DE102020113106B4

DE102020113106B4 - Hermetische Beschichtung von Bauteilen

Info

Publication number: DE102020113106B4
Application number: DE102020113106.2A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Hausch
Original assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2020-05-14
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2022-03-03
Anticipated expiration: 2040-05-15
Also published as: EP3909642A1; DE102020113106A1; US20210360794A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines elektrischen medizinischen Implantats, umfassend die folgenden Schritte:
a. Bereitstellen einer elektrischen Durchführung (100), welche ein Substrat (101), ein elektrisches Bauteil (102) ein Kontaktelement (103) und ein Leitungselement (106) umfasst, das im Wesentlichen vollständig innerhalb des Substrats (101) angeordnet ist und sich von der ersten Seite (107) des Substrats (101) auf eine gegenüberliegende zweite Seite (108) des Substrats (101) erstreckt, und wobei das Leitungselement ein Cermet umfasst,
b. Beschichten des elektrischen Bauteils (102) mit einer Schicht (104), und einer zweiten Schicht (109) wobei das Beschichten des elektrischen Bauteils (102) mithilfe von Aerosoldeposition oder CVD, bevorzugt nach dem Gorham-Verfahren, erfolgt, und wobei eine der Schichten (104, 109) Parylen umfasst, und die andere der Schichten (104, 109) Al₂O₃ umfasst.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Medizintechnik, insbesondere aktive Implantate, beispielsweise elektrische Durchführungen für Sensoren und Stimulatoren.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Aktive medizinische Implantate, wie zum Beispiel Herzschrittmacher oder Cochlea-Implantate, werden häufig in einem Gehäuse aus Metall verkapselt. Beispielsweise können zur Herstellung eines solchen Gehäuses zwei Gehäuseteile aus Titan miteinander verschweißt werden. Ein solches Gehäuseteil kann eine elektrische Durchführung enthalten, die eine elektrische Verbindung durch das Gehäuse hindurch ermöglicht. Aktive medizinische Implantate enthalten meist innerhalb und/oder außerhalb eines Gehäuses verschiedene elektrische Bauteile, die miteinander elektrisch verbunden werden müssen. Die elektrischen Bauteile müssen in vielen Fällen vor Kontakt mit Gewebe und Gewebeflüssigkeit geschützt werden, um Schaden an den Bauteilen oder unerwünschte Auswirkungen auf das Gewebe zu verhindern. Insbesondere darf keine Gewebeflüssigkeit in das Gehäuse eindringen. An die Dichtigkeit elektrischer Durchführungen für aktive medizinische Implantate werden daher hohe Anforderungen gestellt. Elektrische Durchführungen werden häufig mithilfe eines Schweißflansches in ein Gehäuse eingebaut. Der Schweißflansch kann mit dem Gehäuse verlötet werden, und die elektrische Durchführung kann mit dem Flansch verschweißt werden, beispielsweise durch Laserschweißen.
Die US 9,793,522 B2 offenbart eine abgedichtete Feststoffbatterie. Ein polymeres Dichtungsmaterial kann über und um den Batteriestapel herum aufgebracht werden, und über dem Dichtungsmaterial kann eine Feuchtigkeitsbarriere gebildet werden, um so zu verhindern, dass Feuchtigkeit in die Batterie gelangt.
Die US 2013/018434 A1 offenbart eine implantierbare integrierte Schaltungsstruktur mit einer konformen Dünnfilm-Versiegelungsschicht zum hermetischen Versiegeln von Schaltungsschichten.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eines oder mehrere der oben geschilderten und weitere Probleme des Stands der Technik zu lösen. Beispielsweise ermöglicht die Erfindung ein verbessertes Herstellungsverfahren für elektrische medizinische Implantate, welches beispielsweise einfacher und kostengünstiger ist. Weiterhin liefert die vorliegende Erfindung elektrische medizinische Implantate mit verbesserter Dichtigkeit und geringerem Gewicht.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Verfahren und Vorrichtungen, die in den Patentansprüchen beschrieben sind.
Der Schutzgegenstand der vorliegenden Anmeldung wird durch die beigefügten Patentansprüche bestimmt.
Die Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen medizinischen Implantats, umfassend die folgenden Schritte:

a. Bereitstellen einer elektrischen Durchführung, welche ein Substrat, ein elektrisches Bauteil ein Kontaktelement und ein Leitungselement umfasst, das im Wesentlichen vollständig innerhalb des Substrats angeordnet ist und sich von der ersten Seite des Substrats auf eine gegenüberliegende zweite Seite des Substrats erstreckt, und wobei das Leitungselement ein Cermet umfasst,
b. Beschichten des elektrischen Bauteils mit einer Schicht, und einer zweiten Schicht wobei das Beschichten des elektrischen Bauteils mithilfe von Aerosoldeposition oder CVD, bevorzugt nach dem Gorham-Verfahren, erfolgt, und wobei eine der Schichten Parylen umfasst, und die andere der Schichten Al₂O₃ umfasst.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein elektrisches medizinisches Implantat, umfassend eine elektrische Durchführung, welche ein Substrat, ein elektrisches Bauteil und ein Kontaktelement umfasst, wobei das elektrische Bauteil auf einer ersten Seite des Substrats angeordnet ist und mit einer Schicht und einer zweiten Schicht beschichtet ist, wobei die Schicht durch Beschichten des elektrischen Bauteils mithilfe von Aerosoldeposition oder CVD, bevorzugt nach dem Gorham-Verfahren, erzeugt ist, und wobei eine der Schichten Parylen umfasst, und die andere der Schichten Al₂O₃ umfasst, und die Schichten gemeinsam eine Helium-Leckrate von kleiner als 1×10^-9 mbar*L/s aufweisen, wobei das Implantat weiterhin ein Leitungselement umfasst, das im Wesentlichen vollständig innerhalb des Substrats angeordnet ist und sich von der ersten Seite des Substrats auf eine gegenüberliegende zweite Seite des Substrats erstreckt, und wobei das Leitungselement ein Cermet umfasst.
Nachfolgend werden zur weiteren Verdeutlichung verschiedene weitere Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, die ggf. nicht zwingend Teil der Erfindung sind.

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen medizinischen Implantats, umfassend die folgenden Schritte:
1. a. Bereitstellen einer elektrischen Durchführung, welche ein Substrat, ein elektrisches Bauteil und ein Kontaktelement umfasst,
2. b. Beschichten des elektrischen Bauteils mit einer Schicht.
2. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei das Beschichten des elektrischen Bauteils mithilfe von Aerosoldeposition oder CVD, bevorzugt nach dem Gorham-Verfahren, erfolgt.
3. Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Substrat eine erste Seite umfasst, die das elektrische Bauteil trägt, und die erste Seite des Substrats vollständig oder teilweise mit einer Schicht beschichtet wird.
4. Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Schicht aus Parylen oder einem keramischen Material gebildet wird.
5. Verfahren nach Ausführungsform 4, wobei das keramische Material Al₂O₃ umfasst, oder daraus besteht.
6. Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Kontaktelement nach dem Beschichten einer direkten elektrischen Kontaktierung zugänglich ist.
7. Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Beschichten unterhalb einer Temperatur von 100 °C, bevorzugt unterhalb einer Temperatur von 50 °C, weiter bevorzugt bei etwa 25 °C, erfolgt.
8. Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Beschichten in einer Atmosphäre mit einem Druck von mindestens 10 Pa erfolgt.
9. Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Schicht eine Dicke von ungefähr 1 µm bis 10 µm, bevorzugt 1 µm bis 50 µm, aufweist.
10. Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Bereitstellen der elektrischen Durchführung ein HTCC- oder LTCC-Verfahren umfasst.
11. Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Substrat ein keramisches Material umfasst.
12. Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Leitungselement ein Cermet umfasst.
13. Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Beschichten mithilfe von Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 10 bis 100 nm erfolgt.
14. Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei nach dem Beschichten des Bauteils und/oder Substrats mithilfe von Aerosoldeposition eine weitere Beschichtung mit Metall oder Keramik erfolgt.
15. Verfahren nach Ausführungsform 13, wobei die weitere Beschichtung durch PVD, Aufdampfen oder Sputtern erfolgt.
16. Verfahren nach Ausführungsform 13 oder 14, wobei die weitere Beschichtung eine zweite Schicht unmittelbar auf der zuvor aufgebrachten Schicht erzeugt.
17. Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen 14 bis 16, wobei auf das Bauteil mehrere Schichten aus Parylen, oder eine Parylenschicht und eine Al₂O₃-Schicht aufgebracht werden, wobei die Al₂O₃-Schicht bevorzugt durch eine Aerosoldeposition aufgebracht wird.
18. Elektrisches medizinisches Implantat, hergestellt nach einem Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen.
19. Elektrisches medizinisches Implantat nach Ausführungsform 18, wobei die Schicht eine Helium-Leckrate von kleiner als 1×10^-9 mbar*L/s aufweist.
20. Verwendung eines Verfahrens nach einer der Ausführungsformen 1 bis 18 zur Herstellung eines elektrischen medizinischen Implantats.
21. Elektrisches medizinisches Implantat, umfassend eine elektrische Durchführung, welche ein Substrat, ein elektrisches Bauteil und ein Kontaktelement umfasst, wobei das elektrische Bauteil auf einer ersten Seite des Substrats angeordnet ist und mit einer Schicht beschichtet ist.
22. Implantat gemäß Ausführungsform 21, wobei die Schicht Parylen oder ein keramisches Material, bevorzugt Al₂O₃, umfasst, oder daraus besteht.
23. Implantat gemäß Ausführungsform 21 oder 22, wobei das elektrische Bauteil unmittelbar, oder lediglich über eine Leiterplatte, mit dem Substrat verbunden ist.
24. Implantat gemäß einer der Ausführungsformen 21 bis 23, die erste Seite des Substrats vollständig oder teilweise mit der Schicht beschichtet ist.
25. Implantat gemäß einer der Ausführungsformen 21 bis 24, umfassend ein Leitungselement, das im Wesentlichen vollständig innerhalb des Substrats angeordnet ist und sich von der ersten Seite des Substrats auf eine gegenüberliegende zweite Seite des Substrats erstreckt, wobei das elektrische Bauteil bevorzugt unmittelbar, oder lediglich über eine Leiterplatte, mit dem Leitungselement verbunden ist.
26. Implantat gemäß einer der Ausführungsformen 21 bis 25, welches ohne Gehäuse in den menschlichen Körper implantierbar ist.
27. Implantat gemäß einer der Ausführungsformen 21 bis 26, wobei die Schicht eine Helium-Leckrate von kleiner als 1×10^-9 mbar*L/s aufweist.
28. Implantat gemäß einer der Ausführungsformen 21 bis 27, wobei die Schicht eine Dicke von ungefähr 1 µm bis 50 µm, bevorzugt 1 µm bis 10 µm, aufweist.
29. Implantat gemäß einer der Ausführungsformen 21 bis 28, wobei das Leitungselement ein Cermet umfasst.
30. Implantat gemäß einer der Ausführungsformen 21 bis 29, wobei das Kontaktelement nach dem Beschichten einer direkten elektrischen Kontaktierung zugänglich ist.
31. Implantat gemäß einer der Ausführungsformen 21 bis 30, wobei das Kontaktelement nicht vollständig von der Schicht bedeckt ist.
32. Implantat gemäß einer der Ausführungsformen 21 bis 31, wobei auf das Bauteil mehrere Schichten aus Parylen, oder eine Parylenschicht und eine Al₂O₃-Schicht aufgebracht werden, wobei die Al₂O₃-Schicht bevorzugt durch eine Aerosoldeposition aufgebracht wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Zu den hierin beschriebenen Ausführungsformen, deren Elemente ein bestimmtes Merkmal (z.B. ein Material) „aufweisen“, oder „umfassen“ wird grundsätzlich immer eine weitere Ausführungsform erwogen, in denen das betreffende Element allein aus dem Merkmal besteht, d.h. keine weiteren Bestandteile umfasst. Das Wort „umfassen“ oder „umfassend“ wird hierin synonym mit dem Wort „aufweisen“ oder „aufweisend“ verwendet.
Wenn in einer Ausführungsform ein Element mit dem Singular bezeichnet ist, wird ebenfalls eine Ausführungsform erwogen, bei denen mehrere dieser Elemente vorhanden sind. Die Verwendung eines Begriffs für ein Element im Plural umfasst grundsätzlich auch eine Ausführungsform, in welchem nur ein einzelnes entsprechendes Element enthalten ist.
Soweit nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang eindeutig ausgeschlossen, ist es grundsätzlich möglich und wird hiermit eindeutig in Betracht gezogen, dass Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen auch in den anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen vorhanden sein können. Ebenso wird grundsätzlich erwogen, dass alle Merkmale, die hierin in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben werden, auch für die hierin beschriebenen Erzeugnisse und Vorrichtungen anwendbar sind, und umgekehrt. Lediglich aus Gründen der knapperen Darstellung werden alle diese erwogenen Kombinationen nicht in allen Fällen explizit aufgeführt. Auch technische Lösungen, die zu den hierin beschriebenen Merkmalen bekanntermaßen gleichwertig sind, sollen grundsätzlich vom Umfang der Erfindung umfasst sein.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen medizinischen Implantats, welches die folgenden Schritte umfasst:

a. Bereitstellen einer elektrischen Durchführung, welche ein Substrat, ein elektrisches Bauteil und ein Kontaktelement umfasst,
b. Beschichten des elektrischen Bauteils mit einer Schicht.

Bevorzugt wird die Schicht aus einer Gasphase erzeugt. Das Beschichten des elektrischen Bauteils kann beispielsweise mithilfe von Aerosoldeposition erfolgen. Alternativ kann die Schicht auch beispielsweise mit Hilfe von CVD, beispielsweise nach dem Gorham-Verfahren, aufgetragen werden.
Bei CVD, auch als Gasphasenabscheidung bezeichnet, wird an der Oberfläche
eines Substrates aufgrund einer chemischen Reaktion aus
der Gasphase eine Feststoffkomponente als Schicht abgeschieden.
Hierbei scheiden flüchtige Verbindungen der Schichtkomponenten eine feste Schicht ab, häufig bei einer erhöhten Temperatur des Substrats oder Bauteils. Das CVD-Verfahren zeichnet sich durch mindestens eine chemische Reaktion an der Oberfläche des Substrats oder Bauteils aus. An dieser Reaktion muss mindestens eine gasförmige Ausgangsverbindung und mindestens zwei Reaktionsprodukte - davon mindestens eines in der festen Phase - beteiligt sein. Besonders bevorzugt sind CVD-Verfahren, die eine Abscheidung bei geringer Temperatur der zu beschichtenden Oberfläche, d.h. des Bauteils oder Substrats, ermöglichen, beispielsweise plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (plasma enhanced CVD, PECVD), oder HFCVD-Verfahren (hot filament CVD).
