FR2823633A1

FR2823633A1 - Procede de connexion pour structure a electrodes implantable

Info

Publication number: FR2823633A1
Application number: FR0105053A
Authority: FR
Inventors: Thierry Herve
Original assignee: Universite Joseph Fourier Grenoble 1
Current assignee: Icrovitae Technologies Fr
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2002-10-18
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: JP2004521507A; FR2823633B1; EP1378151A1; US7090505B2; JP4075615B2; US20040163841A1; WO2002085085A1

Abstract

L'invention concerne un procédé pour connecter des premiers plots (16) d'une structure (1) porteuse d'électrodes (4) propres à mesurer ou à stimuler une activité d'origine physiologique à des seconds plots (17) d'au moins un circuit aval (2), chaque second plot (17) étant traversé par une ouverture (15) perforant le circuit aval. Le procédé comporte les étapes suivantes :a) placer le circuit aval sur ladite structure, de sorte que l'ouverture (15) d'un second plot (17) se trouve en face d'un premier plot (16); etb) déposer dans l'ouverture (15) du second plot (17) un matériau conducteur (18) assurant la connexion entre le second plot et le premier plot en regard.

Description

matière isolante (9)

PROCÉDÉ DE CONNEXION POUR STRUCTURE À ÉLECTRODES IMPLANTABLE

La présente invention concerne des structures portant des électrodes destinées à mesurer l'activité électrique d'un organe ou à le stimuler, et en particulier la connexion de ces

structures à un circuit.

En figure 1, une structure 1 à électrodes est destinée à être raccordée à un circuit aval 2. La structure 1 comporte un film support souple isolant 3. Sur le film 3 sont déposées des électrodes 4 relices par des pistes conductrices 5 à des plots de connexion 6. Les électrodes, les plots et les pistes qui les relient sont réalisés par dépôt et gravure d'une couche conduc trice sur le film 3. Une couche isolante mince, non représentée,

recouvre la structure, à l' exception des électrodes et des plots.

La structure 1 est une structure souple de faible épaisseur (quelques micromètres à quelques dizaines de micromètres), dont les électrodes sont destinces à être placces au contact d'un

organe comme un nerf ou la peau afin de mesurer l'activité élec-

trique de l'organe ou à le stimuler.

La structure 1 doit être connectée au circuit 2. Le circuit 2 comporte des plots 7 dont la disposition correspond à

celle des plots 6. Chaque plot 7 est relié à une piste conduc-

trice 8 en vue du traitement du signal fourni par les électrodes 4. Pour connecter un plot 6 à un plot 7, on pratique, dans chacun des plots 6, un trou 10 qui traverse la structure de part en part.

En figure 2, le circuit aval 2 est représenté partiel-

lement et un seul plot de contact 7 est visible. La structure 1 est représentée ici avec le film support 3, un seul plot 6 et une couche isolante supérieure 11. L'épaisseur du cTrcuit 2, de l'ordre d'un à deux millimètres, est importante devant celle de

la structure 1 qui est au plus de quelques dizaines de micro-

mètres. La structure 1 est placée sur le circuit 2 de sorte que chacun des trous 10 se trouve au-dessus dun plot 7. La surface de chaque plot 7 est supérieure à celle d'un trou 10. On dépose alors, par une technique classique de liaison bien connue en microélectronique, une goutte de soudure 12 qui remplit le trou en déLordant sur le plot 6. La goutte de soudure 12 assure le

contact électrique entre les plots 6 et 7.

Cette façon de procéder présente plusieurs inconvé-

nients. Il faut percer la structure porteuse d'électrodes au milieu de chaque plot 6. Cette opération est délicate du fait de la fragilité de la structure et cela suppose que les plots 6 sont assez gros, ce qui limite leur nombre. Le pergage des plots 6 est en général réalisé à l' aide dun faisceau laser, ce qui a pour effet de faire partiellement éclater la couche métallique formant le plot, qui ne présente plus alors une surface uniforme. Le perçage des plots 6 peut aussi être réalisé par gravure, ce qui nécessite un masque supplémentaire, d'o un problème de coût, et

augmente beaucoup le temps de perçage du plot.

