本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)學(xué)工程
技術(shù)領(lǐng)域：
：使用的柔性生物電極的快速有效的熱壓連接方法，具體地，涉及一種柔性軟排線和聚對(duì)二甲苯柔性電極的熱壓連接方法。
背景技術(shù)：
：：隨著生物醫(yī)學(xué)工程、MEMS技術(shù)和新型生物相容性材料的發(fā)展，神經(jīng)假體和腦機(jī)接口已成為工程研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。神經(jīng)電極作為外界電路和生物體的接口，主要功能包括記錄來(lái)自神經(jīng)元、感受器或運(yùn)動(dòng)纖維的電信號(hào)，以及利用電信號(hào)激勵(lì)或抑制神經(jīng)元活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)功能性電刺激。作為一種新型的神經(jīng)接口器件，柔性生物電極被用作人工耳蝸，人造視網(wǎng)膜，監(jiān)測(cè)心率等參數(shù)的表皮電子器件，腦皮層電信號(hào)記錄電極，包裹外周神經(jīng)的卡夫電極，脊椎損傷后癱瘓恢復(fù)用的刺激電極等。而柔性電極焊盤接口的電氣連接，貫穿了電極制備、測(cè)試和使用的整個(gè)過(guò)程，因此，穩(wěn)定、可靠、簡(jiǎn)單、高效的電極焊盤接口連接方式必不可少。目前主要的焊盤接口連接方式包括采用導(dǎo)電銀漿連接到PCB板，高溫焊槍將焊料點(diǎn)在連接器和焊盤之間，貼合加厚加硬襯底塞進(jìn)零插入力接口(ZIF)，各向異性導(dǎo)電膠(ACF)熱壓連接PCB板或軟排線等。導(dǎo)電銀漿和高溫焊料都需要逐點(diǎn)精細(xì)操作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；直接塞進(jìn)如FPC連接器這樣的零插入力接口，雖然操作方便，但反復(fù)插拔會(huì)對(duì)電極焊盤金屬造成損傷；直接通過(guò)ACF熱壓，全部焊盤一次性完成連接，且不會(huì)因?yàn)闇y(cè)試使用中反復(fù)操作焊盤端引起電極損傷，因此是一種高效可靠的連接方式，近幾年來(lái)受到廣泛關(guān)注和采用。但是，對(duì)于Parylene柔性電極而言，如何更好地實(shí)現(xiàn)其與柔性軟排線可靠的熱壓連接，在現(xiàn)有文獻(xiàn)和專利中卻未見報(bào)道。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，RichnerTJ,ThongpangS等人在Journalofneuralengineering撰文“Optogeneticmicro-electrocorticographyformodulatingandlocalizingcerebralcortexactivity”，將Parylene柔性電極的焊盤端貼合加厚加硬襯底，塞進(jìn)FPC連接器，由于連接器內(nèi)金屬端子與柔性電極金屬焊盤通過(guò)擠壓接觸實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，擠壓后的柔性電極金屬焊盤會(huì)出現(xiàn)壓痕，反復(fù)插拔多次會(huì)造成金屬焊盤的破損，進(jìn)而導(dǎo)致電極失效。BaekDH,ParkJS等人在IEEETransactionsonBiomedicalEngineering,2011,58(5):1466-1473撰文“Interconnectionofmultichannelpolyimideelectrodesusinganisotropicconductivefilms(ACFs)forbiomedicalapplications”，他們主要對(duì)聚酰亞胺(PI)柔性電極和剛性PCB通過(guò)ACF進(jìn)行了熱壓連接，屬于柔性-剛性互連(Flex-on-board)，熱壓方向采用PI柔性電極在上面，PCB在下面，沒有探討柔性-柔性互連(Flex-on-flex)，且并未涉及Parylene柔性電極的熱壓。