CN111355209A - 植入式陶瓷馈通连接器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了植入式陶瓷馈通连接器及其制造方法,植入式陶瓷馈通连接器,包括金属法兰、绝缘体、信号传输导线、接地导线和封接体,金属法兰套设于绝缘体外部,绝缘体上开设有与信号传输导线一一对应的通孔,信号传输导线穿设于通孔内,上端用于连接植入体内部的信号输出端、下端用于连接外部的延长导线,金属法兰环壁内侧上端形成有与接地导线形状相配合用于设置接地导线的导孔,并且接地导线与金属法兰之间、信号传输导线与绝缘体之间以及绝缘体与金属法兰之间通过封接体连接密封。本发明将接地导线通过封接体直接钎焊在金属法兰上,接地导通效果更好,成品率更高,可降低成本,可靠性高,有利于实现整个电刺激植入体的微型化。

Description

植入式陶瓷馈通连接器及其制造方法
技术领域
本发明涉及植入式医疗设备技术领域,特别是植入式陶瓷馈通连接器及其制造方法。
背景技术
电刺激疗法是一种通过特定设备产生刺激信号,作用于特定目标靶点从而起到治疗效果的一种临床治疗手段,在神经系统、运动障碍以及其他疾病中有着广阔的应用前景。
典型的电刺激治疗设备有体外控制装置和植入人体的植入体组成:植入体的电极采集目标靶点的电信号,通过导线和陶瓷馈通连接器将电信号传至内部电路实现监测,内部电路再将特定的电信号依次通过陶瓷馈通连接器、导线传导至电极处的目标靶点,实现电刺激治疗的目的。
植入式陶瓷馈通连接器是植入体的关键组成部分,也是实现电刺激信号传输的关键,起到信号传输/滤波、绝缘及密封的作用。典型的陶瓷馈通连接器由外圈金属法兰、绝缘体、封接体及信号传输导线组成,其中外圈金属法兰起到支撑、固定的作用;绝缘体用于实现导线之间的绝缘、密封及滤波作用;导线用于信号传输;封接体用于实现各个组件之间的密封连接。当前植入式陶瓷馈通连接器已经广泛应用于人工耳蜗、脑起搏器、各类神经刺激器、心脏起搏器、心脏除颤器人工心脏、仿生眼等三类植入式医疗器械中。
由于植入式陶瓷馈通连接器需要植入人体,故而对密封性、生物相容性、耐温度冲击性、绝缘滤波性有着严苛的要求,在应用于人体之前需要进行严格的测试以保证其植入人体后的长期安全可靠。出于人体内的放电安全,通常会选择将设备的外壳接地线集成到植入体的陶瓷馈通连接器上,或单独将接地线熔焊到植入体外壳上。通常使用集成度高、便于检测的方案,即将接地线集成到陶瓷馈通上的做法。
传统的接地线集成方法如图1所示,在绝缘体上单独开槽,使用过量的导电封接体将接地导线连接到与外壳熔焊的金属法兰上,这种接地导线会导致封接面数量的增加,贵金属封接体的用量增大以及整个零部件体积的增大,增加成本和泄露风险,同时由于金属法兰体积增加导致变形量增加,也会造成后续的激光焊接困难,而且与植入体的微型化趋势不相匹配。
发明内容
本发明的主要目的是克服现有技术的缺点,提供一种接地导通效果更好,成品率更高,可降低成本,可靠性高,有利于实现整个电刺激植入体的微型化的植入式陶瓷馈通连接器及其制造方法。
本发明采用如下技术方案:
植入式陶瓷馈通连接器,包括有金属法兰、绝缘体、信号传输导线、接地导线和封接体,金属法兰套设于绝缘体外部,绝缘体上开设有与信号传输导线一一对应的通孔,信号传输导线穿设于通孔内,上端用于连接植入体内部的信号输出端、下端用于连接外部的延长导线,金属法兰环壁内侧上端形成有与接地导线形状相配合用于设置接地导线的导孔,并且接地导线与金属法兰之间、信号传输导线与绝缘体之间以及绝缘体与金属法兰之间通过封接体连接密封。
