JP5207986B2 - 生体組織細胞または神経に対して接触または電気刺激を行うフレキシブル多層システムを備えた装置 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔技術分野〕
本発明は、一般的に、生体組織または神経に接触する役割を果たすシステムに関する。本発明は、少なくとも１つの接触点を有する回路基板によって、生体組織細胞または神経に対して接触または電気刺激を行うための装置に関する。

〔背景技術〕
上記接触点は、回路基板を有する多層システムを備えたインプラントと電気的に接触するためのものである。上記回路基板では、フレキシブル回路基板における少なくとも１つの導体パッドが、当該回路基板内に確実に固定されており、導体トラック材におけるガルバーニ電気増加によって、導体パッドが機械的に強化される。

たとえばヒトの目の網膜またはヒトの内耳のためのインプラントなどの、生体組織を刺激するためのインプラント形状の装置が知られている。一般に、そのようなインプラントは、多数の刺激電極を備えている。当該刺激電極を介して電気刺激パルスが周りの組織または細胞に送られ神経を刺激することにより、それらの機能を回復または改善させる。

従来のインプラントは、システムにおいて不可欠な部分であることが多く、たとえば身体機能、血圧、血糖値、または体温の電気計測などの診断目的とする電装品または電気部品を備えている。そのようなシステムは、グルコースセンサ、超音波センサ、画像記録または音波記録のための構成部品、および、特に、作用主体を目的とした部品をさらに含んでいてもよい。そのようなシステムでは、たとえば電気刺激、細動除去、音波放出、または超音波放出などの作用を目的とした構成部品を含む刺激システムが重要である。一般に、そのようなシステムは回路基板という形で基板を備えており、当該基板上に電気部品が配置される。当該基板は、たとえば神経組織および筋肉組織などの生体組織、または、血液などの体液と、直接的または間接的に接触する電気接触点を有している。

電装品または電子部品の寸法をできるだけ小さく抑えるために、セラミック基板に加えて、たとえばポリイミドやパリレンなどのプラスチックでできたフレキシブルプリント回路基板も、ますます採用されている。そのようなフレキシブルプリント回路基板は、マイクロチップ製造のために確立された処理方法を用いることにより、非常に微細な寸法で構成できるようになっている。導体トラックにおける層の厚さは数ナノメートルから数百ナノメートルであり、導体トラックの幅は、たとえば、数ミクロメータである。

一般に、そのようなフレキシブル回路基板は、たとえばポリイミド、パリレンまたは他のプラスチックからできた１つ以上の絶縁層から構成されている。絶縁体、またはフレキシブル半導体を含み、これらの上に、導体トラック、接触領域、または必要に応じて、複数の導体トラックプレーンの間に貫通接続が固定される。導体トラックが電気接触するために、対応する接触点または導体パッドを備える。回路基板上の電気部品を刺激システムにおける外部部品に接続するために、上記接触点または導体パッドを介して、たとえば導線および／またはモジュールなどが接着される。

しかしながら、これらフレキシブル回路基板では、微細な導体トラックは特にそれらの接触点において機械的に非常に繊細であるため、結果として、接触点と導体トラックとの電気接触が欠損される可能性があるという問題がある。これら接触点または導体パッドにおけるさらなる問題は、インプラント用の非常に微細なフレキシブル回路基板内の固定部材にある。一般に、導体トラックは数ナノメータから数百ナノメータまでの厚さを有しており、絶縁層は、数ミクロメータの厚さを有している。この点で、接触点が導体トラック内に不十分に機械固定されてしまっていることが重大である。具体的にいうと、製造、組立、またはインプラント用回路基板の処理段階における機械的負荷の結果として、導体パッドは、機械圧縮力、張力、剪断力、曲げ応力、拡張、超音波振動などが原因でフレキシブル回路基板から容易に緩んでしまう。

〔発明の開示〕
したがって、本発明の目的は、回路基板上の導体トラックにおける接触点を介する電気接触に関して改良された特性を有する、インプラント用回路基板を提供することにある。

本目的は、請求項１に記載の特徴を有する発明に係る装置によって実現される。本発明のさらなる好適な進展は、従属請求項のそれぞれに明示されている。

本発明の１つの態様によると、上述の目的は、生体組織細胞または神経に対する接触および／または電気刺激のための装置によって実現される。当該装置は、少なくとも１つの電気的絶縁体層を備える回路基板を有している。当該材料層上には、少なくとも１つの導体トラックを有する導体トラック層が配置されている。導体トラックにおける電気接触のために、少なくとも１つの接触点を備える。導体トラック上方に、少なくともさらに付加材料層が配置され、当該付加材料層を介して接触点が延伸する。このように、導体トラックは、接触点を介して、回路基板の外側から上記材料層まで電気的に接続可能となる。