De plus, ltimpédance présentée par ce type de contact est relativement élevée. En effet, la surface du plot 6 permet tant le passage dun signal électrique entre les plots 6 et 7 est une surface 13 sensiblement annulaire délimitée par la base de la gouLte de soudure 12 et la circonférence du trou 10. La surface du plot 7 permettant le passage du signal électrique est une surface 14 sensiblement circulaire et égale à la superficie du trou 10. Les surfaces 13 et 14 ont été représentées en traits gras en figure 2. Pour ne pas trop dimlnuer 1'impédance du contact

entre les plots 6 et 7, les surfaces 13 et 14 doivent être sensi-

blement égales. I1 en résulte qu'au maximum, la surface permet-

tant le passage d'un courant électrique entre les plots 6 et 7 est égale à la moitié de la surface du plot 6, ce qui fait que l'impédance du contact entre les plots 6 et 7 est relativement élevée. En outre, lors de la mise en oeuvre de la technique de connexion décrite ci-dessus, une pression macanique forte est exercée sur la structure 1. Cette pression écrase la structure

qui peut se trouver abîmoe.

Par ailleurs, la soudure 12 forme un dôme fragile de

hauteur relativement élevée, typiquement de l'ordre de 50 micro-

mètres. Cela peut présenter une gêne pour l 'encapsulation du

circuit.

Un objet de la présente invention est de réaliser une connexion aisée entre une structure d'électrodes destince à mesurer ou à stimuler une activité d'origine physiologique et un circuit. Un autre objet de la présente invention est de réaliser une connexion permettant d'optimiser limpédance de contact entre une structure d'électrodes destinée à mesurer ou à stimuler une

activité d'origine physiologique et un circuit.

Un autre objet de la présente invention est de réaliser une connexion sensiblement plane entre une structure d'électrodes destinée à mesurer ou à stimuler une activité d'origine physio

logique et un circuit.

Un autre objet de la présente invention est de réaliser une connexion entre une structure délectrodes destinée à mesurer ou à stimuler une activité d'origine physiologique et un cTrcuit permettant une utilisation optimale de la surface de la structure

et/ou du circuit.

Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un procédé pour connocter des premiers plots d'une structure porteuse d'électrodes propres à mesurer ou à stimuler une activité dorigine physiologique à des seconds plots d'au moins un circuit aval, chaque second plot étant traversé par une ouverture perforant le circuit aval, comportant les étapes suivantes: a) placer le circuit aval sur ladite structure, de sorte que l'ouverture d'un second plot se trouve en face d'un premier plot; et b) déposer dans l'ouverture du second plot un matériau conducteur assurant la connexion entre le second plot et le

premier plot en regard.

Selon un mode de réalisation de la présente invention,

l'ouverture pratiquée dans le second plot a une surface sensi-

blement égale à la surface du premier plot en regard.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, la surface du second plot est sensiblement égale à deux fois la

surface du premier plot en regard.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, la partie de ladite structure comportant les premiers plots est découpée de facon à former des languettes, et la connexion des second plots aux premiers plots est telle que les premiers plots de deux languettes adjacentes au moins sont connoctés à des seconds plots de cTrcuits aval différents, disposés sensiblement

les uns au-dessus des autres.

