利用充足厚度的襯墊互連導體和饋通的方法
【專利摘要】一種互連導體（1512）和可植入醫(yī)療設備（1514）的氣密饋通的方法包括將導線熔接到饋通上的襯墊（1520）。所述饋通包括陶瓷絕緣體（1522）和氣密粘結到所述絕緣體的通孔。所述通孔包括鉑。所述襯墊粘結到所述絕緣體且電連接到所述通孔，包括鉑且具有至少50μm的厚度。所述導線包括鈮、鉑、鈦、鉭、鈀、金、鎳、鎢及其氧化物和合金中的至少一種。
【專利說明】利用充足厚度的襯墊互連導體和饋通的方法
[0001]發(fā)明背景
[0002]本文公開的技術一般地關于用作電介面以連接屏障相反側上的電路部分的饋通的領域。更具體來說，本文公開的技術關于供在長時間內(nèi)兼?zhèn)渖锵嗳萸疑锓€(wěn)定的可植入醫(yī)療設備使用的氣密饋通。
發(fā)明概要
[0003]一個例示性實施方案關于一種互連導體與可植入醫(yī)療設備的氣密饋通的方法。所述方法包括將導線熔接到饋通上的襯墊。所述饋通包括陶瓷絕緣體和氣密粘結到所述絕緣體的通孔。所述襯墊具有至少50 μ m的厚度且粘結到所述絕緣體和電連接到所述通孔。所述通孔和所述襯墊包括鉬且所述導線包括選自由鈮、鉬、鈦、鉭、鈀、金、鎳、鎢及其氧化物和合金組成的組的至少一種材料。
[0004]另一例示性實施方案關于一種互連導體和饋通的方法，包括使用激光將導線連結到饋通上的襯墊。所述饋通包括陶瓷絕緣體和氣密粘結到所述絕緣體的通孔。所述襯墊具有至少50 μ m的厚度且氣密粘結到所述絕緣體和電連接到所述通孔。所述通孔和所述襯墊包括鉬且所述導線包括鈮、鉬、鈦、鉭、鈀、金、鎳、鎢及其氧化物和合金中的至少一種。
[0005]又另一例示性實施方案關于一種用于可植入醫(yī)療設備的饋通系統(tǒng)。所述饋通系統(tǒng)包括絕緣體、氣密粘結到所述絕緣體的通孔、粘結到所述絕緣體且在所述絕緣體的外表面和所述通孔上電連接到所述通孔的襯墊和栓扣到所述襯墊的導線。襯墊大體居中在所述通孔上且具有至少50 μ m的厚度。所述絕緣體是由陶瓷材料形成，所述通孔包括鉬，和所述襯墊包括鉬。所述導線包括 選自由鈮、鉬、鈦、鉭、鈀、金、鎳及其氧化物和合金組成的組的至少一種材料。
[0006]還有另一例示性實施方案關于一種可植入醫(yī)療設備，包括被構造以支撐饋通的絕緣體的套圈。所述套圈包括被構造以包圍所述絕緣體的側面的框架。所述框架包括被構造以栓扣到所述可植入醫(yī)療設備的外套的外伸出部，和被構造以面向所述絕緣體的內(nèi)表面。所述內(nèi)表面有以下至少一個特征:(i)平整且只面向所述絕緣體的端面和縱長側面而不在所述絕緣體的頂面或底面上延伸大部分平整且只面向所述絕緣體的端面和縱長側面，但還包括從所述大部分平整表面突出以接收所述絕緣體的頂面或底面的兩個或更多個翼片。
[0007]附圖簡述
[0008]圖1是根據(jù)例示性實施方案的植入病患的醫(yī)療設備的示意圖。
[0009]圖2是根據(jù)例不性實施方案的植入病患的另一種醫(yī)療設備的不意圖。
[0010]圖3是根據(jù)例示性實施方案的包括饋通的醫(yī)療設備的一部分的透視圖。
[0011]圖4是根據(jù)另一例示性實施方案的醫(yī)療設備的組件的頂視圖。
[0012]圖5是圖4的醫(yī)療設備部分的透視圖。
[0013]圖6是沿如圖5中所示的線6-6獲取的圖4的醫(yī)療設備部分的截面視圖。
[0014]圖7是沿如圖6中所示的區(qū)域7獲取的圖4的醫(yī)療設備部分的截面視圖。[0015]圖8是根據(jù)又另一例示性實施方案的醫(yī)療設備的一部分的透視圖。
[0016]圖9是沿如圖8中所示的線9-9獲取的圖8的醫(yī)療設備部分的截面視圖。
[0017]圖10是根據(jù)例示性實施方案的套圈的頂視圖。
[0018]圖11是圖10的套圈的底視圖。
[0019]圖12是根據(jù)例示性實施方案的組裝臺的透視圖。
[0020]圖13是根據(jù)例示性實施方案的在粘結前的導線框架和饋通的透視。
[0021]圖14是根據(jù)例示性實施方案的粘結到整合到套圈中的饋通的導線框架的透視圖。
[0022]圖15是根據(jù)例示性實施方案的熔接到饋通的襯墊的導線的頂視圖。
[0023]圖16是根據(jù)例示性實施方案的熔接到饋通的襯墊的導線的透視圖。
