可植入装置的袋功能芯片组件的制作方法

专利名称：：可植入装置的袋功能芯片组件的制作方法
技术领域：
：本发明涉及对包括多个芯片和部件的任何电子系统组件来说一般的但通常对生物医学植入物来说特别有用的技术，且特别涉及采用袋中芯片组件(chip-in-pocketassembly)的生物医学植入物，袋中芯片组件允许包括半导体芯片或其他预制造的电部件例如晶体管、电阻器、电容器或电感器的生物医学植入物的总连接和制造。
背景技术：
：可植入的微电子系统可以通过监控和修正现有的医疗条件或通过提供受损的或停止工作的正常身体功能的替代性能，来提供人的健康状态的改进。许多可植入的微电子系统当前在使用中，包括心脏起搏器以及监控心率和如果检测到危险的心率就放出修正的电信号的可植入的心率转复除颤器(implantablecardioverterdefibrillator)(参见http//www,nlm.nih.Rov/medlineplus/pacemakersandimplantabledefibriliators,html)、向已经丧失正常听力的一些人提供听力功能的耳蜗修补物(参见http://www,nidcd.nih.gov/health/hearing/coch.asp)和可以用于修正或用于治疗某些疾病的迷走神经刺激器(参见描述了抑郁症的治疗的http://www,mayoclinic.com/health/vagus-nerve-stimulation/MY00183禾口描述了癒痴发作的预防的http//www,epilepsy,com/epilepsy/vns)。神经修复学领域中的最近发展已经证明计算机光标的思想控制。该能力主要依赖于通过手术方法植入大脑中作为神经活动的采集源的电极阵列。已经开发了用于信号提取的各种技术。然而，大部分具有易碎的电极柄和笨重的缆线或手术部位区域的低效率使用的缺点。在当前的神经修复术技术中，一些具有充分受控的金属电极制造和电路集成技术但具有脆的和难以处理的设计。一些具有可靠的相互连接的缆线但在IC扩展能力上是弱的。神经修复术的一个重要的目标是通过植入神经探针能够解码顶叶皮层中来自神经元的运动意图。尽管3-D集成的硅探针已经被成功地制造，但信噪比(SNR)的降低仍然是主要的挑战，因为电子设备离记录部位太远。另外，诸如视网膜的、耳蜗的和皮层的假体植入物的生物可植入装置的近代发展还增加对全部植入的技术的需求。硅探针植入顶叶皮层中的最近成果已经能够使神经修复术研究技术进步。然而，当前技术状态仍具有高的信噪比和复杂的IC集成方案的缺点。在最近数十年，集成的无线微系统通过向中枢或周围神经系统建立人造界面已经在神经修复术中提供极大的机会。例如，视网膜植入物已经被研究用于治疗外部视网膜变性疾病，例如年龄相关性黄斑变性(AMD)和视网膜色素变性(RP)。然而，许多技术仍处于发展中且实际上几乎没有被转化为临床实践，这是由于材料生物相容性、装置小型化和柔性的约束条件。对完全生物相容的包装/集成技术存在需求。对电连接和组装各种半导体芯片和预制造的分立部件以提供功能性生物医学系统的容易的和精确的方法存在需求。对在芯片之间电连接大量的连接件(例如，多于100个相互连接)的简单的方法存在需求。发明概述根据一个方面，本发明涉及一种生物相容的可密封袋。该生物相容的可密封袋包括基材，其具有第一表面；和生物相容材料的层，其连接于基材的第一表面，生物相容材料的层界定在生物相容基材与生物相容材料的层之间的敞开的袋，该敞开的袋具有配置成在其内部表面上可接近的至少一个电触点，该敞开的袋配置成接纳至少一个电路部件且配置成在至少一个电触点和至少一个电路部件之间提供电通信。该生物相容的可密封袋配置成在接纳至少一个电路部件之后被密封并被植入生物机体内，生物相容的可密封袋配置成提供能够与其内植入生物相容的可密封袋的生物机体生物学上有效地电通信的生物相容物体。在一个实施方式中，具有第一表面的基材包括聚对二甲苯。在一个实施方式中，具有第一表面的基材包括硅。在一个实施方式中，生物相容材料的层包括聚对二甲苯。在一个实施方式中，具有配置成在其内部表面上可接近的至少一个电触点的敞开的袋在其至少两个内部表面上具有电触点。在一个实施方式中，生物相容的可密封袋还包括电缆线，所述电缆线其内具有配置成在至少一个探针元件和位于所述袋内的至少一个电路部件之间产生电连接的导电体，探针元件配置成与其内植入生物相容的可密封袋的生物机体产生电连接。在一个实施方式中，生物相容的可密封袋还包括配置成在至少一个电路部件和生物机体外部的电路之间传送电信号的电信号通信装置。在一个实施方式中，电信号通信装置包括配置成在至少一个电路部件和生物机体外部的电路之间产生电磁连接的线圈。在一个实施方式中，生物相容的可密封袋还包括配置成允许用具有预定义的电参数的电磁通信信号操作的调谐电路。在一个实施方式中，电信号通信装置包括配置成在至少一个电路部件和生物机体外部的电路之间产生电磁连接的缆线。在一个实施方式中，生物相容的可密封袋组合至少一个电路部件，其位于所述袋内且电连接于至少一个电连接器；至少一个探针，其配置成与生物机体产生电连接且连接于至少一个电路部件；和电通信装置，其配置成在至少一个电路部件和生物机体外部的电路之间传送电信号。在一些实施方式中，生物相容材料的层包括选自由PMMA、特氟隆、硅树脂和聚酰亚胺组成的组的材料。根据另一个方面，本发明以一种制备生物相容的可密封袋的方法为特征。该方法包括以下步骤a.提供具有第一表面的基材；b.将具有预定义的长度、预定义的宽度和预定义的厚度的牺牲材料的层沉积在基材的表面的一部分上；c.将生物相容材料的层沉积在牺牲材料的层之上，生物相容材料的层延伸超出牺牲材料；d.将导电材料的层沉积在生物相容材料的层的至少一部分之上；e.将生物相容材料的第二层沉积在导电材料的层之上，生物相容材料的层延伸超出导电材料；f.在生物相容材料的第二层中提供开口以提供通过生物相容材料的第二层到导电材料的电入口；和g.除去牺牲材料以界定具有预定义的长度、预定义的宽度和预定义的厚度的自由体积，所述自由体积配置成接纳至少一个电路部件。自由体积代表具有配置成在其内部表面上可接近的至少一个电触点的敞开的袋，所述敞开的袋配置成接纳至少一个电路部件且配置成在至少一个电触点和至少一个电路部件之间提供电通信，生物相容的可密封袋配置成在接纳至少一个电路部件之后被密封并被植入生物机体内，生物相容的可密封袋配置成提供能够与其内植入生物相容的可密封袋的生物机体生物学上有效地电通信的生物相容物体。在一个实施方式中，该方法还包括以下步骤在提供基材的步骤a之后且在沉积牺牲材料的层的步骤b之前(i)在基材的表面上沉积生物相容材料的层，该生物相容材料的层的长度大于牺牲材料的预定义的长度，该生物相容材料的层的宽度大于牺牲材料的预定义的宽度。在该实施方式中，自由体积代表具有生物相容材料作为其界定表面中的每一个的敞开的袋。在一个实施方式中，该方法还包括以下步骤从基材释放生物相容的可密封袋，以提供自支持的独立式的生物相容的可密封袋。在另一个实施方式中，该方法还包括以下步骤在基材的表面上沉积生物相容材料的层的步骤(i)之后，且在沉积牺牲材料的层的步骤b之前，(ii)将导电材料的层沉积在生物相容材料的层的至少一部分之上；(iii)将生物相容材料的层沉积在导电材料的层之上，该生物相容材料的层延伸超出导电材料；和(iv)在步骤(iii)中沉积的生物相容材料的层中提供开口，以提供通过在步骤(iii)中沉积的生物相容材料的层到导电材料的电入口；以及在提供开口的步骤f之后且在除去牺牲材料的步骤g之前，(ν)在步骤(ii)和步骤b、步骤C、步骤d和步骤e中沉积的层中提供开口，以提供通过在步骤(iii)中沉积的生物相容材料的层到在步骤(ii)中沉积的导电材料的电入口。