JP2015106430A - Feedthrough - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はフィードスルーに関する。 The present invention relates to feedthrough.
電子回路等の電子部品が内蔵されたケーシング等に配置されて、このようなケーシング等の内側と外側とで電気信号や電流のやり取りを行うためのフィードスルーが広く用いられている。電子機器および電子部品の小型化にともなって、フィードスルーの小型化も進んでいる。比較的小型のフィードスルーの一例として、人体の心臓の動きの異常を矯正する埋め込み型ペースメーカーや、埋め込み型心臓細動除去器など、実際に人体に埋め込まれて使用される埋め込み型ペースメーカーに使用されるフィードスルーがある。 2. Description of the Related Art Feedthroughs that are arranged in a casing or the like in which an electronic component such as an electronic circuit is incorporated and exchange electric signals and current between the inside and the outside of such a casing or the like are widely used. With the miniaturization of electronic devices and electronic components, the miniaturization of feedthroughs is also progressing. As an example of a relatively small feed-through, it is used for implantable pacemakers that are actually implanted in the human body, such as implantable pacemakers that correct abnormalities in the heart movement of the human body and implantable cardiac defibrillators. There is a feedthrough.
埋め込み型ペースメーカーでは、バッテリや回路基板等が内蔵されたケーシングにフィードスルーが設けられ、このフィードスルーの電極(導体ピン)と、心臓の適切な場所に外科的に接続されたリード線とが接続される。このようなフィードスルーに要求される性能として、体液がケーシング内に侵入して回路基板やバッテリに付着し、ペースメーカーの動作の不具合を生じさせないこと、生体との適合性の高い安全な材質で構成されていること、等が挙げられる。 In an implantable pacemaker, a feed-through is provided in a casing containing a battery, circuit board, etc., and the electrode of this feed-through (conductor pin) is connected to a lead wire surgically connected to an appropriate location in the heart. Is done. The performance required for such feedthrough is that body fluid penetrates into the casing and adheres to the circuit board and battery, and does not cause malfunction of the pacemaker, and is made of a safe material that is highly compatible with the living body. And so on.
下記特許文献1にはこのような埋め込み型ペースメーカーに適用できるフィードスルーの一例が開示されている。図5(a)は、特許文献1に記載のフィードスルー100の概略断面図である。フィードスルー100は、アルミナ(Al2O3)を主成分とするセラミック体120と、白金(Pt)からなる導体ピン140と、金(Au)等の生体適合性を有する金属からなるハウジング180とを有して構成されている。セラミック体120は、アルミナを主成分とするセラミック焼結体からなり、上面から下面に向かって貫通する貫通孔120aが複数設けられており、貫通孔120aそれぞれに導体ピン140が配置されている。金属の中でも白金(Pt)等のいわゆる貴金属は生体適合性が高く、埋め込み型ペースメーカー用のフィードスルーに好適に用いることができる。また、人体に埋め込まれるフィードスルー100はなるべく小さいことが求められており、導体ピン140の直径は例えば0.4mmと細くなっている。
埋め込み型ペースメーカーでは、導体ピン140は、人体の心臓の所定位置に電気的に接続されたリード線520と接合されて用いられる。導体ピン140は比較的軟らかい白金(Pt)からなりさらに直径が0.4mmと細く、非常に軟らかいので、リード線520を導体ピン140と接合するためにリード線520を導体ピン140に当接させただけで、図5(b)に示すようにリード線520が容易に折れ曲がって変形し易い。このため、リード線520と導体ピン140とを当接させたまま所定の角度や方向で維持しておくことが難しく、例えばレーザー溶接機等を用いた接合作業の作業効率が悪くなってしまうといった課題があった。また、隣り合う他の導体ピン140と接触してしまう可能性も比較的高いといった課題もあった。このように従来のフィードスルーでは、導体ピンに軟らかい金属材料を用いた場合や、導体ピンの直径を比較的小さくした場合など、導体ピンが軟らか過ぎて必要以上に変形してしまうという課題があった。本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものである。