进一步地,所述导孔深度大于3mm,导孔内壁与接地导线之间的间隙介于25-38μm之间。
进一步地,所述绝缘体上表面高于金属法兰上表面设置,绝缘体上表面和金属法兰上表面的高度差为0.1-0.25mm。
进一步地,所述绝缘体上的通孔为柱形孔,柱形孔内壁与信号传输导线之间间隙介于25-38μm之间。
进一步地,述绝缘体的柱形孔上部形成与柱形孔同心的沉头孔,用于设置连接密封绝缘体与对应信号传输导线的封接体;所述金属法兰的内孔上部形成与其内孔同心的沉头孔,用于设置连接密封绝缘体与金属法兰的封接体。
进一步地,所述绝缘体横截面为圆形或圆角矩形,各柱形孔的圆心按照等边三角形或圆形进行排布。
进一步地,所述绝缘体与信号传输导线、金属法兰、接地导线之间和封接体接触的表面沉积生物相容的复合金属镀层,且绝缘体的外壁在沉积金属镀层时上部预留0.1-0.2mm的空间。
进一步地,所述金属法兰底部向外侧凸出形成有用于固定金属法兰位置的定位凸沿。
进一步地,所述信号传输导线及接地导线为圆柱形,直径介于0.1-0.5mm之间。
一种植入式陶瓷馈通连接器的制造方法,依次包括如下步骤:
①将信号传输导线、接地导线、金属法兰、绝缘体和封接体在脱脂机中蒸汽清洗10-15min,然后在烘箱中烘干;
②将信号传输导线、接地导线、金属法兰、绝缘体和封接体按照各自位置进行装配,同时使用夹具固定信号传输导线、接地导线和金属法兰之间的位置;
③将装配好的陶瓷馈通连接器放到真空钎焊炉中,加热到1100-1200℃,保温10-20min,真空度优于1*10-3Pa,待封接体熔化并填充满绝缘体、信号传输导线、接地导线和金属法兰之间的空隙后降至室温;
④将冷却到室温的陶瓷馈通连接器超声清洗10-20min,然后在烘箱中烘干。
由上述对本发明的描述可知,与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
第一,与现有技术使用封接体组成槽路来连接接地导线与金属法兰相比,通过在金属法兰环壁内侧上端设置用于设置接地导线的导孔,将接地导线通过封接体直接钎焊在金属法兰上,减少了封接体部分的电阻,接地导通效果更好,成品率更高,更可靠;同时,在信号传输导线数量不变的前提下,减小了绝缘体上导线的数量,从而减小了整个陶瓷馈通连接器的体积,有利于实现整个电刺激植入体的微型化,而且贵金属封接体的用量也相应减少,降低了成本;同时,减少了绝缘体上的开孔数量,通过减少封接面的数量降低了零部件后续的泄露风险,可靠性更高;
第二,为保证封接体能完全填充接地导线与金属法兰之间的空隙而在绝缘体外壁上部预留0.1-0.2mm绝缘区域,可有效提高信号传输导线与金属法兰之间的电绝缘和滤波性能,击穿电压和绝缘阻抗能够提高10-20%;
第三,绝缘体柱形孔和沉头孔的的设计可以最大限度地减小信号传输导线之间的间距,在保证绝缘性能的前提下,信号传输导线之间可达到最小距离,再辅助以正三角形或圆形的最密排布,可极大的减小陶瓷馈通连接器的体积,有利于实现整个电刺激植入体的微型化;
第四,整个陶瓷馈通连接器体积的减小能减小金属法兰的体积,最大限度地减小其钎焊过程中的变形量,同时通过在金属法兰底部向外侧凸出形成定位凸沿,将激光焊接部分远离钎焊封接体部分,避免了激光焊接过程中外部热输入对封接部分的影响;
第五,绝缘体上表面高于金属法兰上表面0.1-0.25mm,有利于封接体熔化后的铺展润湿,形成圆滑的钎角,提高连接密封的可靠性,同时可以在装配时调整绝缘体的位置。
附图说明
图1是现有技术的植入式陶瓷馈通连接器的接地结构示意图;