本発明のさらなる態様によると、上述の目的は、生体組織細胞または神経に対する接触および／または電気刺激のための装置についての多層システムという形で、回路基板を製造するための方法における種々の手段によって実現される。当該方法は、
・第１絶縁体層を生成するステップと、
・上記第１絶縁体層上に導体トラックを生成するステップと、
・第２絶縁体層を生成するステップと、
・第２絶縁体層内に少なくとも１つのウィンドウを生成するステップと、
・上記第２絶縁体層内の上記ウィンドウを導電材料で満たし、上記導体トラックとの電気接触を示す接触点を生成するステップと、
・上記第２絶縁体層上に付加絶縁体層を生成するステップと、
・上記付加絶縁体層内に少なくとも１つのウィンドウを生成し、上記付加材料層内のウィンドウは上記第２絶縁体層内の上記ウィンドウよりも側面の寸法が小さいことを示すように生成するステップと、
・上記付加絶縁体層内の上記ウィンドウを導電材料で満たし、上記接触点との電気接触を示す導体パッドを生成するステップと、
を含む。

したがって、本発明に係る方法では、インプラントの導体トラック用の接触点、たとえば刺激電極は、１つ以上の付加材料層によって強化される。これに関して、ガルバーニ電気的に強化された層は、たとえばガルバーニ電気処理によって、既に前処理された接触点上に生成される。また、金属に対するガルバーニ電気の印加に加え、１つ以上の材料層を加えるために他の相応する処理、たとえばスパッタリングなどが採用されてもよい。導体トラックにおいて既に構成された接触点上に、１つ以上の付加材料層を続けて加えることにより、これらは回路基板内により安定して機械的に統合される。これにより、それらの層の機能の信頼性が向上する。すなわち、接触点がより確実に接触し、電気接触がより効果的に維持され、かつ、刺激電極において接触点がより効果的に固定される。

本発明の好ましい実施形態によると、インプラント用フレキシブル回路基板は、複数の絶縁体で構成されており、導体トラックはそれらの間、底面、または、表面上に配置されている。ここで、導体トラックは、絶縁体の表面層をさらに加える前に、接触点範囲において機械的に強化される。回路基板において１つ以上の機械的に強化された層の適用は、たとえばガルバーニ電気処理、スパッタリング、または他の適切な処理などによって成立する。あるいは、さらに、金属製の適切な導体パッドを、接触点に固定することもできる。この固定は、導電接着剤による接着、はんだ付け、溶接、超音波接合、熱圧着、プレシング、またはクリッピングによって行われることが好ましい。

インプラント使用に適したフレキシブル回路基板の微細構造の製造は、一般的に、シリコンウェハから半導体を製造するために既に確立されているリソグラフィー処理を用いて実施される。

この方法によって、電気刺激により強化され、確実に固定された導体パッドは、フレキシブル回路基板内に陽性固定によって生成することができる。上記導体パッドは、生体組織細胞または神経に対する接触、あるいは電気刺激のためのフレキシブル多層システムを有する装置において使用可能である。当該導体パッドは、フレキシブル多層システムにおける回路基板の上部、および／または下部に、任意に嵌合されてもよい。導体パッドの代わりに、または導体パッドとともに、生体組織または神経に対する電気刺激用電極もまたフレキシブル回路基板内に配置されていてもよい。フレキシブル回路基板の絶縁体層を通る貫通接続を介して、導体パッドまたは接触点から多層システムの内部の金属導体トラックまでの電気接触を生成することができる。

インプラントに使用する本発明に係る回路基板を製造するための方法において、さらなる特徴は、一方では、導体パッドまたは接触点における機械的強化を達成するために電気的な製造処理が採用されている点、および、これら電気的に強化された接触点が内部電気メッキ層によって回路基板内に確実に固定されている点である。これは、上記導体パッドにおける内部電気メッキ層の側面寸法が、導体パッドにおける外部電気メッキ層の側面寸法よりも大きいため、外側から作用する機械力に対して十分に機械的に固定することが可能であることを意味する。回路基板内の導体パッドのこの十分な機械的固定は、たとえば超音波接合、導電接着、熱圧着、フリップチップボンディング、および他の電気相互接続処理などの実施に先立つ、機械的相互接続技術のための重要な前提条件である。

