DE102011009855B4

DE102011009855B4 - Keramikdurchführung mit induktivem Filter

Info

Publication number: DE102011009855B4
Application number: DE102011009855A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Heraeus Precious Metals GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2031-02-01
Also published as: CN102614581B; US20140368298A1; US8825162B2; US20120197335A1; DE102011009855A1; DE102011009855B8; CN102614581A; US9509272B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Durchführung zum Einsatz in einem Gehäuse einer medizinisch implantierbaren Vorrichtung. Die elektrische Durchführung weist mindestens einen elektrisch isolierenden Grundkörper und mindestens ein elektrisches Leitungselement auf. Das Leitungselement ist eingerichtet, um durch den Grundkörper hindurch mindestens eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem Innenraum des Gehäuses und einem Außenraum herzustellen. Das Leitungselement ist hermetisch gegen den Grundkörper abgedichtet. Das mindestens eine Leitungselement weist mindestens ein Cermet auf. Die elektrische Durchführung umfasst eine elektrische Filterstruktur. Das mindestens eine Leitungselement bildet mindestens einen Leitungsabschnitt einer Induktivität der Filterstruktur. Die Erfindung betrifft ferner eine medizinisch implantierbare Vorrichtung, insbesondere Herzschrittmacher oder Defibrillator, mit mindestens einer erfindungsgemäßen elektrischen Durchführung. Zudem betrifft die Erfindung die Verwendung mindestens eines Cermet aufweisenden Leitungselementes in einer elektrischen Durchführung für eine medizinisch implantierbare Vorrichtung. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung für eine medizinisch implantierbare Vorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Durchführung zum Einsatz in einem Gehäuse einer medizinisch implantierbaren Vorrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung für eine medizinisch implantierbare Vorrichtung.
In der nachveröffentlichten DE 10 2009 035 972 A1 wird eine elektrische Durchführung für eine medizinisch implantierbare Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 offenbart. Weiterhin werden eine Verwendung mindestens eines Cermet aufweisenden Leitungselementes in einer elektrischen Durchführung für eine medizinisch implantierbare Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung für eine medizinisch implantierbare Vorrichtung offenbart.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von elektrischen Durchführungen für verschiedene Anwendungen bekannt. Als Beispiele sind US 4678868 A , US 7564674 B2 , US 2008/0119906 A1 , US 7145076 B2 , US 7561917 B2 , US 2007/0183118 A1 , US7260434 B1 , US 7761165 B1 , US 7742817 B2 , US 7736191 B1 , US 2006/0259093 A1 , US 7274963 B2 , US 2004116976 A1 , US 7794256 B1 , US 2010/0023086 A1 , US 7502217 B2 , US 7706124 B2 , US 6999818 B2 , EP 1754511 A2 , US 7035076 B1 , EP 1685874 A1 , WO 03/073450 A1 , US 7136273 B2 , US 7765005 B2 , WO 2008/103166 A1 , US 2008/0269831 A1 , US 7174219 B2 , WO 2004/110555 A1 , US 7720538 B2 , WO 2010/091435 A2 , US 2010/0258342 A1 , US 2001/001 3756 A1 , US 4315054 A und EP 0877400 A1 zu nennen.
In der DE 697 297 19 T2 wird eine elektrische Durchführung für eine aktive, implantierbare, medizinischen Vorrichtung – auch als implantierbare Vorrichtung oder Therapiegerät bezeichnet – beschrieben. Derartige elektrische Durchführungen dienen dazu, eine elektrische Verbindung zwischen einem hermetisch abgeschlossenen Inneren und einem Äußeren des Therapiegerätes herzustellen. Bekannte implantierbare Therapiegeräte sind Herzschrittmacher oder Defibrillatoren, die üblicherweise ein hermetisch dichtes Metallgehäuse aufweisen, welches auf einer Seite mit einem Anschlusskörper, auch Header oder Kopfteil genannt, versehen ist. Dieser Anschlusskörper weist einen Hohlraum mit mindestens einer Anschlussbuchse auf, die für die Konnektierung von Elektrodenleitungen dient. Die Anschlussbuchse weist dabei elektrische Kontakte auf, um die Elektrodenleitungen elektrisch mit der Steuerelektronik im Inneren des Gehäuses des implantierbaren Therapiegeräts zu verbinden. Eine wesentliche Voraussetzung für solche eine elektrische Durchführung ist die hermetische Dichtigkeit gegenüber einer Umgebung. Folglich muss in einen elektrisch isolierenden Grundkörper eingebrachten Leitungsdrähte – auch Durchleitungselemente bezeichnet – über welche die elektrischen Signale laufen, spaltfrei in den Grundkörper eingebracht werden. Als Nachteil hat es sich dabei herausgestellt, dass die Leitungsdrähte im Allgemeinen aus einem Metall aufgebaut sind und in einen keramischen Grundkörper eingebracht werden. Um eine beständige Verbindung zwischen beiden Elementen sicherzustellen, wird die Innenfläche einer Durchgangsöffnung – auch als Öffnungen bezeichnet – im Grundkörper metallisiert, um die Leitungsdrähte einzulöten. Diese Metallisierung in der Durchgangsöffnung hat sich als schwierig aufzubringen herausgestellt. Nur mittels kostenintensiver Verfahren lässt sich eine gleichmäßige Metallisierung der Innenfläche der Bohrung und damit eine hermetisch dichte Verbindung der Leitungsdrähte mit dem Grundkörper durch Löten sicherstellen. Der Lötprozess selbst erfordert weitere Komponenten wie beispielsweise Lot-Ringe. Zudem ist der Verbindungsprozess der Leitungsdrähte mit den vorab metallisierten Isolatoren unter Nutzung der Lot-Ringe ein aufwendiger und schwer zu automatisierender Prozess.
In der Druckschrift US 5 769 874 A wird eine aktive, implantierbare, medizinische Vorrichtung sowie ein Batterieabteil für eine aktive, implantierbare, medizinische Vorrichtung beschrieben.
In der Druckschrift US 7502217 B2 wird eine Durchführung für implantierbare Vorrichtungen beschrieben, in der sich Anschlusspins aus Metall durch eine Öffnungen eines Isolators hindurch erstrecken. Neben einer Filterkapazität umfasst die Durchführung eine Spule als diskretes Bauteil, die als Toroidspule aus Draht ausgebildet ist. In der Durchführung ist zur Aufnahme der Toroidspule eine ringförmige Nut vorgesehen, in der die Toroidspule eingelassen ist. Die Toroidspule ist durch Lötverbindungen mit der Filterkapazität und weiteren Drahtanschlüssen der Durchführung verbunden. Somit ergeben sich mehrere, durch Löten herzustellende Verbindungen, die eine Vielzahl von Komponenten betreffen. Zum einen weist das Herstellungsverfahren hierdurch eine hohe Komplexität auf und zum anderen ergibt sich eine hohe Fehleranfälligkeit bei der Herstellung, da die Lötschritte unterschiedliche Komponenten betreffen, die jeweils nur auf eine bestimmte Weise zu verlöten sind. Insbesondere besteht bei miniaturisierten Ausbildungen aufgrund der Nähe der verschiedenen, zu verlötenden Komponenten zueinander die Gefahr, dass unerwünschte Lotverbindungen entstehen zumal in jedem Lötschritt bereits angebrachte Lotverbindungen teilweise aufgeschmolzen werden. Ferner ist als zusätzlicher Fertigungsschritt erforderlich, dass die Nut in die Durchführung eingebracht wird. Schließlich muss der Durchführungskörper mehrteilig ausgeführt sein, um die Toroidspule aufnehmen zu können, wobei die mehreren Teile in einem zusätzlichen Schritt miteinander verbunden werden müssen.
Allgemein besteht die Aufgabe darin, die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile zumindest teilweise zu überwinden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Verbindung, eine elektrische Durchführung für eine medizinisch implantierbare Vorrichtung zu schaffen, bei der mindestens eines der genannten Nachteile zumindest teilweise vermieden wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Durchführung mit einem induktiven Filter vorzusehen, die in einfacher Weise, mit hoher Präzision und mit geringen Ausschussraten hergestellt werden kann.
Der Gegenstand der kategoriebildenden Ansprüche leistet einen Beitrag zur Lösung mindestens einer der Aufgaben. Die von diesen Ansprüchen abhängigen Unteransprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dieser Gegenstände dar.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine elektrische Durchführung zum Einsatz in einem Gehäuse einer medizinisch implantierbaren Vorrichtung vorgeschlagen, mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterhin wird zur Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung für eine medizinisch implantierbare Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 vorgeschlagen. In den abhängigen Ansprüchen sind jeweils bevorzugte Weiterbildungen ausgeführt. Merkmale und Details, die in Zusammenhang mit der elektrischen Durchführung oder der medizinisch implantierbaren Vorrichtung beschrieben werden, gelten dabei auch in Zusammenhang mit dem Verfahren und jeweils umgekehrt.
Die Erfindung ermöglicht insbesondere, eine implantierbare Vorrichtung geeignet für MRT-Untersuchungen auszugestalten. Die Induktivität bzw. der Filter, welche diese umfasst, ist in der Lage, den Hochfrequenz-Anregungspuls einer Magnetresonanztomographie (MRT) bereits in der Durchführung stark zu dämpfen, wodurch die Elektronik der Vorrichtung vor elektromagnetischer Schädigung geschützt ist.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Durchführung zum Einsatz in einem Gehäuse einer medizinisch implantierbaren Vorrichtung. Die elektrische Durchführung weist mindestens einen elektrisch isolierenden Grundkörper sowie mindestens ein elektrisches Leitungselement auf. Das Leitungselement ist eingerichtet, um durch den Grundkörper hindurch mindestens eine elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem Innenraum des Gehäuses und einem Außenraum herzustellen. Das Leitungselement erstreckt sich insbesondere vollständig durch den Grundkörper hindurch, vorzugsweise entlang einer Längsachse des Grundkörpers. Die Durchführung sieht insbesondere eine Oberseite vor, die eingerichtet ist, an den Außenraum anzugrenzen, und eine Unterseite, die eingerichtet ist, an den Innenraum anzugrenzen. Das Leitungselement erstreckt sich zumindest zwischen der Unterseite und der Oberseite. Zur elektrischen Kontaktierung grenzt das Leitungselement unmittelbar an den Raum an, der sich an der Oberseite anschließt, d. h. an den Außenraum, und grenzt unmittelbar an den Raum an, der sich an der Unterseite anschließt, d. h. an den Innenraum. Das Leitungselement ist hermetisch gegen den Grundkörper abgedichtet. Das mindestens eine Leitungselement weist mindestens ein Cermet auf. Das Cermet ist elektrisch leitend ausgebildet. Das Leitungselement bildet somit eine durchgehende elektrisch leitende Struktur, um die elektrisch leitende Verbindung herzustellen. Die elektrische Verbindung ist vorzugsweise eine – insbesondere für ein Gleichstromsignal – ohmsche Verbindung mit einem geringen Widerstand, d. h. einem Widerstand von beispielsweise nicht mehr als 10 Ohm, 1 Ohm, 100 mOhm, 10 mOhm oder 1 mOhm. Die spezifische Leitfähigkeit des Leitungselement bzw. der dadurch ausgebildeten elektrisch leitenden Struktur, die den Innenraum mit dem Außenraum verbindet, ist vorzugsweise größer als 1 S/m. Der spezifische Widerstand des Leitungselements bzw. der dadurch vorgesehenen Struktur beträgt mindestens 1 S/m, mindestens 10 S/m, mindestens 100 S/m, mindestens 1000 S/m oder mindestens 10⁴ S/m. Vorzugsweise beträgt der spezifische Widerstand mindestens 10⁵ oder 10⁶ und insbesondere mindestens 10⁷ S/m.
Der Grundkörper ist teilweise oder vollständig aus dem isolierenden Werkstoff gebildet. Dieser Werkstoff entspricht dem hier beschriebenen mindestens einen elektrisch isolierenden Material des Grundkörpers. Der Grundkörper und das mindestens eine Leitungselement sind einteilig ausgeführt.
Erfindungsgemäß umfasst die elektrische Durchführung eine elektrische Filterstruktur. Das mindestens eine Leitungselement bildet mindestens einen Leitungsabschnitt einer Induktivität der Filterstruktur. Die elektrisch leitende Verbindung sieht somit nicht nur eine ohmsche Verbindung vor, sondern auch eine Induktivität der Filterstruktur. Da das Leitungselement somit zum einen die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Innenraum und dem Außenraum des Gehäuses bildet und gleichzeitig eine Komponente der Filterstruktur bildet, d. h. die mindestens eine Induktivität, ergibt sich ein vereinfachter Herstellungsprozess und ein erhöhtes Maß an Integration.
Die elektrische Filterstruktur bildet einen elektrischen Filter. Die elektrische Filterstruktur steht in Verbindung mit der elektrisch leitenden Verbindung, welche von dem Leitungselement hergestellt wird. Als elektrische Filterstruktur wird ein Netzwerk verstanden, das bei unterschiedlichen Frequenzen eines Signals, das an die Filterstruktur angelegt wird, unterschiedliche Impedanzen aufweist. Die elektrische Filterstruktur ist eingerichtet, für unterschiedliche Frequenzanteile eines Signals, das von der elektrisch leitenden Verbindung übertragen wird, unterschiedliche Dämpfungen vorzusehen. Diese Abhängigkeit zwischen Frequenz und Dämpfung wird auch als Frequenzselektivität bezeichnet.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der mindestens eine Leitungsabschnitt einen Längsverlauf aufweist, der von einer Geraden abweicht. Dadurch ist der Leitungsabschnitt länger als der kürzeste Abstand zwischen den Punkten, die der mindestens eine Leitungsabschnitt verbindet. Dadurch kann gegenüber einem geradlinigen Verlauf des Leitungsabschnitts der Wert der Induktivität für das gleiche Volumen erhöht werden. Die Abweichung des Längsverlaufs von einer Geraden kann vorgesehen werden mittels mindestens eines Knicks oder einer Bogenform oder einer Kombination hieraus.
