JP6856647B2 - 生体内使用向けの電子デバイス及び光電子デバイス用の可撓性のある密封式電気的相互接続部 - Google Patents

Description

この特許文書は、電子デバイス及び光電子デバイスに関する。より詳細には、この特許文書は、生体内での使用向けの密封式の可撓性のある相互接続部を含む（光）電子デバイスに関する。

本発明者らの知る限りでは、最新の生体内での電気的接続は、ペースメーカー用途のためにのみ開発されている。ペーシング用リード線は、コンセントとプラグ型の接続を用いて、ペーシングデバイスに接続される。例えば、米国特許第４，７６４，１３２号明細書に記載されるように、プラグを所定の位置に保持するために止めねじを使用することによって、信頼性が保証されることが多い。これらのデバイスでは、非腐食性金属、絶縁材、及び水分バリアを使用して、最大１０年間の推定寿命を維持している。これらの接続部は大きく、密封式ではない。従って、デバイスの動作中に好ましくない漏れ電流が誘起されることがある。これらの漏れ電流は、絶縁及び距離を用いることによって、緩和されることが多い。漏れ電流は、ペースメーカー用途ではさほど危険ではない、というのも、デバイスがペーシングパルスを送信しているときにのみリード線が電流を運ぶからである。

昨今、様々な電気活性眼内レンズ（ＥＡ−ＩＯＬ）システムが提案されている。これらのＥＡ−ＩＯＬは、生体内での使用のために、電子的な接続を必要とする。しかしながら、ＥＡ−ＩＯＬでは、ペースメーカーの大きな電気的接続部のための余地がない。更に、これらのＥＡ−ＩＯＬの電源は通常非常に小さく、連続的に動作し、全ての電子モジュールは互いに非常に近接している。そのようなシステムでは、漏れ電流、水分の侵入、及びこれに続く腐食を回避するために、電子接続部及び接続部間の導線は、密封相互接続方式を介して生体内の環境から完全に分離しなくてはならない。

２００５年９月刊行のＩＥＥＥ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ Ｍａｇａｚｉｎｅ、ｐ．５２、Ｄ．Ｃ．Ｒｏｄｇｅｒ及びＹ−Ｃ．Ｔａｉ著の論文「Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｆｏｒ Ｒｅｔｉｎａｌ Ｐｒｏｓｔｈｅｓｅｓ」における高密度のチップレベルで統合された相互接続パッケージングシステムなどの、幾らか関連した相互接続方式がこれまでに提案されている。しかしながら、この記載された方式は、密封コーティングとしてポリマー層（パリレン）を適用しており、従って、時間の経過と共に水分の侵入に見舞われ、その結果漏れ電流、ひいては相互接続部及び接続ワイヤの腐食を引き起こす。

少なくとも上記の理由から、眼球内への移植のために十分に小型であり、電子モジュールが互いに近接して位置している場合であっても漏れ電流を実質的に排除し、生体組織の塩分状態に曝されても約１０年間は信頼のおける密封状態を提供する、密封された相互接続部が必要とされている。

この特許文書における実施形態は、生体内での使用のために移植されることになる電子モジュール間の、腐食防止の、又は密封式の可撓性のある相互接続部を製造するための構造及び方法を導入することにより、上記の課題に対処する。実施形態によっては、電子デバイスは、第１の電子モジュールと、第２の電子モジュールと、第１の電子モジュールと第２の電子モジュールとの間に密封された電気的結合を提供するための密封式電気的相互接続部と、を含むことがある。

実施形態によっては、密封式電気的相互接続部は、底部金属層と、底部金属層を絶縁するために底部金属層上に堆積され、底部シールリング溝を形成するようにパターン形成された、底部絶縁層と、底部絶縁層上に堆積され、底部シールリングを形成するために底部シールリング溝を充填するように堆積された、相互接続金属層と、なお相互接続金属層は、コンタクトパッド間に電気的接続部を形成するように、かつ、底部シールリングと結合させて、電気的接続部の周囲に中央シールリングを形成するようにパターン形成されており、また、相互接続金属層を絶縁するように、かつ相互接続金属層から中央シールリングを分離するように相互接続金属層上に堆積されたパターン形成された上部絶縁層と、なお上部絶縁層は、コンタクトパッド用の貫通孔を形成するように、かつ中央シールリングと結合した上部シールリング溝を形成するようにパターン形成されており、また、貫通孔を充填することにより接触子の形成を開始するように上部絶縁層上に堆積され、かつ、上部シールリング溝を充填することにより上部シールリングの形成を開始するように堆積された上部金属層と、を含むことがあり、なお上部金属層は、貫通孔を通る接触子の形成を完了し、分離したバリア層を形成し、かつ上部シールリングの形成を完了するようにパターン形成される。

実施形態によっては、光電子デバイス用の密封式電気的相互接続部を製造する方法は、次のステップを含むことがある、即ち、ウェハ又は基板上に底部金属層を堆積させるステップと、底部金属層を絶縁するために底部金属層上に底部絶縁層を堆積させるステップと、底部シールリング溝を形成するために底部絶縁層をパターン形成するステップと、底部シールリングを形成するように底部シールリング溝を充填するために、底部絶縁層上に相互接続金属層を堆積させるステップと、コンタクトパッド間に電気的接続部を形成するように、かつ電気的接続部の周囲に中央シールリングを形成するように相互接続金属層をパターン形成するステップと、相互接続金属層を絶縁し、かつ相互接続金属層から中央シールリングを分離するように相互接続金属層上に上部絶縁層を堆積させるステップと、コンタクトパッドと結合された貫通孔を形成するように、かつ中央シールリングと結合された上部シールリング溝を形成するように上部絶縁層をパターン形成するステップと、貫通孔を充填することにより接触子の形成を開始するように、かつ上部シールリング溝を充填することにより上部シールリングの形成を開始するように、上部絶縁層上に上部金属層を堆積させるステップと、貫通孔を通る接触子の形成を完了し、分離したバリア層を形成し、かつ中央シールリングと結合された、上部シールリングの形成を完了するように上部金属層をパターン形成するステップと、第１の電子モジュールと第２の電子モジュールのコンタクトパッドを接触子に取り付け、かつモジュールシールリングを上部シールリングに取り付けるステップと、を含むことがある。