提供了在其两个内部表面上具有电触点的生物相容的可密封袋。在一个实施方式中，该方法还包括以下步骤从基材释放生物相容的可密封袋，以提供自支持的独立式的生物相容的可密封袋。在一些实施方式中，生物相容材料的层包括聚对二甲苯。在一些实施方式中，生物相容材料的层包括选自由PMMA、特氟隆、硅树脂和聚酰亚胺组成的组的材料。从下面的描述和从权利要求来看，本发明的前述和其他目的、方面、特征和优点将变得明显。附图简述参考权利要求和下面描述的附图可以更好地理解本发明的目的和特征。各个图不一定是按比例的，而是通常把重点放在阐明本发明的原理上。在附图中，在各个图中，相同的数字用于表示相同的部件。图1阐明在从制造探针的晶片释放之后的锥形的5mm长度硅阵列。图2阐明具有聚对二甲苯柔性缆线的硅探针。图3是生物可植入的硅探针的硅柄上的电极的说明性的SEM。图4阐明如使用显微镜所看到的钼电极垫。图5是电极的说明性的SEM照片。图6阐明在全部包覆之后在电极的最后开口之后的侧壁蚀刻。图7阐明硅探针结构的探针堆叠能力，在所示出的实施方式中硅探针结构包括堆叠在一起的三个32通道探针以形成96通道3-D结构。可以修改探针之间的间距。图8阐明商业连接器与聚对二甲苯缆线连接器垫的邻近结合。左板阐明在结合之前的连接，且右板阐明在与传导性环氧树脂结合之后的连接。图9阐明硅探针装置上的连接器垫和商业连接器通过客户PC板的结合界面。图10是包装好的硅探针的示意图。该设计示出具有三个32通道装置的96通道装置。将钛基座的腿用接骨螺钉固定于头骨。图11阐明探针制造工艺步骤。图12示出在已经进行顶层聚对二甲苯沉积之后的工艺晶片。图13阐明体外测试装备。左手侧的金属盒是前置放大器。法拉第笼的x-y阶段将探针操纵到盐水溶液中。图14阐明当用硅探针记录时被应用穿过盐水溶液的正弦波。图15是显示阈值对准的波形的图。水平轴是以20，000样品每秒的速率进行1.2ms的持续时间的样品的数量。竖轴表示相应于具有400μV的振幅(在基线上方)的正弦曲线的信号强度。图16是显示具有串扰的杂散电容(相对于邻近的迹线(trace))和泄漏电容(相对于盐水)的图。仅缆线被浸入溶液中。图17阐明在90°C盐水溶液中浸泡五个星期之后出现的分层。在浸泡八个星期之后，探针仍附接在聚对二甲苯缆线上。图18是阐明聚对二甲苯缆线在90°C盐水中浸泡四个星期之后具有基本上相同的线路电阻的图。图19阐明具有信号处理芯片的聚对二甲苯袋，在左边显示插入袋中之前的IC芯片，且在右边显示完全包装好的袋结构。在一些实施方式中，芯片可以通过RF线圈来供给动力，如下文所示的。图20阐明与容纳传导芯片的聚对二甲苯袋集成的硅探针，传导芯片已经被插入以证明集成的袋结构的功能性。该装置用聚对二甲苯全部地包覆并用环氧树脂密封。图21是带有电极的硅柄的SEM照片。图22是阐明用于制备聚对二甲苯袋的制造工艺步骤的以横截面表示的图。这些步骤可以与聚对二甲苯缆线化(parylene-cabled)的硅假体探针的制造相结合。图23阐明IC芯片插入聚对二甲苯袋中。在一个实施方式中，当使用显微镜观察结合垫与芯片上的金属垫时，镊子用于使结合垫与芯片上的金属垫对准。图M阐明聚对二甲苯袋的结合方案。通过结合洞应用一滴传导性环氧树脂，使得环氧树脂接触在下面的IC芯片上的金属垫。通过手应用可以将该滴传导性环氧树脂控制为200μm。图25阐明聚对二甲苯袋上的垫与插入的芯片上的金属线的对准。对准偏移是大约10至20μm。图26示出被应用在金属垫上方以提供电传导的一滴生物相容的传导性环氧树月旨。该滴的尺寸是大约150至200μm。图27阐明用于测试装置的在左边的传导芯片和CMOS放大器芯片(在右边)。传导芯片上的金属垫被制备为模仿放大器芯片上的金属垫。图28阐明具有自支持的聚对二甲苯袋结构的结构。该装置用于测试结合之后的放大器芯片。图29是阐明包括5mV(10mV峰到峰)的进入放大器(增益=60)的IkHz的正弦波的输入和如使用示波器记录的其输出信号的图。还用芯片测试0.5kHz,2kHz和5kHz的信号。图30阐明用于测试目的的硅探针结构。聚对二甲苯片延长部分提供用于探针与图28的聚对二甲苯袋结构的电连接的金属垫。图31阐明包括图30的与图28的结构连接的探针的结合的且包装好的结构。在该装置中，使用传导芯片。电极的阻抗被测量为是600kΩ。图32是阐明用于制备自支持的聚对二甲苯袋结构的制造步骤的以横截面表示的图。图33阐明自支持的聚对二甲苯袋结构的实施方式，在所示出的实施方式中，该自支持的聚对二甲苯袋结构用于测试结合之后的放大器芯片。图34阐明结合的且包装好的结构。在该实施方式中，使用传导芯片。电极的阻抗被测量为是600kΩ。图35是显示在制造自支持的聚对二甲苯袋结构中进行的步骤的以横截面表示的图，该自支持的聚对二甲苯袋结构向在两个相对表面上具有接触垫的芯片提供触点。图36阐明单一通道刺激器的电路布局，显示了在单个部件和相应的示意性系统之间的连接。图37以横截面阐明基于聚对二甲苯的载体基材的制造工艺。图38Α阐明具有电极、相互连接引线和触点的所制造的载体基材。图38Β是图38Α的区域的放大的图像，示出用于容纳BION芯片的聚对二甲苯带。图39Α阐明所制造的具有两层金属的折叠和结合的线圈，且图39Β阐明组装好的线圈。电特性被测量并在表中给出。图40阐明组装好的BION系统。图41阐明用生物相容的传导性银环氧树脂形成的互相连接(左)线圈触点，(右)芯片和电容器触点。图42阐明用于组装好的BION系统的功能性测试的遥测装备。图43阐明第一阶段的个人训练器(personaltrainer)和其他周围附件。图44阐明在不同的线圈间隔距离的三个记录的刺激脉冲。图45阐明到达芯片的转移电压和电流的典型波形。图46阐明在两个线圈之间的不同的间隔距离的传输功率。图47以横截面阐明具有聚对二甲苯结合垫的聚对二甲苯袋的制造工艺。我们使用熔融的聚对二甲苯作为聚对二甲苯片和硅支撑物之间的粘附层。图48阐明用于高密度1通道IC芯片集成的具有金属结合垫的所制造的聚对二甲苯袋。在图中，芯片已经被插入袋中。图49阐明1通道芯片的结合垫和聚对二甲苯袋上的结合垫的对准。图50是阐明1通道芯片的结合垫和聚对二甲苯袋上的结合垫的对准的另一个图。图51阐明环氧树脂的激光固化的步骤。刮板用于将过量的传导性环氧树脂推离表面。然后，使用UV激光器来固化保留在槽中的环氧树脂以在聚对二甲苯的垫和IC芯片的垫之间产生连接。图52阐明在刮板已经移去过量的环氧树脂之后的结合垫的表面。有大量的留下的残留物。图53阐明在UV激光处理和丙酮冲洗之后的结合垫的表面。该表面是较干净的，且没有发现短路。图M是阐明结合表面的表面轮廓的图。传导性环氧树脂凸起的最大高度是约25μm0图55阐明结合在聚对二甲苯片上的金属垫中的两个上的表面安装的电阻器。包括MEMS电感线圈的所有分立部件可以潜在地与该结构集成。图56是显示频率对与聚对二甲苯结构结合并用聚对二甲苯结构测试的分立部件的阻抗曲线的图。表面安装的电阻器和常规的电感器和电容器用于集成，这示出其用于完全集成系统的潜力。详细描述在该发明中，认为，创新是使用新的“袋”技术来促进用作生物医学植入物的各种不同的部件的连接和包装。为了使用该技术，制备了具有预先设计的尺寸以容纳芯片/部件且具有预金属化的电连接的袋(或外壳)。然后将芯片和相应的芯片/部件插入袋中，且对准，使得袋上的金属垫和芯片上的金属垫对准。袋和芯片/部件之间的电连接可以通过应用传导性环氧树脂或其他传导性聚合物来产生。这些传导性环氧树脂/聚合物可以是生物相容的或不是生物相容的，这取决于应用。然而，该实践的最终产品是在袋状的基材或甚至完全地自支持的柔性的基材上的一个或多个良好连接的芯片/部件，基材例如由聚对二甲苯或其他聚合物制成。