DE4013188A1 - Edelmetall-polymer-verbundmaterialien und daraus hergestellte flexible duennfilmleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verbundkörper bzw. -gegenstände bzw. -artikel aus Edelmetallen, die auf dünnen, flexiblen Polymerträgern abgeschieden sind, und die Verwendung dieser Körper für unterschiedliche Hochleistungsanwendungszwecke, wie z. B. die Herstellung von Elektroden für die Verwendung in biologischer Umgebung. Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung Verbundkörper, die sich eignen für die Herstellung von biokompatiblen, flexiblen Dünnfilm-Mikroelektroden für spezielle Anwendungszwecke, wie z. B. stimulierende Multileiter-, Multikanal-Bioelektroden, wie z. B. Ohrschnecken-Implantat-Elektroden; sowie Verfahren zur Herstellung dieser Körper bzw. Artikel und zur Herstellung dieser Elektroden und die dabei erhaltenen Körper bzw. Artikel und Elektroden selbst.

Die Herstellung von Elektroden für biologische Anwendungszwecke, wie z. B. die Neuralstimulierung, hat in den letzten Jahren erhöhte Aufmerksamkeit gefunden. Biokompatible (z. B. implantierbare) flexible Dünnfilm-Multileiter-Mikroelektroden-Stimulierungsanordnungen wurden erforscht für die Verwendung unter anderem als komplexe Neuralprothesen, wie z. B. Ohrschneckenprothesen (vgl. z. B. White et al., "Ann. N.Y. Acad. Sci.", 405: 183-190 [1983]). Dieser Artikel beschreibt einige der technischen Schwierigkeiten, die bei der Herstellung von Dünnfilm-Neurostimulierungs-Anordnungen auftreten. Diese Schwierigkeiten entstehen nicht, weil es nicht möglich wäre, die Dimensionsauflösung der Anordnungen durch die photolithographische Technologie zu steuern (zu kontrollieren), sondern eher deshalb, weil es bisher nicht möglich ist, stabile, flexible und dauerhafte Verbundmaterialien (z. B. Metall-Polymer-Materialien) herzustellen, wie sie für die Herstellung solcher Anordnungen erforderlich sind.

So müssen beispielsweise Multileiter-Miniaturelektroden, die für die Stimulierung der restlichen Nervenfasern einer beschädigten menschlichen Ohrschnecke oder eines beschädigten inneren Ohres verwendet werden, den klinischen Anforderungen genügen. Sie müssen eine Langzeitzuverlässigkeit und -stabilität der Metall-Polymer-Grenzfläche aufweisen und die Fähigkeit haben, einen geeigneten Ladungstransfer von den stimulierenden Elektroden mit geometrisch kleinen Oberflächengrößen zu bewirken.

Es ist erwünscht, daß solche Elektroden im Idealfalle bestehen sowohl aus einem Edelmetall-Leiter, wie Platin, als auch aus einem Polymerträger, wie Polyimid. Es wird angenommen, daß diese beiden Materialien biokompatibel sind, und es ist bekannt, daß sie bioinert sind. Gerade diese Inertheit macht es jedoch extrem schwierig, die beiden Materialien in der Weise direkt aneinander zu befestigen, daß das resultierende Verbundmaterial in der konventionellen Photolithographie eingesetzt werden kann und danach den Belastungen einer biologischen Umgebung widerstehen kann. Die Autoren des obengenannten White-et-al.-Artikels erkannten dieses Problem und versuchten es zu lösen durch Verwendung einer dünnen Zwischenschicht aus Tantal oder Titan zwischen der Oberfläche des Polymersubstrats und der Platinschicht. Die Delaminierung des Platins von dem Polyimidsubstrat war jedoch weiterhin ein lästiges Problem (vgl. z. B. White, "System Design of a Cochlear Implant", IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine, Band 6, Nr. 2, Seiten 42-46 [1987]).

Andere Autoren haben in ähnlicher Weise die Frustration und Schwierigkeiten dieses Problems zum Ausdruck gebracht, so z. B. Roberts et al. in "2nd Quarterly Progress Report", 1. Januar 1984 bis 31. März 1984, NIH Contract N01-NS-3-2352, worin gesagt wird, daß "die Metall-Polyimid-Haftung nach der elektrischen Stimulierung weiterhin eine schwierige und kaum zu erzielende Eigenschaft ist". In diesem Bericht wird kommentiert, wie einem Verbundmaterial eine gute Haftung im Salzlösungseintauchtest verliehen werden kann, daß diese jedoch versagt, sobald eine elektrische Stimulierung angewendet wird. Da für die Stimulierung solche Bedingungen angewendet werden, wie sie bei biologischen Anwendungszwecken auftreten, erläutert dieser Bericht die Notwendigkeit der Herstellung flexibler Dünnfilm-Verbundkörper, die für die Herstellung von Elektroden für die Verwendung in biologischer Umgebung und für andere Anwendungszwecke geeignet sind.

Im Solid State Electronics Laboratory of the Bioelectrical Sciences Laboratory der University of Michigan haben Forscher die Entwicklung von Polyimid-Tantal-Dünnfilm-Leiterkabeln erforscht. Auch darin werden die Haftung von Metallen an Polyimid und die Salzlösungshaltbarkeit als Hauptprobleme genannt (vgl. z. B. "Multichannel Multiplexed Intracortical Recording Arrays", Quaterly Report #1 [Contract NIH-NINCDS-N01-NS-7-2397 (vom Februar 1988)].

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verbundkörper bzw. -gegenstand oder -artikel, der für unterschiedliche Hochleistungsanwendungszwecke einschließlich der Herstellung von Elektroden, wie z. B. biokompatiblen, flexiblen Dünnfilm-Mikroelektroden, geeignet ist. Der erfindungsgemäße Verbundkörper umfaßt einen Polymerträger mit einem Edelmetallüberzug, der auf mindestens einer Oberfläche des Trägers abgeschieden ist, wobei der Überzug eine für die Verwendung bei den Hochleistungsanwendungszwecken geeignete Abschäl- bzw. Abziehkraft aufweist.

Nach den weiter unten näher erläuterten Testverfahren weist der Edelmetallüberzug von bevorzugten erfindungsgemäßen Körpern bzw. Gegenständen eine für die gewünschten Anwendungszwecke geeignete Abschäl- bzw. Abziehkraft, beispielsweise eine Abschäl- bzw. Abziehkraft von mindestens etwa 0,49 N (0,05 kg)/mm Breite nach 24stündiger Behandlung in einer siedenden Salzlösung (Kochsalzlösung) auf.

Vorzugsweise ist der Überzug ein zusammenhängender (kontinuierlicher) Überzug, der die folgenden weiteren Merkmale aufweist:

• 1) einen Schichtwiderstand (sheet resistance) von etwa 3 Ohm/Quadrat oder weniger vor der Behandlung mit einer siedenden Salzlösung und
• 2) einen Schichtwiderstand von etwa 9 Ohm/Quadrat oder weniger nach der Behandlung mit einer siedenden Salzlösung.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Körpers bzw. Gegenstandes, das die folgenden Stufen umfaßt:

• a) Vorbehandeln mindestens einer Oberfläche eines Polymerträgers durch Zerstäubungsätzen und
• b) Abscheiden eines Edelmetalls auf der vorbehandelten Oberfläche durch Zerstäubungsabscheiden zur Bildung eines Überzugs aus dem Edelmetall.

Bevorzugte erfindungsgemäße Körper bzw. Gegenstände können konventionellen mikroelektronischen photolithographischen Techniken unterworfen werden zur Herstellung von Elektroden, die eine geeignete Qualität, elektrische Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit unter den geforderten Bedingungen aufweisen.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer typischen Zerstäu­ bungsätzvorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer typischen Zerstäu­ bungsabscheidungsvorrichtung;

Fig. 3 eine Testoberfläche, die einen Edelmetallüberzug in Form von zwei Streifen auf einem vorbehandelten Polymerträger gemäß der vorliegenden Erfindung trägt;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Testoberfläche gemäß Fig. 3;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Stufe des Aufbaus einer Einseiten-Elektrodenanordnung;

Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 6-6 der Fig. 5;

Fig. 7A eine vergrößerte fragmentarische Ansicht der Fig. 5, in der die Feinstruktur des rechten Endes der Anordnung gemäß einer Variante der Erfindung dargestellt ist;

Fig. 7B eine ähnliche Ansicht wie Fig. 7A, die eine alternative Abänderung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert;

Fig. 8A eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinien 8A-8A in der Fig. 7A;

Fig. 8B eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinien 8B-8B der Fig. 7B;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer Zwischenstufe bei der Herstellung einer Zweiseiten-Elektrodenanordnung, welche die Anwendung von Betrachtungsöffnungen für die Ausrichtung der photolithographischen Masken auf der fernen Seite demonstriert;

Fig. 10A eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linien 10A-10A in Fig. 9; und

Fig. 10B eine ähnliche Ansicht wie Fig. 10A, die eine Variation der Erfindung erläutert.

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbundkörper bzw. -gegenstände oder -artikel, die einen Edelmetall-Überzug auf einem Polymerträger aufweisen, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Verbundkörper sowie Fertigerzeugnisse, wie Elektroden, die aus solchen Verbundkörpern hergestellt werden.

Ein erfindungsgemäßer Verbundkörper kann hergestellt werden als Polymerträger, der auf mindestens einer Oberfläche desselben durch Zerstäubungsätzen vorbehandelt worden ist und auf den anschließend ein Überzug aus einem Edelmetall durch Zerstäubungsabscheidung auf der vorbehandelten Oberfläche aufgebracht wird. Durch Vorbehandlung des Trägers auf die erfindungsgemäß beschriebene Weise ist es möglich, ein Edelmetall in der Weise abzuscheiden, daß eine geeignete Kontinutiät und Haftung des Metalls an dem Träger erzielt wird. Der resultierende Verbundkörper bzw. -gegenstand ist gut geeignet für die Herstellung von Fertigerzeugnissen, wie z. B. Elektroden für die Verwendung unter den gewünschten Bedingungen.

Der hier verwendete Ausdruck "Vorbehandlung" und Ableitungen davon beziehen sich auf die Behandlung einer Polymeroberfläche beispielsweise durch Zerstäubungsätzen, um die Grenzflächenhaftung zwischen der Oberfläche und einer durch Zerstäubungsabscheidung darauf aufgebrachten Edelmetallschicht wesentlich zu verbessern. Das hier verwendete Wort "wesentlich" steht für einen solchen Grad der Verbesserung, daß eine vorher nicht brauchbare Oberfläche brauchbar wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern bzw. -gegenständen, welche die hier beschriebenen Eigenschaften aufweisen.

Die bevorzugte Vorbehandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt eine Zerstäubungsätzung einer Oberfläche des Trägers. In dem erfindungsgemäßen Verfahren können konventionelle Zerstäubungsätzmethoden angewendet werden. Geeignete Methoden sind beispielsweise in den US-PS 41 55 826, 44 54 186, 44 81 234 und 45 68 598 beschrieben, auf deren Inhalt hier Bezug genommen wird.

