DE102020208322A1 - Arrangement with electrode layers and sensitive layer - Google Patents
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Abstract
Eine Anordnung mit Elektrodenschichten (101;308 und 102;306) und sensitiver Schicht (103;307) wird beschrieben. Die Anordnung umfasst eine erste Elektrodenschicht (101;308) und eine zweite Elektrodenschicht (102;306), sowie eine sensitive Schicht (103;307). Dabei ist die sensitive Schicht (103;307) zwischen der ersten Elektrodenschicht (101;308) und der zweiten Elektrodenschicht (102;306) angeordnet und umhüllt einen Innenraum der Anordnung zu zumindest 80 Prozent. Ein Verfahren zur Überwachung eines Objekts (202;301;302;303,304,310) wird ebenfalls beschrieben.An arrangement with electrode layers (101; 308 and 102; 306) and a sensitive layer (103; 307) is described. The arrangement comprises a first electrode layer (101; 308) and a second electrode layer (102; 306) and a sensitive layer (103; 307). The sensitive layer (103; 307) is arranged between the first electrode layer (101; 308) and the second electrode layer (102; 306) and encloses an interior of the arrangement by at least 80 percent. A method for monitoring an object (202;301;302;303,304,310) is also described.
Description
Technisches GebietTechnical area
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf Anordnungen mit Elektrodenschichten und einer sensitiven Schicht, und insbesondere auf entsprechende Verfahren und Vorrichtungen bzw. Anordnungen auf dem Gebiet der Implantatverkapselung mit dreidimensional-integrierter Sensorstruktur zur Feuchteüberwachung.Examples according to the present disclosure relate to arrangements with electrode layers and a sensitive layer, and in particular to corresponding methods and devices or arrangements in the field of implant encapsulation with a three-dimensionally integrated sensor structure for moisture monitoring.
Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf eine Implantatverkapselung mit dreidimensional-integrierter Sensorstruktur zur Feuchteüberwachung.Embodiments of the invention relate to an implant encapsulation with a three-dimensionally integrated sensor structure for moisture monitoring.
Hintergrund der OffenbarungRevelation background
Im Folgenden werden einige technische Probleme beschrieben, die Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegen, und die durch einige Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung gelöst werden.In the following, some technical problems are described which are based on examples according to the present disclosure and which are solved by some examples according to the present disclosure.
Aktive, elektronische Implantate benötigen eine biokompatible, hermetisch-dichte Verkapselung, um einerseits den Körper vor den elektronischen Komponenten bzw. Materialien und um andererseits das Implantat vor der aggressiven Umgebung zu schützen.
Eine bewährte Methode ist die Verkapselung mit Keramiken oder Edelmetallen, welche die genannten Anforderungen erfüllen, aber gleichzeitig starr und limitierend für die Implantatgröße sind (z.B. Titangehäuse).
Bei einer stetigen Miniaturisierung der elektronischen Bauteile soll sich auch die Verkapselung diesem Trend anpassen. Metall- und Keramikgehäuse erreichen hier ihre Grenzen.
Zunehmend besteht auch der Wunsch nach flexiblen Implantaten z. B. bei Retinaimplantaten oder Implantaten, die im Gehirn platziert werden.
Für diese Anwendungen werden neuartige Verkapselungsmaterialien wie Silikone oder Polymere entwickelt, welche flexibel sind und die hohen Miniaturisierungsansprüche erfüllen, aber keine geeignete Hermetizität aufweisen. Ein weiterer Ansatz ist die Implementierung von Multi-Schichtstapeln, bei denen dünne Schichten von Materialien mit sehr geringer Wasserdampfdurchlässigkeit in Kombination mit formgebenden Silikonen als Verkapselung aufgetragen werden. Der Nachteil dieser Verfahren ist, dass im implantierten Zustand nicht erkannt werden kann, ob eine Beschädigung der Verkapselung durch Korrosion oder mechanische Einflüsse vorliegt.Active, electronic implants require a biocompatible, hermetically sealed encapsulation, on the one hand to protect the body from the electronic components or materials and on the other hand to protect the implant from the aggressive environment.
A tried and tested method is encapsulation with ceramics or precious metals, which meet the requirements mentioned, but are at the same time rigid and limiting the size of the implant (e.g. titanium housing).
With the constant miniaturization of electronic components, the encapsulation should also adapt to this trend. Metal and ceramic housings reach their limits here.
There is also an increasing desire for flexible implants such. B. with retinal implants or implants that are placed in the brain.
For these applications, new types of encapsulation materials such as silicones or polymers are being developed, which are flexible and meet the high demands on miniaturization, but do not have suitable hermetic properties. Another approach is the implementation of multi-layer stacks, in which thin layers of materials with very low water vapor permeability are applied in combination with shaping silicones as encapsulation. The disadvantage of this method is that in the implanted state it cannot be recognized whether the encapsulation has been damaged by corrosion or mechanical influences.
Im Folgenden werden einige herkömmliche Lösungsansätze beschrieben.Some common approaches are described below.
Eine Überwachung der Implantatverkapselung mittels diverser Feuchtesensoren wurde bereits von einigen Forschungsgruppen erforscht [Referenzen 1, 2] oder zur Bewertung spezifischer Verkapselungsmaterialien eingesetzt [Referenzen 3 - 7].Monitoring of the implant encapsulation by means of various moisture sensors has already been researched by some research groups [references 1, 2] or used to evaluate specific encapsulation materials [references 3 - 7].
Hauptinhalt der 1. Referenz ist die hermetische flexible Sensorverkapselung, für die Polymerschichten und anorganische Schichten (hier Titan) verwendet werden. Zum Testen dieser Verkapselung wurde ein auf Polyimid basierender Feuchtesensor entwickelt. Anders als bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung ist dieser aber separat von der Verkapselung.The main content of the 1st reference is the hermetic, flexible sensor encapsulation, for which polymer layers and inorganic layers (here titanium) are used. A polyimide-based humidity sensor was developed to test this encapsulation. In contrast to exemplary embodiments of the present disclosure, however, this is separate from the encapsulation.
In Referenz 2 wird eine Oszillatorschaltung beschrieben, die auf einer Interdigitalstruktur und einer Spule basiert. Die Interdigitalstruktur ist feuchteempfindlich und reagiert auf kapazitive und resistive Änderungen durch Feuchte. Als sensitive Schicht wurde Epoxid (UHU Endfest 300) und Silikon (Dow Corning) verwendet. Die Strukturen wurden direkt Feuchte ausgesetzt. Allenfalls kann Eindringen von Feuchte in eine Polymerverkapselung wie Epoxid und Silikon detektiert werden, aber nur lokal an der Stelle, wo die Interdigitalstrukturen im Implantat angeordnet sind.Reference 2 describes an oscillator circuit based on an interdigital structure and a coil. The interdigital structure is sensitive to moisture and reacts to capacitive and resistive changes caused by moisture. Epoxy (UHU Endfest 300) and silicone (Dow Corning) were used as the sensitive layer. The structures were exposed directly to moisture. At most, the penetration of moisture into a polymer encapsulation such as epoxy and silicone can be detected, but only locally at the point where the interdigital structures are arranged in the implant.
Beide Referenzen 3 und 5 sind inhaltlich fast gleich und beschreiben eine kapazitiv arbeitende Interdigitalstruktur. Diese wurde auf einem Siliziumsubstrat realisiert. Dieser Sensor befindet sich in einem Volumen unter einer Glasverkapselung. Anders als bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der Sensor nicht Bestandteil einer Verkapselung.Both references 3 and 5 are almost identical in content and describe a capacitive interdigital structure. This was realized on a silicon substrate. This sensor is located in a volume under a glass encapsulation. In contrast to examples according to the present disclosure, the sensor is not part of an encapsulation.
Die 4. und 6. Referenz sind sehr ähnlich und beschreiben einen kapazitiven Feuchtesensor auf der Basis eines Polyimids, der in ein Miniaturgehäuse eingebaut wurde. Anders als bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der Sensor nicht Bestandteil des Gehäuses.The 4th and 6th references are very similar and describe a capacitive humidity sensor based on a polyimide that is built into a miniature housing. In contrast to examples according to the present disclosure, the sensor is not part of the housing.
Die 7. Referenz beschreibt Langzeittests mit einem Feuchtesensor in einer Glasverkapselung. Die Anordnung ist vergleichbar mit der in der 3. und 5. Referenz gezeigten Anordnung.The 7th reference describes long-term tests with a humidity sensor in a glass encapsulation. The arrangement is comparable to the arrangement shown in the 3rd and 5th references.
Die oben beschriebenen Arbeiten nutzen ohmsche oder kapazitive Änderungen der feuchtesensitiven Schichten, welche durch eingedrungene Wassermoleküle verursacht werden. Die sensitive Schicht kann dabei auch das Verkapselungssilikon selbst sein.The work described above uses ohmic or capacitive changes in the moisture-sensitive layers, which are caused by penetrated water molecules. The sensitive layer can also be the encapsulation silicone itself.
Es wurde erkannt, dass die vorgestellten Verkapselungsüberwachungen den Nachteil haben, dass entweder die Verkapselung komplett unbrauchbar wird, sobald eine Degradierung vorliegt (z.B. [3]), oder die eingedrungene Feuchtigkeit nur an spezifischen Positionen der Implantat-Platine detektiert werden kann (z.B. [2]).It was recognized that the presented encapsulation monitoring systems have the disadvantage that either the encapsulation becomes completely unusable as soon as there is degradation (e.g. [3]), or the penetrated moisture can only be detected at specific positions on the implant board (eg [2]).
Des Weiteren befassen sich folgende Patente [8-13] mit der beschriebenen Thematik:
- Das Patent [8] beschreibt einen Korrosionssensor zur Detektion von Korrosion von Metallen. Der Sensor besteht aus planaren Metallwindungen zwischen zwei Kontakten. Der Sensor wird in unmittelbarer Nähe zu dem zu untersuchenden Metall angebracht. Korrosion wird durch die Änderung des elektrischen Widerstands bei Korrosion der Windungen detektiert.
- The patent [8] describes a corrosion sensor for detecting corrosion of metals. The sensor consists of planar metal windings between two contacts. The sensor is attached in close proximity to the metal to be examined. Corrosion is detected by the change in electrical resistance when the windings corrode.
Das Patent [9] beschreibt eine Anordnung zur Messung der Korrosion unter einer Farbschicht (Anspruch 1). Es geht um die Korrosion von Metallen wie Eisen, Magnesium, Aluminium oder deren Legierungen. Die Sensorstruktur ist planar und aus einem vergleichbaren Material hergestellt. Gemäß [9] ist die Sensorstruktur immer unterhalb des Coatings (Beschichtung). Anders als bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist das Coating nicht Bestandteil der Sensorstruktur.The patent [9] describes an arrangement for measuring the corrosion under a paint layer (claim 1). It is about the corrosion of metals such as iron, magnesium, aluminum or their alloys. The sensor structure is planar and made of a comparable material. According to [9], the sensor structure is always below the coating. In contrast to examples according to the present disclosure, the coating is not part of the sensor structure.
Die Patentanmeldung [10] beschreibt einen Korrosionssensor speziell für Anwendungen im Flugzeug. Der Sensor besteht aus einem dünnen Film oder Draht aus demselben Material wie die zu beobachtende Komponente des Flugzeugs. Beobachtet wird die Änderung der elektrischen Eigenschaften (Widerstand oder Kapazität) durch Korrosion. Anspruch 1 des Patents beschreibt zwei elektrische Leitungen, die mit einem korrosionssensitiven Element miteinander verbunden sind. Gemessen wird der Unterschied der elektrischen Leitfähigkeit des Verbindungselements mit und ohne Korrosion. Die weiteren Ansprüche beschreiben einen Kondensator, dessen eine Elektrode eine elektrische Leitung, und dessen zweite Elektrode die zweite elektrische Leitung ist.The patent application [10] describes a corrosion sensor specifically for use in aircraft. The sensor consists of a thin film or wire made of the same material as the component of the aircraft to be observed. The change in electrical properties (resistance or capacitance) due to corrosion is observed. Claim 1 of the patent describes two electrical lines which are connected to one another with a corrosion-sensitive element. The difference in the electrical conductivity of the connecting element with and without corrosion is measured. The further claims describe a capacitor, one electrode of which is an electrical line and the second electrode of which is the second electrical line.
Die Patentanmeldung [11] beschreibt einen Feuchtesensor, der aus zwei Plattenkondensatoren besteht. Die feuchtesensitive Schicht ist ein Polymer. Bei dem sensitiven Kondensator ist die obere Elektrode perforiert, so dass Feuchtigkeit zum Polymer gelangt. Im ersten Anspruch wird diese Grundstruktur beschrieben.The patent application [11] describes a humidity sensor that consists of two plate capacitors. The moisture-sensitive layer is a polymer. The top electrode of the sensitive capacitor is perforated so that moisture can reach the polymer. This basic structure is described in the first claim.