In an implantable pacemaker, the
かかる課題を解決するため、本願発明では、一方主面と他方主面とを備え、前記一方主面と前記他方主面との双方に開口を有する貫通孔を備えたセラミック体と、前記貫通孔に挿通されて前記一方主面および前記他方主面の双方から一部が突出した、金属からなる導体ピンと、前記貫通孔の内面の少なくとも一部と前記導体ピンとの間隙に配置されて前記セラミック体と前記導体ピンとを接合する接合体とを備えたフィードスルーであって、前記セラミック体は、前記一方主面および前記他方主面の少なくともいずれか一方に凸部を有し、前記導体ピンの前記凸部が設けられた側の主面からの突出部分を、根元から折り曲げて前記凸部に向けて倒した場合に、前記突出部分が前記凸部に当接するとともに、前記突出部分の側面の少なくとも一部は、前記突出部分の長さ方向の全体にわたって、前記凸部の側面に対向せずに開放されていることを特徴とするフィードスルーを提供する。 In order to solve this problem, in the present invention, a ceramic body provided with a through hole having one main surface and the other main surface and having openings in both the one main surface and the other main surface, and the through hole The ceramic body disposed in a gap between a conductor pin made of metal and partially protruding from both the one main surface and the other main surface, and at least a part of the inner surface of the through hole and the conductor pin And a joined body that joins the conductor pin, wherein the ceramic body has a convex portion on at least one of the one main surface and the other main surface, When the protruding portion from the main surface on the side where the convex portion is provided is bent from the base and tilted toward the convex portion, the protruding portion contacts the convex portion, and at least the side surface of the protruding portion one It is throughout the length direction of the protruding portion, to provide a feedthrough which is characterized in that it is opened without facing a side surface of the convex portion.
本発明によれば、フィードスルーの導体ピンに軟らかい金属材料を用いた場合や、導体ピンの直径を比較的小さくした場合でも、導体ピンの倒れこみを抑制することができる。 According to the present invention, even when a soft metal material is used for the feedthrough conductor pin or when the diameter of the conductor pin is relatively small, the collapse of the conductor pin can be suppressed.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。図1(a)は、本発明のフィードスルーの一実施形態であるフィードスルー10の概略断面図、図1(b)はフィードスルー10の概略上面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a
本実施形態のフィードスルー10は、一方主面12Aと他方主面12Bとを備え、一方主面12Aと他方主面12Bとの双方に開口を有する貫通孔12aを備えたセラミック体12と、貫通孔12aに挿通されて一方主面12Aおよび他方主面12Bの双方から一部が突出した、金属からなる導体ピン14と、貫通孔12aの内面の少なくとも一部と導体ピン14との間隙に配置されてセラミック体12と導体ピン14とを接合する接合体22とを備えている。
The
セラミック体12は、一方主面12Aおよび他方主面12Bの少なくともいずれか一方(本実施形態では一方主面12A)に凸部30を有し、導体ピン14の凸部30が設けられた側の主面(一方主面12A)からの突出部分14αを、根元から折り曲げて凸部30に向けて倒した際に、突出部分14αが凸部30に当接するとともに、突出部分14αの側面15の少なくとも一部は、突出部分14αの長さ方向の全体にわたって、凸部30の側面32に対向せずに開放されている。セラミック体12は、例えばアルミナ(Al2O3)を主成分とし、アルミナの含有割合は、例えば90質量%以上である。
The
