DE102010006689A1

DE102010006689A1 - Elektrische Durchführung mit Gradientencermet

Info

Publication number: DE102010006689A1
Application number: DE102010006689A
Authority: DE
Inventors: Jens Trötzschel; Goran Pavlovic; Harald Manhardt; Nicole Gübler
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Medevio & Co Kg De GmbH
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2011-09-29
Anticipated expiration: 2030-02-03
Also published as: US20110186349A1; DE102010006689B4; US8528201B2; US20140008121A1; US9407076B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Durchführung (3) für eine implantierbare Vorrichtung (1), eine elektrische Durchführung (3) und eine implantierbare Vorrichtung (1). Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Grünling aus einem elektrisch isolierenden Grundkörper (10) und wenigstens einem den Grundkörper (10) durchdringenden elektrisch leitenden Durchführungsleiter (20) hergestellt wird, mit den folgenden Schritten: – der Grundkörper (10) wird aus einem Keramik-Schlicker geformt, – ein Durchführungsleiter (20) aus einem Metall-Pulver, Metall-Schlicker, Cermet-Pulver und/oder Cermet-Schlicker wird in den Grundkörper (10) eingebracht, wobei im Durchführungsleiter (20) ein zum Grundkörper (10) hin abnehmender Metall-Anteil hergestellt wird, – der den Grundkörper (10) und den Durchführungsleiter (20) umfassende Grünling wird gesintert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Durchführung für eine implantierbare Vorrichtung, insbesondere eine medizinisch implantierbare Vorrichtung, eine elektrische, Durchführung sowie eine implantierbare Vorrichtung.
In DE 697 29 719 T2 ist eine elektrische Durchführung Rar ein implantierbares elektrisches Therapiegerät beschrieben. Derartige elektrische Durchführungen dienen dazu, eine elektrische Verbindung zwischen einem hermetisch abgeschlossenen Inneren und einem Äußeren des Therapiegerätes herzustellen.
Bekannte Beispiele implantierbarer Therapiegeräte sind Hirnschrittmacher, Herzschrittmacher oder Defibrillatoren. Diese Vorrichtungen weisen üblicherweise ein hermetisch dichtes Metallgehäuse auf, welches auf einer Seite mit einem Anschlusskörper, auch Header genannt, versehen ist Dieser Anschlusskörper weist eine Anschlussbuchse auf, die zum Anschluss von Elektrodenleitungen dient, der beispielsweise mittels eines Bajonett-Verschlusses erfolgt. Die Anschlussbuchse weist dabei elektrische Kontakte auf, die dazu dienen, Elektrodenleitungen elektrisch mit einer Steuerelektronik im Inneren des Gehäuses der implantierbaren Vorrichtung zu verbinden.
Eine wesentliche Voraussetzung für eine entsprechende elektrische Durchführung ist eine hermetische Dichtigkeit gegenüber einer Umgebung, da die Steuerelektronik zur dauerhaften Vermeidung von Fehlfunktionen oder Totalausfall von Flüssigkeiten isoliert gehalten werden muss. Da die Leitungsdrähte im Allgemeinen Metalldrähte oder Metallstifte sind, die in einen elektrisch isolierenden keramischen Grundkörper der elektrischen Durchführung eingebracht werden, stellen die Grenzflächen zwischen den Leitungsdrähten und dem Grundkörper Schwachstellen dar, Es muss somit sichergestellt werden, dass die in die elektrische Durchführung eingebrachten signalübertragenden Leitungsdrähte spaltfrei in das Isolationselement eingebracht werden.
Eine spaltfreie Verbindung zwischen beiden Elementen wird üblicherweise erzeugt, indem eine Innenfläche einer Bohrung im Grundkörper metallisiert wird und ein hindurchgeführter Leitungsdraht eingelötet wird. Allerdings ist das Aufbringen der Metallisierung in der Bohrung im Isolationselement schwierig. Nur mittels kostenintensiver Verfahren lässt sich eine gleichmäßige Metallisierung der Innenfläche der Bohrung im Isolationselement sicherstellen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative elektrische Durchführung für eine, insbesondere medizinisch, implantierbare Vorrichtung zu schaffen, bei der die genannten Nachteile vermieden werden und die eine dauerhafte hermetische Dichtigkeit der elektrischen Durchführung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Durchführung für eine implantierbare Vorrichtung, das dadurch weitergebildet ist, dass ein Grünling aus einem elektrisch isolierenden Grundkörper und wenigstens einem den Grundkörper durchdringenden elektrisch leitenden Durchführungsleiter hergestellt wird, mit den folgenden Schritten:

– der Grundkörper wird aus einem Keramik-Schlicker geformt,
– ein Durchführungsleiter aus einem Metall-Pulver, Metall-Schlicker, Cermet-Pulver und/oder Cermet-Schlicker wird in den Grundkörper eingebracht, wobei im Durchführungsleiter ein zum Grundkörper hin abnehmender Metall Anteil hergestellt wird,
– der den Grundkörper und den Durchführungsleiter umfassende Grünling wird gesintert.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass anstelle der bisher verwendeten Techniken. bei denen ein elektrisch leitender Draht durch eine Durchführung aus einem gesinterten keramischen Material hindurchgeführt und mit diesem verlötet oder verschweißt werden musste, die Durchführung vollständig aus einem gesinterten Material besteht und somit eine vollständig stoffschlüssige Formgebung erreicht wird, die bruchstellenfrei und hermetisch dichtend ist Das im Stand der Technik auftretende Problem, dass die Naht zwischen einem Leitungsdraht und dem umgebenden gesinterten Material eines isolierenden Grundkörpers sich öffnet und die hermetische Dichtung damit gebrochen ist, ist somit erfindungsgemäß vermieden, da eine solche Sollbruchstelle nicht mehr vorhanden ist.