実施形態によっては、光電子デバイス用の密封式電気的相互接続部を製造する方法は、次のステップを含むことがある、即ち、露出した電子コンタクトパッドを有する第１の電子モジュール及び第２の電子モジュールから平坦化された構造体を形成するステップと、平坦化された構造体上にモジュール金属層を堆積させ、第１及び第２の電子モジュールの電子コンタクトパッドに結合された貫通孔を有するように、堆積されたモジュール金属層をパターン形成するステップと、モジュール金属層を絶縁するようにモジュール金属層上に第１の絶縁層を堆積させ、貫通孔の内面を絶縁するように、堆積された第１の絶縁層をパターン形成するステップと、接触子を形成するように貫通孔内に及び第１の絶縁層上に相互接続金属層を堆積させ、第１及び第２の電子モジュールのコンタクトパッドに対応する接触子同士の間に電気的接続部を形成するように、堆積された相互接続金属層をパターン形成するステップと、相互接続金属層を封止するように相互接続金属層上に第２の絶縁層を堆積させるステップと、電気的相互接続部の密封を完成させるために第２の絶縁層上に最終のバリア層を堆積させるステップと、を含むことがある。

密封された電気的相互接続部２００を備えた光電子デバイス１００を示す。 密封式電気的相互接続部２００を備えた光電子デバイス１００の断面図を示す。 材料特性のグラフを示す。 密封された電気的相互接続部２００を形成する方法３００を示す。 密封された電気的相互接続部２００を形成する方法３００を示す。 密封された電気的相互接続部２００を形成する方法３００を示す。 方法３００によって生成された、密封された電気的相互接続部２００の上面図を示す。 密封された電気的相互接続部２００を形成する方法４００を示す。 密封された電気的相互接続部２００を形成する方法４００を示す。 密封された電気的相互接続部２００を形成する方法４００を示す。 平坦化された構造体３１０を形成するための方法５００を示す。

本明細書に記載する実施形態は、（光）電子デバイスの電子モジュール間に密封された電気的相互接続部を提供するために、密封式電気的相互接続部を有する電子デバイス又は光電子デバイスを導入することにより、上記の必要性及び課題に対処する。この（光）電子デバイスの実施形態は、以下の点を含む様々な有利な態様を有する。

（１）実施形態は、電子モジュール及びそれらの電気的接続部に対して長寿命の生体適合性の環境的保護を提供することができる。実施形態は、１０年間、又は２０年間に渡って耐腐食性であることができ、従って、長期の生体内使用のためにこのデバイスを移植することを可能にする。

（２）実施形態は、低製造コストをもたらす半導体バッチ製造技術を使用して製造することができる。

（３）半導体製造技術から適合された薄膜形成技術は、処理品質及び制御の観点で非常に成熟している。

（４）これらの薄膜形成技術を使用して、金属及びセラミックスなどの広範囲の材料を利用することができる。

（５）実施形態は、極めて小さな寸法に小型化することができる。

（６）実施形態によっては、密封式相互接続部は可撓性を有することがある。可撓性により、挿入のために必要な眼部の切開の寸法を最小にすることができる。更に、実施形態は、身体の動き、組織の柔軟性、及び周囲組織の形状の潜在的な発達に適応することができる。

（７）実施形態は、最初の移植後にデバイスに周辺装置を追加することを可能にする、デバイスのモジュール方式設計を有することがある。そのような周辺装置は、遠隔式モジュール、感知モジュール（化学的、機械的、及び電気的なセンサなど）、機能的にアクティブなモジュール（レンズ及び神経刺激用の電極の収容など）を含むことがある。

（８）実施形態は、接続部間の電流漏れ、及び水分の侵入に起因する誘電材料の電圧破壊などの、意図しない負の効果を防止する。

図１は、光電子デバイス１００の一実施形態を示し、光電子デバイス１００は、第１の電子モジュール１０１と、第２の電子モジュール１０２と、第１の電子モジュール１０１と第２の電子モジュール１０２との間に密封された電気的結合を提供するための密封式電気的相互接続部２００と、を含む。電気活性眼内レンズ実施態様（ＥＡ−ＩＯＬ）では、第１の電子モジュール１０１及び第２の電子モジュール１０２は、ＥＡ−ＩＯＬ１１０、電子モジュール１２０、又は電池パック１３０のうちのいずれかであり得る。第１及び第２の電子モジュールがこれらの要素のいずれかであり得ることを表すために、ＩＯＬは１０１／１０２／１１０とラベル付けされており、電子機器は１０１／１０２／１２０、電池は１０１／１０２／１３０とラベル付けされている。他の実施形態では、第１又は第２の電子モジュール１０１及び１０２は、集積回路とデバイスの組み合わせの密封された封入物であり得る。この明細書は、光電子デバイスの観点から策定されている。しかしながら、類似の実施形態を、生体内での使用のための非眼部の電子デバイスにおいても実装することができる。

実施形態によっては、密封式電気的相互接続部２００は、生体適合性であり得る。そのような実施形態は、生体内での使用のために、眼部組織などの組織に移植するのによく適している。