フィードスルー10は、例えば後述するハートペーサー1に備えて用いられる。導体ピン14は例えば白金(Pt)を主成分とし、直径は約0.5mmである。本発明の導体ピンの材質は特に限定されないが、フィードスルーをハートペーサーに用いる場合は、導体ピンはTi、Nb、Ta、Mo、Ir、Pのいずれかを主成分とする金属からなることが好ましい。これらの金属は生体適合性が高いことが知られている。なお、生体適合性が高いとは、体の細胞組織および血液に触れても、体の免疫反応、特に血栓形成および繊維化細胞組織による電極のカプセル化が少ないことをいう。
The
生体適合性が高い白金(Pt)を主成分とし、かつ直径が0.5mmと小さい導体ピン14は比較的軟らかく、他の部材が当接することで変形し易い。凸部30は、突出部分14αに対向する、凸部30が設けられた主面(一方主面12A)に垂直な凸部側面32を有する。このようなフィードスルー10では、凸部30が設けられた側の主面(一方主面12A)からの突出部分の突出高さH(図1(a)参照)は、貫通孔12aの開口から凸部側面32までの一方主面12Aに沿った距離D(図1(a)および(b)参照)よりも大きい。このためフィードスルー10では、一方主面12Aからの突出部分14αを、根元から折り曲げて凸部30に向けて倒した際に、突出部分14αが凸部30に当接する。すなわち、突出部分14αが変形して根元から倒れるように折れ曲がった場合も、凸部30によって支えられることで倒れこみの程度が少なくされている。貫通孔12aの開口は一方向(図中の矢印Xで示す方向)に沿って複数配列されており、凸部側面32はこの一方向に沿って長い長方形状である。
The
またフィードスルー10では、突出部分14αの側面15の少なくとも一部は、突出部分14αの長さ方向の全体にわたって、凸部30の側面32に対向せずに開放されている。フィードスルー10では、この開放している部分から、後述するリード線52等の他の部材を突出部分14αの側面15に当接させることができる。フィードスルー10では、この当接したリード線52によって突出部分14αが根元から倒れた場合でも、突出部分14αは凸部側面32に当接してこの凸部側面32に支えることで、突出部分14αが必要以上に倒れてしまうことを抑制している。
Further, in the
フィードスルー10は、例えば以下に示す方法で作製することができる。 まず、例え
ばアルミナを主成分とするセラミック体12を準備する。セラミック体12には、上面から下面に向かって貫通する複数の貫通孔12aと凸部30が設けられている。なお、セラミック体12は、アルミナ粉末をプレス成型した後焼成する、公知の手法によって作製することができる。なお、セラミック体の材質についてはアルミナであることに限定されないが、生体適合性を考慮すると、アルミナ、チタン酸バリウム、ジルコニア、チッカ珪素、等が好ましい。
The
次に、この貫通孔12aの内面に例えばAuを主成分とし、PtおよびTiが含有されたメタライズ層を形成する。貫通孔12a内面のメタライズ層は、スパッタリングやペースト法など公知の手法を用いて形成すればよい。次に、メタライズ層が内面に被着された貫通孔12aに導体ピン14を挿通し、貫通孔12aと導体ピン14との間隙の開口部分を塞ぐように、Auを主成分とするリング状のAuロウ部材を配置し、全体を急速加熱炉内に配置する。この状態で全体を急速加熱炉に配置し、全体を短時間で昇温させた後に冷却し、セラミック体2と導体ピン14とをAuを主成分とする接合体22を介して接合する。急速加熱炉としては例えば、赤外線加熱体と、この赤外線加熱体から放射される熱エネルギー(赤外線)を局所的に集光させる反射鏡とが組み合わされた赤外線加熱装置や、誘導加熱炉を用いた加熱装置等がある。本実施形態では例えば赤外線急速加熱装置を用い、1分〜5分間で1100℃まで昇温させた後、1100℃で10sec維持し、882℃までは約10秒〜1分程度、200℃までは約15分程度の時間をかけて自然冷却させた後、全体を赤外線急速加熱装置から取り出す。リング状部材を構成するAuロウ部材の融点は1060℃程度であり、この加熱処理で溶融して、導体ピン14と貫通孔12aとの間隙全体に濡れ広がった後、降温とともに固化して接合部22が形成される。フィードスルー10は、例えばこのようにして作製することができる。
Next, a metallized layer containing, for example, Au as a main component and containing Pt and Ti is formed on the inner surface of the through
図2は、図1に示すフィードスルー10を備えて構成されたハートペーサー1の概略断面図である。ハートペーサー1は、内部にバッテリ42、回路基板44、EMIフィルタ46、等を内蔵し、上側壁面にフィードスルー10が固定された下部ケース40と、フィードスルー10の導体ピン14と接続したリード線52が内部を通過するとともに、フィードスルー10の他の導体ピン14と接続したアンテナ54とが内部に配された上部ケース50とが組み合わされた構成となっている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the
下部ケース40は例えばTiからなり、フィードスルー10に接合されたハウジング18と下部ケース40とが接合されて、下部ケース40にフィードスルー10が固定されている。下部ケース40内には例えばLiイオンバッテリからなるバッテリ42と、このバッテリ42と接続されて所定の電気信号を発生する回路基板44と、例えばテレビの送信機、携帯電話、電波塔などからの電磁波等に起因するEMIを除去するためのEMIフィルタ46等が内蔵されている。これらバッテリ42、回路基板44、およびEMIフィルタ46は、下部ケース40およびフィードスルー10によって、血液等の体液と分離されている。
The
