馈通件组件、其前体、植入式医疗设备及导电盘制造技术

本实用新型专利技术涉及馈通件组件或其前体，以及包括该馈通件组件的植入式医疗设备。馈通组件(1)：包括陶瓷体(2)，具有第一侧(3)和第二侧(4)；导电元件(5)，在所述第一侧(3)和所述第二侧(4)之间延伸穿过所述陶瓷体(2)；导电盘(6)，电连接到所述导电元件(5)。导电盘(6)包括多层布置，多层布置包括：粘结层(7)，包括选自由Ti、Zr、Nb和V组成的组的一种或多种元素，所述粘结层与导电元件的端部和陶瓷体的第一或第二侧接触；和(i)直接设置在所述粘结层上的扩散阻挡层(8)和(ii)设置在所述扩散阻挡层上的一个或多个密封层(9、9a、9b)中的至少一者，扩散阻挡层包括选自由Nb、Ta、W、Mo组成的组的一种或多种元素及其氮化物；所述扩散阻挡层与粘结层相比具有不同的成分。相比具有不同的成分。相比具有不同的成分。

【技术实现步骤摘要】
馈通件组件、其前体、植入式医疗设备及导电盘


[0001]本公开涉及包括互连盘的馈通件及其制造方法。特别地，本公开涉及包括紧密间隔开的所述馈通件的植入式医疗设备。

技术介绍

[0002]包括金属和陶瓷部件的组件用于广泛应用中。陶瓷
‑
金属组件已经发现特别用于馈通件(feedthrough)中，在馈通件中，需要一个或多个电导体来穿过陶瓷绝缘体以提供从陶瓷绝缘体的一个表面到陶瓷绝缘体的另一表面的一个或多个导电连接。此类布置被广泛地用于例如航空航天、运输、通信和功率管(例如X射线、射频)和医疗应用中。本公开不限于任何一种应用。
[0003]电子生物医学植入物正越来越多地用于诊断、预防和治疗疾病以及其他医学状况。植入式电子设备在批准用于临床使用之前必须符合安全标准；例如，需要将此类植入设备容纳在气密包装中，该气密包装结合有用于在所容纳的电子设备和环境之间进行信号传输的电馈通件。通过气密地封装电子活性部件，保护人体或动物体免受常规电子部件的毒性，并且还保护设备免受身体的相对恶劣环境的影响，否则该环境可能导致设备过早失效。此类植入式设备(特别是那些与人神经系统或人体中的器官(诸如耳蜗或视网膜)交界的设备)需要在微型馈通件的小的有限空间中的多重电引线。陶瓷材料(诸如氧化铝)或金属(诸如钛)在包括起搏器和耳蜗植入物的设备中的仿生馈通件方面具有悠久的成功历史。生物相容性陶瓷
‑
金属馈通件系统由于其化学惰性(例如生物相容性)和寿命(例如生物稳定性)而可以被认为是用于此类设备的材料的最可靠选择。<br/>[0004]电子生物医学植入物在与人神经系统相互作用中的应用变得越来越复杂，特别是在神经假体中，其中高分辨率刺激或记录阵列位于周围神经附近或大脑中。需要密集包装的电馈通件，以将输入/输出(I/O)信号传到这些植入设备或从这些植入设备传出。对于某些疗法，期望增加馈通件中的电导体(该电导体在馈通件的领域中有很多名称，包括：引线、路径、引脚、导线和过孔)的数量，以增加I/O信号的总数以满足这些关键应用的需求。