実施形態によっては、密封式電気的相互接続部２００は、可撓性を有することがある。既に考察したように、この可撓性により、光電子デバイス１００を眼球内に挿入するために必要な眼部の切開の寸法を低減することができる。更に、実施形態は、身体の動き、組織の柔軟性、及び周囲組織の形状の潜在的な発達に適応することができる。

実施形態によっては、密封式電気的相互接続部２００は、半導体バッチ製造技術によって製造可能であることがある。半導体技術は成熟し効率的であるので、そのような技術を適合させることで、優れた制御を有し、非常に小型の信頼性の高いデバイスを低コストで製造することができる。

図２は、光電子デバイス１００の一実施形態の断面図を幾らか詳細に示す。前述と同じように、デバイス１００は第１の電子モジュール１０１と第２の電子モジュール１０２とを含むことがあり、第１の電子モジュール１０１はこの場合では集積回路などの封止された電子機器１２０であり、第２の電子モジュール１０２はこの場合では封止された電池パック１３０である。他の実施形態では、電子モジュールのうちの１つは、電気活性ＩＯＬ１１０であり得る。密封式電気的相互接続部２００は、これらの２つ以上のモジュール間に電気的接続を提供し、以下の要素を含むことができる。

密封式電気的相互接続部２００は、底部金属層２１０を含むことがある。この底部金属層２１０は、後で取り除くことができるウェハ又は基板上に形成することができる。

密封式電気的相互接続部２００は、底部金属層２１０を絶縁するために底部金属層２１０上に堆積され、かつ、底部シールリング溝２６１ｂｔ（明確にするために後程図４Ａに示される）を形成するようにパターン形成された、底部絶縁層２２０を含むことがある。

密封式電気的相互接続部２００は、相互接続金属層２３０を含むことがあり、相互接続金属層２３０は、底部絶縁層２２０上に堆積され、かつ、底部シールリング２６１ｂを形成するために底部シールリング溝２６１ｂｔを充填するように堆積され、かつ底部シールリング２６１ｂと結合された中央シールリング２６１ｍによって囲まれた、コンタクトパッド２３４−１と２３４−２との間に電気的接続部を形成するようにパターン形成される。

密封式電気的相互接続部２００はパターン形成された上部絶縁層２４０を含むことがあり、パターン形成された上部絶縁層２４０は、相互接続金属層２３０を絶縁するために相互接続金属層２３０上に堆積され、また、コンタクトパッド２３４−１及び２３４−２用の貫通孔２４２−１及び２４２−２（明確にするために、後程図４Ｂ１〜４Ｂ２に示される）を形成するように、かつ中央シールリング２６１ｍと結合された上部シールリング溝２６１ｔｔ（明確にするために、後程図４Ｂ１〜４Ｂ２に示される）を形成するようにパターン形成される。

密封式電気的相互接続部２００は、上部金属層２５０を含むことがあり、上部金属層２５０は、上部絶縁層２４０上に堆積され、また、接触子２５４−１及び２５４−２の形成を開始するために貫通孔２４２−１及び２４２−２を充填するように、かつ、上部シールリング２６１ｔの形成を開始するために上部シールリング溝２６１ｔｔを充填するように堆積され、また、貫通孔２４２−１及び２４２−２を通る接触子２５４−１及び２５４−２の形成を完了するように、かつ分離したバリア層２５６を形成するように、かつ上部シールリング２６１ｔの形成を完了するように、パターン形成される。

実施形態によっては、第１及び第２の電子モジュール１０１／１２０及び１０２／１３０は、電子コンタクトパッド２５８−１及び２５８−２を有することがあり、これらの電子コンタクトパッド２５８−１及び２５８−２は接触子２５４−１及び２５４−２に取り付けられることがある。そうすることにより、第１の電子モジュール１０１／１２０と第２の電子モジュール１０２／１３０との間に、密封式電気的相互接続部２００を介して電気的接続が確立される。

実施形態によっては、デバイス１００は、電子モジュールの外周に沿って第１及び第２の電子モジュール１０１／１０２に取り付けられたモジュールシールリング２６０を更に含むことができる。このモジュールシールリング２６０は、密封式相互接続部２００の上部シールリング２６１ｔに取り付けられ固定されることができる。実施形態によっては、２つ以上のモジュールシールリング２６０が存在することがあり、例えば、図示するように、各電子モジュール１０１／１２０及び１０２／１３０は、それ自体のモジュールシールリング２６０を有することがある。これらの実施形態の全てにおいて、上部シールリング２６１ｔは、モジュールシールリング２６０のレイアウトと合致するような形状にすることができる。

実施形態では、底部金属層２１０、底部シールリング２６１ｂ、中央シールリング２６１ｍ、上部シールリング２６１ｔ、モジュールシールリング２６０、第１及び第２の電子モジュール１０１及び１０２のシールハウジング、及びバリア層２５６は、光電子デバイス１００のための完全な密封を形成することができる。

上部シールリング２６１ｔへのモジュールシールリング２６０の取り付けは、熱機械的結合、低融解温度合金を使用したリフロー処理、透過性材料を介したレーザー誘起リフロー、及び超音波接合などの、多種多様な方法によって行うことができる。適切な低融解温度合金の例は、Ａｕ／Ｓｎである。