Ein Beispiel für ein besonders bevorzugtes CVD-Verfahren ist das Gorham-Verfahren zur Abscheidung von Parylen. Als Parylene werden eine Gruppe von Beschichtungsmaterialien bezeichnet. Neben dem Kohlenwasserstoff Poly-p-xylylen (auch als Parylen N bezeichnet) können auch halogenierte Derivate davon verwendet werden. Die Schicht wird im Vakuum durch Resublimation aus der Gasphase als geschlossener Polymerfilm auf das Bauteil und/oder Substrat aufgetragen.
Parylene besitzen die Struktur
wobei R1, R2, R3, R4 und X unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Wasserstoff oder Halogenen. Bevorzugte Parylene sind Parylen N, Parylen C, Parylen D und Parylen HT. Das als Gorham-Verfahren ist ein häufig eingesetztes Verfahren zur Erzeugung von Parylen, und ist beschrieben in GORHAM (1966). „A New, General Synthetic Method for the Preparation of Linear Poly-p-xylylenes“, J. Polym. Sci. A. 4 (12): 3027.
Aerosoldeposition bezeichnet ein Verfahren, bei welchem ein Strahl eines Partikelmaterials auf eine zu beschichtende Oberfläche eines Substrats gerichtet wird. Die Partikel werden hierzu mithilfe eines Trägergases auf eine Geschwindigkeit von beispielsweise 100 m/s oder mehr, beispielsweise 200 m/s bis 600 m/s, bevorzugt 300 m/s bis 500 m/s, beschleunigt. Geeignete Trägergase sind beispielsweise Luft, Stickstoff, Sauerstoff, Argon oder Helium. Grundsätzlich kann jedes Trägergas verwendet werden, welches keine unerwünschten chemischen Reaktionen mit dem Material der Partikel oder des Substrats eingeht. Die Partikel besitzen anfangs einen Durchmesser von beispielsweise 200 nm bis 2 µm. Durch die kinetische Energie des Aufpralls kommt es zu einer plastischen Verformung der Partikel und/oder des Substrats, und hierdurch bildet sich aus dem Partikelmaterial eine geschlossene, konsolidierte Schicht auf dem Bauteil aus. Dieser Vorgang wird als „Room Temperature Impact Consolidation“ bezeichnet. Die dadurch ausgebildeten Schichten zeigen häufig eine sehr gute Adhäsion zu dem Bauteil. Es entstehen sehr gleichmäßige geschlossene Schichten, die im Vergleich zu thermischem Spritzen oder Siebdruck verbesserte Eigenschaften bezüglich Rauheit und Defektfreiheit besitzen. Anders als bei vergleichbaren Verfahren der Gasphasenabscheidung kann die Aerosoldeposition bei normaler Raumtemperatur, beispielsweise 20 °C, und bei höheren Drücken, beispielsweise 1 mbar, durchgeführt werden, und liefert eine sehr viel höhere Depositionsrate bzw. höhere Schichtdicken. Beispielsweise können mithilfe von Aerosoldeposition innerhalb von wenigen Minuten Schichtdicken von mehreren Mikrometern erzielt werden. Dies ist besonders vorteilhaft bei temperaturempfindlichen elektrischen Bauteilen. Das Verfahren der Aerosoldeposition ist in weiteren Details beispielsweise beschrieben in J. AKEDO et al., Room Temperature Impact Consolidation (RTIC) of Fine Ceramic Powder by Aerosol Deposition Method and Applications to Microdevices, J.Therm.SprayTech.,17, 181-198 (2008); und D. HANFT et al : An Overview of the Aerosol Deposition Method: Process Fundamentals and New Trends in Materials Applications, Journal of Ceramic Science and Technology, 6, 147-182 (2015).
Abhängig vom verwendeten Material der Partikel und der zu beschichtenden Oberfläche, d.h. des Bauteils und/oder Substrats, müssen Partikelgeschwindigkeit und Partikelgröße im Einzelfall passend gewählt werden, um eine Beschichtung zu ermöglichen. Diese Parameter können für einige Materialien aus der Literatur entnommen und/oder mit einfachen Versuchen ermittelt werden, wie in den oben genannten Literaturstellen und den darin zitierten Quellen dargestellt. In vielen Fällen können beispielsweise Partikelgrößen 10 bis 100 nm bei einer Partikelgeschwindigkeit von 300 bis 500 m/s verwendet werden.
Beispiele für elektrische medizinische Implantate sind implantierbare elektrische Sensoren, Stimulatoren, oder Teile davon, beispielsweise elektrische Durchführungen. Elektrische Durchführungen und weitere Systeme für elektrische medizinische Implantate, insbesondere auf Basis von Cermets, sind beispielsweise beschrieben in US2011034966A1 , US2011034965A1 , US2014008121A1 , US2011186349A1 , DE102010006837A1 , DE102010006838A1 , US2013299233A1 , US2012197327A1 , WO2013075797A1 , US2017047138A1 , US2012193118A1 , US2012194981A1 , US2012193141A1 , US2015122875A1 , US2012193119A1 , US2012197368A1 , US2014368298A1 , US2012203294A1 , US2012200011A1 , US2012197326A1 , EP3160580A1 , WO2016131976A1 , EP3284515A1 , US2018050211A1 , US2018050212A1 , US2018213665A und EP3398650A1 .
Das Substrat kann grundsätzlich jedes beliebige Trägermaterial sein, dass für die Herstellung eines elektrischen medizinischen Implantats und für die Aufnahme eines elektrischen Bauteils geeignet ist. Bevorzugte Substrate sind biokompatible Materialien wie beispielsweise ein keramisches Material, insbesondere Al₂O₃, oder biokompatible Metalle oder Legierungen, wie zum Beispiel Titan. Das keramische Material kann beispielsweise Aluminiumoxid (Al₂O₃), Magnesiumoxid (MgO), Zirconiumoxid (ZrO₂), Aluminiumtitanat (Al₂TiO₅) und Piezokeramiken, oder Mischungen davon umfassen. Das Substrat kann auch ein Metall ausgewählt aus Titan (Ti), Tantal (Ta), Iridium (Ir), Niob (Nb) oder Platin (Pt) oder eine Legierung wenigstens eines dieser Metalle umfassen.