Die Patentanmeldung [12] beschreibt einen Feuchtesensor, der aus interdigitalen Elektroden aufgebaut ist, mit denen die Änderung der Kapazität eines Polymers bei Anwesenheit von Feuchte gemessen wird. Mit Hilfe von Nanodrähten, die auf einem Polymer aufgewachsen sind und anschließend weggeätzt wurden, wird ein zweites Polymer mit Nanoporen strukturiert, so dass die Ansprechzeit des Sensors erhöht wird. Im Anspruch 1 des Patents wird die Herstellung des nanoporösen Polymers beschrieben.The patent application [12] describes a humidity sensor which is made up of interdigital electrodes with which the change in the capacitance of a polymer in the presence of humidity is measured. With the help of nanowires that have grown on a polymer and then etched away, a second polymer is structured with nanopores, so that the response time of the sensor is increased. Claim 1 of the patent describes the production of the nanoporous polymer.
Die Patentanmeldung [13] befasst sich mit einem flexiblen kapazitiven Feuchtigkeitssensor. Der Sensor umfasst dazu ein flexibles Substrat.The patent application [13] deals with a flexible capacitive humidity sensor. For this purpose, the sensor comprises a flexible substrate.
In Anbetracht der obigen Ausführungen besteht ein Bedarf, ein Konzept zu schaffen, das es ermöglicht, einen verbesserten Kompromiss zwischen der Komplexität einer Anordnung, einem Herstellungsaufwand und eines Umfangs der sensorischen Überwachung der Anordnung zu erzielen.In view of the above, there is a need to create a concept which makes it possible to achieve an improved compromise between the complexity of an arrangement, a manufacturing outlay and the scope of the sensor-based monitoring of the arrangement.
Zusammenfassung der OffenbarungSummary of the revelation
Ein Beispiel gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Anordnung, beispielsweise mit Überwachungsfunktion, mit einer ersten Elektrodenschicht, bspw. einer äußeren Elektrodenschicht, die z.B. durchgehend oder auch strukturiert sein kann, und einer zweiten Elektrodenschicht, bspw. einer inneren Elektrodenschicht, die z.B. durchgehend oder auch strukturiert sein kann, sowie einer sensitiven Schicht. Die Anordnung kann dabei bspw. eine Verkapselungsanordnung sein.An example according to the present disclosure comprises an arrangement, for example with a monitoring function, with a first electrode layer, for example an outer electrode layer, which can be continuous or structured, for example, and a second electrode layer, for example an inner electrode layer, which is for example continuous or also can be structured, as well as a sensitive layer. The arrangement can be, for example, an encapsulation arrangement.
Die sensitive Schicht kann bspw. eine feuchtesensitive Schicht oder eine gassensitive Schicht sein und/oder eine auf einen eine Verkapselung in unerwünschter Weise durchtretenden Stoff sensitive Schicht. Die sensitive Schicht kann beispielsweise eine durch die Elektrodenschichten detektierbare Eigenschaft aufweisen, die sich ansprechend auf einen die Verkapselung bspw. in unerwünschter Weise durchtretenden Stoff verändert.The sensitive layer can, for example, be a moisture-sensitive layer or a gas-sensitive layer and / or a layer that is sensitive to a substance that undesirably passes through an encapsulation. The sensitive layer can, for example, have a property which can be detected by the electrode layers and which changes in response to a substance that penetrates the encapsulation, for example in an undesirable manner.
Dabei ist die sensitive Schicht zwischen der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht angeordnet und umschließt bzw. umhüllt einen Innenraum der Anordnung zu zumindest 80 Prozent, bevorzugt zu zumindest 90 Prozent, bspw. im Hinblick auf die Fläche. Die sensitive Schicht kann bspw. die Anordnung auch komplett, bzw. auf allen Seiten, z.B. im Sinne einer geschlossenen Hülle, umschließen.The sensitive layer is arranged between the first electrode layer and the second electrode layer and encloses or envelops an interior of the arrangement to at least 80 percent, preferably at least 90 percent, for example with regard to the area. The sensitive layer can, for example, also enclose the arrangement completely or on all sides, e.g. in the sense of a closed cover.
Die sensitive Schicht kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, um eine Überwachung eines Großteils eines innerhalb der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht gelegenen Bereichs, oder sogar des ganzen innerhalb der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht gelegenen Bereichs zu ermöglichen, bzw. um eine Überwachung zu ermöglichen, ob ein Stoff, z.B. unerwünscht, in die sensitive Schicht eingedrungen ist oder eine Verkapselungsschicht, bspw. eine hermetische Hülle oder eine Barriereschicht bzw. die erste z.B. äußere Elektrodenschicht, durchdrungen hat.The sensitive layer can be designed, for example, to enable a large part of an area located within the first electrode layer and the second electrode layer, or even the entire area located within the first electrode layer and the second electrode layer, to be monitored, or to enable monitoring whether a substance, for example undesired, has penetrated the sensitive layer or has penetrated an encapsulation layer, for example a hermetic shell or a barrier layer or the first, for example, outer electrode layer.
Dieses Beispiel gemäß der vorliegenden Offenbarung basiert auf der Erkenntnis, dass mit Hilfe einer dreidimensionalen Sensorstruktur, bestehend aus einer ersten Elektrodenschicht, einer zweiten Elektrodenschicht und einer sensitiven Schicht, die sich zwischen den beiden Elektrodenschichten befindet, eine Anordnung geschaffen werden kann, mit welcher ein Innenraum der Anordnung bspw. nahezu vollständig, oder sogar vollständig, z.B. dreidimensional, beispielsweise bezüglich aller Raumrichtungen, überwacht werden kann.This example according to the present disclosure is based on the knowledge that with the aid of a three-dimensional sensor structure consisting of a first electrode layer, a second electrode layer and a sensitive layer located between the two electrode layers, an arrangement can be created with which an interior space the arrangement, for example, can be monitored almost completely or even completely, for example three-dimensionally, for example with regard to all spatial directions.
Dafür ist die sensitive Schicht so ausgelegt, dass sie den Innenraum der Anordnung zu zumindest 80 Prozent, bevorzugt zu zumindest 90 Prozent, umschließt, oder bspw. den gesamten Innenraum umschließt, oder bspw. komplett umschließt, so, dass bspw. der gesamte Innenraum umschlossen oder umhüllt ist. Somit kann durch eine Überwachung zumindest einer Eigenschaft der sensitiven Schicht der Innenraum der Anordnung bspw. überall, oder nahezu überall, z.B. bezüglich der Fläche, überwacht werden. Beispielsweise kann die gesamte Oberfläche des Innenraums überwacht werden, so dass ein Eindringen eines Stoffs, beispielsweise einer Flüssigkeit, aus allen Richtungen frühzeitig detektiert werden kann. Dabei sind die beiden Elektrodenschichten beispielsweise dazu ausgelegt, um eine Detektion der Veränderung zumindest einer Eigenschaft, und damit bspw. die Überwachung, der sensitiven Schicht zu ermöglichen.For this, the sensitive layer is designed in such a way that it encloses the interior of the arrangement to at least 80 percent, preferably at least 90 percent, or, for example, encloses the entire interior, or for example completely encloses, so that, for example, the entire interior is enclosed or is wrapped. Thus, by monitoring at least one property of the sensitive layer, the interior of the arrangement can be monitored, for example everywhere, or almost everywhere, e.g. with regard to the area. For example, the entire surface of the interior can be monitored so that penetration of a substance, for example a liquid, from all directions can be detected at an early stage. In this case, the two electrode layers are designed, for example, to enable detection of the change in at least one property, and thus, for example, monitoring, of the sensitive layer.
Mittels der Detektion der Eigenschaftsänderung der sensitiven Schicht kann dabei bspw. auf die Anwesenheit eines z.B. unerwünschten Stoffes in der Anordnung zurückgeschlossen werden.By detecting the change in properties of the sensitive layer, for example, conclusions can be drawn about the presence of, for example, an undesired substance in the arrangement.
Durch die räumliche Umschließung eines Innenraums durch die sensitive Schicht, sowie durch die beiden Elektrodenschichten ist eine dreidimensionale Überwachung möglich, welche insbesondere nicht nur durch punktuelle Messungen an diskreten Messpunkten einen Innenraum überwacht, wie bei herkömmlichen Verfahren. Dadurch ist bspw. eine deutliche bessere Qualität der Überwachung und eine verbesserte Zuverlässigkeit möglich.The spatial enclosure of an interior space by the sensitive layer, as well as by the two electrode layers, enables three-dimensional monitoring which, in particular, not only monitors an interior space through punctual measurements at discrete measuring points, as is the case with conventional methods. This enables, for example, a significantly better quality of monitoring and improved reliability.
Im Weiteren ist es durch die Schichtabfolge von erster Elektrodenschicht, sensitiver Schicht und zweiter Elektrodenschicht bspw. möglich, die Anordnung stark zu miniaturisieren, bei gleichzeitig umfangreicher Überwachungsfunktionalität. Für eine bspw. vollständige Überwachung des Innenraums kann z.B. der Innenraum ohne Fehlstellen oder Lücken durch die Elektrodenschichten und die sensitive Schicht umschlossen und damit überwacht werden, ohne dass der Einsatz einer Vielzahl diskreter Sensoren notwendig ist. Darüber hinaus können durch die Schichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung bspw. sehr dünne Schichtdicken der Anordnung realisiert werden, bspw. durch Abscheidungsprozesse, was wiederum einen geringen Platzbedarf der Anordnung ermöglicht.Furthermore, through the layer sequence of the first electrode layer, sensitive layer and second electrode layer, it is possible, for example, to greatly miniaturize the arrangement while at the same time providing extensive monitoring functionality. For a complete monitoring of the interior, for example, the interior can be enclosed without defects or gaps by the electrode layers and the sensitive layer and thus monitored without the use of a large number of discrete sensors. In addition, through the layering according to the present disclosure, for example, very thin layer thicknesses of the arrangement can be realized, for example through deposition processes, which in turn enables the arrangement to take up little space.
In anderen Worten sind bspw. im Vergleich zur Überwachung mittels einer Vielzahl herkömmlicher Sensoren, die sich an diskreten Orten einer Anordnung befinden, sehr viel kleinere Strukturen möglich, bei gleichzeitig bspw. deutlich besserer räumlicher sensorischer Abdeckung.In other words, compared to monitoring by means of a large number of conventional sensors that are located at discrete locations in an arrangement, very much smaller structures are possible, while at the same time, for example, significantly better spatial sensory coverage.
Darüber hinaus erlaubt die geschichtete Anordnung aus den Elektrodenschichten und der sensitiven Schicht ein vertikales Messprinzip. Dadurch, dass die Elektrodenschichten und die sensitive Schicht einen Innenraum der Anordnung umhüllen, erfolgt die Messung bspw. „vertikal“ bezüglich des Innenraums bzw. senkrecht zu einer Oberfläche des Innenraums. Diese Art der Messung kann messtechnische Vorteile mit sich bringen, bspw. im Vergleich zu Konzepten mit einseitigen Interdigitalstrukturen.In addition, the layered arrangement of the electrode layers and the sensitive layer allows a vertical measuring principle. Because the electrode layers and the sensitive layer envelop an interior space of the arrangement, the measurement takes place, for example, “vertically” with respect to the interior space or perpendicular to a surface of the interior space. This type of measurement can bring metrological advantages, for example compared to concepts with one-sided interdigital structures.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung besteht darin, dass bspw. im Hinblick auf eine Anwendung als eine Verkapselungsanordnung, die Sensorstruktur, bestehend aus den beiden Elektrodenschichten und der sensitiven Schicht, Teil der Verkapselung selbst sein kann. Eine derart integrierte Sensorstruktur ist bspw. vorteilhaft im Hinblick auf eine Miniaturisierung und/oder auch auf die Verkapselungseigenschaft, sowie deren Überwachung. Durch die Sensorstruktur ist bspw. der Innenraum umschlossen, sodass bspw. die Sensorstruktur selbst bereits die Verkapselungseigenschaft, z.B. im Sinne einer räumlichen Abtrennung oder Barriere, bilden kann oder zu der Verkapselung beitragen kann. Dadurch, dass die Sensorstruktur Teil der Verkapselungsanordnung sein kann, ermöglichen Konzepte gemäß der vorliegenden Offenbarung, die Verkapselung bzw. Verkapselungsanordnung unmittelbar zu überwachen, bspw. im Sinne einer selbstüberwachten Verkapselungsanordnung.Another aspect of the present disclosure consists in the fact that, for example with regard to an application as an encapsulation arrangement, the sensor structure, consisting of the two electrode layers and the sensitive layer, can be part of the encapsulation itself. Such an integrated sensor structure is, for example, advantageous with regard to miniaturization and / or also to the encapsulation property, as well as its monitoring. The interior space is enclosed by the sensor structure, for example, so that, for example, the sensor structure itself can already form the encapsulation property, e.g. in the sense of a spatial separation or barrier, or can contribute to the encapsulation. Because the sensor structure can be part of the encapsulation arrangement, concepts according to the present disclosure make it possible to monitor the encapsulation or encapsulation arrangement directly, for example in the sense of a self-monitored encapsulation arrangement.