在其他方面，在电路被插入袋或外壳中存在的迹线并与其连接之后，除了在需要产生与生物机体或生物学对象电接触的可能的位置，例如探针上的电活性位置之外，袋或外壳被封闭密封。在一些实施方式中，从生物机体或生物学对象外部的装置与密封的袋或外壳的容纳物的通信使用电磁波使用线圈来完成。与被植入装置的通信可以使用经皮连接器或无线通信方法来进行。无线通信方法与经皮连接器相比的优点是消除了关于与刺穿皮肤的装置相关的可能的感染或刺激的问题。然而，在生物机体附近的无线通信还具有需要被解决的问题，例如避免局部加热、与使生物机体经历长期的电磁辐射相关的潜在的顾虑和在活媒介物中传输电磁信号。在被植入装置和外部装置之间被传送的一些类型信号包括功率信号和数据信号。功率信号可以包括从外部电源向被植入装置提供功率的信号，使得存在于被植入装置中的电池可以被维持在合适的荷电状态，或使得可以从被植入装置除去电池。对于一些具有电池的常规装置，因为它的电池被认为到达其有用寿命的终点，所以手术可能变成必需的，以更换装置。任何手术具有健康风险，且如果可能的话，尤其在已经具有健康问题的人中，最好避免不必要的手术。因此，不必因为电池而被更换的可植入的装置是有利的。数据信号可以包括从外部检测器到被植入装置的数据信号(例如提供与通过传声器接收到的用于经由人的神经系统到人的大脑的通信的耳蜗植入物的可听信号相应的电信号)；从外部检测器到被植入装置的控制信号，提供通过使用这样的信号来控制被植入装置的能力(例如，控制被植入装置的操作状态以满足人的需要)；和从被植入装置到外部装置的数据信号，以监控被植入装置本身的状态和操作，以监控人的状态(例如脉搏率、心脏信号、或与正被治疗的疾病相关的其他信号)和在被植入装置附近的状态(例如生理信号，例如，温度、压力、PH)，或以监控被植入装置正应用到人的信号。在一些实施方式中，数据信号可以用于“调谐”或“改编”被植入装置以利用在人的状态和人应具有的干预、援助或治疗的理解上的改进，或提供在植入装置之后被开发的可植入的装置操作和控制程序或操作软件上的改进。用于神经修复学的集成的聚对二甲苯缆线化的硅探针此处，我们呈现了来自具有集成的聚对二甲苯缆线的高电极密度、基于硅的阵列系统的设计和初始测试结果。聚对二甲苯缆线的大大降低的弯曲刚性被认为减轻由于大脑和其头骨之间的相对运动而引起的可能的机械损伤。与用于完成神经修复术的特定技术无关，理想的有线多电极阵列将包括(1)生物相容材料；(2)具有高信噪比的高密度电极；(3)与外围设备通信的可靠的、高密度缆线和经皮互相连接；和(4)容纳用于探针上信号放大的集成电路的能力。我们描述了具有克服由当前技术呈现的困难的潜力的聚对二甲苯包覆的硅探针。当前装置相比于先前装置的主要改进是用聚对二甲苯完全封装阵列。前代生物可植入修补物由除了正面之外所有面被暴露的硅基材组成，显著降低了装置的生物相容性。我们已经选择使用聚对二甲苯C(聚-对-亚二甲苯基C，在下文还被称为“聚对二甲苯”)，这是由于其绝缘能力、柔性、生物相容性和其在医疗应用中的先前使用。此外，我们的柔性的基于聚对二甲苯的缆线具有500μm宽和15μm厚的横截面且被设计为发送使用32通道阵列获得的信号。我们的装置的重要特征是缆线线路不是稍后附接于阵列的部件。确切地说，其是阵列本身的聚对二甲苯结构的集成的延长部分。由此引起的制造简化预期显著改进我们的装置的可靠性。最后，该单片式微机械化缆线-探针系统通过添加或修改硅探针上的硅块能够适应未来的芯片集成。因此，我们能够制造高度可定制的、完全生物相容的和易于大规模制造的硅探针装置。预期该技术将利于神经修复术系统的制造和使用。设计柔性的聚对二甲苯剥离(lift-off)技术允许我们制造2-D32通道柔性的缆线化电极阵列装置，如图1中所阐明的。图3、图4、图5、和图6是阐释图1的硅生物可植入阵列的特征的图像。图2示出说明性的未包装的缆线化硅探针和其结合界面。这些装置可以通过N数量的2D探针的探针堆叠来扩大为3-D32N通道结构，如图7所示的。八个硅柄中的每一个上的钼电极可以以可配置的间隔隔开，且两个参考电极位于较长的柄中的两个上。柄的长度范围是3mm至12mm，且向柄的尖端是150μm厚禾Π60μm宽。柄的尖端形成10度角以利于插入大脑中。图2、图8和图9示出用于连接缆线与外部连接点的结合界面。在一个实施方式中，以60度Y形图案布置在装置的末端的圆形钼环用于电结合到具有在圆形PC板上的传导性环氧树脂的商业可得到的连接器。7cm长的聚对二甲苯缆线是15μm厚并具有34条10μm宽且间隔开10μm的迹线，将远端电极直接地连接到外部连接器，例如，如图10所示的。探针制造用DRIE(深反应离子蚀刻)技术在双侧抛光的晶片上制造了高密度硅探针。图11示出在进行探针制造工艺中进行的步骤。首先，将0.5μm的聚对二甲苯C的层1104沉积在双侧抛光的晶片1102的一个侧面上且在炉中在350°C熔融。然后，通过氧等离子体使聚对二甲苯层1104图案化，以留下用于在聚对二甲苯/硅界面之间粘附增强的区域。然后包覆1μm厚度的牺牲光致抗蚀剂层1106以利于装置的最终释放。然后沉积聚对二甲苯C的层1108(6.5μm)。这之后是剥离电子束蒸发钼的层1110(0.25μm)，以界定迹线、电极和连接器垫。沉积聚对二甲苯C的顶层1112(6.5μπι)以完成聚对二甲苯-金属-聚对二甲苯夹层结构(参见图12)。然后通过使用化等离子体工艺的两步骤RIE来蚀刻电极部位和装置定界。随后从晶片的两侧面通过DRIE界定和蚀刻硅探针柄(在图11的每一个板的右侧上)。底部DRIE蚀刻持续时间界定探针的厚度。通过模对模沉积和涂抹保护性光致抗蚀剂，可以非常精确地控制晶片上每一个探针的厚度。然后，在光致抗蚀剂剥离器(stripper)中释放装置以提供如图1所示的结构，并用聚对二甲苯1116包覆所有侧面。最后，打开与电极相应的垫，且使装置在200°C退火两天以结合夹层的聚对二甲苯层。探针和缆线的全部包覆通过用手涂抹的光致抗蚀剂覆盖连接器垫和在整个装置上保形包覆ιμm的聚对二甲苯C来进行。再次用光致抗蚀剂覆盖装置以保护缆线和装置的其余部分，留下被暴露的硅探针部分。然后，用RIE定向地蚀刻该结构以再打开聚对二甲苯包覆的电极，如图5所示的。随后在丙酮和光致抗蚀剂剥离器溶液中释放该装置。在RIE蚀刻之后将硅探针浸入硅蚀刻剂中以测试全部涂层。在浸渍1分钟之后硅没有被蚀刻，这证实涂层仍然是完整的且因此实现了完全生物相容性。在先前型式的装置中，XeF2用于使硅基材的表面变粗糙以增强聚对二甲苯/硅界面的机械粘附。然而，由于硅的乂评2蚀刻的各向同性性质，所产生的表面的深度、底切(undercut)和形状变得难以控制。在钼的高温电子束蒸发期间，这可以导致破裂的金属线和在边界线上的热应力裂纹。熔融的聚对二甲苯替代物用于增强所需区域的粘附。装置测试和操作在三个阶段中进行装置测试在盐水溶液中的体外测量、体内探针刺穿测试和加速寿命试验。在第一阶段中，我们使用图13中示出的装备来用具有平均尺寸22μmx22μm的通道电极进行体外阻抗测试。根据SEM测量，这些电极的被测量的区域分布被确定存在于士9.Iym2标称值内。通道电极的阻抗测量在IkHz产生670kQ士33kQ的值，而具有约25，000μπι2的区域的参考电极产生在20kQ的范围内的阻抗。为了测试电极获得不同信号类型的信号的能力，正弦波和预记录的动作电位被施加穿过盐水溶液并成功地用所制造的电极记录，如图14和图15中所阐明的。还在聚对二甲苯柔性缆线上进行阻抗测试以确定杂散电容。图16呈现的结果表明以log-log尺度的清楚的线性关系，这允许我们推导出在IkQ时串扰和泄漏的阻抗分别为约27.4ΜΩ禾Π11.7ΜΩ。