CN105771089B - 可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法 - 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陶瓷封装体的制造方法，包括：(1)提供具有至少一个通孔的陶瓷基板；(2)将具有生物兼容性的导电浆料填充到所述通孔中，并将导电浆料与所述陶瓷基板共同进行烧结处理；(3)在步骤(2)烧结后的暴露在通孔外的导电浆料的上下表面形成具有生物兼容性的导电焊接盘；(4)在陶瓷基板上设置具有生物兼容性的金属环；金属环包围位于陶瓷基板同一侧的所有导电焊接盘；(5)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。本方法所制造的封装体气密性高，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，制造过程难度较低，更容易推广。

Description

可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法
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陶瓷封装体的制造方法。
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。
国外现有的陶瓷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.加热陶瓷与铂丝至1600℃左右烧结，然后再缓慢冷却至室温，目的是使陶瓷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陶瓷封装体的制造方法，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，制造过程难度较低，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陶瓷封装体的制造方法，包括如下步骤：
(1)提供具有至少一个通孔的陶瓷基板；
(2)将具有生物兼容性的导电浆料填充到所述通孔中，并将所述导电浆料与所述陶瓷基板共同进行烧结处理；
(3)在步骤(2)烧结后的暴露在所述通孔外的导电浆料的上下表面形成具有生物兼容性的导电焊接盘；
(4)在所述陶瓷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陶瓷基板同一侧的所有导电焊接盘；
(5)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(2)中，所述将具有生物兼容性的导电浆料填充到所述通孔中通过丝网印刷技术实施。通过丝网印刷技术能够提高产品的气密性。
作为更优选地，所述导电浆料为纯度大于或等于99％的铂浆料。采用铂浆料能够提高产品的生物兼容性。
作为更优选地，步骤(2)中的烧结处理在1600℃～2100℃的条件下进行。
作为更优选地，所述烧结处理持续40min～80min。
作为更优选地，所述在步骤(2)烧结后的暴露在所述通孔外的导电浆料的上下表面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，步骤(3)中的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(4)中的金属环为钛环。
作为更优选地，步骤(5)中的金属盖为钛盖。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。
作为更优选地，步骤(1)中的通孔的直径为100～230μm，相邻通孔的孔间距小于或等于500μm，满足产品对机械强度、抗弯强度和高密度要求。
作为更优选地，在步骤(3)中，所述导电焊接盘的直径大于或等于所述通孔的直径，便于在所述导电焊接盘上进行焊接。
作为更优选地，步骤(1)中所提供的陶瓷基板为纯度大于或等于99％的氧化铝陶瓷生坯板。高纯度的氧化铝具有很好的生物兼容性。
作为更优选地，所述陶瓷基板的厚度小于或等于500μm，使得产品能顺利植入人眼中。
作为更优选地，所述方法还包括在步骤(4)的在所述陶瓷基板上设置具有生物兼容性的金属环之前对所述陶瓷基板进行金属化处理。由于陶瓷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，故在钎焊前最好将陶瓷基板金属化，即镀上一层金属膜，金属膜再与金属环直接钎焊，能够使得陶瓷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陶瓷基板上镀钛实施。
作为更优选地，步骤(4)的在所述陶瓷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，所述陶瓷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陶瓷基板受到污染。
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，能够保护陶瓷基板不被烧毁。
作为更优选地，步骤(5)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，所述方法还包括在步骤(2)和(3)之后分别执行氦气检漏步骤，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。
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陶瓷封装体的制造方法，通过在具有通孔的陶瓷基板上填充具有生物兼容性的导电浆料，并通过烧结的方式使得陶瓷基板的气密性大大地提高，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；烧结的难度较低，更容易推广；采用了生物兼容性材料，如钛、铂，能够满足产品对生物兼容性的要求。
附图说明
图1是根据本发明的可植入式的人造视网膜陶瓷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中提供的陶瓷基板1的剖面示意图；
图3是在步骤S2填充导电浆料并作烧结处理后的得到陶瓷基板1的剖面示意图；
图4是在步骤S3形成导电焊接盘4后的陶瓷基板1的剖面示意图；
图5是在步骤S4形成钛环5后的陶瓷基板1的剖面示意图；
图6是在步骤S5设置钛盖6后的陶瓷基板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陶瓷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：提供具有多个通孔2的陶瓷基板1
如图2所示，其是步骤S1中提供的陶瓷基板1的剖面示意图，该陶瓷基板1具有多个通孔2。其中，陶瓷基板1是纯度大于或等于99％的氧化铝陶瓷生坯板，所述陶瓷基板1的厚度小于或等于500μm；通孔2的直径为100～230μm，相邻通孔2的孔间距小于或等于500μm。
步骤S2：在通孔2中填充铂浆料3并作烧结处理
通过丝网印刷方法在通孔2中填充铂浆料3，随后，将填充了铂浆料3的陶瓷基板1在1600℃～2100℃的温度条件下烧结40min～80min。如图3所示，其是在步骤S2填充导电浆料并作烧结处理后的得到陶瓷基板1的剖面示意图。在共同烧结完成之后，对陶瓷基板1进行氦气检漏，选择泄漏率<10-9Pa·m3/s的陶瓷基板1进行后续步骤。
步骤S3：在铂浆料3的上下表面形成铂焊接盘4
通过磁控溅射技术在暴露在所述通孔2外的铂浆料3的上下表面形成铂焊接盘4，所述铂焊接盘4的直径大于所述通孔2的直径。如图4所示，其是在步骤S3形成导电焊接盘4后的陶瓷基板1的剖面示意图。在形成铂焊接盘4完成之后，对陶瓷基板1进行氦气检漏，选择泄漏率<10-9Pa·m3/s的陶瓷基板1进行后续步骤。
步骤S4：在金属化后的陶瓷基板1上设置钛环5
先在所述陶瓷基板1上镀钛实施以实现所述陶瓷基板1的金属化，随后通过真空钎焊技术在金属化后的所述陶瓷基板1上设置钛环5。其中，所述真空钎焊所采用的焊料为钛，并且在小于或等于1100℃的温度条件下实施。如图5所示，其是在步骤S4形成钛环5后的陶瓷基板1的剖面示意图。所述钛环5包围位于所述陶瓷基板1上表面的所有铂焊接盘4。
步骤S5：在钛环5上设置钛盖6
在所述钛环5上通过激光焊接钛盖6，形成容纳电路板7的密闭空间，得到需要的人造视网膜陶瓷封装体。如图6所示，其是在步骤S5设置钛盖6后的陶瓷基板1的剖面示意图，所述电路板7焊接在被所述钛环5包围的铂焊接盘4上。
从图6得到的封装体来看，铂浆料3由于是通过烧结的方式填充在陶瓷基板1的通孔中，使得通孔2的气密性极高，因此，电路板7位于钛环5、钛盖6以及陶瓷基板1的密闭空间中，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陶瓷封装体的制造方法，通过在具有通孔的陶瓷基板上填充具有生物兼容性的导电浆料，并通过烧结的方式使得陶瓷基板的气密性大大地提高，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；烧结的难度较低，更容易推广；采用了生物兼容性材料，如钛、铂，能够满足产品对生物兼容性的要求。
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 (23)