[0005]由于不期望在人体或动物体中植入大型设备(包括大型馈通件)，因此提供密集包装的电馈通件的挑战受到了减小馈通件整体大小的尺寸限制。特别地，还期望减少植入手术的侵入性和/或用于目标疗法的设备的放置的性质，诸如在视网膜植入物中，其中应用的性质仅需要那些适当地小的设备。当设备设计既需要大量的导体(即，大引脚数)又需要小尺寸的馈通件时，常规的馈通件制造技术是不适当的并且不再可行。现有技术对于馈通件内导体的间距具有限制，这限制了增加馈通件中导体的密度的能力。因此，直到现在，必须选择制造更大的馈通件，从而增加包括该馈通件的整个设备的大小，以适应更高的导体的密度，或选择减小导体的密度，从而限制I/O信号的数量以支持更小尺寸的馈通件，这两种都没有满足工业需求。
[0006]在共烧结期间，针对气密性，通常依赖施加到嵌入在馈通件的陶瓷基体中的导体上的压缩力。导体和陶瓷体之间的界面可能缺乏关键及高性能应用中合适的馈通件所需求
的气密性要求。
[0007]当有源植入物被小型化以减少侵入性手术的创伤，导体之间的引脚到引脚的距离也减小了。当引脚到引脚的距离很小时，就不可能通过金钎焊来组装馈通件。因此，许多研究人员提出了制造金属馈通件的替代方法。在此类情况下，陶瓷直接收缩到导体中，粘结可能不如传统的金钎焊一样强，这可能会由于表面处滑移而导致气密性的缺失。现有技术的方法使用陶瓷和金属粉末通过丝网印刷或在生陶瓷中填充孔以在馈通件中创建导体路径，然后将整个主体进行共烧以获得烧结的馈通件。在此类方法中，陶瓷
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金属复合材料(CMC)浆料中的金属陶瓷粉末与陶瓷过孔的壁紧密粘结，并赋予良好的气密性。复合材料中的金属粉末烧结，以为馈通件赋予导电路径。然而，与传统馈通件中的实心引脚不同，它们不具有高的质量密度和导电性。为了减少信号传输的电阻损耗(这会带来更长的电池寿命)，在电馈通件中期望高导电率。共烧路线的另一个问题是，基于CMS 的过孔形式溢出叠层生带之间的图案，或甚至可能渗入陶瓷绝缘件中，并可能导致相邻导体的短路。在烧结期间，陶瓷在固态金属导体周围收缩，且压缩力将陶瓷机械地粘结到导体。在此类方法中，固态金属导体具有期望的低电阻率(～1.1x10
‑8Ωm)。然而，与陶瓷金属复合法以及传统的金钎焊法不同，导体和绝缘体之间没有化学粘结或金属粘结，可能损害接合的气密性。因此，需要增加用于此类馈通件的气密可靠性。当前的公开解决了该问题。
[0008]共同未决的申请PCT/EP2019/060196提供了一种包括更高密度的导体的馈通件。由于提供了更高的导体密度，可能损害馈通件的气密性，这对于一些关键应用(诸如本文所述的应用)可能是不够的。更高的导体密度可能会导致与导体相邻的微裂纹，这导致气密性降低，并从而导致馈通件针对性能标准是不足的。
[0009]可以使用常规质量控制测试来监测馈通件的气密性和性能，如果检测到气密性或性能下降，则移除馈通件。为了避免任何不必要的并发症，诸如重复手术，期望生产一种馈通件设备，该馈通件设备更可靠地提供改善的气密性和整体性能。
[0010]植入式陶瓷馈通件的生物相容性由陶瓷材料的化学惰性提供。然而，馈通件中的导体通常暴露在不导电的化学惰性陶瓷体的外部，以便能够进行其他电连接，例如作为馈通件上的导线粘结部位。专利技术人发现，馈通件的这些区域以及导体与主体之间的界面特别容易泄漏。因此，馈通件是要求气密的高性能植入式设备最常见的故障点之一。本公开的非排他目的是提供一种生物相容且生物稳定的气密馈通件，特别是高密度馈通件。本公开的非排他目的也是对于更小尺寸、高密度和气密馈通件而满足所要求的包装需求。

