專利名稱：：可植入裝置的袋功能芯片組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及對包括多個芯片和部件的任何電子系統(tǒng)組件來說一般的但通常對生物醫(yī)學(xué)植入物來說特別有用的技術(shù)，且特別涉及采用袋中芯片組件(chip-in-pocketassembly)的生物醫(yī)學(xué)植入物，袋中芯片組件允許包括半導(dǎo)體芯片或其他預(yù)制造的電部件例如晶體管、電阻器、電容器或電感器的生物醫(yī)學(xué)植入物的總連接和制造。
背景技術(shù)：
：可植入的微電子系統(tǒng)可以通過監(jiān)控和修正現(xiàn)有的醫(yī)療條件或通過提供受損的或停止工作的正常身體功能的替代性能，來提供人的健康狀態(tài)的改進(jìn)。許多可植入的微電子系統(tǒng)當(dāng)前在使用中，包括心臟起搏器以及監(jiān)控心率和如果檢測到危險的心率就放出修正的電信號的可植入的心率轉(zhuǎn)復(fù)除顫器(implantablecardioverterdefibrillator)(參見http//www,nlm.nih.Rov/medlineplus/pacemakersandimplantabledefibriliators,html)、向已經(jīng)喪失正常聽力的一些人提供聽力功能的耳蝸修補(bǔ)物(參見http://www,nidcd.nih.gov/health/hearing/coch.asp)和可以用于修正或用于治療某些疾病的迷走神經(jīng)刺激器(參見描述了抑郁癥的治療的http://www,mayoclinic.com/health/vagus-nerve-stimulation/MY00183禾口描述了癒癡發(fā)作的預(yù)防的http//www,epilepsy,com/epilepsy/vns)。神經(jīng)修復(fù)學(xué)領(lǐng)域中的最近發(fā)展已經(jīng)證明計算機(jī)光標(biāo)的思想控制。該能力主要依賴于通過手術(shù)方法植入大腦中作為神經(jīng)活動的采集源的電極陣列。已經(jīng)開發(fā)了用于信號提取的各種技術(shù)。然而，大部分具有易碎的電極柄和笨重的纜線或手術(shù)部位區(qū)域的低效率使用的缺點。在當(dāng)前的神經(jīng)修復(fù)術(shù)技術(shù)中，一些具有充分受控的金屬電極制造和電路集成技術(shù)但具有脆的和難以處理的設(shè)計。一些具有可靠的相互連接的纜線但在IC擴(kuò)展能力上是弱的。神經(jīng)修復(fù)術(shù)的一個重要的目標(biāo)是通過植入神經(jīng)探針能夠解碼頂葉皮層中來自神經(jīng)元的運動意圖。盡管3-D集成的硅探針已經(jīng)被成功地制造，但信噪比(SNR)的降低仍然是主要的挑戰(zhàn)，因為電子設(shè)備離記錄部位太遠(yuǎn)。另外，諸如視網(wǎng)膜的、耳蝸的和皮層的假體植入物的生物可植入裝置的近代發(fā)展還增加對全部植入的技術(shù)的需求。硅探針植入頂葉皮層中的最近成果已經(jīng)能夠使神經(jīng)修復(fù)術(shù)研究技術(shù)進(jìn)步。然而，當(dāng)前技術(shù)狀態(tài)仍具有高的信噪比和復(fù)雜的IC集成方案的缺點。在最近數(shù)十年，集成的無線微系統(tǒng)通過向中樞或周圍神經(jīng)系統(tǒng)建立人造界面已經(jīng)在神經(jīng)修復(fù)術(shù)中提供極大的機(jī)會。例如，視網(wǎng)膜植入物已經(jīng)被研究用于治療外部視網(wǎng)膜變性疾病，例如年齡相關(guān)性黃斑變性(AMD)和視網(wǎng)膜色素變性(RP)。然而，許多技術(shù)仍處于發(fā)展中且實際上幾乎沒有被轉(zhuǎn)化為臨床實踐，這是由于材料生物相容性、裝置小型化和柔性的約束條件。對完全生物相容的包裝/集成技術(shù)存在需求。對電連接和組裝各種半導(dǎo)體芯片和預(yù)制造的分立部件以提供功能性生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)的容易的和精確的方法存在需求。對在芯片之間電連接大量的連接件(例如，多于100個相互連接)的簡單的方法存在需求。發(fā)明概述根據(jù)一個方面，本發(fā)明涉及一種生物相容的可密封袋。該生物相容的可密封袋包括基材，其具有第一表面；和生物相容材料的層，其連接于基材的第一表面，生物相容材料的層界定在生物相容基材與生物相容材料的層之間的敞開的袋，該敞開的袋具有配置成在其內(nèi)部表面上可接近的至少一個電觸點，該敞開的袋配置成接納至少一個電路部件且配置成在至少一個電觸點和至少一個電路部件之間提供電通信。該生物相容的可密封袋配置成在接納至少一個電路部件之后被密封并被植入生物機(jī)體內(nèi)，生物相容的可密封袋配置成提供能夠與其內(nèi)植入生物相容的可密封袋的生物機(jī)體生物學(xué)上有效地電通信的生物相容物體。在一個實施方式中，具有第一表面的基材包括聚對二甲苯。在一個實施方式中，具有第一表面的基材包括硅。在一個實施方式中，生物相容材料的層包括聚對二甲苯。在一個實施方式中，具有配置成在其內(nèi)部表面上可接近的至少一個電觸點的敞開的袋在其至少兩個內(nèi)部表面上具有電觸點。在一個實施方式中，生物相容的可密封袋還包括電纜線，所述電纜線其內(nèi)具有配置成在至少一個探針元件和位于所述袋內(nèi)的至少一個電路部件之間產(chǎn)生電連接的導(dǎo)電體，探針元件配置成與其內(nèi)植入生物相容的可密封袋的生物機(jī)體產(chǎn)生電連接。在一個實施方式中，生物相容的可密封袋還包括配置成在至少一個電路部件和生物機(jī)體外部的電路之間傳送電信號的電信號通信裝置。在一個實施方式中，電信號通信裝置包括配置成在至少一個電路部件和生物機(jī)體外部的電路之間產(chǎn)生電磁連接的線圈。在一個實施方式中，生物相容的可密封袋還包括配置成允許用具有預(yù)定義的電參數(shù)的電磁通信信號操作的調(diào)諧電路。在一個實施方式中，電信號通信裝置包括配置成在至少一個電路部件和生物機(jī)體外部的電路之間產(chǎn)生電磁連接的纜線。在一個實施方式中，生物相容的可密封袋組合至少一個電路部件，其位于所述袋內(nèi)且電連接于至少一個電連接器；至少一個探針，其配置成與生物機(jī)體產(chǎn)生電連接且連接于至少一個電路部件；和電通信裝置，其配置成在至少一個電路部件和生物機(jī)體外部的電路之間傳送電信號。在一些實施方式中，生物相容材料的層包括選自由PMMA、特氟隆、硅樹脂和聚酰亞胺組成的組的材料。根據(jù)另一個方面，本發(fā)明以一種制備生物相容的可密封袋的方法為特征。該方法包括以下步驟a.提供具有第一表面的基材；b.將具有預(yù)定義的長度、預(yù)定義的寬度和預(yù)定義的厚度的犧牲材料的層沉積在基材的表面的一部分上；c.將生物相容材料的層沉積在犧牲材料的層之上，生物相容材料的層延伸超出犧牲材料；d.將導(dǎo)電材料的層沉積在生物相容材料的層的至少一部分之上；e.將生物相容材料的第二層沉積在導(dǎo)電材料的層之上，生物相容材料的層延伸超出導(dǎo)電材料；f.在生物相容材料的第二層中提供開口以提供通過生物相容材料的第二層到導(dǎo)電材料的電入口；和g.除去犧牲材料以界定具有預(yù)定義的長度、預(yù)定義的寬度和預(yù)定義的厚度的自由體積，所述自由體積配置成接納至少一個電路部件。自由體積代表具有配置成在其內(nèi)部表面上可接近的至少一個電觸點的敞開的袋，所述敞開的袋配置成接納至少一個電路部件且配置成在至少一個電觸點和至少一個電路部件之間提供電通信，生物相容的可密封袋配置成在接納至少一個電路部件之后被密封并被植入生物機(jī)體內(nèi)，生物相容的可密封袋配置成提供能夠與其內(nèi)植入生物相容的可密封袋的生物機(jī)體生物學(xué)上有效地電通信的生物相容物體。在一個實施方式中，該方法還包括以下步驟在提供基材的步驟a之后且在沉積犧牲材料的層的步驟b之前(i)在基材的表面上沉積生物相容材料的層，該生物相容材料的層的長度大于犧牲材料的預(yù)定義的長度，該生物相容材料的層的寬度大于犧牲材料的預(yù)定義的寬度。在該實施方式中，自由體積代表具有生物相容材料作為其界定表面中的每一個的敞開的袋。在一個實施方式中，該方法還包括以下步驟從基材釋放生物相容的可密封袋，以提供自支持的獨立式的生物相容的可密封袋。在另一個實施方式中，該方法還包括以下步驟在基材的表面上沉積生物相容材料的層的步驟(i)之后，且在沉積犧牲材料的層的步驟b之前，(ii)將導(dǎo)電材料的層沉積在生物相容材料的層的至少一部分之上；(iii)將生物相容材料的層沉積在導(dǎo)電材料的層之上，該生物相容材料的層延伸超出導(dǎo)電材料；和(iv)在步驟(iii)中沉積的生物相容材料的層中提供開口，以提供通過在步驟(iii)中沉積的生物相容材料的層到導(dǎo)電材料的電入口；以及在提供開口的步驟f之后且在除去犧牲材料的步驟g之前，(ν)在步驟(ii)和步驟b、步驟C、步驟d和步驟e中沉積的層中提供開口，以提供通過在步驟(iii)中沉積的生物相容材料的層到在步驟(ii)中沉積的導(dǎo)電材料的電入口。提供了在其兩個內(nèi)部表面上具有電觸點的生物相容的可密封袋。在一個實施方式中，該方法還包括以下步驟從基材釋放生物相容的可密封袋，以提供自支持的獨立式的生物相容的可密封袋。在一些實施方式中，生物相容材料的層包括聚對二甲苯。在一些實施方式中，生物相容材料的層包括選自由PMMA、特氟隆、硅樹脂和聚酰亞胺組成的組的材料。從下面的描述和從權(quán)利要求來看，本發(fā)明的前述和其他目的、方面、特征和優(yōu)點將變得明顯。附圖簡述參考權(quán)利要求和下面描述的附圖可以更好地理解本發(fā)明的目的和特征。各個圖不一定是按比例的，而是通常把重點放在闡明本發(fā)明的原理上。