Dadurch ist es bspw. möglich, etwaige Beschädigungen an der Verkapselung oder Veränderungen innerhalb der Anordnungen zu detektieren, insbesondere im Gegensatz zu Ansätzen bei denen bspw. die Sensorstruktur nicht Teil der Verkapselung ist und damit auf den Zustand einer Verkapselung nur indirekt geschlossen werden kann. Durch die Integration der Sensorstruktur kann eine solche Verkapselungsanordnung darüber hinaus mit geringem Bauraumbedarf realisiert werden.This makes it possible, for example, to detect any damage to the encapsulation or changes within the arrangements, in particular in contrast to approaches in which, for example, the sensor structure is not part of the encapsulation and thus the state of an encapsulation can only be inferred indirectly. As a result of the integration of the sensor structure, such an encapsulation arrangement can moreover be implemented with little space requirement.
Weiterhin wurde erkannt, dass sowohl die Elektrodenschichten als auch die dazwischenliegende sensitive Schicht in vielen Fällen sehr effizient und kostengünstig herstellbar sind. Dies gilt insbesondere, wenn von einer Strukturierung der einzelnen Schichten ganz oder zumindest großenteils (zum Beispiel in den meisten Bereichen) abgesehen wird. Die Elektrodenschichten und die sensitive Schicht können somit kosteneffizient auf ein Objekt (zum Beispiel eine Implantat-Schaltung) aufgebracht werden, und das Objekt dann (beispielsweise bei isotroper Aufbringung bzw. Abscheidung) vollständig oder fast vollständig umschließen. Insofern können sich bei Beispielen die Schichten (Elektrodenschichten und sensitive Schicht) beim Herstellungsprozess auch gut an die Form des Objekts „anschmiegen“ bzw. anpassen, was eine sehr effiziente Herstellung, bei guter Überwachungsfunktionalität ermöglicht.It was also recognized that both the electrode layers and the sensitive layer in between can in many cases be produced very efficiently and inexpensively. This is especially true if there is a structuring of the individual layers are entirely or at least largely (for example in most areas) disregarded. The electrode layers and the sensitive layer can thus be applied cost-effectively to an object (for example an implant circuit) and then completely or almost completely enclose the object (for example in the case of isotropic application or deposition). In this respect, in examples, the layers (electrode layers and sensitive layer) can also “nestle” or adapt well to the shape of the object during the production process, which enables very efficient production with good monitoring functionality.
In anderen Worten besteht die Idee eines Beispiels der vorliegenden Offenbarung darin, eine dreidimensionale Sensorstruktur bestehend aus zwei Elektrodenschichten und einer dazwischen liegenden sensitiven Schicht zur Überwachung eines Innenraums zu schaffen. Durch die umhüllende Anordnung der Sensorstruktur kann bspw. eine großflächige, z.B. allumfassende, und messtechnisch günstige Überwachung des Innenraums der Anordnung oder einer Verkapselungsanordnung, von welcher die Sensorstruktur ein Bestandteil sein kann, stattfinden. Darüber hinaus ist durch den dreidimensionalen Schichtaufbau der Sensorstruktur eine Miniaturisierung und eine effiziente Herstellung einer solchen Anordnung möglich.In other words, the idea of an example of the present disclosure is to create a three-dimensional sensor structure consisting of two electrode layers and a sensitive layer in between for monitoring an interior space. The enveloping arrangement of the sensor structure enables, for example, a large-area, e.g. all-encompassing, and metrologically favorable monitoring of the interior of the arrangement or of an encapsulation arrangement of which the sensor structure can be a component. In addition, the three-dimensional layer structure of the sensor structure enables miniaturization and efficient production of such an arrangement.
Somit kann bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ein guter Kompromiss zwischen Komplexität, Herstellungsaufwand und Überwachungsfunktionalität erzielt werden.Thus, in examples according to the present disclosure, a good compromise can be achieved between complexity, manufacturing effort and monitoring functionality.
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung weisen eine Schicht, bspw. eine Polymerschicht, innerhalb des durch die Elektrodenschichten und die sensitive Schicht umschlossenen Innenraums auf, die zur Homogenisierung und/oder elektrischen Isolation des durch die Elektrodenschichten und die sensitive Schicht umschlossenen Innenraums ausgelegt ist.Examples according to the present disclosure have a layer, for example a polymer layer, within the interior space enclosed by the electrode layers and the sensitive layer, which is designed for homogenization and / or electrical insulation of the interior space enclosed by the electrode layers and the sensitive layer.
Insbesondere im Hinblick auf eine Miniaturisierung und eine Überwachungsfunktion der Anordnung ist es bspw. vorteilhaft, einen umschlossenen Innenraum der Anordnung, oder z.B. insbesondere ein umschlossenes Objekt, mit einer zusätzlichen Homogenisierungsschicht zu versehen, sodass bspw. eine gleichmäßige Oberfläche mit definierten Eigenschaften (beispielsweise mit ausreichenden Mindest-Krümmungsradien und ohne schwer beschichtbare Hohlräume) geschaffen werden kann, auf der bspw. die Elektrodenschichten sowie die sensitive Schicht z.B. mit einer sehr geringen Anzahl Fehlstellen bei bspw. gleichzeitig kleinen Schichtdicken und/oder bspw. besonders gleichmäßig aufgebracht werden können.In particular with regard to miniaturization and a monitoring function of the arrangement, it is e.g. Minimum radii of curvature and without cavities that are difficult to coat) can be created on which, for example, the electrode layers and the sensitive layer, for example with a very small number of imperfections with, for example, simultaneously small layer thicknesses and / or, for example, can be applied particularly uniformly.
Bei Beispielen ist eine Schicht zur elektrischen Isolation des Innenraums, oder bspw. insbesondere eines umschlossenen Objekts ausgelegt, um unerwünschte elektrische Einflüsse (beispielsweise einer oder beider Elektrodenschichten oder auch einer äußeren Umgebung) auf den Innenraum der Anordnung, oder bspw. ein umschlossenes Objekt zu verhindern bzw. zu erschweren.In examples, a layer is designed to electrically isolate the interior, or for example, in particular an enclosed object, in order to prevent undesired electrical influences (for example one or both electrode layers or also an external environment) on the interior of the arrangement or, for example, an enclosed object or to make it more difficult.
Bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung weist die Schicht, die dazu ausgelegt ist, den Innenraum der Anordnung bzw. ein umschlossenes Objekt gegen unerwünschte elektrische Einflüsse zu isolieren, Elemente auf, die bspw. für ein Auslesen eines Überwachungsergebnisses, oder zur Auswertung einer Messung zumindest einer Eigenschaft der sensitiven Schicht, also für erwünschte elektrische Wechselwirkungen, ausgelegt sind. Die Elemente können bspw. in Form einer elektrischen Leitung ausgeführt sein. Dementsprechend ist bei Beispielen die Schicht, die zur elektrischen Isolation ausgelegt ist, nicht als hermetische Isolationsschicht zu verstehen, sondern lediglich als Isolationsschicht, die dazu ausgelegt ist, unerwünschte elektrische Einflüsse zu unterbinden, bzw. zu erschweren.In examples according to the present disclosure, the layer, which is designed to isolate the interior of the arrangement or an enclosed object against undesired electrical influences, has elements which, for example, for reading out a monitoring result or for evaluating a measurement at least one Property of the sensitive layer, so for desired electrical interactions, are designed. The elements can, for example, be designed in the form of an electrical line. Accordingly, in examples, the layer that is designed for electrical insulation is not to be understood as a hermetic insulation layer, but merely as an insulation layer that is designed to prevent or make more difficult undesired electrical influences.
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung weisen eine Barriereschicht auf, die bspw. eine Äußere der Elektrodenschichten umschließt und/oder die sensitive Schicht umschließt. Beispielsweise könnte diese Schicht aber auch gleichzeitig eine Äußere der Elektrodenschichten sein. Die Barriereschicht, z.B. eine hermetische Schicht bzw. hermetisch dichte Schicht, ist bspw. dazu ausgelegt, um das Eindringen von zumindest einem, z.B. unerwünschten, Stoff in einen Innenraum der Anordnung zu erschweren oder zu verhindern. Die Barriereschicht kann bspw. ebenso dazu ausgelegt sein, die Anordnung und die Umgebung der Anordnung gegeneinander elektrisch zu isolieren. Die Barriereschicht kann dabei insbesondere im Hinblick auf eine Miniaturisierung bspw. durch Abscheidungsprozesse von bspw. Metallen, Keramiken oder Schichtfolgen dieser Materialien aufgebaut sein.Examples according to the present disclosure have a barrier layer which, for example, encloses an exterior of the electrode layers and / or encloses the sensitive layer. For example, this layer could also be an exterior of the electrode layers at the same time. The barrier layer, for example a hermetic layer or hermetically sealed layer, is designed, for example, to make it more difficult or to prevent the penetration of at least one, for example undesired, substance into an interior space of the arrangement. The barrier layer can, for example, also be designed to electrically isolate the arrangement and the surroundings of the arrangement from one another. The barrier layer can be built up in particular with a view to miniaturization, for example by deposition processes of, for example, metals, ceramics or layer sequences of these materials.
Weiterhin umfassen Beispiele der vorliegenden Offenbarung eine Sensorstruktur, bspw. eine allumschließende Sensorstruktur z.B. zur Feuchtedetektion, die sich innerhalb einer Barriereschicht, z.B. einer Verkapselung befindet. Dadurch kann eine solche Anordnung bspw. unmittelbar ein Versagen einer solchen Barriereschicht detektieren.Furthermore, examples of the present disclosure include a sensor structure, for example an all-encompassing sensor structure, for example for moisture detection, which is located within a barrier layer, for example an encapsulation. As a result, such an arrangement can, for example, immediately detect a failure of such a barrier layer.
Durch eine Kombination einer Barriereschicht und der Sensorstruktur kann bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Verkapselungsanordnung geschaffen werden, welche neben der Verkapselungs- und Barriereeigenschaft dazu ausgelegt ist, die Verkapselung bzw. die Barriereschicht zu überwachen. Durch eine Anordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist eine Überwachung der Barriereschicht bspw. derart möglich, dass ein Versagen der Barriereschicht über nahezu die komplette, oder bspw. auch die komplette Fläche der Barriereschicht erkannt werden kann. Die Barriereschicht kann dabei insbesondere unmittelbar, bspw. mit einer geringen Anzahl Fehlstellen oder lückenlos auf eine darunter liegende Schicht oder bspw. die Sensorstruktur aufgebracht sein. In andern Worten umfassen Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung Verkapselungsanordnungen mit Barriereschichten, die sich durch die Sensorstruktur selbst überwachen.By combining a barrier layer and the sensor structure, in examples according to the present disclosure, an encapsulation arrangement can be created which, in addition to the encapsulation and barrier properties, is designed to include the encapsulation or the barrier monitor shift. An arrangement according to the present disclosure enables the barrier layer to be monitored, for example, in such a way that a failure of the barrier layer can be detected over almost the entire or, for example, the entire surface of the barrier layer. The barrier layer can in particular be applied directly, for example with a small number of imperfections or without gaps, to an underlying layer or, for example, the sensor structure. In other words, examples according to the present disclosure include encapsulation arrangements with barrier layers that monitor themselves through the sensor structure.
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung umfassen zumindest eine Schicht, die zur Kompatibilität der Anordnung mit ihrer Anwendungsumgebung dient. Diese Schicht kann bspw. formgebend sein, sodass die Anordnung bspw. eine für eine bestimmte Anwendung oder bspw. für einen bestimmten Anwendungsort günstige äußere Form aufweist. Die Schicht kann bspw. aus Silikon oder Polymer bestehen und insbesondere z.B. aus einem Material gefertigt sein welches bspw. im Hinblick auf eine medizinische Anwendung Bioverträglichkeit herstellen kann. Die Schicht kann bspw. in einem Au-ßenbereich der Anordnung z.B. die äußere der Elektrodenschichten umschließend oder eine oder mehrere Barriereschichten umschließend, angeordnet sein.Examples in accordance with the present disclosure include at least one layer that is used to make the arrangement compatible with its application environment. This layer can be shaping, for example, so that the arrangement has, for example, an external shape that is favorable for a specific application or, for example, for a specific application site. The layer can consist, for example, of silicone or polymer and in particular, for example, be made of a material which, for example, can produce biocompatibility with regard to a medical application. The layer can, for example, be arranged in an outer region of the arrangement, e.g., surrounding the outer electrode layers or surrounding one or more barrier layers.
Eine solche Schicht ermöglicht bspw. im Hinblick auf Implantatanwendungen eine gute Verträglichkeit des Implantats und mindert bspw. das Risiko von Komplikationen.Such a layer enables the implant to be well tolerated, for example with regard to implant applications, and reduces the risk of complications, for example.
Bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung umschließt die Anordnung ein Objekt, das Objekt wird bspw. durch die Anordnung verkapselt. Die Anordnung ist bei Beispielen ferner dazu ausgelegt, einen Raumbereich um das umschlossene Objekt herum in zumindest 3 paarweise zueinander orthogonalen Raumrichtungen zu überwachen. Die Überwachung kann dabei bspw. in drei bzw. sechs Raumrichtungen, z.B. in eine x-Richtung, eine y-Richtung und eine z-Richtung, bzw. bspw. in eine zu einer Substratoberfläche einer integrierten Schaltung, bspw. eines umschlossenen Objekts, orthogonale Raumrichtung und 2 zu der Substratoberfläche parallele Raumrichtungen, oder bspw. sogar in alle Raumrichtungen erfolgen.In examples according to the present disclosure, the arrangement encloses an object, the object is encapsulated by the arrangement, for example. In examples, the arrangement is also designed to monitor a spatial area around the enclosed object in at least 3 spatial directions that are orthogonal to one another in pairs. The monitoring can for example be in three or six spatial directions, for example in an x direction, a y direction and a z direction, or for example in an orthogonal to a substrate surface of an integrated circuit, for example an enclosed object Spatial direction and 2 spatial directions parallel to the substrate surface, or, for example, even take place in all spatial directions.
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung beziehen sich dabei auch auf ein System bestehend aus der Anordnung und einem Objekt. Bei Beispielen kann die Überwachung des Objekts durch eine Überwachung der sensitiven Schicht, welche das Objekt umschließt, erfolgen. Die räumliche Überwachung des Objekts kann dabei durch eine Überwachung zumindest einer Eigenschaft der sensitiven Schicht erfolgen, sodass durch eine Detektion einer Eigenschaftsänderung, bspw. mit Hilfe der Elektrodenschichten, ein dreidimensionaler Raumbereich um das Objekt herum, bspw. der Raumbereich, der die sensitive Schicht beinhaltet, z.B. bzgl. eines unerwünschten Stoffes, der eine Eigenschaftsänderung der sensitiven Schicht bedingt, überwacht werden kann.Examples according to the present disclosure also relate to a system consisting of the arrangement and an object. In examples, the object can be monitored by monitoring the sensitive layer that encloses the object. The spatial monitoring of the object can take place by monitoring at least one property of the sensitive layer, so that a three-dimensional spatial area around the object, for example the spatial area that contains the sensitive layer, by detecting a property change, for example with the help of the electrode layers , for example with regard to an undesired substance that causes a change in the properties of the sensitive layer, can be monitored.
Die Überwachung des umschlossenen Objekts kann bspw. derart erfolgen, dass eine Überwachung des Objekts zu zumindest 80 Prozent, bevorzugt zu zumindest 90 Prozent, bspw. auch zu 100 Prozent, bspw. bezüglich der Fläche (bzw. Oberfläche) eines Innenraums der Anordnung oder bspw. bezüglich der Oberfläche des umschlossenen Objekts, ermöglicht wird.The enclosed object can be monitored, for example, in such a way that the object is monitored to at least 80 percent, preferably at least 90 percent, for example also 100 percent, for example with regard to the area (or surface) of an interior of the arrangement or, for example with respect to the surface of the enclosed object.
Durch die Überwachung kann bspw. ein Eindringen eines unerwünschten Stoffes zu dem umschlossenen Objekt hin aus allen Raumrichtungen oder zumindest aus drei paarweise orthogonalen Raumrichtungen her detektiert werden.By monitoring, for example, penetration of an undesired substance towards the enclosed object can be detected from all spatial directions or at least from three spatial directions orthogonal in pairs.
Dadurch ist bspw. eine großflächige oder allumfassende Überwachung eines Objektes, welches bspw. durch die Anordnung in alle Raumrichtungen verkapselt ist, möglich.This enables, for example, a large-area or all-encompassing monitoring of an object which, for example, is encapsulated in all spatial directions by the arrangement.
Durch den Aufbau ist es dabei bspw. möglich, durch die Umhüllung des Innenraums und bspw. auch den geschichteten Aufbau der Sensorstruktur, z.B. um ein zu überwachendes Objekt herum, ein Eindringen eines unerwünschten Stoffes frühzeitig zu erkennen, um Gegenmaßnahmen rechtzeitig ergreifen zu können, bspw. ein überwachtes Objekt rechtzeitig abzuschalten, oder bspw. im Falle eines Implantats dieses zu explantieren, bevor Schäden entstehen können.The structure makes it possible, for example, through the encasing of the interior space and, for example, the layered structure of the sensor structure, e.g. around an object to be monitored, to detect the penetration of an undesired substance at an early stage in order to be able to take countermeasures in good time, e.g. . To switch off a monitored object in good time, or, for example, in the case of an implant, to remove it before damage can occur.
Bei Beispielen umschließt die Anordnung das Objekt, den Konturen des Objekts folgend, unmittelbar, bspw. an die Konturen des Objekts angepasst. Dadurch kann bspw. das Objekt komplett, also z.B. zu 100 Prozent bezüglich einer räumlichen Fläche um das Objekt herum, bspw. komplett nur mit Ausnahme von Bereichen, die für Elemente zur Signalübertragung notwendig sind, überwacht werden. Durch das unmittelbare Umschließen des Objekts kann bspw. darüber hinaus die Überwachung direkt am Objekt selbst erfolgen, im Gegensatz zu Ansätzen, bei denen die Überwachungsvorrichtung vom Objekt getrennt angeordnet ist. Im Weiteren ergeben sich bspw. fertigungstechnische Vorteile, indem bspw. Schichten der Anordnung durch Abscheidungsprozesse auf das Objekt aufgetragen werden können. Darüber hinaus kann bspw. durch die unmittelbare Umschließung eines Objekts mit der Anordnung ein sehr geringer Bauraumbedarf für bspw. das Gesamtsystem aus Anordnung und Objekt ermöglicht werden.In examples, the arrangement encloses the object, following the contours of the object, directly, for example adapted to the contours of the object. As a result, for example, the object can be monitored completely, for example 100 percent with regard to a spatial area around the object, for example completely only with the exception of areas that are necessary for elements for signal transmission. By immediately enclosing the object, for example, monitoring can also take place directly on the object itself, in contrast to approaches in which the monitoring device is arranged separately from the object. Furthermore, there are, for example, manufacturing-related advantages in that, for example, layers of the arrangement can be applied to the object by deposition processes. In addition, for example, by immediately enclosing an object with the arrangement, a very small space requirement for For example, the entire system of arrangement and object can be made possible.
Bei Beispielen ist das umschlossene Objekt dazu ausgelegt ist, ein Überwachungsergebnis in Abhängigkeit von zumindest einer Eigenschaft einer sensitiven Schicht (bzw. der oben erwähnten sensitiven Schicht) auszulesen und telemetrisch zu übertragen. Dadurch kann bspw. ein Eindringen eines unerwünschten Stoffes in die Anordnung, welche das Objekt umhüllt bzw. umschließt, kommuniziert werden, sodass bspw. eine Abschaltung des Objekts, oder ein Entfernen des Objekts möglich ist, bevor bspw. Schäden durch einen eingedrungenen Stoff am Objekt entstehen können. Dadurch bietet die vorliegende Offenbarung ein Konzept, welches eine frühzeitige Reaktion auf ein Überwachungsereignis ermöglicht. Darüber hinaus bietet bspw. eine Integration einer Schaltung zum Auslesen und zum Übertragen eines Überwachungsergebnisses in dem umschlossenen Objekt die Möglichkeit, die Anordnung mit sehr geringem Bauraumbedarf zu realisieren, da bspw. keine zusätzliche Schaltung außerhalb des Objekts notwendig ist, da die Überwachungsfunktionalität bspw. auf einem Chip des Objekts mitintegriert sein kann.In examples, the enclosed object is designed to read out a monitoring result as a function of at least one property of a sensitive layer (or the above-mentioned sensitive layer) and to transmit it telemetrically. In this way, for example, the penetration of an undesired substance into the arrangement that envelops or encloses the object can be communicated, so that, for example, the object can be switched off or the object can be removed before, for example, damage to the object due to a penetrated substance can arise. As a result, the present disclosure offers a concept which enables an early response to a monitoring event. In addition, for example, the integration of a circuit for reading out and transmitting a monitoring result in the enclosed object offers the possibility of realizing the arrangement with very little installation space requirement, since, for example, no additional circuit is necessary outside the object, since the monitoring functionality is, for example, on can also be integrated into a chip of the object.
Bei Beispielen handelt es sich bei dem zu überwachenden Objekt um ein Implantat, welches durch die Anordnung verkapselt ist. Mit Hilfe der Anordnung im Sinne einer Implantatverkapselung können bspw. medizinische Implantate umfassend überwacht werden, z.B. bezüglich eines Eindringens von Feuchtigkeit in die Verkapselung. Durch eine solche Anordnung kann die Sicherheit von Implantaten erhöht werden. Insbesondere kann bspw. eine Explantation oder bspw. ein Austausch mit einem neuen Implantat frühzeitig geplant werden, da bspw. unerwünschte Feuchtigkeit in einer sensitiven Schicht detektiert werden kann, und zwar bspw. in alle Raumrichtungen um das Implantat herum, also bspw. allumfassend bzw. komplett um das Objekt herum, und z.B. insbesondere bevor das Implantat selbst bereits Feuchtigkeit ausgesetzt ist und möglicherweise Schäden nimmt. Bei Beispielen ist eine Miniaturisierung der Implantatverkapselungen möglich, da aufgrund der offenbarten Schichtstruktur eine bspw. umfassende Überwachung eines Implantats mit geringen Schichtdicken der Anordnung, bspw. aus Abscheidungsprozessen, möglich ist, sodass entsprechend den Konzepten der vorliegenden Offenbarung Anwendungsfelder für Implantate eröffnet werden könnten, für die bisherige Ansätze einen zu großen Bauraum beanspruchen und/oder eine Überwachung nicht in ausreichendem Maße gegeben ist.In examples, the object to be monitored is an implant which is encapsulated by the arrangement. With the aid of the arrangement in the sense of an implant encapsulation, medical implants, for example, can be comprehensively monitored, e.g. with regard to the ingress of moisture into the encapsulation. Such an arrangement can increase the safety of implants. In particular, for example, an explantation or, for example, an exchange with a new implant can be planned at an early stage, since, for example, unwanted moisture in a sensitive layer can be detected, for example in all spatial directions around the implant, i.e. for example all-encompassing or completely around the object and, for example, especially before the implant itself is already exposed to moisture and may be damaged. In examples, a miniaturization of the implant encapsulation is possible, since the disclosed layer structure enables, for example, comprehensive monitoring of an implant with small layer thicknesses of the arrangement, for example from deposition processes, so that fields of application for implants could be opened up in accordance with the concepts of the present disclosure for the previous approaches take up too much space and / or monitoring is insufficient.
Bei Beispielen ist zumindest eine der Schichten der Anordnung isotrop, bspw. durch einen (isotropen) Abscheidungsprozess auf ein Objekt, oder auf eine andere Schicht der Anordnung, aufgebracht. Durch isotrope Schichten können bspw. günstige Messbedingungen, z.B. insbesondere zur Messung in alle Raumrichtungen, ermöglicht werden. Durch eine bspw. homogene räumliche Struktur der Schichten kann bspw. in alle Richtungen um das Objekt herum eine aussagekräftige Messung durchgeführt werden, bspw. durch die Homogenität der Eigenschaften der Schichten und der dementsprechend bspw. einfacher auswertbaren Messung, welche bspw. nicht von großen Varianzen oder einer Richtungsabhängigkeit der Materialeigenschaften beeinträchtigt ist. Durch eine isotrope Aufbringung der Schichten kann im Übrigen eine gleichmäßige Schichtdicke erreicht werden.In examples, at least one of the layers of the arrangement is applied isotropically, for example by an (isotropic) deposition process on an object or on another layer of the arrangement. Isotropic layers can be used, for example, to enable favorable measurement conditions, e.g. in particular for measurements in all spatial directions. With a homogeneous spatial structure of the layers, for example, a meaningful measurement can be carried out in all directions around the object, for example through the homogeneity of the properties of the layers and the corresponding, for example, easier evaluable measurement, which, for example, does not have large variances or a directional dependence of the material properties is impaired. Furthermore, an even layer thickness can be achieved by isotropic application of the layers.
Bei Beispielen ist zumindest eine der Schichten der Anordnung eine durch einen Abscheidungsprozess, bspw. durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder eine Atomlagenabscheidung (ALD), auf ein Objekt, oder auf eine Schicht der Anordnung abgeschiedene Schicht. Dadurch können bspw. sehr geringe Schichtdicken erzielt werden, wodurch die Anordnung stark miniaturisiert werden kann, was bspw. insbesondere im Hinblick auf Implantate zu weniger invasiven Eingriffen und bspw. besserer Verträglichkeit führen kann. Im Weiteren sind damit bspw. auch sehr gut definierte Schichtdicken möglich, um dadurch bspw. optimale und bspw. vor allem möglichst genau bekannte Schichtdicken für eine Messung bspw. der kapazitiven oder resistiven Eigenschaften der sensitiven Schicht mit Hilfe der Elektrodenschichten zu generieren.In examples, at least one of the layers of the arrangement is a layer deposited on an object or on a layer of the arrangement by a deposition process, for example by chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition (ALD). In this way, for example, very small layer thicknesses can be achieved, as a result of which the arrangement can be greatly miniaturized, which can lead to less invasive interventions and, for example, better compatibility, in particular with regard to implants. In addition, very well-defined layer thicknesses are also possible, for example, in order to generate, for example, optimal and, for example, above all as precisely known layer thicknesses as possible for a measurement, for example, of the capacitive or resistive properties of the sensitive layer with the aid of the electrode layers.
