JP2000502922A - 埋植型電極のための薄膜製作技術 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 細長い埋植型電極集合体（５０）は、予め選ばれたパターンで配置される１組の電極パッド（１２、１４）と、複数の長手方向に延びる電線（３４、３６）とを含み、各電線は少なくとも１個のパッドに接続されている。電極集合体は、まず犠牲層（１０）の上にパッド（１２、１４）を蒸着させ、そのパッド（１２、１４）に電線（３４、３６）を取り付け、キャリア（４６）にパッドと電線を埋込み、次に、前記犠牲層（１０）を取り除くことにより形成される。写真平板技術を使ってこれらの段階は実施できる。

Description

【発明の詳細な説明】 埋植型電極のための薄膜製作技術技術分野 本発明は、集積回路の製造で一般的に使用される薄膜技術を利用し、特に、器 官の中に埋植するのに適する電極の形成方法に関する。背景技術 神経刺激用、または、記録用のマイクロ電極系は、対象となる神経の近くに配 置される一連の導電性パッドからなる。これらのパッドは、相互に、そして、周 囲の媒体から絶縁されている導電体を経由して記録用、または、刺激用電子機器 に接続されている。今日広く使用されているそのような電極配列体の１つの例が 、コクリア インプラント アイ ２２エム（Cochlear Implant I 22M）の名称で 、オーストラリア国（Australia）、ニューサウスウエルズ州(New South Wales) 、レインコウブ(Lane Cove)のコクリアリミテッド(Cochlear Limited)により製 造されている。この装置は、一般的に、シリコンゴムで形成される柔軟な絶縁キ ャリアに沿って配置された多数の白金の環、または、球から成る。 薄膜加工技術を使って、前記の電極を作製しようとのいくつかの試みがなされ たが、人体の中で使用するのに適する、信頼性のある電極を製造することはでき なかった。例えば、電極が、シリコン基板で構成されたことがある。このような マイクロマシン型装置は、移植蝸牛刺激装置用の電極に適しているであろう。セ ンサーとアクチュエーター（Sensors and Actuators） １９９４年Ａ４５号、 ４７−５５：「ポリイミドを基板とした方法を用いるマイクロマシン型装置の開 発」（Development of micromachined devices using polyimide-based process es）、 フレイザーエービー（Frazier AB）、アン シーエイチ（Ahn CH）、アランエム ジー（Allen MG）を参照されたい。しかしながら、蝸牛の中に挿入できるほど十 分に柔軟にするために、電極は極端に薄いものである（５−１５μｍ）。このよ うに極端に小さい寸法の故に、このような電極は、極めて壊れやすく、取扱い難 い。 一般的に、薄膜技術が、移植蝸牛刺激装置の商業生産、または、他の神経電極 の生産に適用されない理由は、加工技術と、マイクロマシン型装置が使用されな ければならない対象の組織との両方に適合する材料を選ぶのが難しいことにある 。導電体の選択は、白金、または、イリジウムのような貴金属に限られる。 絶縁材料の選択の幅は広いが、次の特性を保持していなければならない。 １．生体適合性 ２．金属化パターンを作製するのに使用される工程に対する安定性 ３．柔軟性、及び、対象の器官との機械的適合性 これまでは、前記の１及び２項の要件を十分に満たす材料であつても、３項で 要求される機械的特性は備わっていない。従って、写真平板技術の長所を取り込 んで、移植蝸牛刺激装置等の比較的安上がりで、かつ、効率的に使用できる電極 の商業生産のために、改良技術の必要性があることは明かである。発明の開示 上記の観点から、薄膜技術を用いる埋植型電極系、または、配列体の製造方法 を提供することが本発明の１つの目的である。 本発明の１つの特徴によると、 犠牲層を準備し、 前記犠牲層上に複数のパッドを形成し、該パッドは、導電性の生体適合性 材料から作られ、 複数の電線を形成し、該電線は、前記パッドの少なくとも１個に接続され 、 非導電性材料の中に前記パッドと前記電線を埋込んで集合体を形成し、 前記集合体から前記犠牲層を取り除く、 各段階からなる細長い埋植型電極集合体の製造方法が提供される。 