[0024]圖17是根據(jù)例示性實施方案的導線框架的透視圖。
[0025]圖18是圖17的導線框架的頂視圖。
[0026]圖19是圖17的導線框架的側視圖。
[0027]圖20是根據(jù)另一例示性實施方案的導線框架的透視圖。
[0028]圖21是圖20的導線框架的頂視圖。
[0029]圖22是圖20的導線框架的側視圖。
[0030]圖23是根據(jù)又另一例示性實施方案的導線框架的透視圖。
[0031]圖24是圖23的導線框架的頂視圖。
[0032]圖25是圖23的導線框架的側視圖。
[0033]圖26是根據(jù)仍另一例示性實施方案的導線框架的透視圖。
[0034]圖27是圖26的導線框架的頂視圖。
[0035]圖28是圖26的導線框架的側視圖。
[0036]圖29是根據(jù)另一例示性實施方案的導線框架的透視圖。
[0037]圖30是圖29的導線框架的頂視圖。
[0038]圖31是圖29的導線框架的側視圖。
[0039]圖32是根據(jù)還有另一例示性實施方案的導線框架的透視圖。
[0040]圖33是圖32的導線框架的頂視圖。
[0041]圖34是圖32的導線框架的側視圖。
[0042]圖35是根據(jù)例示性實施方案的饋通的分解視圖。
[0043]圖36是圖35的饋通的透視圖。
[0044]圖37是圖35的饋通的頂視圖。
[0045]圖38是圖35的饋通的側視圖。
[0046]圖39是圖35的饋通的端視圖。
[0047]圖40是根據(jù)例示性實施方案的饋通的一部分的側視圖。
[0048]圖41是圖40的饋通的端視圖。
[0049]圖42是根據(jù)另一例示性實施方案的饋通的分解視圖。
[0050]圖43是圖42的饋通的透視圖。
[0051]圖44是圖42的饋通的頂視圖。
[0052]圖45是圖42的饋通的側視圖。[0053]圖46是圖42的饋通的端視圖。
【具體實施方式】
[0054]在轉到詳細圖示各個例示性實施方案的圖之前，應理解本申請不限制于描述中所提及或圖中圖示的細節(jié)或方法。還應理解術語只是出于描述的目的而且不應被視作限制性。
[0055]參考圖1，可植入醫(yī)療設備110，如起搏器或除顫器，包括基部112(例如，脈沖發(fā)生器，主體)和導線114。設備110可以植入人類病患116或其它物種中。在一些實施方案中，設備110被構造成以電脈沖的形式提供治療性治療，所述電脈沖在一些實施方案中可以是約700伏特的量級。在預期實施方案中，設備110或其變形可以用于治療或監(jiān)測大范圍的病癥，如疼痛、失禁、失聰、行動障礙，包括癲癇和帕金森病，睡眠呼吸暫停、心律不全和各種其它生理、心理和情緒病癥和障礙。
[0056]在基部112內(nèi)，設備110可包括當濕潤時可能無法生物相容或無法工作的組件，如控制電路和能量儲存設備(例如，一個或多個電池、電容器等)。然而，根據(jù)例示性實施方案，基部112被氣密密封而且形成有生物相容且生物穩(wěn)定材料(例如，鈦、生物相容涂層)的外部，其將基部112的內(nèi)部從基部112外側的病患116的體液隔離。在一些實施方案中，基部112還包括氣密饋通118 (例如，貫穿連接、介面、連接體、耦接)，其形成自或包括生物相容且生物穩(wěn)定材料的外部。饋通118促進從基部112的內(nèi)部通過基部112到達基部112的外部的電傳輸，且反之亦然。
[0057]舉例來說，在可植入醫(yī)療設備110的使用期間，儲存在基部112內(nèi)的電容器中的電荷可以電脈沖的形式放電。電脈沖經(jīng)由饋通118被傳遞穿過基部112的壁。隨后電脈沖被導線114的近端120中的至 少一個接收并經(jīng)由導電路徑通過導線114中的至少一個傳輸?shù)娇晌挥趯Ь€114遠端的電極122?？蓪㈦姌O122耦接到病患116的心臟124或其它部分以改善心跳模式、刺激心跳、感測心跳、加速康復或用于其它原因。