在第二组操作测试中，将装置插入通过活大鼠的软脑膜并进入皮层以测试刺穿能力。通过在插入期间在手术显微镜下观察柄，结果表明探针的完全插入是成功的，没有任何弯曲、变形或破裂。最后，装置在盐水中经历加速寿命试验以确定平均故障间隔时间。故障模式包括硅与聚对二甲苯粘附的故障以及在聚对二甲苯层之间的分层。图17中阐明的浸泡测试结果表明在发生分层之前，聚对二甲苯_硅粘附能够在90°C盐水中经得起多于五个星期。此夕卜，对于在相同的环境中浸泡仅有缆线的装置四个星期，聚对二甲苯缆线品质未受损害，如图18中所阐明的。我们已经开发和性能测试了具有集成的柔性缆线的完全聚对二甲苯C封装的、高电极密度的基于硅的阵列。还呈现具有商业连接器和经皮基座的3-D包装方案。表征电极阻抗，并通过这些装置记录预记录的动作电位。还已经证明了硅探针的体内插入能力。盐水中的高温加速寿命试验表明缆线和探针_缆线界面两者的稳定性在90°C盐水中多于四个星期。从测试结果，该高密度硅探针是预期可用于慢性皮层假体应用的神经探针。我们现在描述利用可以容纳芯片且与芯片产生连接的简单的、柔性的聚对二甲苯袋的包装技术，袋被支撑在具有金属垫的硅基材上。该袋可以在内部容纳IC芯片或分立部件并向IC芯片或分立部件提供电连接。我们还表明与完全功能性的16-通道放大器CMOS芯片集成的8柄硅探针阵列。聚对二甲苯袋设计将放大器包埋在记录部位附近的完全生物相容的包装/集成解决方案将是有利的。对用于植入的充分包装的装置的期望的和有利的标准将包括避免感染和炎症响应；经得起人类身体(或动物身体)的苛刻的生理环境的能力；制造简易；和尽可能低的成本。我们描述了利用在具有金属垫的硅基材上的柔性的聚对二甲苯袋的新的包装技术。该袋可以容纳IC芯片并向IC芯片提供电连接，且可以完全地与硅探针集成。通过应用该技术，人们可以分别地制备芯片和探针并随后将它们包装在一起，这在IC/探针集成中是有利的。袋大小和电极的配置可以被改变以适合不同的芯片和应用，且对干法蚀刻平整度不敏感。图19示出无线的聚对二甲苯袋集成方案的图。为了生物相容性，整个结合结构被共形包覆并用聚对二甲苯-C(聚-对-亚二甲苯基-C)以及用医疗级环氧树脂密封以实现全部封装。我们能够制造高度可定制的、完全生物相容的和易于大规模制造的IC-缆线化包装。现在呈现的聚对二甲苯袋已经被设计为容纳300μm厚、0.5mmχ0.5mm大小的商业IC芯片。聚对二甲苯C缆线和袋的厚度是12μπι，具有嵌入的金金属连接迹线。认为，金无电极电镀是可选择的垫到垫的相互连接技术。该袋的两个侧面上的两个开口被设计为在插入期间提供应力解除。袋的边缘具有Imm宽的熔融的聚对二甲苯粘附层部分以在聚对二甲苯和硅基材之间提供粘附。该结构还包括与图7)中示出的2-D32通道柔性的缆线化电极阵列装置集成的聚对二甲苯袋，这可以通过探针堆叠而扩大到3-D32χΝ通道结构。袋的硅基部的大小是0.8mmX0.8mm且厚度是500μm。在一个实施方式中，聚对二甲苯袋连接于在端部具有60度Y形状图案的7cm缆线，如图20所阐明的。这些是布置成电结合到在圆形PC板上具有传导性环氧树脂的商业可得到的连接器的圆形钼环。硅柄是150μm厚的并具有从最长的到最短的分别为5.1mm、4.6mm、4.Imm和3.6mm的长度，如图21所示的。聚对二甲苯袋制造用DRIE(深反应离子蚀刻)技术在双侧抛光的晶片上制造聚对二甲苯袋结构。图22示出制造工艺。在硅晶片的抛光表面2202上，旋涂牺牲光致抗蚀剂层2206，用于袋释放。然后沉积聚对二甲苯-C的层2208(6μm)，随后用具有电子束蒸发的剥离工艺沉积Cr/Au的层2210(0.05/0.2μm)以提供电连接。沉积聚对二甲苯-C的顶层2212(6μm)以完成聚对二甲苯-金属-聚对二甲苯夹层结构。然后通过两步骤RIE用O2等离子体(反应离子蚀刻)工艺打开电极部位2214、2214'和装置定界。随后通过DRIE从晶片的两个侧面蚀刻聚对二甲苯袋结构2216的轮廓。在最后步骤中，在光致抗蚀剂剥离器中释放装置并干燥装置。完全敞开的袋具有配置成在其内部表面上可接近的至少一个电触点，如图22的右侧的最低的板所示的，在图22中敞开的袋2216在右边具有开口2214，传导性环氧树脂可以通过开口2214将金属层2210连接到插入袋2216中的芯片上的垫。如将在下文描述的其他实施方式看到的(参见例如图32、图35和图47)，通过本发明提供的相似的敞开的袋还具有配置成在袋的内部表面上可接近的至少一个电触点。然后将IC芯片插入聚对二甲苯袋中，如图23中所阐明的。使IC芯片与袋中的迹线对准，如图25所示的。使芯片M20与传导性环氧树脂结合，如图M和图26中所阐明的，以在袋的导体MlO与芯片M20的表面上的所选择的连接垫或电接线端之间产生电连接。图M是示出袋的说明性实例，在该说明性实例中芯片M20与一个侧面上的传导性环氧树脂结合表面接触，且位于由聚对二甲苯的层M08、传导层MlO和第二层聚对二甲苯M12界定的袋中。放入传导性环氧树脂滴以便接触传导层2410和在芯片M20上的传导垫。在可选择的实施方式中，可以从芯片M20的一个侧面制成所有的电触点，或可以在单一芯片的两个侧面上的预定位置处制成电触点，如通过图35L中以横截面阐明的袋结构所阐明的。在适当情况下，结构可以再次用聚对二甲苯-C全部包覆以完全封装和确保生物相容性。装置测试和结果装置测试以两个阶段来进行在图27中阐明的用于传导和放大器芯片两者的芯片集成测试，和在盐水环境中的加速寿命试验。所使用的被嵌入的CMOS放大器芯片是具有35.5dB的带内增益的可升级的16-通道前置放大器和缓冲芯片。在仅有袋的结构上使用函数发生器来测试该芯片，如图观所示的。使具有0.5kHz、1kHz、2kHz和5kHz的频率和5mV的振幅的正弦波和方波两者进入芯片中。图四示出的来自示波器的放大的输出推断出我们的包装技术的成功的功能性测试。将传导芯片结合在硅探针集成的袋中，并测量电极的阻抗。还在聚对二甲苯袋结构上进行持续的加速浸泡寿命试验以确定平均故障间隔时间。测试表明用1.5mm的生物相容的环氧树脂密封的具有嵌入的放大器芯片的袋结构能够在90°C盐水中浸泡多于30天之后起作用，这转换成在37°C(正常体温)在盐水中数年的寿命，这是基于温度每增加10°C反应速率就加倍的常规认识。除了全部集成的硅探针阵列之外，开发了第二设计。该第二设计包括与聚对二甲苯袋结构分离的具有36个电极和2个参考电极的探针装置，这在图30中阐明。探针装置具有与先前所描述的全部集成的装置的几何形状相同的几何形状。通过分离探针结构与聚对二甲苯袋结构，在使集成的IC芯片与硅探针上的电极连接之前，使用者将能够用集成的IC芯片测试袋结构，从产生的和可靠的测试方面来说产生了优势。在图31示出组装好的装置。我们使用传导性环氧树脂作为用于将探针与被封装在聚对二甲苯袋中的芯片结合的介质。我们已经描述、实施并测试新的聚对二甲苯-袋包装技术以制造具有靠近其记录部位的IC芯片的硅探针阵列。呈现包装方案和制造细节。使用商业放大器芯片，且证明商业放大器芯片在包装之后的全部功能性。高温加速寿命盐水浸泡试验表明袋结构和整个系统两者的令人满意的性能。预期该新的包装技术将可用于在神经修复术研究所需要的复杂的集成的生物医学植入物中的应用。芯片与柔性聚对二甲苯袋集成我们现在描述利用具有金属垫的完全柔性的聚对二甲苯芯片袋的生物相容包装技术。该袋可以容纳IC芯片或任何分立部件并向IC芯片或任何分立部件提供电连接。作为证明，已经将完全功能的16通道放大器CMOS芯片与该结构结合并用该结构测试。该研究还集成8柄硅探针阵列与袋，其电极阻抗被成功地测量。神经修复术的一个重要的目标是通过植入神经探针能够解码顶叶皮层中来自神经元的运动意图。