Die Erfindung sieht ferner vor, dass der mindestens eine Leitungsabschnitt zumindest einen Teil einer Windung der Induktivität vorsieht. Der Leitungsabschnitt weist mindestens eine Bogenform oder mindestens einen Knick auf. Die Windung hat somit nicht notwendigerweise einen kreisförmigen oder spiralförmigen Verlauf, sondern kann diskrete Richtungswechsel umfassen, die jeweils als Knick bezeichnet werden. Bevorzugt weist der mindestens eine Leitungsabschnitt eine oder mehrere vollständige Windungen auf. Jede Windung sieht einen Richtungswechsel des Längsverlaufs des Leitungsabschnitts um 360° vor. Der Richtungsverlauf kann sich in Form von diskreten Knicken oder kontinuierlichen Krümmungen in Form eines Bogens entlang des Leitungsabschnitts ändern.
Der mindestens eine Leitungsabschnitt erstreckt sich in zwei oder drei unterschiedliche Raumrichtungen. Der mindestens eine Leitungsabschnitt folgt mindestens einem sich wiederholenden Dreieck-, Trapez- oder Rechteckverlauf oder folgt einer Helix. Ein sich wiederholender Dreieckverlauf umfasst Knicke, die vorzugsweise den gleichen Winkelbetrag aufweisen. Die Knickrichtung von aufeinander folgenden Knicken, vorzugsweise von unmittelbar aufeinanderfolgenden Knicken ist gegensätzlich. Der sich wiederholende Trapezverlauf umfasst mehrere Knicke, wobei die Knicke einer erste Gruppe von zwei unmittelbar aufeinander folgenden Knicken die gleiche Knickrichtung haben und die Knicke einer unmittelbar darauffolgende zweite Gruppe von zwei Knicken eine Knickrichtung haben, die der Knickrichtung der Knicke ersten Gruppe entgegengesetzt ist. Die Knicke der zweiten Gruppe haben die gleiche Knickrichtung. Der Winkelbetrag der Knicke des Trapezverlaufs kann insbesondere 90° betragen, wobei sich in diesem Fall ein Rechteckverlauf ergibt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Rechteckverlauf von Verlaufsabschnitten vorgesehen, die entweder parallel oder senkrecht zu einer Geraden verlaufen, insbesondere zu einer Geraden, welche die Punkte aufweist, die von der elektrisch leitenden Verbindung verbunden werden. Der Dreieck-, Trapez- oder Rechteckverlauf erstreckt sich vorzugsweise in einer Ebene und somit in zwei unterschiedlichen Raumrichtungen. Alternativ erstreckt sich der Leitungsabschnitt räumlich, d. h. in drei unterschiedlichen Raumrichtungen. Falls sich der Leitungsabschnitt in drei unterschiedlichen Raumrichtungen erstreckt, so betreffen die Winkelangaben zum Dreieck-, Trapez- oder Rechteckverlauf Raumwinkelangaben. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der mindestens eine Leitungsabschnitt einer Helix folgt. Der Leitungsabschnitt erstreckt sich somit in drei unterschiedlichen Raumrichtungen. Die Helix weist vorzugsweise einen konstanten Radius auf, kann jedoch auch entlang dem Verlauf der Helix einen veränderlichen Radius aufweisen. Weiterhin kann die Helix entlang ihrer Längsachse eine konstante Höhenzunahme aufweisen, wobei jedoch weitere Ausführungsformen vorsehen, dass die Höhenzunahme positiv und veränderlich ist. Weiterhin kann der mindestens eine Leitungsabschnitt einer Spirale folgen, vorzugsweise einer Spirale, die sich in einer Ebene erstreckt.
Eine spezifische Ausführungsform sieht vor, dass der Leitungsabschnitt mehrere Knicke mit einem Winkel aufweist, wobei der Betrag des Winkels der Knicke gleich ist und zumindest zwei Winkel der Knicke unterschiedliche Vorzeichen aufweisen. Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass der Leitungsabschnitt mehrere Knicke aufweist und die Unterabschnitte zwischen zwei aufeinander folgenden Knicken gleich lang sind.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass neben der Induktivität zumindest ein weiteres Bauelement von dem Grundkörper und/oder von dem Leitungselement ausgebildet wird. Es ist vorgesehen, dass das Leitungselement mindestens eine Elektrodenfläche einer Kapazität oder eines elektromechanischen Resonators vorsieht. Die Kapazität bzw. der elektromechanische Resonator wird von der Filterstruktur ausgebildet.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein Abschnitt des elektrisch isolierenden Grundkörpers eine dielektrische Schicht der Kapazität bildet. Alternativ oder in Kombination hiermit kann vorgesehen sein, dass ein Abschnitt des elektrisch isolierenden Grundkörpers einen piezoelektrischen Körper des elektromechanischen Resonators bildet. Gemäß dieser Ausführungsform bildet ein Abschnitt des elektrisch isolierenden Grundkörpers einen Teil eines Bauelements der Filterstruktur. Die Filterstruktur kann somit mehrere Bauelemente umfassen, die von Abschnitten des Leitungselements bzw. von Abschnitten des Grundkörpers ausgebildet werden. Ein Abschnitt des Leitungselements kann somit eine Elektrodenfläche oder einen Leitungsabschnitt einer Induktivität bilden. Ein Abschnitt des Leitungselements, der eine Elektrodenfläche bildet, unterscheidet sich von dem Leitungsabschnitt des Leitungselements, der eine Induktivität bildet. Die Filterstruktur kann somit mehrere Bauelemente, insbesondere mindestens eine Induktivität und mindestens eine Kapazität aufweisen, die von dem Leitungselement und von dem Grundkörper ausgebildet werden. Insbesondere werden diese Bauelemente von Abschnitten des Leitungselements und von Abschnitten des Grundkörpers ausgebildet.
Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass die Filterstruktur ein zusätzliches frequenzselektives Bauelement umfasst, das als individuelles, körperlich eigenständiges Bauelement vorgesehen ist und weder von dem mindestens einen Leitungselement noch von dem Grundkörper ausgebildet wird. Da die erfindungsgemäß vorgesehene Induktivität, welche von dem Leitungselement ausgebildet wird, bereits ein frequenzselektives Bauteil darstellt, werden weitere, individuelle Bauelemente der Filterstruktur als zusätzliches frequenzselektives Bauelement bezeichnet. Ausführungsformen der Erfindung sehen daher vor, dass die Filterstruktur ein zusätzliches frequenzselektives Bauelement umfasst. Das Leitungselement bildet mindestens eine Kontaktfläche, mit der das zusätzliche frequenzselektive Bauteil verbunden ist. Insbesondere bildet mindestens ein Verbindungsabschnitt die mindestens eine Kontaktfläche. Ferner ist ein Anschluss des zusätzlichen frequenzselektiven Bauelements mit der Kontaktfläche verbunden. Die Verbindung betrifft insbesondere eine elektrische Verbindung.
Das zusätzliche frequenzselektive Bauelement ist als Kapazität, als zusätzliche Induktivität, als elektromechanischer Resonator oder als integrierte Filterschaltung ausgebildet. Ist das zusätzliche frequenzselektive Bauelement als Kapazität ausgebildet, so kann die Kapazität als Glimmer- oder Keramikkapazität ausgebildet sein oder auch als Folienkondensator, Metallpapierkondensator, Elektrolytkondensator oder als Doppelschichtkondensator. Ist das zusätzliche frequenzselektive Bauelement als zusätzliche Induktivität ausgebildet, so kann die zusätzliche Induktivität als Spule mit oder ohne Kern vorgesehen sein. Ist das zusätzliche frequenzselektive Bauelement als elektromechanischer Resonator ausgebildet, so kann der Resonator als Schwingquarz, SAW-Filter oder als BAW-Filter ausgebildet sein. SAW-Filter werden auch als Oberflächenwellenfilter bezeichnet, wobei SAW für „surface acoustic wave” steht. BAW-Filter werden auch als „Bulk-acoustic-wave-Filter” bezeichnet. Eine integrierte Filterschaltung umfasst Schaltungselemente, die in einem Gehäuse integriert sind. Das zusätzliche frequenzselektive Bauelement bildet einen individuellen Körper und weist gegebenenfalls ein eigenes Gehäuse auf sowie vorzugsweise Anschlüsse zur elektrischen Ankoppelung. Das zusätzliche frequenzselektive Bauelement ist vorzugsweise ein SMD-Bauelement. Insbesondere entspricht die Bauform einer gemäß einem Standard definierten Bauform, beispielsweise einem JEDEC-Standard.
Das zusätzliche frequenzselektive Bauelement umfasst mindestens einen Anschluss. Der Anschluss ist mit der mindestens einen Kontaktfläche über eine Lötverbindung oder mittels eines Presssitzes physisch verbunden. Der Anschluss bildet eine elektrisch leitende Fläche oder ist als elektrisch leitender Pin ausgebildet. In der erfindungsgemäßen elektrischen Durchführung kann eine Ausnehmung vorgesehen sein, in der das zusätzliche frequenzselektive Bauelement aufgenommen ist. Die Ausnehmung ist vorzugsweise an einer Oberfläche des Grundkörpers ausgebildet.
Grundsätzlich kann die Filterstruktur ein oder mehrere zusätzliche frequenzselektive Bauelemente umfassen. Die zusätzlichen frequenzselektiven Bauelemente können auf einer Oberfläche der elektrischen Durchführung angeordnet sein, können innerhalb der Durchführung, insbesondere innerhalb des Grundkörpers, vorgesehen sein oder können in einer Ausnehmung vorgesehen sein, die an einer Oberfläche des Grundkörpers und/oder des Leitungsabschnitts ausgebildet ist. Ferner kann die elektrische Durchführung eine Bauelementhalterung umfassen, in der ein zusätzliches frequenzselektives Bauelement untergebracht ist. Die Bauelementhalterung sieht neben einer mechanischen Halterung auch zumindest einen elektrischen Kontakt vor.
In weiteren Ausbildungen der Erfindung sieht die Filterstruktur die von dem Leitungselement gebildete Induktivität als Serienfilter in der elektrisch leitenden Verbindung vor. Die von dem Leitungselement gebildete Induktivität bildet somit eine Serien-Filterinduktivität. Weiterhin kann die Filterstruktur ferner mindestens ein Kapazitätselement in Form einer Kapazität umfassen, deren mindestens eine Elektrodenfläche von dem Leitungselement gebildet wird. Stattdessen oder in Kombination hiermit kann die Filterstruktur ferner ein Kapazitätselement in Form der als zusätzliches frequenzselektives Bauelement ausgebildeten Kapazität umfassen. Dieses Kapazitätselement bildet zusammen mit der von dem Leitungselement ausgebildeten Induktivität einen LC-Parallelschwingkreis. Der so ausgebildete Parallelschwingkreis ist in der elektrisch leitenden Verbindung in Serie geschaltet.
Die erfindungsgemäße Durchführung kann mit einer Filterstruktur vorgesehen sein, wobei das mindestens eine Leitungselement, neben der Induktivität der Filterstruktur, die von dem Leitungsabschnitt des Leitungselements ausgebildet wird, mindestens eine elektrische leitende Fläche der Filterstruktur aufweist, wie es in der Anmeldung „Keramikdurchführung mit Filter” der Anmelderin der W. C. Heraeus GmbH mit dem Anmeldetag 31.01.2011 und dem internen Aktenzeichen P11392 beschrieben ist, auf die hier Bezug genommen wird. Insbesondere kann die Filterstruktur der erfindungsgemäßen Durchführung mindestens eine Kapazität, eine Induktivität und/oder einen elektromechanischen Resonator umfassen, wie es in der vorgenannten Anmeldung „Keramikdurchführung mit Filter” beschrieben ist, und/oder mindestens ein frequenzselektives Bauelement, wie es in der vorgenannten Anmeldung „Keramikdurchführung mit Filter” beschrieben ist.
Die Filterstruktur bildet vorzugsweise eine Bandsperre oder einen Tiefpass erster, zweiter oder höherer Ordnung. Die Filterstruktur umfasst insbesondere einen LC-Parallelschwingkreis, beispielsweise einen LC-Parallelschwingkreis, wie er vorangehend beschrieben ist. Der LC-Parallelschwingkreis ist in Serie mit der elektrisch leitenden Verbindung geschaltet, vorzugsweise in Serie innerhalb der elektrisch leitenden Verbindung eingebracht. Die Filterstruktur kann ferner einen LC-Serienschwingkreis umfassen, der als Ableitungsfilter mit der elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Innenraum und dem Außenraum verbunden ist. Der LC-Serienschwingkreis umfasst mindestens eine Induktivität, die von dem Leitungselement gebildet wird.
Weiterhin kann die Filterstruktur einen Durchgangsfilter in T-Schaltung mit zwei Serien-Induktivitäten und einer zwischengeschalteten Parallel-Kapazität umfassen. Mindestens eine der zwei Serien-Induktivitäten wird von dem Leitungselement ausgebildet. Die Filterstruktur kann ferner einen Durchgangsfilter in π-Schaltung mit zwei Parallel-Kapazitäten und einer zwischengeschalteten Serien-Induktivität umfassen. Die Serien-Induktivität wird hierbei von dem Leitungselement gebildet.
Ferner kann die Filterstruktur einen zusätzlichen elektromechanischen Ableitungsfilter oder einen zusätzlichen elektromechanischen Serienfilter umfassen. Filterstrukturen, die mindestens eine Kapazität aufweisen, umfassen mindestens eine Kapazität mit mindestens einer Elektrodenfläche, die von dem Leitungselement ausgebildet wird. Eine derartige Kapazität kann ferner eine dielektrische Schicht umfassen, die von dem Grundkörper ausgebildet wird. Ferner kann eine Filterstruktur, die eine Kapazität oder einen elektromechanischen Ableitungsfilter umfasst, diesen als zusätzliches frequenzselektives Bauelement vorsehen, das einen eigenständigen Körper oder ein eigenständiges Gehäuse aufweist. Ferner kann die Filterstruktur mehrere Induktivitäten aufweisen, von denen zumindest eine von dem Leitungselement ausgebildet wird, während zumindest eine weitere Induktivität durch eine eigenständige Spule vorgesehen wird, beispielsweise in Form zumindest einer Drahtwindung, mit oder ohne magnetischem Kern, oder in Form einer Induktivität, die als eigenständiger Körper ausgebildet ist, beispielsweise als ein SMD-Bauelement.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektrische Durchführung mehrere Leitungselemente. Die mehreren Leitungselemente bilden jeweils mindestens einen Leitungsabschnitt der zumindest einen Induktivität der Filterstruktur. Hierbei kann eine Induktivität mit mehreren Anzapfungen als eine einzelne Induktivität betrachtet werden.