Im Rahmen der Erfindung wird als „Cermet” ein Verbundwerkstoff aus keramischen Werkstoffen in einer metallischen Matrix bezeichnet. Im Rohzustand handelt es sich um ein Gemisch aus einem keramischen Pulver und einem metallischen Pulver, Cermets zeichnen sich durch eine besonders hohe Härte und Verschleißfestigkeit aus. Cermets sind hartmetallverwandte Stoffe, die ohne den Hartstoff Wolframkarbid auskommen und pulvermetallurgisch hergestellt werden. Der Sinterprozess für Cermet läuft wie bei homogenen Pulvern ab. Bei gleicher Presskraft wird das Metall stärker verdichtet als die Keramik. Gegenüber Sinterhartmetallen hat ein Cermet enthaltendes Lageelement eine höhere Thermoschock- und Oxidationsbeständigkeit. Die keramischen Komponenten des Cermets sind meist Aluminiumoxid (Al2O3) und Zirkoniumdioxid (ZrO2), während als metallische Komponenten Niob, Molybdän, Titan, Kobold, Zirkonium und Chrom vorzugsweise in Frage kommen.
Des erfindungsgemäß zu verwendende Material kann ein trockenes Pulver sein, das trocken zu einem Grünling gepresst wird und eine ausreichende Adhäsion aufweist, um seine gepresste Grünlings-Form beizubehalten. Ein Schlicker ist im Rahmen der Erfindung eine Suspension von Partikeln eines Pulvers aus einem oder mehreren Materialien in einem flüssigen Bindemittel, üblicherweise in Wasser oder in einem organischen Bindemittel. Ein Schlicker weist eine hohe Viskosität auf und ist auf einfache Weise ohne hohen Druck zu einem Grünling formbar.
Der Sinterprozess, der im Allgemeinen unterhalb der Schmelztemperatur der verwendeten Keramik-, Cermet oder Metall-Materialien, in Einzelfällen aber auch knapp oberhalb der Schmelztemperatur der niederschmelzenden Komponente eines Mehrkomponenten-Gemischs, meist der Metall-Komponente, ausgeführt wird, führt bei Grünlingen aus Schlickern dazu, dass das Bindemittel langsam aus dem Schlicker hinaus diffundiert Eine zu schnelle Erwärmung führt zu einer schnellen Volumenzunahme des Bindemittels durch
Übergang in die gasförmige Phase und zu einer Zerstörung des Grünlings oder zur Bildung von unerwünschten Fehlstellen im Werkstück
Beim Sintern bilden sich Sinterhälse zwischen den Partikeln des Grünlings aus, die eine stoffschlüssige Verbindung der Partikel untereinander bewirkt. Gleichzeitig rücken die Partikel des Materials näher zueinander, wodurch sich die Hohlräume zwischen den Partikeln verkleinern, bis eine hermetische Abdichtung des gesinterten Werkstücks gegenüber Gasen und Flüssigkeiten erzielt ist. Dabei schrumpft das Werkstück.
Es ist bekannt, dass Cermet-enthaltende Schlicker wegen des Metall-Anteils beim Sintern einer stärkeren Schrumpfung unterliegen als reine Keramik-Schlicker. Es besteht also die Gefahr, dass der Durchführungskörper beim Sintern stärker schrumpft als der rein keramische Grundkörper, so dass keine hermetische Verbindung der beiden zustande kommt Dies wird erfindungsgemäß durch die Wahl der Formen der Öffnungen bzw. der Grünlings-Körper, die in die Öffnungen eingebracht werden, sowie durch eine Beaufschlagung mit einer Kraft gellst
Der erfindungsgemäße Durchführungsleiter im Grundkörper besteht aus einem gesinterten Material, insbesondere einem gesinterten Metall- und/oder Cermet-Schlicker oder einem Metall- und/oder Cermet-Pulver, das zunächst in den Grundkörper eingebracht wird, bevor dieser als zusammengesetzter Grünling gesintert wird. Dabei stellt sich ein vom Zentrum des Durchführungsleiters zum diesen umgebenden Grundkörper hin in Stufen oder graduell abnehmender Metall-Anteil ein.