図２は、コンタクトパッド２３４−１と２３４−２との間の電気的接続部を示すことに的を絞っており、この電気的接続部は、それらのコンタクトパッドを目に見えて接続する相互接続金属層２３０によって形成される。一般的に、実施形態では、図示される接触子２３４−３及び２３４−４などの、幾つかの追加のコンタクトパッドが存在することがある。それらの電気的接続部は、相互接続金属層２３０の平面内に配置されることがあり、従って、図２に示す断面図の平面の内外に移動することがある。コンタクトパッド２３４−３及び２３４−４は、相互接続金属層２３０内に形成されたトレースによって電気的に接続されることができ、このトレースは、コンタクトパッド２３４−３において断面図の平面から外に出て、コンタクトパッド２３４−４において平面に再び入る。これが、コンタクトパッド２３４−３及び２３４−４が図２の断面図では接続されているように見えない理由である。これらのコンタクトパッドは、断面平面の外側にあるトレースを通じて接続されているのである。相互接続金属２３０の平面内のそのような追加の電気的接続のレイアウトの上面図を、図７Ｂに示す。説明を容易にするために、この明細書の残りの部分では、コンタクトパッド２３４−１と２３４−２との間の電気的接続に的を絞っているが、説明は、断面平面の前方及び断面平面の背後にある、他の電気的接続にも同様に当てはまることを理解されたい。

図３は、原則として、底部金属層２１０のために多種多様な材料が考えられ得ることを示す。しかしながら、生体組織への長期の移植可能性が、厳しい選択基準を設定する。最終的な金属層の実施形態は、（ｂ）非常に長期間に渡って、（ａ）透過性が低く、（ｃ）薄い層厚さを有するべきである。これらの基準を満足することが、移植後１０年経っても、水分の侵入又は漏れが確実に発生しないようにするために必要である。

図３は、長期間が１０年間以上に設定される場合、シリコーン、エポキシ樹脂、及びポリマーは、一般的に不適当であり、所望の設計性能を達成するためには、ガラスであっても数ミリメートルの厚さを必要とすることを示す。眼科用途では、数ミリメートルの厚さの接続部に対する余地はない。従って、相互接続部２００の実施形態では、底部金属層２１０は、金属又はセラミックスとして選択される。金属が使用される実施形態では、金属は、少なくとも１０年間の期間に渡り、０．５〜１ミクロンの範囲内の金属厚さで、１０^−１４ｇ／（ｃｍ^＊ｓｅｃ^＊ｔｏｒｒ）未満の透過性を有することがある。他の実施形態では、透過性は１０^−１３ｇ／（ｃｍ^＊ｓｅｃ^＊ｔｏｒｒ）未満であることがあり、更に他の実施形態では、１０^−１５ｇ／（ｃｍ^＊ｓｅｃ^＊ｔｏｒｒ）未満であることがあり、両方とも、少なくとも１０年間の期間に渡り、０．５〜１ミクロンの範囲内の同じ金属厚さにおいての場合である。これらの基準を満足し、かつ生体適合性である金属には、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、又はＮｂが含まれる。従って、底部金属層２１０の実施形態は、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、若しくはＮｂ、又はこれらの金属のうちの１つ若しくは複数を含む合金を使用して、形成することができる。

光電子デバイス１００の多くの実施形態が、金属層２１０及び２５０が金属から形成されるという観点から主として説明されるのに対して、他の実施形態では、これらの同じ層２１０及び２５０がセラミックスから形成されることがある。

また、底部金属層２１０の実施形態は、少なくとも１０年間の間、平衡塩類溶液（ＢＳＳ）による腐食に耐えることができる。

更に、第１及び第２の絶縁層は、多種多様な絶縁材料から形成されることができる。光画像化できる材料は特に適している、というのも、それらを使用することにより、光電子デバイス１００を製造するのに必要とされるリソグラフィー工程の数を低減することができるからである。そのような光画像化可能な材料の例としては、ポリイミドが挙げられる。他の実施形態では、非光画像化可能な材料も同様に使用されることがある。

実施形態によっては、上部絶縁層２４０は、シール効率を高めるために、貫通孔において階段状の「ピラミッド型」のカバレッジパターンを有する。そのような実施形態は、より良好なシール特性を有することができるが、その製造には追加の工程が必要となることがある。そのような実施形態の一例を、図６に関連して幾らか詳細に説明する。

図４Ａ、４Ｂ１、４Ｂ２は、密封式電気的接続部２００を製造する方法３００を示す。明確にするために、図４Ａ、４Ｂ１、４Ｂ２は、２列に分けてステップを示す。右側には、ステップ（ａ、ｂ、ｃ）及びこれらのステップの下位ステップ（ｃ１、ｄ２）が示されており、これらは、層及び電気的接続部の形成に関係する。左側には、ステップ（ｂｓ、ｃｓ）及びこれらステップの下位ステップ（ｃ１ｓ、ｄ２ｓ）が示されており、これらは、シールの形成に関係する。電気的接続部及びシールの形成は、層が堆積されると、両方の目的のために層をパターン形成することにより、並行して行われる。

光電子デバイスは、両方のエッジ上に明らかにシール構造を有する。右側のシールは、図が雑然としないように、図示されていない。それらのシールの存在は、点線によってのみ参照される。

方法３００は、以下のステップを含むことがある。

ステップ３００（ａ）−ウェハ（又は基板）２１２上に底部金属層２１０を堆積させる。基板／ウェハ２１２は、例えば＜１００＞、ｎ型のシリコンとすることができる。上記で考察したように、この堆積工程のために使用される金属は、約１ミクロンなどの０．５〜５ミクロンの範囲内の厚さを有し、１０年間以上に渡り低透過性であるという厳しい基準を満足すべきである。これらの基準を満足する金属の例としては、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、及びＮｂが挙げられる。底部金属層２１０の厚さは、０．５〜２ミクロンとすることができる。場合によっては、この底部金属層２１０は、実際には、１ミクロンのＡｕ層及び５００オングストロームのＴｉ層などの、２つの金属層から構成されることがある。