Ein elektrisches Bauteil kann jedes elektrische Bauteil sein, dass in einem elektrischen medizinischen Implantat Verwendung finden kann. Beispiele für elektrische Bauteile umfassen integrierte Schaltkreise, Transistoren, Kondensatoren, Spulen, Antennen, Spannungswandler, elektrische Widerstände und ähnliche Bauteile. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das elektrische Bauteil eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Datenspeicher, einer Datenverarbeitungseinheit, einer Energiequelle, einem Aufnahmegerät, und einer Sendeeinrichtung, oder eine Kombination von mindestens zwei davon. Als Datenspeicher kann jede Einheit zum Speichern von Daten ausgewählt werden, welche der Fachmann für geeignet zum Speichern medizinischer Daten, bevorzugt EKG-Daten, in einem implantierbaren Gerät hält. Ein bevorzugter Datenspeicher ist ein Magnetspeicher oder ein Flashspeicher oder beides. Eine bevorzugte Energiequelle ist eine Batterie oder ein Akkumulator oder beides. Ein bevorzugtes Aufnahmegerät ist ein Gerät zu einem Aufnehmen medizinischer Daten, bevorzugt Kardiodaten, bevorzugter EKG-Daten. Ein besonders bevorzugtes Aufnahmegerät ist ein Biomonitor. Ein bevorzugter Biomonitor beinhaltet eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem EKG-Gerät, einem Holter-Monitor, einem Event-Recorder, und einem Loop-Recorder, oder eine Kombination von mindestens zwei davon. Ein bevorzugtes EKG-Gerät ist ein Langzeit-EKG-Gerät, welches bevorzugt Daten speichert, die über einen Zeitraum von mindestens einer Stunde anfallen. Eine bevorzugte Sendeeinrichtung ist ausgebildet zu einem drahtlosen, bevorzugt telemetrischen, Übertragen von Daten, bevorzugt EKG-Daten. Ein bevorzugtes drahtloses Übertragen von Daten ist ein Übertragen mittels Wellen. Bevorzugte Wellen sind Longitudinalwellen oder Transversalwellen oder beides. Bevorzugte Longitudinalwellen sind akustische Wellen oder Schallwellen oder beides. Bevorzugte Transversalwellen sind elektromagnetische Wellen. Bevorzugte elektromagnetische Wellen sind Wellen der Frequenz eines Mobilfunknetzes oder von Bluetooth oder beides. Ein bevorzugtes Mobilfunknetz ist ein GSM-Netz.
In einer Ausführungsform ist das Bauteil eingerichtet zur Abgabe eines elektrischen Signals an den menschlichen Körper. In einer Ausführungsform ist das Bauteil eingerichtet zur Aufnahme eines elektrischen Signals aus dem menschlichen Körper. In einer Ausführungssystem ist das elektrische Signal mit einer physiologischen Funktion assoziiert. In einer Ausführungsform ist das Bauteil ein funktioneller Bestandteil eines Sensors oder Stimulators, wie hierin beschrieben.
Ein Kontaktelement ist ein elektrisch leitfähiges Element, das zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Bauteils mit einem elektrischen Leiter eingerichtet ist. Das Kontaktelement kann beispielsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet sein. Beispiele eines solchen Kontaktelements sind in US2013020714A1 beschrieben. Das Kontaktelement kann zum Beispiel ein Kontakt-Pad sein, wie es in der Halbleiterindustrie üblich ist, beispielsweise ein SMD-Kontaktpad.
In einer Ausführungsform umfasst das Substrat eine erste Seite, die das elektrische Bauteil trägt. Die erste Seite des Substrats kann vollständig oder teilweise mit der Schicht beschichtet werden bzw. sein. Beispielsweise kann nur der Bereich des Substrats beschichtet werden, welcher das elektrische Bauteil trägt.
Die Schicht kann beispielsweise durch eine Aerosoldeposition erzeugt werden, wie hierin beschrieben. Durch Steuerung des Partikelstrahls kann dabei die Oberfläche des Bauteils und/oder Substrats im Rasterverfahren, auch als Abtastung (Scanning) bezeichnet, beschichtet werden, sodass eine ortsselektive Beschichtung des Bauteils und/oder Substrats möglich ist. In einer Ausführungsform erfolgt die Beschichtung des Bauteils und/oder Substrats ortsselektiv. Durch mehrfache Abtastung eines Bereiches können höhere Schichtdicken erzielt werden.
In einer Ausführungsform wird die erste Seite des Substrats, die das elektrische Bauteil trägt, vollständig oder teilweise mit einer Schicht beschichtet. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, indem die Seite des Substrats, die das elektrische Bauteil trägt, vollständig oder teilweise mit einem Partikelstrahl abgetastet wird, wie oben beschrieben. Alternativ oder zusätzlich können auch Maskenverfahren eingesetzt werden, um einen Teil des Substrats vom Partikelstrahl abzuschatten. Durch eine Kombination von Abtasten und Maskieren können beispielsweise besonders kleine Strukturen und/oder scharfe Trennlinien der Schicht erzielt werden. Eine nur teilweise Beschichtung einer Substratoberfläche kann hilfreich sein, um bestimmte Bereiche, beispielsweise Teile von Bauteilen, zur elektrischen Kontaktierung freizuhalten. Das oben Gesagte gilt für die der ersten Seite entgegengesetzte zweite Seite des Substrats entsprechend, wobei die zweite Seite des Substrats ebenfalls elektrische Bauteile tragen kann, oder beispielsweise lediglich Kontaktelemente umfassen kann. In einigen Ausführungsformen verbindet eine elektrische Zuleitung das Leitungselement mit dem Kontaktelement. Die elektrische Zuleitung kann auf der zweiten Seite des Substrats angeordnet sein. Hierbei kann es vorteilhaft sein, beispielsweise die Zuleitungen der Kontaktelemente und/oder die Kontaktelemente selbst ganz oder teilweise mit einer Schicht zu beschichteten, wie hierin beschrieben. In einer Ausführungsform ist das Kontaktelement nach dem Beschichten des Bauteils und/oder Substrats einer direkten elektrischen Kontaktierung zugänglich.
Bevorzugt handelt es sich bei der Schicht um eine im wesentlichen geschlossene Schicht eines elektrisch isolierenden Materials. Bevorzugt ist die Schicht im Wesentlichen frei von Poren, Löchern (insbesondere sog. Pinhole-Defekten) und/oder Rissen. In einer Ausführungsform ist die Schicht eingerichtet, das Bauteil nach außen zu isolieren. Beispielsweise schützt die Schicht das Bauteil vor Kontakt mit Luft und/oder menschlichem Gewebe. Die Schicht kann das Bauteil auch vor Kontakt mit einem elektrisch leitfähigen Medium, beispielsweise einem Metall oder einer Salzlösung, schützen. Die Schicht kann das Bauteil somit vor äußeren Einflüssen schützen, und eine störungsfreie Funktion und lange Lebensdauer des Bauteils sicherstellen.
Die Schicht kann beispielsweise teilweise oder vollständig aus einem anorganischen Material gebildet werden. In einer Ausführungsform wird die Schicht teilweise oder vollständig aus einem keramischen Material gebildet. Das keramische Material kann beispielsweise Aluminiumoxid (Al₂O₃), Magnesiumoxid (MgO), Zirkoniumoxid (ZrO₂), Aluminiumtitanat (Al₂TiO₅) und Piezokeramiken, oder Mischungen davon umfassen.
Die Schicht kann auch ein Polymer umfassen. In einer Ausführungsform wird die Schicht aus Parylen gebildet. Das Polymer kann auch gemeinsam mit einem anorganischen Material, beispielsweise Al₂O₃, oder in einem getrennten Verfahrensschritt aufgebracht werden. Das Polymer kann beispielsweise mittels Aerosoldeposition oder CVD aufgebracht werden, wie hierin beschrieben. Geeignete Polymere sind beispielsweise Parylen, Polyimid oder Teflon. Bevorzugt ist das Polymer ein biokompatibles Polymer.
Die hierin beschriebenen Verfahren erleichtern die Herstellung elektrischer medizinischer Implantate, welche kein Gehäuse benötigen.