インプラント用回路基板内の導体パッドの十分な機械的固定は、フレキシブル回路基板上の機械的に堅牢な電極の製造のための前提条件でもある。これは、たとえば神経機能代替において非常に重要である。そのような電極は、特に、電気刺激を目的とし、たとえば、網膜移植、蝸牛移植、脳幹刺激物、深部脳刺激、脊髄刺激物、または他の刺激物として使用される。一方で、上述の方法によって、導出電極が実現される可能性もある。当該方法は、たとえば、生物学的または化学的システムの電気抵抗または神経作用の電気生理学的な測定に用いられてもよい。

本発明に係る好ましい実施形態および本発明の利点のさらなる詳細は、添付の図面を参照して記載する以下の説明から明らかになるだろう。
図１は、本発明の第１の好ましい実施形態に係る、生体組織細胞または神経に対する接触または電気刺激のための装置において使用されるプリント回路基板の構造を示す配置図である。
図２ａは、本発明の第２の好ましい実施形態に係る、生体組織細胞または神経に対する接触または電気刺激のための装置において使用されるプリント回路基板の構造を示す配置図である。
図２ｂは、図２ａに示された発明に係るプリント回路基板の実施形態を示す部分配置図である。
図３ａは、本発明の第３の好ましい実施形態に係る、生体組織細胞または神経に対する接触または電気刺激のための装置において使用されるプリント回路基板の構造を示す配置図である。
図３ｂは、図３ａに示された発明に係るプリント回路基板の実施形態を示す部分配置図である。

〔発明を実施するための最良の形態〕
図１は、本発明の第１の好ましい実施形態に係る、生体組織細胞または神経に対する接触または電気刺激のための装置において使用されるプリント回路基板Ｌの構造を示す配置図である。

図１に示されたプリント回路基板Ｌは、たとえばポリイミド、パリレン、または他の絶縁体などの、電気的絶縁体からできた３つの層１、２、および３を備える。これら絶縁層１、２、および３上に、下位導体トラック４および上位導体トラック５が形成される。導体トラック４および５は、対応する導体トラックプレーン内にそれぞれ位置している。このため、導体トラック４の導体トラックプレーンは絶縁体層１と絶縁体層２との間に位置している。さらに、導体トラック５の導体トラックプレーンは絶縁体層２と絶縁体層３との間に位置している。図１に示された発明に係るプリント回路基板の実施形態において、導体トラック４および５は、導体トラックプレーンの間の貫通接続６を介して互いに電気的に接続されている。

上位導体トラック５は、上位導体トラック５の導体トラックプレーンからプリント回路基板Ｌの外縁に延伸する接触領域または導体パッド７をさらに備えている。導体トラックが電気接触できるように、接触点７を備える。プリント回路基板Ｌ上の電気部品とシステムの追加的な電気部品とを接続するために、接触点７に外部導線が接着される。電極８は接触点７上にも加えることができる。導体トラック４および５は、たとえばチタン、銅、金、銀、プラチナ、導電性プラスチック、または他の導電性材料から構成されていてもよい。本発明に係るプリント回路基板Ｌは、たとえば半導体モジュールの製造で知られている微細構造を生成するための処理によって製造することができる。そのような処理によって、非常に微細な寸法のプリント回路基板Ｌを実現することができる。これにより、導体トラック４および５の層の厚さが数ナノメートルから数百ナノメートルに、また、絶縁体層１、２、および３の厚さが数マイクロメートルになることもある。

機械的により安定し、機能的により信頼性があるプリント回路基板Ｌの接触点７または電極パッド８の配置において上述の目的を実現するために、本発明によると、導体トラック５における接触点７は、１つ以上の付加材料層９によって連続的に強化される。図１に示された本発明に係るプリント回路基板Ｌに係る第１の実施形態において、電気的絶縁体でできた層９は、プリント回路基板Ｌの接触点７上に配置される。導体トラック５における接触点７上に１つ以上の付加材料層９を配置することにより、接触点７はプリント回路基板Ｌ内により安定して固定される。これにより、より確実に接触可能である。

