ITTO20090868A1

ITTO20090868A1 - PROCEDURE FOR THE REALIZATION OF A MICROAGHI DEVICE, IN PARTICULAR FOR SENSORY USE

Info

Publication number: ITTO20090868A1
Application number: IT000868A
Authority: IT
Inventors: Marco Ferrera; Luca Zanotti
Original assignee: St Microelectronics Srl
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2011-05-13
Also published as: IT1397018B1

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

â€œPROCEDIMENTO PER LA REALIZZAZIONE DI UN DISPOSITIVO A MICROAGHI, IN PARTICOLARE PER USO SENSORISTICOâ€ â € œPROCESS FOR THE REALIZATION OF A MICRO-NEEDLE DEVICE, IN PARTICULAR FOR SENSORISTIC USEâ €

La presente invenzione Ã ̈ relativa ad un procedimento per la realizzazione di un dispositivo a microaghi, in particolare per uso sensoristico. The present invention relates to a process for manufacturing a microneedle device, in particular for sensor use.

Come Ã ̈ noto, strutture a microaghi (microneedles) sono state proposte per l'impiego in dispositivi di differente tipo, fra i quali dispositivi per la calibrazione e la diagnostica di sensori elettronici, la diagnostica medicale, il monitoraggio di grandezze fisiche in campo medico e non, e l'assunzione di medicinali. Ad esempio, in campo medicale, si sfrutta la capacitÃ dei microaghi di perforare meccanicamente lo strato epidermico esterno per favorire l'assorbimento transdermale di sostanze attive o per effettuare micromisure all'interno delle cellule. Tipiche applicazioni sono la iontoforesi (procedimento terapeutico utilizzante una corrente elettrica unidirezionale per far penetrare all'interno dei tessuti sostanze attive), l'elettroporazione (procedimento consistente in una rapida scarica elettrica in grado di aprire simultaneamente la membrana plasmatica in numerosi punti, permettendo ad esempio a molecole di DNA di penetrare in una cellula) o la misura dell'impedenza di un liquido cellulare interstiziale. As is known, microneedles structures have been proposed for use in different types of devices, including devices for the calibration and diagnostics of electronic sensors, medical diagnostics, monitoring of physical quantities in the medical field. and not, and taking medicines. For example, in the medical field, the ability of microneedles to mechanically perforate the external epidermal layer is exploited to favor the transdermal absorption of active substances or to carry out micro-measurements inside the cells. Typical applications are iontophoresis (therapeutic procedure using a unidirectional electric current to let active substances penetrate inside the tissues), electroporation (procedure consisting of a rapid electrical discharge capable of simultaneously opening the plasma membrane in numerous points, allowing to DNA molecules to penetrate a cell) or the measurement of the impedance of an interstitial cell fluid.

In â€³Fully Integrated Microneedle-based Transdermal Drug Delivery Systemâ€³ di Niclas Roxhed - ISBN 978-91-7178-751-4, capitoli 4.2-4.3 viene descritta la realizzazione di microaghi forati e solidi tramite tecniche di fabbricazione MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), includenti il trasferimento della conformazione (â€³patternâ€³) bidimensionale desiderata da una fotomaschera originale o da una struttura di stampo (â€³moldâ€³) su un substrato, la deposizione di strati sul substrato e successivi attacchi. Ad esempio nell'articolo indicato viene riportata una tecnica di realizzazione di aghi solidi mediante attacco in KOH. In â € ³Fully Integrated Microneedle-based Transdermal Drug Delivery Systemâ € ³ by Niclas Roxhed - ISBN 978-91-7178-751-4, chapters 4.2-4.3 the production of perforated and solid microneedles using MEMS (Micro- Electro-Mechanical Systems), including the transfer of the desired two-dimensional conformation (â € ³patternâ € ³) from an original photomask or from a mold structure (â € ³moldâ € ³) on a substrate, the deposition of layers on the substrate and subsequent etching . For example, in the indicated article a technique for manufacturing solid needles by KOH etching is reported.

In alcune applicazioni i microaghi sono realizzati di materiale conduttore o ricoperti con uno strato elettricamente conduttore e vengono polarizzati tramite contatti generalmente realizzati a partire dallo stesso strato conduttore degli aghi o da uno strato di metallizzazione, opportunamente configurato. In some applications the microneedles are made of conductive material or covered with an electrically conductive layer and are polarized by means of contacts generally made from the same conductive layer as the needles or from a suitably configured metallization layer.