[0058]在一些實施方案中，活動經(jīng)由電極122感測并通過導線114經(jīng)由饋通118傳遞到基部112中的控制電路。感測的活動可被控制電路用作反饋以管理設備110的運作和/或優(yōu)化傳遞給病患的療法。在還有其它實施方案中，饋通118還可以用于促進將電力傳遞到在基部112內(nèi)的能量儲存設備，如用于再充電或測試。在其它實施方案中，可使用其它能量儲存設備，如使用一個或多個電池和電容器的組合來進行能量儲存的混合系統(tǒng)。根據(jù)例示性實施方案，可經(jīng)由饋通118將兩個或多個導線耦接到基部112的內(nèi)部。在其它實施方案中，可使用單個導線(見如圖2中所示的一般性設備210)。
[0059]參考圖2，可植入醫(yī)療設備210 (例如，電刺激器、監(jiān)測回路記錄儀、神經(jīng)刺激器或其它類型的可植入醫(yī)療設備)被構造以影響病患212的神經(jīng)系統(tǒng)和/或器官。例如，可將設備210植入病患212的腹部214、胸肌區(qū)、上臀或其它區(qū)域的皮下囊袋中，且設備210可被編程以提供與特定療法相關的刺激信號(例如，電脈沖、頻率、電壓)。在使用期間，與導線216整合的電接觸件被放置在所需的刺激部位，如脊柱218或大腦的一部分。還通過與基部220的外表面整合的饋通222將導線216連接到設備210的基部220。在一些預期實施方案中，饋通可直接向安裝在可植入醫(yī)療設備(例如，所謂的無導線設備)上的電極傳輸療法和/或發(fā)送信號。[0060]根據(jù)例示性實施方案，饋通222以及在基部220的外部的其余部分被設計成氣密密封、生物相容且生物穩(wěn)定以防止體液泄漏到基部220的內(nèi)部，以及防止在可植入醫(yī)療設備210的植入期間從基部220的內(nèi)部到體內(nèi)的泄漏。根據(jù)例示性實施方案，饋通222被氣密密封，且當植入體內(nèi)時保持氣密密封，展示長達幾年，如至少一年、五年、十年、二十年或更長時間量級的長期生物穩(wěn)定性。
[0061]可使用標準測試，如針對氣密性和染料滲透的體外高度加速浸潤測試，以提供當在延長時間植入時饋通118、饋通222保持氣密密封和生物穩(wěn)定的能力的可靠指標?？赏ㄟ^在受控制的溫度(例如，1201:、1501:、2001:或更高)和壓力(例如，1.5atm、3.5atm)下以延長的測試時間(例如，48小時、72小時、96小時、一個月或更長)浸潤在模擬體液后，發(fā)生大體無染料滲透通過饋通和大體無通過饋通的氣密密封損失，同時維持通過饋通222的高導電率而證明(即，通過無染料滲透、無氦泄漏等證實)長期氣密性和/或生物穩(wěn)定性。其它標準測試，如氦泄漏測試和3點彎曲強度測試也可以證實長期生物穩(wěn)定性，如可通過極小的強度下降和保持低氦泄漏速率(通常小于I X l(r8atm-CC He/秒(例如，小于5 X lO^atm-ccHe/秒))指示。
[0062]雖然本文關于特定可植入醫(yī)療設備加以描述，但應理解本文公開的概念可以與大范圍的可植入醫(yī)療設備結合使用，如起搏器、可植入復律器-除顫器、傳感器、心肌收縮力調(diào)節(jié)器、復律器、投藥設備、診斷記錄儀、耳蝸移植物和其它設備。根據(jù)還有其它預期實施方案，除可植入醫(yī)療設備以外的設備也可以從本文公開的概念受益。
[0063]現(xiàn)參考圖3，可植入醫(yī)療設備(例如見如圖1至圖2中所示的可植入醫(yī)療設備110和可植入醫(yī)療設備210)的壁310或包封結構包括饋通312。饋通312被拴扣到壁310的一部分314，如在壁310的凹陷316中的被構造成接收饋通312的套圈。壁310可與另一個或一些壁整合以形成在可植入醫(yī)療設備的基部(例如見如圖1至圖2中所示的基部112和基部220)的生物相容、氣密密封外部。在其它實施方案中，套圈不包括凹陷。在還有其它實施方案中，饋通可直接整合到壁中，不需要使用套圈。
[0064]根據(jù)例示性實施方案，饋通312主要由一般不導電的材料318，如絕緣體或介電材料形成。饋通還包括一個或多個導管320 (例如，導電部件、豎直互連通道(通孔)、路徑、通路)，其一般導電且延伸穿過一般不導電的饋通312的材料318。在一些預期實施方案中，導管320與材料318整合但不延伸穿過材料318，而是沿材料318的表面，或在導管320與材料318的表面之間的中介材料的表面上延伸。如此一來，電信號便可沿水平方向在導電導管(例如，通孔)或外部襯墊之間傳導，或另外連接相互側向安置的內(nèi)部和/或外部點。
