專利名稱：硅v形槽板及利用硅v形槽板裝配微絲電極陣列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微絲電極陣列的裝配技術(shù)，特別涉及一種硅V形槽板及利用硅v形槽板裝配微絲電極陣列的方法。
背景技術(shù)：
腦電活動與腦區(qū)域、腦狀態(tài)有著密切的關(guān)系，是了解人腦 信息處理過程的一種極為重要的形式，腦電信號的研究是了解 腦活動的機制、人的認知過程何診斷腦疾患的重要手段，也是 實現(xiàn)人與外界通訊的新的途徑。隨著人們對神經(jīng)系統(tǒng)的不斷深 入了解，就需要更多更強有力的研究工具，電子與計算機工程 師和神經(jīng)生理學(xué)家開始付諸行動，使用基于傳感器、激勵器和 控制系統(tǒng)的器件來滿足這樣的需要。為了對大腦活動原理的更深入了解，我們需要更為有效的 工具來實現(xiàn)對腦電信號的記錄。微機械加工技術(shù)的進步己經(jīng)促 使我們制造出多種新型的神經(jīng)信號記錄電極，例如微絲電極、
表面電極以及三維立體電極。硅基的表面電極和三維立體電 極，制作成本高，工藝復(fù)雜，植入時需要特殊裝置才可應(yīng)用，因此限制了其廣泛的應(yīng)用。從上世紀五十年代，Davi d H. Hube 1發(fā)表了使用鎢絲微電極對獨立神經(jīng)元進行記錄的方法，到現(xiàn)在 TDT等公司出品1 6通道鎢絲電極陣列，以及美國杜克大學(xué) Nicolelis實驗室所使用的1 2 8通道的微絲電極陣列，微金 屬絲電極被證明是最有效的神經(jīng)記錄用電極。并且具有成本 低，制作方法簡單，生物相容性好等優(yōu)點。關(guān)于神經(jīng)記錄用微 絲電極陣列的相關(guān)報道，參見文獻David H.Hubel， "Tungsten Microelectrode for Recording form Single Units ，， ， Science, New Series, Mar. 2 2，1957, Vol. 1 2 5 ， No. 3 2 4 7 , pp. 549 - 5 5 0 .Miguel A丄 Nicolelis, " Methods for Neural Ensemble Recordings" ， CRC Press,1 9 9 9， pp: 2 - 1 1隨著研究的進一步深入，為了提高記錄效率以及滿足研究 的需要，多通道電極共同記錄是大勢所趨，這就需要相應(yīng)的微 絲電極陣列?，F(xiàn)在實驗中所使用的微金屬絲電極陣列，普遍采 用直接焊接在印刷電路板(PCB)上的方法，并使用環(huán)氧樹脂 固定以保持其間距。用于神經(jīng)信號記錄的微絲電極直徑一般小 于1 0 0 u m，在制作過程中容易彎曲，且不容易固定位置， 這就使得其成品率不高，器件一致性不好。 本方法適合小尺寸電極陣列的組裝及器件封裝，可以方便 的根據(jù)其半徑、間距、排布方式等進行用戶定制，實現(xiàn)二維或三維的電極陣列制造。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種硅v形槽板及利用硅v形槽板裝配微絲電極陣列的方法，以便于獲得方便可控的電極排布 及定位，用于大腦皮層植入提取神經(jīng)電信號。本發(fā)明一種硅v形槽板，其特征在于，包括-一硅底板，該硅底板為長方體，在其上面的一側(cè)開有一端部貫通的凹槽；在凹槽的另一側(cè)縱向開有多個V形槽。其中所述的凹槽與V形槽的深度相同，該V形槽中置入微 絲電極。其中所述的凹槽之和的寬度小于或等于V形槽寬度。 其中所述的V形槽與微絲電極的半徑r的關(guān)系為K1 +——^——)《2.73r cos 54.7° 。其中所述的V形槽的角度為7 0. 5 2°。本發(fā)明一種利用硅V形槽板裝配微絲電極陣列的方法，其 是使用權(quán)利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，包括如下 步驟 步驟l :取一V形槽板及對應(yīng)V形槽板上的V形槽數(shù)量的 微絲電極；步驟2:在V形槽板上的V形槽中排布微絲電極； 步驟3:將放置在V形槽內(nèi)的微絲電極固定，實現(xiàn)電極陣 列的制作。其中微絲電極是不銹鋼、鎢、鉑、銥金屬絲或及其組合的 金屬絲。其中該微絲電極的長度大于V形槽的長度。 其中將放置在V形槽內(nèi)的微絲電極固定，所述的固定是采 用導(dǎo)電膠粘覆或是焊接。