Bei Beispielen weisen die Elektrodenschichten der Anordnung eine Dicke von weniger als 10 µm auf. Bei Beispielen weist die sensitive Schicht der Anordnung eine Dicke von weniger als 25 µm auf. Beispiele der vorliegenden Offenbarung ermöglichen durch geringe Schichtdicken eine starke Miniaturisierung der Anordnung, sodass bspw. neue Aufgabenfelder eröffnet werden können, z.B. Implantate die zwar bspw. umfassend überwacht werden müssen, aber deren Überwachung und Verkapselung bisher zu zu großen Dimensionierungen für ihr Anwendungsgebiet geführt haben.In examples, the electrode layers of the arrangement have a thickness of less than 10 μm. In examples, the sensitive layer of the arrangement has a thickness of less than 25 μm. Examples of the present disclosure enable a high degree of miniaturization of the arrangement through small layer thicknesses, so that, for example, new fields of application can be opened up, e.g. implants which, for example, have to be comprehensively monitored, but their monitoring and encapsulation have so far led to large dimensions for their area of application.
Bei Beispielen handelt es sich bei der sensitiven Schicht um eine feuchtesensitive Schicht. Durch eine feuchtesensitive Schicht kann bspw. insbesondere bei Implantaten ein Versagen einer Barriereschicht, oder bspw. einer hermetischen (bzw. im unbeschädigten Zustand hermetisch dichten) Schicht des Implantats detektiert werden, sodass bspw. rechtzeitig Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können.In examples, the sensitive layer is a moisture-sensitive layer. A moisture-sensitive layer can, for example, particularly in the case of implants, detect a failure of a barrier layer or, for example, a hermetic (or, in the undamaged state, hermetically sealed) layer of the implant, so that countermeasures can be initiated in good time, for example.
Bei Beispielen ist die Anordnung zur Verkapselung von Elektronik, bspw. Mikro-, oder Nanoelektronik, z.B. integrierte Schaltungen oder z.B. Sensoren, in rauer Umgebung, bspw. in korrosiven Medien, ausgelegt.In examples, the arrangement is for the encapsulation of electronics, for example microelectrics or nanoelectrics ronics, e.g. integrated circuits or e.g. sensors, in a harsh environment, e.g. in corrosive media.
Bei der Verkapselung von Elektronik ermöglicht eine Anordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung bspw. die Mitnutzung der umschlossenen Hardware, um bspw. eine telemetrische Übertragung des Überwachungsergebnisses zu ermöglichen. Durch den dreidimensionalen Schichtaufbau der Anordnung bietet die Anordnung bspw. Vorteile für die Verkapselung und Überwachung eines Objekts in rauer Umgebung, insbesondere da ein solches Objekt bspw. durch die Sensorstruktur, bestehend aus den Elektrodenschichten und der sensitiven Schicht, dreidimensional verkapselt und damit bspw. geschützt ist.In the case of the encapsulation of electronics, an arrangement according to the present disclosure enables, for example, the shared hardware to be used in order, for example, to enable telemetric transmission of the monitoring result. Due to the three-dimensional layer structure of the arrangement, the arrangement offers, for example, advantages for the encapsulation and monitoring of an object in a harsh environment, especially since such an object is three-dimensionally encapsulated and thus protected, for example by the sensor structure consisting of the electrode layers and the sensitive layer is.
Bei Vorliegen einer rauen Umgebung könnte ein Versagen einer Barriereschicht, welche bspw. die Sensorstruktur umhüllt, z.B. nicht verhindert werden, sodass eine Überwachung im Hinblick auf den Zeitpunkt des Versagens unabdingbar sein kann. Durch die Anordnung kann eine solche Barriereschicht bspw. komplett, z.B. bezüglich der Fläche im Innern der Barriereschicht, überwacht werden, was bspw. insbesondere bei stark korrosiven Umgebungen von Vorteil ist, da ein Versagen einer Barriereschicht an einem beliebigen Ort der Barriereschicht möglich sein kann.In the presence of a harsh environment, a failure of a barrier layer which, for example, envelops the sensor structure, could not be prevented, so that monitoring with regard to the point in time of failure can be indispensable. Due to the arrangement, such a barrier layer can be monitored completely, e.g. with regard to the area inside the barrier layer, which is particularly advantageous, for example, in highly corrosive environments, since a failure of a barrier layer can be possible at any location on the barrier layer.
Bei Beispielen ist die Anordnung als Siegelschicht, oder als Siegelschichtenstapel für den Schutz eines Objekts vor unerlaubtem Zugriff ausgelegt. Durch die Anordnung ist bspw. eine Verkapselung eines Objekts möglich, sodass bspw. jedwedes Eindringen in den Messbereich der Anordnung, also bspw. in die sensitive Schicht, die das Objekt umhüllt, erkannt werden kann. Somit können beispielsweise auch sicherheitskritische Elemente mit einer entsprechend der Offenbarung aufgebauten Anordnung geschützt werden.In examples, the arrangement is designed as a sealing layer or as a sealing layer stack for protecting an object from unauthorized access. The arrangement enables an object to be encapsulated, for example, so that, for example, any penetration into the measurement area of the arrangement, that is to say, for example, into the sensitive layer that envelops the object, can be detected. Thus, for example, safety-critical elements can also be protected with an arrangement constructed in accordance with the disclosure.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf ein Verfahren zur Überwachung eines Objekts, zum Beispiel zur Überwachung eines Implantats, bspw. zur allumschließenden Feuchteüberwachung innerhalb einer Implantatverkapselung, oder bspw. zur Überwachung einer Verkapselung eines elektrischen Bauteils, oder bspw. zur Überwachung eines zugriffsbeschränkten Objektes. Die Überwachung kann bspw. bezüglich Feuchtigkeit oder bezüglich eines Zugriffs erfolgen.Examples of the present disclosure relate to a method for monitoring an object, for example for monitoring an implant, for example for all-encompassing moisture monitoring within an implant encapsulation, or for example for monitoring an encapsulation of an electrical component, or for example for monitoring an object with restricted access. The monitoring can take place, for example, with regard to moisture or with regard to access.
Das Verfahren umfasst ein Auswerten eines Überwachungsergebnisses in Abhängigkeit von zumindest einer Eigenschaft, bspw. einer resistiven oder einer kapazitiven Eigenschaft, einer sensitiven Schicht. Die sensitive Schicht kann bspw. dazu ausgelegt sein, ihre elektrischen Eigenschaften in Anwesenheit eines bspw. unerwünschten Stoffes zu ändern. Die sensitive Schicht ist dabei zwischen einer ersten Elektrodenschicht und einer zweiten Elektrodenschicht angeordnet. Die sensitive Schicht umschließt einen Innenraum der Anordnung zu zumindest 80 Prozent, vorzugsweise zu zumindest 90 Prozent, oder bspw. komplett bzw. auf allen Seiten, bspw. im Sinne einer geschlossenen Hülle, z.B. im Hinblick auf die Fläche.The method includes evaluating a monitoring result as a function of at least one property, for example a resistive or a capacitive property, of a sensitive layer. The sensitive layer can, for example, be designed to change its electrical properties in the presence of an undesired substance, for example. The sensitive layer is arranged between a first electrode layer and a second electrode layer. The sensitive layer encloses an interior space of the arrangement to at least 80 percent, preferably to at least 90 percent, or for example completely or on all sides, for example in the sense of a closed shell, for example with regard to the surface.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen damit ein Verfahren, mit dem bspw. durch die Auswertung zumindest einer Eigenschaft einer sensitiven Schicht ein Objekt, bzw. ein das Objekt umgebender Raum, der von einer sensitiven Schicht ausgefüllt ist, bspw. dreidimensional und/oder flächendeckend überwacht werden kann. Ein solches Verfahren kann bspw. dazu ausgelegt sein, eine allumfassende Überwachung zu ermöglichen, also z.B. in alle Raumrichtungen um das Objekt herum, bzw. bspw. zumindest des Bereichs um das Objekt herum, in dem sich die sensitive Schicht befindet, die bspw. aber das gesamte Objekt ganzheitlich dreidimensional und ohne bzw. nur mit einer geringen Zahl Fehlstellen umgeben kann. Damit bietet ein solches Verfahren bspw. gegenüber anderen Verfahren, welche auf eine Auswertung einer Vielzahl punktueller Sensoren angewiesen sind, deutliche Vorteile, insbesondere bspw. im Hinblick auf den schaltungstechnischen und technologischen Aufwand und die Qualität der Überwachung.Examples of the present disclosure thus create a method with which, for example, by evaluating at least one property of a sensitive layer, an object or a space surrounding the object that is filled by a sensitive layer is monitored, for example three-dimensionally and / or area-wide can. Such a method can, for example, be designed to enable all-encompassing monitoring, for example in all spatial directions around the object, or for example at least the area around the object in which the sensitive layer is located can surround the entire object holistically in three dimensions and with no or only a small number of imperfections. Such a method thus offers clear advantages, for example over other methods which are dependent on an evaluation of a large number of point sensors, in particular, for example, with regard to the circuitry and technological complexity and the quality of the monitoring.
Bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ein telemetrisches Übertragen eines Signals, sodass eine Übertragung eines Überwachungsergebnisses, z.B. von Rohdaten einer Messung oder eines interpretierten Signals wie bspw. „undicht“ oder eines Alarms, ermöglicht wird. Das Signal kann z.B. aus Daten der Messung von zumindest einer Eigenschaft der sensitiven Schicht bestehen. Die Signalübertragung kann bspw. auch eine kontinuierliche Übertragung der Messdaten oder bspw. nur die Übertragung von Daten beim Eintreten einer signifikanten Veränderung von zumindest einer Eigenschaft der sensitiven Schicht, oder bspw. die Übertragung eines Alarmsignals z.B. auf Grundlage eines Zugriffs, bspw. eines Eindringens in einen von der sensitiven Schicht umschlossenen Innenraum, umfassen.In examples according to the present disclosure, the method comprises a telemetric transmission of a signal so that a transmission of a monitoring result, e.g. of raw data from a measurement or an interpreted signal such as, for example, “leaky” or an alarm, is enabled. The signal can consist, for example, of data from the measurement of at least one property of the sensitive layer. The signal transmission can, for example, also be a continuous transmission of the measurement data or, for example, only the transmission of data when a significant change in at least one property of the sensitive layer occurs, or, for example, the transmission of an alarm signal, e.g. on the basis of an access, e.g. an intrusion into an interior space enclosed by the sensitive layer.
Durch eine telemetrische Übertragung ermöglicht ein solches Verfahren bspw. eine frühzeitige Reaktion auf ein Überwachungsereignis, bspw. der Detektion von Feuchtigkeit in einer Implantatverkapselung. Dadurch können bspw. Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, bspw. eine Explantation eines Implantats, bevor Schäden in dem überwachten Objekt, z.B. einem Implantat, auftreten.By means of telemetric transmission, such a method enables, for example, an early response to a monitoring event, for example the detection of moisture in an implant encapsulation. In this way, for example, countermeasures can be initiated, e.g. explantation of an implant, before damage occurs in the monitored object, e.g. an implant.
Bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren, ein Abschalten eines überwachten Objekts und/oder der Überwachung auf Grundlage eines Überwachungsergebnisses, z.B. einer signifikanten Veränderung der Resistivität oder Kapazität der sensitiven Schicht.In examples according to the present disclosure, the method comprises switching off a monitored object and / or the monitoring based on a monitoring result, for example a significant change in the resistivity or capacitance of the sensitive layer.
Durch ein solches Verfahren können bspw. besonders sicherheitskritische Implantate, welche bei Defekt eine Gefahr für den Träger bedeuten, bspw. umgehend auf Grundlage der Überwachung, z.B. bei der Detektion eines bspw. unerwünschten Stoffes, abgeschaltet werden.Such a method can be used, for example, to switch off particularly safety-critical implants, which in the event of a defect pose a risk to the wearer, for example immediately on the basis of the monitoring, e.g. when an undesired substance is detected, for example.