Der hier verwendete Ausdruck "Zerstäubungsätzen" bezieht sich auf eine 1-Stufen- oder Mehrstufen-Bombardierung einer Oberfläche mit neutralen Molekülen und/oder Ionen, wie z. B. Sauerstoff-, Argon-, Kohlendioxid-, Stickstoff- oder Heliumionen; dieser Ausdruck umfaßt das Fräsen bzw. Abtragen mittels eines Ionenstrahls ebenso wie das Radiofrequenz(RF)-Zerstäuben, und er umfaßt die Abscheidung von Spurenmengen von Elementen, wie z. B. Chrom als Oxid, auf der inerten Polymeroberfläche, wie beispielsweise in der US-PS 44 81 234 beschrieben.

Bei der Zerstäubungsätzvorbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Polymerträger vorzugsweise einer speziellen Vorbehandlung unterzogen, bevor er einer Zerstäubungsätzung unterworfen wird, um die Wirksamkeit der Vorbehandlung und die resultierende Integrität des Metallüberzugs zu erhöhen. Eine solche Vorbehandlung umfaßt beispielsweise die Stufen (1) Waschen der Trägeroberfläche mit geeigneten Reinigungsmitteln, um Öle und Partikel davon zu entfernen, und (2) thermische Konditionierung der gewaschenen Trägeroberfläche, um flüchtige Verunreinigungen und adsorbiertes Wasser zu vermindern.

Zu Reinigungsmitteln, die für die Verwendung zur Vorbehandlung dieser Träger geeignet sind, gehören solche, die eine geeignete Kompatibilität mit dem Träger selbst ergeben sowie eine wirksame Entfernung von Ölen und Partikeln ermöglichen. Beispiele für geeignete Reinigungsmittel sind dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt, und dazu gehören organische Lösungsmittel, wie Heptan, Isopropanol und Toluol und/oder Fluorkohlenstofflösungsmittel.

Die Trocknung des Trägers kann auf verschiedenen Wegen, die mit Trägern dieser Art kompatibel sind, erfolgen. Vorzugsweise wird der Träger getrocknet durch Erhitzen desselben auf eine solche Weise, daß die Dimensions- und Zusammensetzungsintegrität des Trägers beibehalten wird, daß jedoch im wesentlichen gewährleistet ist, daß kein oberflächenabsorbiertes Wasser und keine flüchtigen Verunreinigungen mit niedrigem Molekulargewicht mehr vorhanden sind bis zu einem solchen Umfang, daß der Träger wirksam durch Zerstäubungsabscheidung beschichtet werden kann. So ist beispielsweise ein Erhitzen für etwa 1 bis etwa 3 Stunden bei Temperaturen, die sich dem Erweichungspunkt nähern, jedoch ausreichend darunter liegen, um ein Erweichen des Trägers zu vermeiden, im allgemeinen ausreichend. Allgemein ausreichend ist beispielsweise bei einem Polyimidfilm "Capton®" ein direktes oder programmiertes (d. h. stufenweise ansteigendes) Erhitzen auf etwa 180°C und ein Halten bei dieser Temperatur für einen Zeitraum, der in der Regel in der Größenordnung von etwa 2 Stunden liegt.

Träger, die nach der Vorbehandlung und vor der Zerstäubungsätzung gelagert werden müssen, können in der Weise gelagert werden, daß eine Rekontamination der vorbehandelten Oberfläche vermieden wird, beispielsweise in verschlossenen Behältern. Vor der Zerstäubungsätzung werden die vorbehandelten Oberflächen unter einem ionisierten Gasstrom (wie z. B. Stickstoff) vorzugsweise vorbeigeführt, um irgendwelche Partikel, die durch elektrostatische Kräfte an die Oberfläche gebunden sein können, zu entfernen.

Nach der Vorbehandlung kann der Träger einer Zerstäubungsätzung unterworfen werden unter Verwendung einer konventionellen Zerstäubungsvorrichtung. In der Fig. 1 ist eine typische Zerstäubungsätzvorrichtung schematisch dargestellt. Die Zerstäubungsätzvorrichtung 2 umfaßt einen gasdichten Behälter 4. Die Atmosphäre innerhalb des Behälters 4 kann durch eine Vakuumpumpe, die an einem Absaugrohr 6 befestigt ist, abgezogen werden, oder sie kann durch das Gaseinleitungsrohr 8, kontrolliert durch das Gaseinlaßventil 10, ergänzt werden. Das Werkstück 12, das geätzt werden soll, wird auf eine Kathode 14 gelegt, die von einer Abschirmungselektrode 16 teilweise umgeben ist. Oberhalb der Kathode 14 ist eine Anode 18 aufgehängt. Die Kammerwände des Behälters 4 sind ebenfalls anodisch. Mittels einer RF-Energiequelle 20, die durch einen RF-Impedanz-Anpassungsschaltkreis 22 konditioniert wird, wird ein Wechselstrom an diese Elektroden angelegt.

Die Oberfläche des Trägers wird einer Zerstäubungsätzung bis zu einem solchen Grade unterworfen, daß die gewünschte Haftung an einem durch Zerstäubungsabscheidung aufgebrachten Edelmetall erzielt wird. Das hier verwendete Wort "Oberfläche" bezieht sich auf die äußeren Molekularschichten des Trägers und insbesondere bis zu einer solchen Tiefe einer Polymerfolienoberfläche, daß bei der Vorbehandlung eine Struktur erhalten wird, beispielsweise ein Berg-Tal-Verhältnis, daß die Haftung an einem durch Zerstäubungsabscheidung aufgebrachten Edelmetall wesentlich verbessert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, beispielsweise einer solchen, bei der der Polymerträger aus Polyimid besteht, wird die Zerstäubungsätzung im allgemeinen durchgeführt unter Verwendung einer Entladungsenergie zwischen etwa 0,05 und etwa 0,25 Watt/cm² in einer Perkin-Elmer-Entladungskammer mit einer Kathodenfläche von 1940 cm². Der Gasdruck im Innern der evakuierten Kammer wird in der Regel auf einen Wert zwischen etwa 1,07×10⁻² und etwa 5,3×10⁻² Pa (8×10⁻⁵ bis 4×10⁻⁴ Torr) herabgesetzt. Dann wird Sauerstoffgas in einer Menge von 20 Standard-cm³/min ("SCCM") eingeführt, um während des Zerstäubungsätzens den Kammerdruck bei etwa 0,8 Pa (6×10⁻³ Torr) zu halten. Der Spannungsabfall an den Elektroden beträgt etwa 0,05 bis etwa 1 KV bei einer Standardfrequenz von etwa 13 bis etwa 15 MHz. Unter diesen Bedingungen wird etwa 0,5 bis etwa 10 Minuten lang, vorzugsweise etwa 4 bis etwa 6 Minuten lang, eine Zerstäubungsätzung durchgeführt, um eine geeignete Vorbehandlung zu erzielen.

Als Ergebnis der Zerstäubungsätzung weist die vorbehandelte Oberfläche überraschenderweise eine verbesserte Haftung an einem durch Zerstäubungsablagerung aufgebrachten Edelmetall auf, und das resultierende Verbundmaterial weist seinerseits eine geeignete Haftung zwischen der Oberfläche und dem Edelmetallüberzug auf.

Obgleich das Edelmetall unter Anwendung einer Vielzahl von Metallablagerungsmethoden auf einer vorbehandelten Oberfläche abgelagert werden kann, ist die Zerstäubungsablagerung des Edelmetalls bevorzugt.

Der hier verwendete Ausdruck "Zerstäubungsablagerung" bzw. -abscheidung bezieht sich auf ein Verfahren oder eine Methode der Ablagerung von Metall mittels eines Zerstäubungsplasmas (Spritzplasmas) auf einem mit dem Metall zu beschichtenden Substrat. Das Verfahren umfaßt im allgemeinen die 1-Stufen-Bombardierung eines Edelmetall-Targets mit energetisch neutralen Molekülen und Ionen, die zu einer Übertragung von kinetischer Energie auf die Atome des Metalls führt, die ihrerseits aus dem Target ausgestoßen werden und mit der Oberfläche kollidieren, welche die Metallablagerung aufnehmen soll. Zu geeigneten Metallablagerungsmethoden gehören solche, wie sie beispielsweise in den US-PS 44 54 186, 45 68 598 und 44 81 234 beschrieben sind. Um optimale Ergebnisse zu gewährleisten, wird die Zerstäubungsablagerung des Edelmetalls vorzugsweise durchgeführt, ohne daß die vorbehandelte Oberfläche Umgebungsbedingungen, beispielsweise der Luft, ausgesetzt wird.

Vorzugsweise wird das Metall auf dem vorbehandelten Träger abgeschieden in einer Weise, die analog zu derjenigen ist, wie sie in Thin Film Processes, "Glow Discharge Sputter Deposition", Kapitel 2, Seiten 12-62, J. L. Vossen et al., eds. Academic Press, New York, N.Y. (1978), beschrieben ist, auf dessen Inhalt hier Bezug genommen wird. Insbesondere umfassen diese Verfahren die Zerstäubungsablagerung unter Anwendung einer Neutral-Atombombardierung einer Edelmetallkathode.

Der hier verwendete Ausdruck "Überzug" bezieht sich auf die auf einer vorbehandelten Oberfläche beispielsweise durch Zerstäubungsabscheidung erhaltene Edelmetallschicht. Der Überzug ist vorzugsweise durchgehend (kontinuierlich), d. h. er weist (mindestens innerhalb eines Bereiches einer Größe, die für den beabsichtigten Verwendungszweck geeignet ist) praktisch keine sichtbaren Lunker oder Risse auf und er besitzt eine ausreichende Kontinuität für den vorgesehenen Verwendungszweck, beispielsweise weist er einen Schichtwiderstand auf, der geeignet ist, um die Verwendung der Fläche als Bahn für den elektrischen Strom zu erlauben.

Geeignete Verbundmaterialien sind solche, welche die für den ihnen zugedachten Verwendungszweck, beispielsweise als Bioelektroden, erforderlichen Eigenschaften, wie z. B. Kontinuität der Metallschicht, Stabilität und Haltbarkeit, aufweisen. Diese Eigenschaften können auf verschiedene Weise beurteilt werden, beispielsweise durch visuelle Inspektion, durch Abschäl- bzw. Abzugskrafttests und durch Salzlösungseintauchtests, wobei spezifische Beispiele dafür nachstehend näher beschrieben werden.

Nach der weiter unten näher erläuterten Testmethode A weist der Edelmetallüberzug eines bevorzugten Körpers bzw. Gegenstandes der vorliegenden Erfindung eine für seine ihm zugedachten Verwendungszwecke geeignete Abschäl- bzw. Abziehkraft auf, beispielsweise eine Abschäl- bzw. Abziehkraft von mindestens etwa 0,49 N (0,05 kg)/mm Breite nach 24stündiger Behandlung in siedender Salzlösung.

Bevorzugt sind Körper bzw. Gegenstände, die eine Abschäl- bzw. Abziehkraft von mindestens 0,98 N (0,1 kg)/mm aufweisen, und besonders bevorzugt sind Körper bzw. Gegenstände, die eine Abschäl- bzw. Abziehkraft von mindestens etwa 1,5 N (0,15 kg)/mm aufweisen.