在附圖中，在各個圖中，相同的數(shù)字用于表示相同的部件。圖1闡明在從制造探針的晶片釋放之后的錐形的5mm長度硅陣列。圖2闡明具有聚對二甲苯柔性纜線的硅探針。圖3是生物可植入的硅探針的硅柄上的電極的說明性的SEM。圖4闡明如使用顯微鏡所看到的鉬電極墊。圖5是電極的說明性的SEM照片。圖6闡明在全部包覆之后在電極的最后開口之后的側(cè)壁蝕刻。圖7闡明硅探針結(jié)構(gòu)的探針堆疊能力，在所示出的實施方式中硅探針結(jié)構(gòu)包括堆疊在一起的三個32通道探針以形成96通道3-D結(jié)構(gòu)。可以修改探針之間的間距。圖8闡明商業(yè)連接器與聚對二甲苯纜線連接器墊的鄰近結(jié)合。左板闡明在結(jié)合之前的連接，且右板闡明在與傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂結(jié)合之后的連接。圖9闡明硅探針裝置上的連接器墊和商業(yè)連接器通過客戶PC板的結(jié)合界面。圖10是包裝好的硅探針的示意圖。該設(shè)計示出具有三個32通道裝置的96通道裝置。將鈦基座的腿用接骨螺釘固定于頭骨。圖11闡明探針制造工藝步驟。圖12示出在已經(jīng)進(jìn)行頂層聚對二甲苯沉積之后的工藝晶片。圖13闡明體外測試裝備。左手側(cè)的金屬盒是前置放大器。法拉第籠的x-y階段將探針操縱到鹽水溶液中。圖14闡明當(dāng)用硅探針記錄時被應(yīng)用穿過鹽水溶液的正弦波。圖15是顯示閾值對準(zhǔn)的波形的圖。水平軸是以20，000樣品每秒的速率進(jìn)行1.2ms的持續(xù)時間的樣品的數(shù)量。豎軸表示相應(yīng)于具有400μV的振幅(在基線上方)的正弦曲線的信號強(qiáng)度。圖16是顯示具有串?dāng)_的雜散電容(相對于鄰近的跡線(trace))和泄漏電容(相對于鹽水)的圖。僅纜線被浸入溶液中。圖17闡明在90°C鹽水溶液中浸泡五個星期之后出現(xiàn)的分層。在浸泡八個星期之后，探針仍附接在聚對二甲苯纜線上。圖18是闡明聚對二甲苯纜線在90°C鹽水中浸泡四個星期之后具有基本上相同的線路電阻的圖。圖19闡明具有信號處理芯片的聚對二甲苯袋，在左邊顯示插入袋中之前的IC芯片，且在右邊顯示完全包裝好的袋結(jié)構(gòu)。在一些實施方式中，芯片可以通過RF線圈來供給動力，如下文所示的。圖20闡明與容納傳導(dǎo)芯片的聚對二甲苯袋集成的硅探針，傳導(dǎo)芯片已經(jīng)被插入以證明集成的袋結(jié)構(gòu)的功能性。該裝置用聚對二甲苯全部地包覆并用環(huán)氧樹脂密封。圖21是帶有電極的硅柄的SEM照片。圖22是闡明用于制備聚對二甲苯袋的制造工藝步驟的以橫截面表示的圖。這些步驟可以與聚對二甲苯纜線化(parylene-cabled)的硅假體探針的制造相結(jié)合。圖23闡明IC芯片插入聚對二甲苯袋中。在一個實施方式中，當(dāng)使用顯微鏡觀察結(jié)合墊與芯片上的金屬墊時，鑷子用于使結(jié)合墊與芯片上的金屬墊對準(zhǔn)。圖M闡明聚對二甲苯袋的結(jié)合方案。通過結(jié)合洞應(yīng)用一滴傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂，使得環(huán)氧樹脂接觸在下面的IC芯片上的金屬墊。通過手應(yīng)用可以將該滴傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂控制為200μm。圖25闡明聚對二甲苯袋上的墊與插入的芯片上的金屬線的對準(zhǔn)。對準(zhǔn)偏移是大約10至20μm。圖26示出被應(yīng)用在金屬墊上方以提供電傳導(dǎo)的一滴生物相容的傳導(dǎo)性環(huán)氧樹月旨。該滴的尺寸是大約150至200μm。圖27闡明用于測試裝置的在左邊的傳導(dǎo)芯片和CMOS放大器芯片(在右邊)。傳導(dǎo)芯片上的金屬墊被制備為模仿放大器芯片上的金屬墊。圖28闡明具有自支持的聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。該裝置用于測試結(jié)合之后的放大器芯片。圖29是闡明包括5mV(10mV峰到峰)的進(jìn)入放大器(增益=60)的IkHz的正弦波的輸入和如使用示波器記錄的其輸出信號的圖。還用芯片測試0.5kHz,2kHz和5kHz的信號。圖30闡明用于測試目的的硅探針結(jié)構(gòu)。聚對二甲苯片延長部分提供用于探針與圖28的聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)的電連接的金屬墊。圖31闡明包括圖30的與圖28的結(jié)構(gòu)連接的探針的結(jié)合的且包裝好的結(jié)構(gòu)。在該裝置中，使用傳導(dǎo)芯片。電極的阻抗被測量為是600kΩ。圖32是闡明用于制備自支持的聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)的制造步驟的以橫截面表示的圖。圖33闡明自支持的聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)的實施方式，在所示出的實施方式中，該自支持的聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)用于測試結(jié)合之后的放大器芯片。圖34闡明結(jié)合的且包裝好的結(jié)構(gòu)。在該實施方式中，使用傳導(dǎo)芯片。電極的阻抗被測量為是600kΩ。圖35是顯示在制造自支持的聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)中進(jìn)行的步驟的以橫截面表示的圖，該自支持的聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)向在兩個相對表面上具有接觸墊的芯片提供觸點。圖36闡明單一通道刺激器的電路布局，顯示了在單個部件和相應(yīng)的示意性系統(tǒng)之間的連接。圖37以橫截面闡明基于聚對二甲苯的載體基材的制造工藝。圖38Α闡明具有電極、相互連接引線和觸點的所制造的載體基材。圖38Β是圖38Α的區(qū)域的放大的圖像，示出用于容納BION芯片的聚對二甲苯帶。圖39Α闡明所制造的具有兩層金屬的折疊和結(jié)合的線圈，且圖39Β闡明組裝好的線圈。電特性被測量并在表中給出。圖40闡明組裝好的BION系統(tǒng)。圖41闡明用生物相容的傳導(dǎo)性銀環(huán)氧樹脂形成的互相連接(左)線圈觸點，(右)芯片和電容器觸點。圖42闡明用于組裝好的BION系統(tǒng)的功能性測試的遙測裝備。圖43闡明第一階段的個人訓(xùn)練器(personaltrainer)和其他周圍附件。圖44闡明在不同的線圈間隔距離的三個記錄的刺激脈沖。圖45闡明到達(dá)芯片的轉(zhuǎn)移電壓和電流的典型波形。圖46闡明在兩個線圈之間的不同的間隔距離的傳輸功率。圖47以橫截面闡明具有聚對二甲苯結(jié)合墊的聚對二甲苯袋的制造工藝。我們使用熔融的聚對二甲苯作為聚對二甲苯片和硅支撐物之間的粘附層。圖48闡明用于高密度1通道IC芯片集成的具有金屬結(jié)合墊的所制造的聚對二甲苯袋。在圖中，芯片已經(jīng)被插入袋中。圖49闡明1通道芯片的結(jié)合墊和聚對二甲苯袋上的結(jié)合墊的對準(zhǔn)。圖50是闡明1通道芯片的結(jié)合墊和聚對二甲苯袋上的結(jié)合墊的對準(zhǔn)的另一個圖。圖51闡明環(huán)氧樹脂的激光固化的步驟。刮板用于將過量的傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂推離表面。然后，使用UV激光器來固化保留在槽中的環(huán)氧樹脂以在聚對二甲苯的墊和IC芯片的墊之間產(chǎn)生連接。圖52闡明在刮板已經(jīng)移去過量的環(huán)氧樹脂之后的結(jié)合墊的表面。有大量的留下的殘留物。圖53闡明在UV激光處理和丙酮沖洗之后的結(jié)合墊的表面。該表面是較干凈的，且沒有發(fā)現(xiàn)短路。圖M是闡明結(jié)合表面的表面輪廓的圖。傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂凸起的最大高度是約25μm0圖55闡明結(jié)合在聚對二甲苯片上的金屬墊中的兩個上的表面安裝的電阻器。包括MEMS電感線圈的所有分立部件可以潛在地與該結(jié)構(gòu)集成。圖56是顯示頻率對與聚對二甲苯結(jié)構(gòu)結(jié)合并用聚對二甲苯結(jié)構(gòu)測試的分立部件的阻抗曲線的圖。表面安裝的電阻器和常規(guī)的電感器和電容器用于集成，這示出其用于完全集成系統(tǒng)的潛力。詳細(xì)描述在該發(fā)明中，認(rèn)為，創(chuàng)新是使用新的“袋”技術(shù)來促進(jìn)用作生物醫(yī)學(xué)植入物的各種不同的部件的連接和包裝。為了使用該技術(shù)，制備了具有預(yù)先設(shè)計的尺寸以容納芯片/部件且具有預(yù)金屬化的電連接的袋(或外殼)。然后將芯片和相應(yīng)的芯片/部件插入袋中，且對準(zhǔn)，使得袋上的金屬墊和芯片上的金屬墊對準(zhǔn)。袋和芯片/部件之間的電連接可以通過應(yīng)用傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂或其他傳導(dǎo)性聚合物來產(chǎn)生。這些傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂/聚合物可以是生物相容的或不是生物相容的，這取決于應(yīng)用。然而，該實踐的最終產(chǎn)品是在袋狀的基材或甚至完全地自支持的柔性的基材上的一個或多個良好連接的芯片/部件，基材例如由聚對二甲苯或其他聚合物制成。在其他方面，在電路被插入袋或外殼中存在的跡線并與其連接之后，除了在需要產(chǎn)生與生物機(jī)體或生物學(xué)對象電接觸的可能的位置，例如探針上的電活性位置之外，袋或外殼被封閉密封。