Der Metall-Anteil übernimmt eine doppelte Aufgabe. Einerseits wird beim Sintern aus dem Metallpulver bzw. den Metallpartikeln im Metall-Schlicker bzw. im Cermet ein durchgängiger metallischer und somit elektrisch leitfähiger Leiter, der eine Übertragung von elektrischem Strom ermöglicht. Andererseits bildet das Metall im Cermet bzw. im Metallpulver auch eine Matrix für darin eingebettete Keramik-Partikel, die somit darin gehalten werden und eine besonders belastbare Struktur ergeben.
Der von innen nach außen hin abnehmende Metall-Anteil, auch Gradient genannt, bewirkt, dass das unterschiedliche Schrumpfungsverhalten eines Metall- bzw. Cermet-Schlickers oder -Pulvers zu dem umgebenden Keramik-Schlicker oder Keramik-Pulver ausgeglichen wird und durch die unterschiedliche Schrumpfung auftretenden Spannungen im Material ausgeglichen werden. Dadurch sind die Spannungen nicht punktförmig konzentriert und führen dort nicht zu Fehlstellen im Material.
Eine elektrisch leitfähige Verbindung stellt sich ein, wenn vorzugsweise der Metallgehalt des Cermets bei 80% oder mehr, insbesondere bei 90% oder mehr, liegt.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Einbringen des wenigstens einen Durchführungsleiters in den Grundkörper eine Durchführungsöffnung im Grundkörper erzeugt und werden eine oder mehrere, insbesondere konzentrisch angeordnete, organische Folien mit einem niedrigen Brennpunkt in die Durchführungsöffnung eingebracht, die verschiedene Volumen voneinander abtrennen, wobei anschließend Metall-Pulver, Cermet-Pulver, Metall-Schlicker und/oder Cermet-Schlicker mit unterschiedlichen Metall-Anteilen in die verschiedenen Volumen eingefüllt werden. Dies bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass der Metall-Anteil des Materials in einem Volumen sich von dem in einem anderen Volumen unterscheidet. Insbesondere werden von innen nach außen fortschreitend Materialien mit abnehmendem Metall-Anteil eingefüllt und somit ein abgestufter Gradient des Metall-Anteils des in die Volumen eingefüllten Materials erzeugt.
Durch die organischen Folien abgetrennt mischen sich die in die verschiedenen Volumen eingefüllten Materialien während des Sinterns nicht. Da die organischen Folien eine Brenntemperatur haben, die unterhalb der Sintertemperatur liegt, lösen diese sich beim Sintern auf und diffundieren aus dem Grünling heraus. Nachdem die organischen Folien sich aufgelöst haben, berühren sich die aneinander angrenzenden Materialien der zunächst separat befüllten Volumen und gehen ihrerseits jeweils eine stoffschlüssige gesinterte Verbindung ein.
In einer weiteren Ausführungsform, die auch zusätzlich zu der zuvor besprochenen Ausführungsform des Verfahrens eingesetzt werden kann, wird vorzugsweise zum Einbringen des wenigstens einen Durchführungsleiters in den Grundkörper eine Durchführungsöffnung im Grundkörper erzeugt, ein Durchführungsleiter-Grünling geformt und in die Durchführungsöffnung des Grundkörpers eingesetzt Grünlinge von Durchführungsleitern und Durchführungsöffnungen im Grünling des Grundkörpers können passgenau geformt werden und nach dem Entformen, also nach dem Herauslösen aus der Form, passgenau ineinander gesetzt werden. Es Ist auch möglich, einen entsprechenden Grünling eines Durchführungsleiters in eine organische Folie nach der zuvor beschriebenen Variante des Verfahrens einzubringen oder zunächst mit der Folie zu umwickeln und anschließend in die Durchführungsöffnung einzubringen.
Vorteilhafterweise wird der Durchführungsleiter-Grünling vor dem Einsetzen in die Durchführungsöffnung in einer oder mehreren Übergangsschichten aus einem Cermet-Schlicker eingehüllt, deren Metall-Anteil oder Metall-Anteile von innen nach außen hin abnehmen, insbesondere gegenüber dem Metall-Anteil des Durchführungsleiter-Grünlings. Auf diese Weise wird ein Gradient des Metall-Anteils des Durchführungsleiters von innen nach außen eingestellt.