尽管3-D集成的硅探针已经被成功地制造，但信噪比(SNR)的降低仍然是主要的挑战，因为电子设备离记录部位太远。因此，将放大器包埋在记录部位附近的生物相容的包装/集成解决方案将提供优势。我们描述了利用具有金属垫的完全柔性的聚对二甲苯芯片袋的新的包装技术。该袋可以在内部容纳IC芯片并向IC芯片提供电连接，且可以与硅探针集成。通过应用我们现在描述的技术，人们可以分别地制备芯片和探针并随后将它们包装在一起，这是优于直接的IC/探针集成的优点。袋大小和电极可以被改变以适合不同的芯片和应用，如图19中所阐明的，且对干法蚀刻平整度不敏感。为了生物相容性，整个结合结构被共形包覆并用聚对二甲苯-C(聚-对-亚二甲苯基-C)以及用医疗级环氧树脂密封以实现全部封装。作为成功的证明，描述了用聚对二甲苯袋包埋的16-通道放大器CMOS芯片。聚对二甲苯袋配置用RIE技术(反应离子蚀刻)来制造，如图32中阐明的工艺所阐明的。首先，将5μπι厚的聚对二甲苯-C的底层3204沉积在硅晶片3202上。然后包覆1μm的牺牲光致抗蚀剂的层3206，当牺牲光致抗蚀剂的层3206被除去时，其将用来界定聚对二甲苯袋结构。沉积聚对二甲苯-C的另一层3208(5μm)。使用剥离工艺沉积Cr/Au的层3210(0.05/0.2μm)以提供电连接。沉积聚对二甲苯-C的顶层3212(2μm)以完成结构。然后通过使用02等离子体工艺的两步骤RIE来产生电极部位3214、3214'和装置定界。在光致抗蚀剂剥离器中释放装置。然后将IC芯片(参见图27)用手插入聚对二甲苯袋中，与传导性环氧树脂对准(参见图25)，与传导性环氧树脂结合(参见图26)，并用10μm聚对二甲苯全部包覆。在若干阶段进行装置测试。首先，在仅有袋的结构上使用函数发生器来测试所嵌入的CMOS放大器芯片，如图33示出。使具有不同频率的正弦波和方波进入芯片。放大的输出被测量并以图表画出，如图四中所阐明的。然后将传导芯片与硅探针结合(参见图30)以形成集成的袋结构，如图34中所阐明的。成功地测量探针电极的阻抗，这表明我们的包装技术的成功的功能性测试。最后，在被包装的结构上进行持续的加速浸泡寿命试验以确定平均故障间隔时间。测试表明具有1.5mm的环氧树脂的袋结构能够在90°C盐水中浸泡多于30天之后起作用，这将转化成在37°C在盐水中数年的寿命。我们认为，该技术为在邻近获得信号的位置需要信号放大的所有生物学植入物提供了快速的且简单的包装技术。我们期望，该技术将促进用于神经修复术应用的完全无线的生物相容插入系统，如我们接着描述的。用于在两个表面上具有触点的芯片的双面袋图35是显示制造自支持的聚对二甲苯袋结构中进行的步骤的图，该聚对二甲苯袋结构向在两个相对表面上具有接触垫的芯片提供触点。该能力将允许使用预期具有与在仅一个表面上具有触点的芯片相比更大的功能性的芯片。如图35A所示的，具有抛光表面的硅晶片3502被提供为支撑物结构。如图35B中所阐明的，应用聚对二甲苯的第一层3504以沉积在聚对二甲苯层3504的所选择区域上。根据需要，第一金属层3506可以包括多于一个金属结构，例如配置成提供导体迹线和/或多个连接器垫的平行线。如图35D中所阐明的，沉积聚对二甲苯的第二层3508以覆盖和包封第一金属层3506。聚对二甲苯的第二层3508可以延伸到与第一聚对二甲苯层3504基本上相似的程度。如图35E中所阐明的，在第二聚对二甲苯层3508中产生(例如通过蚀刻)开口3510以提供对第一金属层3506中的接触垫产生接触的路径。如图35F中所阐明的，提供覆盖开口3510且表示牺牲体积的光致抗蚀剂的层3512，当牺牲体积被打开时，牺牲体积提供可以插入芯片的空间。如图35G中所阐明的，在光致抗蚀剂层3512之上提供第三聚对二甲苯层3514。第三聚对二甲苯层3514可以延伸到与第一聚对二甲苯层3504基本上相似的程度。如图35H中所阐明的，在第三聚对二甲苯层3514的选择区域上沉积金属的第二层3516。根据需要，第二金属层3514可以包括多于一个金属结构，例如配置成提供导体迹线和/或多个连接器垫的平行线。如图351中所阐明的，沉积第四聚对二甲苯层3518以覆盖和包封第二金属层3516。第四聚对二甲苯层3518可以延伸到与第一聚对二甲苯层3504基本上相似的程度。如图35J中所阐明的，提供一个或多个开口3520以允许通向第二金属层3516中的接触垫。在一个实施方式中，使用反应离子蚀刻(RIE)方法来产生开口。如图35K中所阐明的，开口3522、3522'被蚀刻通过结构以允许电通向所有接触垫。如图35L中所阐明的，从硅晶片3502释放自支持的聚对二甲苯袋结构，且除去光致抗蚀剂的牺牲层3512，留下具有金属触点和引线的独立的自支持的聚对二甲苯袋结构，金属触点和引线可以连接于芯片的两个相对侧面上的接触垫，芯片例如IC芯片或具有所需的电子的、计算的或其他性能的芯片。聚对二甲苯袋中的引线可以用于与电路、探针或允许与被封装的芯片通信的其他电装置或电子装置产生电连接。集成的无线的神经刺激器我们现在描述完全可植入的、柔性的、聚对二甲苯激活的神经刺激器的设计、制造和功能测试，该神经刺激器以单一通道无线的刺激能力为特征。该系统包括CMOS刺激器芯片、折叠和结合的RF线圈、两个钼电极和分立电容器。用聚对二甲苯-金属皮技术来制造MEMS部件，且通过在聚对二甲苯基材上用银环氧树脂将单个部件相互连接在一起来实现系统组装。已经使用遥测链路装备来证明集成系统的功能性，且已经检测到具有在7V至8.5V的范围内的振幅的单相脉冲。我们描述了柔性的无线的神经植入物，该神经植入物采用与诸如专用集成电路(ASIC)和芯片电容器的其他分立部件集成的基于聚对二甲苯的MEMS装置。聚对二甲苯-金属皮技术允许我们以工艺兼容的方式微制造RF线圈和多电极阵列。我们描述了这样的线圈和电极阵列与单一通道刺激器芯片的集成以建立用于神经刺激的完全功能的系统。对于第一实施方式，MEMS装置被单独地制造，并使用生物相容的银环氧树脂将其与其他系统部件组装。聚对二甲苯-C用作基材和包装材料，且因此对于医疗植入来说，最终的系统是高度柔性的和生物相容的。系统设计图36A描绘了单一通道刺激器的系统示意图，其包括BI0N1-3CM0S芯片、两个电容器、用于从外部个人训练器无线供电和进行数据传输的专门设计的RFMEMS线圈、以及载体基材。柔性的载体具有用于系统组装的相互连接引线和接触垫，以及两个电极，一个电极用作刺激电极，而另一个是浮动接地。MEMS线圈和载体基材的总物理尺寸将满足在视网膜植入中使用的规格，所述规格基于在犬的眼睛中手术植入结果来确定。BION芯片是最初被开发用于模仿肌梭功能和用于治疗患有肌肉麻痹的患者的单一通道刺激器。一旦被植入麻痹的肌肉中，芯片可以通过电感耦合经由外部单元中产生的480kHz-500kHz功率载波接收功率信号和指令信号两者，允许芯片发射具有高度调节的振幅和脉冲宽度的精确同步的刺激脉冲。BION芯片具有Imm宽度、2.33mm长度和257μm厚度的物理尺寸。在芯片上具有五个约120μmX74μm的大小的垫。在两个邻近垫之间的距离是约110μm。将两个陶瓷芯片电容器(AVXCorporation,MyrtleBeach,SC,USA)结合到集成系统以调谐电路。如从图36B的电路布局可见的，C1是与接收线圈并联的频率调谐电容器以实现500kHz的谐振频率。C2是具有22nF的电容的电荷存储电容器，由UniversityofSouthernCalifornia的GeraldLoeb博士小组提供。这些电容器的大小是约Immχ0.5mmχ0.56mm。制造工艺将制造分成三个步骤载体基材制造、RFMEMS线圈制造和最终的系统组装和包装。