LedochowitschP,FélusRJ等人在MicroElectroMechanicalSystems(MEMS),IEEE24thInternationalConference,2011:1031-1034撰文“Fabricationandtestingofalargearea,highdensity,paryleneMEMSμECoGarray”，對(duì)Parylene電極和PCB板通過(guò)ACF進(jìn)行了熱壓，同樣屬于柔性-剛性互連，另外文中沒有提到具體的熱壓方向和熱壓效果，無(wú)法判定這里采用的熱壓方法是否同樣適用柔性-柔性熱壓互連。LiuJ,FuTM,ChengZ等人在Naturenanotechnology,2015,10(7):629-636撰文“Syringe-injectableelectronics”，采用ACF熱壓連接超薄SU-8膠制備的柔性電極和FFC軟排線，補(bǔ)充材料里面提到是將ACF貼附到SU-8柔性電極的焊盤端，再將FFC軟排線從上面熱壓，這種熱壓方式雖然過(guò)程簡(jiǎn)單，但是因?yàn)镕FC軟排線本身不透明，另外焊盤端增加了補(bǔ)強(qiáng)板，更加不便于觀察是否對(duì)準(zhǔn)，因此這種方法仍有需要改進(jìn)之處。綜上所述，目前報(bào)道的柔性電極的連接方法多數(shù)針對(duì)柔性-剛性互連，對(duì)于柔性-柔性互連，沒有穩(wěn)定可靠、簡(jiǎn)單實(shí)用的熱壓方法。隨著生物醫(yī)學(xué)工程和神經(jīng)工程的發(fā)展，越來(lái)越多基于Parylene這種符合ISO-10993和UDP第六類塑料的生物試驗(yàn)要求材料的生物電極，將被大量地研發(fā)和使用，接口的柔性化連接必然會(huì)成為制約電極性能的重要環(huán)節(jié)，因此有必要通過(guò)實(shí)驗(yàn)提出可靠的熱壓方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，基于反復(fù)試驗(yàn)和測(cè)試，本發(fā)明提出了全新的Parylene柔性電極和柔性扁平軟排線的熱壓方法，保證了電極導(dǎo)通率和一致性，有效避免了Parylene柔性電極焊盤部分金屬破裂，大大提升了電極連接可靠性和長(zhǎng)期植入穩(wěn)定性。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種柔性軟排線和聚對(duì)二甲苯柔性電極的熱壓連接方法，所述方法包括如下步驟：(1)將柔性扁平軟排線(FFC)焊盤面朝上固定在第一載玻片上，F(xiàn)FC一端焊盤上貼附各向異性導(dǎo)電膠帶，并用電烙鐵預(yù)壓；(2)聚對(duì)二甲苯(Parylene)柔性電極背面貼附在第二載玻片上，翻轉(zhuǎn)第二載玻片180度，使Parylene柔性電極正面朝下，在顯微鏡下完成Parylene柔性電極焊盤和貼附有各向異性導(dǎo)電膠帶的FFC焊盤的對(duì)準(zhǔn)，再次用電烙鐵熱壓對(duì)準(zhǔn)后的焊盤正上方的第二載玻片；(3)抬起貼附Parylene柔性電極的第二載玻片，將FFC翻轉(zhuǎn)180度，補(bǔ)強(qiáng)板朝上固定在第一載玻片上，在熱壓機(jī)上完成終壓。優(yōu)選地，(1)中，所述各向異性導(dǎo)電膠帶(ACF)根據(jù)產(chǎn)品使用要求對(duì)應(yīng)不同的熱壓參數(shù)，其中：熱壓參數(shù)包括三項(xiàng)：溫度、時(shí)間和壓力，通過(guò)熱壓機(jī)設(shè)置和調(diào)節(jié)熱壓參數(shù)，熱壓效果通過(guò)光學(xué)顯微鏡或掃描式電子顯微鏡觀察；同時(shí)在電化學(xué)工作站通過(guò)循環(huán)伏安法，測(cè)試熱壓的導(dǎo)通率和一致性。