硅微针结构及制造方法技术

本申请提供了一种硅微针结构及制造方法，其中，硅微针结构具有从衬底(100)的主表面(102)突出的一个或多个微针(104)。微针具有在直立表面(108)和对应于(111)晶体平面的倾斜表面(110)之间的交接处形成的穿透尖端(106)。微针具有由直立表面(108)和倾斜表面(110)的连续所界定的扩展部分，以及由直立表面和切平面(112)的连续所界定的恒定截面部分，其中切平面(112)从倾斜表面(110)的边缘(114)朝向并垂直于衬底的主表面(102)延伸。倾斜表面(110)的宽度W从穿透尖端(106)到边缘(114)单调地增加。加。加。

【技术实现步骤摘要】
硅微针结构及制造方法


[0001]本专利技术涉及微针，尤其涉及硅微针结构和相应的制造方法。

技术介绍

[0002]对于微针的广泛应用已有很多兴趣。作为空心金属针的替代品，空心微针有潜力提供广泛的优点，包括以下中的一个或多个：无痛或减少疼痛的穿透、增强安全性、可靠的皮内药物递送、更好控制的递送深度、减少弯曲和钝化、以及对于害怕针的患者降低针可视性。
[0003]由于硅的生物相容性和与MEMS中使用的技术类似的开发良好的、可扩展的制造技术的可用性，硅已被提出作为微针的材料。然而，许多提出的硅微针设计由于难以实现微针而未能实现商业成功，这种微针足够锋利以穿透皮肤，同时足够坚固以最小化插入期间的破裂风险。
[0004]纳诺帕斯技术有限公司(以色列)开发了一种特别有效的空心硅微针结构，并且可通过商品名商业地获得。该微针形成有垂直于衬底表面的直立壁、以及对应于与这些壁相交的(111)晶体平面的倾斜表面，从而从锐利的穿透尖端延伸到该衬底表面。该结构限定了从侧面观察时的大致三角形的微针形状，其提供了锐利的穿透尖端和坚固的针体的高效地有利的组合，该针体高效地抵抗断裂。这种针的示例示出在SEM图像，如图5所再现。

