CN118004963A - 神经电极组件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及神经电极技术领域，提供了一种神经电极组件的制备方法，包括如下步骤：于硅基底上敷设第一层柔性衬底，并于第一层柔性衬底上制备导电部，导电部用于与CMOS芯片互联；再次敷设第二层柔性衬底，并使柔性衬底包裹导电部，仅露出导电部远离硅基底的表面；翻转S2步骤制备的结构，使得硅基底朝上，并将该结构装于载体上；对朝上的硅基底进行刻蚀，留下独立的小硅基底，将小硅基底弯折至远离第二层柔性衬底，得到硬质微针电极；去掉载体，得到具有导电部的柔性平面电极。还提供一种神经电极组件。本发明采用MEMS加工工艺，可以在同一片晶圆上实现硬质微针电极和柔性平面电极的同时制备，并能够一次制备若干产品，降低了神经电极组件的制备难度。

Description

神经电极组件及其制备方法

技术领域

本发明涉及神经电极技术领域，具体为一种神经电极组件及其制备方法。

背景技术

目前植入式神经电极主要有以硬质硅材料作为基础的微针电极或阵列(MEA电极)，如密西根电极、犹他电极等；以及以柔性聚合物，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)、聚对二甲苯(Parylene)为衬底材料的平面型电极阵列(ECoG电极)。其中，硬质微针电极作用区域为大脑皮层内或深部脑区，可以记录单个神经元活动的尖峰信号(Spike)，用于研究神经元的活动模式和同步性。柔性平面电极作用的区域为大脑皮层表面，可以记录皮层表面局部场电位(LFPs)，这类电信号反映了大脑皮层表面的整体电活动，可以研究神经元活动的整体模式和神经网络的传播。同时记录皮层内电信号和皮层表面电信号，可以同时了解神经元活动在不同区域之间的相互作用和传递过程，这种综合记录的方法可以提供更全面的神经活动信息，有助于深入研究大脑的功能和神经网络的运作机制。

现有技术中，制备同时具有硬质微针电极和柔性平面电极的神经电极组件大多只能单个产品进行制备，而且制备的方式复杂，制备难度大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种神经电极组件及其制备方法，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种神经电极组件的制备方法，包括如下步骤：

于硅基底上敷设第一层柔性衬底，并于所述第一层柔性衬底上制备导电部，所述导电部用于与CMOS芯片互联；

再次敷设第二层柔性衬底，并使所述柔性衬底包裹所述导电部，仅露出所述导电部远离所述硅基底的表面；

翻转所述S2步骤制备的结构，使得所述硅基底朝上，并将该结构装于载体上；

对朝上的所述硅基底进行刻蚀，留下独立的小硅基底，将所述小硅基底弯折至远离所述第二层柔性衬底，得到硬质微针电极；

去掉所述载体，得到具有导电部的柔性平面电极。

进一步，所述导电部包括电极触点和微凸点，所述电极触点具有金属电极和金属引线，所述微凸点与所述CMOS芯片电连接。

进一步，所述电极触点和所述微凸点的制备具体包括如下步骤：

于所述第一层柔性衬底上旋涂光刻胶，并于图案化处理后的光刻胶上沉积第一层金属导电层，对所述第二层金属导电层进行剥离工艺后得到电极触点，

在所述电极触点制备完毕后，再进行第二次光刻胶的旋涂，并于图案化处理后的光刻胶上沉积第二层金属导电层，对所述第二层金属导电层进行剥离工艺后得到微凸点。

进一步，所述电极触点的材质为铂、金或铂铱合金；所述微凸点的材质为铅锡合金、无铅锡基合金或铟合金。

进一步，于所述第二层柔性衬底上制备硬掩膜层，并对所述硬掩膜层和所述第二层柔性衬底进行刻蚀，以使所述导电部远离所述硅基底的表面从所述第二层柔性衬底中露出，接着除去剩余的硬掩膜层。