接触点７上には、付加材料層９を介して延伸する導電材料でできた導体パッド８が配置されている。当該パッドを介して、外側から接触点７に接触できる。これは、スパッタリング、ガルバーニ電気増加、導電接着剤による接着、はんだ付け、溶接、超音波接合、熱圧着、プレシング、またはクリッピングによって行われることが好ましい。上位導体トラック５を含む導体トラックプレーンの材料層３上に、複数の付加材料層９が配置されてもよい。つづいて、導電材料でできた導体パッド８は、全ての付加材料層９を介して接触点７から延伸するように形成される。これにより、導体トラックの外側から接触点７に電気的に接触することができる。このようにして、ガルバーニ電気的に強化され確実に固定された導体パッド８、または同等の電極が、プリント回路基板Ｌの上面および底面の両方に固定される。これにより、各接触点７を介して、プリント回路基板Ｌの内部の金属導体トラック４および５と電気的に接続が可能となる。

図２ａは、本発明の第２の好ましい実施形態に係るプリント回路基板Ｌの構造を示す配置図であって、接触点７および８がプリント回路基板Ｌの上面に形成されていることを示す。図２ｂは、図２ａに示した本発明に係るプリント回路基板Ｌの実施形態を示す部分配置図である。再びここに示した本発明に係るプリント回路基板Ｌの実施形態では、３つの絶縁体層２、３および９、ならびに、導電性の導体トラック４および１０を有する２つの導体トラック層を備える。下位導体トラック４は、絶縁体層２と３との間に位置している。一方、上位導体トラック１０は絶縁体層３と９との間に配置されている。

下位導体トラック４は、貫通接続６によって電気的に接続されており、下位導体トラック４は、接触点７に取り付けられている。接触点７上には導体パッドまたは電極パッド８が配置されている。貫通接続６、接触点７、および導体パッド８は、電気メッキ層状に構成されている。すなわち、それらはガルバーニ電気処理によってガルバニック金属被膜として生成されたものである。上位導体トラック１０の上に、付加絶縁層９が配置されている。付加絶縁層９は接触点７の上にあり、導体パッド８を内蔵している。したがって、ガルバーニ電気処理を用いることにより、接触点７または導体パッド８の強化が実現される。さらに、絶縁体層３の逆側にある上部導体トラック層上に付加材料層９を加えることによって、プリント回路基板Ｌの上面にある接触点７を確実に固定することができる。

導体パッド８は、接触点７から付加材料層９の上縁まで、または、上縁を越えて延伸する。これにより、プリント回路基板Ｌの外側から導体トラック４に電気的に接続することができる。結果的に、接触点は下部７および上部８を備えており、下部７の側面寸法は、上部８の側面寸法よりも大きい。このようにして、接触点７および８は、プリント回路基板Ｌにより確実に固定されており、フレキシブルプリント回路基板Ｌに対して垂直に掛かる機械的変形および／または張力の影響を受けにくい。

図３ａは、本発明の第３の好ましい実施形態に係るプリント回路基板Ｌの構造を示す配置図であり、接触点７および８はプリント回路基板Ｌの底面上に形成されていることを示す。図３ｂは、図３ａに示した本発明に係るプリント回路基板Ｌの実施形態を示す部分配置図である。ここに示された、本発明に係るプリント回路基板Ｌの実施形態は、一部、図２ａおよび２ｂに示した実施形態の構造と同様の構造を有する。

図３ａおよび３ｂに示した本発明に係るプリント回路基板Ｌの実施形態は、底面上にある接触点７および８を示す。また、３つの絶縁体層２、３および９、ならびに、導電性の導体トラック４および５を有する導体トラック層を備える。上位導体トラック４は絶縁体層２と３との間に位置し、下位導体トラック５は絶縁体層３と９との間に配置される。

上位導体トラック４は、接触点７を介して電気的に接続されており、下位導体トラック５は、導体パッド８を介して電気的に接続されている。接触点７および導体パッド８は、ガルバーニ電気処理によって再び生成される。下位導体トラック５の下に、付加絶縁体層９が配置されている。付加絶縁体層９は、接触点７の下にあり、導体パッド８を包含する。導体パッド８は、接触点７から付加材料層９の下縁まで、または当該下縁を超えて延伸する。これにより、プリント回路基板Ｌの外側から導体トラック４に電気的に接続可能となる。このように、接触点は、第２部分８よりも側面寸法が大きい第１部分７から構成されている。結果的に、プリント回路基板Ｌ内に確実に固定される。

本発明の第１の好ましい実施形態に係る、生体組織細胞または神経に対する接触または電気刺激のための装置において使用されるプリント回路基板の構造を示す配置図である。 本発明の第２の好ましい実施形態に係る、生体組織細胞または神経に対する接触または電気刺激のための装置において使用されるプリント回路基板の構造を示す配置図である。 図２ａに示された発明に係るプリント回路基板の実施形態を示す部分配置図である。 本発明の第３の好ましい実施形態に係る、生体組織細胞または神経に対する接触または電気刺激のための装置において使用されるプリント回路基板の構造を示す配置図である。 図３ａに示された発明に係るプリント回路基板の実施形態を示す部分配置図である。