为了建立柔性的基材，在聚对二甲苯-C包覆的硅基材上电子束蒸发200nm钼层。然后使用剥离使金属形成图案以形成连接垫、互连引线和电极部位。钼因为最佳的模拟性能而被选作电极材料。在该情况下，不需要粘附金属层，因为已知钼和聚对二甲苯具有良好的相互粘附。在金属图案形成之后，沉积聚对二甲苯-C的另一层以密封整个结构，随后在反应离子蚀刻(RIE)系统中用光致抗蚀剂掩膜氧等离子体蚀刻以界定基材的外部几何形状，以及打开电极部位和接触通孔。最后，在水浴中从硅基材剥离装置。图37阐明用于制备载体基材的详细工艺，其中步骤37B至步骤37D描述钼图案形成的剥离技术。在图37A中，抛光的硅晶片3702具有被沉积其上的聚对二甲苯的层3704。在图37B中，L0R3B抗蚀剂的层3706和常规的光致抗蚀剂的层3708被沉积和形成图案。在图37C中，在形成图案的抗蚀剂之上沉积金属3710。在图37D中，除去抗蚀剂，留下在聚对二甲苯层3704上的预定位置处的金属3710。在图37E中，沉积另外的聚对二甲苯。在图37F中，阐明被分离的基材。图38呈现所制造的载体基材。显微镜图像示出具体的芯片部位设计，其中以使得芯片可以保持在适当的位置且在系统组装期间与基材上的接触通孔自动对准的方式蚀刻聚对二甲苯带。阵列部位包含450μm直径的钉洞，使得阵列可以使用视网膜钉附接于视网膜。为了制造MEMS线圈，涉及折叠和结合技术，在该技术中两个线圈被串联放置，并由单一3μπι金层制成，以实现低电阻和高的Q因子。然后，在两个载玻片的帮助下将装置折叠成两层并堆叠在一起。将铝片插入在聚对二甲苯表面和载玻片之间以防止聚对二甲苯粘附在玻璃上。之后，将堆叠的线圈放置在具有10托的室压的真空炉中，用于结合。炉温从室温斜升至250°C。然后使装置在结合温度下均热处理2天，随后缓慢冷却至室温。热结合过程期间弓I入氮回填以均衡室的温度图39中示出所制造的线圈，该线圈包括两层金属，每层具有10匝。进出引线从中心连接于载体基材，利于手术程序。通孔被设计为与接触垫重叠，使得可以从每个侧面形成与载体基材的相互连接。测量了该线圈的电性质，显示约2.24μH的感应系数和约15.82Ω的DC电阻，这导致在500kHz时0.45的Q因子。对于混合系统组装，使单个部件(ΒΙ0Ν芯片、线圈和电容器)与载体基材上的相应的互连通孔对准。然后将少量的生物相容的银环氧树脂EPO-TEKH20E(EpoxyTechnology,Billerica,MA,USA)施用在触点上并在对流炉中在80°C固化3小时。传导性环氧树脂起到两个目的在部件之间形成相互连接以及将部件结合到基材上。最后，将聚对二甲苯-C包覆在整个系统上，仅留下电极部位是敞开的，以便保护电路免于腐蚀性眼内液体和以便改进环氧树脂触点的耐久性。图40阐明组装好的单一通道刺激器系统。图41示出关于每一个部件的相互连接的特写图。因为BION芯片仅具有5个垫，所以使用环氧树脂相互连接的手工组装是快速的且容易的。然而，在制造期间遭遇的主要问题是当通过手施用时缺乏环氧树脂量的控制。如果施用太多的环氧树脂，则可能产生短路。在高温固化期间还可以发生环氧树脂回流，导致短路。对于具有高密度垫布局的芯片，该手工组装不再适用，和因此需要晶片级集成技术。操作结果在制备组装系统之后，使用图42示出的遥测链路装备来证明其功能性。图43中示出第一阶段，该第一阶段包括个人训练器单元，E类线圈驱动器和手绕式发射线圈，可以产生约500kHz的电力载波。个人训练器存储对单个患者个人化的指令程序，记录治疗的时间和持续时间，和将该信息传递到外部计算机，用于实时监控。可以将高达三个程序预先载入个人训练器的存储器中。线圈驱动器通过定制的适配器连接于个人训练器。发射线圈在500kHz具有46.4μH的感应系数和118的Q因子。绞合线1025-44SPN用于缠绕初级线圈以降低趋肤效应和邻近效应损失。以电磁形状建立发射线圈以在线圈内部建立更均一的电磁场。另外，将铁氧体芯插入发射线圈内以放大电磁场且因此改进电压传输效率。已经使用该装备来进行体外测量，且通过将两个电极直接连接到ΗΡ54645Α示波器(HP/AgilentTechnologiesInc.，SantaClara,CA,USA)来监视集成刺激器的输出信号。在测试期间改变两个线圈之间的距离，且发现了4mm的最大可检测范围。在图44中给出在不同的间隔距离的所记录的刺激脉冲，这显示约500μS的脉冲宽度以及从7V变化到8.5V的振幅。为了估计MEMS线圈的能量传输能力，测量跨越接收线圈终端的电压和被传递给芯片的电流。图45示出所传输的电压和电流的典型波形，这表明505kHz的谐振频率和在电压和电流之间的25度相移。如先前所述，调谐电容器是市售的芯片电容器，这限制了电容值的选择。因此，难以精调谐振电路以便实现精确同步。进一步调查在不同的间隔距离所传输的功率，如图46中所示。MEMS线圈可以在Imm的间隔距离通过该感应链路传递43mW的最大功率。随着间隔距离增加到2mm，功率下降62%，这主要受到接收线圈的低Q因子的限制。已经在空气中成功地证明集成系统的功能性。然而，短的可检测距离将限制该系统在实际应用中的实践性。可以通过优化线圈设计例如增加金属厚度和/或金属层数量以便增强线圈Q因子和能量传输效率来实现进一步的改进。正在进行通过植入兔眼来验证系统功能性。已经设计单通道神经刺激器，且已经成功地制造和测试一个实施方式。测试结果表明，BION芯片可以由在4mm间隔距离内的MEMS线圈驱动。从刺激电极测量到脉冲宽度为500μs且振幅多于7V的输出脉冲，这表明该系统可以在体外操作。与聚对二甲苯袋的高密度128通道芯片集成当前用于视网膜和皮层修复学的最新技术饱受带有高的引线计数例如多于60引线的复杂IC封装之苦。还缺乏高密度能力。我们描述利用在硅基材上有金属垫的柔性的聚对二甲苯袋以便克服这些挑战和适应不断增加的假体芯片的数量的生物相容的新颖包装技术。该袋可以被设计为容纳任何IC芯片或分立部件并向其提供电连接。作为证明，已经结合了沿着表面安装电容器、电阻器和电感器的高密度128通道传导芯片并用该结构来测试。认为该新技术还可以缩放为在Icm2的区域中实现10，000个连接。如图47中所阐明，用RIE(反应离子蚀刻)和DRIE(深反应离子蚀刻)工艺的组合来制造聚对二甲苯袋结构。在硅晶片的抛光的表面4702上，旋涂牺牲光致抗蚀剂层4706，用于袋释放。然后，沉积聚对二甲苯-C的层4708(6μm)，随后用具有电子束蒸发的剥离工艺沉积Cr/Au的层4710(0.05/0.2μm)以提供电连接。沉积聚对二甲苯-C的顶层4712(6μm)以完成聚对二甲苯-金属-聚对二甲苯夹层结构。然后通过两步骤RIE用O2等离子体(反应离子蚀刻)工艺来打开电极部位4714、4714'和装置定界。DRIE背面蚀刻被用于界定由蚀刻槽4720和4720'所界定的背表面尺寸。在释放过量的硅之后，聚对二甲苯袋结构4716在光致抗蚀剂剥离器开放，且该结构被干燥。然后，将IC芯片插入到聚对二甲苯袋，如图48中所阐明。它与袋中的迹线对准，如图49和图50中所示。芯片与传导性环氧树脂结合，如图51中所阐明。在适当情况下，结构可以再次用聚对二甲苯-C全部包覆以完全封装和确保生物相容性。在制造工艺之后，从晶片释放装置。然后，在一些实施方式中通过手将IC芯片插入到聚对二甲苯袋，如图49和图50中所示的对准，且用传导性环氧树脂刮板工艺结合，如图51中所示。然后，将其整个地用聚对二甲苯包覆以便得到整体生物相容性。在环氧树脂刮板工艺中，市售的传导性环氧树脂被混合起来且被全面地应用在芯片的表面上。然后，橡胶刮板被用来将过量的环氧树脂推离芯片垫结合区域的靶面。然后，采用利用紫外激光器的脉冲激光退火来局部固化环氧树脂连接，这增强了结合的物理强度和刚性。