ステップ３００（ｂ）−底部金属層２１０を封止するために底部金属層２１０上に底部絶縁層２２０を堆積させる。底部絶縁層２２０は、例えば、１ミクロンなどの０．５〜５ミクロンの範囲内の厚さで、スピンコーティングを用いて堆積させることができる。底部絶縁層は、光画像化可能な層とすることができる。絶縁層２２０がそのようなフォトレジストである幾つかの実施形態では、絶縁層２２０は、典型的な「マスクを用いた露光−フォトレジストの現像−熱処理（「焼成」）」手順を用いてパターン形成することができる。他の実施形態では、絶縁層２２０は非フォトレジスト層とすることができ、この場合には、パターン形成は、追加の別個のフォトレジスト層を堆積させるステップと、これに続く露光ステップ、現像ステップ、及びエッチングステップとを含むリソグラフィー手順によって行われる。

ステップ３００（ｂｓ）−底部シールリング溝２６１ｂｔを形成するように底部絶縁層２２０をパターン形成する。この底部シールリング溝２６１ｂｔは、リング状のレイアウトを有する小さなノッチとすることができ、計画された電気的接続部の設置場所を取り囲んでいる。

ステップ３００（ｃ１）−底部絶縁層２２０を遮断するために、底部絶縁層２２０上に相互接続金属層２３０を堆積させる。相互接続金属層２３０は、例えば、スパッタリングを用いて堆積させることができる。相互接続金属層の厚さは、１ミクロンなど、０．５〜５ミクロンとすることができる。金属層２３０は、Ａｕ、Ｔｉ、又は等価物から作製することができる。

ステップ３００（ｃ１ｓ）−底部シールリング２６１ｂを形成するために底部シールリング溝２６１ｂｔを充填するように相互接続金属層２３０を堆積させる。

ステップ３００（ｃ２）−コンタクトパッド２３４−１と２３４−２との間に電気的接続部を形成するように相互接続金属層２３０をパターン形成する。このパターン形成は、所望のパターンを形成するために、フォトレジスト２３２を堆積させ、相互接続マスクを使用して露光させ、次いでフォトレジスト２３２を現像し、非露光部分を取り除き、次いで相互接続金属層２３０をエッチング除去することによって、行われることができる。図４Ａでは、コンタクトパッド２３４−１と２３４−２との間に、単純な直線の電気的接続部が形成されている。図７Ｂは、２次元のより複雑な電気的接続パターンの形成を示している。

ステップ３００（ｃ２ｓ）−底部シールリング２６１ｂと結合させて、電気的接続部の周囲に中央シールリング２６１ｍを形成するように、相互接続金属層２３０をパターン形成する。

図４Ｂ１〜４Ｂ２は、ステップ３００（ｄ１）を示す。ステップ３００（ｄ１）−相互接続金属層２３０を絶縁するために、相互接続金属層２３０上に上部絶縁層２４０を堆積させる。

ステップ３００（ｄ１ｓ）−相互接続金属層２３０から中央シールリング２６１ｍを分離するために上部絶縁層２４０を堆積させる。

ステップ３００（ｄ２）−コンタクトパッド２３４−１及び２４３−２と結合された、貫通孔２４２−１及び２４２−２を形成するように、上部絶縁層２４０をパターン形成する。上部絶縁層２４０のパターン形成は、フォトレジストを堆積させる−貫通マスクを用いてフォトレジストを露光する−フォトレジストを現像する−上部絶縁層２４０に貫通孔２４２をエッチングする、という通常の方法を用いて、行うことができる。実施形態によっては、上部絶縁層をフォトレジスト自体とすることができ、手順の工程をより少なくすることができる。

ステップ３００（ｄ２ｓ）−中央シールリング２６１ｍと結合された上部シールリング溝２６１ｔｔを形成するように上部絶縁層２４０をパターン形成する。

ステップ３００（ｅ１）−貫通孔２４２−１及び２４２−２を充填することにより接触子２５４−１及び２５４−２の形成を開始するために、上部絶縁層２４０上に上部金属層２５０を堆積させる。

ステップ３００（ｅ１ｓ）−（ｅ１ｓ）上部シールリング溝２６１ｔｔを充填することにより上部シールリング２６１ｔの形成を開始するために上部金属層２５０を堆積させる。

ステップ３００（ｅ２）−貫通孔２４２ー１及び２４２−２を通る接触子２５４−１及び２５４−２の形成を完了するように、並びに、相互接続部２００全体のための水分バリア及び遮断体として機能するように、分離したバリア層２５６を形成するように、上部金属層２５０をパターン形成する。バリア層２５６は、構造強度も提供することができる。通常通り、上部金属層２５０のパターン形成は、フォトレジスト２５２を堆積させて露光させ、これに続いてエッチング工程を行うことにより、行うことができる。エッチングにより、上部金属層２５０をバリア層２５６と接触子２５４−１及び２５４−２とに分離することができ、バリア層２５６は、相互接続金属層２３０とは電気的に結合されておらず、接触子２５４−１及び２５４−２は、貫通孔２４２ー１及び２４２−２を通じて相互接続金属層２３０と電気的に結合されている。図２に示すように、これらの接触子２５４−１及び２５４−２は、揺りかごの形状を有することができる。

ステップ３００（ｅ２ｓ）−中央シールリングに結合された、上部シールリング２６１ｔの形成を完了するように、上部金属層２５０をパターン形成する。上部シールリング２６１ｔは、接触子２５４と非常によく似た形状を有することができるが、重要な相違点は、上部シールリング２６１ｔの機能は封止及び保護であるので、上部シールリング２６１ｔは相互接続金属層２３０から電気的に絶縁されていることである。図示するように、場合によっては、上部シールリング２６１ｔは揺りかご形状を有することがある。上部シールリング２６１ｔは、中央シールリング２６１ｍと結合されることができ、かつ、保護を完成させるために閉ループ状に相互接続部２００の全周の周りに延びることができる。実施形態によっては、第１及び第２の電子モジュール１０１及び１０２の周りに、別個の上部シールリング２６１ｔが存在する。