[0065]參考圖4至圖5，可植入醫(yī)療設備1110的組件包括饋通1112 (例如，共燒陶瓷、單成巖)、釬焊用的填充材料環(huán)1114和套圈1116。在可植入醫(yī)療設備1110的組裝期間，將饋通1112插入套圈1116的凹陷1118 (例如，開口)中，隨后將環(huán)1114熔化并釬焊在饋通1112與套圈1116之間。在一些實施方案中，環(huán)1114是金環(huán)，且套圈1116是由鈦形成。在一些實施方案中，由于相關的生物相容性質和相對熔化溫度的原因，使用金和鈦。在一些實施方案中，用金屬，如鈮、鈦、鑰或其它生物相容材料(例如，通過各種可能方法，如物理氣相沉積、濺射、電子束蒸發(fā)、電鍍、化學氣相沉積)涂覆陶瓷絕緣體的側壁，以促進絕緣體與套圈之間的連結。金屬涂層可促進預成型金環(huán)的粘著和釬焊以連結絕緣體與套圈。在其它預期實施方案中，環(huán)和套圈是由不同材料或材料組合形成。[0066]參考圖6至圖7，饋通1112包括在饋通1112的頂表面與底表面之間延伸穿過絕緣體1122的導電導管1120 (例如，通孔)。在一些實施方案中，導電導管1120中的至少一個部分地延伸穿過絕緣體1122，并耦接到側向延伸到饋通1112側面的水平導管1124 (圖7)。在其它實施方案中，導管可完全延伸穿過饋通，如從頂部延伸到底部且仍水平連接到另一主體。在圖7中，水平導管1124延伸到釬焊在套圈1116與饋通1112之間的環(huán)1114。因此，水平導管1124可以用作饋通1112的地平面。在一些實施方案中，導電導管1120(包括水平導管1124)包括鉬。在一些這種實施方案中，將水平導管1124印刷到未燒過(例如，綠色)的陶瓷材料層上，且與其它導電導管1120和絕緣體1124共燒。
[0067]參考圖8至圖9，共燒饋通1212包括具有導電導管1216的大體矩形絕緣體1214。已用生物相容材料環(huán)1220將饋通1212釬焊到可植入醫(yī)療設備1210的套圈1218中。認為矩形絕緣體1214的棱柱形狀(圖8)改善釬焊接點穩(wěn)定性，如下文中更詳細論述。根據(jù)例示性實施方案，對比于如圖7中所示的具有突出部分1126的套圈1116，套圈1218無突出部分，其中絕緣體不受套圈1218的下側上的凸緣或伸出支撐。套圈1218的無突出部分設計意在通過增大導電導管1216與套圈1218之間的短路路徑長度改善饋通1212的導電導管1216的電隔離，還意在改善外部互連通道(例如，耦接到饋通1212的導線)。
[0068]參考圖10至圖11，用于可植入醫(yī)療設備的套圈2610被構造以接收饋通。套圈2610部分地無突出部分，具有被定位以在圍繞套圈2610的內(nèi)周2614的分隔位置接收饋通的下側或頂側的翼片2612或其它伸出。翼片的大小、形狀和數(shù)量在同一套圈中變化且在不同實施方案中可從圖10至圖11中的翼片2612的幾何形狀變化。在一些實施方案中，翼片的長度L1比相關側的長度L2的十分之一小，或比相關末端的長度L3的四分之一小。
[0069]在一些實施方案中，翼片2612被定位在套圈2610上，從相關饋通上的襯墊分隔的位置，以在襯墊與套圈2610之間提供強介電擊穿。雖然在圖10至圖11中示出為在套圈2610的各個內(nèi)側的中心，但在 其它預期實施方案中，翼片可從角、從單純兩側、從同一側的兩個或更多個位置等延伸。
[0070]參考圖12，用于將導線1512 (例如，線導線、帶；見圖13)熔接到饋通1514的工作臺1510包括用于固定饋通1514的支撐1516和機器1518 (例如，機械臂)。根據(jù)例示性實施方案，為了將導線1512附接到饋通1514上的襯墊1520，機器1518被構造以實施激光熔接。在替代實施方案中，機器1518被構造以實施平行間隙熔接、或另一種熔接形式，如下文所論述。