Der Leitungsabschnitt der Induktivität kann teilweise oder vollständig von einem magnetischen Material umgeben sein, um einen erhöhten Induktivitätswert zu erreichen. Das magnetischen Material kann weichmagnetisch sein und vorzugsweise eine komplexe Permeabilität mit einem Realteil von mindestens 200 oder 500 und einem Imaginärteil von mindestens 1/1000 oder mindestens 1/100 des Realteils der komplexen Permeabilität. Durch den hohen Realteil >> 1 wird eine Vervielfachung des Induktivitätswerts gegenüber der Induktivität im Freiraum. Durch den Imaginärteil größer 0 ergeben sich Magnetisierungsverluste, mittels denen unerwünschte Signalkomponenten gedämpft werden. Das magnetische Material kann den Leitungsabschnitt der Induktivität in Ringform umgeben. Hierbei kann der Leitungsabschnitt entlang einer Geraden verlaufen, wobei jedoch bevorzugt der mindestens eine Leitungsabschnitt einen Längsverlauf aufweist, der von einer Geraden abweicht. Das magnetische Material kann als Grünling, in vorgesinterter oder in gesinterter Form im Rahmen eines Herstellungsverfahrens in den Grundkörper-Grünling eingebracht werden und/oder um das Leitungselement bzw. um den Leitungselement-Grünling herum angeordnet werden.
Die Erfindung wird ferner realisiert mittels eines Gehäuses für eine medizinisch implantierbare Vorrichtung, die mindestens eine der erfindungsgemäßen elektrischen Durchführungen umfasst.
Ferner wird die Erfindung realisiert mittels einer medizinisch implantierbaren Vorrichtung, insbesondere eines Herzschrittmachers oder Defibrillators, mit mindestens einer erfindungsgemäßen elektrischen Durchführung.
Ferner wird die Erfindung realisiert mittels mindestens eines Cermet aufweisenden Leitungselements in einer elektrischen Durchführung für eine medizinisch implantierbare Vorrichtung zur Ausbildung mindestens eines Leitungsabschnitts einer Induktivität einer elektrischen Filterstruktur der Durchführung.
Schließlich wird die Erfindung realisiert mittels eines Verfahrens zur Herstellung einer elektrischen Durchführung für eine medizinisch implantierbare Vorrichtung. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a. Erstellen mindestens eines Grundkörper-Grünlings für mindestens einen Grundkörper aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff;
b. Formen mindestens eines cermethaltigen Leitungselement-Grünlings für mindestens ein Leitungselement;
c. Einbringen des mindestens einen Leitungselement-Grünlings in den Grundkörper-Grünling;
d. Brennen des Grundkörper-Grünlings mit dem mindestens einen Grundkörper-Grünling, um mindestens einen Grundkörper mit mindestens einem Leitungselement zu erhalten.

Das Verfahren sieht ferner einen Schritt des Ausbildens einer elektrischen Filterstruktur der elektrischen Durchführung vor. Der Schritt b. umfasst das Formen mindestens eines Abschnitts des Leitungselement-Grünlings als einen Leitungsabschnitt einer Induktivität der Filterstruktur.
Der Leitungselement-Grünling kann ausgeformt werden, während dieser in den Grundkörper-Grünling eingebracht wird oder bevor dieser in den Grundkörper-Grünling eingebracht wird. Der Grundkörper-Grünling wird vorzugsweise vor dem Einbringen des Leitungselement-Grünlings ausgebildet, kann jedoch auch gleichzeitig mit dem Formen und/oder dem Einbringen des Leitungselement-Grünlings erstellt werden. Der Grundkörper-Grünling wird mit dem mindestens mindestens einen Leitungselement-Grünling gebrannt, vorzugsweise nachdem der Leitungselement-Grünling in den Grundkörper-Grünling eingebracht wurde.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Schritt des Ausbildens der Filterstruktur das Ausbilden eines Kapazitätselements umfasst. Hierbei wird ein Kapazitätselement in Form einer Kapazität ausgebildet, deren mindestens eine Elektrodenfläche von einem Abschnitt des Leitungselements ausgebildet wird. Die Kapazität umfasst somit mindestens eine Elektrodenfläche, die von einem Abschnitt des Leitungselements ausgebildet wird. Eine dielektrische Schicht der Kapazität wird von einem Abschnitt des Grundkörpers ausgebildet. Sowohl die Elektrodenfläche als auch die dielektrische Schicht wird ausgebildet durch flächiges Formen von Abschnitten des Leitungselement-Grünlings und des Grundkörper-Grünlings. Insbesondere wird die mindestens eine Elektrodenfläche ausgebildet durch flächiges Formen mindestens eines Abschnitts des Leitungselement-Grünlings. Die dielektrische Schicht wird in ähnlicher Weise durch flächiges Ausformen von Abschnitten des Grundkörper-Grünlings ausgebildet. Ferner wird ein Abschnitt des Leitungselement-Grünlings als Verbindungsabschnitt geformt. Der Verbindungsabschnitt wird derart geformt, dass er zur physischen Verbindung des Kapazitätselements mit dem Leitungsabschnitt der Induktivität eingerichtet ist. Somit wird ein Abschnitt des Leitungselement-Grünlings als Verbindungsabschnitt geformt, wobei nach dem Brennen bzw. Sintern dieser Verbindungsabschnitt die physische Verbindung zwischen Kapazitätselement und Leitungselement vorsieht. Da der Verbindungsabschnitt als ein Abschnitt des Leitungselement-Grünlings ausgebildet ist und cermethaltig ist, ist der Verbindungsabschnitt nach dem Sintern elektrisch leitend und verbindet nach dem Sintern das Kapazitätselement mit der Induktivität bzw. mit dem Leitungsabschnitt der Induktivität elektrisch leitend. Der Verbindungsabschnitt sowie die Kapazität und die Induktivität werden derart ausgeformt, dass sich ein LC-Parallelschwingkreis bildet. Alternativ wird der Verbindungsabschnitt derart geformt und mit der Kapazität und der Induktivität verbunden, dass sich aufgrund der Verschaltung der Kapazität und der Induktivität durch den Verbindungsabschnitt ein LC-Serienschwingkreis ergibt.
Somit kann das Verfahren zur Herstellung vorsehen, dass ein Abschnitt des Leitungselement-Grünlings als Elektrodenfläche ausgeformt wird, um nach dem Schritt des Brennens einen Kondensator vorzusehen, der zumindest teilweise von einem Abschnitt des Leitungselements gebildet wird. Da erfindungsgemäß auch ein Abschnitt des Leitungselement-Grünlings als Leitungsabschnitt einer Induktivität geformt wird, können durch Ausformen von Abschnitten des Leitungselements Bauelemente unterschiedlicher Art durch die Strukturgebung vom Leitungselement bzw. des Grundkörpers erzeugt werden. Um diese Bauelemente zu verbinden, wird ein Verbindungselement erzeugt, vorzugsweise ebenso durch Ausformen eines Abschnitts des Leitungselements. Dadurch wird durch Ausformen von Abschnitten des Leitungselements und zumindest eines Abschnitts des Grundkörpers eine Filterstruktur mit mehreren Bauelementen gebildet. Insbesondere lässt sich durch Ausformen von Abschnitten des Grundkörpers und des Leitungselements eine Filterstruktur erzeugen, die einen Filter höherer Ordnung bildet.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zusätzliche, körperlich eigenständige Bauelemente in die elektrische Durchführung eingesetzt werden und Teil der Filterstruktur werden. Dies wird ermöglicht, indem ein Abschnitt des Leitungselements als Kontaktfläche ausgebildet wird, vorzugsweise durch flächiges Ausformen eines Abschnitts des Leitungselements. An diese Kontaktfläche kann dann ein körperlich eigenständiges Bauelement an die Filterstruktur angeschlossen werden und somit Teil der Filterstruktur werden. Das körperlich eigenständige Bauelement entspricht insbesondere dem hier beschriebenen individuellen Bauelement.
Daher sieht die Erfindung ferner vor, dass der Schritt des Ausbildens der Filterstruktur das Ausbilden eines Abschnitts des Leitungselements als mindestens eine Kontaktfläche umfasst. Das Verfahren sieht ferner vor, mindestens ein vorgefertigtes frequenzselektives Bauelement in dem Leitungselement-Grünling oder in den Grundkörper-Grünling einzubringen. Alternativ wird mindestens ein vorgefertigtes frequenzselektives Bauelement auf einen Abschnitt des Leitungselement-Grünlings oder auf einem Abschnitt des Grundkörper-Grünlings angeordnet. Ferner wird das mindestens eine frequenzselektive Bauelement mit der mindestens einen Kontaktfläche verbunden. Das frequenzselektive Bauelement wird vor oder nach dem Einbringen des Leitungselement-Grünlings in den Grundkörper-Grünling eingebracht und verbunden. Alternativ sieht das Verfahren ferner vor, mindestens ein vorgefertigtes frequenzselektives Bauelement an oder in dem Grundkörper anzuordnen und mit dem Leitungselement zu verbinden, nachdem der Schritt des Brennens ausgeführt wurde.
Hierbei ist das frequenzselektive Bauelement ein körperlich eigenständiges Bauelement, insbesondere ein vorgefertigtes Bauelement. Das frequenzselektive Bauelement ist bereits mit Anschlüssen versehen, bevor es mit der Kontaktfläche verbunden wird bzw. bevor es an oder in dem Grundkörper-Grünling oder dem Leitungselement-Grünling angeordnet wird. Das vorgefertigte Bauelement kann somit mit dem Grünling verbunden werden bevor der Schritt des Brennens ausgeführt wird oder es kann nach dem Brennen oder nach einem Vorsinterprozess mit dem Leitungselement bzw. dem Grundkörper verbunden werden. Insbesondere wird das vorgefertigte Bauelement nach dem Brennen bzw. nach dem Abschluss aller Vorsinterprozesse mit der Kontaktfläche elektrisch verbunden.
Der Grundkörper und das Leitungselement werden miteinander hermetisch abgedichtet, indem eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Grundkörper und Leitungselement hergestellt wird. Insbesondere wird dies durch Sintern erreicht, nachdem der Grundkörper-Grünling und der Leitungselement-Grünling miteinander in Kontakt gebracht wurden. Das Einbringen des mindestens einen Leitungselement-Grünlings in den Grundkörper-Grünling sieht vor, dass der Leitungselement-Grünling in direkten Kontakt mit dem Grundkörper-Grünling gebracht wird.
Der mindestens eine Abschnitt des Leitungselement-Grünlings wird als ein Leitungsabschnitt einer Induktivität geformt, indem dieser in eine Form gebracht wird, wie sie oben anhand der Formbeschreibung des Leitungsabschnitts beschrieben ist. Der Leitungselement-Grünling kann vorgesintert werden, bevor dieser in den Grundkörper-Grünling eingebracht wird. Dadurch wird eine gewisse Stabilität erreicht, so dass der Leitungselement-Grünling beim Einbringen nicht unbeabsichtigt verformt wird.
Falls erwünscht, kann ferner ein Halteelement aus einem Cermet ausgebildet werden, wobei ein Halteelement-Grünling sich um den Grundkörper oder dessen Grünling herum erstreckt und gesintert wird. Eine entsprechende elektrische Durchführung umfasst somit ferner ein Halteelement, das sich umfänglich um den Grundkörper herum erstreckt.
Schließlich sieht die Erfindung ein Verfahren vor, bei dem ein Gehäuse mit einer elektrischen Durchführung erzeugt wird, indem zunächst das Gehäuse als Grünling hergestellt wird, vorzugsweise aus einem cermethaltigen Material, wobei die elektrische Durchführung vor oder nach einem Sinterschritt in das Gehäuse und insbesondere in eine Gehäusewand des Gehäuses eingebracht wird. Das Gehäuse kann hierbei vorgesintert sein oder als Grünling vorliegen, wenn die elektrische Durchführung als Grünling eingebracht wird,
Zusammenfassend werden folgende Ausführungsformen im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders bevorzugt vorgeschlagen:
Die vorgeschlagene elektrische Durchführung ist für den Einsatz in einer medizinisch implantierbaren Vorrichtung eingerichtet, wobei die medizinisch implantierbare Vorrichtung insbesondere als aktive implantierbare medizinische Vorrichtung (AIMD) und besonders bevorzugt als Therapiegerät ausgestaltet sein kann.
Der Begriff einer medizinisch implantierbaren Vorrichtung umfasst grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung, welche eingerichtet ist, um mindestens eine medizinische Funktion durchzuführen und welche in ein Körpergewebe eines menschlichen oder tierischen Benutzers einbringbar ist. Die medizinische Funktion kann grundsätzlich eine beliebige Funktion umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer therapeutischen Funktion, einer diagnostischen Funktion und einer chirurgischen Funktion. Insbesondere kann die medizinische Funktion mindestens eine Aktorfunktion aufweisen, bei der mittels mindestens eines Aktors mindestens ein Reiz auf das Körpergewebe ausgeübt wird, insbesondere ein elektrischer Reiz.
Der Begriff einer aktiven implantierbaren medizinischen Vorrichtung – auch als AIMD bezeichnet – umfasst grundsätzlich alle medizinisch implantierbaren Vorrichtungen, die elektrische Signale aus einem hermetisch dichten Gehäuse in einen Teil des Körpergewebes des Benutzers leiten können und/oder aus dem Teil des Körpergewebes des Benutzers empfangen können. So umfasst der Begriff der aktiven implantierbaren medizinischen Vorrichtung insbesondere Herzschrittmacher, Cochlea-Implantate, implantierbare Cardioverter/Defibrillatoren, Nerven-, Hirn-, Organ- oder Muskelstimulatoren sowie implantierbare Überwachungsgeräte, Hörgeräte, Retina-Implantate, Muskel-Stimulatoren, implantierbare Pumpen für Arzneimittel, künstliche Herzen, Knochenwachstumsstimulatoren, Prostata-Implantate, Magen-Implantate, oder dergleichen.
Die medizinisch implantierbare Vorrichtung, insbesondere die aktive implantierbare medizinische Vorrichtung, kann in der Regel insbesondere mindestens ein Gehäuse aufweisen, insbesondere mindestens ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse. Das Gehäuse kann vorzugsweise mindestens eine Elektronik umschließen, beispielsweise eine Ansteuer- und/oder Auswerteelektronik der medizinisch-implantierbaren Vorrichtung.