為進一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實施例及 附圖詳細說明如后，其中圖1是硅V形槽板和微絲電極的示意圖； 圖2是將微絲電極放置于V形槽板上的V形槽中的示意圖；圖3是將微絲電極固定在V形槽板上的V形槽中的示意圖。
具體實施方式
請參閱圖1至圖3所示，本發(fā)明一種硅V形槽板，其特征 在于，包括一硅底板2 0，該硅底板2 0為長方體，在其上面的一側(cè) 開有一端部貫通的凹槽2 2;在凹槽2 2的另一側(cè)縱向開有多 個V形槽2 l;其中所述的凹槽2 2與V形槽2 l的深度相同， 該V形槽2 l中置入微絲電極l 0;其中所述的凹槽2 2之和 的寬度小于或等于V形槽2 1寬度；其中所述的V形槽2 l與微絲電極l O的半徑r的關(guān)系為""COW,2.737";其中所述 的V形槽2 l的角度為7 0.5 2°。請再參閱圖1至圖3所示，本發(fā)明一種利用硅V形槽裝配 微絲電極陣列的方法，其是使用前述的硅V形槽板，其特征在于，包括如下步驟步驟l:取一 V形槽板2 0及對應(yīng)V形槽板2 0上的V 形槽2 l數(shù)量的微絲電極l 0;其中微絲電極l 0是不銹鋼、 鎢、鉑、銥金屬絲或及其組合的金屬絲，該微絲電極l 0的長 度大于V形槽2 1的長度，其超出的長度要大于植入用微絲電 極所需長度以及連接端所需長度之和；步驟2:在V形槽板2 0上的V形槽2 l中排布微絲電極 1 0 ; 步驟3:將放置在V形槽內(nèi)的微絲電極10固定，所述的 固定是采用環(huán)氧樹脂涂覆并加熱固化，使微絲電極的固定，實 現(xiàn)電極陣列的制作。實施例確定V形槽板2 0上的V形槽2 1的尺寸。V形槽2 l的幾何形狀能夠用于固定圓柱形的微絲電極1O，合適的尺寸能夠使得微絲電極l 0在裝配后得到平穩(wěn)的排布，以便使用。根據(jù)微絲電極l 0的直徑確定V形槽2 l深度，其深度應(yīng)大于微絲電極l 0的直徑，保證其完全處于V形槽板2 O的上平面以下。由于V形槽板2 0 (硅晶片)的(l 1 O)面與(l 1 1)面夾角為54.7 。，V形槽21角度 7 0.5 2 。。因此V形槽2 l的開口大小即決定了腐蝕之后的槽深。最小槽開口大小d與微絲半徑r的關(guān)系為d = Kl + ~~^~-)《2.73"此為V形槽2cos 54.7°1幵口的最小尺寸，同時也是V形槽2 1間距的最小尺寸，其 限定了電極排布的密度。根據(jù)所需通道數(shù)確定每塊V形槽板20 (硅片)上的V形槽2 l數(shù)目。所使用的微絲電極直徑一般 為幾十微米至一百微米，使用合適尺寸的微絲電極能夠得到較 高的陣列排布密度。根據(jù)實際應(yīng)用的需要截取合適長度的微絲電極1O，如圖1 。分別在兩端預(yù)留出所需的長度，削尖一端為植入端，根據(jù)
植入需要預(yù)留探針長度；另一端為與接口、前置處理器件等的 連接端。調(diào)節(jié)好微絲電極l 0記錄端的長度，預(yù)留能夠滿足植入需 要的微絲電極l 0的長度，并且使每根微絲電極1 o相對位置 保持一致，將微絲電極l0置于V形槽21內(nèi)，使其與V形槽 2 1的斜面形成良好接觸，斜面與微絲電極完全接觸，位置穩(wěn) 定，如圖2 。在V形槽2 1內(nèi)涂覆液態(tài)的環(huán)氧樹脂，使微絲電極1 0在 V形槽21內(nèi)的部分完好的浸潤于環(huán)氧樹脂中，以完全固定。 這里所使用的環(huán)氧樹脂，固化前為液態(tài)，透明，粘稠度較低， 能夠良好的填涂于V槽內(nèi)。將器件置于在烘箱中加熱，使環(huán)氧樹脂固化，固化后的環(huán) 氧樹脂非常穩(wěn)定，能夠穩(wěn)定的固定微絲電極1 0的位置，并對 其實現(xiàn)保護。如圖3 。將電極陣列與外部電路相連。將V形槽板2 0 (硅片)上 的V形槽2 l固定于PCB版上，將微絲電極l O的連接端與 PCB版上相應(yīng)壓焊點連接，可以使用導(dǎo)電膠或者焊接方法實 現(xiàn)。由于微絲電極1 0己經(jīng)固定于V形槽2 l內(nèi)，其連接端可 以彎曲，而不會影響到植入端的平直程度，因此不會對植入操 作產(chǎn)生影響，提高了器件性能的一致性及其產(chǎn)量。在連接處涂覆環(huán)氧樹脂并加熱固化，以實現(xiàn)微絲電極1 0 之間以及微絲電極l 0與外界環(huán)境的絕緣，并保持連接處的機