La realizzazione di contatti di tal tipo richiede tuttavia l'occupazione di un'area apposita, incrementando le dimensioni del dispositivo e del relativo incapsulamento, cosa che Ã ̈ indesiderata in alcune applicazioni. Inoltre, il collegamento della struttura dei microaghi con la scheda (board) di supporto, che integra o porta l'elettronica di controllo, richiede l'uso di fili saldati (tecnica del "wire bonding"), che comporta il rischio di cortocircuito fra i diversi fili e il rischio che si formino componenti parassiti. Per evitare o almeno minimizzare questi rischi, Ã ̈ possibile colare del materiale isolante (ad esempio una colla per "die") fra i fili, in modo da separarli fisicamente ed elettricamente. Tuttavia anche questa soluzione Ã ̈ svantaggiosa, in quanto richiede l'aggiunta di una fase di processo, con i costi associati, e comunque non risolve il problema della riduzione dell'area. However, the creation of contacts of this type requires the occupation of a specific area, increasing the size of the device and its encapsulation, which is undesirable in some applications. Furthermore, the connection of the microneedle structure with the support board, which integrates or carries the control electronics, requires the use of welded wires ("wire bonding" technique), which entails the risk of short circuit between the different threads and the risk of forming parasitic components. To avoid or at least minimize these risks, it is possible to pour insulating material (for example a "die" glue) between the wires, in order to physically and electrically separate them. However, even this solution is disadvantageous, as it requires the addition of a process step, with the associated costs, and in any case does not solve the problem of area reduction.

Scopo della presente invenzione Ã ̈ mettere a disposizione un procedimento che superi gli inconvenienti della tecnica nota. The object of the present invention is to provide a process which overcomes the drawbacks of the known art.

Secondo la presente invenzione vengono realizzati un procedimento per la realizzazione di una struttura a microaghi e la relativa struttura a microaghi, come definiti rispettivamente nelle rivendicazioni 1 e 10. According to the present invention, a process for the production of a microneedle structure and the relative microneedle structure are provided, as defined respectively in claims 1 and 10.

Per una migliore comprensione della presente invenzione ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali: For a better understanding of the present invention, preferred embodiments are now described, purely by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:

- le figure 1-15 mostrano sezioni trasversali relative ad una forma di realizzazione del presente procedimento di fabbricazione, per la realizzazione di microaghi di materiale semiconduttore; Figures 1-15 show cross sections relating to an embodiment of the present manufacturing process, for the production of microneedles of semiconductor material;

- la figura 16 mostra una variante della struttura di figura 15; e - figure 16 shows a variant of the structure of figure 15; And

- le figure 17-24 mostrano sezioni trasversali relative ad una differente forma di realizzazione del presente procedimento di fabbricazione, per la realizzazione di microaghi di differente materiale. - Figures 17-24 show cross sections relating to a different embodiment of the present manufacturing process, for the production of microneedles of different material.

Una forma di realizzazione permette di ottenere microaghi di materiale semiconduttore, ad esempio silicio, partendo da un substrato 1 di altezza standard, ad esempio 725 Î1⁄4m, avente una prima superficie 1a (ad esempio una superficie inferiore) ed una seconda superficie 1b (ad esempio una superficie superiore). One embodiment allows to obtain microneedles of semiconductor material, for example silicon, starting from a substrate 1 of standard height, for example 725 Î1⁄4m, having a first surface 1a (for example a lower surface) and a second surface 1b ( for example a top surface).

Con riferimento alla figura 1, la prima superficie 1a del substrato 1 viene ossidata in modo da formare un primo strato di ossido 2 avente spessore compreso ad es. fra 50 nm e 5 µm; il primo strato di ossido 2 viene quindi mascherato e attaccato in modo da rimuovere selettivamente una porzione del primo strato di ossido 2 e formare una prima finestra 3 in corrispondenza della zona in cui si vuole realizzare una regione di contatto, come spiegato piÃ¹ in dettaglio in seguito. La prima finestra 3 puÃ² avere ad esempio forma rettangolare, avente lati di lunghezza compresa fra 20 Î1⁄4m e 10 mm. With reference to Figure 1, the first surface 1a of the substrate 1 is oxidized so as to form a first oxide layer 2 having a thickness including e.g. between 50 nm and 5 µm; the first oxide layer 2 is then masked and etched so as to selectively remove a portion of the first oxide layer 2 and form a first window 3 in correspondence with the area in which a contact region is to be formed, as explained in more detail in following. The first window 3 can, for example, have a rectangular shape, with sides of length between 20 Î1⁄4m and 10 mm.

In seguito, figura 2, viene deposto uno strato barriera 4. Ad esempio, nel caso che debbano essere realizzate regioni di contatto di oro, lo strato barriera 4 puÃ² essere di titanio-tungsteno (TiW), coperto da uno strato di germe (â€³seedâ€³) di oro, deposto per PVD (Physical Vapor Deposition) o evaporazione. Nel caso di regioni di contatto di alluminio, lo strato barriera 4 puÃ² essere di titanio-nitruro di titanio (TiTiN). Subsequently, figure 2, a barrier layer 4 is deposited. For example, in the case where gold contact regions are to be made, the barrier layer 4 can be of titanium-tungsten (TiW), covered by a layer of germ (â € ³seedâ € ³) of gold, deposited by PVD (Physical Vapor Deposition) or evaporation. In the case of aluminum contact regions, the barrier layer 4 can be titanium-titanium nitride (TiTiN).