Die hierin beschriebenen Verfahren können die Beschichtung temperaturempfindlicher Bauteile erleichtern. Die Verfahren können bevorzugt bei niedriger Temperatur durchgeführt werden. In einer Ausführungsform erfolgt das Beschichten des Bauteils und/oder Substrats beispielsweise unterhalb einer Temperatur von 400 °C, 300 °C, 200 °C oder unterhalb von 100 °C, weiter bevorzugt unterhalb einer Temperatur von 50 °C, noch weiter bevorzugt erfolgt die Beschichtung des Bauteils und/oder Substrats bei etwa 25 °C. Die genannten Temperaturen beziehen sich auf die Temperatur des Bauteils und/oder Substrats, wobei grundsätzlich davon ausgegangen wird, dass das Bauteil und/oder Substrat die gleiche oder im Wesentlichen gleiche Temperatur aufweist wie die umgebende Gasatmosphäre.
Die Verfahren können auch bei höheren Drücken durchgeführt werden, als andere Beschichtungsverfahren im Stand der Technik. Es ist daher kein Hochvakuum erforderlich, um die Beschichtung durchzuführen. Beispielsweise kann das Beschichten des Bauteils und/oder Substrats in einer Atmosphäre mit einem Druck von mindestens 0,1 Pa, 1 Pa, 5 Pa oder 10 Pa erfolgen. Der genannte Druck bezieht sich auf den Druck innerhalb der Kammer, in welcher die Beschichtung des Substrats erfolgt. Hierbei wird der Druck ggf. außerhalb des Partikelstrahls, mit einem möglichst großen Abstand zu dem Partikelstrahl, bestimmt.
Die hierin beschriebenen Verfahren ermöglichen höhere Schichtdicken als andere Beschichtungsverfahren, insbesondere bei dem Beschichten mit einer Schicht aus einem keramischen Material. Beispielsweise kann eine Schicht eine Schicht mit einer Dicke von mindestens 100 nm, 500 nm, 1 µm, bevorzugt mindestens 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 µm, oder mehr als 20 µm, aufgetragen werden. In einer Ausführungsform beträgt die Dicke der Schicht ungefähr 1 µm bis 10 µm.
In einer Ausführungsform umfasst das Bereitstellen der elektrischen Durchführung ein HTCC- oder LTCC-Verfahren. Beispiele für HTCC- und LTCC-Verfahren sind beschrieben in EP3351290B1 , WO2011065989A1 und Barlow/Elshabini: Ceramic Interconnect Technology Handbook, CRC Press, 2007. In einer Ausführungsform umfasst das Bereitstellen der elektrischen Durchführung ein Laminieren mehrerer keramischer Grünkörperfolien. Die Grünkörperfolien können gestanzte Strukturen enthalten zur Aufnahme einer metallhaltigen Paste enthalten. Aus der metallhaltigen Paste können durch gemeinsames Sintern mit den Grünkörperfolien Leitungselemente hergestellt werden.
In einer Ausführungsform kann das Leitungselement ein Cermet umfassen. Beispielsweise kann das Substrat ein keramisches Material umfassen, beispielsweise Al₂O₃, und das Leitungselement kann ein Cermet umfassen, wobei das Cermet beispielsweise Al₂O₃ umfassen kann. Als „Cermet“ wird ein Verbundwerkstoff aus einer Keramik und einem Metall bezeichnet. Zur Herstellung eines Cermets kann beispielsweise ein Gemisch aus mindestens einem keramischen Pulver und mindestens einem metallischen Pulver verwendet werden. Dieses Gemisch kann mit mindestens einem Bindemittel und optional mindestens einem Lösungsmittel versetzt werden, um einen formbaren Grünkörper zu erhalten. Das Bindemittel und ggf. das Lösungsmittel werden beim sogenannten Entbindern später thermisch und/oder durch Abdampfen vollständig entfernt. Geeignete Stoffe für die im Cermet enthaltene Keramik sind grundsätzlich alle Stoffe, die hierin als keramische Materialien genannt sind.
Das Cermet kann elektrisch leitfähig sein. 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 kann der Metallgehalt erfahrungsgemäß, abhängig von der Materialauswahl, beispielsweise mindestens 25 Vol.-% betragen.
Das Cermet kann ein Edelmetall umfassen. Bevorzugt wird das Edelmetall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Platin, Silber, Gold, Tantal, Molybdän und Titan.
Beispielsweise kann mit den hierin beschriebenen Verfahren eine elektrische Durchführung hergestellt werden, welche ein Leitungselement enthält, welches ein Cermet aufweist. Eine solche Durchführung kann beispielsweise wie folgt hergestellt werden: Zunächst kann eine Grünkörperfolie bereitgestellt und beispielsweise durch Stanzen mit Löchern versehen werden.
Die Löcher können mit einer geeigneten Cermet-Paste gefüllt werden. Die Cermet-Paste kann in diesem Stadium der Herstellung mindestens eine Mischung aus Metall-Pulver, Keramik-Pulver und einem organischen Vehikel umfassen. Mehrere der so befüllten Grünkörperfolien können anschließend laminiert werden, so dass die Cermet-befüllten Löcher übereinander angeordnet sind. Diese können später das Leitungselement bilden. Es können so viele befüllte Grünkörperfolien laminiert werden, dass die gewünschte Dicke der elektrischen Durchführung beziehungsweise Länge des Leitungselements erreicht wird. Beim anschließenden Brennen kann zunächst das organische Vehikel entfernt werden, beim anschließenden Übergang zu höheren Temperaturen können das Cermet und der keramische Grundkörper co-gesintert werden. Dabei kann insbesondere eine hermetisch dichte stoffschlüssige Verbindung zwischen der Keramikkomponente des Cermets und der umgebenden Keramik des Grundkörpers entstehen.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Beschichten mithilfe von Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 10 bis 100 nm, 20 bis 90 nm, 30 bis 80 nm, oder 40 bis 70 nm.
In einigen Ausführungsformen kann nach dem Beschichten des Bauteils und/oder Substrats mithilfe von Aerosoldeposition eine weitere Beschichtung erfolgen, beispielsweise mit einem Metall oder einem keramischen Material. Das keramische Material kann bevorzugt Al₂O₃ sein. Beispielsweise kann auf die mit der Aerosoldepositionsmethode aufgebrachte Schicht mithilfe von PVD eine zweite Schicht aus Metall aufgebracht werden, oder es kann auf die Schicht eine zweite Schicht aus einem keramischen Material mithilfe von Sputtern oder Verdampfen aufgebracht werden. Ein bevorzugtes Metall ist Aluminium. Die Schicht kann auch ein Metall ausgewählt aus Titan (Ti), Tantal (Ta), Iridium (Ir), Niob (Nb) oder Platin (Pt) oder eine Legierung mit wenigstens einem dieser Metalle umfassen.
Durch die weitere Beschichtung kann beispielsweise eine Schicht unmittelbar auf der Schicht erzeugt werden, die durch Aerosoldeposition aufgebracht wird. In diesem Fall wird das Bauteil durch das Verfahren durch eine Aerosoldeposition und ein weiteres Beschichtungsverfahren mit zwei verschiedenen Schichten bedeckt. Es ist auch möglich, mithilfe von Aerosoldeposition zwei verschiedene Schichten übereinander auf das Bauteil aufzubringen. Beispielsweise kann die Schicht Al₂O₃, und die zweite Schicht Aluminium, umfassen; oder die Schicht kann Parylen und die zweite Schicht Aluminium umfassen. Beispielsweise kann das Bauteil zunächst mittels Aerosoldeposition mit Al₂O₃ beschichtet werden, und auf die Al₂O₃-Schicht kann mithilfe eines geeigneten Verfahrens, beispielsweise PVD, eine Aluminiumschicht aufgebracht werden. In einer Ausführungsform können auf das Bauteil mehrere Schichten aus Parylen, oder eine Parylenschicht und eine Al₂O₃-Schicht, aufgebracht werden, wobei die Al₂O₃-Schicht bevorzugt durch eine Aerosoldeposition aufgebracht wird.