械穩(wěn)定性。本發(fā)明針對微絲電極l 0排布及定位，使用V形槽板2 0 作為基座，將微絲電極l0放置在V形槽2l中，涂覆絕緣材 料即可固定，微絲電極1 0的間距等可以根據(jù)需要進行用戶定 制。硅V形槽板(V-groove):或稱硅V型槽板，廣泛應(yīng)用 于光纖陣列(Fiber Array)中，用于與光波導(dǎo)器件(如基于 AWG的DWDM)、大功率半導(dǎo)體激光器陣列(High Power Laser Diode Array)的精密對準連接。硅單晶具有各向異性的特性， 利用這一特性使用表面為(10 0)晶面的硅片，通過化學(xué)各 向異性腐蝕的方法，能夠制作具有精度高、側(cè)壁光滑、線條筆 直的硅V形槽。V形槽的側(cè)壁與表面的夾角為5 4.7。，因 此所得的V形槽角度為7 0.5 2 °。根據(jù)微金屬絲的直徑，可以對V形槽的開口大小進行優(yōu) 化，使得金屬絲的縱向和橫向距離得到精確定制。V形槽2 1 的通道數(shù)一般為8、 1 6、 3 2、 4 8、 6 4或根據(jù)需要制作， 將微絲電極l 0平行固定于一片V形槽2 l內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)二維 電極陣列，如果將多片V形槽板2 0疊放，則能夠?qū)崿F(xiàn)三維電 極陣列。V形槽2 l長度一般為幾個毫米，可以為微絲電極l 0提供足夠的支撐。由于硅為半導(dǎo)體材料，其直接為器件提供 了電隔離，并且由于硅具有良好的機械性能以及耐腐蝕耐熱等 環(huán)境穩(wěn)定性好，該器件可以在多種條件下都能夠穩(wěn)定工作，例
如生物體電解液環(huán)境。微絲電極io的固定使用環(huán)氧樹脂，其一般為液態(tài)，能夠平整的填涂于槽內(nèi)。由于硅v形槽的工作溫 度為-6 0°C to 1 5 0°C，在對環(huán)氧樹脂進行加熱固化的過程中能夠保持穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1、一種硅V形槽板，其特征在于，包括一硅底板，該硅底板為長方體，在其上面的一側(cè)開有一端部貫通的凹槽；在凹槽的另一側(cè)縱向開有多個V形槽。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，其 中所述的凹槽與V形槽的深度相同，該V形槽中置入微絲電極。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，其 中所述的凹槽之和的寬度小于或等于V形槽寬度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，其 中所述的V形槽與微絲電極的半徑r的關(guān)系為K1 +——^^) 2.73r cos 54.7° 。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，其 中所述的V形槽的角度為7 0.5 2°。
6 、 一種利用硅V形槽板裝配微絲電極陣列的方法，其是 使用權(quán)利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，包括如下步 驟步驟l :取一V形槽板及對應(yīng)V形槽板上的V形槽數(shù)量的 微絲電極；步驟2:在V形槽板上的V形槽中排布微絲電極；步驟3:將放置在V形槽內(nèi)的微絲電極固定，實現(xiàn)電極陣 列的制作。
7 、根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用硅V形槽板裝配微絲電極 陣列的方法，其特征在于，其中微絲電極是不銹鋼、鎢、鉑、 銥金屬絲或及其組合的金屬絲。
8 、根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用硅V形槽板裝配微絲電極 陣列的方法，其特征在于，其中該微絲電極的長度大于V形槽 的長度。
9、根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用硅V形槽板裝配微絲電極 陣列的方法，其特征在于，其中將放置在V形槽內(nèi)的微絲電極 固定，所述的固定是采用導(dǎo)電膠粘覆或是焊接。
全文摘要
一種硅V形槽板，其特征在于，包括一硅底板，該硅底板為長方體，在其上面的一側(cè)開有一端部貫通的凹槽；在凹槽的另一側(cè)縱向開有多個V形槽。該硅V形槽板便于獲得方便可控的電極排布及定位，所制作的電極陣列用于大腦皮層植入提取神經(jīng)電信號。
文檔編號A61B5/0476GK101112309SQ20061008894
公開日2008年1月30日 申請日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月27日
發(fā)明者張若昕, 裴為華, 陳弘達, 隋小紅 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所