本发明专利技术提供一种基于金丝球焊法的光刺激神经电极器件及其制备方法，包括：一、制作图形化底层聚酰亚胺绝缘层并开方形孔；二、制作中间电路层；三、制作图形化顶层聚酰亚胺绝缘层，在相同位置开方形孔和圆形孔；四、将微型LED裸芯片放置在两层聚酰亚胺方形孔内，在微型LED裸芯片四周涂抹瞬干胶；五、金丝球焊法连接微型LED裸芯片与金电路层；六、涂抹环氧树脂胶实现封装；七、腐蚀牺牲层，完成电极释放。本发明专利技术极主要目的是为微型LED裸芯片供电，LED发光对特定基因转染的实验动物进行光刺激；工艺简单，LED布置灵活，可根据不同刺激区域制备不同样式的器件，为植入式医疗设备开发和神经科学研究提供了一种新型工具。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种生物医学工程
的微电极，具体地，涉及。
技术介绍
近年来，光遗传学(Optogenetics)作为一个新兴学科，受到国内外研究人员的广泛关注。光遗传学融合了光学和遗传学技术，精准控制特定细胞在空间和时间上的活动，其时间精度可达到厘秒，空间精度可达到单一细胞大小，为神经回路和某些神经系统疾病的发病机制和干预治疗等基础研究提供了一个崭新的生物工程学工具。光遗传学所用到的光刺激器件目前可分为两类，一类是基于光纤实现的局部光刺激，光源为激光二极管或激光器；另一类是基于发光二极管(LED)阵列实现的平面光刺激，也可以增加透镜或光波导使光聚焦。在刺激并采集大脑皮层区域的神经元信号方面，采用微米级尺寸的LED裸芯片可以达到良好的刺激效果，比传统微电刺激有更高的时间和空间分辨率。经对现有技术的检索发现，Onoe H , Nakai A , Iwase E等人在Journal ofMicromechanics&Microengineering ,2009 ,19(7):1717-1721 撰文 “Temperature-controlled transfer and self-wiring for mult1-color light-emitting d1dearrays”，文中将5 X 5个240微米X 240微米X 75微米的商用LED裸芯片，采用温度控制转移和焊锡回流自对准方法转移到柔性基酰亚胺基底上，LED转移过程中使用了低熔点焊锡(LMPS)、聚乙二醇(PEG)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)，利用它们在不同温度下的粘合力大小不同实现了LED的转移和通电。这种方法虽然可以同时转移多个LED，但是LED的间距布置由制造商提供的黏性层上的LED间距决定，不能按照实际位置需要决定LED在柔性基底上的布置，缺少灵活性。Hung C,Ling G，Mohanty S K等人在IEEE transact1ns on b1-medicalengineering，2012,60( 1): 225-229撰文 “An IntegratedyLED Optrode for OptogeneticStimulat1n and Electrical Recording”，文中将一个 1000微米 X 600微米 X 200微米的商用LED裸芯片的阴、阳极焊盘分别用导电环氧树脂胶粘到硅探针尖端的两个对应的金焊盘上，再用聚二甲基硅氧烷(PDMS)封装LED和探针的接触部分。这种连接方式虽然也可以点亮LED，但这种方法只适合于尺寸较大的LED，因为尺寸较小的LED阴、阳极焊盘距离非常近，使用导电胶粘对应焊盘时，容易使胶连在一起，导致LED阴、阳极导通，无法正常工作。Schwaerzle M,Elmlinger P,Paul 0等人在Micro Electro Mechanical Systems(MEMS) ,201528th IEEE Internat1nal Conference on.IEEE，2015:162-165撰写“Miniaturized 3 X 3optical fiber array for optogenetics with integrated 460nmlight sources and flexible electrical interconnect1n，，，文中米用倒装芯片焊接技术，将3 X 3个220微米X 270微米X 50微米的商用LED裸芯片用倒装芯片焊接器操作，使LED焊盘朝下逐个超声热压在基片对应焊盘位置。这种方法对设备、工艺和对位精度要求很高，成本高且操作麻烦。综上所述，目前报道的LED连接方法在布置灵活性、尺寸适用性和操作成本等方面都存在一定缺陷和局限性。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供，用金丝将微型LED裸芯片连接到柔性基底金属层焊盘上，以达到点亮LED进行光刺激的目的。