Ganz allgemein beruhen Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung auf der Idee, Beschädigungen einer Implantatverkapselung (bspw. einer biokompatiblen, hermetischdichten Verkapselung, oder einer flexiblen Verkapselung z.B. aus Silikon oder Polymer, oder bspw. einer Verkapselung aus Multi-Schichtstapeln, bei denen dünne Schichten von Materialien mit sehr geringer Wasserdampfdurchlässigkeit in Kombination mit formgebenden Silikonen aufgetragen sind) rechtzeitig durch eine Überwachung zu detektieren. In anderen Worten, es wurde erkannt, dass eine Überwachung der Implantatverkapselung vorteilhaft (oder in manchen Fällen sogar notwendig) ist, um Beschädigungen (z.B. Beschädigungen der Verkapselung durch Korrosion oder mechanische Einflüsse) rechtzeitig detektieren zu können. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann mithilfe eines in der Verkapselung integrierten Sensors eine durch eine Defektstelle eingedrungene Feuchtigkeit innerhalb der Verkapselung detektiert werden. Somit kann, z.B. durch telemetrische Signalübertragung, der Zustand der Verkapselung erfasst und, falls notwendig, der Zeitpunkt für eine Explantation bestimmt werden, bevor es zu weiteren schwerwiegenden Verkapselungsschäden und somit zu Beeinträchtigungen der Implantat Funktionalität bzw. Gefährdung des Patienten kommen kann.In very general terms, examples according to the present disclosure are based on the idea of damage to an implant encapsulation (for example a biocompatible, hermetically sealed encapsulation, or a flexible encapsulation, for example made of silicone or polymer, or, for example, an encapsulation made of multi-layer stacks in which thin layers of materials are applied with very low water vapor permeability in combination with shaping silicones) to be detected in good time by monitoring. In other words, it was recognized that monitoring of the implant encapsulation is advantageous (or in some cases even necessary) in order to be able to detect damage (e.g. damage to the encapsulation due to corrosion or mechanical influences) in good time. According to one aspect of the disclosure, a sensor integrated in the encapsulation can be used to detect moisture that has penetrated through a defect within the encapsulation. Thus, e.g. by telemetric signal transmission, the state of the encapsulation can be recorded and, if necessary, the time for an explantation can be determined before further serious encapsulation damage and thus impairment of the implant functionality or endangerment of the patient can occur.
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung umfassen die Idee einer hermetischen Implantatverkapselung für aktive, medizinische Implantate, welche bspw. bezüglich der Hermetizität dauerhaft überwacht werden kann (bzw. können).Examples according to the present disclosure include the idea of a hermetic implant encapsulation for active, medical implants, which, for example, can (or can) be permanently monitored with regard to the hermeticity.
Dabei kann eine Sensorstruktur bspw. die komplette Implantatoberfläche umschließen. Die hermetische Verkapselung kann beispielswiese durch eine zusätzliche Schicht erreicht werden, welche bspw. wiederum die komplette Sensorstruktur umschließt.A sensor structure can enclose the entire implant surface, for example. The hermetic encapsulation can be achieved, for example, by an additional layer which, for example, in turn encloses the complete sensor structure.
Bei einem auftretenden Defekt in der hermetischen Verkapselung können bspw. eindringende Wassermoleküle mit Hilfe der Sensorstruktur detektiert werden, bspw. bevor feuchtigkeitsbedingte Schäden in der Implantatelektronik auftreten.In the event of a defect in the hermetic encapsulation, for example penetrating water molecules can be detected with the aid of the sensor structure, for example before moisture-related damage occurs in the implant electronics.
Die einzelnen Schichten der Verkapselung und Sensorstruktur sollen beispielsweise hoch isotrop auf der Oberfläche eines aktiven Implantats aufgetragen werden können. Dafür können Abscheideprozesse in der Gasphase wie CVD und ALD verwendet werden.It should be possible, for example, to apply the individual layers of the encapsulation and sensor structure to the surface of an active implant in a highly isotropic manner. For this, deposition processes in the gas phase such as CVD and ALD can be used.
Zur Homogenisierung und elektrischen Isolierung der Implantatoberfläche, kann (beispielsweise auf die Anordnung oder auf das Substrat) optional zunächst (beispielsweise bevor die innere Elektrodenschicht, die sensitive Schicht und die äußere Elektrodenschicht aufgetragen werden) eine Polymerschicht z. B. aus Parylene aufgetragen werden (so dass beispielsweise die Polymerschicht das Implantat umgibt und so dass beispielsweise die innere der Elektrodenschichten auf der Polymerschicht aufgebracht bzw. angeordnet ist).For homogenization and electrical insulation of the implant surface, (for example on the arrangement or on the substrate) optionally first (for example before the inner electrode layer, the sensitive layer and the outer electrode layer are applied) a polymer layer z. B. can be applied from parylene (so that, for example, the polymer layer surrounds the implant and so that, for example, the inner of the electrode layers is applied or arranged on the polymer layer).
Darauf können beispielsweise Schichten, bspw. Beschichtungen folgen, wodurch hintereinander eine untere Elektrode, bspw. Elektrodenschicht, eine sensitive, z.B. feuchtesensitive Schicht, eine obere Elektrode, bspw. Elektrodenschicht und bspw. zusätzlich eine hermetische Verkapselung (bzw. die hermetische Verkapselung) abgeschieden werden.This can for example be followed by layers, for example coatings, whereby a lower electrode, for example an electrode layer, a sensitive, for example moisture-sensitive layer, an upper electrode, for example an electrode layer and, for example, an additional hermetic encapsulation (or the hermetic encapsulation) are deposited one after the other .
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung bilden die Elektrodenschichten zusammen mit der eingeschlossenen z.B. feuchtesensitiven Schicht die Sensorstruktur. Durch diese dreidimensionale Sensorstruktur, welche beispielsweise das gesamte Implantat umschließen kann, kann eine ganzflächige Detektion von bspw. Wassermolekülen ohne örtliche Begrenzung ermöglicht bzw. gewährleistet werden (anders als in den Beispielen aus dem Stand der Technik).According to one aspect of the disclosure, the electrode layers together with the enclosed e.g. moisture-sensitive layer form the sensor structure. This three-dimensional sensor structure, which can enclose the entire implant, for example, enables or ensures full-area detection of, for example, water molecules without local delimitation (in contrast to the examples from the prior art).
Die Elektroden können beispielsweise aus Metallschichten bestehen. Als feuchtesensitive Schichten können beispielsweise anorganische Materialien wie ZnO oder SnO2 eingesetzt werden oder Materialien wie Epoxid (z.B. UHU Endfest 300) und/oder Silikon (z.B. Dow Corning). Diese können beispielsweise auch mit nicht-feuchtesensitiven Materialien wie Al2O3 gemischt werden, um die Empfindlichkeit auf Feuchte zu justieren. Die Verwendung von Polymeren als feuchteempfindliche Schicht ist ebenfalls möglich.The electrodes can consist of metal layers, for example. For example, inorganic materials such as ZnO or SnO 2 or materials such as epoxy (eg UHU Endfest 300) and / or silicone (eg Dow Corning) can be used as moisture-sensitive layers. These can, for example, also be mixed with non-moisture-sensitive materials such as Al 2 O 3 in order to adjust the sensitivity to moisture. The use of polymers as a moisture-sensitive layer is also possible.
Eine finale hermetische Versiegelung (beispielsweise die oben genannte finale hermetische Versiegelung oder Verkapselung) kann durch die Abscheidung von Metallen oder Keramiken bzw. Schichtfolgen dieser Materialien hergestellt werden bzw. hergestellt sein.A final hermetic seal (for example the above-mentioned final hermetic seal or encapsulation) can be produced or be produced by the deposition of metals or ceramics or layer sequences of these materials.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann beispielsweise durch die hohe Isotropie des ALD-Prozesses (z.B. der Atomlagenabscheidung bzw. des Atomlagen-Ablagerungsprozesses) kann eine komplette, defektfreie Umschließung der Implantatoberfläche mit Verkapselungsschichten (bzw. mit den oben genannten Verkapselungsschichten) gemäß der vorliegenden Offenbarung erzielt werden.According to one aspect of the invention, the high isotropy of the ALD process (e.g. the atomic layer deposition or the atomic layer deposition process) can achieve a complete, defect-free enclosure of the implant surface with encapsulation layers (or with the above-mentioned encapsulation layers) according to the present disclosure will.
Anwendungsbeispiele für Anordnungen gemäß der vorliegenden Offenbarung umfassen aktive, medizinische Implantate. In anderen Worten, Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung können in allen medizinischen Implantaten oder in allen aktiven medizinischen Implantaten zum Einsatz kommen.Application examples for arrangements according to the present disclosure include active medical implants. In other words, examples according to the present disclosure can be used in all medical implants or in all active medical implants.
Gemäß einem Aspekt können Beispiele gemäß der Offenbarung überall eingesetzt werden, wo eine hermetische Verkapselung mit Überwachungsfunktion gewünscht oder sogar benötigt wird, (z.B. als Verkapselung von Elektronik in rauen Umgebungen oder als Siegelschicht für den Schutz vor unerlaubtem Zugriff). In anderen Worten, weitere Beispiele umfassen zum Beispiel hermetische Verkapselungen mit Überwachungsfunktion, z.B. Verkapselungen von Elektronik in rauen Umgebungen oder Siegelschichten für den Schutz vor unerlaubtem Zugriff.According to one aspect, examples according to the disclosure can be used wherever a hermetic encapsulation with a monitoring function is desired or even required (e.g. as encapsulation of electronics in harsh environments or as a sealing layer for protection against unauthorized access). In other words, further examples include, for example, hermetic encapsulation with a monitoring function, e.g. encapsulation of electronics in harsh environments or sealing layers for protection against unauthorized access.
Im Übrigen sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Beispiele optional um die Folgenden noch beschriebenen Merkmale, Funktionalitäten und Details ergänzt werden können, und zwar sowohl einzeln als auch in Kombination.It should also be noted that all of the examples described above can optionally be supplemented by the features, functionalities and details described below, both individually and in combination.
FigurenlisteFigure list
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Hinsichtlich der dargestellten schematischen Figuren wird darauf hingewiesen, dass die dargestellten Funktionsblöcke sowohl als Elemente oder Merkmale der offenbarungsgemäßen Vorrichtung als auch als entsprechende Verfahrensschritte des offenbarungsgemäßen Verfahrens zu verstehen sind, und auch entsprechende Verfahrensschritte des offenbarungsgemäßen Verfahrens davon abgeleitet werden können.Examples according to the present disclosure are explained in more detail below with reference to the accompanying figures. With regard to the illustrated schematic figures, it is pointed out that the illustrated functional blocks are to be understood both as elements or features of the device according to the disclosure and as corresponding method steps of the method according to the disclosure, and that corresponding method steps of the method according to the disclosure can also be derived therefrom.
Es zeigen:
-
1 einen schematischen Querschnitt einer Anordnung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung; -
2 einen schematischen Querschnitt einer Anordnung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung mit einem umschlossenen Objekt; und -
3 einen schematischen Querschnitt einer Anordnung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung mit einem aktiven, elektronischen Implantat.
-
1 a schematic cross section of an arrangement according to an example of the present disclosure; -
2 a schematic cross section of an arrangement according to an example of the present disclosure with an enclosed object; and -
3 a schematic cross section of an arrangement according to an example of the present disclosure with an active electronic implant.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß den FigurenDetailed description of the exemplary embodiments according to the figures
Bevor nachfolgend Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.Before examples according to the present disclosure are explained in more detail below with reference to the drawings, it is pointed out that identical, functionally identical or identically acting elements, objects and / or structures in the different figures are provided with the same or similar reference symbols, so that the in Description of these elements shown in different exemplary embodiments is interchangeable or can be applied to one another.