ステップ３００（ｆ）−接触子２５４−１及び２５４−２上に、第１の電子モジュール１０１及び第２の電子モジュール１０２のコンタクトパッド２５８−１及び２５８−２を取り付ける。

ステップ３００（ｆｓ）−上部シールリング２６１ｔに、モジュールシールリング２６０を取り付ける。このステップ３００（ｆｓ）は、実施形態によっては、密封式電気的相互接続部２００の周囲の封止を完成させる。

この明細書の説明は、２つの接触子２５４−１及び２５４−２に関して実施形態を表現したが、明らかに、様々な実施形態では、接触子の数は実質的により多いことがある。例えば、図７Ｂの実施形態は、１０個の異なる接触子が密封式電気的相互接続部２００によって電気的に接続される設計を示している。

図５は、方法３００によって製造された相互接続部２００の上面図を示す。接触子２５４−１及び２５４−２が示されている。この実施形態では、これらの接触子のそれぞれが２個ずつある。図５の平面の下では、これらの４つの接触子２５４−１及び２５４−２は、パターン形成された相互接続金属層２３０によって、対になって電気的に接続されている。

これらの接触子２５４は、上部絶縁層２４０によって囲まれている。上面が生体組織に曝されるか又は曝される可能性がある場所は、上部はバリア層２５６によって覆われる。最後に、上部シールリング２６１ｔが、この配置の外周全体の周りにリングを形成するように示されている。

実施形態によっては、相互接続金属層２３０、底部金属層２１０、及び上部金属層２５０の堆積は、スパッタリングを含むことがある。堆積された底部金属層２１０及び上部金属層２５０は、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、若しくはＮｂ、又はそれらの合金を含むことがある。

また、実施形態によっては、底部絶縁層２２０及び上部絶縁層２４０の堆積及びパターン形成は、スピンコーティング、スプレーコーティング、又はラミネーションを含むことがある。

図示するように、外側の縁部では、形成された層の不要な部分を、例えばレーザー切断によって切除することができる。

図６Ａ〜６Ｃは、光電子デバイス１００用の密封式電気的相互接続部２００の一実施形態を製造するための方法４００を示す。方法３００は、電子モジュールとの接触面から最も遠い層、即ち底部金属層２１０から堆積シーケンスを開始する。代替として、これから説明する方法４００は、電子モジュールとの接触面に最も近い層を堆積させることから開始する。この意味で、方法３００及び４００は互いに補完的である。これらの方法は、それぞれ、ボトムアップ手順及びトップダウン手順と呼ばれることもある。方法４００は、以下のステップを含むことがある。より明確にするために、各ステップごとに側面図及び底面図が設けられている。

ステップ４００（ａ）−露出した電子コンタクトパッド３３０−１及び３３０−２を有する少なくとも第１の電子モジュール１０１／３２０−１及び第２の電子モジュール１０２／３２０−２から、平坦化された構造体３１０を形成する。前述したように、第１及び第２の電子モジュール１０１／３２０−１及び１０２／３２０−２は、電気活性ＩＯＬ１１０、電子機器１２０、又は電池スタック１３０のうちのいずれかであり得る。図示した実施形態では、平坦化された構造体３１０は、３つの電子モジュール１１０、１２０、及び１３０の全てから形成される。前述したように、１つの電子モジュールにつき１つのコンタクトパッドのみが明示的に説明されているが、様々な実施形態はより多くのコンタクトパッドを有することがある。

平坦化された構造体３１０を形成するための可能な方法が、図７に関連して説明される。

ステップ４００（ｂ）−平坦化された構造体３１０上にモジュール金属層３４０を堆積させ、また、第１及び第２の電子モジュール１０１／３２０−１及び１０２／３２０−２の電子コンタクトパッド３３０−１及び３３０−２に結合された、貫通孔３５０−１及び３５０−２を有するように、堆積されたモジュール金属層３４０をパターン形成する。実施形態では、貫通孔３５０の数は、コンタクトパッド３３０の数と同じであり得る。

図６Ｂは、ステップ４００（ｃ）を示す。ステップ４００（ｃ）−モジュール金属層３４０を絶縁するために、モジュール金属層３４０上に第１の絶縁層３６０を堆積させ、また、貫通孔３５０−１及び３５０−２の内面を絶縁するように、堆積された第１の絶縁層３６０をパターン形成する。

ステップ４００（ｄ）−接触子３５１−１及び３５１−２を形成するために貫通孔３５０−１及び３５０−２内に及び第１の絶縁層３６０上に相互接続金属層３７０を堆積させ、また、第１及び第２の電子モジュール１０１／３２０−１及び１０２／３２０−２のコンタクトパッドに対応する接触子３５１−１と３５１−２との間に電気的接続部３７５を形成するように、堆積された相互接続金属層３７０をパターン形成する。

図６Ｃは、ステップ４００（ｅ）を示す。ステップ４００（ｅ）−相互接続金属層３７０を封止するために、相互接続金属層３７０上に第２の絶縁層３８０を堆積させる。

ステップ４００（ｆ）−電気的相互接続部２００の密封を完成させるために、第２の絶縁層３８０上に最終バリア層３９０を堆積させる。

方法４００は、ステップ４００（ａ）で平坦化された構造体３１０を形成するために使用された平坦化された構造体の支持体３９５を取り除く任意選択的なステップを含むことができる。