Successivamente, figura 3, viene realizzato uno strato di stampo 10, ad esempio viene deposto e sviluppato uno strato di resist, avente un'apertura 11 sostanzialmente allineata alla prima finestra 3, ma leggermente piÃ¹ grande, per evitare problemi di allineamento. Ad esempio, lo strato di stampo 10 puÃ² avere spessore compreso fra 0,5 e 20 µm. Subsequently, Figure 3, a mold layer 10 is formed, for example a resist layer is deposited and developed, having an opening 11 substantially aligned with the first window 3, but slightly larger, to avoid alignment problems. For example, the mold layer 10 can have a thickness ranging from 0.5 to 20 µm.

Quindi, figura 4, uno strato conduttore, ad esempio un metallo quale oro o alluminio, viene deposto all'interno della apertura 11. Tipicamente, lo strato conduttore viene deposto tramite deposizione elettrochimica (ECD) o deposizione in fase vapore (PVD), in modo di crescere sfruttando lo strato barriera 4 o lo strato di germe sovrastante. Quindi, figura 5, vengono rimossi lo strato di stampo 10 e lo strato di ossido 2, dove esposto. Al di sotto della regione di contatto 5 rimane quindi una regione di barriera 4a, mentre dello strato di ossido 2 rimane solo una regione anulare 2a che circonda la porzione inferiore della regione di contatto 5. Then, figure 4, a conductive layer, for example a metal such as gold or aluminum, is deposited inside the opening 11. Typically, the conductive layer is deposited by electrochemical deposition (ECD) or vapor phase deposition (PVD), in way of growing by exploiting the barrier layer 4 or the overlying germ layer. Then, Figure 5, the mold layer 10 and the oxide layer 2, where exposed, are removed. A barrier region 4a therefore remains below the contact region 5, while of the oxide layer 2 only an annular region 2a which surrounds the lower portion of the contact region 5 remains.

Successivamente, figura 6, sulla prima superficie 1a e sulla regione di contatto 5 viene deposto uno strato di protezione 6, ad esempio di poliimmide, con spessore compreso fra 0,5 e 20 µm, e sulla seconda superficie 1b viene deposto un secondo strato di ossido 7, ad esempio deposto chimicamente in fase vapore assistita al plasma (PECVD - Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), con uno spessore compreso fra 0,5 e 3 µm. Subsequently, figure 6, on the first surface 1a and on the contact region 5 a protection layer 6, for example of polyimide, with a thickness of between 0.5 and 20 µm is deposited, and on the second surface 1b a second layer of oxide 7, for example chemically deposited in plasma assisted vapor phase (PECVD - Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), with a thickness between 0.5 and 3 µm.

In figura 7, il substrato 1 viene ribaltato e il secondo strato di ossido 7 sulla seconda superficie 1b viene rimosso selettivamente tramite attacco chimico (â€³etchingâ€³) in modo da formare una seconda finestra 8, sostanzialmente allineata con la prima finestra 3 e quindi con la regione di contatto 5. Convenientemente, la seconda finestra 8 Ã ̈ piÃ¹ stretta della prima finestra 3 (ad esempio, di diametro compreso fra 10 µm e 3 mm e puÃ² essere formata da una matrice di finestrelle micrometriche. Successivamente, figura 8, la porzione del substrato 1 in corrispondenza della seconda finestra 8 viene attaccata e rimossa in modo da formare una cavitÃ 9 avente profonditÃ minore dello spessore del substrato 1. Ad esempio, la cavitÃ 9 puÃ² avere una profonditÃ compresa fra 100 e 650 µm. Quindi, il secondo strato di ossido 7 viene rimosso, scoprendo nuovamente la seconda superficie 1b. In figure 7, the substrate 1 is overturned and the second oxide layer 7 on the second surface 1b is selectively removed by chemical etching (â € ³etchingâ € ³) so as to form a second window 8, substantially aligned with the first window 3 and therefore with the contact region 5. Conveniently, the second window 8 is narrower than the first window 3 (for example, with a diameter between 10 µm and 3 mm and can be formed by a matrix of micrometric windows. Subsequently, figure 8 , the portion of the substrate 1 in correspondence of the second window 8 is attached and removed so as to form a cavity 9 having a depth less than the thickness of the substrate 1. For example, the cavity 9 can have a depth between 100 and 650 µm. , the second oxide layer 7 is removed, revealing the second surface 1b again.

