DE102010006690A1

DE102010006690A1 - Verfahren zum Sintern von elektrischen Durchführungen

Info

Publication number: DE102010006690A1
Application number: DE102010006690A
Authority: DE
Inventors: Jens Trötzschel; Goran Pavlovic; Harald Manhardt; Norbert Wollenberg; Nicole Gübler
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2011-09-29
Anticipated expiration: 2030-02-03
Also published as: US20130299233A1; DE102010006690B4; US20110190885A1; US8494635B2; US8886320B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Durchführung (3) für eine implantierbare Vorrichtung (1), eine entsprechende elektrische Durchführung (3) und eine entsprechende implantierbare Vorrichtung (1). Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Grünling aus einem elektrisch isolierenden Grundkörper-Grünling (10.1–10.3) aus einem Keramik-Schlicker oder -Pulver und wenigstens einem elektrisch leitenden Durchführungskörper-Grünling (20.1–20.3) aus einem Cermet-Material hergestellt und gesintert wird, wobei der wenigstens eine Durchführungskörper-Grünling (20.1–20.3) unter Bildung eines zusammengesetzten Grünlings in eine Durchführungsöffnung (11.1–11.3) des Grundkörper-Grünlings (10.1–10.3) eingesetzt wird, eine Form des wenigstens einen Durchführungskörper-Grünlings (20.1–20.3) und eine Form der wenigstens einen Durchführungsöffnung (11.1–11.3) wenigstens abschnittsweise komplementär zueinander sind und ein Durchrutschen des Durchführungskörper-Grünlings (20.1–20.3) durch die Durchführungsöffnung (11.1–11.3) verhindern, wobei der zusammengesetzte Grünling unter Beaufschlagung einer die Körper zusammenhaltenden Kraft (60.1–60.3) gesintert wird.

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 für 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 wellt 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 Bauerhaften 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 wischen den Leitungsdrähten und dem Grundkörper Schwachstellen dar. Es muss somit sichergestellt werden, dass die in die elektrische Durchführung eingebrachten signalübertragenden Leitungsdrähte spaltfrei in des Isolationselement eingebracht wenden.
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 des 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, die dadurch weitergebildet ist, dass ein zusammengesetzter Grünling aus einem elektrisch isolierenden Grundkörper-Grünling und wenigstens einem elektrisch leitenden Durchführungskörper-Grünling mit den folgenden Schritten hergestellt und gesintert wird:

– der Grundkörper-Grünling wird aus einem Keramik-Schlicker oder einem Keramik-Pulver mit wenigstens einer den Grundkörper-Grünling durchdringenden Durchführungsöffnung geformt,
– der wenigstens eine Durchführungskörper-Grünling wird aus einem Cermet-Schlicker, einem Cermet-Pulver, einem Metallpulver und/oder einem Schlicker aus einem Metallpulver geformt, wobei eine Form des wenigstens einen Durchführungskörper-Grünlings und eine Form der wenigstens einen Durchführungsöffnung wenigstens abschnittsweise komplementär zueinander sind und ein Durchrutschen des Durchführungskörper-Grünlings durch die Durchführungsöffnung verhindern,
– der wenigstens eine Durchführungskörper-Grünling wird unter Bildung des zusammengesetzten Grünlings in die wenigstens eine Durchführungsöffnung des Grundkörper-Grünlings eingesetzt,
– der Durchführungskörper-Grünling und/oder der Grundkörper-Grünling wird mit wenigstens einer Kraft beaufschlagt und der zusammengesetzte Grünling unter Einwirkung der wenigstens einen Kraft gesintert, wobei die wenigstens eine Kraft in Richtung einer Halterung des wenigstens einen Durchführungskörper-Grünlings in der wenigstens einen Durchführungsöffnung des Grundkörper-Grünlings gerichtet ist.

Erfindungsgemäß werden somit sowohl der elektrisch isolierende Grundkörper als auch der oder die elektrisch leitenden Durchführungskörper aus sinterfähigen Materialien, nämlich Pulvern und/oder Schlickern auf Kerammik-, Cermet- und/oder Metall-Basis aufgebaut und gemeinsam gesintert. Die erfindungsgemäße elektrische Durchführung stellt eine einfache, biokompatible und dauerhafte Lösung dar.
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 Hirte 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 starker 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.
Das 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 gelöst.