本発明の別の特徴によると、複数の電極と、電極集合体の長手方向に延在し、 前記電極に接続された複数の電線とを有する電極集合体を形成する方法であり、 前記電線を形成し、 前記電線とパッドの周りにキャリアを形成し、該キャリアは、柔軟な非導電 性材料で形成され、 前記犠牲層を取り除く、 各段階からなる前記方法が提供される。 薄膜技術を採用すると、面倒で時間がかかる手作業組立法に比べて明らかに有 利である。薄膜写真平板技術を利用すると、手作業組立で作製可能なものよりも 、高密度の電極を備えた小さい構造体を迅速に作製できる。 本発明によると、写真平板加工法により導電体を形成できる。次に、こうして 形成された自立している導電体パターンにエラストマー質の絶縁体を加える。重 合が低エネルギーのプロセスなので、本発明の技術は、金属−ポリマー間の密着 力を比較的容易に最適化できるという別の利点を有する。金属膜とポリマー支持 体との間で望ましい密着性を得ることは、この装置の機械的完全性を確実になも のとする。大抵の金属蒸着プロセスは、本質的に高いエネルギーレベルを必要と する。例えば、熱による蒸発、または、スパッターリングでは、ポリマー表面に 衝突するときに高いエネルギーレベルを有する金属原子が使用される。このよう な衝突の結果として生じる化学的な再配置によって、金属とポリマーとの密着性 が低下する。本明細書で提案している解決策は、現在ある、他の種々の方法とは 違って、ポリマーを金属に付加することである。以下は、前記のことを可能にす る標準的薄膜技術に基づいたプロセスに関するものである。この技術は、移植蝸 牛刺激装置電極についての記載であるが、これ以外の神経刺激電極、または、記 録電極も、同様な方法によって作ることができる。 手短に言えば、本発明の実施形態に従って、患者の身体に埋植するのに適する 電極配列体は、予め選ばれたパターンで配置され、比較的硬い非導電性材料で作 られた細長いキャリアの中に埋込まれた複数のパッドから成る。このキャリアは 、前記の目的のために作った切開部、または、生まれつきの腔部か開口部から電 極集合体を患者の身体にスムースに挿入するのに十分な硬さがなければならない 。埋植の間に、小さな切開部、または、開口部しか必要としないことと、患者の 組織に干渉しないこととを確実にするため、キャリアは、最小限の断面であるこ とが好ましい。キャリアは、配置される少なくともいくつかの電極パッドに隣接 する末梢部と、基部とを含んでいる。複数の接続電線は、このキャリア体の中を 、パッドから基部まで延びている。これらの電線は、電気信号をパッドから送出 するため、および／または、受信するための電気回路に、結合手段によって基部 で接続される。 写真平板工程は、最初の基板として犠牲層を用いる電極集合体を製造するのに 使用される。更に詳しくは、最初に、パッドを予め選ばれたパターンでその基板 の上に形成する。次に、このパッドに、パッドコネクタを取り付ける。第３の段 階は、このパッドコネクタから基部まで延びる電線を形成することからなる。次 に、電線、コネクタ、及び、パッドは、キャリアを形成しているプラスチック外 装に埋込むか、または、カプセル化し、その後、この基板を取り除く。 必要に応じて、製造や埋植の過程で破損することのない柔軟な電線となるよう に構成、配列された歪開放ゾーンを電線に形成する。このようなゾーンは、カプ セル化される外装との強力な結合力をももたらすので有利であるである。図面の簡単な説明 図１Ａ乃至１Ｉは、本発明に係る電極集合体の各製造段階の透視図を示し、 図２Ａ乃至Ｆは、図１のいくつかの段階の、電極集合体側面の断面図を示し、 図３は、主題の方法のフローチャートを示し、 図４Ａ乃至Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る電極集合体を作るのに使用さ れるマスクを示し、 図５Ａ乃至Ｉは、第２の実施形態に係る電極集合体を作るのに使用されるマス クを示し、 図５Ｊは、図５Ａ乃至Ｉのマスクを使って構成される電極集合体の断面図を示 し、 図６は、本発明の別の実施形態の断面図を示している。本発明を実施するための最良の形態 本発明の１つの実施形態において、電極製造は、加工段階の全ての条件に耐え るが、溶解、剥離、または、加熱によって取り除くことできるるように選択され た材料で作られた犠牲層上で行われる。 電極パッド、電極、及び、電線は、写真平板技術、主としてポリイミドマスク により、白金、または、他の適切な金属でメッキすることによって形成される。 このプロセスは３つの基本的な技術の組み合わせによっている。 １．