In seguito, figura 9, il substrato 1 viene ossidato, in modo da formare un terzo strato di ossido 13 che copre la seconda superficie 1b, le pareti laterali e il fondo della cavitÃ 9, e viene realizzata una maschera 14, ad esempio di dry resist. La maschera 14 Ã ̈ formata da una pluralitÃ di porzioni di mascheratura sopra le aree dove si vogliono realizzare i microaghi, ad esempio le porzioni di mascheratura possono essere disposte secondo una schiera (â€³arrayâ€³) bidimensionale, a distanza regolare sia nella direzione orizzontale sia in direzione perpendicolare al piano del disegno. Then, figure 9, the substrate 1 is oxidized, so as to form a third oxide layer 13 which covers the second surface 1b, the side walls and the bottom of the cavity 9, and a mask 14 is made, for example of dry resist. The mask 14 is formed by a plurality of masking portions above the areas where the microneedles are to be made, for example the masking portions can be arranged according to a two-dimensional array (â € ³arrayâ € ³), at a regular distance both in the direction horizontal and perpendicular to the plane of the drawing.

Quindi, figura 10, tramite un attacco ossido e utilizzando la maschera 14, viene rimosso il terzo strato di ossido 13, dove esposto, formando cappucci di ossido 13a, e successivamente viene eseguito un attacco silicio. In particolare, l'attacco Ã ̈ inizialmente di tipo isotropo in modo da formare una pluralitÃ di colonnine dal profilo rientrante nella parte apicale, includenti una porzione superiore approssimativamente conica (punta) ed un porzione inferiore approssimativamente cilindrica (figura 11), fintanto che rimangono i cappucci di ossido 13a sulle punte. Successivamente, quando cadono i cappucci 13a, l'attacco Ã ̈ di tipo anisotropo, in modo da assottigliare e rendere piÃ¹ lunghe le colonnine, figura 12. L'attacco simultaneamente e automaticamente rimuove il silicio del substrato 1 al di sotto della cavitÃ 9, fino alla regione di barriera 4a, formando un foro passante 17, figura 12. In questo modo, al di sotto delle porzioni di mascheratura 14 si formano microaghi 15 di silicio dotati di punte 15a, sporgenti da una base 16, pure di silicio e formanti, con la base 16 e il foro passante 17, una struttura a microaghi 14. A seconda della durata degli attacchi, i microaghi 15 possono avere un'altezza di compresa fra ad es. 0,1 mm e 0,725 mm. La base 16 inoltre presenta spessore inferiore a quello del substrato 1, ad esempio 200 µm. Then, figure 10, by means of an oxide etching and using the mask 14, the third oxide layer 13, where exposed, is removed, forming oxide caps 13a, and subsequently a silicon etching is performed. In particular, the attachment is initially of the isotropic type so as to form a plurality of columns with a profile falling back into the apical part, including an approximately conical upper portion (tip) and an approximately cylindrical lower portion (Figure 11), as long as they remain the oxide caps 13a on the tips. Subsequently, when the caps 13a fall off, the attachment is of the anisotropic type, in order to thin and make the columns longer, figure 12. The attachment simultaneously and automatically removes the silicon of the substrate 1 below the cavity 9, up to the barrier region 4a, forming a through hole 17, figure 12. In this way, under the masking portions 14 silicon microneedles 15 are formed with tips 15a, protruding from a base 16, also of silicon and forming , with the base 16 and the through hole 17, a microneedle structure 14. Depending on the duration of the attachments, the microneedles 15 can have a height of between eg. 0.1mm and 0.725mm. The base 16 also has a thickness lower than that of the substrate 1, for example 200 µm.

Successivamente, figura 13, viene deposto uno strato di metallo 20, ad esempio tramite EDC (rivestimento per elettrodeposizione), PVD (deposizione fisica in fase vapore), evaporazione e simili. Lo strato di metallo 20 viene realizzato ad esempio di oro, argento, titanio o alluminio avente spessore compreso, ad es., fra 50 nm a 20 µm, e ricopre i microaghi 15 e la parete laterale del foro passante 17. Inoltre, all'interno del foro passante 17, lo strato di metallo 20 Ã ̈ a diretto contatto con la regione di barriera 4a. Quindi, figura 14, viene rimosso lo strato di protezione 6, poi la struttura finale viene tagliata (â€³dicedâ€³) in modo da formare una pluralitÃ di moduli 19 (uno solo mostrato). Subsequently, Figure 13, a metal layer 20 is deposited, for example by EDC (electroplating coating), PVD (physical vapor deposition), evaporation and the like. The metal layer 20 is made, for example, of gold, silver, titanium or aluminum having a thickness ranging, for example, from 50 nm to 20 µm, and covers the microneedles 15 and the side wall of the through hole 17. Furthermore, at the inside the through hole 17, the metal layer 20 is in direct contact with the barrier region 4a. Then, figure 14, the protective layer 6 is removed, then the final structure is cut (â € ³dicedâ € ³) so as to form a plurality of modules 19 (only one shown).