In einer weiteren vorzugsweisen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, die auch zusätzlich zu einer oder beiden der zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahren anwendbar ist, wird zum Einbringen des wenigstens einen Durchführungsleiters in den Grundkörper der Grundkörper und/oder ein mit einem Cermet-Schlicker gefülltes Volumen der Durchführungsöffnung mit einer Injektionsnadel durchstochen und die Injektionsnadel unter Injektion eines Metallpulvers, eines Metall-Schlickers, eines Cermet Pulvers und/oder eines Cermet-Schlickers zurückgeholt.
In dieser Variante wird das Material mit dem höchsten Metall-Anteil direkt in den Grünling des Grundkörpers oder eines Durchführungsleiters hinein injiziert. Beim Eindringen der Injektionsnadel in das Material wird zunächst ein Kanal mit dem Durchmesser der Injektionsnadel erzeugt und das bereits vorhandene Material zur Seite gedrängt. Beim Zurückziehen der Injektionsnadel wird dieser Kanal mit einem Material mit einem hohen Metall-Anteil ausgefüllt.
Vorzugsweise geschieht die Injektion unter Druck und dringt das injizierte Metall- und/oder Cermet-Pulver und/oder der injizierte Metall- und/oder Cermet-Schlicker unter Druck in des umgebende Material ein. Durch des Eindringen vermischt sich des Material mit einem hohen Metall-Anteil mit dem umgebenden Material mit einem niedrigen oder einem nicht vorhandenen Metall-Anteil in stärkerem Maße als bei einem Einfüllen ohne Druck, so dass sich auf diese Weise ein von innen nach außen graduell abnehmender Gradient bzw. Metall-Anteil im Material ausbildet. Geeignete Injektoren sind bekannt und arbeiten beispielsweise auf Basis von Piezoelementen. Auch hydraulische oder pneumatische Druckerzeuger sind erfindungsgemäß einsetzbar.
Vorzugsweise weist die Injektionsnadel zwei oder mehrere konzentrisch angeordnete Injektionskanäle auf, durch die zwei oder mehrere Materialien mit unterschiedlichem Metall-Anteil in den Grundkörper oder in den Durchführungsleiter koextrudiert oder koinjiziert werden. Auf diese Weise wird in einem Verfahrensschritt ein Durchführungsleiter oder der Kern eines Durchführungsleiters erzeugt, der einen Gradienten des Metall-Anteils erzeugt, der von innen nach außen abnimmt. Erfindungsgemäß bezieht sich in diesem Zusammenhang der Begriff „extrudieren” auf das Injizieren eines Metall- oder Cermet-Schlickers, während der Begriff „injizieren” sich sowohl auf einen Schlicker als auch auf ein Pulver bezieht.
Wenn vorteilhafterweise nach Abschluss des Sinterns wenigstens eine Oberfläche der elektrischen Durchführung poliert und an wenigstens einer Stelle der Oberfläche, an der der wenigstens eine Durchführungsleiter angeordnet ist, mit einem metallischen Stift oder Draht kontaktiert wird, ist eine stabile und hermetisch dichte elektrische Durchführung erreicht Das Kontaktieren erfolgt mittels. Löten oder Schweißen, wobei insbesondere Laserschweißen und Widerstandsschweißen zu einer dauerhaften und gut elektrisch leitenden Kontaktierung führen. Die Kontaktierung erfolgt mit metallischen Drähten oder Stiften. Alternativ kann auch der Durchführungsleiter über die elektrische Durchführung bzw. den Grundkörper hinausragend ausgebildet sein und selbst einen Kontaktierungsstift bilden. Auf diese Weise wird ein Stromfluss von einer Seite des Durchführungsleiters zur anderen Seite gewährleistet.
Vorteilhafterweise wird eine stabile Anbindung einer elektrischen Durchführung an ein Gehäuse erreicht, wenn vor dem Sintern zusätztlich ein kranzförmiger Randkörper aus einem Cermet-Schlicker mit einer Aufnahmeöffnung für den Grundkörper geformt wird, in die der Grundkörper zur Bildung des Grünlings eingesetzt wird. Dieser Grünling mit dem Randkörper wird gesintert, wobei der Randkörper mit seinem Metall-Anteil eine gute Anbindung an ein metallisches Gehäuse einer implantierbaren Vorrichtung ermöglicht Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch gelöst durch eine elektrische Durchführung für eine implantierbare Vorrichtung mit einem elektrisch isolierenden Grudkörper und wenigstens einem elektrisch leitenden Durchführungsleiter, der den Grundkörper durchdringt, wobei der Grundkörper aus einem gesinterten Keramik-Material hergestellt ist, die dadurch weitergebildet wird, dass der wenigstens eine Durchführungsleiter aus einem mit dem Grundkörper gemeinsam gesinterten Metall- und/oder Cermet Material besteht, das einen vom Inneren des Durchführungsleiters nach außen hin abnehmenden Metall-Anteil aufweist.