符号の説明

１ 絶縁体層または絶縁層
２ 絶縁体層または絶縁層
３ 絶縁体層または絶縁層
４ 導体トラックまたは導体トラックプレーン
５ 導体トラックまたは導体トラックプレーン
６ 貫通接続
７ 接触点の下部
８ 接触点または導体パッドの上部
９ 絶縁体層または絶縁層
１０ 導体トラックまたは導体トラックプレーン
Ａ 図２ｂに示した断面
Ｂ 図３ｂに示した断面
Ｌ プリント回路基板

Claims (15)

1. 電気接触をするために少なくとも１つの接触点（７、８）を有する回路基板（Ｌ）を備え、
   上記回路基板（Ｌ）は、少なくとも１つの電気的絶縁体層（１、２、３）、および、導体トラック（４）を有する少なくとも１つの導体トラック層（４、５、１０）を備える構造を有しており、
   上記導体トラック（４）および上記電気的絶縁体層（３）の上方には、少なくとも１つの付加絶縁体層（９）が設置され、
   上記導体トラック（４）は、上記接触点（７、８）を介して、上記回路基板（Ｌ）の外側から上記付加材料層（９）を通り電気接続可能であり、
   上記接触点（７、８）は、少なくとも１つの上記導体トラック層（４、５、１０）のうちの１つ（４、５）と直接接触し、かつ、上記付加材料層（９）によって少なくとも部分的に覆われる第１部分（７）を含み、
   第１部分（７）が、導体トラック層のうちの１つ（４、５）と付加材料層（９）とに挟まれ、
   上記導体トラック層（４、５、１０）、上記絶縁体層（１、２、３）および上記付加絶縁体層（９）は、互いに平行に配置され、
   上記第１部分（７）が上記導体トラック層（４、５、１０）に結合または固定されるように、当該第１部分（７）は、金属に対するガルバーニ電気の印加またはスパッタリングによって上記導体トラック層（４）に設けられていることを特徴とする生体組織細胞または神経に接触および／または電気刺激を行うための装置。
2. 上記第１部分（７）は、上記接触点（７、８）における第２部分（８）よりも側面寸法が大きいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 上記接触点（７、８）における上記第２部分（８）が上記付加材料層（９）によって少なくとも部分的に包囲されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 複数の付加材料層（９）が設置されており、上記接触点（７、８）が、該付加材料層（９）を介して、上記導体トラック（４、５、１０）から上記回路基板（Ｌ）の外縁まで延伸することを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の装置。
5. 上記導体トラック（４、５、１０）は、上記電気的絶縁体層（１、２、３、９）のうちの１つの上に加えられることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の装置。
6. 上記導体トラック（４、５、１０）は、上記電気的絶縁体層（１、２、３、９）のうちの１つの中に統合されることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の装置。
7. 上記導体トラック（４、５、１０）は、２つの電気的絶縁体層（１、２、３、９）の間に配置されることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の装置。
8. 少なくとも１つの絶縁体層（１、２、３、９）によって互いに実質的に分離した複数の導体トラック（４、５、１０）を備えることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の装置。
9. 貫通接続または電気メッキ層（６、７）を介して互いに電気接続された複数の導体トラック（４、５、１０）を備えることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の装置。
10. 上記導体トラック層（４、５、１０）の厚さが、数ナノメートルから数百ナノメートルまでの範囲内であり、上記絶縁体層（１、２、３、９）の層厚が、数ミクロメータの範囲内であることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の装置。
11. 上記導体トラック（４、５、１０）に電気接触するための上記接触点（７、８）が、上記回路基板（Ｌ）の上面上および／または底面上に配置されていることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の装置。
12. 上記導体トラック（４、５、１０）に電気接触するための上記接触点（７）が、上記回路基板（Ｌ）の外側から電気接触可能な導体パッドまたは電極パッド（８）を該外側に現すことを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の装置。
13. 上記接触点（７）または導体パッド（８）が、上記回路基板（Ｌ）の外縁まで少なくとも延伸するか、または、上記外縁を越えて突出することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 上記接触点（７）および／または導体パッド（８）は、上記付加材料層（９）内に統合されていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の装置。
15. 上記請求項のいずれか１項に記載の装置を有する１つ以上の電極によって、生体組織または神経に電気接触および／または電気刺激を行うためのシステム。

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