Der Überzug ist vorzugsweise ein durchgehender (kontinuierlicher) Überzug und er weist außerdem die folgenden Merkmale auf:

• 1) einen Schichtwiderstand (sheet resistance) von etwa 3 Ohm/Quadrat oder weniger vor der Behandlung mit einer siedenden Salzlösung und
• 2) einen Schichtwiderstand (sheet resistance) von etwa 9 Ohm/Quadrat oder weniger nach der Behandlung mit einer siedenden Salzlösung.

Wenn der Körper bzw. Gegenstand für elektrische Zwecke verwendet werden soll, ist ein durchgehender (kontinuierlicher) Überzug besonders bevorzugt, der einen Schichtwiderstand (sheet resistance) von etwa 2 Ohm/Quadrat oder weniger vor der Behandlung mit einer siedenden Salzlösung und von etwa 5 Ohm/Quadrat oder weniger nach der Behandlung mit einer siedenden Salzlösung gemäß der Testmethode B aufweist. Am meisten bevorzugt ist ein Überzug, der einen Schichtwiderstand (sheet resistance) von etwa 1 Ohm/Quadrat oder weniger vor der Behandlung mit einer siedenden Salzlösung und von etwa 3 Ohm/Quadrat oder weniger nach der Behandlung mit einer siedenden Salzlösung aufweist.

In der Fig. 2 ist eine typische Zerstäubungsabscheidungsvorrichtung in schematischer Form erläutert. Die Zerstäubungsabscheidungsvorrichtung 24 weist ebenfalls einen gasdichten Behälter 4 auf. Die Atmosphäre innerhalb des Behälters 4 kann durch eine Vakuumpumpe, die an einem Abzugsrohr 6 befestigt ist, abgezogen werden, oder sie kann durch das Gaseinlaßrohr 8, welches durch das Gaseinlaßventil 10 kontrolliert (gesteuert) wird, ergänzt werden. Das Werkstück 26, auf dem das Material abgelagert werden soll, liegt auf einer Anode 28, die von einer Abschirmungselektrode 16 teilweise umgeben ist. Über der Anode 28 hängt eine Edelmetallkathode 30. An diese Elektroden wird mittels einer RF-Energiequelle 20, die durch den RF-Impedanz-Anpassungsschaltkreis 22 konditioniert wird, ein Wechselstrom angelegt.

In der Fig. 3 ist eine Testoberfläche erläutert, die einen Edelmetallüberzug auf einem vorbehandelten Polymerträger gemäß der vorliegenden Erfindung trägt. Durch Zerstäubungsabscheidung sind Edelmetallstreifen 32 auf dem Polymerträger 34 abgeschieden, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorbehandelt worden ist.

In der Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht der Testoberfläche gemäß Fig. 3 erläutert. Die Edelmetallstreifen 32 sind auf dem vorbehandelten Polymerträger 34 abgeschieden. Der Polymerträger 34 ist so dargestellt, daß er mittels einer druckempfindlichen Klebstoffschicht 36 an einer steifen Unterlage 38 haftet.

Geeignete Materialien für die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundkörper bzw. -gegenstände, d. h. geeignete Polymerträger und geeignete Edelmetalle, werden nachstehend näher erläutert.

Die für die erfindungsgemäße Verwendung geeigneten Polymerträger weisen eine optimale Kombination verschiedener Eigenschaften, wie Inertheit, optische Durchlässigkeit und Stabilität während der Behandlung bzw. Verarbeitung auf, beispielsweise sollte die Oberfläche dieser Träger während der Zerstäubungsätzung nicht weich werden oder schmelzen. Diese Träger weisen auch vernachlässigbar geringe Mengen an Verunreinigungen auf, die nach der Zerstäubungsätzung in die Oberfläche wandern könnten, wodurch die Wirksamkeit der Vorbehandlung zerstört würde. Zu Beispielen für geeignete Polymerträger gehören Polyimidfilme, z. B. solche aus Kapton®, Kapton-H® und "Pyralin® PI 2555", jeweils erhältlich von der Firma E.I. DuPont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware, USA, ein "Kaneka®"-Polyimidfilm, erhältlich von der Firma Kanegafuchi Chemical Industries Co., Ltd., Osaka, Japan, und ein Upilex®-Polyimidfilm, erhältlich von der Firma UBE Industries, Ltd., Tokyo, Japan. Zu anderen geeigneten Polymerträgern, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, gehören Polyesterfilme, Polyethylenterephthalatfilme und Filme, die nach bekannten Methoden aus Polyesteräther-Blockcopolymeren, wie z. B. Polybutylenterephthalat-Poly­ tetramethylenätherglycolterephthalat-Harzen hergestellt werden, z. B. solche, die unter der Bezeichnung "Hytrel®"-Harze von der Firma E.I. DuPont de Nemours, Inc., Wilmington, USA, erhältlich sind.

Bevorzugte Polymerträger für die erfindungsgemäße Verwendung liegen in Form von Folien, beispielsweise in Form von Filmen oder Bändern, vor, und sie weisen eine optimale Kombination verschiedener Eigenschaften, wie z. B. eine gute Stabilität innerhalb eines breiten Temperaturbereiches, eine hohe Zersetzungstemperatur und die Fähigkeit, gegenüber unerwünschten chemischen oder physikalischen Veränderungen während des erfindungsgemäßen Verfahrens beständig zu sein, auf.

Wärmegehärtete Polyimidfolienträger sind im allgemeinen bevorzugt im Hinblick auf ihre weit verbreitete Akzeptanz auf dem Gebiet implantierbarer Elektroden und im Hinblick auf ihre Fähigkeit, eine geeignete Kombination der obengenannten Eigenschaften aufzuweisen.

Zu Beispielen für bevorzugte Polymerträger gehören ein Polyimidband, wie z. B. ein "Kapton®"-Band, wie es von der Firma 3M Company als No. 5413 Tape erhältlich ist, und ein Polyimidfilm, wie er von der Firma DuPont als "Kapton-H®"-Film erhältlich ist. Zu anderen bevorzugten Polymerfolienträgern gehören Filme, die hergestellt werden aus "Hytrel®"-Blockcopolymeren, wie "Hytrel 6098", diese Harze sind von der Firma DuPont erhältlich.

Der hier verwendete Ausdruck "Edelmetall" bezieht sich auf ein Metall, das nicht leicht oxidiert wird (vgl. z. B. Grant & Hackh's Chemical Dictionary, McGraw-Hill Book Co., New York, N.Y., 4. Auflage, 1987). Geeignete Metalle für die Verwendung in den erfindungsgemäßen Verbundmaterialien sind die Edelmetalle Gold, Iridium, Palladium, Platin, Rhodium, Ruthenium und ihre Legierungen. Bei ihrer Verwendung für biologische Anwendungszwecke weisen geeignete Metalle den gewünschten Grad der Leitfähigkeit und der Biokompatibilität (z. B. der Neurokompatibilität) auf. Bevorzugte Edelmetalle sind beispielsweise Platin und seine Legierungen und Iridium und seine Legierungen. Während Gold keine weit verbreitete Verwendung in Bioelektroden, insbesondere für Neutrostimulations-Humanimplantate "oberhalb des Nackens" gefunden hat, ist Gold für andere Anwendungszwecke der erfindungsgemäßen Verbundkörper bzw. -gegenstände, beispielsweise für die Verwendung in der funktionellen Neuromuskularstimulierung, geignet.

Besonders bevorzugte Edelmetalle für biologische Anwendungen sind solche, die bioinert sind, wenn sie als elektrische Ladungsträger in der Nähe von biologischen Geweben verwendet werden und die eine optimale Kombination verschiedener Eigenschaften aufweisen, wie z. B. Haftung an dem vorbehandelten Polymerfolienträger, elektrische Leitfähigkeit, Kosten und Reproduzierbarkeit und Leichtigkeit der Verwendung bei der Zerstäubungsabscheidung.

Ein Beispiel für ein besonders bevorzugtes Edelmetall für die Verwendung in implantierbaren Bioelektroden ist Platin, z. B. ein Target aus Platin mit einer Reinheit von 99,99%, z. B. ein solches, wie es von der Firma Varian Associates, Inc., Specialty Metals Division, Grove City, USA, erhältlich ist.

Nach der Metallablagerung können die resultierenden Verbundkörper bzw. -gegenstände für die verschiedensten Verwendungszwecke eingesetzt werden, beispielsweise als Neuralstimulierungs-Elektroden, als Neuromuskularstimulierungs-Elektroden, Biosensoren und dgl. Für die Verwendung als Stimulierungselektroden werden die Körper bzw. Gegenstände im allgemeinen einer Photolitographie, beispielsweise einer mikroelektronischen Photolithographie, unterzogen, um eine Multikomponenten- Mikroelektrodenstimulierungs-Anordnung herzustellen. Das hier verwendete Wort "Herstellung" und Ableitungen davon bezieht sich auf das (die) Verfahren, das (die) zur Herstellung einer Vorrichtung oder eines anderen nützlichen Gegenstandes, wie z. B. einer Elektrode, aus einem erfindungsgemäßen Verbundkörper bzw. Verbundgegenstand angewendet wird (werden). Es können konventionelle photolithographische Verfahren zur Herstellung solcher Anordnungen angewendet werden, die hier nicht näher beschrieben zu werden brauchen. Repräsentative Verfahren sind beispielsweise beschrieben in Elliot, "Integrated Circuit Fabrication Technology", McGraw Hill Co., 1982, auf dessen Inhalt hier Bezug genommen wird.

Die Fig. 5 erläutert eine perspektivische Ansicht der vorletzten Stufe bei der Herstellung einer einseitigen Elektrodenanordnung, unmittelbar bevor die Anordnung aus dem Film herausgeschnitten wird. Die Leitungsbahnen 40, die aus einem Edelmetall auf einem Polymerträger unter Anwendung photolithographischer Verfahren geformt sind, sind daraus zu ersehen. Die genauen Dimensionen der Anordnung variieren in Abhängigkeit von der Physiologie des Empfängers, so daß keine generellen Dimensionen angegeben werden können.

Die Fig. 6 zeigt die Schichtstruktur am Rande der in Fig. 5 erläuterten Konstruktion. Auf einer steifen Unterlage 38 ist ein Polymerträger 34 durch eine Schicht aus druckempfindlichem Klebstoff 36 befestigt. Die Klebstoffschicht ist ein Wahlmerkmal, das entfallen kann bei der Herstellung dieser Struktur, indem man beispielsweise den Polymerträger 34 mittels eines Rings aus einem Klebeband an die steife Unterlage 38 bindet. Eine isolierende Schicht 42 bedeckt die obere Schicht des Polymerfolienträgers 34 an diesem Punkt bei der Herstellung.

Die Fig. 7A zeigt die Feinstruktur des Endes einer Anordnung bei einer Abänderung der Erfindung. Die Leitungsbahnen 40 sind durch die transparente isolierende Schicht 42 hindurch zu erkennen. Jede Leitungsbahn 40 endet in einem Pad 44, das durch eine Stimulierungsplatte 46, die sich durch ein Fenster 45 in der isolierenden Schicht 42 hindurch erstreckt, Strom an die äußere Umgebung abgibt.