Die entsprechende erfindungsgemäße elektrische Durchführung weist die zu dem Verfahren bereits genannten Vorteile auf, insbesondere die stoffschlüssige Herstellung der gesamten elektrischen Durchführung mit einer gesamt-stoffschlüssigen Einbindung des oder der Durchführungsleiter in den isolierenden Grundkörper, wobei insbesondere durch den Gradienten des Metall-Anteils von der Durchführungsleitung zum Material des Grundkörpers Spannungen durch unterschiedliche Schrumpfungsprozesse der verschiedenen Materialien beim Sintern abgebaut sind. Dies kommt der Langlebigkeit der hermetischen Dichtung zugute.
Vorzugsweise ist der Grundkörper umlaufend mit einem kranzförmigen Randkörper aus einem Cermet-Material mit einer stoffschlüssigen gesinterten Verbindung verbunden, wobei der Randkörper eine Aufnahmeöffnung aufweist, in der der Grundkörper angeordnet ist. Durch den Randkörper ist eine einfache Verfügbarkeit bzw. Verbindbarkeit der elektrischen Durchführung in ein Gehäuse einer implantierbaren Vorrichtung gegeben.
Vorzugsweise ist die elektrische Durchführung gegen Gase und Flüssigkeiten hermetisch dicht. Dafür wird insbesondere der Sinterprozess solange durchgeführt, bis das Material sich so verdichtet hat, dass keine durchgängigen Poren mehr vorhanden sind.
Eine erfindungsgemäße elektrische Durchführung ist vorzugsweise herstellbar oder hergestellt in einem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine implantierbare Vorrichtung mit einer zuvor beschriebenen elektrischen Durchführung.
Merkmale, Vorteile und Details, die im Zusammenhang mit einem der Erfindungsgegenstände genannt worden sind, gelten auch für die jeweils anderen Erfindungsgegenstände.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer medizinisch implantierbaren Vorrichtung,
2 eine schematische Schnittzeichnung durch eine erfindungsgemäße elektrische Durchführung,
3 eine schematishe Darstellung einer Aufsicht auf die erfindungsgemäße elektrische Durchführung gemäß 2,
4 eine Ausschnittsvergrößerung der elektrischen Durchführung aus 3 in schematischer Darstellung,
5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens und,
6 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elements bzw. entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird.
1 zeigt eine schematiche Darstellung einer medizinisch implantierbaren Vorrichtung 1, etwa eines Hirnschrittmachers, eines Herzschrittmachers oder Defibrillators. Die Vorrichtung 1 weist ein vorzugsweise metallisches und biokompatibles Gehäuse 2 mit einer elektrischen Durchführung 3 auf. Im Inneren des Gehäuses 21 ist eine elektronische Mess- und Steuervorrichtung 4 angeordnet, die mittels eines Verbindungsdrahtes 5 und eines elektrischen Kontakts 7 mit einem elektrisch leitenden Durchführungsleiter 20 der elektrischen Durchführung 3 verbunden ist. An der Außenseite des Durchführungsleiters 20 schließt sich nach einem weiteren elektrischen Kontakt ein Kontaktstift 8 an, an den eine nur schematisch angedeutete Leitungswendel 8 angeschlossen ist, die mit einer Stimulationselektrode verbunden ist.
Die elektrische Durchführung 3 schließt eine Öffnung im Gehäuse 2 hermetisch ab. In der elektrischen Durchführung 3 ist der Durchführungsleiter 20 aufeinander folgend durch Übergangsschichten 30 und einen Grundkörper 10 eingefasst, der an seinem Umfang einen Randkörper 40 aufweist, an den sich das Gehäuse 2 anschließt. Der elektrisch isolierende Grundkörper 10 verhindert Kurzschlüsse zwischen dem elektrisch leitenden, langgestreckten Leitungsdraht 5 und dem metallischen Gehäuse 2 bzw. dem ebenfalls teilweise metallischen Randkörper 40.