在一些實施方式中，從生物機(jī)體或生物學(xué)對象外部的裝置與密封的袋或外殼的容納物的通信使用電磁波使用線圈來完成。與被植入裝置的通信可以使用經(jīng)皮連接器或無線通信方法來進(jìn)行。無線通信方法與經(jīng)皮連接器相比的優(yōu)點是消除了關(guān)于與刺穿皮膚的裝置相關(guān)的可能的感染或刺激的問題。然而，在生物機(jī)體附近的無線通信還具有需要被解決的問題，例如避免局部加熱、與使生物機(jī)體經(jīng)歷長期的電磁輻射相關(guān)的潛在的顧慮和在活媒介物中傳輸電磁信號。在被植入裝置和外部裝置之間被傳送的一些類型信號包括功率信號和數(shù)據(jù)信號。功率信號可以包括從外部電源向被植入裝置提供功率的信號，使得存在于被植入裝置中的電池可以被維持在合適的荷電狀態(tài)，或使得可以從被植入裝置除去電池。對于一些具有電池的常規(guī)裝置，因為它的電池被認(rèn)為到達(dá)其有用壽命的終點，所以手術(shù)可能變成必需的，以更換裝置。任何手術(shù)具有健康風(fēng)險，且如果可能的話，尤其在已經(jīng)具有健康問題的人中，最好避免不必要的手術(shù)。因此，不必因為電池而被更換的可植入的裝置是有利的。數(shù)據(jù)信號可以包括從外部檢測器到被植入裝置的數(shù)據(jù)信號(例如提供與通過傳聲器接收到的用于經(jīng)由人的神經(jīng)系統(tǒng)到人的大腦的通信的耳蝸植入物的可聽信號相應(yīng)的電信號)；從外部檢測器到被植入裝置的控制信號，提供通過使用這樣的信號來控制被植入裝置的能力(例如，控制被植入裝置的操作狀態(tài)以滿足人的需要)；和從被植入裝置到外部裝置的數(shù)據(jù)信號，以監(jiān)控被植入裝置本身的狀態(tài)和操作，以監(jiān)控人的狀態(tài)(例如脈搏率、心臟信號、或與正被治療的疾病相關(guān)的其他信號)和在被植入裝置附近的狀態(tài)(例如生理信號，例如，溫度、壓力、PH)，或以監(jiān)控被植入裝置正應(yīng)用到人的信號。在一些實施方式中，數(shù)據(jù)信號可以用于“調(diào)諧”或“改編”被植入裝置以利用在人的狀態(tài)和人應(yīng)具有的干預(yù)、援助或治療的理解上的改進(jìn)，或提供在植入裝置之后被開發(fā)的可植入的裝置操作和控制程序或操作軟件上的改進(jìn)。用于神經(jīng)修復(fù)學(xué)的集成的聚對二甲苯纜線化的硅探針此處，我們呈現(xiàn)了來自具有集成的聚對二甲苯纜線的高電極密度、基于硅的陣列系統(tǒng)的設(shè)計和初始測試結(jié)果。聚對二甲苯纜線的大大降低的彎曲剛性被認(rèn)為減輕由于大腦和其頭骨之間的相對運動而引起的可能的機(jī)械損傷。與用于完成神經(jīng)修復(fù)術(shù)的特定技術(shù)無關(guān)，理想的有線多電極陣列將包括(1)生物相容材料；(2)具有高信噪比的高密度電極；(3)與外圍設(shè)備通信的可靠的、高密度纜線和經(jīng)皮互相連接；和(4)容納用于探針上信號放大的集成電路的能力。我們描述了具有克服由當(dāng)前技術(shù)呈現(xiàn)的困難的潛力的聚對二甲苯包覆的硅探針。當(dāng)前裝置相比于先前裝置的主要改進(jìn)是用聚對二甲苯完全封裝陣列。前代生物可植入修補(bǔ)物由除了正面之外所有面被暴露的硅基材組成，顯著降低了裝置的生物相容性。我們已經(jīng)選擇使用聚對二甲苯C(聚-對-亞二甲苯基C，在下文還被稱為“聚對二甲苯”)，這是由于其絕緣能力、柔性、生物相容性和其在醫(yī)療應(yīng)用中的先前使用。此外，我們的柔性的基于聚對二甲苯的纜線具有500μm寬和15μm厚的橫截面且被設(shè)計為發(fā)送使用32通道陣列獲得的信號。我們的裝置的重要特征是纜線線路不是稍后附接于陣列的部件。確切地說，其是陣列本身的聚對二甲苯結(jié)構(gòu)的集成的延長部分。由此引起的制造簡化預(yù)期顯著改進(jìn)我們的裝置的可靠性。最后，該單片式微機(jī)械化纜線-探針系統(tǒng)通過添加或修改硅探針上的硅塊能夠適應(yīng)未來的芯片集成。因此，我們能夠制造高度可定制的、完全生物相容的和易于大規(guī)模制造的硅探針裝置。預(yù)期該技術(shù)將利于神經(jīng)修復(fù)術(shù)系統(tǒng)的制造和使用。設(shè)計柔性的聚對二甲苯剝離(lift-off)技術(shù)允許我們制造2-D32通道柔性的纜線化電極陣列裝置，如圖1中所闡明的。圖3、圖4、圖5、和圖6是闡釋圖1的硅生物可植入陣列的特征的圖像。圖2示出說明性的未包裝的纜線化硅探針和其結(jié)合界面。這些裝置可以通過N數(shù)量的2D探針的探針堆疊來擴(kuò)大為3-D32N通道結(jié)構(gòu)，如圖7所示的。八個硅柄中的每一個上的鉬電極可以以可配置的間隔隔開，且兩個參考電極位于較長的柄中的兩個上。柄的長度范圍是3mm至12mm，且向柄的尖端是150μm厚禾Π60μm寬。柄的尖端形成10度角以利于插入大腦中。圖2、圖8和圖9示出用于連接纜線與外部連接點的結(jié)合界面。在一個實施方式中，以60度Y形圖案布置在裝置的末端的圓形鉬環(huán)用于電結(jié)合到具有在圓形PC板上的傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂的商業(yè)可得到的連接器。7cm長的聚對二甲苯纜線是15μm厚并具有34條10μm寬且間隔開10μm的跡線，將遠(yuǎn)端電極直接地連接到外部連接器，例如，如圖10所示的。探針制造用DRIE(深反應(yīng)離子蝕刻)技術(shù)在雙側(cè)拋光的晶片上制造了高密度硅探針。圖11示出在進(jìn)行探針制造工藝中進(jìn)行的步驟。首先，將0.5μm的聚對二甲苯C的層1104沉積在雙側(cè)拋光的晶片1102的一個側(cè)面上且在爐中在350°C熔融。然后，通過氧等離子體使聚對二甲苯層1104圖案化，以留下用于在聚對二甲苯/硅界面之間粘附增強(qiáng)的區(qū)域。然后包覆1μm厚度的犧牲光致抗蝕劑層1106以利于裝置的最終釋放。然后沉積聚對二甲苯C的層1108(6.5μm)。這之后是剝離電子束蒸發(fā)鉬的層1110(0.25μm)，以界定跡線、電極和連接器墊。沉積聚對二甲苯C的頂層1112(6.5μπι)以完成聚對二甲苯-金屬-聚對二甲苯夾層結(jié)構(gòu)(參見圖12)。然后通過使用化等離子體工藝的兩步驟RIE來蝕刻電極部位和裝置定界。隨后從晶片的兩側(cè)面通過DRIE界定和蝕刻硅探針柄(在圖11的每一個板的右側(cè)上)。底部DRIE蝕刻持續(xù)時間界定探針的厚度。通過模對模沉積和涂抹保護(hù)性光致抗蝕劑，可以非常精確地控制晶片上每一個探針的厚度。然后，在光致抗蝕劑剝離器(stripper)中釋放裝置以提供如圖1所示的結(jié)構(gòu)，并用聚對二甲苯1116包覆所有側(cè)面。最后，打開與電極相應(yīng)的墊，且使裝置在200°C退火兩天以結(jié)合夾層的聚對二甲苯層。探針和纜線的全部包覆通過用手涂抹的光致抗蝕劑覆蓋連接器墊和在整個裝置上保形包覆ιμm的聚對二甲苯C來進(jìn)行。再次用光致抗蝕劑覆蓋裝置以保護(hù)纜線和裝置的其余部分，留下被暴露的硅探針部分。然后，用RIE定向地蝕刻該結(jié)構(gòu)以再打開聚對二甲苯包覆的電極，如圖5所示的。隨后在丙酮和光致抗蝕劑剝離器溶液中釋放該裝置。在RIE蝕刻之后將硅探針浸入硅蝕刻劑中以測試全部涂層。在浸漬1分鐘之后硅沒有被蝕刻，這證實涂層仍然是完整的且因此實現(xiàn)了完全生物相容性。在先前型式的裝置中，XeF2用于使硅基材的表面變粗糙以增強(qiáng)聚對二甲苯/硅界面的機(jī)械粘附。然而，由于硅的乂評2蝕刻的各向同性性質(zhì)，所產(chǎn)生的表面的深度、底切(undercut)和形狀變得難以控制。在鉬的高溫電子束蒸發(fā)期間，這可以導(dǎo)致破裂的金屬線和在邊界線上的熱應(yīng)力裂紋。熔融的聚對二甲苯替代物用于增強(qiáng)所需區(qū)域的粘附。裝置測試和操作在三個階段中進(jìn)行裝置測試在鹽水溶液中的體外測量、體內(nèi)探針刺穿測試和加速壽命試驗。在第一階段中，我們使用圖13中示出的裝備來用具有平均尺寸22μmx22μm的通道電極進(jìn)行體外阻抗測試。根據(jù)SEM測量，這些電極的被測量的區(qū)域分布被確定存在于士9.Iym2標(biāo)稱值內(nèi)。通道電極的阻抗測量在IkHz產(chǎn)生670kQ士33kQ的值，而具有約25，000μπι2的區(qū)域的參考電極產(chǎn)生在20kQ的范圍內(nèi)的阻抗。為了測試電極獲得不同信號類型的信號的能力，正弦波和預(yù)記錄的動作電位被施加穿過鹽水溶液并成功地用所制造的電極記錄，如圖14和圖15中所闡明的。還在聚對二甲苯柔性纜線上進(jìn)行阻抗測試以確定雜散電容。圖16呈現(xiàn)的結(jié)果表明以log-log尺度的清楚的線性關(guān)系，這允許我們推導(dǎo)出在IkQ時串?dāng)_和泄漏的阻抗分別為約27.4ΜΩ禾Π11.7ΜΩ。在第二組操作測試中，將裝置插入通過活大鼠的軟腦膜并進(jìn)入皮層以測試刺穿能力。通過在插入期間在手術(shù)顯微鏡下觀察柄，結(jié)果表明探針的完全插入是成功的，沒有任何彎曲、變形或破裂。最后，裝置在鹽水中經(jīng)歷加速壽命試驗以確定平均故障間隔時間。故障模式包括硅與聚對二甲苯粘附的故障以及在聚對二甲苯層之間的分層。圖17中闡明的浸泡測試結(jié)果表明在發(fā)生分層之前，聚對二甲苯_硅粘附能夠在90°C鹽水中經(jīng)得起多于五個星期。此夕卜，對于在相同的環(huán)境中浸泡僅有纜線的裝置四個星期，聚對二甲苯纜線品質(zhì)未受損害，如圖18中所闡明的。我們已經(jīng)開發(fā)和性能測試了具有集成的柔性纜線的完全聚對二甲苯C封裝的、高電極密度的基于硅的陣列。