Selon un mode de réalisation de la présente invention,

l'ouverture perforant le circuit aval est un trou métallisé.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, la connexion des premiers plots aux seconds plots est réalisée à l' aide dune colle conductrice, d'une pâte conductrice ou d'une soudure. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le second plot a une épaisseur de l'ordre de 20 à 50 micromètres et le premier plot a une épaisseur égale au plus à quelques micromètres. L' invention prévoit aussi une structure porteuse d'électrodes propres à mesurer ou à stimuler une activité dori gine physiologique présentant des premiers plots pouvant être connectés à des seconds plots de circuits aval par un procédé

selon la présente invention. La partie de ladite structure ccmpor-

tant les premiers plots est découpée de façon à former des languettes portant chacune des premiers plots. Ltinvention prévoit aussi une structure porteuse

délectrodes propres à mesurer ou à stimuler une activité d'ori-

gine physiologique présentant des premiers plots pouvant être connectés à des seconds plots d'au moins un cTrcuit aval par un procédé selon la présente invention, les premiers plots étant reliés aux électrodes par des pistes conductrices. Les premiers plots et lesdites pistes conductrices sont disposés sur au moins deux niveaux superposés séparés par des couches isolantes, et au

moins une piste conductrice passe sous un premier plot.

Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans

la description suivante de modes de réalisation particuliers

faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes

parmi lesquelles.

la figure 1, précédemment décrite, représente une structure d'électrodes et un circuit aval; la figure 2 représente un type connu de connexion entre une structure d'électrodes et un cTrcuit aval; la figure 3A représente la connexion d'une structure délectrodes et dun circuit aval selon un premier mode de réali sation de la présente invention; la figure 3B représente la connexion d'une structure d'électrodes et d'un circuit aval selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention; les figures 4A et 4B représentent respectivement une nouvelle structure d'électrodes et son mode de connexion à un circuit aval selon un troisième mode de réalisation de la présente invention, et

la figure 5 représente une nouvelle structure d'élec-

trodes illustrant un avantage de la connexion selon la présente invention. Sur les figures, de mêmes signes de référence repré sentent de mêmes éléments. Les échelles, notamment en ce qui

concerne les épaisseurs, nont pas été respectées.

La figure 3A représente un premier mode de réalisation

de la présente invention. L'extrémité d'une structure d'élec-

trodes 1 du type susmentionné comporte un film support isolant 3, un plot 16 et une couche isolante supérieure 11. Un circuit 2 comportant un plot 17 à relier au plot 16 est placé ici au-dessus

de la structure 1 et non au-dessous comme dans l'art antérieur.

Le circuit 2 comporte une ouverture 15 qui le traverse totale ment, situce sensiblement au centre du plot 17. Dans l'exemple représenté, l'ouverture 15 a une taille sensiblement égale à celle du plot 16. L'ouverture 15 est remplie d'un matériau 18 assurant la connexion électrique des plots 16 et 17. Le matériau 18 est de préférence une pâte ou une colle conductrice, mais il peut s'agir aussi de soudure. Le matériau 18 remplit l'ouverture 15, profonde, et a une surface sensiblement plane qui dépasse

très peu de la surface du circuit 2.

Selon la présente invention, c'est le circuit 2 qui est placé au-dessus de la structure 1, et non l' inverse comme dans

l'art antérieur. Cela présente de nombreux avantages.

D'abord, c'est le circuit 2 qui est percé dans la pré sente invention, et non la structure 1. Or, le circuit 2 est beaucoup plus épais que la structure 1 (typiquement cent fois plus) et il est beaucoup plus facile de percer de facon réqulière le circuit 2 que la structure 1. En outre, la couche conductrice formant les plots 17 est beaucoup plus épaisse que la couche conductrice formant les plots 16, et elle est par conséquent beaucoup moins fragile (typiquement, l'épaisseur dun plot 17 est de l'ordre de 20 à 50 micromètres, alors que l'épaisseur d'un plot 16 est de quelques micromètres au plus, voire inférieure à un micromètre). Les trous du circuit 2 peuvent être réalisés à l' aide de techniques variées, comme à l' aide de techniques classiques de perçage mécanique, et ils sont plus réguliers que dans l'art antérieur. Les trous du circuit 2 peuvent aussi être réalisés avant le dépôt de la couche conductrice formant les plots 17. Cela permet, par exemple, d'utiliser un percage par

faisceau laser sans risquer de détériorer les plots 17.