In einer Ausführungsform wird auf das Bauteil zunächst eine Schicht aus Parylen aufgebracht, und danach wird eine zweite Schicht Parylen auf die erste Parylenschicht aufgebracht. In einer Ausführungsform wird auf das Bauteil zunächst, bevorzugt durch eine Aerosoldeposition, eine Al₂O₃-Schicht aufgebracht, und danach eine Parylenschicht aufgebracht. In einer Ausführungsform wird auf das Bauteil zunächst eine Parylenschicht aufgebracht, und danach eine zweite Schicht aus Al₂O₃ aufgebracht, bevorzugt durch eine Aerosoldeposition. In einer Ausführungsform wird auf das Bauteil zunächst eine Parylenschicht aufgebracht, danach eine zweite Schicht aus Al₂O₃-Schicht aufgebracht, und darauf eine dritte Schicht aus Parylen aufgebracht, wobei die Al₂O₃-Schicht bevorzugt durch eine Aerosoldeposition aufgebracht wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein elektrisches medizinisches Implantat, welches nach einem hierin beschriebenen Verfahren herstellbar ist oder hergestellt ist. Bei einem solchen elektrischen medizinischen Implantat kann die nach einem hierin beschriebenen Verfahren hergestellte Schicht eine Helium-Leckrate von mindestens 1×10^-9 mbar*L/s aufweisen.
In einer Ausführungsform ist das elektrische medizinische Implantat hermetisch dicht. Der Begriff „hermetisch dicht“ verdeutlicht, 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, beschreiben kann, ist die sogenannte Leckrate, welche beispielsweise durch Lecktests bestimmt werden kann. Entsprechende Lecktests können beispielsweise mit Heliumlecktestern 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 zu prüfende Werkstück, insbesondere die Schicht, eine Helium-Leckrate von weniger als 1 × 10^-7 atm·cm³/sec aufweist. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Helium-Leckrate weniger als 10^-8, 10^-9, 10^-10 oder weniger als 10^-11 mbar/L·s betragen. Zum Zweck der Standardisierung können die genannten Helium-Leckraten auch in die äquivalente Standard-Luft-Leckrate konvertiert werden. Die Definition für die äquivalente Standardluft-Leckrate (Equivalent Standard Air Leak Rate) und die Umrechnung sind im Standard ISO 3530 angegeben.
Das elektrische medizinische Implantat kann beispielsweise ein Sensor oder Stimulator, oder eine elektrische Durchführung für einen Sensor oder Stimulator sein.
Das elektrische medizinische Implantat kann ein Pulsgenerator, Herzschrittmacher, Herzresynchronisationsgerät, Sensor oder Stimulator sein. Solche Geräte können zum Beispiel in medizintechnischen Anwendungen wie Neuromodulation, Herzstimulation, Tiefenhirnstimulation, Rückenmarkstimulation, oder Magenstimulation Verwendung finden. Ein Stimulator ist hierin ein aktives implantierbares medizintechnisches Gerät, das durch Abgabe eines elektrischen Signals an den Körper eines Lebewesens eine physiologische Wirkung erzielen kann. Beispielsweise kann ein Neurostimulator durch Abgabe eines elektrischen Signals an eine Nervenzelle ein elektrisches Signal in der Nervenzelle (z.B. ein Aktionspotential) bewirken. Weitere Beispiele für Stimulatoren sind Herzschrittmacher und Cardioverter-Defibrillatoren.
Ein Sensor ist hierin ein implantierbares medizintechnisches Gerät, das eine physiologische Wirkung durch Aufnahme eines elektrischen Signals vom Körper eines Lebewesens detektieren kann. Ein Beispiel für einen Sensor ist ein Cochlea-Implantat oder ein Retina-Implantat.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines hierin beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines elektrischen medizinischen Implantats. Das Implantat kann beispielsweise ein Sensor oder Stimulator sein, wie oben beschrieben.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Durchführung für ein elektrisches medizinisches Implantat, welches ein Bauteil umfasst, das mit einer Schicht bedeckt ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein elektrisches medizinisches Implantat, umfassend eine elektrische Durchführung, welche ein Substrat, ein elektrisches Bauteil und ein Kontaktelement umfasst, wobei das elektrische Bauteil auf einer ersten Seite des Substrats angeordnet ist und mit einer Schicht beschichtet ist.
Wie bereits erwähnt, finden für diesen Aspekt der Erfindung grundsätzlich alle Ausführungsformen und Merkmale Anwendung, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind.
In einer Ausführungsform umfasst die Schicht Parylen oder ein keramisches Material, bevorzugt Al₂O₃, oder besteht daraus.
In einer Ausführungsform ist das Bauteil von mehreren Schichten bedeckt. In einer Ausführungsform ist das Bauteil von eine Parylenschicht und einer Al₂O₃-Schicht bedeckt. In einer Ausführungsform ist das Bauteil von zwei Parylenschichten bedeckt. In einer Ausführungsform ist das Bauteil von zwei Parylenschichten und einer dazwischen liegenden AL₂O₃-Schicht bedeckt.
In einer Ausführungsform ist das elektrische Bauteil unmittelbar, oder lediglich über eine Leiterplatte, mit dem Substrat verbunden.
Die erste Seite des Substrats kann vollständig oder teilweise mit der Schicht beschichtet sein, wie oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.
Das Implantat kann ein Leitungselement umfassen, das im Wesentlichen vollständig innerhalb des Substrats angeordnet ist und sich von der ersten Seite des Substrats auf eine gegenüberliegende zweite Seite des Substrats erstreckt. Hierbei kann das elektrische Bauteil unmittelbar, oder lediglich über eine Leiterplatte, mit dem Leitungselement verbunden sein. Das elektrische Bauteil kann auch unmittelbar, oder lediglich über eine Leiterplatte, mit dem Substrat verbunden sein. Hierbei ist insbesondere gemeint, dass das elektrische Bauteil in unmittelbar auf dem Substrat oder jedenfalls in sehr geringem Abstand zu dem Substrat angeordnet ist. Beispielsweise kann das Bauteil in der sogenannten SMD-Bauweise (surface mounted device) unmittelbar auf dem Substrat angeordnet sein. Das Bauteil kann auch unmittelbar auf einer Leiterplatte angeordnet sein, welche wiederum unmittelbar auf dem Substrat angeordnet ist. Eine Lotpaste oder ein vergleichbares Verbindungsmaterial bleibt in der erfindungsgemäßen Definition außer Betracht für die Erfüllung des Merkmals „unmittelbar angeordnet auf“, d. h. ein Bauteil oder eine Leiterplatte gilt hierin auch dann als unmittelbar auf dem Substrat angeordnet, wenn sich dazwischen eine dünne Schicht Lot oder ein vergleichbares Material befindet, das keine maßgebliche Auswirkung auf den Strukturaufbau des Implantats hat. Ein Bauteil, welches über einen Draht oder ein Kabel mit einer Länge von beispielsweise mehr als 1 mm mit dem Substrat verbunden ist, und in einer entsprechenden räumlichen Entfernung von dem Substrat angeordnet ist, ist dagegen nicht unmittelbar auf dem Substrat angeordnet. Das oben Gesagte gilt entsprechend für die unmittelbare Verbindung des Bauteils mit dem Leitungselement.