図７は、準備のステップ４００（ａ）の一実施形態である方法５００を幾らか詳細に示す。平坦化された構造体を形成する方法５００は、以下のステップを含むことができる。

ステップ５００（ａ）−一時的な基板５１０を設ける。

ステップ５００（ｂ）−第１及び第２の電子モジュール１０１／３２０−１及び１０２／３２０−２を一時的な基板５１０に接着剤を用いて取り付ける。

ステップ５００（ｃ）−第１及び第２の電子モジュール１０１／３２０−１及び１０２／３２０−２をエポキシ樹脂５２０で覆う。このエポキシ樹脂は、方法４００の平坦化された構造体の支持体３９５の一実施形態であり得る。

ステップ５００（ｄ）−一時的な基板５１０を取り除く。

方法４００に関して、実施形態によっては、ステップ４００（ｄ）で相互接続金属層３７０を堆積させるステップは、スパッタリングを用いて行うことができる。また、ステップ４００（ｃ）で第１の絶縁層３６０を堆積させるステップ、又はステップ４００（ｅ）で第２の絶縁層３８０を堆積させるステップは、スピンコーティングを用いて行うことができる。

モジュール金属層３４０を堆積させるステップ４００（ｂ）及び最終バリア層３９０を堆積させるステップ４００（ｆ）は、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、及びＮｂのうちの少なくとも１つを含む金属層を堆積させるステップを含むことがある。

この明細書は多くの詳細を含んでいるが、それらは、本発明の範囲または特許請求され得る内容に対する限定と解釈されるべきではなく、むしろ、特定の実施形態に特有の特徴の説明と解釈されるべきである。別々の実施形態の文脈においてこの明細書で説明された特定の特徴同士は、単一の実施形態において組み合わせて実装されることもできる。逆に、単一の実施形態の文脈で説明された様々な特徴は、複数の実施形態において別々に実装されることができ、又は、任意の適切な下位の組み合わせで実装されることができる。更に、特徴は、特定の組み合わせで機能するとして上記で説明されることがあり、更にそのように初めにクレームされることがあるが、あるクレームされた組み合わせからの１つ又は複数の特徴は、場合によっては、その組み合わせから削除されることができ、クレームされた組み合わせは、下位の組み合わせ又は下位の組み合わせの変形例に導かれることができる。

Claims (21)