Ensuite, le fait que l'épaisseur du plot 17 est beau-

coup plus importante que celle du plot 16 joue un rôle au niveau de l'impédance de la connexion. En effet, la surface de la couronne cylindrique 19 (en traits gras sur la figure 3A) correspondant, dans l'ouverture 15, à lépaisseur du plot 17 est importante et participe de facon non négligeable au passage du courant électrique. A titre d'exemple, on suppose que les plots 16 et 17 aient un même rayon R et que l'épaisseur e du plot 17

soit aussi égale à R. Si on choisit une ouverture 15 qui repré-

sente 75 de la surface du plot 17, la surface du plot 16 participant à la conduction du courant est 0,75.nR2. La surface cylindrique 19 représente quand à elle environ 1,7.nRe, donc 1,7.nR2, soit plus de deux fois plus. Comme en général les plots

16 et 17 sont de faible rayon (typiquement une dizaine de micro-

mètres), ltépaisseur e est généralement supérieure au rayon des plots et, en ce qui concerne le plot 17, c'est elle qui participe

principalement au passage du courant. Il en résulte que le maté-

riau de connexion 18 n'a pas besoin de s'étaler largement sur le plot 17 et le plot 17 n'a pas besoin d'être très étendu en surface, ce qui optimise la surface utilisoe. En outre, si besoin

est. le matériau 18 peut largement déLorder sur la piste conduc-

trice qui, dans le circuit 2, mène au plot 17. Aussi, le plot 17 peut, si cela est souhaité, être simplement réalisé par une partie d'une piste conductrice du circuit 2, percée par une

ouverture 15.

De plus, dans la présente invention, le matériau de connexion 18 remplit le trou défini par l'ouverture 15, qui est un trou profond contrairement au trou 10 de l'art antérieur. I1 en résulte qu'une quantité suffisante de matériau de connexion est systématiquement utilisce et forme des connexions solides, sans former un dôme important comme dans l'art antérieur. On notera d'ailleurs qu'il est possible de racler le matériau 18 à la surface du circuit 2 et d'obtenir une surface du cTrcuit 2 pratiquement plane. La figure 3s représente un deuxième mode de réalisation de la présente invention. En figure 3B, une piste conductrice 20 du circuit 2 aboutit à l'ouverture 15 du plot 17. Le trou défini par l'ouverture 15 est métallisé. Une couche conductrice 22 recouvre les parois de l'ouverture 15. La couche 22 peut, comme cela est représenté, déborder un peu à la surface du cTrcuit 2, mais cela ntest pas nécessaire. Le plot 17 est ainsi défini par la couche conductrice 22, reliée à la piste 20. Dans ce mode de réalisation, la surface du plot 17 participant à la conduction du courant électrique est très grande. Le matériau de connexion 18 nta pas besoin de remplir la totalité de l'ouverture 15 pour assurer une bonne réaistance mécanique de la connexion et la surface du circuit 2 reste plane. Ce mode de réalisation permet une diminution particulièrement importante de l'impédance de la connexion réalisce et le plot 17 noccupe pas plus de place que

le plot 16 en regard.

Les figures 4A et 4B illustrent un troisième mode de réalisation de la présente invention, qui permet une grande souplesse d'utilisation ainsi que de réaliser des plots 17 de

grande taille.

La figure 4A représente une nouvelle structure d'élec-

trodes 1. En figure 4A, l'extrémité de la structure 1' comporte huit plots 16-i, i allant de 1 à 8. L'extrémité de la structure est découpée par trois ouvertures longitudinales 24 séparant les plots 16-i en groupes de deux. Les ouvertures 24 divisent ainsi

l'extrémité de la structure 1' en quatre languettes longitu-

dinales A, B. C, D, rangées dans cet ordre et comportant deux

plots chacune.