Unter einem Gehäuse einer medizinisch implantierbaren Vorrichtung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element verstanden welches mindestens ein Funktionselement der medizinisch implantierbaren Vorrichtung, welches zur Durchführung der mindestens einen medizinischen Funktion eingerichtet ist oder die medizinische Funktion fördert, zumindest teilweise umschließt. Insbesondere weist das Gehäuse mindestens einen Innenraum auf, der das Funktionselement ganz oder teilweise aufnimmt. Insbesondere kann das Gehäuse eingerichtet sein, um einen mechanischen Schutz des Funktionselements gegenüber im Betrieb und/oder bei einer Handhabung auftretenden Belastungen zu bieten und/oder einen Schutz des Funktionselements gegenüber Umwelteinflüssen wie beispielsweise Einflüssen durch eine Körperflüssigkeit. Das Gehäuse kann insbesondere die medizinisch implantierbare Vorrichtung nach außen hin begrenzen und/oder abschließen.
Unter einem Innenraum ist hier ein Bereich der medizinisch implantierbaren Vorrichtung zu verstehen, insbesondere innerhalb des Gehäuses, welcher das Funktionselement ganz oder teilweise aufnehmen kann und welcher in einem implantierten Zustand nicht mit dem Körpergewebe und/oder nicht mit einer Körperflüssigkeit in Kontakt kommt. Der Innenraum kann mindestens einen Hohlraum aufweisen, welcher ganz oder teilweise geschlossen sein kann. Alternativ kann der Innenraum jedoch auch ganz oder teilweise ausgefüllt sein, beispielsweise durch das mindestens eine Funktionselement und/oder durch mindestens ein Füllmaterial, beispielsweise mindestens einen Verguss, beispielsweise durch ein Vergussmaterial in Form eines Epoxidharzes oder eines ähnlichen Materials.
Demgegenüber wird unter einem Außenraum ein Bereich außerhalb des Gehäuses verstanden. Dies kann insbesondere ein Bereich sein, welcher im implantierten Zustand mit dem Körpergewebe und/oder einer Körperflüssigkeit in Kontakt kommen kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Außenraum jedoch auch ein Bereich sein oder einen Bereich umfassen, welcher lediglich von außerhalb des Gehäuses zuganglich ist, ohne dabei notwendigerweise in Kontakt mit dem Körpergewebe und/oder der Körperflüssigkeit zu geraden, beispielsweise ein für ein elektrisches Verbindungselement, beispielsweise einen elektrischen Steckverbinder, von außen zugänglicher Bereich eines Verbindungselements der medizinisch implantierbaren Vorrichtung.
Das Gehäuse und/oder insbesondere die elektrische Durchführung können insbesondere hermetisch dicht ausgestaltet sein, so dass beispielsweise der Innenraum hermetisch dicht gegenüber dem Außenraum abgedichtet ist. Im Rahmen der Erfindung kann der Begriff „hermetisch dicht” dabei verdeutlichen, dass bei einem bestimmungsgemäßen Gebrauch innerhalb der üblichen Zeiträume (beispielsweise 5–10 Jahre) Feuchtigkeit und/oder Gase nicht oder nur minimal durch das hermetisch dichte Element hindurch dringen können. Eine physikalische Größe, die beispielsweise eine Permeation von Gasen und/oder Feuchtigkeit durch eine Vorrichtung, z. B. durch die elektrische Durchführung und/oder das Gehäuse, beschreiben kann, ist die sogenannte Leckrate, welche beispielsweise durch Lecktests bestimmt werden kann. Entsprechende Lecktests können beispielsweise mit Heliumlecktestern und/oder Massenspektrometern durchgeführt werden und sind im Standard Mil-STD-883G Method 1014 spezifiziert. Die maximal zulässige Helium-Leckrate wird dabei abhängig vom internen Volumen der zu prüfenden Vorrichtung festgelegt. Nach den in MIL-STD-883G, Method 1014, in Absatz 3.1 spezifizierten Methoden, und unter Berücksichtigung der in der Anwendung der vorliegenden Erfindung vorkommenden Volumina und Kavitäten der zu prüfenden Vorrichtungen, können diese maximal zulässigen Helium-Leckraten beispielsweise von 1 × 10^–8 atm·cm³/sec bis 1 × 10^–7 atm·cm³/sec betragen. Im Rahmen der Erfindung kann der Begriff „hermetisch dicht” insbesondere bedeuten, dass die zu prüfende Vorrichtung (beispielsweise das Gehäuse und/oder die elektrische Durchführung oder das Gehäuse mit der elektrischen Durchführung) eine Helium-Leckrate von weniger als 1 × 10^–7 atm·cm³/sec aufweist. In einer vorteilhaften Ausführung kann die Helium-Leckrate weniger als 1 × 10^–8 atm·cm³/sec, insbesondere weniger als 1 × 10^–9 atm·cm³/sec betragen. Zum Zweck der Standardisierung können die genannten Helium-Leckraten auch in die äquivalente Standard-Luft-Leckrate konvertiert werden. Die Definition für die äquivalente Standard-Luft-Leckrate (Equivalent Standard Air Leak Rate) und die Umrechnung sind im Standard ISO 3530 angegeben.
Elektrische Durchführungen sind Elemente, welche eingerichtet sind, um mindestens einen elektrischen Leitungsweg zu schaffen, der sich zwischen dem Innenraum des Gehäuses zu mindestens einem äußeren Punkt oder Bereich außerhalb des Gehäuses, insbesondere in dem Außenraum, erstreckt. So wird beispielsweise eine elektrische Verbindung mit außerhalb des Gehäuses angeordneten Leitungen, Elektroden und Sensoren ermöglicht.
Bei üblichen medizinischen implantierbaren Vorrichtungen ist in der Regel ein Gehäuse vorgesehen, welches auf einer Seite ein Kopfteil, auch Header oder Anschlusskörper genannt, aufweisen kann, der Anschlussbuchsen für das Anschließen von Zuleitungen, auch Elektrodenleitungen oder Leads genannt, tragen kann. Die Anschlussbuchsen weisen beispielsweise elektrische Kontakte auf, die dazu dienen, die Zuleitungen elektrisch mit einer Steuerelektronik im Inneren des Gehäuses der medizinischen Vorrichtung zu verbinden. Dort, wo die elektrische Verbindung in das Gehäuse der medizinischen Vorrichtung eintritt, ist üblicherweise eine elektrische Durchführung vorgesehen, die hermetisch dichtend in eine entsprechende Gehäuseöffnung eingesetzt ist.
Aufgrund der Einsatzart von medizinisch implantierbaren Vorrichtungen ist deren hermetische Dichtigkeit und Biokompatibilität in der Regel eine der vorrangigsten Anforderungen. Die hier erfindungsgemäß vorgeschlagene medizinisch implantierbare Vorrichtung kann insbesondere in einen Körper eines menschlichen oder tierischen Benutzers, insbesondere eines Patienten, eingesetzt werden. Dadurch ist die medizinisch implantierbare Vorrichtung in der Regel einer Flüssigkeit eines Körpergewebes des Körpers ausgesetzt. Somit ist es in der Regel von Bedeutung, dass weder Körperflüssigkeit in die medizinisch implantierbare Vorrichtung eindringt, noch das Flüssigkeiten aus der medizinisch implantierbaren Vorrichtung austreten. Um dieses sicherzustellen, sollte das Gehäuse der medizinisch implantierbaren Vorrichtung, und somit auch die elektrische Durchführung, eine möglichst vollständige Undurchlässigkeit aufweisen, insbesondere gegenüber Körperflüssigkeiten.
Weiterhin sollte die elektrische Durchführung eine hohe elektrische Isolation zwischen dem mindestens einen Leitungselement und dem Gehäuse und/oder, falls mehrere Leitungselemente vorgesehen sind, zwischen den Leitungselementen sicherstellen. Dabei werden vorzugsweise Isolationswiderstände von mindestens mehreren MOhm, insbesondere mehr als 20 MOhm, erreicht, sowie vorzugsweise geringe Verlustströme, die insbesondere kleiner sein können als 10 pA. Desweiteren liegt, falls mehrere Leitungselemente vorgesehen sind, das Übersprechen – auch als Crosstalk bezeichnet – und die elektromagnetische Kopplung zwischen den einzelnen Leitungselementen vorzugsweise unterhalb medizinisch vorgegebener Schwellen.
Für die genannten Anwendungen ist die erfindungsgemäß offenbarte elektrische Durchführung besonders geeignet. Weiterhin kann die elektrische Durchführung auch in darüber hinausgehenden Anwendungen genutzt werden, die besondere Anforderungen an die Biokompatibilität, Dichtheit und Stabilität gegenüber Korrosion stellen.
Die erfindungsgemäße elektrische Durchführung kann insbesondere den oben genannten Dichtigkeitsanforderungen und/oder den oben genannten Isolationsanforderungen genügen.
Die elektrische Durchführung weist, wie oben ausgeführt, mindestens einen elektrisch isolierenden Grundkörper auf. Unter einem Grundkörper ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element zu verstehen, welches in der elektrischen Durchführung einer mechanische Haltefunktion erfüllt, beispielsweise indem der Grundkörper direkt oder direkt das mindestens eine Leitungselement hält oder trägt. Insbesondere kann das mindestens eine Leitungselement vollständig oder teilweise direkt oder indirekt in den Grundkörper eingebettet sein, insbesondere durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Leitungselement und besonders bevorzugt durch ein Co-Sintern des Grundkörpers und des Leitungselements. Der Grundkörper kann insbesondere mindestens eine dem Innenraum zuweisende Seite aufweisen und mindestens eine dem Außenraum zuweisende und/oder von dem Außenraum aus zugängliche Seite.
Der Grundkörper ist, wie oben ausgeführt, elektrisch isolierend ausgestaltet. Dies bedeutet, dass der Grundkörper vollständig oder zumindest bereichsweise aus mindestens einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist. Unter einem elektrisch isolierenden Material ist dabei ein Material zu verstehen, welches einen spezifischen Widerstand von mindestens 10⁷ Ohm·m aufweist, insbesondere von mindestens 10⁸ Ohm·m, vorzugsweise von mindestens 10⁹ Ohm·m und besonders bevorzugt von mindestens 10¹¹ Ohm·m. Insbesondere kann der Grundkörper derart ausgestaltet sein, dass, wie oben ausgeführt, ein Stromfluss zwischen dem Leitungselement und dem Gehäuse und/oder zwischen mehreren Leitungselementen zumindest weit gehend verhindert wird, beispielsweise indem die oben genannten Widerstände zwischen dem Leitungselement und dem Gehäuse realisiert werden. Insbesondere kann der Grundkörper mindestens ein keramisches Material aufweisen.
Unter einem Leitungselement oder elektrischen Leitungselement ist hier allgemein ein Element zu verstehen, welches eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen mindestens zwei Orten und/oder mindestens zwei Elementen herzustellen. Insbesondere kann das Leitungselement einen oder mehrere elektrische Leiter, beispielsweise metallische Leiter, umfassen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist, wie oben ausgeführt, das Leitungselement vollständig oder teilweise aus mindestens einem Cermet hergestellt. Zusätzlich können noch ein oder mehrere andere elektrische Leiter vorgesehen sein, beispielsweise metallische Leiter. Das Leitungselement kann beispielsweise in Form eines oder mehrerer Steckerstifte und/oder gekrümmter Leiter ausgestaltet sein. Das Leitungselement kann weiterhin beispielsweise auf einer dem Innenraum zuweisenden Seite des Grundkörpers und/oder der elektrischen Durchführung und/oder auf einer dem Außenraum zuweisenden oder von dem Außenraum aus zugänglichen Seite des Grundkörpers und/oder der elektrischen Durchführung einen oder mehrere Anschlusskontakte aufweisen, beispielsweise einen oder mehrere Steckverbinder, beispielsweise einen oder mehrere Anschlusskontakte, welche aus dem Grundkörper herausragen oder auf andere Weise elektrisch von dem Innenraum aus und/oder dem Außenraum aus kontaktierbar sind.
Das mindestens Leitungselement kann die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Innenraum und dem Außenraum auf verschiedene Weisen herstellen. Beispielsweise kann sich das Leitungselement von mindestens einem auf der dem Innenraum zuweisenden Seite des Grundkörpers angeordneten Abschnitt des Leitungselements zu mindestens einem auf der dem Außenraum zuweisenden oder der von dem Außenraum aus zugänglichen Seite erstrecken. Auch andere Anordnungen sind jedoch grundsätzlich möglich. So kann das Leitungselement beispielsweise auch eine Mehrzahl miteinander elektrisch leitend verbundener Teil-Leitungselemente umfassen. Weiterhin kann sich das Leitungselement in den Innenraum und/oder in den Außenraum hinein erstrecken. Beispielsweise kann das Leitungselement mindestens einen in dem Innenraum angeordneten Bereich und/oder mindestens einen in dem Außenraum angeordneten Bereich aufweisen, wobei die Bereiche beispielsweise miteinander elektrisch verbunden sein können. Verschiedene Ausführungsbeispiele werden unten noch näher erläutert.
Das mindestens eine Leitungselement kann auf einer dem Innenraum zuweisenden Seite des Grundkörpers und/oder der elektrischen Durchführung und/oder auf einer dem Außenraum zuweisenden oder von dem Außenraum aus zugänglichen Seite des Grundkörpers und/oder der elektrischen Durchführung mindestens ein elektrisches Verbindungselement aufweisen und/oder mit einem derartigen elektrischen Verbindungselement verbunden sein. Beispielsweise können, wie oben beschrieben, auf einer oder beiden der genannten Seiten jeweils ein oder mehrere Steckverbinder und/oder eine oder mehrere Kontaktflächen und/oder ein oder mehrere Kontaktfedern und/oder ein oder mehrere andere Arten von elektrischen Verbindungselementen vorgesehen sein. Das mindestens eine optionale Verbindungselement kann beispielsweise Bestandteil des mindestens einen Leitungselements sein und/oder kann elektrisch leitend mit dem mindestens einen Leitungselement verbunden sein. Beispielsweise können ein oder mehrere Leitungselemente der Durchführung mit einem oder mehreren inneren Verbindungselementen und/oder einem oder mehreren äußeren Verbindungselementen kontaktiert werden. Die Materialien der inneren Verbindungselemente sollten dauerhaft mit dem Leitungselement verbindbar sein. Die äußeren Verbindungselemente sollten müssen biokompatibel sein und sollten dauerhaft mit dem mindestens einen Leitungselement verbindbar sein.