1. Anordnung gemäß Fig. 11. Arrangement according to FIG. 1
Die sensitive Schicht 103 ist dabei z.B. dazu ausgelegt eine bspw. resistive oder kapazitive Eigenschaft in Anwesenheit eines in die Anordnung eingedrungen, z.B. unerwünschten, Stoffes zu verändern. Eine Detektion der Eigenschaftsänderung der sensitiven Schicht 103 und damit die Detektion eines eingedrungen Stoffes kann bspw. durch die beiden Elektrodenschichten 101, 102 erfolgen. So können die Elektrodenschichten 101, 102 dazu ausgelegt sein eine Messung der bspw. kapazitiven oder resistiven Eigenschaft der sensitiven Schicht 103 zu ermöglichen und somit bspw. eine Überwachung der Anordnung, oder eines Innenraums der Anordnung zu ermöglichen. Beispielsweise kann dadurch, dass die sensitive Schicht den Innenraum komplett oder zumindest nahezu komplett umschließt, das Eindringen eines (unerwünschten) Stoffes schon sehr frühzeitig erkannt werden, beispielsweise bevor der eingedrungene Stoff ein im Inneren (bzw. im Innenraum) der Anordnung befindliches System (z.B. eine elektronische Schaltung) erreicht und/oder in der Funktion beeinträchtigt.The
Im Folgenden werden weitere optionale Details und Aspekte der Anordnung 100 beschrieben, die optional auch bei anderen hierin beschriebene Anordnungen zum Einsatz kommen können.In the following, further optional details and aspects of the
Beispielsweise umschließt die sensitive Schicht 103 die zweite, innere Elektrodenschicht 102, welche wiederum beispielsweise selbst einen Innenraum der Anordnung komplett umschließt, ebenfalls komplett. Die erste, äußere Elektrodenschicht 101 umschließt wiederum beispielsweise die sensitive Schicht 103, komplett. Zwischen den Elektrodenschichten 101, 102 und der sensitiven Schicht 103 gibt es beispielsweise keine Zwischenräume oder Lücken, die Schichten folgen beispielsweise unmittelbar aufeinander.For example, the
Die beiden Elektrodenschichten 101, 102 und die dazwischen angeordnete sensitive Schicht 103 bilden beispielsweise eine dreidimensionale Sensorstruktur. Die Sensorstruktur verkapselt beispielsweise den kompletten Innenraum der Anordnung. In anderen Worten ist der Innenraum der Anordnung beispielsweise in alle Raumrichtungen umschlossen von der Sensorstruktur. Dadurch ermöglicht eine solche Anordnung eine Überwachung des Innenraums der Anordnung. Dringt bspw. ein z.B. unerwünschter Stoff in die Anordnung ein, so kann die Anwesenheit des Stoffes durch eine Eigenschaftsänderung der sensitiven Schicht 103 detektiert werden. Eine Eigenschaftsänderung kann bspw. kapazitiver oder resistiver Natur sein. Die Elektrodenschichten 101, 102 ermöglichen dabei die Detektion einer solchen Eigenschaftsänderung. Durch die dreidimensionale Sensorstruktur, welche einen Innenraum der Anordnung in alle Raumrichtungen bspw. lückenlos umschließt, kann eine ganzflächige Überwachung eines Innenraums der Anordnung ermöglicht werden. Ein Eindringen eines Stoffes kann dadurch nicht nur punktuell sondern flächig bzw. sogar aus allen Richtungen her bzw. im Bereich der ganzen Oberfläche des Innenraums oder im Bereich eines Großteils (von zum Beispiel mindestens 80%) der Oberfläche des Innenraums detektiert werden, im Vergleich zu (herkömmlichen) Konzepten, bei denen Sensoren an diskreten Stellen in einer Anordnung platziert sind.The two
Beispielsweise ermöglicht eine Anordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung eine frühzeitige Detektion eines eingedrungen Stoffes, bevor dieser z.B. in einen von der sensitiven Schicht 103 umschlossenen Innenraum vordringen kann.For example, an arrangement according to the present disclosure enables an early detection of a penetrated substance before it can penetrate into an interior space enclosed by the
Bei Beispielen kann die sensitive Schicht einen Innenraum der Anordnung zu bspw. zumindest 80 Prozent, oder bevorzugt zu zumindest 90 Prozent, bspw. im Hinblick auf die Fläche bzw. Oberfläche des Innenraums, umschließen. Bei Beispielen kann die Sensorstruktur von Elementen durchdrungen sein, welche zum Auswerten eines Überwachungsergebnisses der Sensorstruktur notwendig sind (z.B. durch ein oder mehrere Antennenelemente, oder durch ein oder mehrere elektrische oder fluidische Durchführungen oder Koppelelemente).In examples, the sensitive layer can enclose an interior space of the arrangement, for example at least 80 percent, or preferably at least 90 percent, for example with regard to the area or surface of the interior space. In examples, the sensor structure can be penetrated by elements that are necessary to evaluate a monitoring result of the sensor structure (e.g. by one or more antenna elements, or by one or more electrical or fluidic feedthroughs or coupling elements).
Bei Beispielen weisen die Elektrodenschichten 101,102 eine Dicke von weniger als 10 µm auf. Bei Beispielen weist die sensitive Schicht 103 eine Dicke von weniger als 25 µm auf. In examples, the electrode layers 101, 102 have a thickness of less than 10 μm. In examples, the
Bei Beispielen handelt es sich bei der sensitiven Schicht 103 um einen feuchtesensitive Schicht.In examples, the
Die Elektrodenschichten 101, 102 können bspw. aus Metall, die sensitive Schicht 103 bspw. aus Polymeren, oder aus anorganischen Materialien, oder bspw. aus ZnO, SnO2, Al2O3, bzw. Mischungen dieser Materialien, gefertigt sein.The electrode layers 101, 102 can, for example, be made of metal, the
Es sei darauf hingewiesen, dass alle Merkmale, Funktionalitäten und Details, die im Hinblick auf die Anordnung 100 gemäß
2. Anordnung gemäß Fig. 22. Arrangement according to FIG. 2
Die Anordnung 200 in
Bei Beispielen ist die Anordnung dazu ausgelegt, das umschlossene Objekt 202 zu überwachen (beispielsweise im Hinblick auf eine äußere Einwirkung auf das Objekt) .In examples, the arrangement is designed to monitor the enclosed object 202 (for example with regard to an external influence on the object).
Das Objekt 202 ist von einer Schicht bzw. Zwischenschicht 201 umschlossen, die dazu ausgelegt ist, die Oberfläche des Objekts 202 zu homogenisieren und/oder elektrisch zu isolieren. Durch die Schicht bzw. Zwischenschicht 201 kann eine definierte Oberfläche (bzw. eine Oberfläche mit definierten Eigenschaften, wie beispielsweise einer bestimmten Oberflächenqualität bzw. -glattheit, bestimmten Hafteigenschaften und/oder bestimmten Krümmungsradien) um das Objekt herum geschaffen werden, auf welche die weiteren Schichten, bspw. durch Abscheidungsprozesse, aufgetragen werden können. Durch eine solche Oberfläche kann bspw. ein definiertes und fehlstellenfreies oder zumindest fehlstellenarmes Aufbringen der Folgeschichten ermöglicht werden. Die Schicht bzw. Zwischenschicht 201 kann bspw. aus Polymer bestehen, bspw. aus Parylene.The
Bei Beispielen ist die Schicht bzw. Zwischenschicht 201 dazu ausgelegt, die Oberfläche des Objekts 202 gegenüber unerwünschten elektrischen Wechselwirkungen zu isolieren, wobei die Schicht 201, sowie die Sensorstruktur 101-103 ferner Elemente aufweisen können, die bspw. für ein Auslesen eines Überwachungsergebnisses, oder zur Auswertung einer Messung zumindest einer Eigenschaft der sensitiven Schicht 103, bspw. mit Hilfe der Elektrodenschichten 101, 102, notwendig sind.In examples, the layer or
Die auf die Schicht 201 folgenden Elektrodenschichten 101, 102 und die dazwischen liegende sensitive Schicht 103 sind zur Überwachung des Objekts, bzw. zur Überwachung eines Raumbereichs um das Objekt herum, bspw. eines Raumbereich um das umschlossene Objekt herum in zumindest 3 paarweise zueinander orthogonalen Raumrichtungen, ausgelegt. Dringt ein z.B. unerwünschter Stoff (zum Beispiel Wasser oder eine Körperflüssigkeit oder ein anderes Fluid) in die Anordnung ein, so kann dies durch eine Eigenschaftsänderung, bspw. kapazitiver oder resistiver Natur, der sensitiven Schicht 103 mit Hilfe der beiden Elektrodenschichten 101, 102 detektiert werden.The electrode layers 101, 102 following
Beispielsweise ist durch den Aufbau der Schichten gemäß der vorliegenden Offenbarung eine frühzeitige Detektion eines eingedrungen Stoffes möglich, bevor das Objekt 202 selbst von dem Stoff erreicht wird. Dadurch können bspw. rechtzeitig Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, bspw. eine Abschaltung des Objekts 202, oder im Falle eines durch die Anordnung verkapselten Implantats eine Explantation. Bei Beispielen können die Elektrodenschichten 101, 102, sowie die sensitive Schicht 103 durch Abscheidungsprozesse erzeugt sein, sodass eine Miniaturisierung der Anordnung möglich ist.For example, the structure of the layers according to the present disclosure enables an early detection of a penetrated substance before the
Die Barriereschicht 203, welche die erste, äußere Elektrodenschicht 101 umschließt, ist dabei dazu ausgelegt, ein Eindringen eines z.B. unerwünschten Stoffes zu verhindern oder zumindest zu erschweren. Bei Beispielen kann die erste, äußere Elektrodenschicht 101 gleichzeitig die Barriereschicht 203 sein. Durch die Anordnung kann nicht nur das Objekt 202 sondern insbesondere bspw. auch die Barriereschicht 203 (bzw. die Integrität der Barriereschicht) überwacht werden. Findet eine Eigenschaftsänderung der sensitiven Schicht 103 statt, welche von den Elektrodenschichten 101, 102 detektiert wird, so kann daraus bspw. auf eine Fehlstelle in der Barriereschicht 203 zurückgeschlossen werden (zumindest unter der Annahme, dass ein Defekt der Barriereschicht in einem angemessenen Zeitraum zu einem detektierbaren Eindringen eines detektierbaren Stoffes oder Fluids in die sensitive Schicht führt).The
Beispielsweise im Hinblick auf eine Verkapselungsanordnung ermöglicht die Anordnung eine Überwachung der Verkapselung durch die Elektrodenschichten 101, 102, sowie die dazwischen liegende sensitive Schicht 103 als Teil der Verkapselung, z.B. im Sinne einer selbstüberwachten Verkapselungsanordnung. Eine solche Überwachung hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Messung (bzw. Detektion eines eindringenden Stoffes) örtlich angrenzend sowohl zu dem zu überwachenden Objekt 202, als auch zu dessen Verkapselung und bspw. insbesondere der Barriereschicht 203, die bspw. primär dazu ausgelegt sein kann das Objekt 202 zu schützen, stattfindet. Damit können bei Beispielen zwei wichtige Komponenten einer Verkapselungsanordnung überwacht werden, nämlich (zumindest indirekt bzw. „präventiv“- durch Detektion eines in die sensitive Schicht eintretenden Stoffes) das verkapselte Objekt 202, dessen Funktion bspw. aufrecht erhalten werden soll, und die Verkapselung selbst (zumindest indirekt - indem ein durch die Verkapselung durchtretender Stoff dann in der sensitiven Schicht detektiert wird), bspw. insbesondere die Barriereschicht 203 der Verkapselung, welche für den Schutz des Objekts 202 und/oder bspw. als Schutz des Anwendungsgebietes vor dem Objekt 202 dienen kann. Die Überwachung dieser beiden Komponenten erfolgt bei Beispielen durch den offenbarungsgemäßen Aufbau der Sensorstruktur durch die Überwachung der sensitiven Schicht.For example, with regard to an encapsulation arrangement, the arrangement enables the encapsulation to be monitored by the electrode layers 101, 102, as well as the
Bei Beispielen kann darüber hinaus die Barriereschicht 203 dazu ausgelegt sein, die Anordnung gegenüber der Anwendungsumgebung elektrisch zu isolieren. Bei Beispielen kann die Barriereschicht 203 bspw. auch eine hermetische Schicht sein, die bspw. hermetisch dicht ist. Bei Beispielen geht die Barriereschicht aus Abscheidungsprozessen hervor, bspw. aus Metallen oder Keramiken oder Schichtfolgen dieser Materialien. In anderen Worten, die Barriereschicht kann eine oder mehrere abgeschiedene Metallschichten und/oder eine oder mehrere abgeschiedene Keramikschichten aufweisen.In examples, the
Die Barriereschicht 203 ist wiederum von einer Schicht bzw. Anpassungsschicht 204 umschlossen. Die Schicht 204 ist beispielsweise dazu ausgelegt, eine Kompatibilität der Anordnung mit der Anwendungsumgebung herzustellen. Im Fall von Implantaten kann es sich dabei bspw. um Kompatibilität im Sinne von Bioverträglichkeit handeln, sodass ein Implantat vom Körper gut aufgenommen bzw. angenommen werden kann. Diese Schicht 204 kann bei Beispielen vorteilhaft sein, da dadurch bspw. Barriereschichten 203 verwendet werden können, die nicht gleichzeitig kompatibel mit der Umgebung, also bspw. bioverträglich, sein müssen und dafür bspw. bessere Barriereeigenschaften aufweisen können. Bei Beispielen kann die Kompatibilität auch im Sinn einer Formgebung erzielt werden. Bei Beispielen kann mit Hilfe einer zusätzlichen, bspw. auch flexiblen Schicht 204 die Anordnung in eine bestimmte, für das Anwendungsgebiet günstige Form gebracht werden. Bei Implantaten könnte die Anordnung bspw. durch die Schicht 204 eine derartige Form aufweisen, dass sich das Implantat gut in eine bestimmte Körperstelle einpasst. Eine solche Schicht 204 kann bspw. aus Silikon oder Polymer bestehen.The
Bei Beispielen ist das Objekt 202 dazu ausgelegt ein Überwachungsergebnis in Abhängigkeit von zumindest einer Eigenschaft der sensitiven Schicht 103 auszulesen und telemetrisch zu übertragen. Insbesondere bei aktiven, elektronischen Objekten kann dadurch eine entsprechende Schaltung platzsparend bspw. mit auf einem Chip integriert werden, sodass die Anordnung mit sehr geringem Bauraumbedarf realisiert werden kann.In examples, the
Bei Beispielen ist zumindest eine der Schichten der Anordnung isotrop auf das Objekt 202, oder auf eine andere Schicht der Anordnung aufgebracht. Durch isotrope Schichten sind bspw. definierte und homogene Materialeigenschaften möglich, durch die eine genaue und bspw. verlässliche Messung ermöglicht werden kann. Ferner kann die Herstellung in einem kosteneffizienten Verfahren erfolgen, selbst wenn das Objekt 202 oder die Zwischenschicht 201 eine komplexe geometrische Form aufweisen.In examples, at least one of the layers of the arrangement is applied isotropically to the
Bei Beispielen ist zumindest eine der Schichten der Anordnung eine durch einen Abscheidungsprozess, bspw. durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder durch eine Atomlagenabscheidung (ALD), auf das Objekt 202, oder auf eine Schicht der Anordnung abgeschiedene Schicht. Bei Beispielen kann durch die hohe Isotropie der Abscheidungsprozesse, eine komplette, defektfreie Umschließung der Oberfläche des zu überwachenden Objekts 202, mit den Schichten der Anordnung erzielt werden. Ferner kann eine homogene Schichtdicke erreicht werden, was die Überwachung der Eigenschaften der sensitiven Schicht erleichtert.In examples, at least one of the layers of the arrangement is a layer deposited by a deposition process, for example by chemical vapor deposition (CVD) or by atomic layer deposition (ALD), on the
Bei Beispielen kann es sich bei dem überwachten Objekt 202 um Elektronik, z.B. Mikro- oder Nanoelektronik handeln, wobei das überwachte Objekt 202 durch die Anordnung z.B. zum Schutz und/oder zur Überwachung in rauer Umgebung, wie z.B. korrosiven Medien, verkapselt ist.In examples, the monitored
Bei Beispielen kann die Anordnung dazu ausgelegt sein, als Siegelschicht, oder Siegelschichtenstapel ein umschlossenes Objekt 202 vor unerlaubtem Zugriff zu schützen und/ oder zu überwachen.In examples, the arrangement can be designed to protect and / or monitor an
3. Anordnung gemäß Figur 33. Arrangement according to FIG. 3
Die vereinfachte Konzeptskizze gemäß der
Die Anordnung 300 in
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Vorrichtung gemäß der vereinfachten Konzeptskizze der
Die Funktionsweise ist dabei die folgende: Falls Feuchtigkeit durch die hermetische Versiegelung 309 und die obere Elektrode 308 eindringt, kann sie in die feuchtesensitive Schicht 307 diffundieren und deren elektrische Eigenschaften signifikant verändern. Diese Änderungen können bspw. resistiver oder kapazitiver Natur sein und durch eine geeignete Ausleseschaltung im Implantat detektiert werden, sodass sie als Messsignal telemetrisch übertragen werden können. Somit kann beispielsweise ein Implantat mit defekter Verkapselung abgeschaltet und explantiert werden.The mode of operation is as follows: If moisture penetrates through the
Final (also beispielsweise nach Herstellung der hermetischen Schicht 309) kann ein formgebendes Silikon auf das verkapselte Implantat aufgebracht werden, das gleichzeitig auch die Bioverträglichkeit gewährleistet. Dieses Silikon muss keine Barriere-Eigenschaften z.B. gegenüber Wasser besitzen, da die offenbarte Verkapselung dazu ausgelegt ist, die Hermetizität, sowie deren Überwachung zu gewährleisten.Finally (for example after the production of the hermetic layer 309), a shaping silicone can be applied to the encapsulated implant, which at the same time also ensures biocompatibility. This silicone does not have to have any barrier properties, e.g. against water, since the disclosed encapsulation is designed to ensure hermeticity and its monitoring.
