[发明专利]使用硅阵列孔装配微丝电极阵列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微丝电极阵列的装配技术，特别涉及一种使用硅阵列孔装配微丝电极的技术。

背景技术

人在思维时，大脑皮层会出现特定的电活动，这种电活动称为脑电。脑电信号的研究是了解人脑活动的机制、人的认知过程和诊断脑疾患的重要手段，也是实现人与外界通讯的新的途径。

为了深入了解大脑活动原理以及神经元之间的相互作用，我们需要有效的工具来实现对脑电信号的记录。MEMS工艺技术和微纳加工技术的进步已经促使我们制造出多种新型的神经信号记录电极，例如微丝电极、平面电极以及三维立体电极。硅基的平面电极和三维立体电极，制作成本高，工艺复杂，植入时需要特殊装置才可应用，因此限制了其广泛的应用。

从上世纪五十年代，David H.Hubel发表了使用钨丝微电极对独立神经元进行记录的方法，到现在TDT等公司出品16通道钨丝电极阵列，以及美国杜克大学Nicolelis实验室所使用的128通道的微丝电极阵列，目前看来微金属丝电极被证明是最有效的神经记录用电极，并且具有成本低，制作方法简单，生物相容性好等优点。

随着研究的进一步深入，为了提高记录效率以及满足研究的需要，多通道电极共同记录是大势所趋，这就需要相应的微丝电极阵列。1981年，美国科学家Kruger等人在间距250um的网格上，用陶瓷材料固定多个微电极成为多电极阵列，这种方法效率低，制作难度较大。现在实验中所使用的微金属丝电极阵列，普遍采用直接焊接在印刷电路板(PCB)上的方法，并使用环氧树脂固定以保持其间距。用于神经信号记录的微丝电极直径一般小于100μm，在制作过程中容易弯曲，且不容易固定位置，这就使得其成品率不高，器件一致性不好。

发明内容

本发明提出一种使用硅阵列孔装配微丝电极阵列的方法，针对微丝电极排布及定位，使用硅阵列孔作为基座，将微金属丝插入硅阵列孔，涂覆绝缘材料即可固定，微丝的间距等可以由用户定制。

具体的，本方法包括以下步骤：

选择一表面晶向为100的硅片；

在所述硅片上制作出侧壁光滑的阵列孔；

根据电极植入深度确定微丝长度，将记录端削尖以记录信号；

将微丝垂直插入所述硅片的阵列孔，调节微丝记录端长度，并使每根微丝电极在垂直方向上互相平行，

在所述阵列孔背面涂覆环氧树脂，并置于烘箱中加热，用于将微丝电极阵列固定在阵列孔中；

将微丝电极阵列与外部电路相连；

在所述连接处涂覆环氧树脂并加热固化，实现绝缘并保持其机械性能稳定。

进一步，所述硅阵列孔由普通光刻和化学湿法腐蚀方法制成。

进一步，所述微丝为不锈钢、钨、铂、铱金属丝之一，或为是所述金属的合金丝。

进一步，所述微丝表面涂有绝缘层，用于电隔离；所述记录端无绝缘层，用于记录信号。

进一步，所述固定微丝和阵列孔的环氧树脂与微丝和硅材料形成接触。

进一步，所述微丝与外部电路的连接为导电胶粘覆，或为焊接。

进一步，所述硅阵列孔的直径大于微丝直径，以使微丝能够插入孔中。

由于硅为半导体材料，其直接为器件提供了电隔离，并且由于硅具有良好的机械性能以及耐腐蚀耐热等环境稳定性好，该器件可以在多种条件下都能够稳定工作，例如生物体电解液环境。微丝的固定使用环氧树脂如glass fibre epoxy(FR4)，其一般为液态，能够平整的填涂于阵列孔中。由于硅阵列孔的工作温度为-60℃至150℃，在对环氧树脂进行加热固化的过程中能够保持稳定。

本方法适合小尺寸微丝电极阵列的组装及器件封装，阵列孔可以方便的根据微丝的半径、间距、排布方式等进行用户定制，实现二维或三维的电极阵列。

附图说明

图1是硅阵列孔板和微丝电极的示意图；

图2是将微丝电极放置于阵列孔中的示意图；

图3是将微丝电极固定在阵列孔中的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。