1.一种可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)提供具有至少一个通孔的陶瓷基板；
(2)将具有生物兼容性的导电浆料填充到所述通孔中，并将所述导电浆料与所述陶瓷基板共同进行烧结处理；
(3)在步骤(2)烧结后的暴露在所述通孔外的导电浆料的上下表面形成具有生物兼容性的导电焊接盘；
(4)在所述陶瓷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陶瓷基板同一侧的所有导电焊接盘；
(5)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陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述将具有生物兼容性的导电浆料填充到所述通孔中通过丝网印刷技术实施。
3.如权利要求1或2所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，所述导电浆料为纯度大于或等于99％的铂浆料。
4.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，步骤(2)中的烧结处理在1600℃～2100℃的条件下进行。
5.如权利要求4所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，所述烧结处理持续40min～80min。
6.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，所述在步骤(2)烧结后的暴露在所述通孔外的导电浆料的上下表面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。
7.如权利要求6所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，所述溅射技术为磁控溅射技术。
8.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，步骤(3)中的导电焊接盘为铂焊接盘。
9.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，步骤(4)中的金属环为钛环。
10.如权利要求1或9所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，步骤(5)中的金属盖为钛盖。
11.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，步骤(1)中的通孔的直径为100～230μm，相邻通孔的孔间距小于或等于500μm。
12.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述导电焊接盘的直径大于或等于所述通孔的直径。
13.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，步骤(1)中所提供的陶瓷基板为纯度大于或等于99％的氧化铝陶瓷生坯板。
14.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，所述陶瓷基板的厚度小于或等于500μm。
15.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤(4)的在所述陶瓷基板上设置具有生物兼容性的金属环之前对所述陶瓷基板进行金属化处理。
16.如权利要求15所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，所述金属化处理通过在所述陶瓷基板上镀钛实施。
17.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，步骤(4)的在所述陶瓷基板上设置具有生物兼容性的金属环通过钎焊技术实施。
18.如权利要求17所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，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。
19.如权利要求17或18所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，所述钎焊技术为真空钎焊。
20.如权利要求19所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，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。
21.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，步骤(5)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。
22.如权利要求21所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，所述焊接技术为激光焊接。
23.如权利要求1所述的可植入式的人造视网膜陶瓷封装体的制造方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤(2)和(3)之后分别执行氦气检漏步骤，选择泄漏率<10-9Pa·m3/s的产品进行后续步骤。
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