Die erfindungsgemäßen wenigstens abschnittsweise komplementären Formen der Öffnungen bzw. Körper weisen wenigstens einen Bereich auf, der ein Durchrutschen des Durchführungskörper-Grünlings durch den Grundkörper-Grünling bzw. dessen Durchführungsöffnung verhindert Mittels der erfindungsgemäßen Beaufschlagung mit einer Kraft, die eine Halterung des Durchführungskörpers in der Durchführungsöffnung des Grundkörpers bewirkt, wird während des Sinterprozesses die ganze Zeit über ein Kontakt zwischen den komplementären Oberflächen des Grundkörper-Grünlings und des Durchführungskörper-Grünlings erzeugt, an der sich eine gesinterte Verbindung ausbilden kann, ungeachtet der Schrumpfung der Grünlinge während des Sinterns.
Die Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung entlang der Grenzfläche zwischen dem Grundkörper und dem Durchführungskörper während des Sinterns beschleunigt sich, wenn sich der Schrumpfungsprozess verlangsamt oder er zum Stillstand gekommen ist. Damit ist eine hermetische Sinterverbindung zwischen beiden Körpern gewährleistet.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Kraft als eine auf den zusammengesetzten Grünling wirkende Gewichtskraft ausgebildet Diese wird vorteilhafterweise durch ein aufgelegtes Gewicht erzeugt. Auch mittels hydraulischer oder pneumatischer Pressen oder durch Federdruck kann erfindungsgemäß eine Kraft auf den Grünling ausgeübt werden.
Eine elektrisch leitfähige Verbindung stellt sich ein, wenn vorzugsweise der Metallgehalt des Cermets bei 80% oder mehr, insbesondere bei 90% oder mehr, liegt.
Nach Abschluss des Sinterns wird vorzugsweise wenigstens eine Oberfläche der elektrischen Durchführung poliert und an wenigstens einer Stelle der Oberfläche, an der ein Durchführungskörper angeordnet ist, mit einem metallischen Stift oder Draht kontaktiert. 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 Durchführungskörper 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 Durchführungskörpers zur anderen Seite gewährleistet.
Zur Einbindung einer elektrischen Durchführung in ein Gehäuse einer implantierbaren Vorrichtung ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass zusätzlich ein kranzförmiger Randkörper-Grünling aus einem Cermet-Schlicker oder einem Cermet-Pulver mit einer Aufnahmeöffnung für den Grundkörper-Grünling geformt wird, in die der Grundkörper-Grünling zur Bildung des zusammengesetzten Grünlings eingesetzt wird, wobei eine äußere Form des Grundkörper-Grünlings und eine Form der Aufnahmeöffnung des Randkörper-Grünlings wenigstens abschnittsweise komplementär zueinander sind und ein Durchrutschen des Grundkörper-Grünlings durch die Aufnahmeöffnung verhindern. Ein solcher aus einem Randkörper-Grünling gesinterter Randkörper stellt eine Verbindung bzw. einen Abschluss zum metallischen Gehäuse einer implantierbaren Vorrichtung dar.
Hierzu wird vorzugsweise der Randkörper-Grünling und/oder der Grundkörper-Grünling mit wenigstens einer Kraft, insbesondere Gewichtskraft, beaufschlagt und der zusammengesetzte Grünling unter Einwirkung der wenigstens einen Kraft gesintert, wobei die wenigstens eine Kraft in Richtung einer Halterung des Grundkörper-Grünlings in der Auf nahmeöffnung des Randkörper-Grünlings gerichtet ist Diese Vorgehensweise hat die gleichen Vorteile wie die im Zusammenhang mit der Kombination aus Grundkörper-Grünling und dem Durchführungskörper-Grünling beschriebenen.