图2是本发明实施例1的植入式陶瓷馈通连接器的整体结构剖视图;
图3是本发明实施例1的植入式陶瓷馈通连接器的整体结构立体图;
图4是本发明实施例2的绝缘体上柱形孔的分布结构示意图。
图中:1.信号传输导线,2.金属法兰,3.绝缘体,4.封接体,5.接地导线,6.凸台,7.定位凸沿。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
实施例1
参照图2和图3,本发明的一种植入式陶瓷馈通连接器,包括有金属法兰2、绝缘体3、信号传输导线1、接地导线5和封接体4。
信号传输导线1上端用于连接植入体内部的信号输出端、下端用于连接外部的延长导线,接地导线5需与金属法兰2导通,信号传输导线1、接地导线5为圆柱形金属细丝,直径为0.25mm,信号传输导线1数量根据实际需要进行设置,信号传输导线1及接地导线5均采用接触电阻小、具备生物相容性的铂、钯、铌及其合金等材料;金属法兰2设置于外围起到固定、支撑的作用,金属法兰2下部的外圈需要通过激光焊接与植入体的外壳密封连接,采用结构强度高、具备生物相容性的钛、铌及其合金等材料;绝缘体3起到绝缘滤波的作用,采用绝缘性能好、结构强度高且密封性良好的陶瓷或复合陶瓷材料;封接体4设置于信号传输导线1与绝缘体3之间、绝缘体3与金属法兰2之间以及接地导线5与金属法兰2及绝缘体3之间,起到连接密封的作用,封接体4采用纯金钎料。
金属法兰2环壁内侧上端形成有与接地导线5形状相配合用于设置接地导线5的导孔,导孔深度大于3mm,导孔内壁与接地导线5之间的间隙介于25-38μm之间。
绝缘体3上开设有与信号传输导线1一一对应的柱形孔,信号传输导线1穿设于柱形孔内,柱形孔内壁与信号传输导线1之间间隙介于25-38μm之间;绝缘体3的柱形孔上部形成与柱形孔同心的沉头孔,用于设置连接密封绝缘体3与对应信号传输导线1的环状封接体4;金属法兰2的内孔上部形成与其内孔同心的沉头孔,用于设置连接密封绝缘体3与金属法兰2的环状封接体4;绝缘体3横截面为圆角矩形,各柱形孔的圆心按照等边三角形进行排布,信号传输导线1之间的距离达到1mm。
金属法兰2套设于绝缘体3外部,金属法兰2内壁与绝缘体3外壁平行,金属法兰2内壁与绝缘体3外壁之间的间隙介于25-38μm之间;绝缘体3上表面高于金属法兰2上表面设置,绝缘体3上表面和金属法兰2上表面的高度差为0.2mm;金属法兰2底部向内侧凸出形成有用于支撑固定绝缘体3的凸台6,不必再设计制作多余的夹具进行钎焊过程中绝缘体3的固定,同时由于植入体内部设计复杂,后续使用过程中需要对馈通连接器的信号传输导线1进行弯折,金属法兰2凸台6部分的空腔可以后续填充胶体,避免信号传输导线1弯折过程中的损坏;金属法兰2底部向外侧凸出形成有用于固定金属法兰2位置的定位凸沿7,金属法兰2下部的外圈需要通过激光焊接与植入体的外壳密封连接到一起,通过在金属法兰2底部向外侧凸出形成定位凸沿7,将激光焊接部分远离钎焊封接体4部分,可避免激光焊接过程中外部热输入对封接部分的影响。
绝缘体3与信号传输导线1、金属法兰2、接地导线5之间和封接体4接触的表面沉积生物相容的复合金属镀层,如Ti、Pd、Zr、Nb、Co等,以保证钎焊过程中封接体4在绝缘体3表面的铺展润湿;且绝缘体3的外壁在沉积金属镀层时上部预留0.15mm的空间,以避免封接体4在绝缘体3上附着的量过多导致无法有效填充接地导线5与金属法兰2之间的空隙,可有效提高信号传输导线1与金属法兰2之间的电绝缘和滤波性能,击穿电压和绝缘阻抗能够提高10-20%。
参照图2和图3,本发明的一种植入式陶瓷馈通连接器的制造方法,依次包括如下步骤:
①将信号传输导线1、接地导线5、金属法兰2、绝缘体3和封接体4在脱脂机中蒸汽清洗10-15min,然后在烘箱中烘干,采用空气烘箱,温度为150℃,时间40min;
②将信号传输导线1、接地导线5、金属法兰2、绝缘体3和封接体4按照各自位置进行装配,同时使用夹具固定信号传输导线1、接地导线5和金属法兰2之间的位置;
③将装配好的陶瓷馈通连接器放到真空钎焊炉中,加热到1100-1200℃,保温10-20min,真空度优于1*10-3Pa,待封接体4熔化并填充满绝缘体3、信号传输导线1、接地导线5和金属法兰2之间的空隙后降至室温;
④将冷却到室温的陶瓷馈通连接器超声清洗10-20min,然后在烘箱中烘干,采用空气烘箱,温度为150℃,时间40min。
本实施例在导线直径0.25mm,信号传输导线1间距1mm,封接体4使用纯金钎料的条件下,得到的陶瓷馈通连接器在经过-65℃至+200℃的温度冲击测试后(大气条件,5个冲击测试循环),接地导线5导通良好,信号传输导线1与金属法兰2之间的耐压强度超过550Vdc,导线之间的绝缘阻抗超过1.2GΩ,泄漏率低于5X10^-9ATM·CC/SEC。
实施例2
参照图4,本实施例与实施例1的区别在于:信号传输导线1、接地导线5直径为0.1mm;封接体4采用含Ti的活性元素的封接体;绝缘体3横截面为圆形,各柱形孔的圆心按照圆形进行排布,信号传输导线1之间的距离可达到0.5mm;绝缘体3上表面和金属法兰2上表面的高度差为0.1mm;绝缘体3的外壁在沉积金属镀层时上部预留0.1mm的空间。
本实施例的一种植入式陶瓷馈通连接器的制造方法,依次包括如下步骤:
①将信号传输导线1、接地导线5、金属法兰2、绝缘体3和封接体4在脱脂机中蒸汽清洗10-15min,然后在烘箱中烘干,采用空气烘箱,温度为130℃,时间50min;
②将信号传输导线1、接地导线5、金属法兰2、绝缘体3和封接体4按照各自位置进行装配,同时使用夹具固定信号传输导线1、接地导线5和金属法兰2之间的位置;
③将装配好的陶瓷馈通连接器放到真空钎焊炉中,加热到1100-1200℃,保温10-20min,真空度优于1*10-3Pa,待封接体4熔化并填充满绝缘体3、信号传输导线1、接地导线5和金属法兰2之间的空隙后降至室温;
④将冷却到室温的陶瓷馈通连接器超声清洗10-20min,然后在烘箱中烘干,采用空气烘箱,温度为130℃,时间50min。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于:信号传输导线1、接地导线5直径为0.5mm;封接体4采用含Ti、Zr、Hf、Nb中多种组合的活性元素的封接体;绝缘体3横截面为圆角矩形,各柱形孔的圆心按照等边三角形进行排布,信号传输导线1之间的距离可达到1.5mm;绝缘体3上表面和金属法兰2上表面的高度差为0.25mm;绝缘体3的外壁在沉积金属镀层时上部预留0.2mm的空间。
本实施例的一种植入式陶瓷馈通连接器的制造方法,依次包括如下步骤:
①将信号传输导线1、接地导线5、金属法兰2、绝缘体3和封接体4在脱脂机中蒸汽清洗10-15min,然后在烘箱中烘干,采用空气烘箱,温度为180℃,时间30min;
②将信号传输导线1、接地导线5、金属法兰2、绝缘体3和封接体4按照各自位置进行装配,同时使用夹具固定信号传输导线1、接地导线5和金属法兰2之间的位置;
