用于保護(hù)植入式電子裝置的長期封裝的制作方法
【專利說明】用于保護(hù)植入式電子裝置的長期封裝
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年12月27日提交的美國專利申請(qǐng)第14/142, 180號(hào)和2013年 8月5日提交的美國專利申請(qǐng)第61/862, 180號(hào)的優(yōu)先權(quán)，該兩個(gè)美國專利申請(qǐng)為了所有的 目的據(jù)此通過引用并入。
[0003] 對(duì)在聯(lián)邦政府資助的研究和發(fā)展下取得的發(fā)明權(quán)利的聲明
[0004] 本發(fā)明使用政府支持根據(jù)由美國國家科學(xué)基金會(huì)授予的EEC-0310723而完成。政 府在本發(fā)明中具有一定的權(quán)利。
[0005] 發(fā)明背景
[0006] 生物相容性硅酮幾十年來已經(jīng)被作為封裝層使用，但已知的是，由于硅酮的多孔 結(jié)構(gòu)，大多數(shù)硅酮往往具有相當(dāng)大的水蒸汽穿透率（WVTR)。據(jù)報(bào)道降低WVTR的一種途徑 是在硅酮上添加另一種聚對(duì)二甲苯-C涂層以密封該硅酮層且聚對(duì)二甲苯-C涂層對(duì)硅酮具 有良好的黏附性（見S.Sawano等人，DigestTech.PapersMEMS' 08Conference,Tucson,U SA, 2008年1月13-17日，pp. 419-422)。然而，涂在生物相容性硅酮上的聚對(duì)二甲苯-C往 往較厚且可能會(huì)喪失其靈活的柔性。
[0007] 另一方面，聚對(duì)二甲苯-C作為結(jié)構(gòu)材料或適形的和生物相容性涂層已廣泛地用 于生物醫(yī)學(xué)裝置和接觸面中（見，J.H.Chang,R.Huang,Y.C.Tai，DigestTech.PapersTran sducers'llConference，Peking，2011 年6 月 5-9 日，pp.378_381)。由于聚對(duì)二甲苯_C的 許多有利的性質(zhì)，其也已經(jīng)成為封裝材料（M，J.H.Chang，D.Kang，Y.C.Tai，DigestTech. ?已口6『8]\^]^'12(：〇11作代11。6，？&48,2012年1月29日-2月2日邛口.353-356)。聚對(duì) 二甲苯-C的透水性和化學(xué)穩(wěn)定性也已經(jīng)被研究（見，Y.Hu等人，應(yīng)用聚合物科學(xué)雜志，vol. 81，ρρ· 1624-1633, 2000 ;W.Li等人，ECSTransactions,vol. 11，ρρ· 1-6, 2008)，且結(jié) 果顯示聚對(duì)二甲苯-c是非常良好的生物惰性絕緣體，并且通過在每側(cè)上以9. 2μm聚對(duì)二 甲苯-C把金屬加在中間，聚對(duì)二甲苯-C保護(hù)的電極可以存在足夠長的時(shí)間。
[0008] 假體植入物必須克服的最大的挑戰(zhàn)中的一個(gè)是集成電路（1C)芯片的可靠的封 裝，使得生物裝置可以承受腐蝕性體液。本領(lǐng)域所需要的是具有高密度多通道1C芯片，分 立部件（電容，電感器，和振蕩器），和使用高密度刺激電極陣列封裝的線圈（功率線圈和數(shù) 據(jù)線圈）的完全無線的視網(wǎng)膜植入物。也需要在哺乳類動(dòng)物體內(nèi)的視網(wǎng)膜植入物的適當(dāng)?shù)?封裝以達(dá)到較長壽命。本發(fā)明滿足了這些需求和其它的需求。
[0009] 發(fā)明簡要概述
[0010] 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供微組裝裝置（micropackageddevice)，該裝置包 括：
[0011] 用于固定裝置的基板；
[0012] 固定至該基板的腐蝕屏障（corrosionbarrier);
[0013] 任選的至少一個(gè)饋通部，其布置在該基板中以允許至少一根輸入線和/或至少一 根輸出線進(jìn)入該微組裝裝置中；和
