CN112587094A - 电路板及其制造方法、电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种电路板及其制造方法、电子设备。该电路板具有引入部分、电极部分以及连接在引入部分和电极部分之间的连接部分，电路板包括衬底和在衬底内形成的金属层以及和金属层连接的电极材料层，所述衬底和所述金属层之间包括种子层，所述电极材料层的材料与所述连接部分的金属层的材料不同；其中，电极部分的衬底上具有开口以暴露出电极材料层；连接部分的金属层封闭于衬底内，且包括电镀形成的金层。该电路板结合了金和电极材料的优势，降低了电路板的发热量和能耗，并且具有良好的机械强度，提高了产品寿命。

Description

电路板及其制造方法、电子设备
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，更具体地，涉及一种电路板及其制造方法、电子设备。
背景技术
随着科技水平的不断提高，植入式医疗器械(Implantable Medical Device,IMD)越来越多地应用于医疗领域中。植入式医疗器械是一种植入患者身体内部的医疗器械，以实现相应的疾病治疗及功能恢复的目的。
以植入式医疗器械中的视觉假体为例，视觉假体是为了帮助视网膜或者其它视觉器官发生病变的患者重新获得光明和视觉的植入式医疗器械。正常视觉的形成是视网膜上的感光细胞(如视锥细胞和视杆细胞)将光刺激转换成电信号，在视网膜的各层细胞(如水平细胞、双极细胞、神经节细胞等)编码之后，将神经冲动传输到视皮层。
目前常用的一种视觉假体设计是将微电极植入物植入视网膜表面，从而帮助视网膜色素变性和老年性黄斑变性等外层视网膜变性疾病患者。该视觉假体包括植入件和外部件两个部分。植入件中的电子元件缝合在眼球巩膜外侧并连接至刺激电路板，刺激电路板穿过眼球壁，其端部的电极阵列通过固定钉固定在视网膜表面。外部件包括采集视频信息的摄像头，视频信息经过数据转换后无线传输给植入件的电子元件，电极阵列通过电刺激的方式向视网膜传递刺激，传送到视网膜上的电脉冲信号刺激视网膜上仍保留功能的神经元，并将此刺激通过视觉神经传送到大脑，使患者产生视觉感知。
现有技术中，刺激电路板一般包括衬底和在衬底上形成的铂层，铂具有较好的机械强度，能保证结构稳定性和可靠性，但是铂的导电性较差，进而导致铂层的发热量较高，影响使用体验；此外，铂层还导致植入件能耗较大，降低了电池使用时间。因此，亟需对现有技术的刺激电路板进行进一步改进，以解决上述问题。此外，与前述刺激电路板具有类似结构的传感电路板用来感应人体器官的生物信号，也被广泛地应用并同样面临需要解决的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种电路板及其制造方法、电子设备，以降低电路板的发热量和能耗，并且具有良好的机械强度。
根据本发明的第一方面，提供一种电路板，具有引入部分、电极部分以及连接在所述引入部分和所述电极部分之间的连接部分，所述电路板包括衬底和在所述衬底内形成的金属层以及和所述金属层连接的电极材料层，所述衬底和所述金属层之间包括种子层，所述电极材料层的材料与所述连接部分的金属层的材料不同；其中，所述电极部分的所述衬底上具有开口以暴露出所述电极材料层；所述连接部分的金属层封闭于衬底内，且包括电镀形成的金层。
优选地，所述引入部分的金属层也包括电镀形成的所述金层。
优选地，所述电极部分的所述电极材料层选自铂、钯、钛、铱、氧化铱、碳纳米管、导电聚合物以及上述材料的合金或混合物中的一种或多种。
优选地，所述导电聚合物为聚吡咯、聚噻吩或聚乙烯二氧噻吩中的一种或多种。
优选地，所述衬底包括底部薄膜绝缘层和顶部薄膜绝缘层，所述金属层及所述电极材料层位于所述底部薄膜绝缘层和所述顶部薄膜绝缘层之间，所述开口位于所述顶部薄膜绝缘层。
根据本发明的第二方面，提供一种电路板的制造方法，所述电路板具有引入部分、电极部分以及连接在所述引入部分和所述电极部分之间的连接部分，所述制造方法包括：