更優(yōu)選地，所述各向異性導(dǎo)電膠帶寬度為2mm，各向異性導(dǎo)電膠帶的寬度根據(jù)實(shí)際熱壓區(qū)域大小需要更換調(diào)整。優(yōu)選地，(1)中，所述電烙鐵是外熱式電烙鐵，烙鐵頭使用前端貼附有耐高溫?zé)釅汗枘z條的銅質(zhì)熱壓頭，熱壓頭采用平頭T型結(jié)構(gòu)，以保證熱壓平整度和均勻性。優(yōu)選地，(2)中，所述Parylene柔性電極焊盤和貼附有各向異性導(dǎo)電膠帶的FFC焊盤對(duì)準(zhǔn)時(shí)，需要將貼附Parylene柔性電極的第二載玻片翻轉(zhuǎn)180度，并使Parylene柔性電極朝下，這種方式充分利用Parylene柔性電極上方的第二載玻片和Parylene柔性電極的透光性，從而在光學(xué)顯微鏡下清晰辨認(rèn)并對(duì)準(zhǔn)焊盤。更優(yōu)選地，所述貼附Parylene柔性電極的第二載玻片翻轉(zhuǎn)180度時(shí)，使FFC貼附ACF的焊盤端靠近第一載玻片的一端，并使FFC在長(zhǎng)度方向上絕大部分覆蓋第一載玻片，這樣在第一、第二載玻片接觸熱壓時(shí)，避免Parylene柔性電極的電極點(diǎn)和下面的第一載玻片接觸，而導(dǎo)致電極點(diǎn)金屬脫落、破裂或污染的可能。優(yōu)選地，(2)中，所述電烙鐵是外熱式電烙鐵，烙鐵頭使用前端貼附有耐高溫?zé)釅汗枘z條的銅質(zhì)熱壓頭，熱壓頭采用平頭T型結(jié)構(gòu)，以保證熱壓平整度和均勻性。優(yōu)選地，(3)中，所述補(bǔ)強(qiáng)板上配合覆蓋有耐高溫、表面光滑抗粘的鐵氟龍膠帶；終壓時(shí)補(bǔ)強(qiáng)板朝上，以避免Parylene柔性電極焊盤部分發(fā)生金屬破裂。更優(yōu)選地，所述補(bǔ)強(qiáng)板由耐燃PET聚酯薄膜和阻燃飽和聚酯樹脂組成，具有極高的耐壓和耐高溫效果。優(yōu)選地，(3)中，所述熱壓機(jī)上的熱壓頭寬度為1.5毫米或2毫米，所述熱壓頭的寬度根據(jù)實(shí)際熱壓區(qū)域大小需要更換調(diào)整。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：本發(fā)明的熱壓方法主要用于連接Parylene柔性電極和柔性扁平軟排線。熱壓方法簡(jiǎn)單易操作，通過(guò)載玻片作為載體，將柔性電極放置在柔性扁平軟排線上方進(jìn)行手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，透明電極在上面，焊盤清晰可見，保證了對(duì)準(zhǔn)效果；在熱壓機(jī)上進(jìn)行終壓時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)板朝上，柔性電極沒有與高溫?zé)釅侯^直接接觸，避免了電極受熱變形和焊盤部分金屬破裂，提升了電極連接的可靠性；柔性和柔性的互聯(lián)方式對(duì)于長(zhǎng)期植入體內(nèi)有重要意義，應(yīng)用場(chǎng)合更加靈活，可以避免剛性接口帶來(lái)與柔軟組織的機(jī)械不匹配。附圖說(shuō)明通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：圖1是本發(fā)明實(shí)施例的熱壓方法流程示意圖，其中：操作流程分為8步，對(duì)應(yīng)圖中(a)～(h)，(i)、(j)分別是(f)和(g)的局部放大圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的熱壓效果圖，其中：(a)、(b)分別為熱壓完成后補(bǔ)強(qiáng)板朝上和朝下的效果示意圖，(c)、(d)分別對(duì)應(yīng)(a)、(b)的實(shí)物圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的正反面熱壓效果對(duì)比圖，其中：(a)是聚對(duì)二甲苯柔性電極正面朝上熱壓方式示意圖，(b)和(c)是熱壓方式(a)的熱壓效果示意圖和實(shí)物圖；(d)是聚對(duì)二甲苯柔性電極反面朝上熱壓方式示意圖，(e)和(f)是熱壓方式(d)的熱壓效果示意圖和實(shí)物圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的正反面熱壓聚對(duì)二甲苯柔性電極的循環(huán)伏安法測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖，其中：(a)是聚對(duì)二甲苯柔性電極正面朝上熱壓得到的4通道電極的CV曲線；(b)是聚對(duì)二甲苯柔性電極反面朝上熱壓得到的4通道電極的CV曲線；圖中：載玻片1，柔性扁平軟排線2，各向異性導(dǎo)電膠帶3，聚酰亞胺膠帶4，外熱式電烙鐵5，T型電烙鐵熱壓頭6，載玻片7，聚對(duì)二甲苯柔性電極8，補(bǔ)強(qiáng)板9，熱壓平臺(tái)10，鐵氟龍膠帶11，熱壓頭12。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1如圖1所示，一種柔性軟排線和聚對(duì)二甲苯柔性電極的熱壓連接方法，所述方法操作流程可細(xì)分為8步，具體描述如下：第一步、如圖1中(a)所示，將一根柔性扁平軟排線2焊盤面朝上，用聚酰亞胺膠帶4固定在標(biāo)準(zhǔn)尺寸的載玻片1上，柔性扁平軟排線2一端焊盤盡可能靠近載玻片1的邊緣，即保證載玻片1的長(zhǎng)度方向絕大部分被柔性扁平軟排線2覆蓋；在柔性扁平軟排線2焊盤中央位置貼附各向異性導(dǎo)電膠帶3，柔性扁平軟排線2焊盤兩側(cè)露出少量各項(xiàng)異性導(dǎo)電膠帶3，用于最后終壓時(shí)作為對(duì)準(zhǔn)參考。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述柔性扁平軟排線2有四個(gè)通道，間距為1mm；其一端露出的鍍錫扁平銅線焊盤長(zhǎng)度為4mm。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述各向異性導(dǎo)電膠帶3采用日立化學(xué)生產(chǎn)的型號(hào)為AC-2056R-35的ACF膠帶，寬度為2mm。第二步、如圖1中(b)所示，用外熱式電烙鐵5配合前端貼附有耐高溫?zé)釅汗枘z條的銅質(zhì)T型電烙鐵熱壓頭6，T型電烙鐵熱壓頭6熱壓平面保持水平，中央對(duì)準(zhǔn)已經(jīng)貼附好的各向異性導(dǎo)電膠帶3，用一定的力度熱壓約3～5s，保證受熱后粘住柔性扁平軟排線2的焊盤即可，隨后用尖嘴鑷子從各向異性導(dǎo)電膠帶3一側(cè)輕輕撕除上面的貼膜。第三步、如圖1中(c)所示，另外準(zhǔn)備一片載玻片7，將聚對(duì)二甲苯柔性電極8的背面朝下貼附在載玻片7上，并使電極點(diǎn)和焊盤朝上；貼附時(shí)使用沾水的棉簽，以保證聚對(duì)二甲苯柔性電極8完全展平且不會(huì)受損。第四步、如圖1中(d)所示，將載玻片7翻轉(zhuǎn)180度，使聚對(duì)二甲苯柔性電極8正面朝下，在顯微鏡下完成聚對(duì)二甲苯柔性電極8的焊盤和貼附有各向異性導(dǎo)電膠帶3的柔性扁平軟排線2的焊盤對(duì)準(zhǔn)。第五步、如圖1中(e)所示，再次使用帶有T型電烙鐵熱壓頭6的外熱式電烙鐵5，從對(duì)準(zhǔn)的兩部分焊盤的正上方用一定力度熱壓10～20s，熱量透過(guò)載玻片7傳遞到各向異性導(dǎo)電膠帶3，實(shí)現(xiàn)聚對(duì)二甲苯柔性電極8的焊盤和柔性扁平軟排線2的焊盤的預(yù)壓連接。需要說(shuō)明的是，所使用的壓力和溫度只是為了兩者能夠初步粘黏在一起，并沒有達(dá)到使各向異性導(dǎo)電膠帶3中的導(dǎo)電粒子破裂實(shí)現(xiàn)單方向?qū)щ娝璧臒釅簠?shù)值。第六步、如圖1中(f)所示，將載玻片7輕輕揭開，注意揭開過(guò)程中避免由于和聚對(duì)二甲苯柔性電極8之間的吸附力造成電極損傷，可以在第三步貼附聚對(duì)二甲苯柔性電極8時(shí)，用塑料鑷子輕輕挑起聚對(duì)二甲苯柔性電極8的電極點(diǎn)和導(dǎo)線所在部分，避免與載玻片7完全貼緊。