Der Grundkörper 10 ist aus einer isolierenden Werkstoffzusammensetzung gebildet Elektrische Signale, die durch den Leitungsdraht 5 laufen, sollen nicht durch einen Kontakt mit dem Gehäuse 2 der implantierbaren Vorrichtung 1 abgeschwächt oder kurzgeschlossen wenden. Zudem muss der Grundkörper 10 eine biokompatible Zusammensetzung einweisen, um medizinisch implantiert zu werden. Deshalb ist es bevorzugt, wenn der Grundkörper 2 aus einem glaskeramischen oder glasartigen Material besteht. Besonders bevorzugt sind Werkstoffzusammensetzungen des Grundkörpers 10, die wenigstens eine aus der Gruppe Aluminiumoxid (Al2O3), Magnesiumoxid (MgO), Zirkoniumoxid (ZrO2), Aluminiumtitanat (Al2TiO5) und Piezokeramiken ist Diese Stoffe weisen einen hohen elektrischen Widerstand und niedrige dielektrische Verluste auf. Zusätzlich werden diese Eigenschaften ergänzt durch hohe thermische Beständigkeit sowie gute Biokompatibilität. Biokompatible Metalle sind insbesondere Metalle aus der Gruppe Titan (Ti), Tantal (Ta), Iridium (Ir), Niob (Nb), Platin (Pt) oder eine Legierung mit wenigstens einem dieser Metalle.
Bei der isolierenden Werkstoffzusammensetzung handelt es sich vorteilhafterweise um eine Pulvermasse, die wenigstens einen minimalen Zusammenhalt der Pulverpartikel aufweist Dies wird üblicherweise dadurch realisiert, dass eine Korngröße der Pulverpartikel 0,5 mm nicht übersteigt. Die Herstellung eines Grünlings erfolgt dabei entweder durch Verpressen von Pulvermassen oder durch Formung und anschließendes Trocknen. Es werden parallel Grünlinge eines isolierenden Grundkörpers 10 und elektrisch leitender Durchführungsleiter 20 und gegebenenfalls eines Randkörpers 40 erstellt, ineinander gesetzt und im Anschluss gebrannt.
In 2 ist eine erfindungsgemäße elektrische Durchführung 3 schematisch im Querschnitt dargestellt. Die elektrische Durchführung 3 weist einen umlaufenden, aus einem Cermet-Material gesinterten Randkörper 40 mit einem Flansch 41, auf. Nach innen schließt sich eine Übergangsschicht 50 aus einem Cermet mit einem niedrigeren Metall-Anteil als des des Randkörpers 40 an, worauf ein Grundkörper 10 aus einem nicht leitenden, rein keramischen Material folgt.
In den Grundkörper 10 sind Durchführungsleiter 20 eingebettet, die jeweils mit einer Übergangsschicht 30 ummantelt sind. Die Übergangsschicht 30 besteht aus einem Cermet mit einem Metallgehalt Von ca. 20% bis ca. 70%, während der Durchführungsleiter 20 einen höheren Metallgehalt aufweist und insbesondere vollständig aus einem gesinterten metallischen Material besteht Da des gesamte in 2 gezeigte Teil gesintert ist, stellt es eine hermetische und stabile elektrische Durchführung 3 dar.
Der Randkörper 40 weist einen Flansch 41 auf, wobei der Flansch insbesondere metallisch leitend ist Der Flansch dient dazu, die elektrische Durchführung gegenüber einem Gehäuse 2 der implantierbaren Vorrichtung 1 abzudichten. Durch den Randkörper 40 wird die elektrische Durchführung 3 in der implantierbaren Vorrichtung 1 gehalten. Der Flansch 41 bildet ein Lager, in welches ein Deckel der medizinisch implantierbaren Vorrichtung 1 Vorzugsweise dichtend eingreifen kann. Folglich kann der Randkörper 40 mit dem Flansch 41 einen U- oder H-förmigen Querschnitt aufweisen. Durch die Integration wenigstens eines Flansches 41 in den Randkörper 40 ist eine sichere, stoßfeste und dauerhafte Integration der elektrischen Durchführung 3 in der implantierbaren Vorrichtung 1 sichergestellt Zusätzlich kann der Flansch derart ausgestaltet sein, dass ein Deckel der implantierbaren Vorrichtung 1 kraft- und/oder formschlüssig mit dem Randelement 40 verbunden wird.
In 3 ist die erfindungsgemäße elektrische Durchführung 3 gemäß 2 in einer Draufsicht schematisch dargestellt Von außen nach innen fortschreitend sind der Flansch 41, der Randkörper 40, eine Übergangsschicht 50, der Grundkörper 10 und sechs nebeneinander angeordnete darin eingebettete Durchführungsleiter 20, die jeweils mit einer Übergangsschicht 30 versehen sind, dargestellt Ebenfalls ist dargestellt, wo sich eine Aufnahmeöffnung 42 des Randkörpers 40 für den Grundkörper 10 befindet sowie eine Durchführungsöffnung 11 im Grundkörper 10 für einen Durchführungsleiter 20.
In 4 ist ein Ausschnitt aus 3 im Detail dargestellt, der den gestrichelten Linien und den Bezugszeichen 1 aus 3 entspricht. 4 verdeutlicht damit den schichtweisen Aufbau der elektrischen Durchführung 3. Die verschiedenen Körper wenden dabei vorzugsweise zu einem Grünling zusammengesetzt und gemeinsam gesintert.