La figure 4B illustre la facon de connecter la struc ture 1. La structure 1' est connoctée à deux circuits aval 2a et 2b. Les languettes non adjacentes A et C sont connectées au cTrcuit 2a de la manière décrite en relation avec la figure 3A ou 3B. De même, les languettes non adjacentes B et D sont connectéss au cTrcuit 2b de la manière décrite en relation avec la figure 3A ou 3B. Les circuits 2a et 2b sont disposés l'un au- dessus de lautre. Le film support isolant de la structure 1 peut assurer à lui seul lisolement électrique entre les cTrcuits 2a et 2b, ou un isolant supplémentaire comme une feuille isolante séparera les

circuits 2a et 2b.

En procédant ainsi, on réalise un empilement des circuits 2a et 2b. Les plots 17 de chacun des circuits 2a ou 2b peuvent avoir une surface double des plots 16-i et s'étendre sur la largeur de deux languettes A, B. C, D. Ainsi, par exemple, le plot 17 connocté au plot 16-1 de la languette A pourra occuper une surface correspondant au plot 16-1 et au plot 16-3 de la languette B. I1 présentera aisément une ouverture 15 de même

surface que le plot 16-1.

Ce mode de connexion est avantageux. Par exemple, les plots de la structure 1' peuvent être deux fois plus petits et donc deux fois plus nombreux que dans l'art antérieur, ou bien la

largeur de la structure 1' peut être deux fois plus petite.

L' ensemble obtenu forme un ensemble compact, pratique à mettre en place, très souple d'emploi. Par circuits 2a et 2b, on entend soit deux circuits aval distincts couplés ou non, soit simplement deux éléments superposés d'un connocteur tridimensionnel à

plusieurs étages, associé à un circuit aval unique.

Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'hcmme de l' art. En particulier, la structure porteuse d'électrodes a été décrite de forme allongée, avec des électrodes à une extrémité et des plots à l'autre extrémité. Cependant, la structure peut être de forme quelcouque, par exemple circulaire, et les électrodes et les plots de la structure peuvent être disposés en une partie quelconque de la structure. Aussi, le nombre des plots de la structure peut être quelconque, par exemple de plusieurs centaines. On notera que le procédé de connexion de la présente invention s 'applique pour des épaisseurs très diverses de la structure porteuse d'électrodes et du circuit 2. De plus, le circuit 2 n'est pas nécessairement rigide, mais peut être un circuit souple, par exemple d'une épaisseur de

quelques centaines de micromètres.

On notera également que la forme des plots 17 peut être

quelconque.

Aussi, dans le mode de connexion illustré en relation avec les figures 4A et 4B, la structure peut être découpée en un nombre de languettes différent de quatre et le nombre de circuits aval ou d'éléments superposés d'un connecteur du circuit aval peut être supérieur à deux. Aussi, bien que chacune des languettes de la figure 4A soit représentée avec une seule rangée de plots, les languettes peuvent comporter plusieurs rangées de plots, par exemple deux. Aussi, il n'est pas nocessaire que toutes les languettes adjacentes soient connoctées à des circuits aval différents. Par exemple, les languettes A et D de la figure 4B peuvent être connectées au circuit 2a et les languettes B et C au circuit 2b, en procurant les mêmes avantages que ceux cités en

relation avec la figure 4B.

On notera aussi que d'autres avantages du procédé de connexion selon la présente invention apparaîtront à l'homme de l'art. Par exemple, dans le cas o la structure comporte non pas une couche d'électrode, mais plusieurs, la présente invention

présente un avantage important.