還呈現(xiàn)具有商業(yè)連接器和經(jīng)皮基座的3-D包裝方案。表征電極阻抗，并通過這些裝置記錄預(yù)記錄的動作電位。還已經(jīng)證明了硅探針的體內(nèi)插入能力。鹽水中的高溫加速壽命試驗表明纜線和探針_纜線界面兩者的穩(wěn)定性在90°C鹽水中多于四個星期。從測試結(jié)果，該高密度硅探針是預(yù)期可用于慢性皮層假體應(yīng)用的神經(jīng)探針。我們現(xiàn)在描述利用可以容納芯片且與芯片產(chǎn)生連接的簡單的、柔性的聚對二甲苯袋的包裝技術(shù)，袋被支撐在具有金屬墊的硅基材上。該袋可以在內(nèi)部容納IC芯片或分立部件并向IC芯片或分立部件提供電連接。我們還表明與完全功能性的16-通道放大器CMOS芯片集成的8柄硅探針陣列。聚對二甲苯袋設(shè)計將放大器包埋在記錄部位附近的完全生物相容的包裝/集成解決方案將是有利的。對用于植入的充分包裝的裝置的期望的和有利的標(biāo)準(zhǔn)將包括避免感染和炎癥響應(yīng)；經(jīng)得起人類身體(或動物身體)的苛刻的生理環(huán)境的能力；制造簡易；和盡可能低的成本。我們描述了利用在具有金屬墊的硅基材上的柔性的聚對二甲苯袋的新的包裝技術(shù)。該袋可以容納IC芯片并向IC芯片提供電連接，且可以完全地與硅探針集成。通過應(yīng)用該技術(shù)，人們可以分別地制備芯片和探針并隨后將它們包裝在一起，這在IC/探針集成中是有利的。袋大小和電極的配置可以被改變以適合不同的芯片和應(yīng)用，且對干法蝕刻平整度不敏感。圖19示出無線的聚對二甲苯袋集成方案的圖。為了生物相容性，整個結(jié)合結(jié)構(gòu)被共形包覆并用聚對二甲苯-C(聚-對-亞二甲苯基-C)以及用醫(yī)療級環(huán)氧樹脂密封以實現(xiàn)全部封裝。我們能夠制造高度可定制的、完全生物相容的和易于大規(guī)模制造的IC-纜線化包裝。現(xiàn)在呈現(xiàn)的聚對二甲苯袋已經(jīng)被設(shè)計為容納300μm厚、0.5mmχ0.5mm大小的商業(yè)IC芯片。聚對二甲苯C纜線和袋的厚度是12μπι，具有嵌入的金金屬連接跡線。認(rèn)為，金無電極電鍍是可選擇的墊到墊的相互連接技術(shù)。該袋的兩個側(cè)面上的兩個開口被設(shè)計為在插入期間提供應(yīng)力解除。袋的邊緣具有Imm寬的熔融的聚對二甲苯粘附層部分以在聚對二甲苯和硅基材之間提供粘附。該結(jié)構(gòu)還包括與圖7)中示出的2-D32通道柔性的纜線化電極陣列裝置集成的聚對二甲苯袋，這可以通過探針堆疊而擴(kuò)大到3-D32χΝ通道結(jié)構(gòu)。袋的硅基部的大小是0.8mmX0.8mm且厚度是500μm。在一個實施方式中，聚對二甲苯袋連接于在端部具有60度Y形狀圖案的7cm纜線，如圖20所闡明的。這些是布置成電結(jié)合到在圓形PC板上具有傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂的商業(yè)可得到的連接器的圓形鉬環(huán)。硅柄是150μm厚的并具有從最長的到最短的分別為5.1mm、4.6mm、4.Imm和3.6mm的長度，如圖21所示的。聚對二甲苯袋制造用DRIE(深反應(yīng)離子蝕刻)技術(shù)在雙側(cè)拋光的晶片上制造聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)。圖22示出制造工藝。在硅晶片的拋光表面2202上，旋涂犧牲光致抗蝕劑層2206，用于袋釋放。然后沉積聚對二甲苯-C的層2208(6μm)，隨后用具有電子束蒸發(fā)的剝離工藝沉積Cr/Au的層2210(0.05/0.2μm)以提供電連接。沉積聚對二甲苯-C的頂層2212(6μm)以完成聚對二甲苯-金屬-聚對二甲苯夾層結(jié)構(gòu)。然后通過兩步驟RIE用O2等離子體(反應(yīng)離子蝕刻)工藝打開電極部位2214、2214'和裝置定界。隨后通過DRIE從晶片的兩個側(cè)面蝕刻聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)2216的輪廓。在最后步驟中，在光致抗蝕劑剝離器中釋放裝置并干燥裝置。完全敞開的袋具有配置成在其內(nèi)部表面上可接近的至少一個電觸點，如圖22的右側(cè)的最低的板所示的，在圖22中敞開的袋2216在右邊具有開口2214，傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂可以通過開口2214將金屬層2210連接到插入袋2216中的芯片上的墊。如將在下文描述的其他實施方式看到的(參見例如圖32、圖35和圖47)，通過本發(fā)明提供的相似的敞開的袋還具有配置成在袋的內(nèi)部表面上可接近的至少一個電觸點。然后將IC芯片插入聚對二甲苯袋中，如圖23中所闡明的。使IC芯片與袋中的跡線對準(zhǔn)，如圖25所示的。使芯片M20與傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂結(jié)合，如圖M和圖26中所闡明的，以在袋的導(dǎo)體MlO與芯片M20的表面上的所選擇的連接墊或電接線端之間產(chǎn)生電連接。圖M是示出袋的說明性實例，在該說明性實例中芯片M20與一個側(cè)面上的傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂結(jié)合表面接觸，且位于由聚對二甲苯的層M08、傳導(dǎo)層MlO和第二層聚對二甲苯M12界定的袋中。放入傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂滴以便接觸傳導(dǎo)層2410和在芯片M20上的傳導(dǎo)墊。在可選擇的實施方式中，可以從芯片M20的一個側(cè)面制成所有的電觸點，或可以在單一芯片的兩個側(cè)面上的預(yù)定位置處制成電觸點，如通過圖35L中以橫截面闡明的袋結(jié)構(gòu)所闡明的。在適當(dāng)情況下，結(jié)構(gòu)可以再次用聚對二甲苯-C全部包覆以完全封裝和確保生物相容性。裝置測試和結(jié)果裝置測試以兩個階段來進(jìn)行在圖27中闡明的用于傳導(dǎo)和放大器芯片兩者的芯片集成測試，和在鹽水環(huán)境中的加速壽命試驗。所使用的被嵌入的CMOS放大器芯片是具有35.5dB的帶內(nèi)增益的可升級的16-通道前置放大器和緩沖芯片。在僅有袋的結(jié)構(gòu)上使用函數(shù)發(fā)生器來測試該芯片，如圖觀所示的。使具有0.5kHz、1kHz、2kHz和5kHz的頻率和5mV的振幅的正弦波和方波兩者進(jìn)入芯片中。圖四示出的來自示波器的放大的輸出推斷出我們的包裝技術(shù)的成功的功能性測試。將傳導(dǎo)芯片結(jié)合在硅探針集成的袋中，并測量電極的阻抗。還在聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)上進(jìn)行持續(xù)的加速浸泡壽命試驗以確定平均故障間隔時間。測試表明用1.5mm的生物相容的環(huán)氧樹脂密封的具有嵌入的放大器芯片的袋結(jié)構(gòu)能夠在90°C鹽水中浸泡多于30天之后起作用，這轉(zhuǎn)換成在37°C(正常體溫)在鹽水中數(shù)年的壽命，這是基于溫度每增加10°C反應(yīng)速率就加倍的常規(guī)認(rèn)識。除了全部集成的硅探針陣列之外，開發(fā)了第二設(shè)計。該第二設(shè)計包括與聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)分離的具有36個電極和2個參考電極的探針裝置，這在圖30中闡明。探針裝置具有與先前所描述的全部集成的裝置的幾何形狀相同的幾何形狀。通過分離探針結(jié)構(gòu)與聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)，在使集成的IC芯片與硅探針上的電極連接之前，使用者將能夠用集成的IC芯片測試袋結(jié)構(gòu)，從產(chǎn)生的和可靠的測試方面來說產(chǎn)生了優(yōu)勢。在圖31示出組裝好的裝置。我們使用傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂作為用于將探針與被封裝在聚對二甲苯袋中的芯片結(jié)合的介質(zhì)。我們已經(jīng)描述、實施并測試新的聚對二甲苯-袋包裝技術(shù)以制造具有靠近其記錄部位的IC芯片的硅探針陣列。呈現(xiàn)包裝方案和制造細(xì)節(jié)。使用商業(yè)放大器芯片，且證明商業(yè)放大器芯片在包裝之后的全部功能性。高溫加速壽命鹽水浸泡試驗表明袋結(jié)構(gòu)和整個系統(tǒng)兩者的令人滿意的性能。預(yù)期該新的包裝技術(shù)將可用于在神經(jīng)修復(fù)術(shù)研究所需要的復(fù)雜的集成的生物醫(yī)學(xué)植入物中的應(yīng)用。芯片與柔性聚對二甲苯袋集成我們現(xiàn)在描述利用具有金屬墊的完全柔性的聚對二甲苯芯片袋的生物相容包裝技術(shù)。該袋可以容納IC芯片或任何分立部件并向IC芯片或任何分立部件提供電連接。作為證明，已經(jīng)將完全功能的16通道放大器CMOS芯片與該結(jié)構(gòu)結(jié)合并用該結(jié)構(gòu)測試。該研究還集成8柄硅探針陣列與袋，其電極阻抗被成功地測量。神經(jīng)修復(fù)術(shù)的一個重要的目標(biāo)是通過植入神經(jīng)探針能夠解碼頂葉皮層中來自神經(jīng)元的運動意圖。盡管3-D集成的硅探針已經(jīng)被成功地制造，但信噪比(SNR)的降低仍然是主要的挑戰(zhàn)，因為電子設(shè)備離記錄部位太遠(yuǎn)。因此，將放大器包埋在記錄部位附近的生物相容的包裝/集成解決方案將提供優(yōu)勢。我們描述了利用具有金屬墊的完全柔性的聚對二甲苯芯片袋的新的包裝技術(shù)。