一种与宏电路高密度互连的柔性微电极阵列

1.本公开涉及脑机接口技术领域，具体涉及一种与宏电路高密度互连的柔性微电极阵列。


背景技术：

2.植入式多通道神经微电极是一种可通过手术植入大脑皮层或生物其他组织部位的神经接口器件。高通量电极可以同时监测多个大脑区域中许多单个神经元的电活动，有助于深入了解神经活动的基本原理和揭示神经系统的复杂功能。柔性电极是一种制备在柔性衬底上的神经接口器件，与硬质电极相比，其杨氏模量与生物组织更为接近，因此具有更好的生物相容性。
3.在高通量电极设计中，由于连接宏电路的焊盘受到焊接工艺、接口和芯片的焊盘设计限制，造成电极由前端位点到后端焊盘之间的尺寸放大，通常焊盘与电极点的面积比例在几十以上甚至更高。如果使用pcb作为电极和接口之间的转接件，那么焊盘区域和接口区域之间还要经历第二次面积放大。植入前端与封装后端尺寸之间的比例失衡问题会随着电极通道数提高而急剧增大。
4.为了提高电极的通量而不增加扇出体积，在硬质硅基电极中，密歇根电极早可以基于cmos工艺将记录电极和放大电路一体化集成化来实现高通量电极的高密度扇出。但柔性电极加工技术目前还难以兼容cmos工艺，因此高通量的柔性电极扇出是当前急需解决的关键问题。目前常见的一个方案是化整为零，即将上千个通道的柔性电极分成包含几十上百个通道的独立电极丝，将每根电极丝后端的尺寸控制在一个可接受的范围内，和商用接口/芯片进行封装后，再在另一个空间维度上进行堆叠。但实际上这种方法仅仅是将封装体积的增大在各个维度上变得更加均衡了，既没有改变体积增加的事实，也没有改变体积增加的速度。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种与宏电路高密度互连的柔性微电极阵列，旨在不增加微电极阵列体积的情况下，实现柔性微电极阵列与宏电路的超高密度互连。
6.本公开提供了一种与宏电路高密度互连的柔性微电极阵列，包括：宏电路焊盘阵列，包括：绝缘衬底和多个金属焊盘，多个金属焊盘位于绝缘衬底上且呈阵列分布；多个柔性电极，分别间隔设置于宏电路焊盘阵列上，其中，每个柔性电极包括：多个电极焊盘及与多个电极焊盘一一对应连接的多个电极走线，多个电极焊盘一一对应位于多个金属焊盘上。
7.进一步地，每个柔性电极还包括：柔性衬底。柔性衬底将多个电极焊盘及多个电极走线包覆其中，且暴露出多个电极焊盘的上表面。
8.进一步地，多个金属焊盘呈m行
×
n列排布，其中，m、n均为大于等于2的正整数，m与
n的取值相同或不同。
9.进一步地，多个柔性电极的数量为n。
10.进一步地，每个柔性电极中的一电极焊盘与该电极焊盘连接的电极走线构成一通道，每个柔性电极中的通道数量为m。
11.进一步地，多个电极焊盘中相邻两个电极焊盘之间的间距等于多个金属焊盘中相邻行中金属焊盘的行间距。
12.进一步地，多个柔性电极中相邻两个柔性电极的后端相互部分重叠。
13.进一步地，多个电极焊盘及所述多个电极走线均由导电材料构成。
14.本公开相对于现有技术至少具备以下有益效果：
15.(1)、本公开提供的一种与宏电路高密度互连的柔性微电极阵列，该柔性微电极阵列可将高通量电极高密度地与宏电路进行互连，极大地增加了扇出密度。
16.(2)、该柔性微电极阵列利用柔性电极的可弯折和极薄的特性，采用堆叠方案而几乎不会增加任何体积。
17.(3)、根据所参考接口或芯片的设计标准不同，柔性电极和宏电路焊盘阵列的设计都可以进行比例缩放，具有极大的可扩展性。
附图说明
18.为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
19.图1示意性示出了根据本公开一实施例的与宏电路高密度互连的柔性微电极阵列的结构示意图；
20.图2示意性示出了根据本公开一实施例的宏电路焊盘阵列的结构示意图；
21.图3示意性示出了根据本公开一实施例的单个柔性电极的结构示意图；
22.图4示意性示出了根据本公开一实施例的图3中b-b方向的横截面图；
23.图5示意性示出了根据本公开一实施例的图1中a-a方向的横截面图；
24.图6示意性示出了根据本公开一实施例的图5中c区域的局部放大图；
25.附图标记说明：
26.1-柔性电极、11-电极走线、12-电极焊盘、13-柔性衬底、2-宏电路焊盘阵列、21-绝缘衬底、22-金属焊盘、100-与宏电路高密度互连的柔性微电极阵列。
具体实施方式
27.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
28.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
29.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的
含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
30.基于上述技术问题，本公开提供的一种与宏电路高密度互连的柔性微电极阵列，该柔性微电极阵列以宏电路焊盘设计为基准，使其先呈高密度排列状态，然后通过设计柔性电极去配合焊盘设计，利用柔性电极可折叠的特性，使其后端在焊接时可部分重叠，由于柔性电极的超薄特性，并不会增加任何的体积，从而实现柔性微电极阵列与宏电路的超高密度互连。
31.图1示意性示出了根据本公开一实施例的与宏电路高密度互连的柔性微电极阵列示意图。
32.如图1所示，该与宏电路高密度互连的柔性微电极阵列100，包括：多个柔性电极1和宏电路焊盘阵列2，其中，多个柔性电极1分别间隔设置于宏电路焊盘阵列2上。
