用于植入物电子器件的多层包装方案的制作方法
【专利说明】用于植入物电子器件的多层包装方案
[0001]相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年9月17日提交的美国临时专利申请第61/878,983号的优先 权，出于所有的目的，该专利的内容据此通过引用以其整体并入本文。
[0003] 发明背景
[0004] MEMS技术在生物化学领域中已被越来越多地用于神经假体植入（参见， M.M.Mojarradi等人的IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering，第11 卷，第38-43页（2003) ;C.Pang等人的 "A new multi-site probe array with monolithically integrated parylene flexible cable for neural prostheses"，在Digest Tech.Papers EMBS'〇5Conference中，2〇〇6年 1 月 12_18日，第7114_ 7117页）。然而，这些器件将必须耐受苛刻的且腐蚀性的体液(参见，W.Li等人的ECS学报，第 11卷，第1-6页(2008))。因此，需要生物稳定且类似密闭的包装来保护植入物。
[0005] 假体植入物必须克服的最大挑战之一是集成电路(1C)芯片的可靠包装，使得生物 器件可承受腐蚀性的体液。本领域中所需要的是具有高密度多通道1C芯片、分立部件（电容 器(caps)、电感器和振荡器）以及用高密度刺激电极阵列包装的线圈（功率和数据线圈）的 完整的无线视网膜植入物。为了实现长的使用寿命，也需要的视网膜植入物在哺乳动物体 内的合适包装。本发明满足这些及其他需求。
[0006] 发明简述
[0007] 本发明提供了一种用于腐蚀屏障的薄膜-(金属)-薄膜夹层结构的新保护方案。该 夹层结构是柔性的复合材料。有利的是，腐蚀屏障具有低的水蒸气传递速率(WVTR)并且保 存柔性，这些对器件例如视网膜植入物是重要的特征。
[0008] 如此，在一个实施方案中，本发明提供了一种封装的微包装器件，所述微包装器件 包括：
[0009] 用于固定器件的基底；
[0010] 粘至所述基底的腐蚀屏障，其中所述腐蚀屏障包括第一薄膜层、涂覆所述第一薄 膜层的金属膜以及第二薄膜层以提供夹层；以及任选的至少一个馈通件，所述馈通件布置 在所述基底中以允许至少一个输入线路和/或至少一个输出线路进入到所述微包装器件 中，其中所述微包装器件由所述腐蚀屏障封装。
[0011] 在另一个实施方案中，本发明提供了一种用于制备微包装器件的方法，所述方法 包括：
[0012] 提供用于固定所述器件的基底；
[0013] 使所述器件涂覆有第一薄膜层，以在所述器件上提供第一薄膜层；
[0014] 将周围金属膜沉积在所述第一薄膜层上以产生金属涂层;和
[0015] 使所述金属涂层涂覆有第二薄膜层以提供封装的微包装器件。
[0016] 在某些方面，本发明提供了 一种使用聚对二甲苯-金属-聚对二甲苯柔性复合材料 的微包装结构。所述包装适用于有源部件和无源部件二者，包括放大器芯片、分立部件以及 导电芯片。在某些情况下，微包装结构被专门设计以集成小的放大器芯片。有利的是，微包 装结构延长了微包装部件的使用寿命。
[0017] 当参考详细描述和后面的附图阅读时，这些及其他方面、目标和优势将变得更加 明显。
[0018] 附图简述
[0019] 图1示出本发明的微包装器件的一个实施方案。
[0020] 图2A-D示出(A)在金属沉积之前以一定角度被保持的器件；（B)在金属沉积期间以 一定角度被保持的器件；（C)示出在金属沉积之前在翻转后以一定角度被保持的器件；以及 (D)示出在金属沉积期间在翻转后以一定角度被保持的器件。
[0021 ]图3A-G示出本发明的基底结构的制造工艺的一个实施方案；（A)示出在硅基底上 的聚对二甲苯-C层；（B)示出被用作牺牲层的光致抗蚀剂；（C)示出第一聚对二甲苯沉积； (D)示出金属沉积和剥离；（D)示出第二聚对二甲苯沉积；（E)示出等离子体蚀刻步骤；以及 (G)示出硅晶片被释放。