Das Leitungselement ist bevorzugt im Wesentlichen vollständig innerhalb des Substrats angeordnet, d. h. es erstreckt sich im Wesentlichen ausschließlich im Bereich zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite des Substrats, und dient beispielsweise zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen dem Kontaktelement auf der zweiten Seite mit dem elektrischen Bauteil auf der ersten Seite des Substrats.
In einer Ausführungsform ist das Implantat ohne Gehäuse in den menschlichen Körper implantierbar. Dies bedeutet, dass das Implantat kein Gehäuseelement beinhaltet, und ohne ein Gehäuse mit unmittelbarem Gewebekontakt in den Körper implantiert werden kann, ohne die Funktion des Implantats zu beeinträchtigen. „In den Körper implantiert“ kann hierbei das Anbringen des Implantats auf der Haut, oder das chirurgische Einbringen des Implantats in den menschlichen Körper umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst „in den Körper implantiert“ den unmittelbaren Kontakt des Implantats mit Gewebeflüssigkeit im menschlichen Körper. Die hierin beschriebene Metallschicht, die wie hierin beschrieben als Bestandteil der erfindungsgemäßen Schicht umfasst sein kann, wird hierin nicht als Gehäuseelement verstanden. Beispielsweise kann unmittelbar auf das Bauteil eine keramische Schicht, und unmittelbar auf die keramische Schicht eine Metallschicht aufgetragen sein. Eine solche Komposit-Schicht, die beispielsweise eine Gesamtdicke von weniger als 100 µm aufweisen kann, wird hierin nicht als „Gehäuseelement“ oder „Gehäuse“ verstanden.
In einer Ausführungsform weist die Schicht des Implantats eine Helium-Leckrate von kleiner als 1×10^-9 mbar*L/s auf. In einer Ausführungsform ist die Schicht hermetisch dicht, wie hierin beschrieben.
In einer Ausführungsformen weist die Schicht eine Dicke von ungefähr 1 µm bis 50 µm auf. In einer Ausführungsform beträgt die Dicke der Schicht ungefähr 1 µm bis 10 µm. Die Schicht kann auch eine Dicke von mehr als 10 µm aufweisen, beispielsweise etwa 11, 12, 15 oder 20 µm, 30 µm, 40 µm, 50 µm oder mehr als 50 µm.
In einer Ausführungsform umfasst das Leitungselement ein Cermet, wie oben im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben. Das Cermet kann beispielsweise Al₂O₃ und Platin umfassen, wie oben dargestellt.
In einer Ausführungsform ist das Kontaktelement nach dem Beschichten einer direkten elektrischen Kontaktierung zugänglich. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, indem das Substrat so beschichtet wird, dass das Kontaktelement nicht vollständig von der Schicht bedeckt wird. Dies kann beispielsweise durch ortsselektive Beschichtung mithilfe eines Rasterverfahrens oder Maskenverfahrens erzielt werden. In einer Ausführungsform wird das Substrat auf der ersten Seite des Substrats, welche das Bauteil trägt, beschichtet, und die zweite Seite des Substrats, welche das Kontaktelement trägt, wird nicht oder nur teilweise beschichtet, sodass das Kontaktelement nicht vollständig von der Schicht bedeckt ist.
Die Schicht kann ein Polymer, beispielsweise ein Parylen, oder ein keramisches Material umfassen, wie hierin beschrieben, oder daraus bestehen. Beispielsweise kann die Schicht Al₂O₃ umfassen. Die Schicht ist bevorzugt mindestens 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, oder 10 µm dick. Das Bauteil kann ein temperaturempfindliches Bauteil umfassen, beispielsweise ein Bauteil, welches für eine Anwendung und/oder Verarbeitung bei Temperaturen unterhalb von 300, 250, 200, 150, oder unterhalb von 100 °C spezifiziert ist.
BEISPIELE
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen weiter verdeutlicht, die jedoch nicht als einschränkend zu verstehen sind. Dem Fachmann wird ersichtlich sein, dass anstelle der hier beschriebenen Merkmale andere äquivalente Mittel in ähnlicher Weise verwendet werden können.
BEISPIEL 1

Al₂O₃-Grünfolien wurden bei einer Sintertemperatur von 1450 °C (in Tab. 1 als „low“ gekennzeichnete Proben) oder 1550 °C (alle anderen Proben) für 5 h an Luft gesintert, um Platten aus poröser Al₂O₃-Keramik herzustellen. Diese Platten wurden mithilfe von Aerosoldeposition mit Al₂O₃-Partikeln und/oder nach der Gorham-Methode mit Parylen beschichtet. Die Platten wurden vor nach der Beschichtung mithilfe eines Helium-Lecktests untersucht. Alle Proben wurden in 2 unterschiedlichen Orientierungen gemessen. In Tab. 1 sind die Ergebnisse dieser Messungen dargestellt. Der erste Wert einer Probe gibt jeweils die He-Leckrate in Orientierung 1 an, während der jeweils zweite Wert einer Probe die Helium-Leckrate in Orientierung 2 angibt. Nach der Beschichtung wurde in allen Fällen eine erhöhte Dichtigkeit gegenüber der unbeschichteten Kontrolle festgestellt. Die Helium-Leckrate der unbeschichteten Keramikplatten lag in allen Messungen oberhalb der höchsten messbaren Grenze von 1x 10-1 mbar*L/sec. Eine besonders niedrige He-Leckrate wurde bei einer zweischichtigen Parylen-Beschichtung und bei einer Kombinationsbeschichtung mit Parylen und Al₂O₃ festgestellt. Tab. 1: Ergebnisse des Helium-Lecktests.