Die Fig. 8A erläutert eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinien 8A-8A der Fig. 7A. Daraus ist ersichtlich, daß die Leitungsbahnen 40 enden auf, laufen entlang und sind abgelagert auf dem Polymerträger 34. Die isolierende Schicht 42 schützt das Fließen des Stromes innerhalb der Leitungsbahnen 40 ausgenommen dort, wo sie in einem Pfad 44 enden. Hier wurde die isolierende Schicht über einem Querschnitt des Pads 44 entfernt, wodurch ein Fenster 45 geschaffen wurde, durch welches das Pad 44 mit der äußeren Umgebung in elektrischem Kontakt steht.

In der Fig. 8B ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinien 8B-8B der Fig. 7B erläutert. Bei dieser Ansicht ist eine zusätzliche Schicht aus Platin abgeschieden zur Erzeugung der Stimulierungsplatten 46, und zusätzliches isolierendes Material ist abgelagert, das die Ränder der stimulierenden Platten 46 bedeckt. Dieses zusätzliche isolierende Material vermischt sich mit der vorher abgeschiedenen isolierenden Schicht 42. Es ist zu erkennen, daß die Leitungsbahnen 40 enden auf und laufen entlang und sind abgeschieden auf dem Polymersubstrat 34. Die isolierende Schicht 42 schützt den fließenden Strom innerhalb der Leitungsbahnen 40 ausgenommen dort, wo sie in einem Pad 44 enden. Hier wurde die isolierende Schicht entfernt unter Bildung eines Fensters 45. Oberhalb des Fensters 45 ist zusätzliches elektrisch leitendes Material abgeschieden unter Bildung einer Stimulierungsplatte 46, die mit dem Pad (Anschlußfläche) 44 und mit der äußeren Umgebung in elektrischem Kontakt steht.

In der Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht einer Zwischenstufe bei der Herstellung einer zweiseitigen Elektrodenanordnung erläutert. Eine einseitige Anordnung wird auf einer Seite einer flexiblen Unterlage erzeugt. Auf der gegenüberliegenden Seite wird eine Schicht aus einem Edelmetall abgeschieden, aus der die zweite Anordnung hergestellt wird. Auf der fernen Seite werden Betrachtungsöffnungen für die Ausrichtung der photolithographischen Masken offengelassen durch einen einfachen Kunstgriff, bei dem kleine Bereiche auf der Fernseite gegenüber den Ausrichtungsmarkierungen auf der nahen Seite mit einem Stück Klebestreifen während der Abscheidungsstufe bedeckt werden. Einige dieser Ausrichtungsmarkierungen 48 sind in dieser Darstellung zu erkennen.

Die Fig. 10A erläutert eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinien 10A-10A der Fig. 9. Die dargestellte Struktur weist eine flexible Unterlage 50 auf, die ihrerseits zwei Schichten aus Polymerträgern 34 und 54 aufweist, die mittels zweier druckempfindlicher Klebstoffschichten 36 und 56 an ihren beiden Seiten befestigt sind. Auf einer Seite sind die Elemente der vorstehend beschriebenen einseitigen Anordnung, d. h. die Leitungsbahnen 40, die Isolierschicht 42 und die Pads 44, die durch Fenster 45 freiliegen, hergestellt. Auf der gegenüberliegenden Seite der flexiblen Unterlage 50 ist ein zweiter Überzug aus einem Edelmetall 58 abgeschieden, der die Herstellung eines zweiten Satzes Leitungsbahnen erlaubt. Die Betrachtungsöffnung 60 ist frei von einer Metallabdeckung, so daß die Ausrichtungsmarkierung 48 auf der ersten Seite durch die verschiedenen durchscheinenden Schichten erkennbar ist, so daß sie die koordinierte Anordnung der Leitungsbahnen auf beiden Seiten der flexiblen Unterlage erlaubt.

Die Fig. 10B erläutert eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinien 10A-10A der Fig. 9 gemäß einer Abänderung der Erfindung analog zur Fig. 8B. Wie in Fig. 10A weist die dargestellte Struktur eine flexible Unterlage 50 auf, die zwei Schichten aus einem Polymerträger 34 und 54 besitzt, die mittels zweier druckempfindlicher Klebstoffschichten 36 und 56 an ihren beiden Seiten befestigt sind. Auf einer Seite sind die Elemente der vorstehend beschriebenen einseitigen Anordnung, die Leitungsbahnen 40, die isolierende Schicht 42, die Pads 44 und die Stimulierungsplatten 46, die über die Fenster 45 in der isolierenden Schicht 42 mit den Pads 44 in Kontakt stehen, erzeugt. Auf der gegenüberliegenden Seite der flexiblen Unterlage 50 ist ein zweiter Überzug aus einem Edelmetall 58 abgeschieden, der die Herstellung eines zweiten Satzes von Leitungsbahnen erlaubt. Eine Betrachtungsöffnung 60 wurde von dem Metallüberzug freigelassen, so daß die Ausrichtungsmarkierung 48 auf der ersten Seite durch die verschiedenen durchscheinenden Schichten erkennbar ist, wodurch sie die koordinierte Anordnung der Leitungsbahnen auf beiden Seiten der flexiblen Unterlage erlaubt.

Für den Fachmann auf diesem Gebiet ist erkennbar, daß die erfindungsgemäßen Körper bzw. Gegenstände auch für verschiedene andere Anwendungszwecke geeignet sind. So können diese Körper bzw. Gegenstände im Hinblick auf die verbesserte Haftung zwischen dem Metall und dem Träger als Filme, flexible Kabel mit mehreren Leitern, als katalytisches Metall, das auf Hochleistungs-Polymerfilme als Träger aufgebracht ist, als Sensoren (beispielsweise als Biosensoren), als passive elektrische Elemente (z. B. als Induktoren, Kondensatoren, Widerstände, Verbindungskontakte und dgl.) oder als Komponenten solcher Elemente sowie als Stimulatoren verwendet werden.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne daß die Erfindung jedoch auf die darin genannten speziellen Materialien und Mengen sowie sonstigen Bedingungen und Details beschränkt ist.

Beispiele Testverfahren A Abschäl- bzw. Abziehkraft

Es wurde ein 5000-ml-Pyrex-Reaktionskolben mit einer geschliffenen Glasöffnung, die mit einem Borsilikatkühler verbunden war, verwendet. Die geschliffenen Glasverschlüsse wurden mit Siliconfett (Hochvakuumfett der Firma Dow Corning, Midland, USA) versiegelt. Eine konventionelle externe Heizeinrichtung oder ein Heizmantel wurde verwendet, um eine Lösungstemperatur von 100±2°C aufrechtzuerhalten. Alle inneren Glasoberflächen wurden durch Verwendung einer Detergenslösung und anschließendes Spülen mit Wasser mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 5 Megohm-cm gereinigt. Es wurde eine Salzlösung (Kochsalzlösung) hergestellt durch Kombinieren von hochreinem Wasser mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 5 Megohm-cm mit der NaCl-Verbindung von Reagensqualität, wobei eine 0,154 molare NaCl-Lösung (mit 0,9 Gew.-% NaCl) erhalten wurde. Es wurde ein Volumen der Salzlösung verwendet, das ausreichte, um alle Testmaterialien in dem Glasbehälter einzutauchen. Die Proben wurden für eine Zeitspanne von 24 Stunden bei 100°C in den Behälter eingeführt. Innerhalb von 3 Minuten nach der Entfernung aus der Salzlösung wurden die Proben mit Wasser mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 5 Megohm-cm bei einer Temperatur von mindestens 23°C und nicht mehr als 100°C gespült. Es wurde darauf geachtet, daß die Kraft des Spülwassers selbst nicht ausreichte, um das Metall auf der Probenoberfläche zu entfernen. Die nassen Proben wurden mit Isopropanol kurz gespült und unter Umgebungsbedingungen 15 Minuten lang trocknen gelassen.

Es wurde eine Testvorrichtung, die für die Bestimmung der Zugfestigkeit geeignet war, verwendet (Materialtestsystem Nr. 810.05 der Firma MTS Systems, Corp., Eden Prairie, USA) mit einem beweglichen Element, das mit konstanten Geschwindigkeiten im Bereich von 0,5 bis 5000 cm/min (0,2-1968 inch/min) betrieben werden konnte, und mit einer elektronischen Belastungszelle, um gleichzeitig die dynamischen Kräfte im Bereich von 0 bis 22,4 kg (0 bis 50 lbs) zu messen. Außerdem wurde ein Hochgeschwindigkeits-Einzelwert-Aufzeichnungs-Speicherungs-Oszillosk-op verwendet, das in der Lage war, das Abziehkraftsignal aus der Belastungszelle aufzuzeichnen und das ausgezeichnete Signal an eine Druckvorrichtung weiterzugeben.

Es wurde ein Teststreifen mit einem Klebstoffüberzug von etwa 76 µm (0,0030 inch) verwendet, der an einer Polyesterstreifenunterlage mit einer Dicke von etwa 130 µm (0,0050 inch) haftete ("Tape Nr. 56" der Firma 3M Electric Products Division, St. Paul, USA). Jeder 2,54 cm (1,0 inch) breite Teststreifen wurde auf eine minimale Länge von 43,18 cm (17,0 inches) zugeschnitten und leicht auf einen freiliegenden 2,54 cm (1,0 inch) × 20,32 cm (8 inch) großen Unterbereich einer Probe gelegt. Mit der weiter oben beschriebenen Rolle (Walze) wurde 4× (1 s/Durchgang) über jeden Teststreifen gestrichen. Ein Stück des Teststreifens (mit einer Länge von etwa 27,94 cm [11,0 inches]) wurde an den Teil des Teststreifens geklebt, der die Proben nicht bedeckte, um so den klebrigen Klebstoffabschnitt abzudecken. Jede Teststreifen-Muster-Teststreifen-Probe wurde 2 Stunden lang in einem Ofen auf 130±2°C erhitzt, um die Bindungsfestigkeit zu erhöhen, und eine halbe Stunde lang auf Umgebungstemperatur abkühlen gelassen.

Die Abschäl- bzw. Abziehkraft wurde wie nachstehend beschrieben bewertet nach dem ASTM-Testverfahren D903-49, Abschnitt 8, Paragraph 1, auf dessen Inhalt hier Bezug genommen wird. Bei Raumtemperatur (22±3°C) wurden zwei Klammerbefestigungen auf den Teststreifen ausgerichtet, von denen eine fixiert wurde und die andere auf dem sich bewegenden Element befestigt wurde. Der Teststreifen wurde von Hand auf einer Strecke von etwa 2,54 cm (1 inch) abgezogen, und die Klammerbefestigungen wurden befestigt, um einen Abziehwinkel von 180° zu schaffen. Der Teststreifen wurde dann mit einer konstanten Abzugsgeschwindigkeit abgezogen, bis ein konstanter Kraftwert beobachtet wurde oder bis festzustellen war, daß sich das Edelmetall von dem Polymer ablöste (d. h. die Bindung in dem Verbundmaterial versagte). Die Abzugsgeschwindigkeit, die Abzugskraft und die Beobachtung, ob die Bindung des Verbundmaterials versagte oder nicht, wurden jeweils aufgezeichnet. Die höchste Abzugsgeschwindigkeit, bei der kein Versagen der Bindung des Verbundmaterials auftrat, wurde ermittelt. Die Abzugskraft (Abzugskräfte), die bei dieser höchsten Abzugsgeschwindigkeit gemessen wurde(n), wurde(n) dann ermittelt. Ein durchschnittlicher Wert für die Abzugskraft () und eine Standardabweichung (S _F ) wurden für jedes Verbundmaterial in normalisierter Form errechnet als Kraft dividiert durch die Breite des Teststreifens.