Quindi, il modulo 19 viene fissato ad un supporto 21 avente una sede 22 per la regione di contatto 5, figura 15. Il supporto 21 puÃ² essere costituito da una scheda a circuito stampato (â€³printed circuit boardâ€³) scavata (â€³etchedâ€³) in modo da formare la sede 22 e avente piste metallizzate per le connessioni elettriche. Nell'esempio di figura 15, una superficie di fondo della sede 22 presenta una pista di metallizzazione 23, che viene portata a contatto diretto con la regione di contatto 5, in modo da consentire la connessione elettrica dei microaghi 15, attraverso lo strato di metallo 20, con un'elettronica di controllo, ad esempio incollata (â€³bondedâ€³) sul supporto 21. Then, the module 19 is fixed to a support 21 having a seat 22 for the contact region 5, figure 15. The support 21 can be constituted by a printed circuit board (â € ³) hollowed out (â € ³etchedâ € ³) so as to form the seat 22 and having metallized tracks for the electrical connections. In the example of figure 15, a bottom surface of the seat 22 has a metallization track 23, which is brought into direct contact with the contact region 5, so as to allow the electrical connection of the microneedles 15, through the metal layer 20, with control electronics, for example glued (â € ³bondedâ € ³) on the support 21.

In alternativa, la fetta costituente il substrato 1, dopo la rimozione dello strato di protezione 6, viene assemblata direttamente su una seconda fetta avente opportune piste metalliche (assemblaggio â€œwafer to waferâ€ ) e la fetta composita cosÃ¬ ottenuta viene successivamente tagliata (â€³sawedâ€³) in modo da ottenere una pluralitÃ di moduli. In pratica, in questo caso, la seconda fetta sostituisce in parte il supporto 21 e puÃ² essere a sua volta montata su un supporto (scheda a circuito stampato) 21 o puÃ² sostituire completamente il supporto 21 e integrare direttamente i componenti elettronici di controllo. Alternatively, the wafer constituting the substrate 1, after the removal of the protective layer 6, is assembled directly on a second wafer having suitable metal tracks (â € œwafer to waferâ € assembly) and the composite wafer thus obtained is subsequently cut ( â € ³sawedâ € ³) in order to obtain a plurality of modules. In practice, in this case, the second wafer partially replaces the support 21 and can in turn be mounted on a support (printed circuit board) 21 or can completely replace the support 21 and directly integrate the electronic control components.

Secondo un'altra alternativa, figura 16, la struttura finale 19 puÃ² essere incollata o saldata ad un supporto piano, ad esempio un circuito stampato 21', attraverso uno strato adesivo (di colla o pasta saldante â€œsolderâ€ ) 25 applicato alla prima superficie 1a. Lo strato adesivo 25 ha spessore pari alla profonditÃ della regione di contatto 5 e consente un contatto piano fra la regione di contatto 5 ed una pista di metallizzazione 26 formata sul circuito stampato 21'. Nell'esempio mostrato, una circuiteria di controllo 27 Ã ̈ integrata in una piastrina 28 incollata alla superficie inferiore del circuito stampato 21' ed Ã ̈ connessa elettricamente alla regione di contatto 5 attraverso una struttura a contatto passante 29. According to another alternative, figure 16, the final structure 19 can be glued or welded to a flat support, for example a printed circuit 21 ', through an adhesive layer (of glue or `` solder' 'paste) 25 applied to the first surface 1a. The adhesive layer 25 has a thickness equal to the depth of the contact region 5 and allows a plane contact between the contact region 5 and a metallization track 26 formed on the printed circuit 21 '. In the example shown, a control circuitry 27 is integrated in a chip 28 glued to the lower surface of the printed circuit 21 'and is electrically connected to the contact region 5 through a through-contact structure 29.

La metallizzazione 20 forma quindi, all'interno del foro passante 17, una via passante 20a. In questo modo, Ã ̈ possibile minimizzare l'area della base 16, minimizzando quindi le dimensioni di imballaggio, sia che venga utilizzato un supporto 21, 21' come mostrato nelle figure 12, 16, sia che la struttura finale 19 venga incapsulata in un "package" di tipo Ball Grid Array (BGA), nel qual caso la regione di contatto 5 contatta dei bumps metallici. La riduzione dello spessore della base 16 rispetto al substrato 1 consente inoltre una riduzione delle dimensioni del modulo 19 anche nel senso dello spessore. The metallization 20 therefore forms, inside the through hole 17, a through way 20a. In this way, it is possible to minimize the area of the base 16, thus minimizing the packaging dimensions, whether a support 21, 21 'is used as shown in figures 12, 16, or whether the final structure 19 is encapsulated in a "package" of the Ball Grid Array (BGA) type, in which case the contact region 5 contacts metal bumps. The reduction of the thickness of the base 16 with respect to the substrate 1 also allows a reduction of the dimensions of the module 19 also in the sense of the thickness.