該袋可以在內(nèi)部容納IC芯片并向IC芯片提供電連接，且可以與硅探針集成。通過應(yīng)用我們現(xiàn)在描述的技術(shù)，人們可以分別地制備芯片和探針并隨后將它們包裝在一起，這是優(yōu)于直接的IC/探針集成的優(yōu)點。袋大小和電極可以被改變以適合不同的芯片和應(yīng)用，如圖19中所闡明的，且對干法蝕刻平整度不敏感。為了生物相容性，整個結(jié)合結(jié)構(gòu)被共形包覆并用聚對二甲苯-C(聚-對-亞二甲苯基-C)以及用醫(yī)療級環(huán)氧樹脂密封以實現(xiàn)全部封裝。作為成功的證明，描述了用聚對二甲苯袋包埋的16-通道放大器CMOS芯片。聚對二甲苯袋配置用RIE技術(shù)(反應(yīng)離子蝕刻)來制造，如圖32中闡明的工藝所闡明的。首先，將5μπι厚的聚對二甲苯-C的底層3204沉積在硅晶片3202上。然后包覆1μm的犧牲光致抗蝕劑的層3206，當(dāng)犧牲光致抗蝕劑的層3206被除去時，其將用來界定聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)。沉積聚對二甲苯-C的另一層3208(5μm)。使用剝離工藝沉積Cr/Au的層3210(0.05/0.2μm)以提供電連接。沉積聚對二甲苯-C的頂層3212(2μm)以完成結(jié)構(gòu)。然后通過使用02等離子體工藝的兩步驟RIE來產(chǎn)生電極部位3214、3214'和裝置定界。在光致抗蝕劑剝離器中釋放裝置。然后將IC芯片(參見圖27)用手插入聚對二甲苯袋中，與傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂對準(zhǔn)(參見圖25)，與傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂結(jié)合(參見圖26)，并用10μm聚對二甲苯全部包覆。在若干階段進(jìn)行裝置測試。首先，在僅有袋的結(jié)構(gòu)上使用函數(shù)發(fā)生器來測試所嵌入的CMOS放大器芯片，如圖33示出。使具有不同頻率的正弦波和方波進(jìn)入芯片。放大的輸出被測量并以圖表畫出，如圖四中所闡明的。然后將傳導(dǎo)芯片與硅探針結(jié)合(參見圖30)以形成集成的袋結(jié)構(gòu)，如圖34中所闡明的。成功地測量探針電極的阻抗，這表明我們的包裝技術(shù)的成功的功能性測試。最后，在被包裝的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行持續(xù)的加速浸泡壽命試驗以確定平均故障間隔時間。測試表明具有1.5mm的環(huán)氧樹脂的袋結(jié)構(gòu)能夠在90°C鹽水中浸泡多于30天之后起作用，這將轉(zhuǎn)化成在37°C在鹽水中數(shù)年的壽命。我們認(rèn)為，該技術(shù)為在鄰近獲得信號的位置需要信號放大的所有生物學(xué)植入物提供了快速的且簡單的包裝技術(shù)。我們期望，該技術(shù)將促進(jìn)用于神經(jīng)修復(fù)術(shù)應(yīng)用的完全無線的生物相容插入系統(tǒng)，如我們接著描述的。用于在兩個表面上具有觸點的芯片的雙面袋圖35是顯示制造自支持的聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)中進(jìn)行的步驟的圖，該聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)向在兩個相對表面上具有接觸墊的芯片提供觸點。該能力將允許使用預(yù)期具有與在僅一個表面上具有觸點的芯片相比更大的功能性的芯片。如圖35A所示的，具有拋光表面的硅晶片3502被提供為支撐物結(jié)構(gòu)。如圖35B中所闡明的，應(yīng)用聚對二甲苯的第一層3504以沉積在聚對二甲苯層3504的所選擇區(qū)域上。根據(jù)需要，第一金屬層3506可以包括多于一個金屬結(jié)構(gòu)，例如配置成提供導(dǎo)體跡線和/或多個連接器墊的平行線。如圖35D中所闡明的，沉積聚對二甲苯的第二層3508以覆蓋和包封第一金屬層3506。聚對二甲苯的第二層3508可以延伸到與第一聚對二甲苯層3504基本上相似的程度。如圖35E中所闡明的，在第二聚對二甲苯層3508中產(chǎn)生(例如通過蝕刻)開口3510以提供對第一金屬層3506中的接觸墊產(chǎn)生接觸的路徑。如圖35F中所闡明的，提供覆蓋開口3510且表示犧牲體積的光致抗蝕劑的層3512，當(dāng)犧牲體積被打開時，犧牲體積提供可以插入芯片的空間。如圖35G中所闡明的，在光致抗蝕劑層3512之上提供第三聚對二甲苯層3514。第三聚對二甲苯層3514可以延伸到與第一聚對二甲苯層3504基本上相似的程度。如圖35H中所闡明的，在第三聚對二甲苯層3514的選擇區(qū)域上沉積金屬的第二層3516。根據(jù)需要，第二金屬層3514可以包括多于一個金屬結(jié)構(gòu)，例如配置成提供導(dǎo)體跡線和/或多個連接器墊的平行線。如圖351中所闡明的，沉積第四聚對二甲苯層3518以覆蓋和包封第二金屬層3516。第四聚對二甲苯層3518可以延伸到與第一聚對二甲苯層3504基本上相似的程度。如圖35J中所闡明的，提供一個或多個開口3520以允許通向第二金屬層3516中的接觸墊。在一個實施方式中，使用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)方法來產(chǎn)生開口。如圖35K中所闡明的，開口3522、3522'被蝕刻通過結(jié)構(gòu)以允許電通向所有接觸墊。如圖35L中所闡明的，從硅晶片3502釋放自支持的聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)，且除去光致抗蝕劑的犧牲層3512，留下具有金屬觸點和引線的獨立的自支持的聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)，金屬觸點和引線可以連接于芯片的兩個相對側(cè)面上的接觸墊，芯片例如IC芯片或具有所需的電子的、計算的或其他性能的芯片。聚對二甲苯袋中的引線可以用于與電路、探針或允許與被封裝的芯片通信的其他電裝置或電子裝置產(chǎn)生電連接。集成的無線的神經(jīng)刺激器我們現(xiàn)在描述完全可植入的、柔性的、聚對二甲苯激活的神經(jīng)刺激器的設(shè)計、制造和功能測試，該神經(jīng)刺激器以單一通道無線的刺激能力為特征。該系統(tǒng)包括CMOS刺激器芯片、折疊和結(jié)合的RF線圈、兩個鉬電極和分立電容器。用聚對二甲苯-金屬皮技術(shù)來制造MEMS部件，且通過在聚對二甲苯基材上用銀環(huán)氧樹脂將單個部件相互連接在一起來實現(xiàn)系統(tǒng)組裝。已經(jīng)使用遙測鏈路裝備來證明集成系統(tǒng)的功能性，且已經(jīng)檢測到具有在7V至8.5V的范圍內(nèi)的振幅的單相脈沖。我們描述了柔性的無線的神經(jīng)植入物，該神經(jīng)植入物采用與諸如專用集成電路(ASIC)和芯片電容器的其他分立部件集成的基于聚對二甲苯的MEMS裝置。聚對二甲苯-金屬皮技術(shù)允許我們以工藝兼容的方式微制造RF線圈和多電極陣列。我們描述了這樣的線圈和電極陣列與單一通道刺激器芯片的集成以建立用于神經(jīng)刺激的完全功能的系統(tǒng)。對于第一實施方式，MEMS裝置被單獨地制造，并使用生物相容的銀環(huán)氧樹脂將其與其他系統(tǒng)部件組裝。聚對二甲苯-C用作基材和包裝材料，且因此對于醫(yī)療植入來說，最終的系統(tǒng)是高度柔性的和生物相容的。系統(tǒng)設(shè)計圖36A描繪了單一通道刺激器的系統(tǒng)示意圖，其包括BI0N1-3CM0S芯片、兩個電容器、用于從外部個人訓(xùn)練器無線供電和進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶ｉT設(shè)計的RFMEMS線圈、以及載體基材。柔性的載體具有用于系統(tǒng)組裝的相互連接引線和接觸墊，以及兩個電極，一個電極用作刺激電極，而另一個是浮動接地。MEMS線圈和載體基材的總物理尺寸將滿足在視網(wǎng)膜植入中使用的規(guī)格，所述規(guī)格基于在犬的眼睛中手術(shù)植入結(jié)果來確定。BION芯片是最初被開發(fā)用于模仿肌梭功能和用于治療患有肌肉麻痹的患者的單一通道刺激器。一旦被植入麻痹的肌肉中，芯片可以通過電感耦合經(jīng)由外部單元中產(chǎn)生的480kHz-500kHz功率載波接收功率信號和指令信號兩者，允許芯片發(fā)射具有高度調(diào)節(jié)的振幅和脈沖寬度的精確同步的刺激脈沖。BION芯片具有Imm寬度、2.33mm長度和257μm厚度的物理尺寸。在芯片上具有五個約120μmX74μm的大小的墊。在兩個鄰近墊之間的距離是約110μm。將兩個陶瓷芯片電容器(AVXCorporation,MyrtleBeach,SC,USA)結(jié)合到集成系統(tǒng)以調(diào)諧電路。如從圖36B的電路布局可見的，C1是與接收線圈并聯(lián)的頻率調(diào)諧電容器以實現(xiàn)500kHz的諧振頻率。C2是具有22nF的電容的電荷存儲電容器，由UniversityofSouthernCalifornia的GeraldLoeb博士小組提供。這些電容器的大小是約Immχ0.5mmχ0.56mm。制造工藝將制造分成三個步驟載體基材制造、RFMEMS線圈制造和最終的系統(tǒng)組裝和包裝。為了建立柔性的基材，在聚對二甲苯-C包覆的硅基材上電子束蒸發(fā)200nm鉬層。然后使用剝離使金屬形成圖案以形成連接墊、互連引線和電極部位。鉬因為最佳的模擬性能而被選作電極材料。在該情況下，不需要粘附金屬層，因為已知鉬和聚對二甲苯具有良好的相互粘附。