In 6 ist eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt, bei der eine Injektionsnadel 60 in den elektrisch isolierenden Grundkörper 10 eingeführt wird. Dabei erzeugt sie eine Durchführungsöffnung 11, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser der Injektionsnadel 60 entspricht In eine Injektionsrichtung 61 wird ein Cermet-Material 21 mit einem hohen Metallanteil oder ein rein metallisches sinterfähiges Material in dem entstandenen Hohlraum eingefüllt. Dies kann unter Druck geschehen, so dass das Cermet-Material 21 und damit auch die Matallpartikel in den umgebenden Bereich des Grundkörpers 10 eindringen, wodurch sich ein Gradient des Metall-Anteils einstellt
Die Injektionsnadel 60 ist in 5 bereits ein Stück wert aus der Durchführungsöffnung 11 wieder zurückgezogen worden, wobei der entstandene Hohlraum mit einem sinterfähigen Metall- oder Cermet-Material 21 aufgefüllt worden ist Die Injektionsnadel 60 wird weiter aus dem gebildeten Kanal herausgezogen, wobei der entstandene Hohlraum vollständig mit dem Cermet-Material 21 ausgefüllt wird und ggf. dieses sich mit dem umliegenden Material des Grundkörpers 10 vermischt, indem es in dieses eindringt.
In 6 ist ein Schritt einer alternativen Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Im Grundkörper 10 ist zunächst eine Durchführungsöffnung erzeugt worden. in die Durchführungsöffnung 11 sind ein Cermet-Material 21 und eine Übergangsschicht 30 eingebracht, die voneinander und vom umgebenden Grundkörper 10 mittels konzentrisch angeordneter organischer Folien 70, 71 abgetrennt sind, so dass sie sich zunächst nicht vermischen. Der Metallanteil im Cermet-Material 21, der auch ein reines Metallpulver oder ein reiner Metall-Schlicker sein kann, ist höher als der Metallanteil des Cermet-Materials in der Übergangsschicht 30.
Die Situation in 6 kann dadurch erzeugt werden, dass zunächst eine Durchführungsöffnung 11 im Grundkörper 10 erzeugt wird und die Innenwand der Durchführungsöffnung 11 mit einer organischen Folie 70 ausgekleidet wird. In diesen Hohlraum wird anschließend eine weitere organische Folie 71 eingeführt, so dass mittels der organischen Folien 70 und 71 zwei konzentrische zylindrische bzw. ringförmige Volumen voneinander abgetrennt sind. Diese werden anschließend mit zwei verschiedenen Materialien mit unterschiedlichem Metallanteil gefüllt.
Eine weitere Methode, die Situation gemäß 6 herzustellen, besteht darin, zunächst einen Grünling aus dem Cermet-Material 21 zu formen, diesen vor oder nach dem Formen mit einer organischen Folie 71 einzuhüllen oder zu umwickeln, diese anschließend mit einem Material einer Übergangsschicht 30 zu umwickeln und diese wiederum mit einer organischen Folie 70 zu umhüllen. Das Konstrukt wird dann in die zuvor erzeugte Durchführungsöffnung 11 eingebracht Es ist natürlich auch möglich, Komponenten beider Herstellungsverfahren miteinander zu verbinden und eine Mischform der beiden zuvor beschriebenen Varianten anzuwenden.
Um die elektrische Leitfähigkeit des Durchführungsleiters zu erhöhen, ist es auch möglich, in den Grünling an der Stelle des Cermet-Materials 21 im Inneren der organischen Folie 71 gemäß 5 vorzugehen und mit einer Injektionsnadel einzudringen und ein reines Metallpulver oder einen reinen Metall-Schlicker zu injizieren. So lassen sich Abstufungen von innen nach außen von Metall-Anteilen von beispielsweise 100%, 90% und 50% jeweils im Zentrum, im unmittelbar daran anschließenden Bereich und im Übergangsbereich 30 verwirklichen. Geeignete Metall-Anteile sind in einem breiten Spektrum verfügbar und sind an die gewählten Materialien anzupassen.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und In Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein.