Der elektrisch isolierende Grundkörper kann insbesondere das mindestens eine Leitungselement lagern. Das mindestens eine Material des Grundkörpers sollte, wie oben ausgeführt, vorzugsweise biokompatibel sein und sollte einen ausreichend hohen Isolationswiderstand aufweisen. Für den erfindungsgemäßen Grundkörper hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn dieser ein oder mehrere Materialien aufweist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkoniumdioxid (ZrO₂), Aluminiumoxid-verstärktes Zirkoniumoxid (ZTA), Zirkoniumoxid-verstärktes Aluminiumoxid (ZTA – Zirconia Toughened Aluminum – Al₂O₃/ZrO₂), Yttrium verstärktes Zirkoniumoxid (Y-TZP), Aluminiumnitrid (AlN), Magnesiumoxid (MgO), Piezokeramik, Barium(Zr, Ti)oxid, Barium(Ce, Ti)oxid und Natrium-Kalium-Niobat.
Ein Haltelement umgreift den Grundkörper und dient als Verbindungselement zu dem Gehäuse der implantierbaren Vorrichtung. Die Materialien des Randkörpers müssen biokompatibel, leicht verarbeitbar, korrosionsbeständig und dauerhaft stoffschlüssig mit dem Grundkörper und dem Gehäuse verbindbar sein. Für den erfindungsgemäßen Randkörper hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn dieser mindestens eines der folgenden Metall und/oder eine Legierung auf Basis mindestens eines der folgenden Metalle aufweist: Platin, Iridium, Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram, Titan, Kobalt-Chrom-Legierungen oder Zirkonium.
Bei der vorgeschlagenen elektrischen Durchführung weist das mindestens eine Leitungselement mindestens ein Cermet auf.
Der Grundkörper kann insbesondere ganz oder teilweise aus einem oder mehreren sinterfähigen Materialien hergestellt sein, insbesondere aus einem oder mehreren sinterfähigen Materialien auf Keramik-Basis. Der oder die Leitungselemente können ganz oder teilweise aus einem oder mehreren sinterfähigen Materialien auf Cermet-Basis aufgebaut sein. Daneben kann das mindestens eine Leitungselement jedoch auch, wie oben ausgeführt, einen oder mehrere weitere Leiter aufweisen, beispielsweise einen oder mehrere metallische Leiter.
Im Rahmen der Erfindung wird als „Cermet” ein Verbundwerkstoff aus einem oder mehreren keramischen Werkstoffen in mindestens einer metallischen Matrix oder ein Verbundwerkstoff aus einem oder mehreren metallischen Werkstoffen in mindestens einer keramischen Matrix bezeichnet. Zur Herstellung eines Cermets kann beispielsweise ein Gemisch aus mindestens einem keramischen Pulver und mindestens einem metallischen Pulver verwendet werden, welches beispielsweise mit mindestens mit einem Bindemittel und ggf. mindestens einem Lösungsmittel versetzt werden kann. Das bzw. die keramischen Pulver des Cermets weist bzw. weisen vorzugsweise eine mittlere Korngröße von weniger als 10 μm, bevorzugt weniger als 5 μm, besonders bevorzugt weniger als 3 μm auf. Das bzw. die metallischen Pulver des Cermets weisen vorzugsweise eine mittlere Korngröße von weniger als 15 μm, bevorzugt weniger als 10 μm, besonders bevorzugt weniger als 5 μm auf. Zur Herstellung eines Grundkörpers kann beispielsweise mindestens ein keramisches Pulver verwendet werden, welches beispielsweise mit mindestens einem Bindemittel und gegebenenfalls mindestens einem Lösungsmittel versetzt werden kann. Das bzw. die keramischen Pulver weist dabei vorzugsweise eine mittlere Korngröße von weniger als 10 μm (1 μm entsprechen 1 × 10^–6 m), bevorzugt weniger als 5 μm, besonders bevorzugt weniger als 3 μm auf. Als mittlere Korngröße wird dabei insbesondere der Medianwert oder d50-Wert der Korngrößenverteilung angesehen. Der d50-Wert beschreibt jenen Wert, bei dem 50 Prozent der Körner des keramischen Pulvers und/oder des metallischen Pulvers feiner sind und die anderen 50% grober sind als der d50-Wert.
Unter einem Sintern oder einem Sinterprozess wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein ein Verfahren zur Herstellung von Werkstoffen oder Werkstücken verstanden, bei welchem pulverförmigen, insbesondere feinkörnige, keramische und/oder metallische Stoffe erhitzt werden und dadurch verbunden werden. Dieser Prozess kann ohne äußeren Druck auf den zu erhitzenden Stoff erfolgen oder kann insbesondere unter erhöhtem Druck auf den zu erhitzenden Stoff erfolgen, beispielsweise unter einem Druck von mindestens 2 bar, vorzugsweise höheren Drucken, beispielsweise Drucken von mindestens 10 bar, insbesondere mindestens 100 bar oder sogar mindestens 1000 bar. Der Prozess kann insbesondere vollständig oder teilweise bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur der pulverförmigen Werkstoffe erfolgen, beispielsweise bei Temperaturen von 700°C bis 1400°C. Der Prozess kann insbesondere vollständig oder teilweise in einem Werkzeug und/oder einer Form durchgeführt werden, so dass mit dem Sinterprozesses eine Formgebung verbunden werden kann. Neben den pulverförmigen Werkstoffen kann ein Ausgangsmaterial für den Sinterprozess weitere Werkstoff umfassen, beispielsweise einen oder mehrere Binder und/oder ein oder mehrere Lösungsmittel. Der Sinterprozess kann in einem Schritt oder auch in mehreren Schritten erfolgen, wobei dem Sinterprozess beispielsweise weitere Schritte vorgelagert sein können, beispielsweise ein oder mehrere Formgebungsschritte und/oder ein oder mehrere Entbinderungsschritte.
Bei der Herstellung des mindestens einen Leitungselements und/oder optional bei der Herstellung des mindestens einen Grundkörpers kann insbesondere ein Verfahren eingesetzt werden, bei welchem zunächst mindestens ein Grünling hergestellt wird, aus diesem Grünling anschließend mindestens ein Braunling und aus dem Braunling anschließend durch mindestens einen Sinterschritt des Braunlings das fertige Werkstück. Dabei können für das Leitungselement und den Grundkörper getrennte Grünlinge und/oder getrennte Braunlinge hergestellt werden, welche anschließend verbunden werden können. Alternativ können jedoch auch für den Grundkörper und das Leitungselement ein oder mehrere gemeinsame Grünlinge und/oder Braunlinge erstellt werden. Wiederum alternativ können zunächst getrennte Grünlinge erstellt werden, diese Grünlinge dann verbunden werden und aus dem verbundenen Grünling anschließend ein gemeinsamer Braunling erstellt werden. Unter einem Grünling ist allgemein ein Vor-Formkörper eines Werkstücks zu verstehen, welcher das Ausgangsmaterial, beispielsweise das mindestens eine keramische und/oder metallische Pulver umfasst, sowie weiterhin gegebenenfalls ein oder mehrere Bindermaterialien und/oder ein oder mehrere Lösungsmittel. Unter einem Braunling ist ein Vor-Formkörper zu verstehen, welcher aus dem Grünling durch mindestens einen Entbinderungsschritt entsteht, beispielsweise mindestens einen thermischen und/oder chemischen Entbinderungsschritt, wobei in dem Entbinderungsschritt das mindestens eine Bindermaterial und/oder das mindestens eine Lösungsmittel zumindest teilweise aus dem Vor-Formkörper entfernt wird.
Der Sinterprozess, insbesondere für ein Cermet, jedoch auch beispielsweise für den Grundkörper, kann vergleichbar zu einem üblicherweise für homogene Pulvern verwendeten Sinterprozess ablaufen. Beispielsweise kann unter hoher Temperatur und ggf. hohem Druck das Material beim Sintervorgang verdichtet werden, so dass das Cermet nahezu dicht ist, oder eine höchstens geschlossene Porosität aufweist. Cermets zeichnen sich in der Regel durch eine besonders hohe Härte und Verschleißfestigkeit aus. Gegenüber Sinterhartmetallen hat ein Cermet enthaltendes Durchleitungselement in der Regel eine höhere Thermoschock- und Oxidationsbeständigkeit und in der Regel einen an einen umgebenden Isolator angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten.
Für die erfindungsgemäße Durchführung kann die mindestens eine keramische Komponente des Cermets insbesondere mindestens eines der folgenden Materialien aufweisen: Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkoniumdioxid (ZrO₂), Aluminiumoxid-verstärktes Zirkoniumoxid (ZTA), Zirkoniumoxid-verstärktes Aluminiumoxid (ZTA – Zirconia Toughened Aluminum – Al₂O₃/ZrO₂), Yttrium verstärktes Zirkoniumoxid (Y-TZP), Aluminiumnitrid (AlN), Magnesiumoxid (MgO), Piezokeramik, Barium(Zr, Ti)oxid, Barium(Ce, Ti)oxid, oder Natrium-Kalium-Niobat.
Für die erfindungsgemäße Durchführung kann die mindestens eine metallische Komponente des Cermets insbesondere mindestens eines der folgenden Metalle und/oder eine Legierung auf Basis mindestens eines der folgenden Metalle aufweisen: Platin, Iridium, Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram, Titan, Kobalt oder Zirkonium. Eine elektrisch leitfähige Verbindung stellt sich im Cermet in der Regel dann ein, wenn der Metallgehalt über der sogenannten Perkolationsschwelle liegt, bei der die Metallpartikel im gesinterten Cermet mindestens punktuell miteinander verbunden sind, so dass eine elektrische Leitung ermöglicht wird. Dazu sollte der Metallgehalt erfahrungsgemäß, abhängig von der Materialauswahl, 25 Volumen-% und mehr betragen, vorzugsweise 32 Volumen-%, insbesondere mehr als 38 Volumen-%.
Im Sinne der Erfindung werden die Begriffe „ein Cermet aufweisend” und „cermethaltig” synonym verwendet. Folglich bezeichnen beide Begriffe eine Eigenschaft eines Elements, bei welcher das Element cermethaltig ist. Von diesem Sinn auch umfasst ist die Ausführungsvariante, dass Element, beispielsweise das Leitungselement, aus einem Cermet besteht, also vollständig aus einem Cermet aufgebaut ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform können sowohl das mindestens eine Leitungselement als auch der Grundkörper einen oder mehrere Bestandteile aufweisen, welche in einem Sinterverfahren hergestellt oder herstellbar sind, oder das mindestens eine Leitungselement und der Grundkörper können beide in einem Sinterverfahren hergestellt oder herstellbar sein. Insbesondere können der Grundkörper und das Leitungselement in einem Co-Sinterverfahren, also einem Verfahren einer gleichzeitigen Sinterung dieser Elemente, hergestellt oder herstellbar sein. Beispielsweise können das Leitungselement und der Grundkörper jeweils ein oder mehrere keramische Bestandteile aufweisen, die im Rahmen mindestens eines Sinterverfahrens hergestellt und vorzugsweise verdichtet werden.
Beispielsweise kann ein Grundkörper-Grünling hergestellt werden aus einer isolierenden Werkstoffzusammensetzung. Dies kann beispielsweise durch ein Pressen der Werkstoffzusammensetzung in einer Form geschehen. Dazu handelt es sich vorteilhafterweise bei der isolierenden Werkstoffzusammensetzung um eine Pulvermasse, welche mindestens einen minimalen Zusammenhalt der Pulverpartikel aufweist. Die Herstellung eines Grünlings erfolgt dabei beispielsweise durch Verpressen von Pulvermassen, oder durch Formung durch plastische Formgebung oder durch Gießen und anschließende Trocknung.
Solche Verfahrensschritte können auch genutzt werden, um mindestens einen cermethaltigen Leitungselement-Grünling zu formen. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass jenes Pulver, welches zu dem Leitungselement-Grünling verpresst wird, cermethaltig ist oder aus einem Cermet besteht oder mindestens ein Ausgangsmaterial für ein Cermet aufweist. Im Anschluss können die beiden Grünlinge – der Grundkörper-Grünling und der Leitungselement-Grünling – zusammengeführt werden. Die Herstellung des Leitungselement-Grünlings und des Grundkörper-Grünlings kann auch gleichzeitig erfolgen, z. B.: durch Mehrkomponentenspritzguss, Ko-Extrusion etc., so dass eine nachfolgende Verbindung nicht mehr notwendig ist.
Beim Sintern der Grünlinge werden diese vorzugsweise einer Wärmebehandlung unterzogen, welche unterhalb der Schmelztemperatur der Pulverpartikel des Grünlings liegt. So kommt es in der Regel zu einer Verdichtung des Materials und damit einhergehend zu einer deutlichen Verringerung der Porosität und des Volumens der Grünlinge. Eine Besonderheit des Verfahrens besteht folglich darin, dass vorzugsweise der Grundkörper und das Leitungselement zusammen gesintert werden können. Es bedarf dementsprechend vorzugsweise im Anschluss keiner Verbindung der beiden Elemente mehr.
Durch das Sintern wird das Leitungselement mit dem Grundkörper vorzugsweise kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden. Dadurch wird vorzugsweise eine hermetische Integration des Leitungselementes in dem Grundkörper erzielt. Es bedarf vorzugsweise keines anschließenden Verlötens oder Verschweißens des Leitungselements in dem Grundkörper mehr. Vielmehr wird durch das bevorzugte gemeinsame Sintern und die bevorzugte Nutzung eines cermethaltigen Grünlings eine hermetisch dichtende Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Leitungselement erreicht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das Sintern ein nur teilweises Sintern des mindestens einen optionalen Grundkörper-Grünlings umfasst, wobei dieses teilweises Sintern beispielsweise den oben beschriebenen Entbinderungsschritt bewirken und/oder umfassen kann. Im Rahmen dieses nur teilweisen Sinterns wird der Grünling vorzugsweise wärmebehandelt. Dabei findet in der Regel schon eine Schrumpfung des Volumens des Grünlings statt. Allerdings erreicht das Volumen des Grünlings in der Regel nicht dessen Endstadium. Vielmehr bedarf es in der Regel noch einer weiteren Wärmebehandlung – ein endgültiges Sintern – bei dem der oder die Grünlinge auf ihre endgültige Größe geschrumpft werden. Im Rahmen dieser Ausführungsvariante wird der Grünling vorzugsweise nur teilweise gesintert, um schon eine gewisse Festigkeit zu erreichen, damit der Grünling leichter zu handhaben ist.