技术实现思路

[0005]本专利技术是一种硅微针结构和相应的制造方法。
[0006]根据本专利技术实施例的教导，提供了一种由单晶硅形成的微针结构，该微针结构包括：(a)具有主表面的衬底；(b)至少一个微针，所述至少一个微针与所述衬底一体地形成，以从所述主表面突出，所述至少一个微针包括：(i)在垂直于所述衬底的所述主表面的至少一个直立表面与对应于(111)晶体平面的倾斜表面之间的交接处形成的穿透尖端，(ii)由所述至少一个直立表面和所述倾斜表面的连续所界定的扩展部分，以及(iii)由所述至少一个直立表面和切平面的连续所界定的恒定截面部分，所述切平面从所述倾斜表面的边缘朝向并垂直于所述衬底的所述主表面延伸，其中所述倾斜表面的宽度从所述穿透尖端到所述边缘单调地增加。
[0007]根据本专利技术的实施例的另一特征，所述恒定截面部分从所述衬底的所述主表面延伸所述穿透尖端的高度的至少五分之一。
[0008]根据本专利技术的实施例的另一特征，所述穿透尖端距所述衬底的所述主表面的高度与邻接于所述主表面的所述微针的最大尺寸的比率至少为1.6。
[0009]根据本专利技术的实施例的另一特征，所述穿透尖端距所述衬底的所述主表面的高度与邻接于所述主表面的所述微针的最大尺寸的比率至少为1.7。
[0010]根据本专利技术的实施例的另一特征，所述穿透尖端距所述衬底的所述主表面的高度
为至少750微米，并且其中平行且邻接于所述主表面的所述微针的最大尺寸不大于500微米。
[0011]根据本专利技术的实施例的另一特征，所述穿透尖端距所述衬底的所述主表面的高度为至少800微米，并且其中平行且邻接于所述主表面的所述微针的最大尺寸不大于450微米。
[0012]根据本专利技术实施例的另一特征，通过所述微针的所述恒定截面部分并平行于所述衬底的所述主表面所截取的横截面具有垂直于所述切平面的长度尺寸和平行于所述切平面的宽度，所述长度比所述宽度大至少50％。
[0013]根据本专利技术实施例的另一特征，邻接于所述穿透尖端的所述至少一个直立表面包括第一平坦表面和第二平坦表面，所述第一平坦表面和所述第二平坦表面通过弧形表面平滑地连接，所述第一平坦表面和所述第二平坦表面对称地布置在穿过所述微针的中心平面的相对侧上，并且在所述第一平坦表面和所述第二平坦表面之间形成45度至75度之间的角度。
[0014]根据本专利技术实施例的另一特征，所述弧形表面具有10微米至40微米之间的曲率半径。
[0015]根据本专利技术实施例的另一特征，所述至少一个直立表面还包括对称地布置在所述中心平面的相对侧上的第三平坦表面和第四平坦表面，所述第三平坦表面和所述第四平坦表面之间形成5度至25度之间的角度。
[0016]根据本专利技术的实施例的另一特征，还提供了孔，所述孔从所述倾斜表面延伸穿过所述扩展部分、穿过所述恒定截面部分、以及穿过所述衬底，延伸至所述衬底的后表面。
[0017]根据本专利技术实施例的另一特征，所述切平面是所述衬底的边缘。
[0018]根据本专利技术实施例的另一特征，所述至少一个微针被实现为与所述衬底一体地形成的多个微针，所述多个微针具有共面的切平面。
[0019]根据本专利技术的实施例的教导，还提供了一种用于制造微针结构的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供由单晶硅形成的微针装置前体，所述微针装置前体包括：(i)具有主表面的衬底，(ii)至少一个微针，所述至少一个微针与所述衬底一体地形成，以从所述主表面突出，所述至少一个微针包括：(A)在垂直于所述衬底的所述主表面的至少一个直立表面与对应于(111)晶体平面的倾斜表面之间的交接处形成的穿透尖端，以及(B)由所述至少一个直立表面和所述倾斜表面的连续所界定的扩展部分，所述倾斜表面延伸到所述衬底的所述主表面；以及(b)沿着切平面对所述微针装置前体进行切片，所述切平面垂直于所述衬底的所述主表面，并穿过所述微针的所述倾斜表面以及穿过所述衬底的至少一部分，以产生由所述至少一个直立表面和所述切平面的连续所界定的恒定截面部分，所述恒定截面部分从所述倾斜表面的边缘向所述衬底的所述主表面延伸。
[0020]根据本专利技术实施例的另一特征，执行所述切片，使得所述恒定截面部分从所述衬底的所述主表面延伸所述穿透尖端的高度的至少五分之一。
[0021]根据本专利技术的实施例的另一特征，执行切片，执行所述切片，使得所述穿透尖端距所述衬底的所述主表面的高度与邻接于所述主表面的所述微针的最大尺寸的比率至少为1.6。
[0022]根据本专利技术的实施例的另一特征，执行所述切片，使得所述穿透尖端距所述衬底
的所述主表面的高度与邻接于所述主表面的所述微针的最大尺寸的比率至少为1.7。
[0023]根据本专利技术实施例的另一特征，所述切片作为用于将所述衬底分离成多个芯片的切块工艺的一部分而执行，所述多个芯片各自包含微针结构。
[0024]根据本专利技术的实施例的另一特征，所述切片通过选自以下的工艺或工艺组合而执行：机械切割；激光切割；等离子切割；以及DRIE。
附图说明
[0025]在此仅以示例的方式参照附图描述本专利技术，其中：
[0026]图1A是根据本专利技术实施例的教导的微针结构、构造和操作的等距视图；
[0027]图1B、1D和1E分别是图1A的微针结构的侧视图、前视图和俯视图；
[0028]图1C是沿图1A的平面I
‑
I截取的剖视图；
[0029]图1F是沿图1D的平面II
‑
II截取的剖视图；
[0030]图2A和2B是类似于图1A和图1B的视图，分别为微针结构的变型实施方式；
[0031]图3是采用图1A的微针结构的微针适配器的示意性纵向轴向剖视图；
[0032]图4A示意性地示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.由单晶硅形成的微针结构，所述微针结构包括：(a)具有主表面的衬底；(b)至少一个微针，所述至少一个微针与所述衬底一体地形成，以从所述主表面突出，所述至少一个微针包括：(i)在垂直于所述衬底的所述主表面的至少一个直立表面与对应于(111)晶体平面的倾斜表面之间的交接处形成的穿透尖端,(ii)由所述至少一个直立表面和所述倾斜表面的连续所界定的扩展部分，以及(iii)由所述至少一个直立表面和切平面的连续所界定的恒定截面部分，所述切平面从所述倾斜表面的边缘朝向并垂直于所述衬底的所述主表面延伸。其中，所述倾斜表面的宽度从所述穿透尖端到所述边缘单调地增加。2.根据权利要求1所述的微针结构，其中所述恒定截面部分从所述衬底的所述主表面延伸所述穿透尖端的高度的至少五分之一。3.根据权利要求1所述的微针结构，其中，所述穿透尖端距所述衬底的所述主表面的高度与邻接于所述主表面的所述微针的最大尺寸的比率至少为1.6。4.根据权利要求1所述的微针结构，其中，所述穿透尖端距所述衬底的所述主表面的高度与邻接于所述主表面的所述微针的最大尺寸的比率至少为1.7。5.根据权利要求1所述的微针结构，其中，所述穿透尖端距所述衬底的所述主表面的高度为至少750微米，并且其中平行且邻接于所述主表面的所述微针的最大尺寸不大于500微米。6.根据权利要求1所述的微针结构，其中，所述穿透尖端距所述衬底的所述主表面的高度为至少800微米，并且其中平行且邻接于所述主表面的所述微针的最大尺寸不大于450微米。7.根据权利要求1所述的微针结构，其中，通过所述微针的所述恒定截面部分并平行于所述衬底的所述主表面所截取的横截面具有垂直于所述切平面的长度和平行于所述切平面的宽度，所述长度比所述宽度大至少50％。8.根据权利要求1所述的微针结构，其中，邻接于所述穿透尖端的所述至少一个直立表面包括第一平坦表面和第二平坦表面，所述第一平坦表面和所述第二平坦表面通过弧形表面平滑地连接，所述第一平坦表面和所述第二平坦表面对称地布置在穿过所述微针的中心平面的相对侧上，并且在所述第一平坦表面和所述第二平坦表面之间形成45度至75度之间的角度。9.根据权利要求8所述的微针结构，其中，所述弧形表面具有10微米至40微米之间的曲率半径。10.根据权利要求8所述的微针结构，其中，所述至少一个直立表面还包括对称...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖尔，
申请(专利权)人：纳诺帕斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：