在金屬圖案形成之后，沉積聚對二甲苯-C的另一層以密封整個結(jié)構(gòu)，隨后在反應(yīng)離子蝕刻(RIE)系統(tǒng)中用光致抗蝕劑掩膜氧等離子體蝕刻以界定基材的外部幾何形狀，以及打開電極部位和接觸通孔。最后，在水浴中從硅基材剝離裝置。圖37闡明用于制備載體基材的詳細(xì)工藝，其中步驟37B至步驟37D描述鉬圖案形成的剝離技術(shù)。在圖37A中，拋光的硅晶片3702具有被沉積其上的聚對二甲苯的層3704。在圖37B中，L0R3B抗蝕劑的層3706和常規(guī)的光致抗蝕劑的層3708被沉積和形成圖案。在圖37C中，在形成圖案的抗蝕劑之上沉積金屬3710。在圖37D中，除去抗蝕劑，留下在聚對二甲苯層3704上的預(yù)定位置處的金屬3710。在圖37E中，沉積另外的聚對二甲苯。在圖37F中，闡明被分離的基材。圖38呈現(xiàn)所制造的載體基材。顯微鏡圖像示出具體的芯片部位設(shè)計，其中以使得芯片可以保持在適當(dāng)?shù)奈恢们以谙到y(tǒng)組裝期間與基材上的接觸通孔自動對準(zhǔn)的方式蝕刻聚對二甲苯帶。陣列部位包含450μm直徑的釘洞，使得陣列可以使用視網(wǎng)膜釘附接于視網(wǎng)膜。為了制造MEMS線圈，涉及折疊和結(jié)合技術(shù)，在該技術(shù)中兩個線圈被串聯(lián)放置，并由單一3μπι金層制成，以實現(xiàn)低電阻和高的Q因子。然后，在兩個載玻片的幫助下將裝置折疊成兩層并堆疊在一起。將鋁片插入在聚對二甲苯表面和載玻片之間以防止聚對二甲苯粘附在玻璃上。之后，將堆疊的線圈放置在具有10托的室壓的真空爐中，用于結(jié)合。爐溫從室溫斜升至250°C。然后使裝置在結(jié)合溫度下均熱處理2天，隨后緩慢冷卻至室溫。熱結(jié)合過程期間弓I入氮回填以均衡室的溫度圖39中示出所制造的線圈，該線圈包括兩層金屬，每層具有10匝。進(jìn)出引線從中心連接于載體基材，利于手術(shù)程序。通孔被設(shè)計為與接觸墊重疊，使得可以從每個側(cè)面形成與載體基材的相互連接。測量了該線圈的電性質(zhì)，顯示約2.24μH的感應(yīng)系數(shù)和約15.82Ω的DC電阻，這導(dǎo)致在500kHz時0.45的Q因子。對于混合系統(tǒng)組裝，使單個部件(ΒΙ0Ν芯片、線圈和電容器)與載體基材上的相應(yīng)的互連通孔對準(zhǔn)。然后將少量的生物相容的銀環(huán)氧樹脂EPO-TEKH20E(EpoxyTechnology,Billerica,MA,USA)施用在觸點上并在對流爐中在80°C固化3小時。傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂起到兩個目的在部件之間形成相互連接以及將部件結(jié)合到基材上。最后，將聚對二甲苯-C包覆在整個系統(tǒng)上，僅留下電極部位是敞開的，以便保護(hù)電路免于腐蝕性眼內(nèi)液體和以便改進(jìn)環(huán)氧樹脂觸點的耐久性。圖40闡明組裝好的單一通道刺激器系統(tǒng)。圖41示出關(guān)于每一個部件的相互連接的特寫圖。因為BION芯片僅具有5個墊，所以使用環(huán)氧樹脂相互連接的手工組裝是快速的且容易的。然而，在制造期間遭遇的主要問題是當(dāng)通過手施用時缺乏環(huán)氧樹脂量的控制。如果施用太多的環(huán)氧樹脂，則可能產(chǎn)生短路。在高溫固化期間還可以發(fā)生環(huán)氧樹脂回流，導(dǎo)致短路。對于具有高密度墊布局的芯片，該手工組裝不再適用，和因此需要晶片級集成技術(shù)。操作結(jié)果在制備組裝系統(tǒng)之后，使用圖42示出的遙測鏈路裝備來證明其功能性。圖43中示出第一階段，該第一階段包括個人訓(xùn)練器單元，E類線圈驅(qū)動器和手繞式發(fā)射線圈，可以產(chǎn)生約500kHz的電力載波。個人訓(xùn)練器存儲對單個患者個人化的指令程序，記錄治療的時間和持續(xù)時間，和將該信息傳遞到外部計算機(jī)，用于實時監(jiān)控?？梢詫⒏哌_(dá)三個程序預(yù)先載入個人訓(xùn)練器的存儲器中。線圈驅(qū)動器通過定制的適配器連接于個人訓(xùn)練器。發(fā)射線圈在500kHz具有46.4μH的感應(yīng)系數(shù)和118的Q因子。絞合線1025-44SPN用于纏繞初級線圈以降低趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)損失。以電磁形狀建立發(fā)射線圈以在線圈內(nèi)部建立更均一的電磁場。另外，將鐵氧體芯插入發(fā)射線圈內(nèi)以放大電磁場且因此改進(jìn)電壓傳輸效率。已經(jīng)使用該裝備來進(jìn)行體外測量，且通過將兩個電極直接連接到ΗΡ54645Α示波器(HP/AgilentTechnologiesInc.，SantaClara,CA,USA)來監(jiān)視集成刺激器的輸出信號。在測試期間改變兩個線圈之間的距離，且發(fā)現(xiàn)了4mm的最大可檢測范圍。在圖44中給出在不同的間隔距離的所記錄的刺激脈沖，這顯示約500μS的脈沖寬度以及從7V變化到8.5V的振幅。為了估計MEMS線圈的能量傳輸能力，測量跨越接收線圈終端的電壓和被傳遞給芯片的電流。圖45示出所傳輸?shù)碾妷汉碗娏鞯牡湫筒ㄐ?，這表明505kHz的諧振頻率和在電壓和電流之間的25度相移。如先前所述，調(diào)諧電容器是市售的芯片電容器，這限制了電容值的選擇。因此，難以精調(diào)諧振電路以便實現(xiàn)精確同步。進(jìn)一步調(diào)查在不同的間隔距離所傳輸?shù)墓β?，如圖46中所示。MEMS線圈可以在Imm的間隔距離通過該感應(yīng)鏈路傳遞43mW的最大功率。隨著間隔距離增加到2mm，功率下降62%，這主要受到接收線圈的低Q因子的限制。已經(jīng)在空氣中成功地證明集成系統(tǒng)的功能性。然而，短的可檢測距離將限制該系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的實踐性?？梢酝ㄟ^優(yōu)化線圈設(shè)計例如增加金屬厚度和/或金屬層數(shù)量以便增強(qiáng)線圈Q因子和能量傳輸效率來實現(xiàn)進(jìn)一步的改進(jìn)。正在進(jìn)行通過植入兔眼來驗證系統(tǒng)功能性。已經(jīng)設(shè)計單通道神經(jīng)刺激器，且已經(jīng)成功地制造和測試一個實施方式。測試結(jié)果表明，BION芯片可以由在4mm間隔距離內(nèi)的MEMS線圈驅(qū)動。從刺激電極測量到脈沖寬度為500μs且振幅多于7V的輸出脈沖，這表明該系統(tǒng)可以在體外操作。與聚對二甲苯袋的高密度128通道芯片集成當(dāng)前用于視網(wǎng)膜和皮層修復(fù)學(xué)的最新技術(shù)飽受帶有高的引線計數(shù)例如多于60引線的復(fù)雜IC封裝之苦。還缺乏高密度能力。我們描述利用在硅基材上有金屬墊的柔性的聚對二甲苯袋以便克服這些挑戰(zhàn)和適應(yīng)不斷增加的假體芯片的數(shù)量的生物相容的新穎包裝技術(shù)。該袋可以被設(shè)計為容納任何IC芯片或分立部件并向其提供電連接。作為證明，已經(jīng)結(jié)合了沿著表面安裝電容器、電阻器和電感器的高密度128通道傳導(dǎo)芯片并用該結(jié)構(gòu)來測試。認(rèn)為該新技術(shù)還可以縮放為在Icm2的區(qū)域中實現(xiàn)10，000個連接。如圖47中所闡明，用RIE(反應(yīng)離子蝕刻)和DRIE(深反應(yīng)離子蝕刻)工藝的組合來制造聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)。在硅晶片的拋光的表面4702上，旋涂犧牲光致抗蝕劑層4706，用于袋釋放。然后，沉積聚對二甲苯-C的層4708(6μm)，隨后用具有電子束蒸發(fā)的剝離工藝沉積Cr/Au的層4710(0.05/0.2μm)以提供電連接。沉積聚對二甲苯-C的頂層4712(6μm)以完成聚對二甲苯-金屬-聚對二甲苯夾層結(jié)構(gòu)。然后通過兩步驟RIE用O2等離子體(反應(yīng)離子蝕刻)工藝來打開電極部位4714、4714'和裝置定界。DRIE背面蝕刻被用于界定由蝕刻槽4720和4720'所界定的背表面尺寸。在釋放過量的硅之后，聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)4716在光致抗蝕劑剝離器開放，且該結(jié)構(gòu)被干燥。然后，將IC芯片插入到聚對二甲苯袋，如圖48中所闡明。它與袋中的跡線對準(zhǔn)，如圖49和圖50中所示。芯片與傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂結(jié)合，如圖51中所闡明。在適當(dāng)情況下，結(jié)構(gòu)可以再次用聚對二甲苯-C全部包覆以完全封裝和確保生物相容性。在制造工藝之后，從晶片釋放裝置。然后，在一些實施方式中通過手將IC芯片插入到聚對二甲苯袋，如圖49和圖50中所示的對準(zhǔn)，且用傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂刮板工藝結(jié)合，如圖51中所示。然后，將其整個地用聚對二甲苯包覆以便得到整體生物相容性。在環(huán)氧樹脂刮板工藝中，市售的傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂被混合起來且被全面地應(yīng)用在芯片的表面上。然后，橡膠刮板被用來將過量的環(huán)氧樹脂推離芯片墊結(jié)合區(qū)域的靶面。然后，采用利用紫外激光器的脈沖激光退火來局部固化環(huán)氧樹脂連接，這增強(qiáng)了結(jié)合的物理強(qiáng)度和剛性。最后，使用丙酮來將未固化的傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂洗掉，這使得結(jié)合墊的表面相應(yīng)地清潔，且使得墊之間的空間免受不期望的短路傳導(dǎo)，如圖52和圖53中所示。