1的剖面示意图；
图9是经步骤S8设置钛盖8后的导电硅基板1的剖面示意图。
具体实施方式
为了更加清楚地描述本发明的目的、特征以及优势，以下将结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述，但下文详细描述的本发明的实施方式，仅仅是为了对本发明的内容进行举例说明，并不对本发明构成任何限定。本发明的保护范围仅由权利要求书限定。
如图1所示，其是根据本发明的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法的一个实施例的流程示意图，该方法包括以下步骤：
步骤S1：提供导电硅基板1
请同时参阅图2，其是步骤S1所提供的导电硅基板1的剖视图。所述导电硅基板1为重掺杂磷的硅基板，其厚度小于或等于500μm；所述导电硅基板1的横截面为圆形，其横截面的直径小于或等于10mm。
在本实施例中，通过刻蚀工艺在所述导电硅基板1的上表面形成多个环形凹槽2，以形成与所述导电硅基板1的上表面分离的多个柱状体3。虽然在图2中只画出一个环形凹槽2和柱状体3，但实际上导电硅基板1具有多个这样的环形凹槽2和柱状体3。所述环形凹槽的外环直径为130～160μm，所述环形凹槽的内环直径为80～110μm，任意两个所述环形凹槽的中心距离小于或等于500μm。
步骤S2：形成绝缘连接层4
在所述导电硅基板1的上表面沉积二氧化硅以形成绝缘连接层4，使得所述多个柱状体3的上表面和所述导电硅基板1的上表面通过所述绝缘连接层4连接在一起。如图3所示，其是经过步骤S2形成绝缘连接层4的导电硅基板1的局部剖视图。在本实施例中，沉积二氧化硅的厚度10-30μm。需要说明的是，环形凹槽2内也会沉积部分的二氧化硅，即所述柱状体3的圆周侧也有绝缘连接层4以连接所述导电硅基板1。
步骤S3：化学机械抛光处理
对所述导电硅基板1的下表面进行化学机械抛光处理，使所述环形凹槽2向下贯通所述导电硅基板1以暴露所述柱状体3的下表面。如图4所示，其是经过步骤S3化学机械抛光处理的导电硅基板1的局部剖视图。
步骤S4：刻蚀部分绝缘连接层4
通过刻蚀工艺去除形成于所述柱状体3的上表面的绝缘连接层4，使得所述柱状体3的上表面裸露出来。如图5所示，其是经过步骤S4刻蚀部分绝缘连接层4的导电硅基板1的局部剖视图。在图5中，刻蚀去除绝缘连接层直径小于等于柱状体3的直径，并且环形凹槽2内也沉积有绝缘连接层4，因此所述柱状体3和所述导电硅基板1的上部依然是连接状态，但此时柱状体3和所述导电硅基板1之间是不导电的。
步骤S5：形成铂焊接盘5
在裸露出来的所述柱状体3的上表面和下表面分别通过磁控溅射技术形成铂焊接盘5。所述铂焊接盘5采用纯度大于99％的铂制成。如图6所示，其是经过步骤S5形成铂焊接盘5的导电硅基板1的局部剖视图。
步骤S6：沉积超细纳米金刚石薄膜6
在所述导电硅基板1的下表面以及所述绝缘连接层4分别沉积一层超细纳米金刚石薄膜6。如图7所示，其是经步骤S6沉积超细纳米金刚石薄膜6的导电硅基板1的局部剖视图。在沉积超细纳米金刚石薄膜6之后，对导电硅基板1进行氦气检漏，选择泄漏率<10-9Pa·m3/s的导电硅基板1进行后续步骤。
步骤S7：在金属化后的导电硅基板1上设置钛环7
先在所述导电硅基板1上镀钛实施以实现所述导电硅基板1的金属化，随后通过真空钎焊技术在金属化后的所述导电硅基板1上设置钛环7。其中，所述真空钎焊所采用的焊料为钛、铂、铱、钯、铌、钽中的任意一种材料或它们的合金，并且在小于或等于1100℃的温度条件下实施。如图8所示，其是经步骤S7形成钛环7的导电硅基板1的剖面示意图。所述钛环7包围位于所述导电硅基板1上表面的所有铂焊接盘5。需要说明的是，图8中的导电硅基板1上虽然只形成了两个柱状体3，但实际上可以形成更多，此处是为了作了简化处理，并且为了方便展示，图8相对于图2～图7的视图是上下翻转的。
步骤S8：在钛环7上设置钛盖8
在所述钛环7上通过激光焊接钛盖8，形成容纳电路板9的密闭空间，得到需要的人造视网膜硅封装体。如图9所示，其是经步骤S8设置钛盖8后的导电硅基板1的剖面示意图，所述电路板9焊接在被所述钛环7包围的铂焊接盘5上。
从图9得到的封装体来看，柱状体3、铂焊接盘5、绝缘连接层4三者是连接在一起的，连接处的气密性极高，而钛环7、钛盖8是焊接在导电硅基板1上的，因此电路板9处于一个密闭空间中，将封装体置于人体内也不用担心封装体内不兼容的物质渗透至体液中对人体造成伤害。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明实施例提供的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，包括：提供上表面具有至少一个环形凹槽的导电硅基板；形成用于连接所述环形凹槽所包围的柱状体的上表面和所述导电硅基板的上表面的绝缘连接层；使所述环形凹槽向下贯通所述导电硅基板以暴露所述柱状体的下表面，并使所述柱状体的上表面也暴露出来；在所述柱状体的上表面和下表面分别形成具有生物兼容性的导电焊接盘；在所述导电硅基板的下表面以及所述绝缘连接层上分别形成具有生物兼容性的薄膜；在所述导电硅基板上设置具有生物兼容性的金属环，所述金属环包围位于所述导电硅基板下方的所有导电焊接盘；在所述金属环上设置具有生物兼容性的金属盖，形成容纳电路板的密闭空间。因此，柱状体和绝缘连接层、导电焊接盘的连接处的气密性足够高，柱状体能够形成上下两个导电焊接盘的电连接。通过本发明的方法无需进行烧结处理也能够制作气密性极高的封装体，满足人造视网膜的封装体对气密性的要求，避免封装体内不兼容的物质渗透至体液中对人体造成伤害，同时由于无需进行烧结，使得制作难度大大降低；此外由于封装体的各个部分都采用了生物兼容性的材料，提高了产品的生物兼容性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (25)
1.一种可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，包括：