最后，使用丙酮来将未固化的传导性环氧树脂洗掉，这使得结合垫的表面相应地清洁，且使得垫之间的空间免受不期望的短路传导，如图52和图53中所示。已经检查了结合环氧树脂凸起的轮廓。图讨中阐明的结果示出最大高度是25μπι。如图55中所阐明，分立部件例如二极管和电容器可以被连接到该聚对二甲苯袋结构。以两个阶段进行装置测试。第一阶段是芯片集成测试，且第二阶段是加速寿命试验。尺寸为5mmχ5mmχ500μm的假芯片被插入到袋，且用激光退火技术结合，以便测试该结构的功能性。假芯片上的垫具有140μm的最小距离和500μm的最大距离。商业分立部件例如电容器、电阻器和电感器(线圈)被连接到聚对二甲苯层上的垫，且用函数发生器测试。不同频率的正弦波被传送到芯片和部件。图56阐明成功的包装技术的功能性测试。最后，进行加速寿命浸泡试验以便确定装置的平均故障间隔时间。测试示出带有1.5mm的生物相容硅树脂的袋结构能够在90°C盐水中浸泡多于30天之后起作用，这应转换成在37°C的盐水中数年的寿命。人们期望，可以集成该平台上的数据和电源线圈，以便提供将被植入到体内的总的集成系统。人们期望，结合如本文描述的高密度芯片的快速、廉价且有效的方法将为各种应用提供全无线生物相容系统，期望这些应用的其中之一是视网膜的假体应用。许多不同的袋体系结构是可能的，且不同的形式的袋可以最适用于不同的应用。各实例包括硅基材上的袋；全聚对二甲苯袋；被设计为封装具体的市售的芯片的袋；被设计为封装分立部件的袋；被设计为封装PCB的袋；单层袋；双层袋；多层袋；堆叠以便实现3D结构的袋；带有连接到其的聚对二甲苯缆线的袋；带有MEMS线圈的袋；带有MEMS电容器的袋和包括不同于聚对二甲苯的材料的袋。已经使用若干过程来证明相互连接，这些过程包括刮板方法；手工涂抹方法；包括使用传导性环氧树脂的方法；和激光退火方法，其中已经成功地证明传导性环氧树脂/聚合物的激光辅助的退火和固化。许多不同的材料可以用于制造如本文所描述的袋。尽管已经将聚对二甲苯描述成很好地适用于植入在生物机体中的袋体系结构的材料，但认为许多薄膜聚合物，例如PMMA、特氟隆、硅树脂和聚酰亚胺，可以用来制成用于相同的或相似的应用的袋。事实上，可以具有被提供为内部金属表面的金属的任何薄膜聚合物可以用来制成用于包括封装的芯片和/或电子部件和电路部件的应用的袋。定义记录来自数据收集操作的结果，例如，获取和记录表示数据或信息的信号，或者获取和记录图像，例如，使用一种或多种颜色或色调或以特定的频率或波长以一个或多个尺寸记录结果，被理解为意指且在本文被定义为将输出数据写到存储元件、存储到机器可读的存储介质或存储到存储装置。如特定的实施方式可以建议或要求的，所记录的信息可以是模拟信息和/或数字信息。可以被用于本发明的机器可读的存储介质包括电子存储介质、磁性存储介质和/或光存储介质，例如软磁盘和硬磁盘；在一些实施方式中可以使用DVD盘的DVD驱动器、⑶驱动器、任何⑶-ROM盘(S卩，只读光存储盘)、⑶-R盘(即，一次写入多次读出光存储盘)和CD-RW盘(即，可重写光存储盘)；以及电子存储介质，例如RAM、R0M、EPR0M、紧凑型闪存卡、PCMCIA卡或可选择地SD存储器或SDIO存储器；和电子部件(例如，适应存储介质并从存储介质读取或向其写入的软盘驱动器、DVD驱动器、⑶/⑶-R/⑶-RW驱动器或紧凑型闪存卡/PCMCIA卡/SD适配器)。机器可读存储介质领域中的技术人员已知，用于数据存储的新的介质和格式不断地被发明出来，且可以预期使用未来变得可用的任何便利的、市售的存储介质和相应的读/写装置，尤其是如果其提供更大的容量、更高的访问速度、更小的尺寸和更低的每字节所存储信息的成本中的任何。广为人知的老旧的机器可读介质还可以供在下某些条件使用，例如穿孔纸带或卡、磁带或磁线上的磁性记录、打印字符的光读取或磁读取(例如，OCR和磁编码符号)和机器可读的符号例如一维条码和二维条码。可以进行记录图像数据以供稍后使用(例如，将图像写入到存储器或写入到数字存储器)以便允许将所记录的信息用作输出、用作向用户显示的数据、或用作供稍后使用的数据。这样的数字存储元件或芯片可以是独立的存储装置，或可以被合并在感兴趣的装置内。“写输出数据”或“将图像写入到存储器”在本文被定义为包括将经转换的数据写入到微型计算机内的寄存器。术语“图像”可以被理解为意指“照片”，无论是对人类观察者或者对仪器来说是可视的(例如，可视图像、红外图像，或这样的图像的数字表示，无论是黑白的还是彩色的)，或可选择地正如在“硬盘的图像”中意指“拷贝”，无论是复本、压缩拷贝或经加密拷贝。“微型计算机”在本文被定义为与微处理器、微控制器和数字信号处理器(“DSP”)同义。应理解，由微型计算机使用的存储器，包括例如被编码为“固件”的成像或图像处理算法，可以驻留在物理上位于微型计算机芯片内的存储器中，或驻留在微型计算机外部的存储器中，或驻留在内部存储器或外部存储器的组合中。同样地，模拟信号可以由单独的模拟-数字变换器(“ADC”)或一个或多个ADC数字化，或者多路ADC信道可以驻留在微型计算机封装内。还应理解，现场可编程阵列(“FPGA”)芯片或专用集成电路(“ASIC”)芯片可以以硬件逻辑、微型计算机的软件仿真或通过两者的组合进行微型计算机功能。具有本文描述的任何本发明特征的装置可以完全在一台微型计算机上操作，或者可以包括多于一台的微型计算机。可用于根据本描述来控制仪器、记录信号和分析信号或数据的通用可编程计算机可以是个人计算机(PC)、基于微处理器的计算机、便携式计算机或其他类型的处理装置中的任何。通用可编程计算机通常包括中央处理单元、可以使用机器可读的存储介质来记录和读取信息和程序的存储器或存储单元、通信终端例如有线通信装置或无线通信装置、输出装置例如显示终端以及输入装置例如键盘。显示终端可以是触摸屏显示器，在这种情况下它可以充当显示装置和输入装置两者。可以存在不同的和/或另外的输入装置，例如指点装置，例如鼠标或操纵杆，且可以存在不同的或另外的输出装置，例如发音器，例如扬声器、第二显示器或打印机。计算机可以运行多种操作系统中的任何一种，例如，多个版本的Windows或MacOS或UNIX或Linux中的任何一个。在通用计算机的操作中获得的计算结果可以被存储起来以供稍后使用，和/或可以被显示给用户。至少，每一个基于微处理器的通用计算机具有存储微处理器内的每一计算步骤的结果的寄存器，然后该结果通常被存储在高速缓冲存储器中以供稍后使用。电气或电子设备的许多功能可以以硬件(例如，硬连线逻辑)、软件(例如，在通用处理器上操作的程序中编码的逻辑)和固件(例如，被调用以便根据需要在处理器上操作的、在非易失性存储器中编码的逻辑)来实现。本发明涵盖用硬件、固件和软件的一种实现、固件和软件的等效功能性的另一种实现。在实现可以数学上由转移函数表示的意义上，即是说，对于被施加到呈现出该转移函数的“黑箱”的输入终端的特定激励，在输出终端生成指定的响应，本文涵盖转移函数的任何实现，包括转移函数的部分或片段的硬件、固件和软件实现的任何组合。理论讨论尽管本文给出的理论描述被认为是正确的，但本文所描述的以及所要求保护的装置的操作并不依赖于该理论描述的精确性或有效性。即是说，可以在与本文呈现的理论不同的基础上解释所观察到的结果的以后的理论发展将不会有损于本文描述的本发明。本说明书中标识的任何专利、专利申请或出版物据此通过引用以其整体并入本文。被认为通过引用并入本文的、但与本文中明确陈述的现有定义、声明或其他公开内容材料冲突的任何材料或其部分，仅在所合并的材料和本公开内容材料之间不出现冲突的意义上被合并。在冲突的情况下，则应以有利于本公开内容的方式按优选本公开内容来解决冲突。