形成位于衬底上的种子层；
形成位于种子层上的金属层以及和金属层连接的电极材料层；以及
在所述电极部分的所述衬底上形成开口以暴露出所述电极材料层；
其中，形成所述金属层以及和金属层连接的电极材料层的方法包括：
在所述连接部分的所述衬底内电镀形成金层，所述金层封闭于衬底内；
在所述电极部分的所述衬底内形成电极材料层。
优选地，电镀形成所述金层的方法包括：在种子层上形成图案化的光刻胶层，在光刻胶层的图案内电镀形成所述金层。
优选地，所述种子层为铂种子层、钛/铂叠层种子层或钛/金叠层种子层。
优选地，形成位于所述衬底内的所述金属层以及和金属层连接的电极材料层的方法包括：
形成底部薄膜绝缘层；
形成位于所述底部薄膜绝缘层之上的所述金属层以及和金属层连接的电极材料层；以及
形成覆盖所述金属层和所述电极材料层的顶部薄膜绝缘层。
根据本发明的第三方面，提供一种电子设备，包括：如上所述的电路板，或者如上所述的制造方法制成的电路板。
本发明提供的电路板及其制造方法、电子设备，位于连接部分的金属层包括电镀形成的金层，金层的电导率高、产热少、能耗低、柔性好、不易损伤被植入组织，位于电极部分的电极材料层的稳定性高、长时间耐腐蚀性好、机械强度高(一般均优于金层)，本发明结合了各种材料的优势，降低了电路板的发热量和能耗，并且具有良好的机械强度，提高了产品寿命。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1a示出了根据本发明实施例的电路板的立体图；
图1b示出了根据本发明实施例的电路板的分解图；
图1c示出了根据本发明实施例的电路板的俯视图；
图2a至2h分别示出了根据本发明实施例的电路板的制造方法的各个阶段的截面图。
附图标记列表
10 支撑基板
20 第一光刻胶层
30 第二光刻胶层
40 第三光刻胶层
100 电路板
101 衬底
101a 底部薄膜绝缘层
101b 顶部薄膜绝缘层
102 种子层
110 引入部分
111 通孔
112 第一金属层
120 连接部分
121 第二金属层
130 电极部分
131 开口
132 电极材料层
132a 亮铂层
132b 铂灰层
132c 金层
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
应当理解，在描述部件的结构时，当将一层称为位于另一层“之上”或“上方”时，可以指直接位于另一层上面，或者在其与另一层之间还包含其它的层。并且，如果将部件翻转，该一层将位于另一层“之下”或“下方”。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1a、1b和1c分别示出了根据本发明实施例的电路板的立体图、分解图和俯视图。电路板100具有引入部分110、电极部分130以及连接在引入部分110和电极部分130之间的连接部分120，电路板100包括衬底101和在衬底101内形成的金属层，金属层包括引入部分110的第一金属层112、连接部分120的第二金属层121，电极部分130的电极材料层132与金属层连接，且电极材料层132的材料与连接部分120的第二金属层121的材料不同(是指完全不同，或者对于复合层而言至少部分层不同)。
电极部分130的衬底101上具有开口131以暴露出电极材料层132。连接部分120的第二金属层121封闭于衬底101内，第二金属层121包括电镀形成的金层。
电路板100还包括位于衬底101与第一金属层112、第二金属层121和电极材料层132(可选)之间的种子层102，种子层102可采用铂种子层、钛/铂叠层种子层(钛在下层)或钛/金叠层种子层(钛在下层)，以便于提高金属层与衬底101之间的结合强度。优选地，位于电极部分130的电极材料层132也可以包括金层132c(参考图2d-图2h)，位于亮铂层132a及铂灰层132b的下方，提高结合强度及导电性能。在该实施例中，种子层102用于为电镀工艺提供良好的导电层，采用物理沉积工艺形成，如溅射(sputter)或电子束蒸发(E-beam)等形成种子层102。