Il numero di regioni di contatto 5 e la loro disposizione possono essere scelti in base alle esigenze, formando una regione di contatto 5 per ogni fila di microaghi 15, oppure realizzando piÃ¹ regioni di contatto 5 per una stessa schiera di microaghi 15, o utilizzando uno stesso contatto passante 5 per piÃ¹ schiere di microaghi 15. The number of contact regions 5 and their arrangement can be chosen according to requirements, forming a contact region 5 for each row of microneedles 15, or by making several contact regions 5 for the same array of microneedles 15, or by using one same passing contact 5 for several rows of microneedles 15.

Le figure 17-24 mostrano una forma di realizzazione utilizzante una tecnica a stampi e controstampi. In dettaglio, figura 17, inizialmente viene realizzato uno stampo 30, di policarbonato, plexiglass (polimetilmetacrilato - PMMA) o materiale simile, avente una superficie di base 33 da cui sporge verso l'alto una pluralitÃ di porzioni ad ago 31 e in cui Ã ̈ presente una o piÃ¹ cavitÃ 32. Lo stampo 30 viene riempito con un materiale elastomerico, quale il PDMS (polydimethylsiloxane), silicone o altra pasta siliconica, in modo da formare un controstampo 35. Figures 17-24 show an embodiment using a mold and counter-mold technique. In detail, figure 17, initially a mold 30 is made, of polycarbonate, plexiglass (polymethylmethacrylate - PMMA) or similar material, having a base surface 33 from which a plurality of needle portions 31 protrude upwards and in which There is one or more cavities 32. The mold 30 is filled with an elastomeric material, such as PDMS (polydimethylsiloxane), silicone or other silicone paste, to form a counter mold 35.

Quindi, fig. 18, il controstampo 35 viene estratto dallo stampo 30. Il controstampo 35 viene ribaltato (figura 19) in modo da presentare una pluralitÃ di cavitÃ di stampo 36 ed una sporgenza 37 controsagomati alle porzioni ad ago 31 e alla cavitÃ 32 dello stampo 30, e le cavitÃ di stampo 36 vengono riempite con materiale fuso 38, quale materiale polimerico, vetro liquido (ad es. di tipo sol gel), plexiglass, policarbonato e simili, figura 20, evitando di ricoprire la sporgenza 37. In alternativa, eventuale materiale in eccesso puÃ² essere rimosso tramite abrasione dal retro, ad esempio tramite â€³Chemical Mechanical Polishing (CMP), in modo da ottenere un foro passante 43. In questo modo si forma una struttura a microaghi 40 che, dopo una fase di polimerizzazione (nel caso di materiale polimerico, plexiglass, policarbonato e simili) e/o densificazione, viene estratta dal controstampo 35 e presenta una pluralitÃ di microaghi 41 sporgenti da una base 42 dotata del foro passante 43, figura 21. Therefore, fig. 18, the counter-mold 35 is extracted from the mold 30. The counter-mold 35 is overturned (figure 19) so as to present a plurality of mold cavities 36 and a protrusion 37 counter-shaped to the needle portions 31 and to the cavity 32 of the mold 30, and the mold cavities 36 are filled with molten material 38, such as polymeric material, liquid glass (eg sol gel type), plexiglass, polycarbonate and the like, figure 20, avoiding covering the protrusion 37. Alternatively, any material in excess can be removed by abrasion from the back, for example through â € ³Chemical Mechanical Polishing (CMP), in order to obtain a through hole 43. In this way a microneedle structure 40 is formed which, after a polymerization phase (in the case of polymeric material, plexiglass, polycarbonate and the like) and / or densification, is extracted from the counter-mold 35 and has a plurality of microneedles 41 protruding from a base 42 equipped with the through hole 43, figure 21.

Quindi la superficie della struttura a microaghi 40 viene metallizzata, mediante formazione di uno strato di metallo 45, ad esempio di oro, argento, titanio o alluminio avente uno spessore ad es. compreso fra 50 nm e 20 µm, tramite EDC (rivestimento per elettrodeposizione), PVD (deposizione fisica in fase vapore), evaporazione e simili, figura 22. Anche in questo caso, lo strato conduttore 45 penetra e ricopre le pareti del nel foro passante 43, formando qui una via passante 45a conduttiva. Then the surface of the microneedle structure 40 is metallized, by forming a layer of metal 45, for example of gold, silver, titanium or aluminum having a thickness e.g. between 50 nm and 20 µm, through EDC (electroplating coating), PVD (physical vapor deposition), evaporation and the like, figure 22. Also in this case, the conductive layer 45 penetrates and covers the walls of the through hole 43, here forming a conductive via 45a.