Vorteilhafterweise werden zwischen dem wenigstens einen Durchführungskörper-Grünling und dem Grundkörper-Grünling eine oder mehrere Lagen von Übergangsschichten aus einem Cermet-Schlicker mit vom Durchführungskörper-Grünling zum Grundkörper-Grünling hin abnehmenden Metall-Anteilen angeordnet Eine Übergangsschicht besteht aus einem Cermet mit einem Metallgehalt von ca. 20% bis ca. 70%. Der damit erreichte Metall-Anteil-Gradient sorgt dafür, dass die Schrumpfung des Materials während des Sinterprozesses sich lokal nur graduell verändert, so dass die durch die unterschiedliche Schrumpfung verursachte Verschiebung der einzelnen Körper gegeneinander während des Sinterns noch weiter unterdrückt wird und eine zuverlässige hermetische Verbindung hergestellt wird. Mit dem gleichen Vorteil ist auch vorzugsweise vorgesehen, dass zwischen dem Randkörper-Grünling und dem Grundkörper-Grünling eine oder mehrere Lagen von Übergangsschichten aus einem Cermet-Schlicker oder einem Cermet-Pulver mit vom Randkörper-Grünling zum Grundkörper-Grünling hin abnehmenden Metall-Anteilen angeordnet werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch eine elektrische Durchführung für eine implantierbare Vorrichtung mit einem elektrisch isolierenden Grundkörper und wenigstens einem elektrisch leitenden Durchführungskörper, der in wenigstens einer den Grundkörper durchdringenden Durchführungsöffnung eingebettet ist, wobei der Grundkörper aus einem gesinterten Keramik-Material hergestellt ist, gelöst, die dadurch weitergebildet ist, dass der wenigstens eine Durchführungskörper aus einem gesinterten Cermet-Material oder aus einem gesinterten metallischen Material gebildet ist, wobei der Grundkörper und der wenigstens eine Durchführungskörper eine stoffschlüssige gesinterte Verbindung aufweisen.
Im Folgenden wird derjenige Teil der elektrischen Durchführung, der mittels eines Sinterprozesses aus einem Grundkörper-Grünling, einem Durchführungskörper-Grünling, gegebenenfalls einschließlich einer oder mehrerer Übergangsschichten, sowie aus einem Randkörper-Grünling hergestellt worden ist, als Grundkörper, als Durchführungskörper bzw. als Randkörper bezeichnet, auch wenn diese in der erfindungsgemäßen elektrischen Durchführung in einem Werkstück stoffschlüssig miteinander verbunden vorliegen.
Die erfindungsgemäße elektrische Durchführung hat den Vorteil, dass durch den Sinterprozess der aneinander angrenzenden Körper eine hermetische stoffschlüssige gesinterte Verbindung besteht, die sowohl einen gewünschten Wechsel von elektrisch isolierend zu elektrisch leitend aufweist, als auch eine gewünschte Undurchlässigkeit für Gase und Flüssigkeiten.
Vorzugsweise ist der Grundkörper umlautend 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. Der Randkörper sorgt für eine stabile und hermetische Verbindung zum Gehäuse einer implantierbaren Vorrichtung.
Vorteilhafterweise ist die elektrische Durchführung gegen Gase und Flüssigkeiten hermetisch dicht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen der wenigstens eine Durchführungskörper und die wenigstens eine Durchführungsöffnung im Grundkörper und/oder der Grundkörper und die Aufnahmeöffnung im Randkörper wenigstens abschnittsweise komplementäre Formen auf, die ein Durchrutschen des Durchführungskörpers durch die Durchführungsöffnung und/oder des Grundkörpers durch die Aufnahmeöffnung verhindern. Dies gilt auch bereits für die den entsprechenden Körpern zugrunde liegenden Grünlinge. Eine geeignete wenigstens abschnittsweise komplementäre Form ist vorteilhafterweise im Querschnitt im Wesentlichen V-förmig, L-förmig, T-förmig und/oder Z-förmig ausgebildet. Diese Formen, die auch miteinander kombiniert werden können, verhindern ein Durchrutschen des einen Körpers durch die Öffnung des anderen.
Die elektrische Durchführung ist vorzugsweise herstellbar oder hergestellt in einem oben beschrieben erfindungsgemäßen Verfahren.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine implantierbare Vorrichtung, insbesondere eine medizinisch implantierbare Vorrichtung, mit einer oben beschriebenen erfindungsgemäßen elektrischen Durchführung.
Merkmale, Vorteile und Details, die im Zusammenhang mit einem der Erfindungsgegenstände genannt warten 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 schematische Darstellung einer Aufsicht auf die erfindungsgemäße elektrische Durchführung gemäß 2,
4 eine Ausschnittsvergrößerung der elektrischen Durchführung aus 3 in schematischer Darstellung,
5 eine schematische Querschnittsdarstellung durch erfindungsgemäß anwendbare Formen,
6 eine weitere schematische Querschnittsdarstellung durch erfindungsgemäß anwendbare Formen und
7 eine dritte schematische Querschnittsdarstellung durch erfindungsgemäß anwendbare Formen.
In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente bzw. entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird.