需要说明的是，位于电极部分130的电极材料层132的材料并不受限于此，可以选自铂、钯、钛、铱、氧化铱、碳纳米管、导电聚合物(Conductive Polymer)以及上述材料的合金或混合物中的一种或多种，如电镀铂(包括电镀形成的(亮)铂层、铂灰层或铂黑层)或铂铱合金。其中，导电聚合物可以为聚吡咯(polypyrrole)、聚噻吩(polythiophene)或聚乙烯二氧噻吩(poly-3,4-ethylene dioxythiophene)中的一种或多种
优选地，位于电极部分130的电极材料层132至少包括电镀形成的铂灰层132b，开口131暴露出铂灰层132b的至少部分表面。进一步地，还可以在铂灰层132b的下方先电镀形成亮铂层132a，以提高其整体强度。与平整致密的亮铂层132a不同，铂灰层132b具有多孔隙结构，比表面积大，能增加电阻抗。
引入部分110上具有多个通孔111，通孔111暴露出位于引入部分110的第一金属层112的至少部分表面，第一金属层112也包括电镀形成的金层。通孔111优选包括位于底部薄膜绝缘层101a的通孔111和位于顶部薄膜绝缘层101b的通孔111，顶部薄膜绝缘层101b的通孔111暴露出第一金属层112的至少部分表面。
此外，还可以在第一金属层112和/或第二金属层121上表面形成加强层(图未示)，加强层可采用铂或钛，以加强金层与顶层衬底之间的结合强度。该加强层的厚度低于金层的厚度，但其图案可以与金层的图案相同。
在该实施例中，衬底101包括底部薄膜绝缘层101a和顶部薄膜绝缘层101b，第一金属层112、第二金属层121和电极材料层132位于底部薄膜绝缘层101a和顶部薄膜绝缘层101b之间，开口131位于顶部薄膜绝缘层101b。
衬底101的材料例如为PMMA(poly(methyl methacrylate)-聚甲基丙烯酸甲酯)、特氟隆、硅树脂、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸(polyethylene terephthalate)和聚对二甲苯(派瑞林，尤其是Parylene-C)中的任意一种或多种。优选地，衬底101的材料为派瑞林，采用派瑞林可使电路板的厚度薄至几十微米，其更柔软且便于塑性变形，能更好贴附于被植入组织上，提高电刺激效果。
在该实施例中，同一条电路中的第一金属层112、第二金属层121和电极材料层132彼此电连接，以提供刺激信号或传感信号的传输。例如，在引入部分110的通孔111中填充导电材料，可以使引入部分110的第一金属层112与电子元件(未示出)电连接，从而使其与电极部分130之间实现电刺激或电传感回路。
为了清楚、简明起见，在图1b中仅示出电路板100中的一条电路。应当理解的是，本申请不限于此，电路板100可以包括多条电路。如图1c所示，在引入部分110包括多个通孔111；连接部分120的第二金属层121形成多根导线，导线可以在高度方向上形成一层，也可以形成多层；在电极部分130包括多个开口131，多个开口131分别暴露出相应的电极材料层132，以形成多个电极。优选地，多个电极形成电极阵列。
在一个或多个实施例中，本申请还提供一种包括如上所述的电路板100的电子设备，电路板100的引入部分110连接至一个或多个电子元件，电子元件例如包括电路芯片、电容器、电感器、电阻器、振荡器、滤波器、存储器等根据电路设计而可能设置的电子元件，电子设备例如为脑机接口设备、人工耳蜗植入体、视网膜刺激视觉假体、脑皮层刺激器、脊髓刺激器和脑起搏器中的任意一种。
本实施例提供的电路板100及电子设备中，位于连接部分120的第二金属层121包括电镀形成的金层。金层的电导率高、产热少、能耗低、柔性良好、对被植入组织友好，电极材料层132的稳定性高、长时间耐腐蚀、机械强度高(一般均优于金层)，因此该电路板100合理地结合了各种材料的优势，既保证了良好刺激或传感效果，又降低了电路板的发热量和能耗，并且具有良好的机械强度，提高了电池使用时间和产品寿命。