白金の熱、または、電子線による蒸発 ２．マスキング、及び、エッチング ３．電解質の蒸着による厚膜化 また、白金は、電気メッキにより、所望のマスクを用いて銅基板に直接蒸着す ることもできる。 各雷線は、コネクタによって雷極パッドに取り付けられる。コネクタは、ポリ イミドマスクが取り除かれると、電線が空中に自立するように配置される。電線 は、電極の長手方向の柔軟性を改善することと、隅部における構造体のカプセル 化を容易にするため、ポリアミドの中にエッチングされた段、または、フレキシ ブルゾーンをともなって形成されることが好ましい。 構造体の中のポリイミドは、プラズマエッチング、または、化学的エッチによ って取り除くことができる。 次いで、ポリマー支持体、パリレン、または、シリコーンゴムは、自立してい る電極構造体に２段階で付加される。最初に、電極の支持体が形成され、その後 、犠牲層（例えば、銅基板）が取り除かれる。この犠牲層がエッチングできる材 料の場合、ポリマーは、おそらく１段階だけで付加できる。これは、簡単なアン ダーカットエッチングにより基板材料に溝部を形成することで実現される。 図面を参照すると、電極集合体を作るために、本発明の本実施形態に従って、 最初に、例えば研磨した銅（段階１００）で作った犠牲層１０が用意される（図 １Ａ、２Ａ及び３）。犠牲層は、電極集合体を製造するのに必要となる他の加工 段階の化学作用に十分に耐える強さであるように選択された厚みを持っていなけ ればならない。 次に、複数の電極パッド１２、１４が、層１０上に形成される（段階１０２） 。パッドは、白金、イリジウム、または、他の類似の物質のような、高度の導電 性の生体適合性材料で作られるのが好ましい。前述のように、パッドは、集積回 路の製造技術においてよく知られている薄膜技術を使って、層１０上に形成され るのが好ましい。更に詳しくは、図１Ｂ乃至１Ｄに示すように、段階１０２は、 多数の副段階からなる。まず、（図１Ｂ）層１０は、例えばスピニングにより、 光重合性ポリマー（ＰＲ）材料の薄い層１６で覆われる。 次いで、層１６にパッド１２、１４の寸法を持つ開口部１８、２０を作るのに 、写真平板技術が用いられる。写真平板技術は、マスク（図示されていない） を層１６に取り付け、前記マスクと層１６を特定の波長を持つ光に感光させるこ とと、前記マスクを取り外し、光で感光させされた部分を溶解して開口部１８、 ２０を形成するために層１６を現像することとを含んでいる。これらの段階は、 技術としてよく知られていることであり、ここではこれ以上詳細に記載するまで もない。 次に、例えばスパッターリング、または、加熱電子線蒸発によって、穴１８、 ２０にパッド１２、１４を形成するため、白金が層１６に付加される。 最終的には、層１６は、図１Ｄ及び２Ｂに示すように、パッド１２、１４を残 し、溶解される。 また、層１０の上にマスクを取り付けて、マスクの開口部を通して白金で電気 メッキし、その後、マスクを取り外すことでも、パッド１２、１４を形成するこ ともできる。 次の段階１０４では、パッドの接点が取り付けられる。この段階１０４は、実 質的にはパッド１２、１４を形成するために使われた副段階を繰り返すことによ り行われる。図１Ｅに示すように、まず、ＰＲの層２２は、層１０とパッド１２ 、１４の両方に付加される。次に、２個の丸い開口部２４、２６が、パッド１２ 、１４の上面の層２２に形成される。第３の開口部２８もまた、図１Ｅで示すよ うに、パッド１２、１４の間の位置上の層１０に形成される。次に、白金が、接 点３０、３２を作るために、例えば真空、または、電気メッキにより、開口部２ ４、２６に蒸着される（図１Ｆ）。こうして形成した構造体を図２Ｃに示してい る。 次は、段階１０６によって示されるように、フレキシブルゾーン３８の他に、 パッド１２、１４用の電線３４、３６が形成される。 この目的のために、溝４０及び４２が、別の写真平板マスク（図示されていな い）を使ってエッチングされる。溝４０は、接点３０から集合体の基部（図示 されていない）へと通じ、そしてまた、溝４２も接点３２から基部へと通じてい る。次に、白金が、例えば電気メッキによって、溝４０及び４２の中へと導き入 れられる。最終的には、層２２が取り除かれ、図１Ｈ及び２Ｄに示すような構造 体が残る。重要なことは、図２Ｄにおいて見られるものが最良であるように、電 線３４は、層１０の方へ向かって下がるようにたるみ、そして、元に戻る段が含 まれ、それによって、補強ゾーン、または、フレキシブルゾーン３８が形成され る。