已經(jīng)檢查了結(jié)合環(huán)氧樹脂凸起的輪廓。圖討中闡明的結(jié)果示出最大高度是25μπι。如圖55中所闡明，分立部件例如二極管和電容器可以被連接到該聚對二甲苯袋結(jié)構(gòu)。以兩個階段進(jìn)行裝置測試。第一階段是芯片集成測試，且第二階段是加速壽命試驗。尺寸為5mmχ5mmχ500μm的假芯片被插入到袋，且用激光退火技術(shù)結(jié)合，以便測試該結(jié)構(gòu)的功能性。假芯片上的墊具有140μm的最小距離和500μm的最大距離。商業(yè)分立部件例如電容器、電阻器和電感器(線圈)被連接到聚對二甲苯層上的墊，且用函數(shù)發(fā)生器測試。不同頻率的正弦波被傳送到芯片和部件。圖56闡明成功的包裝技術(shù)的功能性測試。最后，進(jìn)行加速壽命浸泡試驗以便確定裝置的平均故障間隔時間。測試示出帶有1.5mm的生物相容硅樹脂的袋結(jié)構(gòu)能夠在90°C鹽水中浸泡多于30天之后起作用，這應(yīng)轉(zhuǎn)換成在37°C的鹽水中數(shù)年的壽命。人們期望，可以集成該平臺上的數(shù)據(jù)和電源線圈，以便提供將被植入到體內(nèi)的總的集成系統(tǒng)。人們期望，結(jié)合如本文描述的高密度芯片的快速、廉價且有效的方法將為各種應(yīng)用提供全無線生物相容系統(tǒng)，期望這些應(yīng)用的其中之一是視網(wǎng)膜的假體應(yīng)用。許多不同的袋體系結(jié)構(gòu)是可能的，且不同的形式的袋可以最適用于不同的應(yīng)用。各實例包括硅基材上的袋；全聚對二甲苯袋；被設(shè)計為封裝具體的市售的芯片的袋；被設(shè)計為封裝分立部件的袋；被設(shè)計為封裝PCB的袋；單層袋；雙層袋；多層袋；堆疊以便實現(xiàn)3D結(jié)構(gòu)的袋；帶有連接到其的聚對二甲苯纜線的袋；帶有MEMS線圈的袋；帶有MEMS電容器的袋和包括不同于聚對二甲苯的材料的袋。已經(jīng)使用若干過程來證明相互連接，這些過程包括刮板方法；手工涂抹方法；包括使用傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂的方法；和激光退火方法，其中已經(jīng)成功地證明傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂/聚合物的激光輔助的退火和固化。許多不同的材料可以用于制造如本文所描述的袋。盡管已經(jīng)將聚對二甲苯描述成很好地適用于植入在生物機(jī)體中的袋體系結(jié)構(gòu)的材料，但認(rèn)為許多薄膜聚合物，例如PMMA、特氟隆、硅樹脂和聚酰亞胺，可以用來制成用于相同的或相似的應(yīng)用的袋。事實上，可以具有被提供為內(nèi)部金屬表面的金屬的任何薄膜聚合物可以用來制成用于包括封裝的芯片和/或電子部件和電路部件的應(yīng)用的袋。定義記錄來自數(shù)據(jù)收集操作的結(jié)果，例如，獲取和記錄表示數(shù)據(jù)或信息的信號，或者獲取和記錄圖像，例如，使用一種或多種顏色或色調(diào)或以特定的頻率或波長以一個或多個尺寸記錄結(jié)果，被理解為意指且在本文被定義為將輸出數(shù)據(jù)寫到存儲元件、存儲到機(jī)器可讀的存儲介質(zhì)或存儲到存儲裝置。如特定的實施方式可以建議或要求的，所記錄的信息可以是模擬信息和/或數(shù)字信息?？梢员挥糜诒景l(fā)明的機(jī)器可讀的存儲介質(zhì)包括電子存儲介質(zhì)、磁性存儲介質(zhì)和/或光存儲介質(zhì)，例如軟磁盤和硬磁盤；在一些實施方式中可以使用DVD盤的DVD驅(qū)動器、⑶驅(qū)動器、任何⑶-ROM盤(S卩，只讀光存儲盤)、⑶-R盤(即，一次寫入多次讀出光存儲盤)和CD-RW盤(即，可重寫光存儲盤)；以及電子存儲介質(zhì)，例如RAM、R0M、EPR0M、緊湊型閃存卡、PCMCIA卡或可選擇地SD存儲器或SDIO存儲器；和電子部件(例如，適應(yīng)存儲介質(zhì)并從存儲介質(zhì)讀取或向其寫入的軟盤驅(qū)動器、DVD驅(qū)動器、⑶/⑶-R/⑶-RW驅(qū)動器或緊湊型閃存卡/PCMCIA卡/SD適配器)。機(jī)器可讀存儲介質(zhì)領(lǐng)域中的技術(shù)人員已知，用于數(shù)據(jù)存儲的新的介質(zhì)和格式不斷地被發(fā)明出來，且可以預(yù)期使用未來變得可用的任何便利的、市售的存儲介質(zhì)和相應(yīng)的讀/寫裝置，尤其是如果其提供更大的容量、更高的訪問速度、更小的尺寸和更低的每字節(jié)所存儲信息的成本中的任何。廣為人知的老舊的機(jī)器可讀介質(zhì)還可以供在下某些條件使用，例如穿孔紙帶或卡、磁帶或磁線上的磁性記錄、打印字符的光讀取或磁讀取(例如，OCR和磁編碼符號)和機(jī)器可讀的符號例如一維條碼和二維條碼?？梢赃M(jìn)行記錄圖像數(shù)據(jù)以供稍后使用(例如，將圖像寫入到存儲器或?qū)懭氲綌?shù)字存儲器)以便允許將所記錄的信息用作輸出、用作向用戶顯示的數(shù)據(jù)、或用作供稍后使用的數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)字存儲元件或芯片可以是獨立的存儲裝置，或可以被合并在感興趣的裝置內(nèi)?！皩戄敵鰯?shù)據(jù)”或“將圖像寫入到存儲器”在本文被定義為包括將經(jīng)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)寫入到微型計算機(jī)內(nèi)的寄存器。術(shù)語“圖像”可以被理解為意指“照片”，無論是對人類觀察者或者對儀器來說是可視的(例如，可視圖像、紅外圖像，或這樣的圖像的數(shù)字表示，無論是黑白的還是彩色的)，或可選擇地正如在“硬盤的圖像”中意指“拷貝”，無論是復(fù)本、壓縮拷貝或經(jīng)加密拷貝?！拔⑿陀嬎銠C(jī)”在本文被定義為與微處理器、微控制器和數(shù)字信號處理器(“DSP”)同義。應(yīng)理解，由微型計算機(jī)使用的存儲器，包括例如被編碼為“固件”的成像或圖像處理算法，可以駐留在物理上位于微型計算機(jī)芯片內(nèi)的存儲器中，或駐留在微型計算機(jī)外部的存儲器中，或駐留在內(nèi)部存儲器或外部存儲器的組合中。同樣地，模擬信號可以由單獨的模擬-數(shù)字變換器(“ADC”)或一個或多個ADC數(shù)字化，或者多路ADC信道可以駐留在微型計算機(jī)封裝內(nèi)。還應(yīng)理解，現(xiàn)場可編程陣列(“FPGA”)芯片或?qū)Ｓ眉呻娐?“ASIC”)芯片可以以硬件邏輯、微型計算機(jī)的軟件仿真或通過兩者的組合進(jìn)行微型計算機(jī)功能。具有本文描述的任何本發(fā)明特征的裝置可以完全在一臺微型計算機(jī)上操作，或者可以包括多于一臺的微型計算機(jī)?？捎糜诟鶕?jù)本描述來控制儀器、記錄信號和分析信號或數(shù)據(jù)的通用可編程計算機(jī)可以是個人計算機(jī)(PC)、基于微處理器的計算機(jī)、便攜式計算機(jī)或其他類型的處理裝置中的任何。通用可編程計算機(jī)通常包括中央處理單元、可以使用機(jī)器可讀的存儲介質(zhì)來記錄和讀取信息和程序的存儲器或存儲單元、通信終端例如有線通信裝置或無線通信裝置、輸出裝置例如顯示終端以及輸入裝置例如鍵盤。顯示終端可以是觸摸屏顯示器，在這種情況下它可以充當(dāng)顯示裝置和輸入裝置兩者?？梢源嬖诓煌暮?或另外的輸入裝置，例如指點裝置，例如鼠標(biāo)或操縱桿，且可以存在不同的或另外的輸出裝置，例如發(fā)音器，例如揚(yáng)聲器、第二顯示器或打印機(jī)。計算機(jī)可以運行多種操作系統(tǒng)中的任何一種，例如，多個版本的Windows或MacOS或UNIX或Linux中的任何一個。在通用計算機(jī)的操作中獲得的計算結(jié)果可以被存儲起來以供稍后使用，和/或可以被顯示給用戶。至少，每一個基于微處理器的通用計算機(jī)具有存儲微處理器內(nèi)的每一計算步驟的結(jié)果的寄存器，然后該結(jié)果通常被存儲在高速緩沖存儲器中以供稍后使用。電氣或電子設(shè)備的許多功能可以以硬件(例如，硬連線邏輯)、軟件(例如，在通用處理器上操作的程序中編碼的邏輯)和固件(例如，被調(diào)用以便根據(jù)需要在處理器上操作的、在非易失性存儲器中編碼的邏輯)來實現(xiàn)。本發(fā)明涵蓋用硬件、固件和軟件的一種實現(xiàn)、固件和軟件的等效功能性的另一種實現(xiàn)。在實現(xiàn)可以數(shù)學(xué)上由轉(zhuǎn)移函數(shù)表示的意義上，即是說，對于被施加到呈現(xiàn)出該轉(zhuǎn)移函數(shù)的“黑箱”的輸入終端的特定激勵，在輸出終端生成指定的響應(yīng)，本文涵蓋轉(zhuǎn)移函數(shù)的任何實現(xiàn)，包括轉(zhuǎn)移函數(shù)的部分或片段的硬件、固件和軟件實現(xiàn)的任何組合。理論討論盡管本文給出的理論描述被認(rèn)為是正確的，但本文所描述的以及所要求保護(hù)的裝置的操作并不依賴于該理論描述的精確性或有效性。即是說，可以在與本文呈現(xiàn)的理論不同的基礎(chǔ)上解釋所觀察到的結(jié)果的以后的理論發(fā)展將不會有損于本文描述的本發(fā)明。本說明書中標(biāo)識的任何專利、專利申請或出版物據(jù)此通過引用以其整體并入本文。被認(rèn)為通過引用并入本文的、但與本文中明確陳述的現(xiàn)有定義、聲明或其他公開內(nèi)容材料沖突的任何材料或其部分，僅在所合并的材料和本公開內(nèi)容材料之間不出現(xiàn)沖突的意義上被合并。在沖突的情況下，則應(yīng)以有利于本公開內(nèi)容的方式按優(yōu)選本公開內(nèi)容來解決沖突。