= durchschnittliche Abzugskraft (der Durchschnittswert aus mindestens zwei Gesamtmessungen). Im allgemeinen gilt

= ((ΣF _i )/n) in kg/mm.

S _F = Standardabweichung der Abzugskraft (errechnet aus den Daten für mindestens zwei Messungen).

S _F = (1/(n - 1) × (Σ(F _i - ) ²))^1/2

Fußnote: F _i = individuelle Abzugskraft bei der Messung #i
n = Anzahl der Messungen.

Zur Bewertung des Edelmetall/Polymer-Verbundmaterialabschnitts eines Gegenstandes bzw. Artikels, wie z. B. einer Elektrode, ist es erforderlich, irgendwelche Überzüge oder Passivierungsschichten aus Materialien, die das Verbundmaterial bedecken, zu entfernen. Gegenstände bzw. Artikel, die nicht in planarer Form vorliegen, können getestet werden durch Aufbringen eines Klebstoffilms (beispielsweise des Ablefilm 550 Adhesive Film der Firma Ablestik Laboratories, Gardena, USA) auf jede Testplatte unter Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Ein oder mehrere solcher Gegenstände oder Artikel können dann in der Weise auf eine Testplatten-Klebstoffilm-Struktur gelegt werden, die der Stelle eines "Probenunterbereiches", wie vorstehend angegeben, entspricht.

Wenn mehr als ein Gegenstand bzw. Artikel innerhalb eines speziellen "Probenunterbereiches" gebunden werden soll, können die mehreren Gegenstände bzw. Artikel in dicht gepackter Anordnung so positioniert werden, daß zwischen den Gegenständen bzw. Artikeln kein Klebstoff sichtbar ist. Die Testproben können 2 Stunden lang auf 66°C (150°F) erhitzt werden bei einem an die Probe angelegten konstanten Preßdruck von 34 000 Pa (5 psi) und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen werden. Ein oligomeres Dimethylsiloxan (beispielsweise Nr. 360 Medical Fluid der Firma Dow Corning, Midland, USA) wird in einer Dicke von etwa 12,7 µm (0,0005 inch) auf irgendeine Oberfläche aufgebracht, die der Stelle eines "Probenunterbereiches" jeder Testplatte entspricht mit Ausnahme der Oberflächen der Gegenstände bzw. Artikel, die dem Abziehtest unterworfen werden sollen, oder auf Oberflächen, die innerhalb eines Abstandes von 50 µm (0,002 inch) der dem Abzugstest zu unterziehenden Gegenstände bzw. Artikel angeordnet sind. Die Breite der Gegenstände bzw. Artikel (oder Gruppe von Gegenständen bzw. Artikeln), die dem Abzugstest unterworfen werden sollen, wird an mehreren Stellen gemessen. Wenn die Breite um mehr als 5% variiert, können Randabschnitte des Gegenstandes bzw. Artikels (oder der Ansammlung von Gegenständen bzw. Artikeln) abgeschnitten werden, so daß die resultierende Breitenvariation 5% der durchschnittlichen Breite nicht übersteigt.

Testverfahren B Schichtwiderstand (sheet resistance)

Der elektrische Widerstand des Edelmetallüberzugs wurde auf die nachstehend beschriebene Weise bewertet gemäß dem ASTM-Verfahren B 539-80, wie es in Maissel et al., "Handbook of Thin Film Technology", Seiten 13-5 bis 13-7, McGraw-Hill Book Co. (1983), beschrieben ist, auf dessen Inhalt hier ausdrücklich Bezug genommen wird.

Es wurden Edelmetall/Polymerträger-Verbundmaterialproben hergestellt als 7,62 cm×20,32 cm (3 inch×8 inch) große Muster. Jedes Muster wies mindestens zwei Unterbereiche auf, die jeweils eine Größe von 2,54 cm (1,0 inch) × 20,32 cm (8,0 inch) hatten.

Testplatten aus Borsilicatglas mit einer niedrigen Ausdehnung, wie z. B. Corning 7740 der Firma Corning Glass Works, Corning, USA, wurden mit einer Detergenslösung und danach mit Wasser mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 1 Megohm-cm gewaschen. Die Platten wurden dann mit einer Lösung aus 70 Vol.-Teilen Heptan und 30 Vol.-Teilen Isopropanol gespült und 10 min lang bei 100°C getrocknet. Die Muster wurden mit den Testplatten unter Verwendung des Klebstoffteils des Musters selbst (falls sie in Form eines Streifens vorlagen) oder unter Verwendung eines Klebstoffes verbunden, der wie folgt hergestellt wurde: eine flüssige Acrylklebstofflösung der druckempfindlichen Klebstoffvariante (PSA) oder ein Feststoff, wie z. B. ein druckempfindlicher Acrylübertragungsklebstoff (z. B. Scotch brand "467MP Laminating Adhesive" der Converter Specialties Division, 3M, St. Paul, USA) wurde gleichmäßig auf die Testplatten aufgebracht, um einen einheitlichen Feststoffüberzug einer Dicke von 25 bis 50 µm (0,001 bis 0,002 inch) zu erzeugen. Aus dem hergestellten Klebstoff wurden die Lösungsmittel entfernt durch 2stündiges Brennen der beschichteten Platten bei 90°C (unter einem Schutz gegen Staubverunreinigung in der Luft). Um die Menge an zwischen der Klebstoffschicht und der Plattenoberfläche eingeschlossener Luft minimal zu halten, wurde eine Trennschicht (Trennpapier) auf die Klebstoffschicht gelegt, und alle Teile der Trennschicht wurden 4mal mit einer 2016-2240 g (4,5-5,0 lbs) schweren Walze (Rolle) mit einer Walzoberfläche von 9,53 cm gewalzt (1 s/Durchgang). Die Trennschicht wurde dann abgezogen, um die darunterliegende Klebstoffoberfläche freizulegen.

Der unbeschichtete Rückseitenabschnitt jedes aus einem Polymerfilm (im Gegensatz zu einem Streifen) hergestellten Musters wurde unter Verwendung einer Lösungsmittellösung aus 70 Vol.-Teilen Heptan und 30 Vol.-Teilen Isopropanol gereinigt und 5 min lang unter Umgebungsbedingungen trocknen gelassen. Die Muster wurden leicht auf die Klebstoffoberfläche aufgelegt, und es wurde ein Applikator mit einer weichen Baumwollspitze verwendet, um die sich vorwärts bewegende Kontaktlinie zwischen dem Muster und der Klebstoffoberfläche schwach anzupressen, während von Seite zu Seite gewischt wurde. Der resultierende "Sandwich" wurde unter Anwendung von vier vollständigen Durchgängen (1 s/Durchgang) einer 2016-2240 g (4,5-5,0 lbs) schweren Walze mit einer glatten Kautschukwalzoberfläche gewalzt.

Eine Sonde zur Messung des Schichtwiderstandes (sheet resistance) wurde konstruiert, die einzelne federbelastete Metallkontakte mit einer gekrümmten Spitzenoberfläche (abgerundet bis zu einem Krümmungsradius von etwa 38,5 mm) aufwies. Die Spitzen wurden so konstruiert, daß sie keinen Anpreßdruck von mehr als 0,11 MPa (16 psi) auf die Testoberfläche ausübten. Dieser spezielle Druck war, wie gefunden wurde, brauchbar bei allen außer den weichsten Trägern (beispielsweise den aus Hytrel®-Harz hergestellten Filmen). Bei den weichen Trägern war es erforderlich, eine Sonde oder eine andere Technik anzuwenden, die den Überzug nicht unterbrach beispielsweise durch Verformung des darunterliegenden Trägers, wenn die Sonde mit der Oberfläche in Kontakt gebracht wurde. Für Muster einer Größe von 2,54 cm×2,54 cm (1,0 inch×1,0 inch) oder größer wurde eine Sonde mit vier Elementen, die in einer colinearen Anordnung befestigt waren mit einem Abstand von Sondenspitze zu Sondenspitze von 0,423 cm (0,167 inch), in einem elektrisch isolierenden Träger verwendet. Die Sondenelemente wurden jeweils durch isolierte Drähte mit niedrigem Widerstand mit einer konstanten Gleichstromquelle und -voltmeter, beispielsweise dem Modell 3478 A der Firma Hewlett Packard Co., Palo Alto, USA, verbunden, die in der Lage war, einen konstanten Gleichstrom von 1 mA zu liefern und Gleichspannungen im Bereich von 1,0 mV bis 1 V zu messen.

Für die 4-Element-Sonde (mit gleichem, colinearem Abstand zwischen den Elementen) wurden die Drähte der beiden äußeren Sondenelemente mit den Output-Anschlüssen der konstanten Gleichstromquelle verbunden. Die Drähte der beiden inneren Sondenelemente wurden mit den Spannungsmessungs-Input-Anschlüssen des Voltmeters verbunden. Die gemessenen Spannungswerte (in Volt) und Stromwerte (in Ampere) wurden verwendet zur Bestimmung des Schichtwiderstandes (R _s ). Für eine solche Sonde gilt R _S =(V×4,532)/I (Ohm/Quadrat).

Die Edelmetalloberfläche jedes auf einer Testplatte unter Bildung eines "Sandwich" befestigten Musters wurde unter Verwendung des Heptan/Isopropanol-Lösungsmittels gereinigt. Die Muster und eine Platinmetall-Referenzfolie wurden 5 bis 10 min lang bei 100°C in einem Ofen getrocknet. Die Sondenspitzen wurden gleichzeitig mit der Metalloberfläche eines Bereichs eines Musters in Kontakt gebracht, und der Spannungsabfall (in Volt) und der angelegte Strom (in Ampere) wurden festgestellt. Die Widerstandswerte auf jedem der beiden Unterbereiche auf jedem Muster und auf der Referenzfolie wurden wie folgt errechnet:

Bei Anwendung von sechs Messungen für jedes Verbundmaterialmuster in den Einheiten Ohm/"Quadrat":

n = Anzahl der Messungen,
= durchschnittlicher Schichtwiderstand vor/nach der Behandlung mit einer siedenden Salzlösung,
= ((ΣA _i )/n) in Ohm/Quadrat.

SA = Standardabweichung des Schichtwiderstandes

SA = (1/(n - 1) × (Σ(A _i - ) ²))^1/2 in Ohm/Quadrat

Fußnote: A _i = individueller Schichtwiderstand bei der Messung #i.