根据本专利技术的一方面，提供一种基于金丝球焊法的光刺激神经电极器件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤:第一步、在沉积金属牺牲层的硅片上，旋涂一层光敏型聚酰亚胺，经过前烘、曝光、显影和固化，制作得到图形化的底层聚酰亚胺绝缘层，上面开有若干个方形孔；第二步、溅射一层钛或铬，和溅射一层金，再电镀增加金层厚度，旋涂正性光刻胶，经过前烘、光刻、显影和后烘，采用离子束刻蚀或湿法刻蚀的办法，得到图形化的中间电路层；第三步、在第二步的中间电路层上，采用与第一步相同的操作，制作得到图形化的顶层聚酰亚胺绝缘层，在与底层聚酰亚胺绝缘层相同开孔位置处，开有一样形状和数量的方形孔，并且开有和方形孔数量相同的若干组圆形孔，露出电路层作为金焊盘;底层聚酰亚胺绝缘层、中间金电路层和顶层聚酰亚胺绝缘层构成了电极的主体结构；第四步、将单个微型LED裸芯片放置在方形孔内，使微型LED裸芯片上有阴、阳极焊盘的一面朝上，再将无色透明的耐高温瞬干胶涂抹在微型LED裸芯片四周，保证微型LED裸芯片牢靠固定在电极上，其余微型LED裸芯片均同样如此操作；第五步、在金丝球焊机上使用金丝连接微型LED裸芯片阴、阳极焊盘和对应的顶层聚酰亚胺绝缘层圆形孔下方的金焊盘，其余微型LED裸芯片均同样如此操作；第六步、在微型LED裸芯片、中间电路层的金焊盘和金丝上方涂抹环氧树脂胶，实现封装，保证电极释放后，微型LED裸芯片不会掉落且金丝牢固可靠，其余微型LED裸芯片均同样如此操作；第七步、腐蚀牺牲层，完成电极释放。优选地，第一步和第三步中，所述的底层聚酰亚胺绝缘层和顶层聚酰亚胺绝缘层固化后厚度分别为2?25微米，可根据实际需要制作不同厚度的绝缘层。优选地，第一步和第三步中，所述的光刻聚酰亚胺得到的方形孔的长度和宽度尺寸根据所使用的微型LED裸芯片尺寸确定，保证微型LED裸芯片安放在方形孔位上不会移位;微型LED裸芯片的底面和金属牺牲层接触，且微型LED裸芯片和四周的聚酰亚胺之间有一定间隙;根据实际刺激需要，方形孔可按照两侧对称排布，等间距阵列式排布或其他形式排布。优选地，第二步中，所述的中间电路层溅射的钛或铬的厚度为10?50纳米、金的厚度为100?300纳米，电镀金的厚度为1?2微米；电镀的目的是为了保证金丝球焊时第二焊点和金焊盘更牢靠的焊接;或在溅射钛和金后，只电镀金电路层金焊盘区域。优选地，第三步中，为保证后续金丝球焊时，金丝和顶层聚酰亚胺绝缘层圆孔下方的金焊盘的结合性与可靠性，用等离子体清理金焊盘表面。更优选地，所述的等离子体选用氧气、氮气、氩气，或者混合的氩气和氧气。优选地，第四步中:所述的微型LED裸芯片选用成熟的商用产品或通过微加工技术制造；所述的耐高温瞬干胶可承受金丝球焊机热台温度(比如100°C)。优选地，第四步中，所述的瞬干胶涂抹在微型LED裸芯片四周边缘时，瞬干胶渗透到LED和聚酰亚胺的间隙，以提高粘接强当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于金丝球焊法的光刺激神经电极器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：第一步、在沉积金属牺牲层的硅片上，旋涂一层光敏型聚酰亚胺，经过前烘、曝光、显影和固化，制作得到图形化的底层聚酰亚胺绝缘层，底层聚酰亚胺绝缘层上面开有若干个方形孔；第二步、溅射一层钛或铬和一层金，再电镀增加金层厚度，旋涂正性光刻胶，经过前烘、光刻、显影和后烘，采用离子束刻蚀或湿法刻蚀，得到图形化的中间电路层；第三步、在第二步的中间电路层上，采用与第一步相同的操作，制作得到图形化的顶层聚酰亚胺绝缘层，在与底层聚酰亚胺绝缘层相同开孔位置处，开有一样形状和数量的方形孔，并且开有和方形孔数量相同的若干组圆形孔，露出中间电路层作为金焊盘；底层聚酰亚胺绝缘层、中间电路层和顶层聚酰亚胺绝缘层构成电极器件的主体结构；第四步、将单个微型LED裸芯片放置在一方形孔内，使微型LED裸芯片上有阴、阳极焊盘的一面朝上，再将耐高温瞬干胶涂抹在微型LED裸芯片四周，保证微型LED裸芯片牢靠固定在电极上，其余微型LED裸芯片均同样如此操作；第五步、在金丝球焊机上使用金丝连接微型LED裸芯片阴、阳极焊盘和对应的顶层聚酰亚胺绝缘层圆形孔下方的金焊盘，其余微型LED裸芯片均同样如此操作；第六步、在微型LED裸芯片、中间电路层的金焊盘和金丝上方涂抹环氧树脂胶，实现封装，保证电极释放后，微型LED裸芯片不会掉落且金丝牢固可靠，其余微型LED裸芯片均同样如此操作；第七步、腐蚀金属牺牲层，完成电极释放。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘景全，吉博文，康晓洋，王明浩，杨斌，陈翔，杨春生，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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