(1)提供上表面具有至少一个环形凹槽的导电硅基板；
(2)在所述导电硅基板的上表面形成绝缘连接层，使所述环形凹槽所包围的柱状体的上表面和所述导电硅基板的上表面通过所述绝缘连接层连接起来；
(3)使所述环形凹槽向下贯通所述导电硅基板以暴露所述柱状体的下表面，并使所述柱状体的上表面也暴露出来；
(4)在所述柱状体的上表面和下表面分别形成具有生物兼容性的导电焊接盘；
(5)在所述导电硅基板的下表面以及所述绝缘连接层的上表面分别形成具有生物兼容性的薄膜；
(6)在所述导电硅基板上设置具有生物兼容性的金属环，所述金属环包围在所述柱状体的上表面形成的所有导电焊接盘；
(7)在所述金属环上设置具有生物兼容性的金属盖，形成容纳电路板的密闭空间。
2.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，在步骤(1)中所提供的导电硅基板为重掺杂磷的硅基板。
3.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，在步骤(1)中所提供的导电硅基板的横截面为圆形。
4.如权利要求3所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，所述导电硅基板的厚度小于或等于500μm，所述导电硅基板的横截面的直径小于或等于10mm。
5.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述导电硅基板上表面的环形凹槽通过刻蚀来形成。
6.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，所述环形凹槽的外环直径为130～160μm，所述环形凹槽的内环直径为80～110μm，任意两个所述环形凹槽的中心距离小于或等于500μm。
7.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述在所述导电硅基板的上表面形成绝缘连接层通过在所述导电硅基板的上表面沉积二氧化硅实施。
8.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述使所述环形凹槽向下贯通所述导电硅基板以暴露所述柱状体的下表面是通过对所述导电硅基板的下表面化学机械抛光实施。
9.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述使所述柱状体的上表面暴露出来通过刻蚀位于所述柱状体上表面的绝缘连接层实施。
10.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述在所述柱状体的上表面和下表面分别形成具有生物兼容性的导电焊接盘通过溅射技术、蒸镀或丝网印刷技术实施。
11.如权利要求10所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，所述溅射技术为磁控溅射技术。
12.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，所述导电焊接盘为铂焊接盘。
13.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，步骤(5)中的在所述导电硅基板的下表面以及所述绝缘连接层的上表面分别形成具有生物兼容性的薄膜通过沉积实施。
14.如权利要求1或13所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，所述具有生物兼容性的薄膜为超细纳米金刚石薄膜或Parylene-C薄膜。
15.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤(5)之后执行氦气检漏步骤，选择泄漏率<10-9Pa·m3/s的产品进行后续步骤。
16.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤(6)的在所述导电硅基板上设置具有生物兼容性的金属环之前对所述导电硅基板进行金属化处理。
17.如权利要求16所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，所述金属化处理通过在所述导电硅基板上镀钛实施。
18.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述在所述导电硅基板上设置具有生物兼容性的金属环通过钎焊技术实施。
19.如权利要求18所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，所述钎焊技术使用选自钛、铂、铱、钯、铌、钽中的任意一种材料或它们的合金作为焊料。
20.如权利要求18或19所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，所述钎焊技术为真空钎焊。
21.如权利要求20所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，所述真空钎焊在温度小于或等于1100℃的条件下实施。
22.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，在步骤(7)中，所述在所述金属环上设置具有生物兼容性的金属盖通过焊接技术实施。
23.如权利要求22所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，所述焊接技术为激光焊接。
24.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，所述金属环为钛环。
25.如权利要求1或24所述的可植入式的人造视网膜硅封装体的制造方法，其特征在于，所述金属盖为钛盖。
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