Beispiel 1 Zerstäubungsätzvorbehandlung einer Polyimidoberfläche

Ein Polyimidfilm ("Kapton®") wurde hergestellt durch Aufkleben eines Kunststoffilmbandes Nr. 5 413 (ein Produkt der Firma 3M Company, St. Paul, USA) auf eine Aluminiumtestplatte. Das Band wies eine Polyimidfilmunterlage mit einer Dicke von etwa 0,0038 cm (0,0015 inch) und eine Siliconklebstoffschicht mit einer Dicke von etwa 0,0033 cm (0,0013 inch) auf. Die rückwärtige Oberfläche des Films wurde durch Spülen mit Heptan und Isopropanol, gemischt im Volumenverhältnis 70 : 30 ("Heptan/Isopropanol"), gereinigt zur Entfernung von Ölen. Das absorbierte Wasser wurde entfernt durch Brennen in einem Ofen Modell 26 (der Firma Sigma Systems, San Diego, USA) bei 180°C in Luft in einem mit einem Deckel versehenen Halter für einen Zeitraum von 2 Stunden. Die Oberfläche wurde mit einem ionisierten Stickstoffgasstrom von Staub gereinigt und dann einer Zerstäubungsätzung unterworfen.

Die Zerstäubungsätzung wurde durchgeführt unter Verwendung eines Sauerstoffzerstäubungsplasmas in einer Radiofrequenz­ dioden-Zerstäubungsvorrichtung des Randex-Zerstäubungssystems Modell 2 400 (der Firma Perkin Elmer Co., Palo Alto, USA), die bei einer Frequenz von 13,56 Hz betrieben wurde. Auf eine Kathode mit einer Fläche von 1940 cm² wurden Proben gelegt. Die Kammer wurde zuerst bis auf einen Druck von 1,07×10⁻² Pa (8×10⁵ Torr) evakuiert, dann wurde Sauerstoff in einer Strömungsrate von 20 Standard-cm³/min ("SCCM") eingeleitet. Wenn Sauerstoff kontinuierlich eingeleitet und aus dem System abgezogen wurde, wurde ein Gleichgewichtsdruck von etwa 0,80 Pa (6×10⁻³ Torr) aufrechterhalten. Die Behandlung dauerte bei einem RF-Energiewert von 100 Watt 5 Minuten.

Die vorbehandelte, d. h. zerstäubungsgeätzte Oberfläche des Polyimids wurde weiter behandelt durch Abscheidung von reinem Platinmetall durch Zerstäubungsabscheidung. Die Zerstäubungsabscheidung wurde durchgeführt unter Anwendung einer Argonionenbombardierung eines reinen Platin-Targets in der gleichen Kammer wie für die Zerstäubungsätzung beschrieben, ohne daß das Vakuum zwischen den Stufen aufgehoben wurde. Die Kammer wurde mit einer Entladungsenergie von 250 Watt betrieben, die von einem RF-Generator geliefert wurde, der auf eine Frequenz von 13,56 MHz eingestellt war und mit einer Platinkathode gekoppelt war. Zuerst wurde die Kammer auf einen Basisdruck von 0,13 Pa (1×10⁻³ Torr) evakuiert, dann wurde Argon mit einer konstanten Rate von 30 SCCM in das System eingeleitet, um einen Arbeitsdruck von 0,80 Pa (6×10⁻³ Torr) aufrecht zu halten im Gleichgewichtszustand mit dem kontinuierlichen Betrieb des Vakuumsystems.

Auf eine ringförmige Anode, die mit einer Geschwindigkeit von 2,5 UpM gedreht wurde, wurden während der Zerstäubungsabscheidung Proben in der Weise gelegt, daß jede Probe während der Drehung direkt unter das Target gebracht wurde. Das Edelmetalltarget wurde 5 Minuten lang zerstäubt, wobei die Öffnung gegenüber den Proben geschlossen war, danach wurde die Öffnung geöffnet. Unter Verwendung einer Kathode mit wirksamen Dimensionen von 9,5 cm (3,75 inch) × 4,45 cm (1,75 inch) × 0,32 cm (1/8 inch) war ein Platinüberzug mit einer Dicke von 3000 Å innerhalb von 9 Stunden erzielbar. Die Dicke des Überzugs wurde ermittelt auf der Basis der vorhergehenden Dickenmessungen, die unter Verwendung einer Dickenmeßvorrichtung ("Dektat-II"- Oberflächenprofilmeßsystem der Firma Veeco Instruments, Sloan Technology Inc., Santa Barbara, USA) durchgeführt und mit der Abscheidungszeit in Korrelation gebracht wurden.

Das resultierende Verbundmaterial wurde verwendet zur Herstellung einer Elektrode wie in dem nachfolgenden Beispiel 2 beschrieben. Weitere Verbundmaterialien wurden auf praktisch die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben hergestellt zur Bewertung des Schichtwiderstandes (sheet resistance) und der Abschäl- bzw. Abziehkraft. Unter Anwendung des vorstehend beschriebenen Testverfahrens B wurde der Schichtwiderstand dieser Verbundmaterialien vor der Behandlung in einer siedenden Salzlösung bestimmt zu 1,42±0,46 Ohm/Quadrat. Der Schichtwiderstand nach dem Behandeln mit einer siedenden Salzlösung wurde bestimmt zu 4,7±1,3 Ohm/Quadrat. Die Abschäl- bzw. Abziehkraft dieser Verbundmaterialien nach dem Behandeln in einer siedenden Salzlösung, bestimmt nach dem Testverfahren A, war, wie gefunden wurde, größer als 0,98 N (0,1 kg)/mm.

Diese Ergebnisse zeigen, daß der dünne Film aus Platin ausreichend beständig war gegenüber den korrosiven und Abbaueffekten der siedenden Salzlösung.

Beispiel 2 Herstellung einer einseitigen Elektrodenanordnung

Das Platin/Polyimid-Verbundmaterial des Beispiels 1 wurde hergestellt unter Anwendung konventioneller photolithographischer Methoden zur Erzeugung einer einseitigen Elektrodenanordnung auf die nachstehend beschriebene Weise. Das Verbundmaterial wurde mit Heptan/Isopropanol gereinigt und an der Luft bei Raumtemperatur trocknen gelassen. Das Verbundmaterial wurde in einer natürlichen Atmosphäre in einem Ofen Modell CR 07-256 B/C (der Firma Blue M Co., Blue Island, USA) 30 Minuten lang bei 85°C gebrannt. Ein positives Photoresistmaterial ("AZ 1 370 SF" der Firma Shipley Co., Newton, USA) wurde in einer nominellen Dicke von 3 µm auf die Platinoberfläche aufgebracht durch Schleuderbeschichtung in einer automatisierten "Omnichuck"-Schleuderbeschichtungsvorrichtung (der Firma Machine Technology, Inc., Parsipanny, USA). Diese Beschichtungsvorrichtung wurde auf einen Flüssigkeitsejektionsdruck von 20,6 bis 24,5 N (2,1-2,5 kg)/cm² (30-35 psi) eingestellt. Das Photoresistmaterial wurde 3,5 Sekunden lang bei 6 UpM aufgebracht, woran sich ein 8 Sekunden langes Schleudern mit 3600 UpM anschloß, um überschüssiges Material zu entfernen. Das Photoresistmaterial wurde dann auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben gebrannt und dann unter Umgebungsbedingungen 10 Minuten lang Wasserdampf absorbieren gelassen.

Das Verbundmaterial mit dem darauf aufgebrachten Photoresistmaterial wurde dann in ein Wafer-Ausrichtungssystem Modell 3001 CHRZ (der Firma Eaton Semiconductor Equipment, Kaspar Instruments Modell 301, Sunnyvale, USA) eingeführt und mit einer gemusterten Maske bedeckt, die die Leiterweggeometrie für die physikalischen Dimensionen einer Ohrmuschel definierte für die Verwendung als Ohrmuschel-Implantat. Neben den Leiterwegen und den Ladungsinjektionspads definierte die Maske auch die Ausrichtungsmarkierungen, um eine Ausrichtung einer zweiten Maskierung, wie nachstehend beschrieben, zu ermöglichen.

Das auf diese Weise in dem Ausrichtungssystem mit der an Ort und Stelle befestigten Maske festgehaltene Verbundmaterial wurde dann UV-Strahlung ausgesetzt, um das Photoresistmaterial chemisch zu modifizieren und es für eine Entwicklungsstufe zugänglich zu machen. Diese Entwicklung wurde mit einer Quecksilber-Bogen-UV-Lampe durchgeführt, die unter Verwendung eines Intensitätskontrollsystems Modell 762 (der Firma Optical Association, Santa Clara, USA) betrieben wurde, das eine Leistung von 3,4 mWatt/cm² mit einer Wellenlänge im Bereich von 365 bis 436 nm bei einer Belichtungsdauer von 35 Sekunden ergab. Die Energiedichte der UV-Strahlung unter den genannten Bedingungen betrug mindestens 120 mJ/cm².

Das belichtete Photoresistmaterial wurde dann zur Entfernung des belichteten Materials entwickelt etwa 16 Sekunden lang in einer Lösung, die aus 3,5 Teilen entionisiertem Wasser und 1 Teil Entwicklerlösung "AZ 351 Developer®" (der Firma American Hoechst Co., Sommerville, USA) bestand. Der Verbundkörper wurde dann sofort in laufendem entionisiertem Wasser gespült, bis ein temperaturkompensierter Leitfähigkeitsmonitor (Modell 920-20 M, Balsbaugh, Foxboro, USA) anzeigte, daß das Wasser auf einen spezifischen Widerstand von mindestens 1 Megohm×cm zurückgekehrt war. Der Körper wurde dann mit einem ionisierten Stickstoffgasstrom getrocknet.

Das Zerstäubungsätzen mit einem Argonplasma wurde anschließend durchgeführt zur Entfernung von Platin, das nicht durch das Photoresistmaterial geschützt war. Eine Radiofrequenz-Dioden-Zerstäubungsvorrichtung (Randex Modell 240 der Firma Perkin Elmer Co., Palo Alto, USA) wurde zuerst bis auf einen Druck in dem Bereich von 1,07×10⁻³ bis 6,7×10⁻³ Pa (8×10⁻⁶-5×10⁻⁵ Torr) evakuiert, es wurde Argongas mit einer Strömungsrate von 20 SCCM eingeleitet, und die Elektroden wurden bei einer Frequenz von 13,56 MHz betrieben. Wenn das Argon kontinuierlich in das System eingeführt und durch das System gepumpt wurde, wurde ein Gleichgewichtsdruck von etwa 0,13 Pa (1×10⁻³ Torr) aufrechterhalten. Für diesen Vorgang war eine Energie von 500 W erforderlich bei einer Dauer von 60 bis 75 Minuten.

Dann wurde das Zerstäubungsätzen mit einem Sauerstoffplasma durchgeführt, um das Resistmaterial über den Platinleiterdurchgangswegen zu entfernen. Die Radiofrequenz-Dioden-Zerstäubungsvorrichtung, die bei einer Frequenz von 13,56 MHz betrieben wurde, wurde zuerst bis auf einen Druck von 0,13 Pa (1×10⁻³ Torr) evakuiert, dann wurden Sauerstoffgas mit einer Strömungsrate von 20 SCCM eingeleitet. Wenn der Sauerstoff kontinuierlich eingeleitet und aus dem System abgezogen wurde, wurde ein Gleichgewichtsdruck von etwa 0,67 Pa (5×10⁻³ Torr) aufrechterhalten. Die für diese Stufe erforderliche Energie betrug 300 W, und dieser Wert wurde etwa 20 Minuten lang aufrechterhalten.