Durch die sehr geringen Dicken der Verkapselungsschichten (die bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können), ist eine starke Miniaturisierung des Verkapselungsvolumens aktiver Implantate möglich.The very small thicknesses of the encapsulation layers (which can be used in examples according to the present disclosure) enable the encapsulation volume of active implants to be greatly miniaturized.
Alle hierin aufgeführten Aufzählungen der Materialien, Umwelteinflüsse, elektrischen Eigenschaften und optischen Eigenschaften sind hierbei als beispielhaft und nicht als abschließend anzusehen.All lists of materials, environmental influences, electrical properties and optical properties listed here are to be regarded as exemplary and not as conclusive.
4. Schlussfolgerungen und weitere Anmerkungen4. Conclusions and further comments
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der Sensor (z.B. ein Feuchtesensor) - anders als bei herkömmlichen Konzepten - nicht separat von der Verkapselung, sondern z.B. Teil der Verkapselung bzw. einer Verkapselungsanordnung, z.B. einer Implantatverkapselung. Bei Beispielen sind eine oder mehrere zur Verkapselung verwendete Schichten Teil des Sensors, oder - anders ausgedrückt - eine oder mehrere Schichten des Sensors sind Teil der Verkapselung oder tragen zur Verkapselung bei.According to one aspect of the present disclosure, the sensor (e.g. a humidity sensor) - unlike in conventional concepts - is not separate from the encapsulation, but rather, for example, part of the encapsulation or an encapsulation arrangement, e.g. an implant encapsulation. In examples, one or more layers used for the encapsulation are part of the sensor, or - in other words - one or more layers of the sensor are part of the encapsulation or contribute to the encapsulation.
Ganz allgemein schaffen einige Beispiele gemäß der Offenbarung eine allumschließende Sensorstruktur, z.B. zur Feuchtedetektion, die sich innerhalb einer Verkapselung, oder allgemein innerhalb einer Barriereschicht, befindet.In general, some examples according to the disclosure provide an all-encompassing sensor structure, e.g. for moisture detection, which is located within an encapsulation, or generally within a barrier layer.
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung schaffen allgemein Konzepten zur allumschließenden Feuchteüberwachung innerhalb einer Implantatverkapselung.Examples in accordance with the present disclosure generally create concepts for all-encompassing moisture monitoring within an implant encapsulation.
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung schaffen eine allumschließende Sensorstruktur zur Feuchtedetektion innerhalb einer Verkapselung (bspw. einer Implantatverkapselung oder Verkapselungsschichten bzw. der zuvor erläuterten Verkapselungen oder Verkapselungsanordnungen).Examples according to the present disclosure create an all-encompassing sensor structure for moisture detection within an encapsulation (for example an implant encapsulation or encapsulation layers or the previously explained encapsulations or encapsulation arrangements).
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann beispielsweise durch die Elektrodenschichten und die sensitive Schicht ein Schichtenstapel mit flächigen, durch die sensitive Schicht beabstandeten, im Wesentlichen parallelen Elektroden gebildet werden, der beispielsweise lokal im Wesentlichen die Wirkung und den Feldverlauf eines Plattenkondensators aufweist. Somit kann beispielsweise eine Veränderung einer kapazitiven und/oder resistiven Eigenschaft der sensitiven Schicht durch das Eindringen eines Stoffes (z.B. Wasser, oder Körperflüssigkeit) detektiert werden.According to one aspect of the disclosure, for example, the electrode layers and the sensitive layer can be used to form a layer stack with flat, essentially parallel electrodes spaced apart by the sensitive layer, which, for example, locally essentially has the effect and the field profile of a plate capacitor. Thus, for example, a change in a capacitive and / or resistive characteristic Shank of the sensitive layer can be detected by the penetration of a substance (e.g. water or body fluid).
Gemäß einem Aspekt umfasst das erfindungsgemäße Konzept einen (beispielsweise dreidimensional geformten bzw. „verformten“) „Platten“ - Kondensator, der beispielsweise den Innenraum zu einem großen Teil (z.B. zu zumindest 80 Prozent) umschließt, wobei der Plattenkondensator beispielsweise durch die Elektroden und die sensitive Schicht gebildet wird. Die (feuchte-) sensitive Schicht kann dabei ein Polymer sein. Optional kann - je nach Anwendung und je nach Art der Verkapselung - die obere Elektrode perforiert sein, so dass Feuchtigkeit zum Polymer gelangt.According to one aspect, the inventive concept comprises a (for example three-dimensionally shaped or “deformed”) “plate” capacitor which, for example, encloses the interior to a large extent (for example at least 80 percent) sensitive layer is formed. The (moisture-) sensitive layer can be a polymer. Optionally - depending on the application and depending on the type of encapsulation - the upper electrode can be perforated so that moisture gets to the polymer.
5. Implementierungsalternativen5. Implementation alternatives
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.Although some aspects have been described in connection with a device, it goes without saying that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Analogously to this, aspects that have been described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or details or features of a corresponding device. Some or all of the method steps can be carried out by a hardware apparatus (or using a hardware Apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important process steps can be performed by such an apparatus.
Die oben beschriebenen Beispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The examples described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It is to be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will become apparent to other skilled artisans. It is therefore intended that the invention be limited only by the scope of protection of the following patent claims and not by the specific details presented herein on the basis of the description and the explanation of the exemplary embodiments.
6. Vorteile von Beispielen der Offenbarung6. Advantages of Examples of the Disclosure
Im Folgenden werden Vorteile beschrieben, die bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung erreicht werden können. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass nicht alle möglichen Implementierungen die im Folgenden beschriebenen Vorteile aufweisen.The following describes advantages that can be achieved in examples according to the present disclosure. It should be noted, however, that not all possible implementations have the advantages described below.
Der größte Vorteil einer bspw. allumschließenden und selbstüberwachenden Verkapselungsanordnung oder Implantatverkapselung ist eine vorzeitige Detektion der Verkapselungsdegradierung, bevor die Funktionalität des umschlossenen Objekts oder Implantats eingeschränkt wird. Somit kann bei eintretender Degradierung bspw. durch Feuchtigkeit in der Implantatverkapselung, unabhängig vom Ort der Defektstelle, das Implantat rechtzeitig abgeschaltet und explantiert werden. Das vorliegende Konzept bzw. die vorliegende Erfindung ermöglicht eine fortschrittlichere Überwachung von Verkapselungen (beispielsweise der oben beschriebenen Verkapselungen), wodurch die Verweildauer verkapselter Objekte an ihren Anwendungsorten, sowie deren sicherer Betrieb, bspw. bei Implantatanwendungen die Implantationsdauer und -sicherheit, maximiert werden können.The greatest advantage of an all-enclosing and self-monitoring encapsulation arrangement or implant encapsulation, for example, is the early detection of the encapsulation degradation before the functionality of the enclosed object or implant is restricted. Thus, if degradation occurs, for example due to moisture in the implant encapsulation, regardless of the location of the defect, the implant can be switched off and explanted in good time. The present concept and the present invention enables a more advanced monitoring of encapsulations (for example the encapsulations described above), whereby the dwell time of encapsulated objects at their application sites, as well as their safe operation, for example the implantation duration and safety in the case of implant applications, can be maximized.
Ein weiterer Vorteil ist die (mögliche) starke Miniaturisierung der Verkapselung, wodurch verkapselte Anordnungen, bspw. Implantate, insgesamt kleiner werden. Im Fall von Implantatanwendungen vereinfacht dies den Implantationsprozess (bspw. weniger invasive Eingriffe), steigert die Wahrscheinlichkeit, dass das Implantat vom Körper besser akzeptiert wird und ermöglicht weitere Applikationen die aktuell an zu großen Implantaten scheitern.Another advantage is the (possible) great miniaturization of the encapsulation, as a result of which encapsulated arrangements, for example implants, become smaller overall. In the case of implant applications, this simplifies the implantation process (e.g. less invasive interventions), increases the likelihood that the implant will be better accepted by the body and enables further applications that currently fail because of implants that are too large.
Die vorliegende Offenbarung birgt insbesondere im Vergleich zu Ansätzen aus dem Stand der Technik, z.B. der Platzierung vieler einzelner lokaler Feuchtesensoren auf einer Implantatplatine, große Vorteile. Die Überwachungsqualität einer Anordnung entsprechend der vorliegenden Offenbarung ist nicht vergleichbar mit bisherigen Ansätzen, da bei diesen kein vergleichbarer Überwachungsumfang, bspw. eine flächendeckende Feuchtedetektion, realisiert ist. Darüber hinaus führt die Lösung gemäß der vorliegenden Offenbarung zu einem erheblich geringerem technologischen und schaltungstechnischen Aufwand.The present disclosure has great advantages in particular in comparison to approaches from the prior art, e.g. the placement of many individual local humidity sensors on an implant board. The monitoring quality of an arrangement according to the present disclosure is not comparable with previous approaches, since with these no comparable scope of monitoring, for example area-wide moisture detection, is implemented. In addition, the solution according to the present disclosure leads to a significantly lower technological and circuit-related expenditure.
In anderen Worten, Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglichen eine flächendeckende Feuchtedetektion, was mit herkömmlichen Konzepten nicht erzielbar ist.In other words, examples according to the present disclosure enable area-wide moisture detection, which cannot be achieved with conventional concepts.
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Legal Events
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R016 | Response to examination communication |