フィードスルー10では、セラミック体12の貫通孔12aに導体ピン14が挿通されており、導体ピン14を介して下部ケース40内部の回路基板44と、上部ケース50を通過するリード線52とが物理的および電気的に接続されている。リード線52は、人体の心臓の所定位置に電気的に接続されており、回路基板44から発せられて導体ピン14を介して供給された電気信号を、人体の心臓の所定位置まで導く。上部ケース50には、アンテナ54も配置されており、このアンテナ54も、フィードスルー10の導体ピン14を介して、下部ケース40内の回路基板44と接続されている。
In the
アンテナ54は、ハートペーサー1の動作状態を表すデータ、ハートペーサー1の動作条件を調整するためのデータ、ハートペーサー30を装着している人体の現在の健康状態を表すデータなど、種々のデータを外部の通信装置とやり取りする。アンテナ54も、フィードスルー10の導体ピン14を介して、下部ケース40内の回路基板44と接続されており、回路基板44からの信号を発信するとともに、外部の通信装置から送られた信号を受信して回路基板44に送る。アンテナ54は、例えばセラミック基板62の表面に導体パターン64が配されて構成されている。フィードスルー10は、生体適合性の高い金属材料のみで構成されており、人体に配置した場合であっても、人体に対する安全性は比較的高い。
The
フィードスルー10は導体ピン14が例えばリード線52等の他の導電性部材と接合されて用いられる。導体ピン14とリード線52との接合には、レーザー溶接やロウ付けの技術を用いることができるが、いずれの接合方法を用いた場合でも、例えばリード線52等の他の部材を導体ピン14に直接当接させる必要がある。
The
図3は、リード線52をフィードスルー10の導体ピン14に接合している状態を示す断面図である。導体ピン14は比較的軟らかい白金(Pt)を主成分とし、さらに直径が0.5mmと細く、非常に軟らかいので、リード線52を導体ピン14と接合するためにリード線52を導体ピン14に当接させただけで、リード線52が容易に折れ曲がって変形し易い。フィードスルー10では、一方主面12Aからの突出部分14αを、根元から折り曲げて凸部30に向けて倒した際に、突出部分14αが凸部30に当接する。すなわ
ち、突出部分14αが変形して根元から倒れるように折れ曲がった場合も、凸部30によって支えられることで倒れこみの程度が少なくされている。例えば凸部30が存在せずに突出部分14αが根元から大きく倒れ込んでしまった場合など、レーザー溶接やロウ付けによる、突出部分14αと他の部材(リード線52等)との接合を行い難いが、凸部30を有するフィードスルー10では、この凸部30によって突出部分14αの倒れこみの程度が抑制されているので、レーザー溶接やロウ付けにより、突出部分14αと他の部材(リード線52等)とを容易に接合することができる。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the
また、フィードスルー10では、突出部分14αの側面15の少なくとも一部は、突出部分14αの長さ方向の全体にわたって、凸部30の側面32に対向せずに開放されている。フィードスルー10では、この開放している部分から、後述するリード線52等の他の部材を突出部分14αの側面15に当接させたり、例えばレーザー溶接のために用いるレーザー溶接機のレーザー照射ヘッド60(図3参照)を突出部分14αに近づけたり、レーザー溶接のためにレーザー照射ヘッド60から発射したレーザー光Lを、突出部分14αとリード線52とに照射することができる。フィードスルー10では、レーザー溶接やロウ付けにより、突出部分14αと他の部材(リード線52等)とをより容易に接合することができる。本実施形態のフィードスルー10は、リード線52等の他の部材を導体ピン14に接合する際の作業性を高くすることができるので、フィードスルー10を用いた例えばハートペーサー1等の製造効率を高くし、ハートペーサー1の製造コストを抑制することができる。また、リード線52を導体ピン14と接合した状態でも、比較的軟らかい導体ピン14の変形が抑制されるので、隣り合う導体ピン14同士の接触等がより確実に抑制され、ハートペーサー1をより安定して動作させることができる。
Further, in the
フィードスルー10では、導体ピン14の突出部分14αを根元から折り曲げて凸部30に向けて倒して突出部分14αを凸部30に当接させた際、貫通孔12の中心軸C(図3参照)に対する突出部分14αの傾斜角度θが30°未満である。傾斜角度θとは、突出部分14αの、一方主面12Aに平行な方向に沿って中心軸Cから最も離れた点P1と、一方主面12Aを含む仮想平面と中心軸Cとの交点P2とを通る仮想直線Iと、中心軸Cとのなす角度をいう。この傾斜角度θは少ないほど、突出部分14αとリード線52等の他の部材との接合時の作業性は高い。この傾斜角度θは45°未満であることが好ましく、30°未満であることがより好ましい。
In the
図4は、本発明のフィードスルーの他の実施形態(第2の実施形態)であるフィードスルー70について説明する図であり、(a)はフィードスルー70の概略断面図、(b)はフィードスルー70の概略上面図である。フィードスルー70では、突出部分14αの側面15の一部は、突出部分14αの長さ方向の全体にわたって凸部側面32に対向し、突出部分14αの側面15の残りの部分が突出部分14の長さ方向の全体にわたって開放されている。フィードスルー70は、より詳しくは、図4(b)に示す上面視にて、1つの導体ピン14の突出部分14αに対向する凸部側面32は曲がっており、この凸部側面32の一方端32aおよび他方端32bが、一方主面12Aの周縁線12Xまで連続している。すなわち、凸部側面32が1つの突出部分14αを囲い込むように曲がって形成されるとともに、突出部分14αの側面15の一部は開放されている。この第2の実施形態では、複数の導体ピン14が配置されているが、全ての導体ピン14の突出部分14αの1つ1つに対して、囲い込むように曲がった凸部側面32が配置されている。この第2の実施形態では、複数の導体ピン14の突出部分14αの1つ1つが、他の導体ピン14の方向により倒れこみ難くなっており、隣り合う導体ピン14同士の接触等がより確実に抑制され、ハートペーサー1をより安定して動作させることができる。また第2の実施形態でも、リード線52等の他の部材を導体ピン14に接合する際の作業性を高くすることができ、フィードスルー10を用いた例えばハートペーサー1等の製造効率が高く、ハートペーサー1の製造コストも抑制することができる。