图2a至2h分别示出了根据本发明实施例的电路板的制造方法的各个阶段的截面图。
该方法开始于支撑基板10以及支撑基板10上的第一光刻胶层20，如图2a所示。支撑基板10用于提供机械支撑，第一光刻胶层20用于保护支撑基板10，并在释放电路板100的步骤中作为牺牲层。在替代的实施例中，可以省去第一光刻胶层20，以降低成本，简化工艺流程。
进一步地，在第一光刻胶层20上形成底部薄膜绝缘层101a，如图2b所示。在该步骤中，优选底部薄膜绝缘层101a为派瑞林膜，并采用化学气相沉积(Chemical VaporDeposition,CVD)工艺形成派瑞林膜。
优选地，在底部薄膜绝缘层101a上形成种子层102，如图2c所示。在该步骤中，例如采用如溅射(sputter)或电子束蒸发(E-beam)等物理气相沉积(Physical VapourDeposition,PVD)工艺形成种子层102，种子层102的厚度优选为
Figure BDA0002829341880000071
种子层102例如覆盖于底部薄膜绝缘层101a整个上表面，种子层102有利于后续的电镀工艺，并且有利于加强底部薄膜绝缘层101a与金属层之间的结合强度。种子层102可采用铂种子层、钛/铂叠层种子层或钛/金叠层种子层。
进一步地，形成图案化的第一金属层112、第二金属层121和电极材料层132，如图2d及图2e所示。在该过程中，例如，在种子层102的表面形成第二光刻胶层30，并对第二光刻胶层30曝光、显影，以形成具有图案的第二光刻胶层30。在形成第二光刻胶层30之后，形成填充于第二光刻胶层30的图案内的第一金属层112、第二金属层121及部分电极材料层132(其中，形成部分电极材料层132为可选实施例)。之后采用去除剂去除第二光刻胶层30，形成图案化的第三光刻胶层40，并电镀形成最终的电极材料层132。第一金属层112和第二金属层121例如包括金层，在形成电极材料层132时，例如依次形成金层132c、亮铂层132a和铂灰层132b，使得金层132c、亮铂层132a和铂灰层132b依次位于底部薄膜绝缘层101a的上方，例如采用电镀工艺分别形成各个金属层。
例如，采用金电镀液形成填充于第二光刻胶层30的图案内的第一金属层112、第二金属层121和金层132c，其厚度优选为
Figure BDA0002829341880000081
金层132c的位置与电路板100的电极部分相对应；采用铂电镀液形成填充于第三光刻胶层40的图案内的亮铂层132a，亮铂层132a的厚度优选为3-7μm，亮铂层132a的位置与金层132c的位置相对应；采用铂灰电镀液形成铂灰层132b，铂灰层132b的厚度优选为0.5-4μm，铂灰层132b的位置与亮铂层132a的位置相对应，之后采用去除剂去除第三光刻胶层40。
进一步地，去除多余的种子层，如图2f所示。在该步骤中，例如采用溅射(sputter)去除位于第一金属层112、第二金属层121和电极材料层132以外的种子层102，以避免多余的种子层造成电路短路。
进一步地，形成覆盖第一金属层112、第二金属层121和电极材料层132的顶部薄膜绝缘层101b，如图2g所示。在该步骤中，顶部薄膜绝缘层101b的材料和底部薄膜绝缘层101a的材料相同，采用化学气相沉积工艺形成派瑞林膜。
进一步地，形成通孔111和开口131，以形成电路板100，如图2h所示。在该步骤中，例如在顶部薄膜绝缘层101b上形成图案化的掩膜(未示出)，并采用各向异性的干法蚀刻工艺，在与引入部分110对应的顶部薄膜绝缘层101b和底部薄膜绝缘层101a形成通孔111，在与电极部分130对应的顶部薄膜绝缘层101b形成开口131。优选地，在形成通孔111和开口131之后，去除第一光刻胶层102和衬底101，例如溶解去除第一光刻胶层102，并去除衬底101，之后进行水冲洗及烘烤的步骤以清洁电路板100的外侧表面。