[0071]在操作期間，導線1512被熔接到襯墊1520，所述襯墊上覆且電耦接到被整合在饋通1512的絕緣體1522 (圖13)內(nèi)的導電通孔(見，例如，如圖6中所示的導電導管1120)。根據(jù)例示性實施方案，熔接機器包括工作元件1524，如激光器或引導電流往返并穿過導線1512的一部分的電極。機器1518的工作元件1524將導線1512的一部分與下伏的襯墊1520熔化在一起，從而將導線1512熔接到襯墊1520。雖然圖12示出具有單個工作元件1524的機器1518，但在其它實施方案中，可使用較大的機器或機器組。在還有其它預期實施方案中，人員可手動將導線熔接到饋通。
[0072]根據(jù)例示性實施方案，導線1512是由被構造以與可植入醫(yī)療設備整合的生物相容材料形成。在一些這種實施方案中，導線1512是鈮。在其它實施方案中，導線1512是鎳合金，如包括鎳和鈷的合金或包括鎳、鈷和鉻的合金(例如，約35%鎳、35%鈷、20%鉻和10%鑰；1440°C熔點；12.811111/(111*°0熱膨脹系數(shù))。在還有其它實施方案中，可使用其它生物相容材料，如鉬、鉬-銥合金、鈦、鉭、銀、金、銀、鈕、鎳和它們的氧化物和它們的合金。
[0073]已發(fā)現(xiàn)當對比于其它生物相容導線材料時，鎳合金，如包括鎳、鈷和鉻的合金可具有相對低的熔點且展示大體良好的生物穩(wěn)定性。還發(fā)現(xiàn)由于鉬的生物相容性和鉬與一般可用作饋通的絕緣體材料的氧化鋁具有同等的熱膨脹系數(shù)的原因，鉬可用于饋通襯墊和通孔材料。
[0074]參考圖13至圖16，導線框架1526在圖13中被定位在饋通1514上，將各個導線1512定位在襯墊1520上，其中每個襯墊1520關聯(lián)與饋通1514的絕緣體1522整合的下伏通孔(見,例如,如圖6中所示的導電導管1120)。在一些實施方案中，饋通1514被固定(例如，束縛)在固定裝置1530的凹陷1528中且導線框架1526中的穿孔1532被釘?shù)焦潭ㄑb置1530以使導線1512與饋通1514的襯墊1520對齊。隨后可使用機器1518 (例如，熔接機、連結機、激光熔接機、電阻型熔接機)將各個導線1512熔接到各個下伏襯墊1520，如圖14至圖16中所示。如圖14中所示，由包括鎳、鈷和鉻的合金形成的導線1512已被激光熔接到饋通1514，且饋通1514與套圈1534整合。如圖15至圖16中所示，鈮導線1612已被激光熔接到饋通1614的襯墊1620。
[0075]根據(jù)例示性實施方案，導線框架1526 (圖13)的導線1512被裁切以用相對低的電阻傳導足夠量的電力，同時被裁切成足夠小以使不致填充大量體積或給可植入醫(yī)療設備提供巨大重量。在一些實施方案中，導線1512具有小于10密耳、小于5密耳或約4密耳的厚度。在一些實施方案中，導線1512具有小于30密耳、小于25密耳、小于12密耳或約24、20、16或12密耳的寬度。
[0076]出于聯(lián)系上下文的目的，使用由鈮或包括鎳、鈷和鉻的合金(按照平行間隙熔接或激光熔接)形成的導線或帶 制備一組饋通樣品。在激光熔接和平行間隙熔接后，視檢所有樣品并測試熔接強度。在導線和帶材料中的合金展示一致性能，在顯示充足強度下不給襯墊-絕緣體介面造成過程相關破壞。總而言之，使用通過激光熔接或平行間隙熔接連結到襯墊表面的由合金或鈮形成的導體的結果是在顯示充足強度下不給襯墊-絕緣體介面造成過程相關破壞。
[0077]在預期實施方案中，可使用各種不同的連結技術以形成導線到饋通介面(如高溫共燒陶瓷饋通的鉬襯墊)的高強度、浸潤穩(wěn)定、導電接點。用于提供生物相容、生物穩(wěn)定、可靠接點的連結技術包括使用熱源的那些技術，如平行間隙熔接、激光熔接或使用激光的其它連結(例如，激光釬焊、激光焊接、激光化學反應、膠合物激光軟化)、反間隙熔接、步間隙熔接、擴散粘結(壓力和溫度)、在烤爐中釬焊或焊接、通過電阻加熱進行釬焊或焊接、用激光進行釬焊或焊接、超聲波粘結、熔/球/帶熔接、反應熔接、燒結和多層堆疊的放熱反應。用于建立電接觸的機械連結技術可包括刮擦、壓力接觸和插針和插座。
