一种热剥离辅助可延展柔性神经电极接口集成工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种热剥离辅助可延展柔性神经电极接口集成工艺，首次利用热剥离胶带实现聚合物衬底蛇形结构电极与弹性硅胶基底集成后，接口仍然可以通过各向异性导电胶带与柔性软排线热压集成，热压后可根据实际需要方便地通过加热移除热剥离胶带。克服了现有技术中，在电极焊盘刷涂导电焊料或直接使用连接器夹住焊盘区域，所带来的电极接口集成耗时和可靠性不足的问题。本发明专利技术集成工艺操作简便、热压成熟、可靠性高，尤其适用于弹性硅胶基底集成高通道数聚合物衬底电极，保证电极同时具备可延展性和保形贴附特性。

【技术实现步骤摘要】
一种热剥离辅助可延展柔性神经电极接口集成工艺
本专利技术属于生物医学工程
，具体涉及一种神经电极接口集成工艺。
技术介绍
通过柔性微电极技术从动物或人体大脑、神经、肌肉等组织采集电生理信号，已成为近年来神经接口迅速发展的重要方向。考虑到柔软组织的机械匹配和变形问题，单一柔性聚合物薄膜材料已无法满足需要，将低杨氏模量弹性材料应用于柔性神经电极已成为重要发展趋势之一。面对这类新型电极，现有研究往往在电极焊盘刷涂导电焊料或直接使用连接器夹住焊盘区域，所带来的弹性硅胶基底电极接口集成耗时和可靠性不足的问题。各向异性导电胶(ACF)热压是一种可用于聚合物薄膜衬底电极接口集成的快速便捷工艺方法，然而，电极接口区域弹性基底在热压过程中，由于挤压变形吸收压缩能量，难以在表面贴附的ACF胶带内导电粒子上产生足够压力使其破裂形成单向导通，同时，弹性基底上电极接口金属焊盘容易在热压变形时发生破裂失效。2018年，瑞士苏黎世联邦理工学院K.Tybrandt等人在期刊AdvancedMaterials,2018,30(15):1706520撰文“High-densitystretchableelectrodegridsforchronicneuralrecording”，报道了由镀金的二氧化钛纳米线嵌在弹性PDMS中构成可延展脑皮层记录柔性神经电极，电极接口直接使用PCB电路板上的连接器夹住接口焊盘区域实现连通。这种方法由于要依靠连接器与PDMS弹性基底上焊盘区域导电材料直接接触，容易产生相对挤压和摩擦，多次反复夹入连接器，焊盘存在机械变形和破损风险。2020年，该研究团队AlineF.Renz等人在期刊Advancedhealthcarematerials,2020,9(17):2000814撰文“Opto-E-Dura:ASoft,StretchableECoGArrayforMultimodal,MultiscaleNeuroscience”，报道了弹性PDMS结合环状电极点的可延展柔性神经电极，形成有利于双光子钙成像的光学透明特性，电极接口改用模板印刷的导电银浆连接至PCB电路板对应焊盘位置，随后用环氧树脂胶水固定。这种模板刷涂导电银浆操作要求较高，存在对准费时费力，结合强度不高，且连接时银浆容易受压扩散，导致相邻焊盘串通。2020年，美国亚利桑那州立大学O.Graudejus等人在期刊JournalofNeuralEngineering,2020,17(5):056023撰文“Asoftandstretchablebilayerelectrodearraywithindependentfunctionallayersforthenextgenerationofbrainmachineinterfaces”，报道了基于弹性PDMS采用双层布线，可贴附于猫大面积皮层的可延展柔性神经电极，电极接口弹性焊盘区域夹在两片带有零插入力夹子的定制PCB电路板中间，同时导电银浆被用来提高电极焊盘和PCB电路板焊盘之间的连接可靠性，并且依靠5颗尼龙螺丝进一步夹紧固定两片PCB电路板。