Quindi, figura 23, all'interno della via passante 45a viene formato un "bump" 46. Il bump 46, ad esempio formato da colla conduttiva o pasta dâ€™argento con uno spessore compreso fra 20 e 2000 µm, viene realizzato dal retro o dal fronte, a contatto con la via passante 45a, chiude il foro passante 43 e sporge da questo. Si ottiene quindi un modulo a microaghi 47 che puÃ² essere fissato ad un supporto. Then, figure 23, a "bump" 46 is formed inside the through way 45a. The bump 46, for example formed by conductive glue or silver paste with a thickness between 20 and 2000 µm, is made from the back or from the front, in contact with the through way 45a, it closes the through hole 43 and protrudes therefrom. A microneedle module 47 is thus obtained which can be fixed to a support.

Ad esempio, figura 24, il modulo a microaghi 47 puÃ² venire incollato ad una superficie superiore di un supporto 50 (ad esempio un circuito stampato) tramite uno strato di colla 51; la superficie inferiore del supporto 50 puÃ² venire incollata ad una piastrina 28 integrante componenti elettronici 27. Nell'esempio mostrato in figura 24, lo strato di colla 51 e il supporto 50 hanno un rispettivo foro passante 52 allineato alla via passante 45a e alloggiante il bump 46 e/o un altro bump, in modo da garantire la connessione elettrica fra la via passante 45a e un pad 48 formato sulla piastrina 28. For example, Figure 24, the microneedle module 47 can be glued to an upper surface of a support 50 (for example a printed circuit) by means of a layer of glue 51; the lower surface of the support 50 can be glued to a plate 28 integrating electronic components 27. In the example shown in figure 24, the layer of glue 51 and the support 50 have a respective through hole 52 aligned with the through way 45a and housing the bump 46 and / or another bump, so as to ensure the electrical connection between the via 45a and a pad 48 formed on the plate 28.

Con la tecnica a stampo-controstampo, Ã ̈ possibile ottenere microaghi di lunghezza variabile entro un ampio intervallo, ad es. da 0,1 mm a 10 mm, a seconda dello specifico impiego e del materiale utilizzato. Inoltre il rapporto lunghezza ago/diametro di base puÃ² variare da 8:1 a 2:1; ad es. Ã ̈ possibile realizzare aghi lunghi 2 mm con diametro di base pari a 0,5 mm, ottenendo quindi una pendenza di 83°. Inoltre, la superficie della punta dell'ago Ã ̈ ridotta, ad esempio per aghi aventi lunghezza di 1 mm Ã ̈ possibile ottenere un diametro della punta inferiore a 50 mm. With the mold-counter-mold technique, it is possible to obtain microneedles of variable length within a wide range, eg. from 0.1 mm to 10 mm, depending on the specific use and the material used. Furthermore, the needle length / base diameter ratio can vary from 8: 1 to 2: 1; eg. It is possible to make 2 mm long needles with a base diameter of 0.5 mm, thus obtaining a slope of 83 °. In addition, the surface of the needle tip is reduced, for example for needles with a length of 1 mm it is possible to obtain a tip diameter of less than 50 mm.

La contattatura dal retro mediante bump consente la riduzione e, in qualche caso, l'eliminazione del rumore causato da effetti parassiti spuri capacitivi e/induttivi che possono presentarsi in alcune applicazioni in caso di connessione elettrica tramite filo saldato. Back contacting by bump allows the reduction and, in some cases, the elimination of the noise caused by spurious capacitive and / inductive parasitic effects that can occur in some applications in case of electrical connection via welded wire.

Diversi moduli 19, 47 con differenti strati di metallo 20, 45 possono essere fissati ad uno stesso supporto 21, 21', 50. Questo Ã ̈ vantaggioso ad esempio nel caso di analisi di un liquido, ad esempio un liquido biologico. In questo caso, infatti, il dispositivo finito possiede diverse interfacce metallo/elettrolita (liquido da analizzare) e conseguentemente si creano diversi accoppiamenti fra l'energia di Fermi dello strato di metallo 20, 45 e il potenziale elettrochimico del liquido da analizzare. Different modules 19, 47 with different metal layers 20, 45 can be fixed to the same support 21, 21 ', 50. This is advantageous for example in the case of analysis of a liquid, for example a biological liquid. In this case, in fact, the finished device has different metal / electrolyte interfaces (liquid to be analyzed) and consequently different couplings are created between the Fermi energy of the metal layer 20, 45 and the electrochemical potential of the liquid to be analyzed.