Probe Nr.	Beschichtung	*He-Leckrate [mbarL/sec]**
Kontrolle	Keine	> 1 × 10^-1
868.2 hiqh	10 µm Parylen	7,26 × 10^-4
868.2 hiqh	10 µm Parylen	1,32 × 10^-3
868.2 low	10 µm Parylen	1,10 × 10^-3
868.2 low	10 µm Parylen	8,34 × 10^-4
868.3 hiqh	10 µm Parylen	1,24 × 10^-3
868.3 hiqh	10 µm Parylen	1,31 × 10^-3
868.3 low	10 µm Parylen	5,14 × 10^-4
868.3 low	10 µm Parylen	1,33 ×10^-3

868.4-30026	1,5 µm Al₂O₃	4,01 × 10^-2
868.4-30026	1,5 µm Al₂O₃	6,03 × 10^-2
868.4-30025	1,5 µm Al₂O₃	4,14 × 10^-2
868.4-30025	1,5 µm Al₂O₃	6,03 × 10^-2
868.1-30028	3,0 µm Al₂O₃	2,29 × 10^-2
868.1-30028	3,0 µm Al₂O₃	5,37 × 10^-2
868.1-30027	3,0 µm Al₂O₃	3,71 × 10^-2
868.1-30027	3,0 µm Al₂O₃	6,03 × 10^-2
868.1	3 µm Al₂O₃ + 10 µm Parylen	4,23 × 10^-7
868.4	3 µm Al₂O₃ + 10 µm Parylen	1 × 10^-11
868.3 high	10 µm Parylen + 10 µm Parylen	5,23 × 10^-9
868.3 low	10 µm Parylen + 10 µm Parylen	4,36 × 10^-9

Figurenliste

1 zeigt beispielhaft eine elektrische Durchführung 100, welche mithilfe des hierin beschriebenen Verfahrens beschichtet werden kann. Die elektrische Durchführung 100 umfasst ein Substrat 101, welches ein keramisches Material aufweisen kann. Auf dem Substrat 101 sind auf einer ersten Seite 107 elektrische Bauteile 102 angeordnet. Die elektrischen Bauteile 102 können entweder unmittelbar mit dem Substrat 101 verbunden sein, wie im linken Teil der Zeichnung dargestellt, oder können über eine Leiterplatte 105 mit dem Substrat 101 verbunden sein, wie im rechten Teil der Zeichnung dargestellt. Im letzteren Fall können ein oder mehrere elektrische Bauteile 102 auf einer Leiterplatte 105 angeordnet sein, welche direkt oder indirekt mit dem Substrat 101 verbunden ist. Die Durchführung 100 umfasst weiterhin ein oder mehrere Leitungselemente 106, wobei ein Leitungselement 106 mit einem elektrischen Bauteil 102 in elektrischer Verbindung steht. Beispielsweise können mehrere Bauteile 102 auf der ersten Seite 107 des Substrats 101 angeordnet sein. Es können auch Bauteile 102 auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite 108 des Substrats 101 angeordnet sein. Die elektrische Durchführung 100 umfasst ein Kontaktelement 103, welches in elektrischer Verbindung mit einem Leitungselement 106 angeordnet ist. Beispielsweise sind ein Bauteil 102 und ein Kontaktelement 103 auf jeweils gegenüberliegenden Seiten 107 und 108 des Substrats 101 angeordnet, und über ein Leitungselement 106 miteinander verbunden. Eine erste Seite 107 des Substrats 101 und/oder ein Bauteil 102 können mithilfe einer Partikelquelle 110 beschichtet werden. Dazu richtet die Partikelquelle 110 einen Partikelstrahl auf eine Oberfläche des Substrats 101 und/oder des Bauteils 102. Die Richtung des Partikelstrahls ist in 1 durch einen Pfeil dargestellt. Der Partikelstrahl wird derart auf das Substrat 101 gerichtet, dass ein elektrisches Bauteil 102 mit einer Schicht 104 bedeckt wird.
2 zeigt eine elektrische Durchführung 100 gemäß der Erfindung, bei der mehrere Bauteile 102 durch eine Schicht 104 vollständig bedeckt sind. Die einzelnen Elemente können wie in 1 beschrieben angeordnet sein. Die Schicht 104 umgibt die Bauteile 102 derart, dass sie vollständig vor Kontakt mit der Außenluft und/oder menschlichem Gewebe geschützt sind. Hierdurch kann auf die Verwendung eines äußeren Gehäuses verzichtet werden. Die Durchführung 100 kann somit unmittelbar ohne ein zusätzliches Gehäuse in den menschlichen Körper implantiert werden.
3 zeigt einen Ausschnitt einer elektrischen Durchführung 100, bei welcher auf der Schicht 104 eine zweite Schicht 109 angeordnet ist. Beispielsweise kann die Schicht 104 Parylen umfassen, und die zweite Schicht 109 kann Al₂O₃ umfassen, oder umgekehrt. Die Schicht 104 und die Schicht 109 können auch dasselbe Material umfassen, beispielsweise Al₂O₃ oder Parylen. Die zweite Schicht 109 kann die erste Schicht 104 vollständig bedecken, sodass die erste Schicht 104 vor Kontakt mit der Außenatmosphäre geschützt ist.
4 zeigt einen Ausschnitt einer elektrischen Durchführung 100, bei welcher auf der zweiten Schicht 109 eine dritte Schicht 111 angeordnet ist. Beispielsweise kann die Schicht 104 Parylen umfassen, die zweite Schicht 109 kann Al₂O₃ umfassen, und die dritte Schicht 111 kann ebenfalls Parylen umfassen. Die dritte Schicht 111 kann die zweite Schicht 109 vollständig bedecken, sodass die zweite Schicht 109 vor Kontakt mit der Außenatmosphäre geschützt ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines elektrischen medizinischen Implantats, umfassend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen einer elektrischen Durchführung (100), welche ein Substrat (101), ein elektrisches Bauteil (102) ein Kontaktelement (103) und ein Leitungselement (106) umfasst, das im Wesentlichen vollständig innerhalb des Substrats (101) angeordnet ist und sich von der ersten Seite (107) des Substrats (101) auf eine gegenüberliegende zweite Seite (108) des Substrats (101) erstreckt, und wobei das Leitungselement ein Cermet umfasst, b. Beschichten des elektrischen Bauteils (102) mit einer Schicht (104), und einer zweiten Schicht (109) wobei das Beschichten des elektrischen Bauteils (102) mithilfe von Aerosoldeposition oder CVD, bevorzugt nach dem Gorham-Verfahren, erfolgt, und wobei eine der Schichten (104, 109) Parylen umfasst, und die andere der Schichten (104, 109) Al₂O₃ umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Beschichten unterhalb einer Temperatur von 100 °C, bevorzugt unterhalb einer Temperatur von 50 °C, weiter bevorzugt bei etwa 25 °C, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Beschichten in einer Atmosphäre mit einem Druck von mindestens 10 Pa erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Substrat (101) ein keramisches Material umfasst.
Elektrisches medizinisches Implantat, umfassend eine elektrische Durchführung (100), welche ein Substrat (101), ein elektrisches Bauteil (102) und ein Kontaktelement (103) umfasst, wobei das elektrische Bauteil (102) auf einer ersten Seite des Substrats (107) angeordnet ist und mit einer Schicht (104) und einer zweiten Schicht (109) beschichtet ist, wobei die Schicht (104) durch Beschichten des elektrischen Bauteils (102) mithilfe von Aerosoldeposition oder CVD, bevorzugt nach dem Gorham-Verfahren, erzeugt ist, und wobei eine der Schichten (104, 109) Parylen umfasst, und die andere der Schichten (104, 109) Al₂O₃ umfasst, und die Schichten (104, 109) gemeinsam eine Helium-Leckrate von kleiner als 1×10^-9 mbar*L/s aufweisen, wobei das Implantat weiterhin ein Leitungselement (106) umfasst, das im Wesentlichen vollständig innerhalb des Substrats (101) angeordnet ist und sich von der ersten Seite (107) des Substrats (101) auf eine gegenüberliegende zweite Seite (108) des Substrats (101) erstreckt, und wobei das Leitungselement ein Cermet umfasst.
Implantat gemäß Anspruch 5, wobei das elektrische Bauteil (102) unmittelbar, oder lediglich über eine Leiterplatte (105), mit dem Substrat (101) verbunden ist.
Implantat gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei das elektrische Bauteil (102) bevorzugt unmittelbar, oder lediglich über eine Leiterplatte (105), mit dem Leitungselement (106) verbunden ist.
Implantat gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, welches ohne Gehäuse in den menschlichen Körper implantierbar ist.
Implantat gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Schicht (104) eine Dicke von ungefähr 1 µm bis 50 µm, bevorzugt 1 bis 10 µm, aufweist.
Implantat gemäß einer der Ansprüche 5 bis 9, wobei das Kontaktelement (103) nach dem Beschichten einer direkten elektrischen Kontaktierung zugänglich ist.