33.本公开的实施例中，如图2所示，宏电路焊盘阵列2包括：绝缘衬底21和多个金属焊盘22。其中，多个金属焊盘22位于绝缘衬底21上且呈阵列分布。
34.具体地，多个金属焊盘22可以为方形、矩形、圆形、椭圆形等几何形状，相邻间两个金属焊盘22均间隔设置。本公开的实施例中，多个金属焊盘22在绝缘衬底21上可以呈m行
×
n列排布，其中，m、n均为大于等于2的正整数，m与n的取值相同或不同。举例而言，当m与n相等时，如m＝n＝8时，此时多个金属焊盘22呈8行
×
8列排布，整体呈方形设置于绝缘衬底21，绝缘衬底21也可以为方形，以使多个金属焊盘22更为紧密的分布在绝缘衬底21上。同理，当m与n不等时，如m＝6，n＝7时，此时多个金属焊盘22呈6行
×
7列排布，整体呈矩形设置于绝缘衬底21，绝缘衬底21也可以为矩形。
35.需说明的是，多个金属焊盘22包括但不仅限于8行
×
8列、6行
×
7列排布于绝缘衬底21，其也还可以为5行
×
5列、4行
×
5列排布于绝缘衬底21上，绝缘衬底21的大小及形状根据其上面的多个金属焊盘22的数量及布局来确定，本公开的实施例对绝缘衬底21不做限定。
36.本公开的实施例中，绝缘衬底21由绝缘材料构成，例如其可以为pcb的板材，层厚范围为小于1mm，优选0.5mm、0.6mm等。多个金属焊盘22均由金属材料构成，可以为单质金属、金属复合材料等材料构成，本公开的实施例对绝缘衬底21、多个金属焊盘22的制备材料不做限定。
37.本公开的实施例中，如图1所示，多个柔性电极1分别间隔设置于宏电路焊盘阵列2上，其中，一柔性电极1对应的位于同一列的多个金属焊盘22上。
38.具体地，如图3所示，每个柔性电极1均包括：多个电极走线11、多个电极焊盘12及柔性衬底13。其中，多个电极焊盘12分别位于一列中的多个金属焊盘22上，即电极焊盘12与金属焊盘22一一对应，柔性衬底13将多个电极焊盘12及多个电极走线11包覆其中，且暴露出多个电极焊盘12的上表面。其中，多个电极走线11与多个金属焊盘22一一对应连接，即一个电极走线11与一个金属焊盘22连接。
39.本公开的实施例中，多个柔性电极1的数量与宏电路焊盘阵列2中的多个金属焊盘22分布的列数相等，即多个柔性电极1的数量为n个。每个柔性电极1中的电极走线11的数量与宏电路焊盘阵列2中的多个金属焊盘22分布的行数相等，即每个柔性电极1中的多个电极走线11的数量为m个，以使每个柔性电极1中的多个电极走线11与每列中的电极焊盘12一一
对应连接连接。
40.进一步地，每个电极走线11与其连接的金属焊盘22形成一个通道，即每个电极走线11中的通道数量为m个，如图1所示了具有8个通道的柔性电极1。
41.本公开的实施例中，多个电极焊盘中相邻两个电极焊盘22之间的间距优选与相邻行中金属焊盘22的行间距相同。
42.需说明的是，柔性电极1的通道数包括但不仅限于8个，其可根据实际应用需求进行设定，本公开的实施例对此不做限定。另外，柔性电极1的数量也包括但不仅限于8个，其可根据多个金属焊盘22分布的行数进行设定，数量为m，m可以取值2、3、4、5、....。
43.本公开的实施例中，多个电极走线11与多个电极焊盘12均为金属材料构成，其层厚优选100～200nm。举例而言，多个电极走线11与多个电极焊盘12可以由cr/auf等复合层材料构成，其层厚为120nm。
44.本公开的实施例中，柔性衬底13可以为柔性高分子聚合物材料构成，其层厚优选小于10μm。举例而言，柔性衬底13可以为聚酰亚胺(pi)，其层厚为3～4μm。
45.图4示意性示出了根据本公开一实施例的图3中b-b方向的横截面图，即单个柔性电极1后端的横截面图。由图4可以看出，柔性衬底13位于多个电极焊盘12上，且每个电极走线11分别间隔设置于柔性衬底13中，柔性衬底13起到隔离电极走线且避免电极走线11直接接触其他的电极焊盘12及位于电极焊盘12下方的金属焊盘22，保证每个电极走线有且仅与一个电极焊盘12连接。
46.图5示意性示出了根据本公开一实施例的图1中a-a方向的横截面图，即多个柔性电极1后端的横截面图。由图5可以看出，每个柔性电极1间隔设置于宏电路焊盘阵列2上，且相邻两个柔性电极1的后端部分重叠，如图6所示。由于柔性衬底13的设置，每个柔性电极1中的每个电极引线11与相邻的柔性电极1中的其他电极焊盘12非导电连接。
47.综上，本公开相对于现有技术至少具备以下有益效果：
48.(1)、本公开提供的一种与宏电路高密度互连的柔性微电极阵列，该柔性微电极阵列可将高通量电极高密度地与宏电路进行互连，极大地增加了扇出密度。
49.(2)、该柔性微电极阵列利用柔性电极的可弯折和极薄的特性，采用堆叠方案而几乎不会增加任何体积。
50.(3)、根据所参考接口或芯片的设计标准不同，柔性电极和宏电路焊盘阵列的设计都可以进行比例缩放，具有极大的可扩展性。
51.尽管已经在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本公开，但是这样的图示和描述应认为是说明性的或示例性的而非限制性的。
52.本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种范围组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
53.尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。