技术实现思路

[0011]在本公开的第一方面，提供了一种馈通件组件或其前体(1)，其包括：
[0012]陶瓷体(2)，其具有第一侧(3)和第二侧(4)；
[0013]导电元件(5)，其在所述第一侧(3)和所述第二侧(4)之间延伸穿过所述陶瓷体(2)；
[0014]电连接到所述导电元件(5)的导电盘(6)；
[0015]其中，所述导电盘(6)包括多层布置，该多层布置包括：
[0016](i)粘结层(7)，其包括选自由Ti、Zr、Nb和V组成的组的一种或多种元素，所述粘结层与导电元件的端部以及陶瓷体的第一侧或第二侧粘结接触；以及
[0017](ii)设置在所述粘结层上的扩散阻挡层(8)，其包括选自由Nb、Ta、 W、Mo组成的组的一种或多种元素及其氮化物，与粘结层相比，所述扩散阻挡层具有不同的成分；和/或
[0018](iii)一个或多个密封层(9、9a、9b)，其设置在所述粘结层或所述扩散阻挡层上。
[0019]在一个实施例中，一个或多个(或两个或更多个)密封层各自具有与粘结层或扩散阻挡层相比不同的成分。在另一个实施例中，多层布置内的相邻层彼此具有不同的成分。在另一实施例中，导电盘的每层具有不同的成分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种馈通件组件(1)，其特征在于，包括：陶瓷体(2)，其具有第一侧(3)和第二侧(4)；导电元件(5)，其在所述第一侧(3)和所述第二侧(4)之间延伸穿过所述陶瓷体(2)；导电盘(6)，其电连接到所述导电元件(5)；其中，所述导电盘(6)包括多层布置，所述多层布置包括：(i)金属粘结层(7)，所述金属粘结层与所述导电元件的端部以及所述陶瓷体的所述第一侧或第二侧粘结接触；以及(ii)以下中的至少一者：扩散阻挡层(8)，其覆盖在所述金属粘结层(7)上；以及一个或多个密封层(9、9a、9b)，其设置在所述金属粘结层或所述扩散阻挡层上。2.根据权利要求1所述的馈通件组件，其中所述导电盘具有在0.06μm与25.0μm之间的厚度。3.根据权利要求1所述的馈通件组件，其中所述导电盘的粗糙度(R
max
)小于1.0μm。4.根据权利要求1所述的馈通件组件，其中所述导电盘的孔隙率小于2.0％v/v。5.根据权利要求1所述的馈通件组件，其中所述导电元件是实心金属导线或引脚。6.根据权利要求1所述的馈通件组件，其中所述多层布置包括设置在所述金属粘结层上的所述扩散阻挡层(8)以及设置在所述扩散阻挡层上的一个或多个密封层(9、9a、9b)。7.根据权利要求1所述的馈通件组件，其中所述金属粘结层(7)的厚度处于0.01μm至10μm的范围中。8.根据权利要求1所述的馈通件组件，其中所述金属粘结层包括在与所述陶瓷体的界面处的反应粘结层，所述反应粘结层具有在10nm与1μm之间的厚度。9.根据权利要求1所述的馈通件组件，其中所述扩散阻挡层(8)的厚度处于0.05μm至10μm的范围中。10.根据权利要求1所述的馈通件组件，其中所述一个或多个密封层(9、9a、9b)的厚度处于0.1μm至100μm的范围中。11.根据权利要求1所述的馈通件组件，其中所述一个或多个密封层的厚度在所述扩散阻挡层和金属粘结层的结合厚度的1.5与100倍之间。12.根据权利要求1所述的馈通件组件，其中所述金属粘结层粘结到粘结区域，所述粘结区域包围所述导电元件的所述端部，并从所述导电元件的所述端部的周边、在所述陶瓷体的相邻层上方周向延伸，使得所述金属粘结层的周边与所述导电元件的所述周边之间的最小距离为至少1.0μm。13.根据权利要求1所述的馈通件组件，包括多个导电元件(5)。14.根据权利要求1所述的馈通件组件，其中所述导电元件具有在10μm与100μm之间的直径。15.根据权利要求1所述的馈通件组件，其中相邻导电盘之间的距离处于5μm至400μm的范围中。16.根据权利要求13所述的馈通件组件，其中所述导电元件(5)在所述陶瓷体(2)的平面横截面上的密度超过每100,000μm
2 1个导体。17.根据权利要求1所述的馈通件组件，其中所述馈通件包括至少四个等间距的导电元
件的阵列。18.根据权利要求1所述的馈通件组件，其中所述导电元件(5)在所述第一侧(3)和所述第二侧(4)之间与所述陶瓷体(2)无钎焊接触，形成无钎焊界面(12a)。19.根据权利要求1所述的馈通件组件，其中所述导电元件(5)在所述第一侧(3)和所述第二侧(4)之间钎焊到所述陶瓷体(2)，形成钎焊界面(12b)。20.根据权利要求1所述的馈通件组件，还包括电连接到所述导电元件(5)的第二导电盘(6a)，其中所述第二导电盘(6a)通过所述金属粘结层(7)粘结到所述陶瓷体(2)的相对面。21.一种植入式医疗设备，其特征在于，包括根据权利要求1
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20中任一项所述的馈通件组件(1)。22.一种馈通件组件的前体(1)，其特征在于，包括：陶瓷体(2)，其具有第一侧(3)和第二侧(4)；导电元件(5)，其在所述第一侧(3)和所述第二侧(4)之间延伸穿过所述陶瓷体(2)；导电盘(6)，其电连接到所述导电元件(5)；其中，所述导电盘(6)包括多层布置，所述多层布置包括：(i)金属粘结层(7)，所述金属粘结层与所述导电元件的端部以及所述陶瓷体的所述第一侧或第二侧粘结接触；以及(ii)以下中的至少一者：扩散阻挡层(8)，其覆盖在所述金属粘结层(7)上；以及一个或多个密封层(9、9a、9b)，其设置在所述金属粘结层或所述扩散阻挡层上。23.根据权利要求22所述的馈通件组件的前体，其中所述导电盘具有在0.06μm与25.0μm之间的厚度。24.根据权利要求22所述的馈通件组件的前体，其中所述导电盘的粗糙度(R
max
)小于1.0μm。25.根据权利要求22所述的馈通件组件的前体，其中所述导电盘的孔隙率小于2.0％v/v。26.根据权利要求22所述的馈通件组件的前体，其中所述导电元件是实心金属导线或引脚。27.根据权利要求22...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：摩根先进陶瓷有限公司，
类型：新型
国别省市：