Eine "Pyralin-Lösung" wurde gemischt, die bestand aus gleichen Mengen Pyralin PI-25 55® (der Firma E.I. DuPont de Nemours, Inc., Wilmington, USA), "AZ Thinner" (der Firma Shipley Co., Newton, USA) und N-Methyl-2-pyrrolidon von Reagensqualität. Das Verbundmaterial wurde in einem Ofen Modell CR 07-256 B/C (der Firma Blue M Co., Blue Island, USA) 30 Minuten lang bei 85°C in Luft gebrannt, dann mit der Pyralin-Lösung in einer automatisierten Omnichuck-Schleuderbeschichtungsvorrichtung (der Firma Machine Technology Inc., Parsipanny, USA) schleuderbeschichtet, die auf einen Flüssigkeitsejektionsdruck von 20,7 bis 27,6 N/cm² (30-40 psi) eingestellt war. Die Flüssigkeitsauftragszeit wurde auf 3 Sekunden bei 6 UpM eingestellt, anschließend wurde 8 Sekunden lang mit 600 UpM geschleudert, um das überschüssige Material zu entfernen. Das Verbundmaterial wurde dann in Luft in einem Ofen Modell CR 07-256 B/C erneut 30 Minuten lang bei 85°C gebrannt und unter Umgebungsbedingungen mindestens 10 Minuten lang, vorzugsweise jedoch nicht länger als etwa 8 Stunden lang vor Beginn der nächsten Stufe abkühlen gelassen.

Die isolierende Pyralin-Schicht wurde dann an ausgewählten Punkten entfernt, um dadurch "Fenster" zu erzeugen, durch welche den erregbaren Nervenfasern des Körpers eines Patienten Ladung zugeführt werden konnte. Um dies zu erzielen, wurde ein zweites Mal Photoresistmaterial auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben aufgebracht. In entsprechender Weise wurde eine zweite optische Maske aufgesetzt, die so eingestellt war, daß nur die Fensterflächen der UV-Bestrahlungsstufe exponiert wurden, so daß sie auf den Platinmetall-Ausrichtungsmarkierungen, die bei der ersten Maskenbildung erzeugt worden waren, befestigt wurde. Der Verbundkörper wurde dann einer ausreichenden UV-Bestrahlung unterzogen, um die unmaskierten Bereiche chemisch zu verändern und sie für den Entwickler zugänglich zu machen. Dann wurde er in den weiter oben beschriebenen Entwickler eingetaucht, um nicht nur das belichtete Photoresistmaterial, sondern auch das unmittelbar unter diesen Flächen liegende Pyralin zu entfernen. Das Verbundmaterial wurde dann nacheinander mit Aceton und Isopropanol gespült, um das unbelichtete Photoresistmaterial zu entfernen. Es wurde gefunden, daß die besten Ergebnisse erzielt wurden, wenn die Oberfläche des Verbundmaterials während dieses Verfahrens stets von einem Lösungsmittel benutzt gehalten wurde.

Die Impedanz der resultierenden Elektrodenpads wurde in einer Schaltung ermittelt, die aus den Pads, eingetaucht in eine physiologische Salzlösung, bestand und mittels eines Platindrahtes an einem Wechselstrommeter/Wechselstromenergiequelle befestigt war. Es wurde die monopolare Pad-Impedanz bestimmt unter Verwendung eines Niederfrequenz-Impedanz-Analysators (Modell 4 192 A der Firma Yokogawa-Hewlett Packard, Ltd., Tokyo, Japan), der auf eine Stimulierungsspannung von 0,75 bis 1,0 Volt-RMS bei 1000 Hz eingestellt war. Alle Pads hatten eine Größe von 50 µm×100 µm. Die monopolare Impedanz wurde bestimmt zu 4600 Ohm±1000 Ohm für 152 Pads von 154 Pads, die auf verschiedenen Anordnungen erzeugt wurden.

Schließlich wurden die Elektroden in einem Konvektionsofen erhitzt, um das Pyralin vollständig zu imidieren (d. h. zu "härten"). Außerdem wurde ein Härten nach den Vorschlägen des Herstellers durchgeführt durch Erhitzen in einem Ofen (Modell DC-256-C der Firma Blue M Co., Blue Island, USA) für 35 Minuten bei 105°C und dann für eine Stunde bei 310°C, danach wurden sie langsam auf Raumtemperatur abkühlen gelassen.

Unter den Bedingungen, die sich denjenigen näherten, wie sie bei der physiologischen Verwendung anzutreffen sind, wiesen die aus den erfindungsgemäßen Verbundmaterialien hergestellten Elektroden das gewünschte Leistungsvermögen und die gewünschte Einheitlichkeit (Gleichmäßigkeit) auf.

Beispiel 3 Herstellung einer zweiseitigen Anordnung

Eine Siliconkautschukfolie der Marke Silastic® von medizinischer Qualität (Cat. Number 500-3 der Firma Dow Corning, Midland, USA) mit einer Dicke von 0,025 cm (0,010 inch) wurde mit heißem Wasser gewaschen, um Talk zu entfernen. Die Folie wurde dann mit hochreinem Wasser gespült und 12 Stunden lang bei 60°C und unter einem Vakuum von 0,05 MPa (15 inch Hg) in einem Vakuumofen getrocknet. Aus der Folie wurde eine kreisförmige Scheibe mit einem Durchmesser von 6,6 cm (2,6 inch) ausgeschnitten und auf eine staubfreie Oberfläche gelegt. Fusseln und andere Teilchen wurden von der Kautschukfolie entfernt durch Verwendung eines schwach klebrigen Bandes, wie z. B. des transparenten Bandes der Marke Magic® der Firma 3M Company, St. Paul, USA. Die Kautschukscheibe wurde dann ganz flach auf einen sauberen, fussel- und staubfreien Silicon-Wafer von 7,62 cm (3 inch) gelegt, der eine Indexierebene auf einem Teil seines Randes aufwies.

Dann wurde ein 3M-"Kapton"-Band (Nr. 5 413 der Firma 3M Company, St. Paul, USA) von einer 10,2 cm (4 inch) breiten Rolle auf die Kautschukscheibe aufgebracht mit einem Luftstrahl aus einer federförmigen Sonde. Unter Anwendung des Luftstrahls war es möglich, das Band unter Anwendung einer geeigneten Kraft sehr flach aufzubringen, ohne die Polyimidoberfläche zu strecken oder zu zerkratzen.

Diese Struktur wurde dann auf eine ebene Platte aus rostfreiem Stahl mit Spiegeloberfläche gelegt und in eine hydraulische Plattenpresse (Modell 12-10-2T der Firma Wabash Metal Products Company, Wabash, USA) eingeführt, die auf eine Heizung von 100°C eingestellt war. Zur Verbesserung der Haftung zwischen dem Kautschuk und dem druckempfindlichen Klebstoff wurde eine schwache Kontaktkraft von etwa 0,35 bis 0,69 MPa (50-100 psi) einwirken gelassen. Zur Verhinderung einer Verunreinigung der Polyimidoberfläche während dieses Vorganges wurde eine Teflon®-Auflage verwendet. Um sicherzustellen, daß ein symmetrisches Pressen erzielt wurde, wurden die Proben viermal gepreßt, wobei der Wafer nach jedem 1minütigem Preßzyklus um jeweils 90° gedreht wurde.

Innerhalb von 8 Stunden und vorzugsweise innerhalb 1 Stunde wurde die Kapton-Oberfläche mit Heptan/Isopropanol gewaschen und mit weichen Papiertüchern abgewischt, um Verunreinigungen zu entfernen. Die Kautschuk/Polyimid-Struktur wurde dann von dem Silicium-Wafer vorsichtig entfernt und umgekehrt auf einen neuen sauberen Silicium-Wafer gelegt, so daß das Kaptonband auf die zweite Seite aufgebracht werden konnte. Es wurde gefunden, daß eine Verzögerung bei der Durchführung dieser Stufe zu einer übermäßigen Haftung des Silicium-Wafers führte, wodurch das vorsichtige Entfernen unmöglich wurde. Die gleichen Fusselentfernungs-, Bandaufbringungs-, Preß- und Reinigungsstufen wie vorstehend beschrieben wurden durchgeführt zur Erzeugung einer zweiten Seite identischer Natur.

Der kreisförmige Rand der Dreischichtenstruktur (Kaptonband - Siliconkautschuk - Kaptonband) wurde dann auf den Wafer geklebt unter Verwendung eines Ringes aus dem gleichen Kaptonband, der aus einer breiten Rolle ausgeschnitten worden war. Mit Hilfe eines Handwerkzeugs mit einer glatten abgerundeten Endoberfläche wurde dieses Band vorsichtig aufgelegt, um so jede Streckung der Struktur minimal zu halten, während eine möglichst luftdichte Versiegelung erzielt wurde. Das photolithographische Verfahren zur Erzeugung einer einseitigen Anordnung, wie in Beispiel 2 dargestellt, wurde dann durchgeführt mit den belichteten Flächen der zweiten Seite der Struktur.

Die in Beispiel 1 beschriebenen Zerstäubungsätzungs- und Zer­ stäubungsabscheidungsverfahren wurden auf der ersten Seite der Struktur durchgeführt, nachdem zuerst die Dreischichtenstruktur umgedreht worden war und sie mit einem Stück Band auf dem Wafer wieder befestigt worden war, und dann wurden Bandstreifen auf die erste Seite aufgelegt in Positionen entgegengesetzt zu den Ausrichtungsmarkierungen, die auf der zweiten Seite angeordnet waren. Das vorstehend beschriebene und in dem Beispiel 2 beschriebene Verfahren wurde auf der ersten Seite des Gegenstandes wiederholt, wobei diesmal das Band, das die Ausrichtungsflächen bedeckte, zum Zeitpunkt des Aufbringens des Photoresistmaterials durch Schleuderbeschichtung auf eine Seite entfernt wurde. Die Reflexionslichtmikroskopie durch die durchscheinende Kapton-Silicon-Kapton-Siliconkautschuk-Struktur erlaubte die Ausrichtung dieser Maskierung auf die Ausrichtungsmarkierungen, die noch auf der nach unten gewandten Seite zurückgeblieben waren. Die Elektrode in ihren Enddimensionen wurde mit einem Skalpell von der Struktur weggeschnitten.

Die wie in diesem Beispiel beschrieben hergestellten Elektroden wurden in eine Salzlösung von 37°C eingetaucht und monatelang einer intermittierenden Wechselspannung ausgesetzt. Nach 600 Stunden wiesen 39% der Elektroden eine monopolare Impedanz unter 1600 Ohm auf, und 21% hatten eine Impedanz zwischen 1600 und 40 000 Ohm. Die restlichen 40% wurden durch den Restgleichstrom, der das Pt-Metall auflöste, beschädigt. Diese Ergebnisse zeigen, daß eine periodisch ausgewogene elektrische Wechselspannung die Platinkonstruktion nicht mehr schädigt als die Einwirkung einer Salzlösung allein.