Bezugszeichenliste

1: Implantierbare Vorrichtung
2: Gehäuse
3: elektrische Durchführung
4: elektronische Mess- und Stauervorrichtung
5: Verbindungsdraht
6: Leitungswendel
7, 7': elektrischer Kontakt
8, 8': Kontaktstift
10: Grundkörper
11: Durchführungsöffnung
20: Durchführungsleiter
21: Cermet-Material
30: Übergangsschicht
40: Randkörper
41: Flansch
42: Aufnahmeöffnung
50: Übergangsschicht
60: Injektionsnadel
61: Injektionsrichtung
70: organische Folie
71: organische Folie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69729719 T2 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Durchführung (3) für eine implantierbare Vorrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein Grünling aus einem elektrisch isolierenden Grundkörper (10) und wenigstens einem den Grundkörper (10) durchdringenden elektrisch leitenden Durchführungsleiter (20) hergestellt wird, mit den folgenden Schritten: – der Grundkörper (10) wird aus einem Keramik-Schlicker geformt, – ein Durchführungsleiter (20) aus einem Metall-Pulver, Metall-Schlicker, Cermet-Pulver und/oder Cermet-Schlicker wird in den Grundkörper (10) eingebracht, wobei im Durchführungsleiter (20) ein zum Grundkörper (10) hin abnehmender Metall-Anteil hergestellt wird, – der den Grudkörper (10) und den Durchführungsleiter (20) umfassende Grünling wird gesintert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen des wenigstens einen Durchführungsleiter (20) in den Grundkörper (10) eine Durchführungsöffnung (11) im Grundkörper (10) erzeugt wird und eine oder mehrere, insbesondere konzentrisch angeordnete, organische Fallen (70, 71) mit einem niedrigen Brennpunkt in die Durchführungsöffnung (11) eingebracht werden, die verschiedene Volumen voneinander abtrennen, wobei anschließend Metall-Pulver, Cermet-Pulver, Metall-Schlicker und/oder Cermet-Schlicker mit unterschiedlichen Metall-Anteilen in die verschiedenen Volumen eingefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen des wenigstens einen Durchführungsleiter (20) in den Grundkörper (10) eine Durchführungsöffnung (11) im Grundkörper (10) erzeugt wird, ein Durchführungsleiter-Grünling geformt und in die Durchführungsöffnung (11) des Grundkörpers (10) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchführungsleiter-Grünling vor dem Einsetzen in die Durchführungsöffnung (11) in einer oder mehreren Übergangsschichten aus einem Cermet-Schlicker eingehüllt wird, deren Metall-Anteil oder Metall-Anteile von innen nach außen hin abnehmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen des wenigstens einen Durchführungsleiters (20) in den Grundkörper (10) der Grundkörper (10) und/oder ein mit einem Cermet-Schlicker gefülltes Volumen der Durchführungsöffnung (11) mit einer Injektionsnadel (60) durchstochen wird und die Injektionsnadel (80) unter Injektion eines Metallpulvers, eines Metall-Schlickers, eines Cermet-Pulvers und/oder eines Cermet-Schlickers zurückgeholt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektion unter Druck geschieht und das injizierte Metall- und/oder Cermet-Pulver und/oder der injizierte Metall- und/oder Cermet-Schlicker unter Druck in das umgebende Material eindringt
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsnadel (60) zwei oder mehrere konzentrisch angeordnete Injektionskanäle aufweist, durch die zwei oder mehrere Materialien mit unterschiedlichem Metall-Anteil in den Grundkörper (10) oder in den Durchführungsleiter (20) koextrudiert oder koinjiziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abschluss des Sinterns wenigstens eine Oberfläche der etektrischen Durchführung (3) poliert und an wenigstens einer Stelle der Oberfläche, an der der wenigstens eine Durchführungsleiter (20) angeordnet ist, mit einem metallischen Stift oder Draht kontaktiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Sintern zusätzlich ein kranzförmiger Randkörper (40) aus einem Cermet-Schlicker mit einer Aufnahmeöffnung (42) für den Grundkörper (10) geformt wird, in die der Grundkörper (10) zur Bildung des Grünlings eingesetzt wird.
Elektrische Durchführung (3) für eine implantierbare Vorrichtung (1) mit einem elektrisch isolierenden Grundkörper (10) und wenigstens einem elektrisch leitenden Durchführungsleiter (20), der den Grundkörper (10) durchdringt, wobei der Grundkörper (10) aus einem gesinterten Keramik-Material hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Durchführungsleiter (20) aus einem mit dem Grundkörper (10) gemeinsam gesinterten Metall- und/oder Cermet-Material besteht, das einen vom Inneren des Durchführugsleiters (20) nach außen hin abnehmenden Metall-Anteil aufweist
Elektrische Durchführung (3) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) umlaufend mit einem kranzförmigen Randköper (40) aus einem Cermet-Material mit einer stoffschlüssigen gesinterten Verbindung verbunden ist, wobei der Randkörper (40) eine Aufnahmeöffnung (42) aufweist, in der der Grundkörper (10) angeordnet ist.
Elektrische Durchführung (3) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie gegen Gase und Flüssigkeiten hermetisch dicht ist.
Elektrische Durchführung (3) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, herstellbar oder hergestellt in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Implantierbare Vorrichtung (1) mit einer elektrischen Durchführung (3) nach einem der Ansprüche 10 bis 13.