[0078]在預期實施方案中(大體見圖35至圖46)，插入機構(如薄膜、厚膜或諸如塊體的元件)、導線框架或與金釬焊或鉬燒結共燒襯墊連結的另一個共燒部分(或其它合金，如Pt-1r的堆疊,或耐火、生物穩(wěn)定、生物相容金屬，如鉬、鉬-銥合金、鈦、鉭、銀、金及其合金和氧化物的納米化粒子)的堆疊可連結到饋通的介面，如共燒饋通襯墊或襯墊陣列的鉬襯墊。隨后利用各種不同的連結技術將導電導線(如鉬、鉬-銥合金、鈦、鉭、鈮、金和其中合金和氧化物)熔接到插入機構以形成插入機構到饋通的介面(如高溫共燒陶瓷饋通的鉬襯墊)的高強度、浸潤穩(wěn)定、導電接點。用于提供從襯墊到插入機構的生物相容、生物穩(wěn)定、可靠接點的連結技術包括使用熱源的那些技術、擴散粘結(壓力和溫度)、在烤爐中釬焊或焊接、通過電阻加熱進行釬焊或焊接、用激光進行的釬焊或焊接或使用激光的其它連結、超聲波粘結、反應熔接和多層堆疊的放熱反應。
[0079]在預期實施方案中，可使用組合連結技術的混合方法來形成導線到饋通的介面(如高溫共燒陶瓷饋通的鉬襯墊)的高強度、浸潤穩(wěn)定、導電接點。用于提供生物相容、生物穩(wěn)定、可靠接點的主要連結技術包括使用熱源的那些技術，如平行間隙熔接、激光熔接或使用激光的其它連結、反間隙熔接、步間隙熔接、擴散粘結(壓力和溫度)、在烤爐中釬焊或焊接、通過電阻加熱進行釬焊或焊接、使用激光進行釬焊或焊接、超聲波粘結、熔/球/帶熔接、反應熔接、多層堆疊的放熱反應。用于建立電接觸的機械連結技術可包括刮擦、壓力接觸和插針和插座。二級技術包括在烤爐中熱處理主接點、使電流通過主接點以促進材料熔融或這些技術的組合。
[0080]在一些特定實施方案中，通過使用小于0.5kA (例如，約0.13kA)的電流，小于五磅/電極的力(例如，約21b力/電極),使用基于銅的金屬基質復合材料合金(例如，Glidcop)電極(例如，大小為0.015X0.025英寸)和在惰性覆蓋氣體(例如，氬氣、氦氣、氮氣等)中，可以進行由包括鎳、鈷和鉻的合金形成的導線的平行間隙熔接而不破壞襯墊到絕緣體介面的氣密性。這種平行間隙熔接還可從具有足夠厚度和表面積的襯墊受益。
[0081]在實驗測試期間，發(fā)現(xiàn)連結過程可導致通孔從周圍絕緣體材料層離的發(fā)生。這種層離可給體液提供泄漏路徑。在認識這個問題后，發(fā)現(xiàn)襯墊的厚度和插入機構的使用可以是提供將帶或線連結到襯墊而不導致層離發(fā)生的能力的重要參數(shù)。認為極小的襯墊或插入機構厚度允許對平行間隙熔接或其它連結過程中產(chǎn)生的熱進行熱管理，這減輕了對下伏陶瓷材料的破壞且可防止通孔從陶瓷材料層離。因此，已發(fā)現(xiàn)在一些構造中，如在共燒饋通中包括鉬襯墊的那些構造，5 0 μ m的極小襯墊厚度可提供充分熱管理以防止通孔的層離，且約75 μ m可提供甚至更佳結果。在其它構造中，如使用其它材料的那些構造，所述極小襯墊厚度可以大于或小于50 μ m。此外，還可以利用導線的設計以控制連結過程。
[0082]還認為襯墊的頂表面積對于將帶或線連結到襯墊而不導致層離(如襯墊從絕緣體層離)的能力很重要，所述層離可給體液提供泄漏路徑。襯墊的較大頂表面積可給連結期間產(chǎn)生的熱提供增大的分布，且可減小沿襯墊到絕緣體介面的溫度差和相關熱膨脹誘發(fā)應力。在一些構造中，如在共燒饋通中包括鉬襯墊的那些構造，已發(fā)現(xiàn)面積上具有至少20 X 20密耳的頂表面積的襯墊可足以分布熱，而使用面積上具有至少約30 X 30密耳，如30 X 40或40X40密耳的頂表面積的襯墊將獲得甚至更佳的結果。具有相當面積的各種幾何形狀(例如，圓形、橢圓形等)的襯墊也可充分地分布連結期間產(chǎn)生的熱。
[0083]認為饋通的互連過程的熱管理對于形成強接點(例如，導線與襯墊之間)而不給基片(例如，共燒襯墊、絕緣體、通孔和彼此之間的氣密密封)造成破壞很重要。在導線與襯墊的互連連結過程期間過量的熱和/或負荷可破壞襯墊、絕緣體和通孔之間的介面，甚至可能損害氣密密封。導線框架，如圖17至圖34中所示的那些導線框架，可被設計以改善接點的熱容、盡可能減小熔化物體積和/或提供熱消散，從而允許互連，同時維持氣密密封。
[0084]根據(jù)例示性實施方案，可利用犧牲放熱反應以促進在互連連結過程期間的熱管理。在一些實施方案中，可將在熔接區(qū)中的碳涂層施用到襯墊或導線。在其它預期實施方案中，使用其它涂層以在互連連結過程期間產(chǎn)生犧牲放熱反應。
