用于保护植入式电子装置的长期封装的制作方法
【专利说明】用于保护植入式电子装置的长期封装
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年12月27日提交的美国专利申请第14/142, 180号和2013年 8月5日提交的美国专利申请第61/862, 180号的优先权，该两个美国专利申请为了所有的 目的据此通过引用并入。
[0003] 对在联邦政府资助的研究和发展下取得的发明权利的声明
[0004] 本发明使用政府支持根据由美国国家科学基金会授予的EEC-0310723而完成。政 府在本发明中具有一定的权利。
[0005] 发明背景
[0006] 生物相容性硅酮几十年来已经被作为封装层使用，但已知的是，由于硅酮的多孔 结构，大多数硅酮往往具有相当大的水蒸汽穿透率（WVTR)。据报道降低WVTR的一种途径 是在硅酮上添加另一种聚对二甲苯-C涂层以密封该硅酮层且聚对二甲苯-C涂层对硅酮具 有良好的黏附性（见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对二甲苯-C往 往较厚且可能会丧失其灵活的柔性。
[0007] 另一方面，聚对二甲苯-C作为结构材料或适形的和生物相容性涂层已广泛地用 于生物医学装置和接触面中（见，J.H.Chang,R.Huang,Y.C.Tai，DigestTech.PapersTran sducers'llConference，Peking，2011 年6 月 5-9 日，pp.378_381)。由于聚对二甲苯_C的 许多有利的性质，其也已经成为封装材料（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)。聚对 二甲苯-C的透水性和化学稳定性也已经被研究（见，Y.Hu等人，应用聚合物科学杂志，vol. 81，ρρ· 1624-1633, 2000 ;W.Li等人，ECSTransactions,vol. 11，ρρ· 1-6, 2008)，且结 果显示聚对二甲苯-c是非常良好的生物惰性绝缘体，并且通过在每侧上以9. 2μm聚对二 甲苯-C把金属加在中间，聚对二甲苯-C保护的电极可以存在足够长的时间。
[0008] 假体植入物必须克服的最大的挑战中的一个是集成电路（1C)芯片的可靠的封 装，使得生物装置可以承受腐蚀性体液。本领域所需要的是具有高密度多通道1C芯片，分 立部件（电容，电感器，和振荡器），和使用高密度刺激电极阵列封装的线圈（功率线圈和数 据线圈）的完全无线的视网膜植入物。也需要在哺乳类动物体内的视网膜植入物的适当的 封装以达到较长寿命。本发明满足了这些需求和其它的需求。
[0009] 发明简要概述
[0010] 在一个实施方案中，本发明提供微组装装置（micropackageddevice)，该装置包 括：
[0011] 用于固定装置的基板；
[0012] 固定至该基板的腐蚀屏障（corrosionbarrier);
[0013] 任选的至少一个馈通部，其布置在该基板中以允许至少一根输入线和/或至少一 根输出线进入该微组装装置中；和
[0014] 配置成封装微组装装置的封装材料层。
[0015] 在某些方面中，本发明提供一种微组装装置，其包括例如薄膜基板的基板。在某些 方面中，该薄膜基板包括：
[0016] 第一薄膜层；
[0017] 邻近该第一薄膜层的金属；和
[0018] 邻近该金属以形成薄膜金属薄膜夹层（薄膜/金属/薄膜）的第二薄膜层，其中 第二薄膜层具有开口，该开口具有设置在其内表面上的至少一个电触点，该开口配置成接 收至少一个电路装置且在该至少一个电触点与该至少一个电路装置之间提供电气通信。
[0019] 在另一个实施方案中，本发明提供用于对装置进行微组装的方法，该方法包括：
[0020] 提供用于固定装置的基板；
[0021] 将腐蚀屏障固定至该基板；
[0022]任选地提供至少一个馈通部（feedthrough)，该至少一个馈通部布置在该基板中 以允许至少一根输入线和/或至少一根输出线进入该微组装装置中；以及，封装该微组装 装置。
[0023] 在一个实施方案中，本发明提供例如与封装层结合在一起的腐蚀屏障的保护架 构。在某些方面中，该腐蚀屏障比单独的封装层更进一步降低水蒸汽穿透率（WVTR)。WVTR 是可以辅助量化封装层（多层）和/或腐蚀保护屏障的效果的一个参数。
[0024] 在某些方面中，本发明提供封装材料层连同腐蚀屏障以使微组装装置或植入物免 受腐蚀性的身体体液。该腐蚀屏障可以是低渗透材料，例如玻璃、例如薄金属膜的金属、陶 瓷、聚对二甲苯、硅酮、PET、PVC或它们的组合，该低渗透材料为植入物提供优于单独的封装 层的更进一步的保护。