Das Ausgangsmaterial, welches zur Herstellung mindestens eines Grünlings des Leitungselements und/oder mindestens eines Grünlings des Grundkörpers verwendet wird, kann insbesondere ein trockenes Pulver sein oder ein trockenes Pulver umfassen, wobei das trockene Pulver trocken zu einem Grünling gepresst wird und eine ausreichende Adhäsion aufweist, um seine gepresste Grünlings-Form beizubehalten. Optional können jedoch zusätzlich zu dem mindestens einen Pulver ein oder mehrere weitere Komponenten in dem Ausgangsmaterial umfasst sein, beispielsweise, wie oben ausgeführt, ein oder mehrere Binder und/oder ein oder mehrere Lösungsmittel. Derartige Binder und/oder Lösungsmittel, beispielsweise organische und/oder anorganische Binder und/oder Lösungsmittel, sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und sind beispielsweise kommerziell erhältlich. Beispielsweise kann das Ausgangsmaterial einen oder mehrere Schlicker umfassen oder ein Schlicker sein. Ein Schlicker ist im Rahmen der Erfindung eine Suspension von Partikeln eines Pulvers aus einem oder mehreren Materialien in einem flüssigen Bindemittel, und ggf. in einem wasserbasierten oder organischen Bindemittel. Ein Schlicker weist eine hohe Viskosität auf und ist auf einfache Weise ohne hohen Druck zu einem Grünling formbar, etwa durch Gießen oder Spritzgießen oder durch plastische Formgebung.
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.
Als Bindemittel – auch als Binder bezeichnet – können beispielsweise thermoplastische oder duroplastische Polymere, Wachse, thermogelisierende Substanzen oder oberflächenaktive Substanzen verwendet werden. Dabei können diese allein oder als Bindergemische mehrerer solcher Komponenten eingesetzt werden. Falls einzelne Elemente oder alle Elemente der Durchführung (Grundkörper-Grünling, Leitungselement-Grünling, Durchführungs-Rohlings) im Rahmen eines Extrudierverfahrens erstellt werden, sollte die Zusammensetzung des Binders so sein, dass der durch die Düse extrudierte Strang der Elemente soweit formstabil ist, dass die durch die Düse vorgegebene Form ohne weiteres eingehalten werden kann. Geeignete Binder, auch als Bindemittel bezeichnet, sind dem Fachmann bekannt.
Im Gegensatz zur Erfindung, gemäß der ein Leitungselement mindestens ein Cermet aufweist, handelt es sich im Stand der Technik bei dem Leitungselement um einen metallischen Draht oder ein andere metallisches Werkstück. Ein erfindungsgemäß mit einem Cermet ausgestaltetes Leitungselement kann leicht mit dem Grundkörper verbunden werden, da der Cermet und das Isolationselement Keramiken sind bzw. einen keramischen Werkstoff umfassen. Der Grundkörper kann auch als Isolationselement bezeichnet werden, um insbesondere die elektrische Funktion anzusprechen; hierbei sind die Begriffe austauschbar. Es können sowohl von dem Leitungselement als auch von dem Grundkörper Grünlinge erstellt werden, die im Anschluss einem Sinterprozess unterworfen werden. Die sich so ergebende elektrische Durchführung ist nicht nur besonders biokompatibel und beständig, sondern weist auch eine gute hermetische Dichtigkeit auf. Zwischen dem Leitungselement und dem Grundkörper ergeben sich keinerlei Risse oder noch zu lötende Verbindungsstellen. Vielmehr ergibt sich beim Sintern eine Verbindung des Grundkörpers und des Leitungselements. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist deshalb vorgesehen, dass das mindestens eine Leitungselement aus einem Cermet besteht. In dieser Ausführungsvariante weist das Leitungselement nicht nur Bestandteile aus Cermet auf, sondern ist vollständig aus einem Cermet aufgebaut.
Cermets zeichnen sich allgemein in der Regel durch eine besonders hohe Härte und Verschleißfestigkeit aus. Die ”Cermets” und/oder ”cermethaltigen” Stoffe können insbesondere hartmetallverwandte Schneidstoffe sein oder umfassen, die jedoch ohne den Hartstoff Wolframkarbid auskommen können und beispielsweise pulvermetallurgisch hergestellt werden können. Ein Sinterprozess für Cermets und/oder das cermethaltige Leitungselement kann insbesondere wie bei homogenen Pulvern ablaufen, nur dass in der Regel bei gleicher Presskraft das Metall stärker verdichtet wird als die Keramik. Gegenüber Sinterhartmetallen hat das cermethaltige Leitungselement in der Regel eine höhere Thermoschock- und Oxidationsbeständigkeit. Die keramischen Komponenten können, wie oben ausgeführt, beispielsweise Aluminiumoxid (Al₂O₃) und/oder Zirkoniumdioxid (ZrO₂) sein, während als metallische Komponenten insbesondere Niob, Molybdän, Titan, Kobalt, Zirkonium, Chrom in Frage kommen.
Um die elektrische Durchführung in dem Gehäuse eines Herzschrittmachers zu integrieren, kann die elektrische Durchführung ein Halteelement aufweisen. Dieses Halteelement ist kranzartig bzw. im Form einer umlaufenden Wulst um den Grundkörper angeordnet, vorzugsweise umfänglich. Das Halteelement umschließt den Grundkörper, vorzugsweise vollumfänglich. Das Halteelement dient zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung mit dem Gehäuse. Dabei muss eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Halteelement und dem Gehäuse entstehen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsweise weist die elektrische Durchführung ein Halteelement auf, das ein Cermet aufweist. Das cermethaltige Halteelement kann einfach, dauerhaft und mit hermetischer Dichtigkeit mit dem Gehäuse der medizinisch implantierbaren Vorrichtung verbunden werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Halteelement nicht nur ein Cermet aufweist, sondern aus einem Cermet besteht. Weiterhin ist es denkbar, dass das Leitungselement und das Halteelement materialeinheitlich sind. Bei dieser Variante werden für das Leitungselement und das Halteelement dieselben Materialien verwendet. Insbesondere handelt es sich dabei um ein beständiges, leitfähiges und biokompatibles Cermet. Da sowohl das Halteelement als auch das Leitungselement noch mit metallischen Komponenten verbunden werden, müssen beide entsprechende Voraussetzungen für ein Verschweißen oder Verlöten aufweisen. Falls ein Cermet gefunden ist, welches die oben genannten Voraussetzungen aufweist, kann man jenes sowohl für das Halteelement als auch für das Leitungselement nutzen, um so eine besonders preiswerte elektrische Durchführung zu erhalten.
Der Grundkörper kann in elektrischer Hinsicht auch als Isolationselement betrachtet werden, das elektrisch isolierend ist. Der Grundkörper ist aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gebildet, vorzugsweise aus einer elektrisch isolierenden Werkstoffzusammensetzung. Der Grundkörper ist eingerichtet, das Leitungselement von dem Halteelement oder – (falls kein Halteelement vorgesehen ist – von dem Gehäuse bzw. von den sonstigen Gegenständen der medizinisch implantierbaren Vorrichtung elektrisch zu isolieren. Elektrische Signale, die durch den Leitungsdraht laufen, sollen nicht durch einen Kontakt mit dem Gehäuse der implantierbaren Vorrichtung abgeschwächt oder kurzgeschlossen werden. Zusätzlich muss das Grundkörper eine biokompatible Zusammensetzung aufweisen, um medizinisch implantiert zu werden. Deshalb ist es bevorzugt, wenn das Grundkörper aus einem glaskeramischen oder glasartigen Material besteht. Als besonders bevorzugt hat es sich herausgestellt, wenn die isolierende Werkstoffzusammensetzung des Grundkörpers mindestens eine aus der Gruppe Aluminiumoxid (Al₂O₃), Magnesiumoxid (MgO), Zirkoniumoxid (ZrO₂), Aluminiumtitanat (Al₂TiO₅) und Piezokeramiken ist. Dabei weist Aluminiumoxid einen hohen elektrischen Widerstand und niedrige dielektrische Verluste auf. Zusätzlich werden diese Eigenschaften ergänzt durch die hohe thermische Beständigkeit, sowie die gute Biokompatibilität.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Durchführung zeichnet sich dadurch aus, dass das Halteelement mindestens einen Flansch aufweist, wobei insbesondere der Flansch metallisch leitend ist. Der Flansch dient dazu, die elektrische Führung gegenüber einem Gehäuse der implantierbaren Vorrichtung abzudichten. Durch das Halteelement wird die elektrische Durchführung in der implantierbaren Vorrichtung gehalten. In der hier beschriebenen Ausführungsvariante weist das Halteelement an einer Außenseite mindestens einen Flansch auf. Diese Flansche bilden ein Lager, in welches die Deckel der medizinisch implantierbaren Vorrichtung eingreifen können, vorzugsweise dichtend eingreifen können. Folglich kann das Halteelement mit den angeschlossenen Flanschen einen U- oder H-förmigen Querschnitt aufweisen. Durch die Integration mindestens eines Flansches in das Halteelement ist eine sichere, stoßfeste und dauerhafte Integration der elektrischen Durchführung in der implantierbaren Vorrichtung sichergestellt. Zusätzlich können die Flansche derart ausgestaltet sein, dass die Deckel der implantierbaren Vorrichtung clipartig kraft- und/oder formschlüssig mit dem Halteelement verbunden werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Durchführung zeichnet sich dadurch aus, dass der mindestens eine Flansch ein Cermet aufweist. Im Rahmen dieser Ausführungsvariante weist sowohl das Halteelement als auch der Flansch ein Cermet auf. Vorteilhafterweise sind Flansch und Halteelement materialeinheitlich. Durch die Ausgestaltung des Flansches als Cermet lässt sich dieser einfach und preiswert im Rahmen des noch zu beschreibenden Verfahrens als Teil des Halteelements zusammen mit dem Grundkörper und dem Leitungselement sintern.
Die Erfindung umfasst ferner eine Verwendung mindestens eines Cermet aufweisenden Leitungselementes in einer elektrischen Durchführung für eine medizinisch implantierbare Vorrichtung. Merkmale und Details, die in Zusammenhang mit der elektrischen Durchführung und/oder dem Verfahren beschrieben wurden, gelten dabei selbstverständlich auch in Zusammenhang mit der Verwendung eines cermethaltigen Leitungselements.
Teil der Erfindung ist ebenfalls eine medizinisch implantierbare Vorrichtung, insbesondere ein Herzschrittmacher oder Defibrillator, mit einer elektrischen Durchführung nach mindestens einem der vorherig beschriebenen Ansprüche. Merkmale und Details, die in Zusammenhang mit der elektrischen Durchführung und/oder dem Verfahren beschrieben wurden, gelten dabei selbstverständlich auch in Zusammenhang mit der medizinisch implantierbare Vorrichtung.
Merkmale und Eigenschaften, die in Zusammenhang mit der elektrischen Durchführung beschrieben werden, gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass sowohl das Grundkörper, als auch das Leitungselement keramische Bestandteile aufweisen, die im Rahmen eines Sinterverfahrens bearbeitet werden. Im Rahmen des Schrittes a) wird ein Grundkörper-Grünling aus einer isolierenden Werkstoffzusammensetzung erstellt. Dieses kann dadurch geschehen, dass die Werkstoffzusammensetzung in einer Form zusammengepresst wird. Dazu handelt es sich vorteilhafterweise bei der isolierenden Werkstoffzusammensetzung um eine Pulvermasse, welche mindestens einen minimalen Zusammenhalt der Pulverpartikel aufweist. Üblicherweise wird dies dadurch realisiert, dass eine Korngröße der Pulverpartikel 0,5 mm nicht überschreitet. Vorzugsweise ist die mittlere Korngröße jedoch nicht größer als 10 μm. Die Herstellung eines Grünlings erfolgt dabei entweder durch Verpressen von Pulvermassen, oder durch Formung und anschließende Trocknung. Solche Verfahrensschritte werden auch genutzt, um den cermethaltigen Leitungselement-Grünling zu formen. Dabei ist vorgesehen, dass jenes Pulver, welches zu dem Leitungselement-Grünling verpresst wird, cermethaltig ist oder aus einem Cermet besteht. Die Grünlinge – insbesondere der Grundkörper-Grünling und der Leitungselement-Grünling – werden vorzugsweise im Anschluss hieran zusammengeführt. Nach diesem als Schritt c) bezeichneten Schritt erfolgt ein Brennen der beiden Grünlinge – auch als Sintern bezeichnet. Im Rahmen des Sinterns bzw. Brennens werden dabei die Grünlinge einer Wärmebehandlung unterzogen, welche unterhalb der Schmelztemperatur der Pulverpartikel des Grünlings liegt. Es kommt zu einer deutlichen Verringerung der Porosität und des Volumens der Grünlinge. Die erfindungsgemäße Besonderheit des Verfahrens besteht folglich darin, dass der Grundkörper und das Leitungselement zusammen gebrannt werden und das Leitungselement mit mindestens einer leitenden Fläche erzeugt wird. Es bedarf im Anschluss keiner Verbindung der beiden Elemente mehr und insbesondere muss keine leitende Fläche in einem weiteren Schritt erzeugt werden. Durch den Brennvorgang wird das Leitungselement mit dem Grundkörper kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig verbunden. Dadurch ist eine hermetische Integration des Leitungselementes in dem Grundkörper erzielt. Es bedarf keines anschließenden Verlötens oder Verschweißens des Leitungselements in dem Grundkörper mehr. Vielmehr wird durch das gemeinsame Brennen und die Nutzung eines cermethaltigen Grünlings, d. h. des Leitungselement-Grünlings, eine hermetisch dichtende Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Leitungselement erreicht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Schritt a) ein teilweises Sintern des Grundkörper-Grünlings umfasst. Im Rahmen dieses nur teilweisen Sinterns wird der Grünling des Isolationselements wärmebehandelt. Dabei findet schon eine Schrumpfung des Volumens des Isolationselement-Grünlings statt. Allerdings erreicht das Volumen des Grünlings nicht sein Endstadium. Vielmehr bedarf es noch einer weiteren Wärmebehandlung im Rahmen des Schrittes d), bei dem der Grundkörper-Grünling mit dem Leitungselement-Grünling auf ihre endgültige Größe geschrumpft werden. Im Rahmen dieser Ausführungsvariante wird der Grünling nur partiell wärmebehandelt, um schon eine gewisse Oberflächenhärte zu erreichen, damit der Grünling des Grundkörpers leichter zu handhaben ist. Dieses bietet sich insbesondere bei isolierenden Werkstoffzusammensetzungen an, welche nur unter gewissen Schwierigkeiten in eine Grünlingsform zu pressen sind.