4A and 4B are diagrams for explaining a feedthrough 70 according to another embodiment (second embodiment) of the present invention, wherein FIG. 4A is a schematic sectional view of the feedthrough 70 and FIG. 4B is a feed. 3 is a schematic top view of a through 70. FIG. In the feedthrough 70, a part of the
以上、本発明のフィードスルーについて説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。 Although the feedthrough of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention.
1 ハートペーサー
10、70、100 フィードスルー
12 セラミック体
12a 貫通孔
14 導体ピン
14α 突出部分
15 側面
18 ハウジング
22 メタライズ層
24 金属ロウ
30 凸部
32 凸部側面
40 下部ケース
42 バッテリ
44 回路基板
46 EMIフィルタ
52 リード線
54 アンテナ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記貫通孔に挿通されて前記一方主面および前記他方主面の双方から一部が突出した、金属からなる導体ピンと、
前記貫通孔の内面の少なくとも一部と前記導体ピンとの間隙に配置されて前記セラミック体と前記導体ピンとを接合する接合体とを備えたフィードスルーであって、
前記セラミック体は、前記一方主面および前記他方主面の少なくともいずれか一方に凸部を有し、
前記導体ピンの前記凸部が設けられた側の主面からの突出部分を、根元から折り曲げて前記凸部に向けて倒した場合に、前記突出部分が前記凸部に当接するとともに、
前記突出部分の側面の少なくとも一部は、前記突出部分の長さ方向の全体にわたって、前記凸部の側面に対向せずに開放されていることを特徴とするフィードスルー。 A ceramic body provided with one main surface and the other main surface, and provided with a through hole having an opening in both the one main surface and the other main surface;
A conductor pin made of metal that is inserted through the through-hole and partially protrudes from both the one main surface and the other main surface;
A feedthrough including a joined body that is disposed in a gap between at least a part of the inner surface of the through hole and the conductor pin and joins the ceramic body and the conductor pin;
The ceramic body has a convex portion on at least one of the one main surface and the other main surface,
When the protruding part from the main surface on the side where the convex part of the conductor pin is provided is bent from the base and tilted toward the convex part, the protruding part abuts on the convex part,
At least a part of the side surface of the projecting portion is open without facing the side surface of the projecting portion over the entire length of the projecting portion.
前記凸部側面は前記一方向に沿って長い長方形状であることを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載のフィードスルー。 A plurality of the openings are arranged along one direction,
The feedthrough according to any one of claims 2 to 5, wherein the side surface of the convex portion has a long rectangular shape along the one direction.
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