盡管已經(jīng)參考附圖中闡明的優(yōu)選模式詳盡地示出和描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，可以在其中實現(xiàn)各種細(xì)節(jié)變化，而不偏離由權(quán)利要求界定的本發(fā)明的精神和范圍。權(quán)利要求1.一種生物相容的可密封袋，包括基材，其具有第一表面；和生物相容材料的層，其連接于所述基材的所述第一表面，所述生物相容材料的所述層界定在所述生物相容基材與所述生物相容材料的所述層之間的敞開的袋，所述敞開的袋具有配置成在其內(nèi)部表面上可接近的至少一個電觸點，所述敞開的袋配置成接納至少一個電路部件且配置成提供所述至少一個電觸點和所述至少一個電路部件之間的電通信，所述生物相容的可密封袋配置成在接納所述至少一個電路部件之后被密封并被植入生物機(jī)體內(nèi)，所述生物相容的可密封袋配置成提供能夠與其內(nèi)植入所述生物相容的可密封袋的所述生物機(jī)體生物學(xué)上有效地電通信的生物相容物體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物相容的可密封袋，其中具有第一表面的所述基材包括聚對二甲苯。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物相容的可密封袋，其中具有第一表面的所述基材包括娃。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物相容的可密封袋，其中生物相容材料的所述層包括聚對二甲苯。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物相容的可密封袋，其中具有配置成在其內(nèi)部表面上可接近的至少一個電觸點的所述敞開的袋在其至少兩個內(nèi)部表面上具有電觸點。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物相容的可密封袋，還包括電纜線，所述電纜線其內(nèi)具有配置成在至少一個探針元件和位于所述袋內(nèi)的至少一個電路部件之間產(chǎn)生電連接的導(dǎo)電體，所述探針元件配置成與其內(nèi)植入所述生物相容的可密封袋的所述生物機(jī)體產(chǎn)生電連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物相容的可密封袋，還包括配置成在所述至少一個電路部件和所述生物機(jī)體外部的電路之間傳送電信號的電信號通信裝置。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物相容的可密封袋，其中所述電信號通信裝置包括配置成在所述至少一個電路部件和所述生物機(jī)體外部的電路之間產(chǎn)生電磁連接的線圈。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的生物相容的可密封袋，還包括配置成允許用具有預(yù)定義的電參數(shù)的電磁通信信號操作的調(diào)諧電路。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物相容的可密封袋，其中所述電信號通信裝置包括配置成在所述至少一個電路部件和所述生物機(jī)體外部的電路之間產(chǎn)生電磁連接的纜線。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物相容的可密封袋，包括基材，其具有第一表面；和生物相容材料的層，其連接于所述基材的所述第一表面，生物相容材料的所述層的所述結(jié)構(gòu)界定在所述生物相容基材與所述生物相容材料的所述層之間的敞開的袋，所述敞開的袋具有配置成在其內(nèi)部表面上可接近的至少一個電觸點，所述敞開的袋配置成接納至少一個電路部件且配置成提供所述至少一個電觸點和所述至少一個電路部件之間的電通信，所述生物相容的可密封袋配置成在接納所述至少一個電路部件之后被密封并被植入生物機(jī)體內(nèi)，所述生物相容的可密封袋配置成提供能夠與其內(nèi)植入所述生物相容的可密封袋的所述生物機(jī)體生物學(xué)上有效地電通信的生物相容物體；所述生物相容的可密封袋組合至少一個電路部件，其位于所述袋內(nèi)且電連接于所述至少一個電連接器；至少一個探針，其配置成與生物機(jī)體產(chǎn)生電連接且連接于所述至少一個電路部件；和電通信裝置，其配置成在所述至少一個電路部件和所述生物機(jī)體外部的電路之間傳送電信號。12.—種制備生物相容的可密封袋的方法，包括以下步驟a.提供具有第一表面的基材；b.將具有預(yù)定義的長度、預(yù)定義的寬度和預(yù)定義的厚度的犧牲材料的層沉積在所述基材的所述表面的一部分上；c.將生物相容材料的層沉積在所述犧牲材料的所述層之上，所述生物相容材料的所述層延伸超出所述犧牲材料；d.將導(dǎo)電材料的層沉積在所述生物相容材料的所述層的至少一部分之上；e.將生物相容材料的第二層沉積在所述導(dǎo)電材料的所述層之上，所述生物相容材料的所述層延伸超出所述導(dǎo)電材料；f.在所述生物相容材料的所述第二層中提供開口以提供通過所述生物相容材料的所述第二層到所述導(dǎo)電材料的電入口；和g.除去所述犧牲材料以界定具有所述預(yù)定義的長度、所述預(yù)定義的寬度和所述預(yù)定義的厚度的自由體積，所述自由體積配置成接納至少一個電路部件；借此所述自由體積代表具有配置成在其內(nèi)部表面上可接近的至少一個電觸點的敞開的袋，所述敞開的袋配置成接納至少一個電路部件且配置成提供所述至少一個電觸點和所述至少一個電路部件之間的電通信，所述生物相容的可密封袋配置成在接納所述至少一個電路部件之后被密封并被植入生物機(jī)體內(nèi)，所述生物相容的可密封袋配置成提供能夠與其內(nèi)植入所述生物相容的可密封袋的所述生物機(jī)體生物學(xué)上有效地電通信的生物相容物體。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制備生物相容的可密封袋的方法，還包括以下步驟在提供基材的步驟12a.之后且在沉積犧牲材料的層的步驟12b.之前，13(i)在所述基材的所述表面上沉積生物相容材料的層，所述生物相容材料的所述層的長度大于所述犧牲材料的所述預(yù)定義的長度，所述生物相容材料的所述層的寬度大于所述犧牲材料的所述預(yù)定義的寬度；借此所述自由體積代表具有生物相容材料作為其界定表面中的每一個的敞開的袋。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制備生物相容的可密封袋的方法，還包括以下步驟從所述基材釋放所述生物相容的可密封袋，以提供自支持的獨立式的生物相容的可密封袋。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制備生物相容的可密封袋的方法，還包括以下步驟在所述基材的所述表面上沉積生物相容材料的層的步驟13(i)之后，且在沉積犧牲材料的層的步驟12b之前，15(ii)將導(dǎo)電材料的層沉積在所述生物相容材料的所述層的至少一部分之上；15(iii)將生物相容材料的層沉積在所述導(dǎo)電材料的所述層之上，所述生物相容材料的所述層延伸超出所述導(dǎo)電材料；和15(iv)在步驟15(iii)中沉積的所述生物相容材料的所述層中提供開口，以提供通過在步驟15(iii)中沉積的所述生物相容材料的所述層到所述導(dǎo)電材料的電入口；以及在提供開口的步驟12f之后且在除去所述犧牲材料的步驟12g之前，15(ν)在步驟15(iii)和步驟12b、步驟12c、步驟12d和步驟1中沉積的所述層中提供開口，以提供通過在步驟15(iii)中沉積的所述生物相容材料的所述層到在步驟15(ii)中沉積的所述導(dǎo)電材料的電入口；借此提供在其兩個內(nèi)部表面上具有電觸點的生物相容的可密封袋。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制備生物相容的可密封袋的方法，還包括以下步驟從所述基材釋放所述生物相容的可密封袋，以提供自支持的獨立式的生物相容的可密封袋。17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制備生物相容的可密封袋的方法，其中生物相容材料的所述層包括聚對二甲苯。18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制備生物相容的可密封袋的方法，其中生物相容材料的所述層包括選自由PMMA、特氟隆、硅樹脂和聚酰亞胺組成的組的材料。19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物相容的可密封袋，其中生物相容材料的所述層包括選自由PMMA、特氟隆、硅樹脂和聚酰亞胺組成的組的材料。全文摘要用于提供可以容納芯片和其他電路元件且可以在那些元件和生物機(jī)體之間產(chǎn)生電連接的生物學(xué)上可相容的袋或外殼的系統(tǒng)和方法。組裝好的生物學(xué)上可相容的袋和電路部件可以具有生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，例如生物可植入的裝置，例如視網(wǎng)膜的、耳蝸的和皮層的假體植入物、肌肉刺激器和其他用途。在各種實施方式中，所描述的技術(shù)解釋如何制備和使用涉及在一個或兩個表面上具有連接器的芯片和涉及其他電路部件例如電阻器、電容器、電感器和晶體管的袋系統(tǒng)。說明了根據(jù)所描述的技術(shù)封裝的芯片的操作。加速壽命試驗表明，所描述的袋系統(tǒng)在37攝氏度將經(jīng)受得住數(shù)年。文檔編號A61B5/024GK102355854SQ201080012327公開日2012年2月15日申請日期2010年1月21日優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日發(fā)明者忠南·泰,雷·奎俊·黃申請人:加州理工學(xué)院