1 zeigt eine schematische 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 2 ist eine elektronische Mess- und Steuervorrichtung 4 angeordnet, die mittels eines Verbindungsdrahtes 5 und eines elektrischen Kontakts 7 mit einem elektrisch leitenden Durchführungskörper 20 der elektrischen Durchführung 3 verbunden ist. An der Außenseite des Durchführungskörpers 20 schließt sich nach einem weiteren elektrischen Kontakt ein Kontaktstift 8 an, an den eine nur schematisch angedeutete Leitungswendel 6 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 Durchführungskörper 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 werden. Zudem muss der Grundkörper 10 eine biokompatible Zusammensetzung aufweisen, um medizinisch implantiert zu wenden. 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 (Mb), 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 Durchführungskörper 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 dem des Randkörpers 40 an, worauf ein Grundkörper 10 aus einem nicht leitenden, rein keramischen Material folgt.
In den Grundkörper 10 sind Durchführungskörper 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 Durchführungskörper einen höheren Metallgehalt aufweist und insbesondere vollständig aus einem gesinterten metallischen Material besteht Da das 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 Durchführungskörper 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 Durchführungskörper 20.
In 4 ist ein Ausschnitt aus 3 im Detail dargestellt, der den gestrichelten Linien und den Bezugszeichen I aus 3 entspricht. 4 verdeutlicht damit den schichtweisen Aufbau der elektrischen Durchführung 3. Die verschiedenen Körper werden dabei vorzugsweise zu einem Grünling zusammengesetzt und gemeinsam gesintert.
Die 5 bis 7 zeigen drei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Auswahlen von Körperformen der verwendeten Grünlinge und von geeigneten Angriffspunkten für eine Kraftbeaufschlagung.
5 zeigt eine im Wesentlichen V-förmige Anordnung, worin außen zunächst schematisch ein Randkörper-Grünling 40.1 mit einer schrägen Innenwand dargestellt ist, auf den sich ein im Querschnitt rautenförmiger Grundkörper-Grünling 10.1 anschließt. Die Schrägen sind links und rechts eines zentral angeordneten Durchführungskörper-Grünlings 20.1 gespiegelt Der Durchführungskörper-Grünling 20.1 selbst hat einen trapezförmigen Querschnitt.
Wie 5 zu entnehmen ist, sind die verschiedenen Grünlings-Körper von außen nach Innen in vertikaler Richtung nach oben gestaffelt angeordnet, da vor dem Sintern die Gesamtbreite des Grundkörper-Grünlings 10.1 und des Durchführungskörper-Grünlings 20.1 großer ist als die Gesamtbreite der Aufnahmeöffnung 42.1 des Randkörper-Grünlings 40.1. Das Gleiche gilt für die Breite des zentralen Durchführungskörper-Grünlings 20.1 in Bezug auf die Breite der Durchführungsöffnung 11.1 im Grundkörper-Grünling 10.1.
Beim Sintern wird der zentrale Durchführungskörper-Grünling 20.1 mit einer Gewichtskraft 60.1 beaufschlagt, die, der Schwerkraft folgend, nach unten wirkt. Wenn der Durchführungskörper-Grünling 20.1 schwer genug ist, reicht dessen eigene Gewichtskraft aus.
Damit wird sowohl der Durchführungskörper-Grünling 20.1 in die Durchführungsöffnung 11.1 hineingedrückt als auch der Grundkörper Durchführungskörper-Grünling 20.1 10.1 in die Aufnahmeöffnung 42.1.
Aufgrund der V-förmigen Anordnung der Öffnungen und Grünlinge können die zentral angeordneten Grünlinge nicht durch den Randkörper Durchführungskörper-Grünling 20.1 hindurch rutschen. Gleichzeitig sorgt die Kraftbeaufschlagung während des gesamten Sinterprozesses für eine stetige Kontaktierung der einander gegenüberliegenden Flächen des Randkörper-Grünlings 40.1, des Grundkörper-Grünlings 10.1 und des Durchführungskörper-Grünlings 40.1.
Wenn während des Sinterns die verschiedenen Grünlinge einem Schrumpfungsprozess unterliegen, rutschen der Durchführungskörper-Grünling 20.1 und der Grundkörper-Grünling 10.1 unter Einfluss der Gewichtskraft 60.1 nach unten, bis sie Idealerweise mit dem Randkörper-Grünling 40.1 fluchten. Dabei bilden sich fortwährend Sinterhälse, die zu einer Verbindung der verschiedenen Körper führen. Eine große Anzahl von Sinterhälsen und somit eine sichere Verbindung wird insbesondere dann gebildet und nicht mehr durch Verrutschen abgebrochen, wenn der Schrumpfungsprozess zum Erliegen kommt.