第七步、如圖1中(g)所示，撕開固定柔性扁平軟排線2的聚酰亞胺膠帶4，將柔性扁平軟排線2翻轉(zhuǎn)180度，補(bǔ)強(qiáng)板9向上用聚酰亞胺膠帶4固定在載玻片1，同時(shí)保證聚對(duì)二甲苯柔性電極8完整地貼附在載玻片1上，避免操作過(guò)程中由于不慎，使聚對(duì)二甲苯柔性電極8被載玻片1邊緣劃傷。第八步、如圖1中(h)所示，將載玻片1放在熱壓機(jī)的熱壓臺(tái)10上，熱壓頭12通過(guò)各向異性導(dǎo)電膠帶3兩側(cè)露出的部分實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)，固定載玻片1，補(bǔ)強(qiáng)板6上覆蓋鐵氟龍膠帶11，脈沖熱壓機(jī)參數(shù)設(shè)置為溫度240℃、壓力0.18MPa、時(shí)間18s。如圖1中(i)和(j)所示，分別為第六步和第七步中熱壓處的局部放大圖，表明了聚對(duì)二甲苯柔性電極8在上、補(bǔ)強(qiáng)板9在下，和翻轉(zhuǎn)180度后聚對(duì)二甲苯柔性電極8在下、補(bǔ)強(qiáng)板9在上的兩種狀態(tài)。如圖2所示為熱壓效果圖，其中：(a)是熱壓完成后補(bǔ)強(qiáng)板9朝上的效果示意圖，同時(shí)聚對(duì)二甲苯柔性電極8正面也朝上，(c)是對(duì)應(yīng)的實(shí)物圖；(b)是熱壓完成后補(bǔ)強(qiáng)板9朝下的效果示意圖，同時(shí)聚對(duì)二甲苯柔性電極8正面也朝下，(d)是對(duì)應(yīng)的實(shí)物圖。熱壓完成后，可以裁剪掉各向異性導(dǎo)電膠帶3兩側(cè)露出的部分。實(shí)際使用中，可以對(duì)熱壓好的聚對(duì)二甲苯柔性電極8的接口進(jìn)行封裝，避免漏電和信號(hào)干擾。實(shí)施例2本實(shí)施例提供電烙鐵預(yù)壓連接聚對(duì)二甲苯(Parylene)柔性電極8和柔性扁平軟排線2后，翻轉(zhuǎn)180度和不翻轉(zhuǎn)180度這兩種終壓方式的效果對(duì)比，以證明翻轉(zhuǎn)熱壓的必要性。如圖3所示為正反面熱壓效果對(duì)比圖，其中：圖3中(a)是聚對(duì)二甲苯柔性電極8正面朝上熱壓方式示意圖，即補(bǔ)強(qiáng)板9朝上，圖3中(b)、(c)是(a)的熱壓效果示意圖和實(shí)物圖，可以看出，通過(guò)實(shí)施例1所描述的這種熱壓方式，可以保證聚對(duì)二甲苯柔性電極8焊盤的完整性；圖3中(d)是聚對(duì)二甲苯柔性電極8反面朝上熱壓方式示意圖，即補(bǔ)強(qiáng)板9朝下，圖3中(e)、(f)是(d)的熱壓效果示意圖和實(shí)物圖，說(shuō)明如果在圖1中(f)這一步不進(jìn)行翻轉(zhuǎn)180度，聚對(duì)二甲苯柔性電極8保持在柔性扁平軟排線2上面，直接熱壓，則會(huì)造成聚對(duì)二甲苯柔性電極8金屬焊盤發(fā)生破裂，碎成羽片狀。如圖4所示，為正反面熱壓聚對(duì)二甲苯柔性電極的循環(huán)伏安法測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖，其中：圖4中(a)是聚對(duì)二甲苯柔性電極8正面朝上熱壓，對(duì)應(yīng)圖3中(a)，可以看出：聚對(duì)二甲苯柔性電極8四路通道的循環(huán)伏安曲線相近，說(shuō)明熱壓效果一致性和導(dǎo)通率良好；圖4中(b)是聚對(duì)二甲苯柔性電極8反面朝上熱壓，對(duì)應(yīng)圖3中(d)，可以看出：聚對(duì)二甲苯柔性電極8四路通道中有兩個(gè)通道完全沒有導(dǎo)通、另外兩個(gè)通道對(duì)應(yīng)的曲線差異較大，且幅值相比于圖4中(a)明顯要小，說(shuō)明聚對(duì)二甲苯柔性電極8焊盤破裂導(dǎo)致電極導(dǎo)通率和一致性非常差。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3