この段は、パッド１４上の空中を通り延びており、実質的に自立している電 線３４を補強する。 上述の各段階では、ＰＲは、プラズマエッチング、または、化学的エッチのど ちらかにより取り除くことができるであろう。 次に、例えばパリレン、または、シリコーンゴムで作られた絶縁材料４６が、 パッド１２、１４、接点３０、３２、及び電線３４、３６を一様に埋め込むため に付加され、そして、密着した細長いボディー４８が形成される（段階１０８、 図２Ｅ）。 最後に（段階１１０）、犠牲層１０が取り除かれ、完成した電極集合体５０が 残る（図１Ｉ、２Ｆ）。絶縁材料４６は、さらに、予め選ばれた形状に成形して もよく、または、積層してもよい。 図１及び２は、電極集合体を作る段階を微視的レベルで示している。図４Ａ乃 至Ｃ、及び、図５Ａ乃至Ｊは、電極集合体を作るための２つの異なる概要を、巨 視的レベルで示している。 更に詳しくは、図４Ａ乃至Ｃは、図１及び２の開口部と、各々の開口部の関係 を形成するのに使用されるいくつかのマスクを示している。図４Ａは、四角いゾ ーン１６１を有するマスク１６０を示している。このマスクは、開口部１８、２ ０を形成するのに、層１６（図１Ｂ）に取り付けられる。 図４Ｂは、複数の棒状ゾーン１６４を有するマスク１６２を示している。末梢 部では、マスク１６２は、丸い１６６が形成されている。このマスクは、各々接 点３０、３２、及び、段３８となる図１Ｅの開口部２４、２６、及び、２８を形 成するのに使用される。各ゾーン１６４は、段３８を形成する。 図４Ｃは、電線３４、３６（図１Ｈ）を形成するための長手方向の開口部４０ 、４２（図１Ｇ）を形成するのに使用されるマスク１６８を示している。図４Ｃ に見られるように、マスクは、実質的に平行な数本の暗い線１７０が含まれてい る。各線１７０は、外部端子（図示されていない）と接続するための基部１７２ と、３０のようなコネクタと電気的に結合された末梢部１７４とを含んでいる。 このように、各々のパッドは、電極系５０の長さに対応して延びている電線に接 続される。 上述のプロセスは、極めて多数の電極を備えた電極集合体の生産に使用される であろう。例えば図４Ａ乃至４Ｃでは、マスクは、２２個の電極を備えた集合体 を作ることができる。そして、この集合体では、電線は、実質的に１つの共通の 層に全てが配列されている。 しかしながら、極めて多数の電極を備えた集合体のために、そして／または、 もし、電極集合体が、限られた断面積の中になければならない場合のために、多 層化の方法が必要である。図５Ａ乃至５Ｊは、２２個の電極集合体を３層で形成 するためのマスクを示している。図５Ａ乃至５Ｃ、及び、５Ｄ乃至５Ｆは、各々 ８個の電極のための層を示しており、これに対して、図５Ｇ乃至５Ｉは、６個の 追加の電極のためのマスクを示している。図５Ａ乃至Ｉのマスクを使って形成さ れた電極集合体の図５Ｊの断面図で示されるように、図５Ｂ、５Ｅ、及び、５Ｈ のマスクの基板は、電線に形成される段が重なり合うように一線に配列されてい るのが好ましい。 本実施形態では、電極は、図面の中で２１２Ａ、２１２Ｂ、及び、２１２Ｃと して表記されている異なる３つの組に形成され、図４Ａ乃至４Ｃの実施形態で記 載した技術を使うことにより、これらの各々に固有のコネクタパッドと電線が付 く。３個の組が完成した後、それらは、並列な位置に配置され、図５Ｊに示すよ うにサンドイッチ状にされた。その後、外装２４６が、電極キャリアを形成する のに付加される。 本発明の別の実施形態では、図６に示す犠牲層３１０は、電極集合体の形成の 前に、そこに２個の溝部３０２、３０４が形成されるように、エッチングできる 材料で形成された。電極集合体は、外装、または、キャリア３４６の中に配置さ れている電極３１２、コネクタ３３０、及び、電線３３４の全てを含んでいる。 キャリア３４６は、電極、コネクタ、及び、電線を取り囲んで形成されているの で、溝部３０２、３０４の中に流れ込んでいる。同様な溝部が形成され、そして 、電線のフレキシブルゾーン３８（図１Ｈ及び２Ｄ）の下を絶縁材料で満たす。 キャリアが硬化したのち、電極集合体３５０全体が、１段階でシート３１０から 剥離できる。 現在の電極製造技術は、面倒でしかもコスト高の手作業組立技術に依っている 。本明細書において開示した写真平板技術は、いくつかの明らかな利点をもたら す。 １．低コストでしかも装置の処理量が増える ２．より高密度の電極ができる ３．