[0085]在一些實施方案中，襯墊被設計成具有增大的厚度、增大的熱質量和/或增大的熱容，如本文所論述。材料可經(jīng)過專門選擇以提供這種襯墊，如銀、鉭、鉬、鈦、金及其合金。在預期實施方案中，可利用各種栓扣技術以構建這種襯墊或為其增加質量或厚度，所述技術包括激光連結、額外金屬化材料的燒結、電鍍、濺射膜和力量金屬沉積(例如，熱濺射、共燒)。[0086]現(xiàn)參考圖17至圖34，導線框架1710 (圖17至圖19)、導線框架1810 (圖20至圖22)、導線框架1910 (圖23至圖25)、導線框架2010 (圖26至圖28)、導線框架2110 (圖29至圖31)、導線框架2210 (圖32至圖34)分別包括耦接且被構造以從各個叉形部件1714、叉形部件1814、叉形部件1914、叉形部件2014、叉形部件2114、叉形部件2214解耦的導線1712、導線1812、導線1912、導線2012、導線2112、導線2212。在其它實施方案中，個別導線不耦接到叉形部件。叉形部件1714、叉形部件1814、叉形部件1914、叉形部件2014、叉形部件2114、叉形部件2214分別包括安裝孔1716、安裝孔1816、安裝孔1916、安裝孔2016、安裝孔2116、安裝孔2216以促進導線框架1710、導線框架1810、導線框架1910、導線框架2010、導線框架2110、導線框架2210在互聯(lián)期間對齊(見，例如，圖13)。應注意雖然導線1712、導線1812、導線1912、導線2012、導線2112、導線2212大體以矩形為橫截面，但其它導線或導電部件可以圓形為橫截面(例如，線)或呈其它形狀，且還可包括圖17至圖34中所示的特征件(例如，凹口、孔、打斷特征件等)。
[0087]接點設計，具體來說導線框架的設計可單獨或與厚共燒襯墊或插入機構組合使用以允許連結過程提供充足熔接或粘結強度和減小連結過程期間的熱沖擊。已為導線1712、導線1812、導線1912、導線2012、導線2112、導線2212的幾何形狀設想了各種創(chuàng)新性特征件以促進粘結或熔接強度和控制熱沖擊。在一些實施方案中，導線1712、導線1812、導線1912、導線2012、導線2112、導線2212的幾何形狀包括被構造以給高效引導連結能量到熔接接點提供熱導管的棱柱矩形橫截面。在其它實施方案中，導線幾何形狀包括圓形橫截面(例如，線導線)。
[0088]參考圖17至圖25，導線1712、導線1812、導線1912分別包括在導線1712、導線1812、導線1912中的被構造以與對應饋通的通孔對齊的孔1718、孔1818、孔1918?？?718、孔1818、孔1918靠近與各個叉形部件1714、叉形部件1814、叉形部件1914相反的導線1712、導線1812、導線1912的末端，如在導向1712、導線1812、導線1912向末端的四分之一長度內(nèi)。在一些實施方案中，孔1718、孔1818、孔1918被設計以促進導線1712、導線1812、導線1912到饋通的介面或插入機構的激光熔接。使用孔1718、孔1818、孔1918可增大導線1712、導線1812、導線1912接收用于將導線粘結到相應饋通的襯墊的熱的表面積。
[0089]孔1718、孔1818、孔1918可被裁切成小于相應激光斑點的大小，如具有5密耳直徑的孔對應8密耳直徑的斑點。對于圓形通孔來說，在導線1712、導線1812、導線1912中的孔1718、孔1818、孔1918的直徑可為通孔的約四分之一至兩倍。在一些實施方案中，孔的直徑比導線寬度的一半小。在一些實施方案中，孔的直徑小于10密耳，如小于8密耳。在其它實施方案中，孔呈正方形、橢圓形或其它形狀。
[0090]在激光熔接或其它連結過程中，鄰接孔1718、孔1818、孔1918的導線1712、導線1812、導線1912的材料可被熔化并引導通過孔1718、孔1818、孔1918到達下伏介面用于連結導線與介面?？?718、孔1818、孔1918允許用更少能量來連結導線，因為連結過程只需要熔化足夠流經(jīng)孔1718、孔1818、孔1918到達下伏介面的導線材料，代替了熔化整個導線的材料以使熔化的材料與下伏介面接觸。
[0091]參考圖20至圖22，導線框架1810的導線1812包括凸起的伸出，其允許導線1812栓扣到已被凹埋到套圈中的饋通。
[0092]參考圖23至圖25，導線1912具有與圖17中的導線1712不同的打斷特征件——使用劃痕取代狹窄化。在其它預期實施方案中，可使用打斷特征件的組合。