③将装配好的陶瓷馈通连接器放到真空钎焊炉中,加热到1100-1200℃,保温10-20min,真空度优于1*10-3Pa,待封接体4熔化并填充满绝缘体3、信号传输导线1、接地导线5和金属法兰2之间的空隙后降至室温;
④将冷却到室温的陶瓷馈通连接器超声清洗10-20min,然后在烘箱中烘干,采用空气烘箱,温度为180℃,时间30min。
上述仅为本发明的三个具体实施方式,但本发明的设计构思并不局限于此,凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动,均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.植入式陶瓷馈通连接器,其特征在于:包括有金属法兰、绝缘体、信号传输导线、接地导线和封接体,金属法兰套设于绝缘体外部,绝缘体上开设有与信号传输导线一一对应的通孔,信号传输导线穿设于通孔内,上端用于连接植入体内部的信号输出端、下端用于连接外部的延长导线,金属法兰环壁内侧上端形成有与接地导线形状相配合用于设置接地导线的导孔,并且接地导线与金属法兰之间、信号传输导线与绝缘体之间以及绝缘体与金属法兰之间通过封接体连接密封。
2.如权利要求1所述的植入式陶瓷馈通连接器,其特征在于:所述导孔深度大于3mm,导孔内壁与接地导线之间的间隙介于25-38μm之间。
3.如权利要求1所述的植入式陶瓷馈通连接器,其特征在于:所述绝缘体上表面高于金属法兰上表面设置,绝缘体上表面和金属法兰上表面的高度差为0.1-0.25mm。
4.如权利要求1所述的植入式陶瓷馈通连接器,其特征在于:所述绝缘体上的通孔为柱形孔,柱形孔内壁与信号传输导线之间间隙介于25-38μm之间。
5.如权利要求4所述的植入式陶瓷馈通连接器,其特征在于:所述绝缘体的柱形孔上部形成与柱形孔同心的沉头孔,用于设置连接密封绝缘体与对应信号传输导线的封接体;所述金属法兰的内孔上部形成与其内孔同心的沉头孔,用于设置连接密封绝缘体与金属法兰的封接体。
6.如权利要求4所述的植入式陶瓷馈通连接器,其特征在于:所述绝缘体横截面为圆形或圆角矩形,各柱形孔的圆心按照等边三角形或圆形进行排布。
7.如权利要求1所述的植入式陶瓷馈通连接器,其特征在于:所述绝缘体与信号传输导线、金属法兰、接地导线之间和封接体接触的表面沉积生物相容的复合金属镀层,且绝缘体的外壁在沉积金属镀层时上部预留0.1-0.2mm的空间。
8.如权利要求1所述的植入式陶瓷馈通连接器,其特征在于:所述金属法兰底部向外侧凸出形成有用于固定金属法兰位置的定位凸沿。
9.如权利要求1所述的植入式陶瓷馈通连接器,其特征在于:所述信号传输导线及接地导线为圆柱形,直径介于0.1-0.5mm之间。
10.一种如权利要求1至9任一所述的植入式陶瓷馈通连接器的制造方法,其特征在于:依次包括如下步骤:
①将信号传输导线、接地导线、金属法兰、绝缘体和封接体在脱脂机中蒸汽清洗10-15min,然后在烘箱中烘干;
②将信号传输导线、接地导线、金属法兰、绝缘体和封接体按照各自位置进行装配,同时使用夹具固定信号传输导线、接地导线和金属法兰之间的位置;
③将装配好的陶瓷馈通连接器放到真空钎焊炉中,加热到1100-1200℃,保温10-20min,真空度优于1*10-3Pa,待封接体熔化并填充满绝缘体、信号传输导线、接地导线和金属法兰之间的空隙后降至室温;
④将冷却到室温的陶瓷馈通连接器超声清洗10-20min,然后在烘箱中烘干。
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