[0022]图4A-B(A)示出在释放牺牲光致抗蚀剂之后通过刮刀打开的聚对二甲苯凹穴 (pocket) ;(B)其中晶片切割胶带作为固定基底，所述凹穴变得容易打开。
[0023] 图5A_D(A)示出芯片被插入并对齐;施加导电环氧树脂以实现连接；（B)示出可以 实现10M1的对准精确度；（C)示出导电环氧树脂滴的尺寸为200μπι的直径；以及(D)示出信号 通过示波器来监控。
[0024] 图6Α-Β(Α)示出通过分立部件构建的串联RLC电路的顶部；（Β)示出谐振频率通过 由阻抗分析仪来测量谐振频率。
[0025] 图7Α-Β(Α)示出被比较的芯片的尺寸差异；（Β)示出用仅浸泡在高温盐溶液中的40 μπι聚对二甲苯-C涂覆的样品的线路电阻对时间。
[0026] 图8示出用于虚拟导电芯片(dummy conduction chip)的活性浸泡测试的测量设 置。电源、万用表和浸泡在盐水中的虚拟导电芯片被串联地布置。门被打开以示出内部设 置。
[0027]图9A-B(A)示出在夹层保护之后，器件仍然是高度柔性的；（B)示出器件在涂覆有 厚的娃酮之后变得不可弯曲；厚度需要大于5_。
[0028]图10A-D示出了被比较的4个器件。（A)示出未使用保护；（B)示出使用40μπι的聚对 二甲苯-C层作为保护；（C)示出涂覆聚对二甲苯-C涂覆的生物相容性硅酮；以及(D)示出本 发明的聚对二甲苯-C-金属-聚对二甲苯C结构。
[0029] 图11A-D示出所观察的失败模式。（Α)示出在聚对二甲苯器件上的气泡泡沫和腐 蚀；（Β)示出夹置金属的腐蚀；（C)示出在虚拟芯片上的金属迹线的层离(delamination);以 及(D)示出导电环氧树脂的腐蚀。
[0030] 图12A-C (A-B)示出与IC芯片、线圈和分立部件连接的视网膜植入物的示意性表 示；（C)示出至哺乳动物眼睛中的植入。
[0031] 本发明的详细描述
[0032] I.实施方案
[0033] 本发明的各方面涉及一种供使用的微包装电子器件和/或部件以及制造用于植入 式医疗器械的微包装器件的方法。在一些方面，所述电子器件被密闭地密封在生物相容性 外壳内。
[0034] 图1示出本发明的微包装器件100的一个实施方案。在某些方面，微包装器件100包 括用于固定器件110的基底。各种各样的器件可以根据本发明来包装。合适的器件包括，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。待保护的器件可以为有线的或无线的PCB、薄膜集成器件等。如果部件或 器件为无线的（例如，具有线圈），则整个器件可以被完全地封装在封闭件(enclosure)中。 小型电子部件可以安装在印刷电路板上，其最小化植入物所必要的空间的量。在一个实施 方案中，图1示出包括PCB105和薄膜集成器件112的组合的器件。部件可以为无源部件或有 源部件。本领域的技术人员将认识到，可以使用多种部件。
[0035] 微包装器件100包括腐蚀屏障或具有至少3个部件的夹层。腐蚀屏障依据使器件涂 覆有第一薄膜层109而制成以在器件上提供第一薄膜层。第一薄膜层由选自聚对二甲苯、聚 酰亚胺、特氟隆或卡普顿的组的材料制成。在优选的实施方案中，第一薄膜层为聚对二甲 苯。
[0036] 如图1所示，在第一薄膜层109成层于器件上之后，在第一薄膜层109上沉积周围金 属膜115以产生金属涂层。金属膜115为生物相容性金属。金属膜115选自Au、Ag、Pt、Pd、T0P 合金的组。优选地，金属层为Au、Ag或Pt。
[0037] 微包装器件包括在金属涂层115上的第二薄膜层118。优选地，在金属涂层115上的 层118为第二薄膜层。第二薄膜层118由选自聚对二甲苯、聚酰亚胺、特氟隆或卡普顿的材料 制成。优选地，第二薄膜层由聚对二甲苯制成。
[0038] 在某些方面，本发明提供了一种微包装器件，该微包装器件为封装的微包装器件。 在优选的方面，腐蚀屏障具有聚对二甲苯-金属-聚对二甲苯夹层结构。腐蚀屏障是可靠的 (使用期长的)且柔性的。
[0039] 基底可以具有许多设计，包括凹进部和/