1. 第１の電子モジュールと、
   第２の電子モジュールと、
   前記第１の電子モジュールと前記第２の電子モジュールとの間に密封された電気的結合を提供するための密封式電気的相互接続部と、
   を備える電子デバイスであって、
   前記密封式電気的相互接続部は、
   底部金属層と、
   底部絶縁層であって、前記底部金属層を絶縁するために前記底部金属層上に堆積され、かつ、底部シールリング溝を形成するようにパターン形成された、底部絶縁層と、
   相互接続金属層であって、前記底部絶縁層上に堆積され、かつ、底部シールリングを形成するために前記底部シールリング溝を充填するように堆積され、また、コンタクトパッド間に電気的接続部を形成するように、かつ、前記底部シールリングと結合させて、前記電気的接続部の周囲に中央シールリングを形成するようにパターン形成された、相互接続金属層と、
   パターン形成された上部絶縁層であって、前記相互接続金属層を絶縁するために、かつ前記相互接続金属層から前記中央シールリングを分離するために、前記相互接続金属層上に堆積され、また、前記コンタクトパッドのための貫通孔を形成するように、かつ前記中央シールリングと結合された上部シールリング溝を形成するようにパターン形成された上部絶縁層と、
   上部金属層であって、前記貫通孔を充填することにより接触子の形成を開始するために前記上部絶縁層上に堆積され、かつ、前記上部シールリング溝を充填することにより上部シールリングの形成を開始するために堆積され、また、前記貫通孔を通る接触子の形成を完了するように、かつ分離したバリア層を形成するように、かつ前記上部シールリングの形成を完了するようにパターン形成される、上部金属層と、
   を備えており、該電子デバイスは、
   モジュールシールリングを更に備えており、前記モジュールシールリングは、前記第１及び前記第２の電子モジュールの周囲に沿って前記第１及び前記第２の電子モジュールに取り付けられ、かつ、前記密封式電気的相互接続部の前記上部シールリングに取り付けられている、電子デバイス。
2. 前記第１の電子モジュール及び前記第２の電子モジュールは、電池パック、電気活性眼内レンズ、電子モジュール、及び集積回路とデバイスとの組み合わせの密封された封入物、からなる群から選択される、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記密封式電気的相互接続部は生体適合性である、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記密封式電気的相互接続部は可撓性を有する、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記密封式電気的相互接続部は、半導体バッチ製造技術によって製造可能である、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記第１及び前記第２の電子モジュールは電子コンタクトパッドを有し、
   前記第１及び前記第２の電子モジュールの前記電子コンタクトパッドは、前記接触子に取り付けられる、請求項１に記載のデバイス。
7. 前記モジュールシールリングは、熱機械的結合、低融解温度合金を使用したリフロー処理、透過性材料を介したレーザー誘起リフロー、及び超音波接合のうちの１つによって形成される、請求項１に記載のデバイス。
8. 前記底部金属層、前記底部シールリング、前記中央シールリング、前記上部シールリング、前記モジュールシールリング、前記第１及び前記第２の電子モジュールのシールハウジング、並びに前記バリア層は、完全な密封を形成する、請求項７に記載のデバイス。
9. 前記底部金属層及び前記上部金属層のうちの少なくとも一方は、
   Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｂ、及びこれらの金属のうちの１つ又は複数の合金、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のデバイス。
10. 前記底部金属層及び前記上部金属層のうちの少なくとも一方は、
    少なくとも１０年間の間は平衡塩類溶液による腐食に耐えることができる金属を含む、請求項１に記載のデバイス。
11. 前記底部金属層及び前記上部金属層のうちの少なくとも一方は、
    少なくとも１０年間に渡り、０．５〜１ミクロンの範囲内の厚さで１０−１４ｇ／（ｃｍ＊ｓｅｃ＊ｔｏｒｒ）未満の透過性を有する金属を含む、請求項１に記載のデバイス。
12. 前記底部絶縁層及び前記上部絶縁層は、光画像化可能なポリイミドを含む、請求項１に記載のデバイス。
13. 前記上部絶縁層は、シール効率を高めるために、貫通孔において階段状のカバレッジパターンを有する、請求項１に記載のデバイス。
14. 光電子デバイス用の密封式電気的相互接続部を製造する方法であって、
    （ａ）基板上に底部金属層を堆積させるステップと、
    （ｂ）前記底部金属層を絶縁するために、前記底部金属層上に底部絶縁層を堆積させるステップと、（ｂｓ）底部シールリング溝を形成するように前記底部絶縁層をパターン形成するステップと、
    （ｃ）（ｃ１ｓ）底部シールリングを形成するために前記底部シールリング溝を充填するために、（ｃ１）前記底部絶縁層上に相互接続金属層を堆積させるステップと、（ｃ２）コンタクトパッド間に電気的接続部を形成するように、かつ、（ｃ２ｓ）前記電気的接続部の周囲に中央シールリングを形成するように、前記相互接続金属層をパターン形成するステップと、
    （ｄ）（ｄ１ｓ）前記相互接続金属層から前記中央シールリングを分離するために、かつ（ｄ１）前記相互接続金属層を絶縁するために、前記相互接続金属層上に上部絶縁層を堆積させるステップと、（ｄ２ｓ）前記中央シールリングと結合された上部シールリング溝を形成するように、かつ（ｄ２）前記コンタクトパッドと結合された貫通孔を形成するように、前記上部絶縁層をパターン形成するステップと、
    （ｅ）（ｅ１ｓ）前記上部シールリング溝を充填することにより上部シールリングの形成を開始するために、かつ、（ｅ１）前記貫通孔を充填することにより接触子の形成を開始するために、前記上部絶縁層上に上部金属層を堆積させるステップと、（ｅ２ｓ）前記中央シールリングと結合した、前記上部シールリングの形成を完了するように、かつ、（ｅ２）分離したバリア層を形成するように、かつ、前記貫通孔を通る接触子の形成を完了するように、前記上部金属層をパターン形成するステップと、
    （ｆ）第１の電子モジュール及び第２の電子モジュールのコンタクトパッドを前記接触子に取り付けるステップと、（ｆｓ）モジュールシールリングを前記上部シールリングに取り付けるステップと、を含んでおり、
    前記上部絶縁層を堆積させる前記ステップ及びパターン形成する前記ステップは、
    シール効率を高めるために、貫通孔において階段状のカバレッジパターンを有するように前記上部絶縁層をパターン形成するステップを含む、方法。
15. 前記相互接続金属層、前記底部金属層、及び前記上部金属層を堆積させる前記ステップのうちの少なくとも１つは、スパッタリングを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記底部絶縁層を堆積させる前記ステップ及びパターン形成する前記ステップ、並びに前記上部絶縁層を堆積させる前記ステップ及びパターン形成する前記ステップのうちの少なくとも１つは、スピンコーティング、スプレーコーティング、及びラミネーションのうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の方法。
17. 前記底部金属層及び前記上部金属層を堆積させる前記ステップは、
    Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、及びＮｂのうちの少なくとも１つを含む金属層を堆積させるステップを含む、請求項１４に記載の方法。
18. 光電子デバイス用の密封式電気的相互接続部を製造する方法であって、
    （ａ）露出した電子コンタクトパッドを有する第１の電子モジュール及び第２の電子モジュールから、平坦化された構造体を形成するステップと、
    （ｂ）前記平坦化された構造体上にモジュール金属層を堆積させるステップと、前記第１及び前記第２の電子モジュールの前記電子コンタクトパッドに結合された、貫通孔を有するように、前記堆積されたモジュール金属層をパターン形成するステップと、
    （ｃ）前記モジュール金属層を絶縁するために、前記モジュール金属層上に第１の絶縁層を堆積させるステップと、前記貫通孔の内面を絶縁するように、前記堆積された第１の絶縁層をパターン形成するステップと、
    （ｄ）接触子を形成するために前記貫通孔内に及び前記第１の絶縁層上に相互接続金属層を堆積させるステップと、前記第１及び前記第２の電子モジュールの前記電子コンタクトパッドに対応する前記接触子同士の間に電気的接続部を形成するように、前記堆積された相互接続金属層をパターン形成するステップと、
    （ｅ）前記相互接続金属層を封止するために、前記相互接続金属層上に第２の絶縁層を堆積させるステップと、
    （ｆ）前記電気的相互接続部の密封を完成させるために、前記第２の絶縁層上に最終バリア層を堆積させるステップと、を含む方法。
19. 前記平坦化された構造体を形成する前記ステップは、
    （ａ）一時的な基板を設けるステップと、
    （ｂ）前記第１及び前記第２の電子モジュールを前記一時的な基板に接着剤を用いて取り付けるステップと、
    （ｃ）前記第１及び前記第２の電子モジュールをエポキシ樹脂で覆うステップと、
    （ｄ）前記一時的な基板を取り除くステップと、
    を含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記相互接続金属層を堆積させる前記ステップは、スパッタリングを用いて行われ、
    前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層のうちの少なくとも一方を堆積させる前記ステップは、スピンコーティング、スプレーコーティング、及びラミネーションのうちの少なくとも１つを用いて行われる、請求項１８に記載の方法。
21. 前記モジュール金属層を堆積させる前記ステップ及び前記最終バリア層を堆積させる前記ステップのうちの少なくとも一方は、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、及びＮｂのうちの少なくとも１つを含む金属層を堆積させるステップを含む、請求項１８に記載の方法。

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