进一步，所述硬掩膜层包括金属铝掩膜，且对所述金属铝掩膜和所述第二层柔性衬底刻蚀时，采用湿法刻蚀、干法刻蚀或等离子体刻蚀。

进一步，利用临时键合工艺将所述结构装于载体上，并在得到硬质微针电极通过解键合工艺去掉所述载体。

进一步，所述结构通过键合胶粘贴在所述载体上，在键合工艺完成后，立即将所述载体边缘的键合胶去除。

进一步，在所述S4步骤中，在对朝上的所述硅基底进行刻蚀前，先对所述硅基底进行减薄。

本发明实施例提供另一种技术方案：一种神经电极组件，采用上述的神经电极组件的制备方法进行批量制备，所述神经电极组件包括硬质微针电极和柔性平面电极。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用MEMS加工工艺，可以在同一片晶圆上实现硬质微针电极和柔性平面电极的同时制备，并能够一次制备若干产品，降低了神经电极组件的制备难度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种神经电极组件的制备方法的制备工艺流程图；

图2为本发明实施例提供的一种神经电极组件的示意图(单微针)；

图3为本发明实施例提供的一种神经电极组件的示意图(多根微针)；

图4为本发明实施例提供的一种神经电极组件的示意图(多根微针)；

附图标记中：1-硬质微针电极；2-柔性平面电极；3-电极触点；4-第一层柔性衬底；5-第二层柔性衬底；6-硅基底；7-键合胶；8-载体；9-小硅基底。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1、图2、图3和图4，本发明实施例提供一种神经电极组件的制备方法，包括如下步骤：于硅基底6上敷设第一层柔性衬底4，并于所述第一层柔性衬底4上制备导电部，所述导电部用于与CMOS芯片互联；再次敷设第二层柔性衬底5，并使所述柔性衬底包裹所述导电部，仅露出所述导电部远离所述硅基底6的表面；翻转所述S2步骤制备的结构，使得所述硅基底6朝上，并将该结构装于载体8上；对朝上的所述硅基底6进行刻蚀，留下独立的小硅基底9，将所述小硅基底9弯折至远离所述第二层柔性衬底5，得到硬质微针电极1；去掉所述载体8，得到具有导电部的柔性平面电极2。采用本方法，可以在同一片晶圆上实现硬质微针电极1和柔性平面电极2的同时制备，并能够一次制备若干产品。弯折可以人工弯折，也可以采用弯折装置进行自动弯折，对弯折角度进行控制。本方法中的沉积、刻蚀等工艺即MEMS加工工艺，采用这种工艺可以极大地降低神经电极组件的制备难度。而且在制备硬质微针电极1时，只需要设计好晶圆的大小，就可以一次制备出多个产品，例如硅基底6可以采用一块4、8或12英寸的晶圆。柔性衬底可以是柔性聚合物衬底，聚合物可以是聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚对二甲苯(Parylene)，也可以是两种或两种及以上材料的组合。通过翻转的形式，将硅基底6翻转到上面来，较之现有工艺来说更易于制备硬质微针电极1。而由于硅基底6减薄后很轻很薄，采用载体8托住S2步骤制备完后的结构，也降低了制备硬质微针电极1的难度。最后去掉载体8后，即可得到生长在柔性平面电极2上的硬质微针电极1，二者集成为一体，较之现有技术中分开来制备的方式来说结构也更为稳定。制备的小硅基底9的数量即硬质微针电极1的数量，可以根据需要制备的产品的种类来处理出对应数量的小硅基底9，如图2所示即一根硬质微针电极1的情况，如图3所示即两根硬质微针电极1的情况，如图4所示即四根硬质微针电极1的情况。

细化上述的导电部，请参阅图1，所述导电部包括电极触点3和微凸点，所述电极触点3具有金属电极和金属引线，所述微凸点与所述CMOS芯片电连接。在本实施例中，图1中未示出微凸点，微凸点可以设在图1视角的背后，被电极触点3挡住了。其中，电极触点3有金属电极和金属引线，方便将信号引出，微凸点便于通过倒焊的方式与CMOS处理电路直接连接，能够最大程度降低传输损耗和减小噪声。电极触点3和微凸点的制备均采用图案化处理后进行制备，如此可以根据需来控制二者的位置和形状，下面实施例进行详述。