[0014] 配置成封裝微組裝裝置的封裝材料層。
[0015] 在某些方面中，本發(fā)明提供一種微組裝裝置，其包括例如薄膜基板的基板。在某些 方面中，該薄膜基板包括：
[0016] 第一薄膜層；
[0017] 鄰近該第一薄膜層的金屬；和
[0018] 鄰近該金屬以形成薄膜金屬薄膜夾層（薄膜/金屬/薄膜）的第二薄膜層，其中 第二薄膜層具有開口，該開口具有設(shè)置在其內(nèi)表面上的至少一個(gè)電觸點(diǎn)，該開口配置成接 收至少一個(gè)電路裝置且在該至少一個(gè)電觸點(diǎn)與該至少一個(gè)電路裝置之間提供電氣通信。
[0019] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供用于對(duì)裝置進(jìn)行微組裝的方法，該方法包括：
[0020] 提供用于固定裝置的基板；
[0021] 將腐蝕屏障固定至該基板；
[0022]任選地提供至少一個(gè)饋通部（feedthrough)，該至少一個(gè)饋通部布置在該基板中 以允許至少一根輸入線和/或至少一根輸出線進(jìn)入該微組裝裝置中；以及，封裝該微組裝 裝置。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供例如與封裝層結(jié)合在一起的腐蝕屏障的保護(hù)架 構(gòu)。在某些方面中，該腐蝕屏障比單獨(dú)的封裝層更進(jìn)一步降低水蒸汽穿透率（WVTR)。WVTR 是可以輔助量化封裝層（多層）和/或腐蝕保護(hù)屏障的效果的一個(gè)參數(shù)。
[0024] 在某些方面中，本發(fā)明提供封裝材料層連同腐蝕屏障以使微組裝裝置或植入物免 受腐蝕性的身體體液。該腐蝕屏障可以是低滲透材料，例如玻璃、例如薄金屬膜的金屬、陶 瓷、聚對(duì)二甲苯、硅酮、PET、PVC或它們的組合，該低滲透材料為植入物提供優(yōu)于單獨(dú)的封裝 層的更進(jìn)一步的保護(hù)。
[0025] 當(dāng)使用以下詳細(xì)描述和附隨的圖閱讀時(shí)，這些方面和其它的方面、目的和實(shí)施方 案將變得更加明顯。
[0026] 附圖簡要說明
[0027] 圖1示出了本發(fā)明的微組裝裝置的一個(gè)實(shí)施方案；
[0028] 圖2A至圖2B示出了㈧本發(fā)明的微組裝裝置的分解圖的一個(gè)實(shí)施方案；(B)本 發(fā)明的微組裝裝置的該一個(gè)實(shí)施方案的層；
[0029] 圖3A至圖3D示出㈧示出高密度多通道虛擬電阻芯片；(B)示出相應(yīng)的聚對(duì)二甲 苯柔性板（paryleneflex)，該聚對(duì)二甲苯柔性板也設(shè)計(jì)成且制造成與虛擬電阻芯片集成； 對(duì)準(zhǔn)之后，（C)示出通過導(dǎo)電環(huán)氧樹脂涂刷技術(shù)，這種結(jié)構(gòu)的電氣連接被完成；和（D)示出 每個(gè)裝置的總電阻測量為約40Ω。
[0030] 圖4A至圖4B示出了本發(fā)明的微組裝裝置的一個(gè)實(shí)施方案。
[0031]圖5示出了在該結(jié)構(gòu)中帶有三個(gè)不同材料的接觸面的微組裝裝置的一個(gè)實(shí)施方 案。
[0032] 圖6A至圖6D示出了本發(fā)明的微組裝結(jié)構(gòu)（scheme)中的某些接觸面。
[0033] 圖7A至圖7C示出（A)示出列表數(shù)據(jù)；(B)示出在不具有SAP的聚對(duì)二甲苯基板 上的硅酮的一個(gè)方面；（C)示出在具有硅酮粘合促進(jìn)劑（SAP)的聚對(duì)二甲苯基板上的硅酮。
[0034] 圖8A至圖8B示出㈧示出相應(yīng)的聚對(duì)二甲苯裝置；以及⑶示出作為測試樣品 的聚對(duì)二甲苯裝置集成在一起。
[0035] 圖9A至圖9B示出㈧示出在主動(dòng)的浸泡測試下具有玻璃封裝的包裝的測試樣品 的一個(gè)實(shí)施方案；(B)示出沿接觸面具有作為主要失效的非常緩慢的底切的實(shí)施方案。