尽管已经参考附图中阐明的优选模式详尽地示出和描述本发明，但本领域的技术人员应理解，可以在其中实现各种细节变化，而不偏离由权利要求界定的本发明的精神和范围。权利要求1.一种生物相容的可密封袋，包括基材，其具有第一表面；和生物相容材料的层，其连接于所述基材的所述第一表面，所述生物相容材料的所述层界定在所述生物相容基材与所述生物相容材料的所述层之间的敞开的袋，所述敞开的袋具有配置成在其内部表面上可接近的至少一个电触点，所述敞开的袋配置成接纳至少一个电路部件且配置成提供所述至少一个电触点和所述至少一个电路部件之间的电通信，所述生物相容的可密封袋配置成在接纳所述至少一个电路部件之后被密封并被植入生物机体内，所述生物相容的可密封袋配置成提供能够与其内植入所述生物相容的可密封袋的所述生物机体生物学上有效地电通信的生物相容物体。2.根据权利要求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对二甲苯。3.根据权利要求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.根据权利要求1所述的生物相容的可密封袋，其中生物相容材料的所述层包括聚对二甲苯。5.根据权利要求1所述的生物相容的可密封袋，其中具有配置成在其内部表面上可接近的至少一个电触点的所述敞开的袋在其至少两个内部表面上具有电触点。6.根据权利要求1所述的生物相容的可密封袋，还包括电缆线，所述电缆线其内具有配置成在至少一个探针元件和位于所述袋内的至少一个电路部件之间产生电连接的导电体，所述探针元件配置成与其内植入所述生物相容的可密封袋的所述生物机体产生电连接。7.根据权利要求1所述的生物相容的可密封袋，还包括配置成在所述至少一个电路部件和所述生物机体外部的电路之间传送电信号的电信号通信装置。8.根据权利要求1所述的生物相容的可密封袋，其中所述电信号通信装置包括配置成在所述至少一个电路部件和所述生物机体外部的电路之间产生电磁连接的线圈。9.根据权利要求8所述的生物相容的可密封袋，还包括配置成允许用具有预定义的电参数的电磁通信信号操作的调谐电路。10.根据权利要求1所述的生物相容的可密封袋，其中所述电信号通信装置包括配置成在所述至少一个电路部件和所述生物机体外部的电路之间产生电磁连接的缆线。11.根据权利要求1所述的生物相容的可密封袋，包括基材，其具有第一表面；和生物相容材料的层，其连接于所述基材的所述第一表面，生物相容材料的所述层的所述结构界定在所述生物相容基材与所述生物相容材料的所述层之间的敞开的袋，所述敞开的袋具有配置成在其内部表面上可接近的至少一个电触点，所述敞开的袋配置成接纳至少一个电路部件且配置成提供所述至少一个电触点和所述至少一个电路部件之间的电通信，所述生物相容的可密封袋配置成在接纳所述至少一个电路部件之后被密封并被植入生物机体内，所述生物相容的可密封袋配置成提供能够与其内植入所述生物相容的可密封袋的所述生物机体生物学上有效地电通信的生物相容物体；所述生物相容的可密封袋组合至少一个电路部件，其位于所述袋内且电连接于所述至少一个电连接器；至少一个探针，其配置成与生物机体产生电连接且连接于所述至少一个电路部件；和电通信装置，其配置成在所述至少一个电路部件和所述生物机体外部的电路之间传送电信号。12.—种制备生物相容的可密封袋的方法，包括以下步骤a.提供具有第一表面的基材；b.将具有预定义的长度、预定义的宽度和预定义的厚度的牺牲材料的层沉积在所述基材的所述表面的一部分上；c.将生物相容材料的层沉积在所述牺牲材料的所述层之上，所述生物相容材料的所述层延伸超出所述牺牲材料；d.将导电材料的层沉积在所述生物相容材料的所述层的至少一部分之上；e.将生物相容材料的第二层沉积在所述导电材料的所述层之上，所述生物相容材料的所述层延伸超出所述导电材料；f.在所述生物相容材料的所述第二层中提供开口以提供通过所述生物相容材料的所述第二层到所述导电材料的电入口；和g.除去所述牺牲材料以界定具有所述预定义的长度、所述预定义的宽度和所述预定义的厚度的自由体积，所述自由体积配置成接纳至少一个电路部件；借此所述自由体积代表具有配置成在其内部表面上可接近的至少一个电触点的敞开的袋，所述敞开的袋配置成接纳至少一个电路部件且配置成提供所述至少一个电触点和所述至少一个电路部件之间的电通信，所述生物相容的可密封袋配置成在接纳所述至少一个电路部件之后被密封并被植入生物机体内，所述生物相容的可密封袋配置成提供能够与其内植入所述生物相容的可密封袋的所述生物机体生物学上有效地电通信的生物相容物体。13.根据权利要求12所述的制备生物相容的可密封袋的方法，还包括以下步骤在提供基材的步骤12a.之后且在沉积牺牲材料的层的步骤12b.之前，13(i)在所述基材的所述表面上沉积生物相容材料的层，所述生物相容材料的所述层的长度大于所述牺牲材料的所述预定义的长度，所述生物相容材料的所述层的宽度大于所述牺牲材料的所述预定义的宽度；借此所述自由体积代表具有生物相容材料作为其界定表面中的每一个的敞开的袋。14.根据权利要求13所述的制备生物相容的可密封袋的方法，还包括以下步骤从所述基材释放所述生物相容的可密封袋，以提供自支持的独立式的生物相容的可密封袋。15.根据权利要求13所述的制备生物相容的可密封袋的方法，还包括以下步骤在所述基材的所述表面上沉积生物相容材料的层的步骤13(i)之后，且在沉积牺牲材料的层的步骤12b之前，15(ii)将导电材料的层沉积在所述生物相容材料的所述层的至少一部分之上；15(iii)将生物相容材料的层沉积在所述导电材料的所述层之上，所述生物相容材料的所述层延伸超出所述导电材料；和15(iv)在步骤15(iii)中沉积的所述生物相容材料的所述层中提供开口，以提供通过在步骤15(iii)中沉积的所述生物相容材料的所述层到所述导电材料的电入口；以及在提供开口的步骤12f之后且在除去所述牺牲材料的步骤12g之前，15(ν)在步骤15(iii)和步骤12b、步骤12c、步骤12d和步骤1中沉积的所述层中提供开口，以提供通过在步骤15(iii)中沉积的所述生物相容材料的所述层到在步骤15(ii)中沉积的所述导电材料的电入口；借此提供在其两个内部表面上具有电触点的生物相容的可密封袋。16.根据权利要求15所述的制备生物相容的可密封袋的方法，还包括以下步骤从所述基材释放所述生物相容的可密封袋，以提供自支持的独立式的生物相容的可密封袋。17.根据权利要求12所述的制备生物相容的可密封袋的方法，其中生物相容材料的所述层包括聚对二甲苯。18.根据权利要求12所述的制备生物相容的可密封袋的方法，其中生物相容材料的所述层包括选自由PMMA、特氟隆、硅树脂和聚酰亚胺组成的组的材料。19.根据权利要求1所述的生物相容的可密封袋，其中生物相容材料的所述层包括选自由PMMA、特氟隆、硅树脂和聚酰亚胺组成的组的材料。全文摘要用于提供可以容纳芯片和其他电路元件且可以在那些元件和生物机体之间产生电连接的生物学上可相容的袋或外壳的系统和方法。组装好的生物学上可相容的袋和电路部件可以具有生物医学应用，例如生物可植入的装置，例如视网膜的、耳蜗的和皮层的假体植入物、肌肉刺激器和其他用途。在各种实施方式中，所描述的技术解释如何制备和使用涉及在一个或两个表面上具有连接器的芯片和涉及其他电路部件例如电阻器、电容器、电感器和晶体管的袋系统。说明了根据所描述的技术封装的芯片的操作。加速寿命试验表明，所描述的袋系统在37摄氏度将经受得住数年。文档编号A61B5/024GK102355854SQ201080012327公开日2012年2月15日申请日期2010年1月21日优先权日2009年1月21日发明者忠南·泰,雷·奎俊·黄申请人:加州理工学院