同样地，这种方法也存在机械挤压和与刚性PCB电路板发生相对拉扯，导致金属焊盘(铬/金/铬)出现破损的风险。2020年，瑞士洛桑联邦理工学院G.Schiavone等人在期刊AdvancedMaterials,2020,32(17):1906512撰文“Soft,ImplantableBioelectronicInterfacesforTranslationalResearch”，报道了一种脊髓硬膜外基于弹性PDMS的可延展柔性电刺激神经电极，电极接口采用细丝导线逐根对齐到电极焊盘位置并通过导电银浆进行涂覆连接，操作耗时且精度不高，难以扩展应用于小间距焊盘、高通道数量的电极接口集成。综上所述，虽然基于弹性基底的可延展柔性神经电极近年来受到广泛关注，并已成为下一代神经接口的发展趋势，但其接口集成问题却严重影响了集成效率，可靠性和集成密度。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种热剥离辅助可延展柔性神经电极接口集成工艺，首次利用热剥离胶带实现聚合物衬底蛇形结构电极与弹性硅胶基底集成后，接口仍然可以通过各向异性导电胶带与柔性软排线热压集成，热压后可根据实际需要方便地通过加热移除热剥离胶带。克服了现有技术中，在电极焊盘刷涂导电焊料或直接使用连接器夹住焊盘区域，所带来的电极接口集成耗时和可靠性不足的问题。本专利技术集成工艺操作简便、热压成熟、可靠性高，尤其适用于弹性硅胶基底集成高通道数聚合物衬底电极，保证电极同时具备可延展性和保形贴附特性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：所述可延展柔性神经电极结构包括柔性软排线、各向异性导电胶带、聚合物衬底蛇形结构电极、热剥离胶带、硅橡胶粘合剂和弹性硅胶基底；一种热剥离辅助可延展柔性神经电极接口集成工艺，包括如下步骤：步骤1：聚合物衬底蛇形结构电极从硅片释放后，利用水溶性胶带粘附聚合物衬底蛇形结构电极脱离硅片，聚合物衬底蛇形结构电极点方向向上；步骤2：将面积大于聚合物衬底蛇形结构电极焊盘区域的长方形热剥离胶带，贴附在聚合物衬底蛇形结构电极焊盘区域背面，覆盖聚合物衬底蛇形结构电极焊盘区域；步骤3：在玻璃片上旋涂一层弹性硅胶作为基底，待弹性硅胶固化后在弹性硅胶表面刷涂一层粘性硅橡胶粘合剂；步骤4：将聚合物衬底蛇形结构电极焊盘区域背面通过粘性硅橡胶粘合剂贴附至步骤3得到的弹性硅胶基底；步骤5：用水浸泡粘附在聚合物衬底蛇形结构电极上的水溶性胶带，待完全溶解后去除水溶性胶带；步骤6：切割移除聚合物衬底蛇形结构电极焊盘区域背面热剥离胶带表面的弹性硅胶；步骤7：将未切除部分的弹性硅胶基底贴附在固定于载玻片的铁氟龙胶带上；步骤8：通过各向异性导电胶带将柔性软排线和聚合物衬底蛇形结构电极焊盘热压在一起。进一步地，所述聚合物衬底蛇形结构电极包括聚合物衬底和导电金属层；所述聚合物衬底材料为聚酰亚胺、聚对二甲苯、环氧SU-8树脂和聚对苯二甲酸乙二醇酯之一；所述导电金属层材料为金或铂或铱。进一步地，所述热剥离胶带由厚度100微米的聚对苯二甲酸乙二醇酯基材和厚度50微米的发泡面胶层构成，剥离温度为90-150℃，加热到剥离温度3-5分钟，粘性自动消失。进一步地，所述弹性硅胶基底材料为聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、铂催化硅橡胶Ecoflex和Dragonskin之一，厚度为几十微米至几百微米。进一步地，所述用水浸泡粘附在聚合物衬底蛇形结构电极上的水溶性胶带时水温为40～80摄氏度。