Beispiel 4 Anwendung der Elektrodenanordnung in vivo

Eine wie in Beispiel 3 beschrieben hergestellte Elektrode wurde zum Testen eines Tieres verwendet. Die Elektrode wies 14 Leiterbahnen auf, die 7 Kanäle bildeten, von denen jeder 2 Pole hatte. Sie wurde in die Ohrschnecke einer Katze eingesetzt, um ihre Fähigkeit, eine Neuralstimulierung zu bewirken, zu testen. Die Schwellenwerte waren etwas hoch, die gemessenen Neuralansprechempfindlichkeiten waren jedoch völlig normal.

Beispiel 5 Andere Polymerträger

Verschiedene Polymerträger wurden unter Anwendung des Zerstäubungsätzens vorbehandelt und dann mit Platin beschichtet durch Zerstäubungsabscheidung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und unter Anwendung der Testverfahren A und B bewertet.

Die in der nachfolgenden Tabelle A angegebenen Ergebnisse vergleichen die maximale Zeit, die verstrich, nachdem die Proben in eine siedende Salzlösung eingebracht worden waren, bevor ein gleichmäßiger Verlust von Metall von dem Träger sichtbar war. Es wurde gefunden, daß die auf diese Weise durchgeführten Vergleiche als geeignete vorläufige Reihenuntersuchung der Materialien (z. B. der Träger) und der Wirksamkeit der Zerstäubungsätzungs- und Zerstäubungsabscheidungsverfahren insofern dienten, als höhere Werte (beispielsweise von mehr als etwa 50 Stunden und vorzugsweise von mehr als etwa 100 Stunden) anzeigten, welche Proben gut waren in bezug auf die Abschäl- bzw. Abziehkraft und den Scheibenwiderstand, bestimmt nach dem Testverfahren A bzw. dem Testverfahren B.

Die Tabelle A vergleicht auch die Proben, die durch eine Zerstäubungsätzungsvorbehandlung und anschließende Zerstäubungsabscheidung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind, mit Proben, die einer ähnlichen Zerstäubungsabscheidung unterworfen wurden, jedoch ohne eine solche Vorbehandlung. Wie daraus ersichtlich, wies für jeden anderen Träger als die verwendete spezielle Polyvinylidenfluoridprobe mindestens eine Probe, die durch Zerstäubungsätzung vorbehandelt worden war, eine signifikant längere maximale verstrichene Zeit auf, bevor sichtbare Metallverluste auftraten, als bei jeder Probe, die nicht auf diese Weise vorbehandelt worden war.

Die in der Tabelle A verwendeten speziellen Träger waren folgende:

Polyimid:
# 5413 Kunststoffilmband der Firma 3M Company, St. Paul, USA, mit einer Unterlage aus DuPont Kapton®-Polyimid.
Polyethylenterephthalat ("PET"):
Intern hergestellt nach Standardverfahren als extrudiertes, biaxial orientiertes PET mit 0,3% AlSi-Gleitmittel.
"Hytrel®":
Extrudierter und biaxial orientierter Film, intern hergestellt nach Standardverfahren aus Hytrel 6098®-Harz (der Firma DuPont).
Polyvinylidenfluorid (PVF₂):
Intern hergestellt nach Standardverfahren als extrudiertes, biaxial orientiertes PVF₂.

Tabelle A

Die Ergebnisse der nachstehenden Tabelle B vergleichen die Abschäl- bzw. Abziehkraft und den Scheibenwiderstand der Proben, die auf die gleiche Weise wie in der Tabelle A aufgelistet hergestellt wurden, miteinander. Wie aus der Tabelle B ersichtlich, wiesen die Proben, die unter Verwendung der gleichen Polyimid-, PET- und Hytrel-6098®-Filme, wie sie oben verwendet worden waren, hergestellt wurden, jeweils geeignete Abschäl- bzw. Anziehkrafteigenschaften für die Verwendung als erfindungsgemäße Verbundmaterialien auf, während die verwendete spezielle Polyvinylidenfluoridprobe für diesen Verwendungszweck unter den angewendeten Herstellungsbedingungen ungeeignet war. Diese Ergebnisse stehen in Übereinstimmung mit den Werten für die ermittelte maximal verstrichene Zeit, die in der Tabelle A angegeben sind.

Die verhältnismäßig hohen Schichtwiderstandswerte für den Hytrel®-Träger sind, wie angenommen wird, zurückzuführen auf die weiche, kautschukartige Natur dieses Trägers. Die Belastung der elektrischen Sonden, die nach dem Testverfahren B angewendet wurde, schien den Träger leicht zu deformieren in der Weise, daß die Kontinuität des Überzugs brach, wodurch uncharakteristisch hohe Schichtwiderstandswerte erhalten wurden.

Tabelle B

Beispiel 6 Andere Edelmetalle

Es wurden Proben hergestellt durch Zerstäubungsabscheidung von Iridium und Gold auf die vorstehend unter Bezugnahme auf die Zerstäubungsabscheidung von Platin beschriebene Weise. Es wurde gefunden, daß Iridium geeignete Eigenschaften aufwies, während Gold sich leicht abzulösen schien. Es ist wahrscheinlich, daß die Haftung aller Edelmetalle einschließlich des Goldes verbessert werden kann durch spezifische Optimierung der Vorbehandlung und der Zerstäubungsabscheidung nach den Lehren der vorliegenden Erfindung.

Beispiel 7 Andere Trägerformen

Wie vorstehend beschrieben, ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt auf ebene, folienartige Trägeroberflächen. Um zu demonstrieren, daß Ausführungsformen analog zu Drähten leicht hergestellt werden können, wurden Proben von zylindrischen Formen hergestellt, deren äußere Oberflächen vorbehandelt und einer Zerstäubungsabscheidung unterworfen wurden. Diese Strukturen sind insbesondere nützlich in der modernen Connector-Technologie und Verkabelung sowohl für die Wechselstrom- als auch für die Gleichstromsignaltransmission.

Rohrförmige Strukturen mit äußeren Durchmessern von 5,08×10⁻² cm (0,02 inch) und 1,27×10⁻² cm (0,005 inch) wurden nach den in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt. Polyimidrohre (Micro-Bore®) und mit Polyimid beschichtete flexible Rohre aus geschmolzenem Siliciumdioxid wurden von der Firma Polymicro Technologies, Phoenix, USA, bezogen. Rohrleitungsstücke einer Länge von bis zu 28 cm (11,0 inch) wurden zu einer Rolle aufgewickelt und auf Silicium-Wafern befestigt, die mit einem Kapton®-Band bedeckt waren, unter Verwendung von zwei Stücken Kapton®-Band, um jedes Rohr festzuhalten. Die gesamte Reinigung wurde vor der Befestigung durchgeführt. Nach zweistündigem Brennen bei 180°C wurden die Proben ionisiertem Stickstoff ausgesetzt, bevor sie einer Zerstäubungsätzung und Zerstäubungsabscheidung unterzogen wurden.

Der Schichtwiderstand der resultierenden Rohre konnte nicht direkt gemessen werden unter Verwendung der planaren Vier-Punkt-Sonde, sondern er konnte nur abgeschätzt werden durch Multiplizieren des Widerstandes pro Einheitslänge mit dem Außendurchmesser. Der Schichtwiderstand wurde geschätzt zu 1,4 Ohm/Quadrat für das Rohr mit einem Durchmesser von 5,08×10⁻² cm (0,02 inch) und zu 1,8 Ohm/Quadrat für das Rohr mit einem Durchmesser von 1,27×10⁻² cm (0,005 inch). Diese beiden Werte standen in guter Übereinstimmung mit den Daten für ähnliche planare Verbundformen.

Claims (8)

1. Verbundkörper (-gegenstand bzw. -artikel), gekennzeichnet durch einen Polymerträger und einen Edelmetallüberzug, der auf mindestens einer Oberfläche desselben abgeschieden worden ist, der zusammenhängend (kontinuierlich) ist und nach 24stündiger Behandlung in einer siedenden Salzlösung eine Abschäl- bzw. Abziehkraft von mindestens etwa 0,49 N (0,05 kg)/mm Breite aufweist und außerdem besitzt:

• a) einen Schichtwiderstand (sheet resistance) von etwa 3 Ohm pro Quadrat oder weniger vor der Behandlung mit der siedenden Salzlösung und
• b) einen Schichtwiderstand von etwa 9 Ohm pro Quadrat oder weniger nach 24stündiger Behandlung mit einer siedenden Salzlösung.

2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerträger ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Polyimid, Polyethylenterephthalat und Polyesteräther-Blockcopolymeren, und daß das Edelmetall ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Gold, Iridium, Palladium, Platin, Rhodium, Ruthenium und Legierungen davon.

3. Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers (-gegenstandes bzw. -artikels), dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Stufen umfaßt:

• a) Vorbehandlung mindestens einer Oberfläche eines Polymerträgers durch Zerstäubungsätzen und
• b) Aufbringen eines Edelmetalls auf die vorbehandelte Oberfläche durch Zerstäubungsabscheiden in der Weise, daß ein Überzug gebildet wird, der das auf der Oberfläche abgeschiedene Edelmetall umfaßt und der eine für seinen vorgesehenen Verwendungszweck geeignete Abschäl- bzw. Abziehkraft aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug zusammenhängend (kontinuierlich) ist und nach 24stündiger Behandlung in einer siedenden Salzlösung eine Abschäl- bzw. Abziehkraft von mindestens etwa 0,49 N (0,05 kg)/mm Breite und außerdem die folgenden weiteren Merkmale aufweist:

• a) einen Schichtwiderstand (sheet resistance) von etwa 3 Ohm/Quadrat oder weniger vor der Behandlung mit einer Salzlösung und
• b) einen Schichtwiderstand von etwa 9 Ohm/Quadrat oder weniger nach 24stündiger Behandlung in einer siedenden Salzlösung.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerträger ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Polyimid, Polyethylenterephthalat und Polyesteräther-Blockcopolymeren, und daß das Edelmetall ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Gold, Iridium, Palladium, Platin, Rhodium, Ruthenium und Legierungen davon.

6. Multileiter-Mikroelektroden-Stimulierungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß sie hergestellt ist aus einem Verbundkörper, der umfaßt einen Polymerträger, von dem mindestens eine Oberfläche durch Zerstäubungsätzen vorbehandelt worden ist und einen Edelmetallüberzug aufweist, der durch Zerstäubungsabscheidung aufgebracht worden ist, wobei der Polymerträger ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Polyimid, Polyethylenterephthalat und Polyesteräther-Blockcopolymeren, und wobei das Edelmetall ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Gold, Iridium, Palladium, Platin, Rhodium, Ruthenium und Legierungen davon.

7. Verfahren zur Herstellung einer Multileiter-Mikroelektroden-Stimulierungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Stufen umfaßt:

• a) Herstellung eines Verbundkörpers mit einem Polymerträger, von dem mindestens eine Oberfläche durch Zerstäubungsätzen vorbehandelt worden ist und einen zusammenhängenden (kontinuierlichen) Überzug aus einem Edelmetall aufweist, der durch Zerstäubungsabscheidung aufgebracht worden ist, und
• b) Herstellung der Anordnung aus dem Verbundkörper.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerträger ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Polyimid, Polyethylenterephthalat und Polyesteräther-Blockcopolymeren, und daß das Edelmetall ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Gold, Iridium, Palladium, Platin, Rhodium, Ruthenium und Legierungen davon.