In 6 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Durchführungskörper-Grünling 20.2 umgekehrt T-förmig ist, während der Grundkörper-Grünling 10.2 im Querschnitt aufrecht T-förmig ist. Der Randkörper-Grünling 40.2 ist L-förmig. Die Balken der L- und T-förmigen Strukturen liegen aufeinander. Eine Gewichtskraft 60.2 wird auf den Grundkörper-Grünling 10.2 ausgeübt Seitlich haben die Grünlings-Körper gegeneinander noch Spiel. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Grünlings-Körper zunächst passend zueinander gefertigt sind, jedoch beim Sintern durch Schrumpfung an Breite verlieren, so dass sich Spalte auftun. Durch die fortwährende Beaufschlagung mit einer Gewichtskraft 60.2 sind jedoch die aufeinanderliegenden Flächen der Balken während des Sinterprozesses fortwährend miteinander in Kontakt und bilden eine hermetische Sinterverbindung.
Der gleiche Effekt wird im Ausführungsbeispiel gemäß 7 erzielt, wobei der Grundkörper-Grünling 10.3 im Querschnitt Z-förmig ist. In diesem Fall ist der Durchführungskörper-Grünling 20.3 aufrecht T-förmig und wird mit einer Gewichtskraft 60.3 zentral beaufschlagt Damit wird sowohl der T-förmige Durchführungskörper 20.3 auf den Z-förmigen Grundkörper 10.3 als auch dieser auf den L-förmigen Randkörper 40.3 gedrückt, so dass an allen horizontalen Verbindungsflächen eine hermetische Sinterverbindung ausgebildet wird.
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 erfindungswesentich 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 Steuervorrichtung
5: Verbindungsdraht
6: Leitungswendel
7, 7': elektrischer Kontakt
8, 8': Kontaktstift
10: Grundkörper
10.1–10.3: Grundkörper-Grünling
11: Durchführungsöffnung
11.3–11.3: Durchführungsöffnung
20: Durchführungskörper
20.1–20.3: Durchführungskörper-Grünling
30: Übergangsschicht
40: Randkörper
40.1–40.3: Randkörper-Grünling
41: Flansch
42: Aufnahmeöffnung
42.1–42.3: Aufnahmeöffnung
60: Übergangsschicht
60.1–60.3: Krafteinwirkung

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 zusammengesetzter Grünling aus einem elektrisch Isolierenden Grundkörper-Grünling (10.1–10.3) und wenigstens einem elektrisch leitenden Durchführungskörper-Grünling (20.1–20.3) mit den folgenden Schritten hergestellt und gesintert wird: – der Grundkörper-Grünling (10.1–10.3) wird aus einem Keramik-Schlicker oder einem Keramik-Pulver mit wenigstens einer den Grundkörper-Grünling (10.1–10.3) durchdringenden Durchführungsöffnung (11.1–11.3) geformt, der wenigstens eine Durchführungskörper-Grünling (20.1–20.3) wird aus – einem Cermet-Schlicker, einem Cermet-Pulver, einem Metallpulver und/oder einem Schlicker aus einem Metallpulver geformt, wobei eine Form des wenigstens einen Durchführungskörper-Grünlings (20.1–20.3) und eine Form der wenigstens einen Durchführungsöffnung (11.1–11.3) wenigstens abschnittsweise komplementär zueinander sind und ein Durchrutschen des Durchführungskörper-Grünlings (20.1–20.3) durch die Durchführungsöffnung (11.1–11.3) verhindern, – der wenigstens eine Durchführungskörper-Grünling (20.1–20.3) wird unter Bildung des zusammengesetzten Grünlings in die wenigstens eine Durchführungsöffnung (11.1–11.3) des Grundkörper-Grünlings (10.1–10.3) eingesetzt, – der Durchführungskörper-Grünling (20.1–20.3) und/oder der Grundkörper-Grünling (10.1–10.3) wird mit wenigstens einer Kraft (60.1–60.3) beaufschlagt und der zusammengesetzte Grünling unter Einwirkung der wenigstens einen Kraft (60.1–60.3) gesintert, wobei die wenigstens eine Kraft (60.1–60.3) in Richtung einer Halterung des wenigstem einen Durchführungskörper-Grünlings (20.1–20.3) in der wenigstens einen Durchführungsöffnung (11.1–11.3) des Grundkörper-Grünlings (10.1–10.3) gerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kraft (60.1–60.3) als eine auf den zusammengesetzten Grünling wirkende Gewichtskraft ausgebildet ist, die insbesondere durch ein aufgelegtes Gewicht erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abschluss des Sinterns wenigstens eine Oberfläche der