Insbesondere wird eine Komponente der erfindungsgemäßen Durchführung als Grünling bezeichnet, wenn nicht alle Sinterschritte ausgeführt werden. Daher wird auch ein vorgesinterter oder angesinterter oder wärmebehandelter Grünling als Grünling bezeichnet, sofern nicht alle Wärmebehandlungs- oder Sinterschritte angeschlossen sind.
Eine weitere Ausführungsvariante zeichnet sich dadurch aus, dass auch der Leitungselement-Grünling im Schritt b) schon teilweise gesintert wird. Wie oben bei dem Grundkörper-Grünling beschrieben, kann auch der Leitungselement-Grünling angesintert werden, um schon eine gewisse Oberflächenstabilität zu erreichen. Es ist dabei zu beachten, dass in dieser Ausführungsvariante auch das endgültige, vollständige Sintern erst in Schritt d) geschieht. Folglich erreicht der Leitungselement-Grünling seine Endgröße auch erst im Schritt d).
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein cermethaltiger Halteelement-Grünling für ein Halteelement erzeugt wird. Der Leitungselement-Grünling wird in den Grundkörper-Grünling eingebracht. Der Grundkörper-Grünling wird in den Halteelement-Grünling eingebracht. Der Grundkörper-Grünling wird mit dem mindestens einen Leiterelement-Grünling und dem Halteelement-Grünling gebrannt. Es ergibt sich ein Grundkörper mit einem Leitungselement und einem Halteelement.
Die Besonderheit dieses Verfahrensschrittes besteht dann, dass neben dem Leitungselement-Grünling und dem Grundkörper-Grünling auch der Halteelement-Grünling in einem Schritt gesintert wird. Alle drei Grünlinge werden erstellt, dann zusammengefügt und im Anschluss als Einheit gebrannt bzw. gesintert. In einer besonderen Ausführungsvariante kann das Erzeugen des mindestens einen cermethaltigen Halteelement-Grünlings ein teilweises Sintern umfassen. Dabei ist auch wieder vorgesehen, dass der Einfassungs-Grünling teilweise angesintert wird, um eine erhöhte Oberflächenstabilität zu erreichen. Der Grundkörper-Grünling kann hierbei dielektrische Schicht oder einen piezoelektrischen Körper für die Filterstruktur ausbilden oder eine Aufnahme für ein frequenzselektives Bauteil. Im Folgenden ist ein spezifisches Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Durchführung dargestellt.
Im ersten Schritt wird eine Cermet-Masse aus Platin (Pt) und Aluminiumoxid (Al₂O₃) mit 10% Zirkoniumdioxid (ZrO₂) hergestellt. Dabei werden folgende Ausgangsstoffe eingesetzt:

– 40 vol.% Pt-Pulver mit einer mittleren Korngröße von 10 μm und
– 60 vol.% Al₂O₃/ZrO₂-Pulver mit einem relativen Gehalt von 10% ZrO₂ und einer mittleren Korngröße von 1 μm.

Die beiden Komponenten wurden gemischt, mit Wasser sowie einem Binder versetzt und durch einen Knetprozess homogenisiert. Analog zum ersten Schritt wird in einem zweiten Schritt eine Keramikmasse aus einem Pulver mit einem Al₂O₃-Gehalt von 90% und einem ZrO₂-Gehalt von 10% hergestellt. Die mittleren Korngröße betrug etwa 1 μm. Das Keramikpulver wurde ebenfalls mit Wasser sowie einem Binder versetzt und homogenisiert. In einem dritten Schritt wurde die in Schritt zwei hergestellte Keramikmasse aus Aluminiumoxid mit einem Gehalt von 10% Zirkoniumdioxid in eine Form eines Grundkörpers gebracht. In eine Öffnung in dem Grünling des Grundkörpers wurde ein Cermet-Körper als Grünling eingebracht, der aus der in dem ersten Schritt hergestellten Cermet-Masse, enthaltend ein Gemenge aus Platinpulver und Aluminiumoxid mit einem Gehalt von 10% Zirkoniumdioxid, gefertigt wurde. Anschließend wurde die Keramikmasse in der Form verdichtet. Danach wurde die Cermet- und die Keramikkomponente bei 500°C entbindert und bei 1650°C fertiggesintert.
Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In den Zeichnungen ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Durchführung;
2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Durchführung und
3 mehrere Schaltungsvarianten die von der elektrischen Filterstruktur der erfindungsgemäßen elektrischen Durchführung dargestellt werden.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform der elektrischen Durchführung 10. Diese kann von einem Halteelement 20 umgeben sein, wobei das optionale Halteelement 20 mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Die elektrische Durchführung 10 umfasst ein Leitungselement 30 sowie einen Grundkörper 40. Das Leitungselement 30 ist in dem Grundkörper 40 vorgesehen. Die in 1 dargestellte elektrische Durchführung 10 umfasst ferner eine Filterstruktur 50, die von Abschnitten des Leitungselements ausgebildet sind. Eine erste Kapazität wird gebildet von einer ersten Elektrodengruppe 52a und einer zweiten Elektrodengruppe 52b, die jeweils radial zur Längsachse der elektrischen Durchführung verschoben sind. Die Elektrodenflächen der Elektrodengruppe 52a liegen jeweils den Elektrodenflächen der Elektrodengruppe 52b gegenüber und es erstrecken sich dielektrische Schichten zwischen den jeweiligen Elektrodenflächen. Die dielektrischen Schichten werden von Abschnitten des Grundkörpers 40 ausgebildet. Die Elektrodengruppen 52a und 52b bilden somit zwei Pole der Kapazität. Die Kapazität ist somit mehrschichtig aufgebaut. Die Elektrodenflächen 52a und 52b erstrecken sich entlang der Längsachse der elektrischen Durchführung, d. h. entlang des Verlaufs der elektrisch leitenden Verbindung, die von dem Leitungselement 30 vorgesehen wird. Die Elektrodenflächen der Elektrodengruppen 52a und b werden von Abschnitten des Leitungselements 30 ausgebildet und weisen somit ein Cermet auf. Eine weitere Kapazität wird durch symmetrisch hierzu angeordnete dritte und vierte Elektrodengruppen 52a' und 52b' vorgesehen. Die Elektrodengruppe 52a umfasst Elektrodenflächen, die Elektrodenflächen der Elektrodengruppe 52' gegenüberliegen. Zwischen den Elektrodengruppen 52a' und 52b' befinden sich mehrere dielektrische Schichten. Die dielektrischen Schichten werden von Abschnitten des Grundkörpers 40 ausgebildet. Ein erster Verbindungsabschnitt 54a verbindet die Elektrodengruppen 52a und 52a' und ein zweiter Verbindungsabschnitt 54b verbindet die Elektrodengruppen 52b und 52b'. Die Verbindungsabschnitte 54a und 54b verlaufen jeweils senkrecht zur Längsachse der elektrischen Durchführung und sind planparallel zueinander. Neben der Verbindung der Elektrodenflächen sehen die Verbindungsabschnitte 54a und 54b eine elektrische Verbindung mit Längsabschnitten des Leitungselements 30 vor. Hierbei ergibt sich ein erster, langer Längsabschnitt unterhalb des Verbindungsabschnitts 54a und ein kurzer Längsabschnitt oberhalb des Verbindungsabschnitts 54b.
Um die elektrisch leitende Verbindung vorzusehen, befindet sich eine Induktivität 58 zwischen den Verbindungsabschnitten 54a und 54b bzw. zwischen den voran beschriebenen Längsabschnitten des Leitungselements 30. Die Induktivität 58 umfasst mehrere Längsabschnitte, die sich senkrecht und parallel zur Längsachse der elektrischen Durchführung erstrecken. Diese Leitungsabschnitte sind jeweils seriell miteinander verbunden. Die Leitungsabschnitte, die die Induktivität 58 vorsehen, werden von dem Leitungselement 30 gebildet und weisen somit ein Cermet auf. Die Leitungsabschnitte erstrecken sich abwechselnd senkrecht und parallel zur Längsachse der elektrischen Durchführung und haben somit einen Längsverlauf, der an jedem Ende eines Leitungsabschnitts einen Knick aufweist. Da die Leitungsabschnitte der Induktivität 58 durchgehend miteinander verbunden sind und zudem mit den Verbindungsabschnitten 54a, b verbunden sind, ergibt sich eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt 54a und 54b. Die von den Leitungsabschnitten vorgesehen Induktivität und die Kapazitäten, die von den Elektrodengruppen 52a–52b' gebildet werden, formen einen in Serie geschalteten LC-Parallelschwingkreis, der als elektrischer Filter der Filterstruktur dient.
In einer Ausführungsform, zu deren Darstellung die 1 herangezogen werden kann, umfasst die elektrische Durchführung Elektrodenflächen, die in Form von Zylindern um die Längsachse der Durchführung herum verlaufen. Die Elektrodenflächen teilen sich auf in eine erste und eine zweite Gruppe, wobei die erste Gruppe der Elektrodenflächen mit einem ersten Verbindungsabschnitt verbunden ist, wie es mit dem Bezugszeichen 54a dargestellt ist, und die zweite Gruppe der Elektrodenflächen mit einem zweiten Verbindungsabschnitt verbunden ist, wie es mit Bezugszeichen 54b dargestellt ist. Die Elektrodenflächen verlaufen somit konzentrisch und mit verschiedenen Radien um die Längsachse herum und sind ferner wechselweise mit den beiden Verbindungsabschnitten 54a und 54b verbunden.
Weiterhin kann eine erfindungsgemäße Durchführung die Elektrodenflächen 52a und 52b sowie 52a' und b' als optionale Merkmale enthalten. Die Durchführung kann nur das Elektrodenflächenpaar 52a, b oder nur das Elektrodenflächenpaar 52a', b' umfassen, oder kann keines dieser Elektrodenflächenpaare umfassen. Die Durchführung kann nur eine erfindungsgemäße Induktivität umfassen, sowie optional weitere Bauelemente. Weitere optionale Bauelemente können als frequenzselektives Bauteil ausgebildet sein und/oder anhand von Elektrodenflächen des Leitungselements ausgebildet sein. Die in 1 dargestellten Elektrodenflächen 52a, b; 52a', b' können wie dargestellt senkrecht zu der Längsachse der Durchführung ausgerichtet sein, oder können in einem anderen Winkel hierzu ausgerichtet sein, beispielsweise parallel zu der Längsachse. Der Verlauf der Verbindungsabschnitte 54a, b des Leitungselements ist vorzugsweise an den Verlauf der Elektrodenflächen angepasst. Insbesondere verlaufen die Verbindungsabschnitte 54a, b des Leitungselements senkrecht zu den Elektrodenflächen, mit denen diese verbunden sind.
Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Durchführung 110. Um die elektrische Durchführung herum kann ein Halteelement 120 angeordnet sein, wobei das optionale Halteelement 120 mit gestrichelter Linie dargestellt ist. Die elektrische Durchführung 110 umfasst ein Leitungselement 130 sowie einen Grundkörper 140. Das Leitungselement 130 ist innerhalb des Grundkörpers angeordnet. Grundsätzlich kann der Grundkörper unmittelbar an das Leitungselement anstoßen, um dadurch eine abdichtende Schnittstelle bzw. Grenzfläche zu bilden. Die elektrische Durchführung der 2 umfasst ferner einen ersten Verbindungsabschnitt 152a und einen zweiten Verbindungsabschnitt 152b, die sich jeweils senkrecht zur Längsachse der Durchführung erstrecken. Die Verbindungsabschnitte 152a, b sind Abschnitte des Leitungselements 130.
Die elektrische Durchführung 110 umfasst ferner frequenzselektive Bauelemente 160, 163 in Form von SMD-Kondensatoren. Die Bauelemente 160 und 163 sind jeweils als eigenständige Körper ausgebildet. Die Kondensatoren 160 und 163 grenzen unmittelbar an den Grundkörper 130 sowie an das Leitungselement an, insbesondere an die Verbindungsabschnitte 152a und 152b. Der Kondensator 160 weist zwei Anschlüsse 161 und 162 auf, während der Kondensator 163 zwei Anschlüsse 164 und 165 aufweist. Die Kondensatoren 160 und 163 sind entlang der Längsachse der Durchführung 110 ausgerichtet und radial zur Längsachse verschoben. Die Anschlüsse 161, 162, 164 und 165 sind jeweils durch elektrisch leitende Flächen ausgebildet. Die Anschlüsse 161 und 164 sind elektrisch mit dem Verbindungsabschnitt 152b verbunden und die Anschlüsse 162 und 165 sind mit dem Verbindungsabschnitt 152a verbunden. Insbesondere sind die Anschlüsse mit Kontaktflächen verbunden, die von den jeweiligen Verbindungsabschnitten vorgesehen werden. Somit sind die Kondensatoren 160 und 162 in Serie in der elektrisch leitenden Verbindung vorgesehen.
Die in 2 dargestellte elektrische Durchführung 110 umfasst ferner eine Induktivität 158, die sich ebenso zwischen den Verbindungsabschnitten 152a und 152b erstreckt. Die Induktivität ist gebildet durch eine Vielzahl von Leitungsabschnitten des Leitungselements, die meanderförmig und insbesondere gemäß dem Verlauf einer Rechteckwelle verlaufen. Die Leitungsabschnitte sind abwechselnd senkrecht und parallel zu der Längsachse der elektrischen Durchführung ausgerichtet und stoßen in Knicken von 90° aufeinander, an denen die Leitungsabschnitte in Serie miteinander verbunden sind. Die parallel zur Längsachse verlaufenden Leitungsabschnitte, welche Teil der Induktivität sind, sind gleich lang; ebenso sind die senkrecht zur Längsachse verlaufenden Leitungsabschnitte, welche Teil der Induktivität sind, gleich lang. Die Eigenschaften der Induktivität 158 entsprechen den Eigenschaften der Induktivität 58 der 1 und umgekehrt.
Die in 2 dargestellte Durchführung 110 umfasst somit einen LC-Schwingkreis, wobei die Induktivität des Schwingkreises durch die Induktivität 158 gebildet wird. Die Kapazität des Schwingkreises wird gebildet durch die Parallelschaltung der Kondensatoren 160 und 163. Es ergibt sich eine Bandsperre, die Frequenzkomponenten in der Nähe der Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises blockiert. Die Blockade wird erreicht durch eine deutlich erhöhte Dämpfung für derartige Frequenzkomponenten.