请参阅图1，所述电极触点3和所述微凸点的制备具体包括如下步骤：于所述第一层柔性衬底4上旋涂光刻胶，并于图案化处理后的光刻胶上沉积第一层金属导电层，对所述第二层金属导电层进行剥离工艺后得到电极触点3；在所述电极触点3制备完毕后，再进行第二次光刻胶的旋涂，并于图案化处理后的光刻胶上沉积第二层金属导电层，对所述第二层金属导电层进行剥离工艺后得到微凸点。在本实施例中，电极触点3和微凸点的制备工艺相差不大，主要区别在于二者采用的材质有别，且是先制备好了电极触点3后再来制备微凸点。在制备时，第一层柔性衬底4上沉积金属导电层作为金属电极以及将金属电极引出的内部导线。沉积的方式可以是蒸镀、溅射镀膜或电镀等。在旋涂光刻胶后，经过曝光、显影，然后在图案化处理后的光刻胶上沉积金属导电层，然后通过剥离工艺得到金属电极和金属引线。微凸点的制备同样也是利用光刻胶曝光、显影，再沉积金属材料后剥离。优选的，所述电极触点3的材质为铂、金或铂铱合金；所述微凸点的材质为铅锡合金、无铅锡基合金或铟合金。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1，于所述第二层柔性衬底5上制备硬掩膜层，并对所述硬掩膜层和所述第二层柔性衬底5进行刻蚀，以使所述导电部远离所述硅基底6的表面从所述第二层柔性衬底5中露出，接着除去剩余的硬掩膜层。在本实施例中，该步骤为暴露出导电部的具体方式。具体地，先在第二层柔性衬底5上制备一层硬掩膜层，可以选择利用表面溅射的方式在第二层柔性衬底5上沉积一层金属铝掩膜，对硬掩膜层和第二层柔性衬底5进行刻蚀，使得电极触点3部分和微凸点部分的表面暴露于外界，然后去除硬掩膜层。对硬掩膜层和第二层柔性衬底5刻蚀时，可根据实际工艺选择不同的刻蚀方式，如湿法刻蚀、干法刻蚀、等离子体刻蚀等。

请参阅图1，利用临时键合工艺将所述结构装于载体8上，并在得到硬质微针电极1通过解键合工艺去掉所述载体8。由于S2步骤中制得的结构较轻，在所述S4步骤中，在对朝上的所述硅基底6进行刻蚀前，先对所述硅基底6进行减薄后，就如同一张纸一样轻薄，因此设计载体8将其托起可以降低后续的制备难度。该载体8是与硅基底6直径相仿的载片，可以是硅、碳化硅或玻璃等。具体地，在柔性衬底的键合面和/或载体8的键合面涂布键合胶7，并对其进行烘烤，然后将载体8和柔性衬底临时键合。接着对上面的硅基底66进行掩膜减薄。值得注意的是，由于这种键合方式是临时键合，为了避免边缘键合胶7残留过多导致边缘粘连而使薄硅片破裂，应该在载体8上涂完键合胶7以后，立即使用去边处理，去除载体8边缘的键合胶7，接着再进行载体8的临时键合。而解键合的方式可以根据不同的键合介质，划分为UV光照射(适配UV干膜)、机械剥离(适配垂直剥离胶)、激光剥离(适配光敏胶)和热解滑移(适配热熔胶)四种类型。实际过程中，根据所选择的键合胶7种类选择合适的解键合方式。