コストのかかる厳しい手仕事（金型作業等）をなくすことができる ４．柔軟で迅速な設計サイクルとなる。 本発明は、数件の特定の実施形態を参考にして記載されてきたが、これらの実 施形態が、本発明の原理を適用した単なる例示に過ぎないことを理解すべきであ る。従って、詳細に記載した実施形態は、限定的なものではなく、次の請求項に 関する１例と考えなければならない。産業上の利用可能性 本発明の方法に従って作られる埋植型電極集合体は、移植蝸牛刺激装置で使用 が可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年９月１２日（１９９７．９．１２） 【補正内容】 請求の範囲 １．埋植型電極集合体の製造方法であり、 犠牲層を準備し、 前記犠牲層上に、複数のパッドを形成し、該パッドは、導電性の生体適合性 材料からなり、 複数の電線を形成し、該電線は、前記パッドの少なくとも１個に接続され、 非導電性材料の中に前記パッド、及び、前記電線を埋込んで集合体を形成し 、 前記集合体から前記犠牲層を取り除く、 各段階を含んでなる細長い埋植型電極集合体の製造方法。 ２．前記パッドと電線が、写真平板技術によって形成されてなる請求項１に記載 の方法。 ３．前記パッドと電線が、白金で構成されてなる請求項１に記載の方法。 ４．前記電線と対応するパッドとの間にパッドの接点を形成する段階をさらに含 んでなる請求項１に記載の方法。 ５．補強ゾーンを前記電線に形成さることをさらに含んでなる請求項１に記載の 方法。 ６．前記ゾーンが長手方向に段付けされてなる請求項５に記載の方法。 ７．複数の電極と、電極集合体の長手方向にわたって延在し、前記電極に接続さ れた複数の電線とを有する前記電極集合体を形成する方法であり、 犠牲層を準備し、 前記電線を形成し、 前記電線とパッドの周りにキャリアを形成し、該キャリアは、柔軟な非導電 性材料で形成され、 前記犠牲層を取り除く、 各段階を含んでなる前記方法。 ８．予め選ばれたパターンで前記犠牲層上にパッドを形成し、各電線がパッドに 関連づけられる段階をさらに含んでなる請求項７に記載の方法。 ９．前記パッドが、実質的に同時に形成されてなる請求項８に記載の方法。 １０．前記パッドが、多数の組に分割され、前記方法は、別々にパッドの組を形 成することを含んでなり、各組が固有の電線を有し、その後、前記組を組立てて なる請求項８に記載の方法。 １１．前記電線が、補強のためのゾーンを形成されてなる請求項７に記載の方法 。 １２．前記補強のためのゾーンが、予め定められた位置に段を有する前記電線を 作ることにより形成されてなる請求項１１に記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．埋植型電極集合体の製造方法であり、 犠牲層を準備し、 前記犠牲層上に、複数のパッドを形成し、該パッドは、導電性の生体適合性 材料からなり、 複数の電線を形成し、該電線は、前記パッドの少なくとも１個に接続され、 非導電性材料の中に前記パッド、及び、前記電線を埋込んで集合体を形成し 、 前記集合体から前記犠牲層を取り除く、 各段階を含んでなる細長い埋植型電極集合体の製造方法。 ２．前記パッドと電線が、写真平板技術によって形成されてなる請求項１に記載 の方法。 ３．前記パッドと電線が、白金で構成されてなる請求項１に記載の方法。 ４．前記電線と対応するパッドとの間にパッド導電体を形成する段階をさらに含 んでなる請求項１に記載の方法。 ５．補強ゾーンを前記電線に形成さることをさらに含んでなる請求項１に記載の 方法。 ６．前記ゾーンが長手方向に段付けされてなる請求項５に記載の方法。 ７．複数の電極と、電極集合体の長手方向にわたって延在し、前記電極に接続さ れた複数の電線とを有する前記電極集合体を形成する方法であり、 前記電線を形成し、 前記電線とパッドの周りにキャリアを形成し、該キャリアは、柔軟な非導電 性材料で形成され、 前記犠牲層を取り除く、 各段階を含んでなる前記方法。 ８．前記パッドが、予め選ばれたパターンで前記犠牲層上に形成されてなる請求 項７に記載の方法。 ９．前記パッドが、実質的に同時に形成されてなる請求項７に記載の方法。 １０．前記パッドが、多数の組に分割され、前記方法は、別々にパッドの組を形 成することを含んでなり、各組が固有の電線を有し、その後、前記組を組立てて なる請求項７に記載の方法。 １１．前記電線が、補強のための段を形成されてなる請求項７に記載の方法。