In der 1 sowie in der 2 ist die Durchführung 10, 110 mit einer Oberseite und einer Unterseite dargestellt. Die Oberseite entspricht der dargestellten oberen Kante der elektrischen Durchführung 10, 110 und die Unterseite entspricht der dargestellten unteren Kante der elektrischen Durchführung. Es ist vorgesehen, dass sich an die Unterseite ein Innenraum des Gehäuses einer medizinisch implantierbaren Vorrichtung anschließt. Ferner ist vorgesehen, dass sich an die Oberseite der elektrischen Durchführung der Außenraum der medizinisch implantierbaren Vorrichtung anschließt.
In den 1 und 2 ist das Leitungselement 30, 130 mit jeweils zwei Stirnseiten dargestellt, wobei eine Stirnseite eine Kontaktfläche an der Unterseite bietet und eine Stirnseite eine Kontaktfläche an der Oberseite bietet. In 1 und 2 sind die Stirnseiten fluchtend mit der Oberseite bzw. Unterseite dargestellt. Jedoch kann zumindest eine der Stirnseiten zur Oberseite bzw. Unterseite in Längsrichtung der Durchführung versetzt sein. Beispielsweise kann das Leitungselement aus der Oberseite und/oder aus der Unterseite herausragen, so dass die Stirnseite bzw. die dadurch gebildete Kontaktfläche nach außen versetzt ist. Gleichermaßen kann das Leitungselement Stirnseiten vorsehen, die gegenüber der Oberseite bzw. Unterseite nach innen versetzt sind.
Die Bauelemente 160, 163 sowie die zugehörigen Verbindungsabschnitte 152a, b bzw. die hiervon ausgebildeten Kontaktflächen sind vorzugsweise jeweils optionale Komponenten der Durchführung. Eine erfindungsgemäße Durchführung kann kein Bauelement, ein Bauelement oder mehrere Bauelemente, wie sie mit den Bezugszeichen 160, 163 dargestellt sind, sowie die zugehörigen Verbindungsabschnitte der Bezugszeichen 152a, b umfassen.
Die 3(a)–(e) zeigen mehrere Schaltungsvarianten, die von der Filterstruktur der erfindungsgemäßen Durchführung vorgesehen werden können. Die Schaltungsvarianten können die gesamte Filterstruktur darstellen oder nur einen Teil hiervon. Insbesondere können mehrerer der in den 3(a)–(e) dargestellten Schaltungsvarianten in einer Durchführung miteinander kombiniert werden, insbesondere durch eine serielle Kombination von Durchführungsfilterschaltungen und/oder durch eine parallele Kombination von Ableitungsfilterschaltungen. Der obere, waagerechte Ast der in den 3(a)–(e) dargestellten Schaltungsvarianten entspricht dem Abschnitt des Leitungselements, das sich durch den Grundkörper hindurch erstreckt, bzw. der elektrisch leitenden Verbindung. Der als Kreis dargestellte Anschluss entspricht einem Masseanschluss, beispielsweise einem Anschluss, der mit dem Gehäuse oder mit einem Halteelement zu verbunden ist.
Die 3(a) zeigt einen LC-Serienschwingkreis 310, der als Ableitungsfilter mit der elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Innenraum und dem Außenraum verbunden ist. Dieser bildet für Anteile mit einer Frequenz nahe der Resonanzfrequenz eine Sperre und leitet diese Anteile nach Masse ab. Die 3(b) zeigt eine Serien-Filterinduktivität 320 in der elektrisch leitenden Verbindung, die HF-Anteile blockiert und nur niederfrequente Anteile durchlässt. Die 3(c) zeigt einen LC-Parallelschwingkreis 330, der in Serie mit der elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Innenraum und dem Außenraum geschaltet ist. Dieser bildet für Anteile mit einer Frequenz nahe der Resonanzfrequenz eine Sperre und blockiert diese Anteile. Der Parallelschwingkreis 330 entspricht der Filterschaltung der 1 und 2. Die 3(d) zeigt einen Durchgangsfilter 340 in T-Schaltung mit zwei Serien-Induktivitäten und einer zwischengeschalteten Parallel-Kapazität. Die Parallel-Kapazität ist an einen Anzapfung zwischen den zwei Serien-Induktivitäten sowie an Masse angeschlossen. Es ergibt sich ein Tiefpass zweiter Ordnung. Die 3(e) zeigt einen Durchgangsfilter 350 in π-Schaltung mit zwei Parallel-Kapazitäten und einer zwischengeschalteten Serien-Induktivität. Die Serien-Induktivität verbindet die parallel geschalteten Kapazitäten miteinander, wobei die Parallel-Kapazitäten jeweils zwischen der elektrisch leitenden Verbindung des Leitungselements und Masse angeschlossen sind. Es ergibt sich ein Tiefpass zweiter Ordnung. In Alternativen zu den Schaltungsvarianten der 3(d) und 3(e) werden statt der Induktivitäten jeweils eine Parallelschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazität verwendet, und statt der Kapazitäten werden jeweils eine Serienschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazität verwendet. Es ergeben sich Bandsperren höherer Ordnung. In den Schaltungsvarianten der 3(a)–3(c) bildet das mindestens eine Leitungselement mindestens einen Leitungsabschnitt der Induktivität der Filterstruktur. In den Schaltungsvarianten der 3(a)–3(c) sowie in Alternativen zu den voranstehend genannten Schaltungsvarianten der 3(d) und 3(e) bildet das mindestens eine Leitungselement mindestens einen Leitungsabschnitt zumindest einer der Induktivitäten der Filterstruktur oder aller Induktivitäten der Filterstruktur.
Die Filterstruktur bildet vorzugsweise einen Tiefpass oder eine Bandsperre aus, die eine starke Dämpfung für HF-Frequenzen vorsehen, die in medizinischen Kernspintomographieverfahren zur Ganzkörperbildgebung zur Anregung verwendet werden. Diese HF-Frequenzen liegen insbesondere zwischen 1 und 1000 MHz, beispielsweise im Ultrakurzwellenbereich von 30 bis 300 MHz bzw. vorzugsweise bei ca. B·42 MHz/Tesla, wobei B die magnetische Flussdichte des statischen Magnetfeldes ist, das zur Kernspintomographie verwendet wird. Für B wird ein Wert zwischen 0,2 und 5 Tesla angenommen, vorzugsweise von 1–2 Tesla. Alternativ kann für B ein Wert von 5–12 Tesla für moderne bzw. zukünftige MRT-Systeme angenommen werden.
Bezugszeichenliste

10, 110: elektrische Durchführung
20, 120: Halteelement
30, 130: Leitungselement
40, 140: Grundkörper
50: Filterstruktur
52a, b; 52a', b'; 152a, b: Elektrodengruppen
54a, 54b: Verbindungsabschnitte
58, 158: Induktivität
160, 163: frequenzselektive Bauelemente
161, 162, 164, 165: Anschlüsse der frequenzselektiven Bauelemente

Claims

Elektrische Durchführung (10) zum Einsatz in einem Gehäuse einer medizinisch implantierbaren Vorrichtung, wobei die elektrische Durchführung mindestens einen elektrisch isolierenden Grundkörper (40) und mindestens ein elektrisches Leitungselement (30) aufweist, wobei das Leitungselement (30) eingerichtet ist, um durch den Grundkörper (40) hindurch mindestens eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem Innenraum des Gehäuses und einem Außenraum herzustellen, wobei das Leitungselement hermetisch gegen den Grundkörper (40) abgedichtet ist, und wobei das mindestens eine Leitungselement (30) mindestens ein Cermet aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Durchführung eine elektrische Filterstruktur (50) umfasst, wobei das mindestens eine Leitungselement (30) mindestens einen Leitungsabschnitt einer Induktivität (58) der Filterstruktur bildet.
Elektrische Durchführung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Leitungsabschnitt einen Längsverlauf aufweist, der von einer Geraden abweicht.
Elektrische Durchführung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine Leitungsabschnitt zumindest einen Teil einer Windung der Induktivität vorsieht und mindestens eine Bogenform oder mindestens einen Knick aufweist.
Elektrische Durchführung nach Anspruch 3, wobei der mindestens eine Leitungsabschnitt sich in zwei oder drei unterschiedliche Raumrichtungen erstreckt, und insbesondere einem sich wiederholenden Dreieck-, Trapez- oder Rechteckverlauf oder einer Helix folgt.
Elektrische Durchführung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Leitungsabschnitt mehrere Knicke mit einem Winkel aufweist, wobei der Betrag des Winkels der Knicke gleich ist und zumindest zwei Winkel der Knicke unterschiedliche Vorzeichen aufweisen.
Elektrische Durchführung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Leitungselement (30) mindestens eine Elektrodenfläche (52a–52b') einer Kapazität oder eines elektromechanischen Resonators vorsieht, die bzw. der von der Filterstruktur (50) ausgebildet wird.
Elektrische Durchführung nach Anspruch 6, wobei mindestens ein Abschnitt des elektrisch isolierenden Grundkörpers (40) eine dielektrische Schicht der Kapazität oder einen piezoelektrischen Körper des elektromechanischen Resonators bildet.
Elektrische Durchführung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Filterstruktur (150) ein zusätzliches frequenzselektives Bauelement (160, 163) umfasst und das Leitungselement (130) mindestens eine Kontaktfläche bildet, mit der das zusätzliche frequenzselektive Bauteil verbunden ist, wobei das zusätzliche frequenzselektive Bauelement als Kapazität, als zusätzliche Induktivität, als elektromechanischer Resonator oder als integrierte Filterschaltung ausgebildet ist.
Elektrische Durchführung nach Anspruch 8, wobei das zusätzliche frequenzselektive Bauelement mindestens einen Anschluss (162, 162, 164, 165) umfasst, der mit der mindestens einen Kontaktfläche über eine Lötverbindung oder mittels eines Presssitzes physisch verbunden ist.
Elektrische Durchführung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Filterstruktur die von dem Leitungselement gebildete Induktivität (58, 158) als Serienfilter in der elektrisch leitenden Verbindung vorsieht, oder wobei die Filterstruktur ferner ein Kapazitätselement in Form einer Kapazität, deren mindestens eine Elektrodenfläche (52a–52b') von dem Leitungselement ausgebildet wird, oder in Form einer als zusätzliches frequenzselektives Bauelement ausgebildeten Kapazität (160, 163) umfasst, und dieses Kapazitätselement zusammen mit der von dem Leitungselement ausgebildeten Induktivität einen Parallelschwingkreis (330) bildet, der in der elektrisch leitenden Verbindung in Serie geschaltet ist.
Elektrische Durchführung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die mehrere Leitungselemente umfasst, die jeweils mindestens einen Leitungsabschnitt der mindestens einen Induktivität der Filterstruktur bilden.
Elektrische Durchführung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Filterstruktur und/oder der von dem Leitungselement gebildete mindestens eine Leitungsabschnitt der Induktivität (58) an einer Oberfläche der Durchführung (10) angeordnet ist, die vorgesehen ist, an den Innenraum oder an den Außenraum anzugrenzen, oder wobei die Filterstruktur und/oder der von dem Leitungselement gebildete mindestens eine Leitungsabschnitt der Induktivität (58) innerhalb der Durchführung angeordnet ist.
Medizinisch implantierbare Vorrichtung, insbesondere Herzschrittmacher oder Defibrillator, mit mindestens einer elektrischen Durchführung (10, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verwendung mindestens eines Cermet aufweisenden Leitungselementes in einer elektrischen Durchführung (10, 110) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 12 für eine medizinisch implantierbare Vorrichtung zur Ausbildung mindestens eines Leitungsabschnitts einer Induktivität (58, 158) einer elektrischen Filterstruktur (50, 150) der Durchführung (10, 110).
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung für eine medizinisch implantierbare Vorrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a. Erstellen mindestens eines Grundkörper-Grünlings für mindestens einen Grundkörper aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, b. Formen mindestens eines cermethaltigen Leitungselement-Grünlings für mindestens ein Leitungselement, c. Einbringen des mindestens einen Leitungselement-Grünlings in den Grundkörper-Grünling, d. Brennen des Grundkörper-Grünlings mit dem mindestens einen Grundkörper-Grünling, um mindestens einen Grundkörper mit mindestens einem Leitungselement zu erhalten, gekennzeichnet dadurch, dass das Verfahren ferner einen Schritt des Ausbildens einer elektrischen Filterstruktur (50, 150) der elektrischen Durchführung umfasst, und der Schritt b. das Formen mindestens eines Abschnitts des Leitungselement-Grünlings als einen Leitungsabschnitt einer Induktivität (58, 158) der Filterstruktur (50, 150) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Ausbildens der Filterstruktur umfasst: Ausbilden eines Kapazitätselements in Form einer Kapazität, deren mindestens eine Elektrodenfläche (52a–52b') von einem Abschnitt des Leitungselements ausgebildet wird, und deren dielektrische Schicht von einem Abschnitt des Grundkörpers (40) ausgebildet wird, durch flächiges Formen von Abschnitten des Leitungselement-Grünlings und des Grundkörper-Grünlings, wobei ferner ein Abschnitt des Leitungselement-Grünlings als Verbindungsabschnitt (54a, 54b) geformt wird, der zur physischen Verbindung des Kapazitätselements mit dem Leitungsabschnitt der Induktivität (58) und somit zusammen mit der Kapazität und der Induktivität zur Ausbildung eines LC-Parallelschwingkreises eingerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Schritt des Ausbildens der Filterstruktur umfasst: Ausbilden eines Abschnitts des Leitungselements als mindestens eine Kontaktfläche, wobei das Verfahren ferner vorsieht, mindestens ein vorgefertigtes frequenzselektives Bauelement (160, 163) in den Leitungselement-Grünling oder in den Grundkörper-Grünling einzubringen und das mindestens eine frequenzselektive Bauelement (160, 163) mit der mindestens einen Kontaktfläche zu verbinden, wobei das frequenzselektive Bauelement vor oder nach dem Einbringen des Leitungselement-Grünlings in den Grundkörper-Grünling eingebracht und verbunden wird, oder wobei das Verfahren ferner vorsieht, mindestens ein vorgefertigtes frequenzselektives Bauelement (160, 163) an oder in dem Grundkörper anzuordnen und mit dem Leitungselement zu verbinden, nachdem der Schritt d. des Brennens ausgeführt wurde.