在形成如上所述方法制成的电路板100之后，将电路板100与电子元件连接，以形成电子设备，电子元件例如包括电路芯片、电容器、电感器、电阻器、振荡器、滤波器、存储器等根据电路设计而可能设置的一个或多个电子元件，电子设备例如为脑机接口设备、人工耳蜗植入体、视网膜刺激视觉假体、脑皮层刺激器、脊髓刺激器和脑起搏器中的任意一种。
本实施例中是以MEMS制造工艺为例说明电路板的制造方法，但本发明的电路板的制造方法不局限于此。此外，当电极材料层132选用其他材料时，也可采用与前述实施例不相同的制造方法，但均能实现本发明的技术效果。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种电路板，其特征在于，具有引入部分、电极部分以及连接在所述引入部分和所述电极部分之间的连接部分，所述电路板包括衬底和在所述衬底内形成的金属层以及和所述金属层连接的电极材料层，所述衬底和所述金属层之间包括种子层，所述电极材料层的材料与所述连接部分的金属层的材料不同；
其中，所述电极部分的所述衬底上具有开口以暴露出所述电极材料层；
所述连接部分的金属层封闭于衬底内，且包括电镀形成的金层。
2.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述引入部分的金属层也包括电镀形成的所述金层。
3.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述电极部分的所述电极材料层选自铂、钯、钛、铱、氧化铱、碳纳米管、导电聚合物以及上述材料的合金或混合物中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的电路板，其特征在于，所述导电聚合物为聚吡咯、聚噻吩或聚乙烯二氧噻吩中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述衬底包括底部薄膜绝缘层和顶部薄膜绝缘层，所述金属层及所述电极材料层位于所述底部薄膜绝缘层和所述顶部薄膜绝缘层之间，所述开口位于所述顶部薄膜绝缘层。
6.一种电路板的制造方法，其特征在于，所述电路板具有引入部分、电极部分以及连接在所述引入部分和所述电极部分之间的连接部分，所述制造方法包括：
形成位于衬底上的种子层；
形成位于种子层上的金属层以及和金属层连接的电极材料层；以及
在所述电极部分的所述衬底上形成开口以暴露出所述电极材料层；
其中，形成所述金属层以及和金属层连接的电极材料层的方法包括：
在所述连接部分的所述衬底内电镀形成金层，所述金层封闭于衬底内；
在所述电极部分的所述衬底内形成电极材料层。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，电镀形成所述金层的方法包括：在种子层上形成图案化的光刻胶层，在光刻胶层的图案内电镀形成所述金层。
8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述种子层为铂种子层、钛/铂叠层种子层或钛/金叠层种子层。
9.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，形成位于所述衬底内的所述金属层以及和金属层连接的电极材料层的方法包括：
形成底部薄膜绝缘层；
形成位于所述底部薄膜绝缘层之上的所述金属层以及和金属层连接的电极材料层；以及
形成覆盖所述金属层和所述电极材料层的顶部薄膜绝缘层。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1至5任一项所述的电路板，或者如权利要求6至9任一项所述的制造方法制成的电路板。
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