至此细化完了所有的制备方法，这里结合图1再进行一次连贯制备说明，如图1所示：

a步骤中，体现的是先在硅基底66上制备第一层柔性衬底4，然后在该第一层柔性衬底4上制备导电部，此处的导电部可以是电极触点3和微凸点，在a中仅示出电极触点3。

b步骤中，体现的是在电极触点3这一侧再次敷设第二层柔性衬底5，然后经过处理后使得电极触点3朝上的这一表面露出。

c步骤中，体现的是将b步骤的结构整体翻转180°，使得硅基底66朝上，做临时键合工艺以及对上侧的硅基底66进行减薄。

d步骤中，体现的是对硅基底66进行处理，得到小硅基底9。

e步骤中，体现的是对小硅基底9两侧的柔性衬底进行刻蚀，刻蚀出沟槽，此时的小硅基底9即为硬质微针电极1，可以根据需要弯折至需要的角度。

f步骤中，体现的是做解键合工艺，去掉载体8以及键合胶7，得到了最终的产品。

请参阅图2、图3和图4，本发明实施例提供一种神经电极组件，采用上述的神经电极组件的制备方法进行批量制备，所述神经电极组件包括硬质微针电极1和柔性平面电极2。经过上述的步骤即可得到具有硬质微针电极1和柔性平面电极2的神经电极组件产品。可以结合晶圆的尺寸一次性制备很多个产品，实现批量制备。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种神经电极组件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

于硅基底上敷设第一层柔性衬底，并于所述第一层柔性衬底上制备导电部，所述导电部用于与CMOS芯片互联；

再次敷设第二层柔性衬底，并使所述柔性衬底包裹所述导电部，仅露出所述导电部远离所述硅基底的表面；

翻转所述S2步骤制备的结构，使得所述硅基底朝上，并将该结构装于载体上；

对朝上的所述硅基底进行刻蚀，留下独立的小硅基底，将所述小硅基底弯折至远离所述第二层柔性衬底，得到硬质微针电极；

去掉所述载体，得到具有导电部的柔性平面电极。

2.如权利要求1所述的神经电极组件的制备方法，其特征在于，所述导电部包括电极触点和微凸点，所述电极触点具有金属电极和金属引线，所述微凸点与所述CMOS芯片电连接。

3.如权利要求2所述的神经电极组件的制备方法，其特征在于，所述电极触点和所述微凸点的制备具体包括如下步骤：

于所述第一层柔性衬底上旋涂光刻胶，并于图案化处理后的光刻胶上沉积第一层金属导电层，对所述第二层金属导电层进行剥离工艺后得到电极触点，

在所述电极触点制备完毕后，再进行第二次光刻胶的旋涂，并于图案化处理后的光刻胶上沉积第二层金属导电层，对所述第二层金属导电层进行剥离工艺后得到微凸点。

4.如权利要求2所述的神经电极组件的制备方法，其特征在于：所述电极触点的材质为铂、金或铂铱合金；所述微凸点的材质为铅锡合金、无铅锡基合金或铟合金。

5.如权利要求1所述的神经电极组件的制备方法，其特征在于：于所述第二层柔性衬底上制备硬掩膜层，并对所述硬掩膜层和所述第二层柔性衬底进行刻蚀，以使所述导电部远离所述硅基底的表面从所述第二层柔性衬底中露出，接着除去剩余的硬掩膜层。

6.如权利要求5所述的神经电极组件的制备方法，其特征在于：所述硬掩膜层包括金属铝掩膜，且对所述金属铝掩膜和所述第二层柔性衬底刻蚀时，采用湿法刻蚀、干法刻蚀或等离子体刻蚀。

7.如权利要求1所述的神经电极组件的制备方法，其特征在于：利用临时键合工艺将所述结构装于载体上，并在得到硬质微针电极通过解键合工艺去掉所述载体。

8.如权利要求7所述的神经电极组件的制备方法，其特征在于：所述结构通过键合胶粘贴在所述载体上，在键合工艺完成后，立即将所述载体边缘的键合胶去除。

9.如权利要求1所述的神经电极组件的制备方法，其特征在于：在所述S4步骤中，在对朝上的所述硅基底进行刻蚀前，先对所述硅基底进行减薄。

10.一种神经电极组件，其特征在于：采用如权利要求1-9任一所述的神经电极组件的制备方法进行批量制备，所述神经电极组件包括硬质微针电极和柔性平面电极。