La figure 5 représente une structure 1" à deux couches d'électrodes. Le film support 3 de la structure 1" est recouvert d'une première couche conductrice 30. La couche 30 est gravée pour former, à une extrémité de la structure, un plot 16a relié par une piste conductrice 31 à une électrode non représentée, située à l'autre extrémité de la structure. Sur la couche 30 se trouve une couche isolante 32. Sur la couche 32, est disposoe une deuxième couche conductrice 34. La couche 34 est gravée pour former un plot 16b, relié par une piste conductrice 35 à une électrode non représentée. La couche 34 est surmontée d'une couche isolante 36. Les couches 32 et 36 sont convenablement gravées pour faire apparaître les plots 16a et 16b. Le plot 16a et la piste 31 sont situés à un niveau inférieur au plot 16b et à la piste 35. Dans l'art antérieur, comme les plots 16a et 16b doivent être percés de trous perforants, la piste 31 ne peut pas se trouver sous le plot 16b. I1 en résulte un cheminement compliqué de la piste 31 et le masque à utiliser pour sa gravure est complexe. Par ailleurs, la surface nocessaire pour réaliser la piste 31 peut être relativement importante. Dans l' invention, la piste 31 peut passer sous le plot 16b et être rectiligne. La surface de la structure est mieux utilisée et le masque utilisé

pour la gravure de la couche 31 est plus simple.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour connecter des premiers plots (16) d'une structure (1, 1', 1") porteuse délectrodes (4) propres à mesurer ou à stimuler une activité d'origine physiologique à des seconds plots (17) dau moins un circuit aval (2, 2a, 2b), chaque second plot (17) étant traversé par une ouverture (15) perforant le cTrcuit aval, comportant les étapes suivantes: a) placer le circuit aval sur ladite structure, de sorte que l'ouverture (15) d'un second plot (17) se trouve en face d'un premier plot (16); et b) déposer dans l'ouverture (15) du second plot (17) un matériau conducteur (18) assurant la connexion entre le second

plot et le premier plot en regard.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'ouverture (15) pratiquée dans le second plot (17) a une surface

sensiblement égale à la surface du premier plot (16) en regard.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la surface du second plot (17) est sensiblement égale à deux fois

la surface du premier plot (16) en regard.

4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la partie de ladite structure comportant les premiers plots est découpée de facon à former des languettes (A, s, C, D), et dans lequel la connexion des second plots (17) aux premiers plots est telle que les premiers plots (16-i) de deux languettes adjacentes au moins sont connactés à des seconds plots de circuits aval différents (2a, 2b), disposés sensiblement les uns audessus des autres.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1

à 4, dans lequel l'ouverture (15) perforant le circuit aval est

un trou métallisé.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1

à 5, dans lequel la connexion des premiers plots aux seconds plots est réalisce à l' aide d'une colle conductrice, d'une pâte

conductrice ou dune soudure.

7. Procédé selon l'une quelcouque des revendications 1

à 6, dans lequel le second plot (17) a une épaisseur de l'ordre de 20 à 50 micromètres et dans lequel le premier plot (16) a une

épaisseur égale au plus à quelques micromètres.

8. Structure (1) porteuse d'électrodes (4) propres à mesurer ou à stimuler une activité d'origine physiologique présentant des premiers plots (16-i) pouvant être connoctés à des seconds plots (17) de circuits aval (2a, 2b) par un procédé selon la revendication 4, caractérisée en ce que la partie de ladite structure comportant les premiers plots est découpée de façon à former des languettes (A, B. C, D) portant chacune des premiers plots.

9. Structure (1") porteuse d'électrodes propres à mesurer ou à stimuler une activité d'origine physiologique présentant des premiers plots (16a, 16b) pouvant étre connectés à des seconds plots (17) dau moins un circuit aval (2, 2a, 2b) par

un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, les

premiers plots (16a, 16b) étant reliés aux électrodes par des pistes conductrices (31, 35), dans lequel les premiers plots (16a, 16b) et lesdites pistes conductrices (31, 32) sont disposés sur au moins deux niveaux superposés séparés par des couches isolantes (32), caractérisée en ce qu'au moins une piste