[0036] 圖10示出了在鹽水中的本發(fā)明的微組裝裝置的一個(gè)實(shí)施方案。
[0037] 圖11A至圖11B示出（A)示出電阻（y-軸）對(duì)天（X-軸）的曲線圖，以及⑶示 出平均失效時(shí)間（MTTF)的表格。
[0038] 圖12A至圖12B示出㈧示出與1C芯片、線圈，和分立部件連接的視網(wǎng)膜植入物 的示意圖；(B)示出到哺乳類動(dòng)物的眼睛中的植入。
[0039] 圖13A-J示出本發(fā)明的基板結(jié)構(gòu)的制造工藝的一個(gè)實(shí)施方案；(A)示出在硅基板 上的聚對(duì)二甲苯-C層；(B)示出金屬沉積和剝離；（C)示出第二聚對(duì)二甲苯沉積；(D)示出 作為掩模的金屬；(E)示出用作構(gòu)圖的光刻膠；(F)示出已進(jìn)行構(gòu)圖的光刻膠層；(G)示出 已進(jìn)行構(gòu)圖的金屬層；(H)示出光刻膠的移除；（I)示出兩步電極開口；且（J)示出硅酮晶 片被釋放。
[0040] 本發(fā)明詳細(xì)描述
[0041] I.實(shí)施方案
[0042] 本發(fā)明的各方面涉及用作植入式醫(yī)療裝置的微組裝電子裝置（多個(gè)裝置）和/或 部件（多個(gè)部件）。在一些方面中，該電子裝置密閉地密封在生物性相容外殼內(nèi)。圖1示出 了本發(fā)明的微組裝裝置100的一個(gè)實(shí)施方案。在某些方面中，該微組裝裝置100包括用于 固定裝置110的基板。根據(jù)本發(fā)明，各種裝置可以被封裝。合適的裝置包括但不限于集成 電路（1C)芯片、印刷電路板（PCB)、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)、電容器、電感器、振蕩器，或它們的 組合。待保護(hù)的裝置可以是有線PCB或無線PCB、薄膜集成裝置諸如此類的。如果該部件或 裝置是無線的（例如，具有線圈），整個(gè)裝置可以完全封裝在封罩內(nèi)。較小的電子部件可以 安裝在印刷電路板上，這使植入物所需的空間量最小化。圖1示出了裝置，包括PCB105與 薄膜集成裝置112的組合。
[0043] 微組裝裝置100包括腐蝕屏障120(在基板上方和在基板下方），并且固定至基板。 腐蝕屏障優(yōu)選地由低滲透材料制成。合適的低滲透材料包括但不限于玻璃、金屬、陶瓷、聚 對(duì)二甲苯，PET、PVC，或它們的組合。在某些優(yōu)選的方面中，腐蝕屏障由玻璃或例如金屬膜的 金屬制成?；蹇梢跃哂邪ㄓ糜诎惭b電子部件和裝置的凹部和/或袋形區(qū)（pocket)的 任何數(shù)量的設(shè)計(jì)。隨著裝置與部件的數(shù)量變化，凹部和袋形區(qū)的數(shù)量也將變化，凹部和袋形 區(qū)中的每一個(gè)可以具有不同的尺寸。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，可能存在內(nèi)部填充材料 以保護(hù)部件且提供沖擊強(qiáng)度。
[0044] 在某些方面中，腐蝕屏障使用粘合劑固定至基板。例如，粘合劑可以是低滲透粘合 劑。合適的粘合劑包括但不限于環(huán)氧樹脂、硅酮、聚酰亞胺或它們的組合。
[0045] 在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明的微組裝裝置100任選地包括至少一個(gè)饋通部133、 165 (其以虛線示出以表示它們是任選的），該至少一個(gè)饋通部133、165布置在基板中以允 許至少一根輸入線和/或至少一根輸出線進(jìn)入封裝的微組裝裝置中。例如，如果裝置是有 線的，電纜可以離開封裝以進(jìn)行外部連接?；蹇梢约傻皆撗b置中或基板可以是單獨(dú)的 部件。
[0046] 在某些方面中，微組裝任選地包含或布置在該基板中的，或布置在微組裝外殼的 底部中的至少一個(gè)氣密饋通部133或氣密饋通部165。在圖1中示出的實(shí)施方案中，兩個(gè)長 形的氣密饋通部133、165布置在微組裝100的孔中。這樣的饋通部133、1