[0025] 当使用以下详细描述和附随的图阅读时，这些方面和其它的方面、目的和实施方 案将变得更加明显。
[0026] 附图简要说明
[0027] 图1示出了本发明的微组装装置的一个实施方案；
[0028] 图2A至图2B示出了㈧本发明的微组装装置的分解图的一个实施方案；(B)本 发明的微组装装置的该一个实施方案的层；
[0029] 图3A至图3D示出㈧示出高密度多通道虚拟电阻芯片；(B)示出相应的聚对二甲 苯柔性板（paryleneflex)，该聚对二甲苯柔性板也设计成且制造成与虚拟电阻芯片集成； 对准之后，（C)示出通过导电环氧树脂涂刷技术，这种结构的电气连接被完成；和（D)示出 每个装置的总电阻测量为约40Ω。
[0030] 图4A至图4B示出了本发明的微组装装置的一个实施方案。
[0031]图5示出了在该结构中带有三个不同材料的接触面的微组装装置的一个实施方 案。
[0032] 图6A至图6D示出了本发明的微组装结构（scheme)中的某些接触面。
[0033] 图7A至图7C示出（A)示出列表数据；(B)示出在不具有SAP的聚对二甲苯基板 上的硅酮的一个方面；（C)示出在具有硅酮粘合促进剂（SAP)的聚对二甲苯基板上的硅酮。
[0034] 图8A至图8B示出㈧示出相应的聚对二甲苯装置；以及⑶示出作为测试样品 的聚对二甲苯装置集成在一起。
[0035] 图9A至图9B示出㈧示出在主动的浸泡测试下具有玻璃封装的包装的测试样品 的一个实施方案；(B)示出沿接触面具有作为主要失效的非常缓慢的底切的实施方案。
[0036] 图10示出了在盐水中的本发明的微组装装置的一个实施方案。
[0037] 图11A至图11B示出（A)示出电阻（y-轴）对天（X-轴）的曲线图，以及⑶示 出平均失效时间（MTTF)的表格。
[0038] 图12A至图12B示出㈧示出与1C芯片、线圈，和分立部件连接的视网膜植入物 的示意图；(B)示出到哺乳类动物的眼睛中的植入。
[0039] 图13A-J示出本发明的基板结构的制造工艺的一个实施方案；(A)示出在硅基板 上的聚对二甲苯-C层；(B)示出金属沉积和剥离；（C)示出第二聚对二甲苯沉积；(D)示出 作为掩模的金属；(E)示出用作构图的光刻胶；(F)示出已进行构图的光刻胶层；(G)示出 已进行构图的金属层；(H)示出光刻胶的移除；（I)示出两步电极开口；且（J)示出硅酮晶 片被释放。
[0040] 本发明详细描述
[0041] I.实施方案
[0042] 本发明的各方面涉及用作植入式医疗装置的微组装电子装置（多个装置）和/或 部件（多个部件）。在一些方面中，该电子装置密闭地密封在生物性相容外壳内。图1示出 了本发明的微组装装置100的一个实施方案。在某些方面中，该微组装装置100包括用于 固定装置110的基板。根据本发明，各种装置可以被封装。合适的装置包括但不限于集成 电路（1C)芯片、印刷电路板（PCB)、微机电系统（MEMS)、电容器、电感器、振荡器，或它们的 组合。待保护的装置可以是有线PCB或无线PCB、薄膜集成装置诸如此类的。如果该部件或 装置是无线的（例如，具有线圈），整个装置可以完全封装在封罩内。较小的电子部件可以 安装在印刷电路板上，这使植入物所需的空间量最小化。图1示出了装置，包括PCB105与 薄膜集成装置112的组合。
[0043] 微组装装置100包括腐蚀屏障120(在基板上方和在基板下方），并且固定至基板。 腐蚀屏障优选地由低渗透材料制成。合适的低渗透材料包括但不限于玻璃、金属、陶瓷、聚 对二甲苯，PET、PVC，或它们的组合。在某些优选的方面中，腐蚀屏障由玻璃或例如金属膜的 金属制成。基板可以具有包括用于安装电子部件和装置的凹部和/或袋形区（pocket)的 任何数量的设计。随着装置与部件的数量变化，凹部和袋形区的数量也将变化，凹部和袋形 区中的每一个可以具有不同的尺寸。在本发明的一些实施方案中，可能存在内部填充材料 以保护部件且提供冲击强度。
[0044] 在某些方面中，腐蚀屏障使用粘合剂固定至基板。例如，粘合剂可以是低渗透粘合 剂。合适的粘合剂包括但不限于环氧树脂、硅酮、聚酰亚胺或它们的组合。
[0045] 在某些实施方案中，本发明的微组装装置100任选地包括至少一个馈通部133、 165 (其以虚线示出以表示它们是任选的），该至少一个馈通部133、165布置在基板中以允 许至少一根输入线和/或至少一根输出线进入封装的微组装装置中。例如，如果装置是有 线的，电缆可以离开封装以进行外部连接。基板可以集成到该装置中或基板可以是单独的 部件。
[0046] 在某些方面中，微组装任选地包含或布置在该基板中的，或布置在微组装外壳的 底部中的至少一个气密馈通部133或气密馈通部165。在图1中示出的实施方案中，两个长 形的气密馈通部133、165布置在微组装100的孔中。这样的馈通部133、1