Risulta infine chiaro che al procedimento qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dallâ€™ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. In particolare, come indicato, il materiale dei microaghi e del rivestimento metallico possono variare, cosÃ¬ come la tecnica di incollaggio e contattatura ad una base di supporto o ad un dispositivo integrato. Inoltre, Ã ̈ possibile realizzare anche aghi bucati sia di silicio sia di materiale stampato, in modo di per sÃ© noto (si veda ad esempio il testo sopra citato â€³Fully Integrated Microneedle-based Transdermal Drug Delivery Systemâ€³, cap. IV, pagine 33-38). Finally, it is clear that modifications and variations may be made to the process described and illustrated here without thereby departing from the protective scope of the present invention, as defined in the attached claims. In particular, as indicated, the material of the microneedles and of the metallic coating can vary, as well as the technique of gluing and contacting to a support base or to an integrated device. Furthermore, it is also possible to make perforated needles both in silicon and in printed material, in a per se known way (see for example the above-mentioned text â € ³Fully Integrated Microneedle-based Transdermal Drug Delivery Systemâ € ³, chap. IV , pages 33-38).

Claims

CLAIMS 1. Process for making microneedles, comprising the steps of: forming a microneedle structure (14, 19; 40, 47) comprising a base (16; 42) having a first and a second face, with a plurality of microneedles (15; 41) projecting from the first face of the base; forming a through hole (17; 43) in the base; forming a metal layer (20; 45) covering the microneedles and the through hole; forming a contact structure (4a, 5, 20a; 45a, 46) starting from the second face of the base in correspondence with the through hole.

Method according to claim (1), wherein forming a contact structure comprises making a conductive region (4a, 5) fixed to the second face of the base (16) and electrically connected to the metal layer (20).

The method according to claim 1, wherein forming a contact structure comprises making a bump (46) projecting inside the through hole (43) and electrically connected to the metal layer (45).

4. Process according to any one of the preceding claims, comprising bringing the microneedle structure (19; 47) into contact with a support (21; 21 '; 50) having its own contact structure (23; 26; 52) aligning the structures of the support and the microneedle structure and fix the microneedle structure to the support.

Method according to claim 4, wherein the support (21; 21 '; 50) is a printed circuit or a semiconductor wafer having electrical tracks on one of its surfaces.

6. Process according to one of the preceding claims, comprising the steps of: arranging (â € ³providingâ € ³) a substrate (1) of semiconductor material having a first and a second surface (1a, 1b); forming a contact region (5) of conductive material on the first surface of the substrate; forming a cavity (9) in the substrate starting from the second surface, the cavity having a lower depth than the substrate; forming a plurality of masking regions (13a, 14) on the second surface (1b) of the substrate; removing selective portions of the substrate (1) starting from the second surface (1b) so as to form the plurality of microneedles (15) below the masking regions and the through hole (17) in continuation of the cavity (9), the through hole completely passing through the base (16) and being closed at the bottom by the contact region (4a, 5), in which the step of forming a metal layer (20) comprises depositing the metal layer above the microneedles (15) and the contact region (4a, 5) facing the through hole.

Method according to claim 6, wherein the step of forming a contact region (4a, 5) comprises the steps of: making a masking layer (2) having a window (3) on the first surface (1a) of the substrate (1); depositing a barrier layer (4) on the masking layer and in the window (3); forming a mold layer (10) on the barrier layer (4), the mold layer having an opening (11) above the window (3); growing the contact region (5) inside the opening (11); And remove the mold layer (10), the barrier layer (4) below the mold layer and the masking layer (2) below the barrier layer.

Process according to one of claims 1-6, comprising the steps of: making a mold (30) having a base surface (33), a plurality of needle portions (31) projecting from the base surface, and a cavity (32); feeding a counter-mold material inside the mold (30) to form a counter-mold (35); extracting the counter-mold (35) from the mold (30); use the counter-mold (35) to print the microneedle structure (40) equipped with the through hole (43).

Process according to claim 8, wherein the microneedle structure (40) is of a material selected from the group comprising polymeric material, liquid glass, plexiglass, polycarbonate.

10. Microneedle device, comprising: a base (16; 42) having a first and a second face; a plurality of microneedles (15; 41) projecting from the first face; a through hole (17; 43) completely passing through the base and having a side wall; a metal layer (20; 45) covering the microneedles; And a metallized way (20a; 45a) covering the side wall of the through hole, facing the second face of the base and in direct contact with the metal layer (45).

A microneedle device according to claim 10, comprising a contact region (4a, 5) of conductive material extending above the second face of the base (16) and in direct contact with the metallized way (20a).

Microneedle device according to claim 10, comprising a bump (46) extending at least partially within the metallized pathway (45a).

13. Microneedle device according to any one of claims 10-12, comprising a support (21; 21 '; 51) fixed to the second face of the base (16; 42) and electrically connected to the plurality of microneedles (15; 41) through the via metallized (20a; 45a).