elektrischen Durchführung (3) poliert und an wenigstens einer Stelle der Oberfläche, an der ein Durchführungskörper (20) angeordnet ist, mit einem metallischen Stift (8, 8') oder Draht kontaktiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein kranzförmiger Randkörper-Grünling (40.1–40.3) aus einem Cermet-Schlicker oder einem Cermet-Pulver mit einer Aufnahmeöffnung (42.1–42.3) für den Grundkörper-Grünling (10.1–10.3) geformt wird, in die der Grundkörper-Grünling (10.1–10.3) zur Bildung des zusammengesetzten Grünlings eingesetzt wird, wobei eine äußere Form des Grundkörper-Grünlings (10.1–10.3) und eine Form der Aufnahmeöffnung (42.1–42.3) des Randkörper-Grünlings (40.1–40.3) wenigstens abschnittsweise komplementär zueinander sind und ein Durchrutschen des Grundkörper-Grünlings (10.1–10.3) durch die Aufnahmeöffnung (42.1–42.3) verhindern.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Randkörper-Grünling (40.1–40.3), und/oder der Grundkörper-Grünling (10.1–10.3) mit wenigstens einer Kraft (60.1–60.3), insbesondere Gewichtskraft, beaufschlagt und der zusammengesetzte Grünling unter Einwirkung der wenigstens einen Kraft (60.1–60.3) gesintert wird, wobei die wenigstens eine Kraft (60.1–60.3) in Richtung einer Halterung des Grundkörper-Grünlings (10.1–10.3) in der Aufnahmeöffnung (42.1–42.3) des Randkörper-Grünlings (40.1–40.3) gerichtet ist
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem wenigstens einen Durchführungskörper-Grünling (20.1–20.3) und dem Grundkörper-Grünling (10.1–10.3) eine oder mehrere Lagen von Übergangsschichten (30) aus einem Cermet-Schlicker mit vom Durchführungskörper-Grünling (20.1–20.3) zum Grundkörper-Grünling (10.1–10.3) hin abnehmenden Metall-Anteilen angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Randkörper-Grünling (40.1–40.3) und dem Grundkörper-Grünling (10.1–10.3) eine oder mehrere Lagen von Übergangsschichten (50) aus einem Cermet-Schlicker oder einem Cermet-Pulver mit vom Randkörper-Grünling (40.1–40.3) zum Grundkörper-Grünling (10.1–10.3) hin abnehmenden Metall-Anteilen angeordnet werden.
Elektrische Durchführung (3) für eine implantierbare Vorrichtung (1) mit einem elektrisch isolierenden Grundkörper (10) und wenigstens einem elektrisch leitenden Durchführungskörper (20), der in wenigstens einer den Grundkörper (10) durchdringenden Durchführungsöffnung (11) eingebettet ist, wobei der Grundkörper (10) aus einem gesinterten Keramik-Material hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Durchführungskörper (20) aus einem gesinterten Cermet-Material oder aus einem gesinterten metallischen Material gebildet ist, wobei der Grundkörper (10) und der wenigstens eine Durchführungskörper (20) eine stoffschlüssige gesinterte Verbindung aufweisen.
Elektrische Durchführung (3) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) umlaufend mit einem kranzförmigen Randkörper (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 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie gegen Gase und Flüssigkeiten hermetisch dicht ist.
Elektrische Durchführung (3) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Durchführungskörper (20) und die wenigstens eine Durchführungsöffnung (11) im Grundkörper (10) und/oder der Grundkörper (10) und die Aufnahmeöffnung (42) im Randkörper (40) wenigstens abschnittsweise komplementäre Formen aufweisen, die ein Durchrutschen des Durchführungskörpers (20) durch die Durchführungsöffnung (11) und/oder des Grundkörpers (10) durch die Aufnahmeöffnung (42) verhindern.
Elektrische Durchführung (3) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens abschnittsweise komplementäre Form im Querschnitt im Wesentlichen V-förmig, L-förmig, T-förmig und/oder Z-förmig ausgebildet ist.
Elektrische Durchführung (3) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, herstellbar oder hergestellt in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Implantierbare Vorrichtung (1) mit einer elektrischen Durchführung (3) nach einem der Ansprüche 8 bis 13.