进一步地，所述用水浸泡粘附在聚合物衬底蛇形结构电极上的水溶性胶带时水温为70摄氏度。进一步地，所述在玻璃片上旋涂一层弹性硅胶作为基底时的弹性硅胶厚度为50～500微米。进一步地，所述热压时参数设置压力1.8MPa，温度240摄氏度，时长18秒。本专利技术的有益效果如下：现有可延展柔性神经电极接口集成工艺，在电极焊盘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热剥离辅助可延展柔性神经电极接口集成工艺，所述可延展柔性神经电极结构包括柔性软排线、各向异性导电胶带、聚合物衬底蛇形结构电极、热剥离胶带、硅橡胶粘合剂和弹性硅胶基底；其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：聚合物衬底蛇形结构电极从硅片释放后，利用水溶性胶带粘附聚合物衬底蛇形结构电极脱离硅片，聚合物衬底蛇形结构电极点方向向上；/n步骤2：将面积大于聚合物衬底蛇形结构电极焊盘区域的长方形热剥离胶带，贴附在聚合物衬底蛇形结构电极焊盘区域背面，覆盖聚合物衬底蛇形结构电极焊盘区域；/n步骤3：在玻璃片上旋涂一层弹性硅胶作为基底，待弹性硅胶固化后在弹性硅胶表面刷涂一层粘性硅橡胶粘合剂；/n步骤4：将聚合物衬底蛇形结构电极焊盘区域背面通过粘性硅橡胶粘合剂贴附至步骤3得到的弹性硅胶基底；/n步骤5：用水浸泡粘附在聚合物衬底蛇形结构电极上的水溶性胶带，待完全溶解后去除水溶性胶带；/n步骤6：切割移除聚合物衬底蛇形结构电极焊盘区域背面热剥离胶带表面的弹性硅胶；/n步骤7：将未切除部分的弹性硅胶基底贴附在固定于载玻片的铁氟龙胶带上；/n步骤8：通过各向异性导电胶带将柔性软排线和聚合物衬底蛇形结构电极焊盘热压在一起。/n...

【技术特征摘要】
1.一种热剥离辅助可延展柔性神经电极接口集成工艺，所述可延展柔性神经电极结构包括柔性软排线、各向异性导电胶带、聚合物衬底蛇形结构电极、热剥离胶带、硅橡胶粘合剂和弹性硅胶基底；其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：聚合物衬底蛇形结构电极从硅片释放后，利用水溶性胶带粘附聚合物衬底蛇形结构电极脱离硅片，聚合物衬底蛇形结构电极点方向向上；
步骤2：将面积大于聚合物衬底蛇形结构电极焊盘区域的长方形热剥离胶带，贴附在聚合物衬底蛇形结构电极焊盘区域背面，覆盖聚合物衬底蛇形结构电极焊盘区域；
步骤3：在玻璃片上旋涂一层弹性硅胶作为基底，待弹性硅胶固化后在弹性硅胶表面刷涂一层粘性硅橡胶粘合剂；
步骤4：将聚合物衬底蛇形结构电极焊盘区域背面通过粘性硅橡胶粘合剂贴附至步骤3得到的弹性硅胶基底；
步骤5：用水浸泡粘附在聚合物衬底蛇形结构电极上的水溶性胶带，待完全溶解后去除水溶性胶带；
步骤6：切割移除聚合物衬底蛇形结构电极焊盘区域背面热剥离胶带表面的弹性硅胶；
步骤7：将未切除部分的弹性硅胶基底贴附在固定于载玻片的铁氟龙胶带上；
步骤8：通过各向异性导电胶带将柔性软排线和聚合物衬底蛇形结构电极焊盘热压在一起。


2.根据权利要求1所述的一种热剥离辅助可延展柔性神经电极接口集成工艺，其特征在于，所述聚合物衬底蛇形结构电极包括聚合物衬底和导电金属层；所述聚合物衬底材料为聚酰亚胺、聚对二甲苯、环氧SU-8树脂和...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉博文，周宇昊，常洪龙，冯慧成，熊俊彦，张凯，陶凯，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61