[0093]參考圖26至圖28，導線2012包括凹口 2018 (例如，V形凹口或“鼠嚙”)，其可被設計以促進導線2012的激光熔接，十分類似于孔1718、孔1818、孔1918，其中凹口 2018可以用于對齊和給熔化材料提供到達下伏介面的捷徑。在其它預期實施方案中，可使用除凹口或孔以外的形狀，如導線的W形或U形末端。
[0094]參考圖29至圖31，導線框架2110是被設計成供平行間隙熔接、貫穿激光熔接、超聲波粘結或其它連結技術用的簡單導線框架。簡單的幾何形狀允許自動連結過程具有改善的再現(xiàn)性。
[0095]參考圖32至圖34，導線2212包括在導線的末端附近的突出部分2218 (即，淺窩或碗的反面；例如，隆起物、伸出)。突出部分2218可通過增大導線2212的熱質量或厚度和/或導線2212的電阻來控制熱傳遞。在一些實施方案中，突出部分2218被放置成與饋通的下伏介面接觸，并將熱施加到可呈碗或凹陷形式的突出部分2218的背側。熱會使突出部分2218熔化到下伏介面，從而形成隨后可被視檢到的熔接頭，因為突出部分2218會使導線2212的其余部分從饋通的介面分離。
[0096]在激光熔接期間，當激光已熔穿突出部分到達下伏表面時，被熔接點反射的激光能的量發(fā)生變化，這可用作供被構造以隨后關停激光器的感光器接收的反饋信號。除了供激光熔接使用外，具有突出部分2218的導線2212還可通過減小導線與下伏介面之間的接觸面積用于集中用于平行或反間隙熔接的電阻，這增大了預期熔接部位處的電阻。
[0097]導線尺寸可以促進熔接或粘結強度和連結過程期間的熱管理。在包括具有棱柱形橫截面的導線1712、導線1812、導線1912、導線2012、導線2112、導線2212的一些實施方案中，導線1712、導線1812、導線1912、導線2012、導線2112、導線2212的寬度W1'W2、W3、W4、W5^W6介于對應襯墊的全寬度(例如，小于20密耳，至少20、30或40密耳)至可基于最小電流處理、導線材料、導電性等的最小寬度的范圍內(nèi)。在預期實施方案中，導線1712、導線1812、導線1912、導線2012、導線2112、導線2212的厚度T1J^T3JpT5J6可介于對應襯墊厚度(如本文所論述的那些襯墊厚度)的約十分之一至約十倍的范圍內(nèi)。對于具有圓形橫截面的導線來說，導線的直徑可介于對應襯墊的全寬度至基于最小電流處理、導線材料等的最小直徑的范圍內(nèi)。
[0098]在一些實施方案中，在連結技術后實施熱處理以促進熔接或粘結強度和/或減小殘余熱應力。在一個這種實施方案中，電阻斑點熔接可伴隨后續(xù)接點熱處理以促進在熔接區(qū)中的互擴散。在另一這種實施方案中，激光熔接可伴隨后續(xù)熱處理以促進在熔接區(qū)中的互擴散。在還有另一這種實施方案中，超聲波粘結可伴隨后續(xù)熱處理以促進在熔接區(qū)中的互擴散。
[0099]在其它實施方案中，使用電阻釬焊以促進熔接或粘結強度。根據(jù)這種實施方案，電阻加熱過程(反間隙、平行間隙、步間隙)可通過在導線與襯墊之間添加具有比襯墊材料低的熔點的生物穩(wěn)定、生物相容材料(如金或用于鉬襯墊的鉬合金)的中間層在導線與襯墊之間形成釬焊接點。在一些實施方案中，中間層可以是金屬箔片或由金屬化技術，如額外金屬化材料的燒結、電鍍、濺射膜和力量金屬沉積(例如，熱濺射、激光燒結、共燒)形成。
[0100]在還有其它實施方案中，可將激光熔接與原位添加的力量金屬填充材料組合使用。
[0101]現(xiàn)參考圖35至圖39，可植入醫(yī)療設備2310的一部分包括被構造以被接收在套圈2314中的氣密饋通2312，和被構造以促進導體(例如，線、帶導線)到饋通2312的互連的插入機構2316。在一些實施方案中，在饋通2312附接到套圈2314和插入機構2316附接到饋通2312期間，將預成型品2318、預成型品2320用作釬焊材料。通孔(見，例如，如圖6中所示的導電導管1120)延伸穿過饋通2312并被襯墊2322蓋封。
[0102]在一些實施方案中，饋通2312的襯墊2322對于熔接或按照其它方式連結導線而不導致饋通2312與周圍絕緣體2324 (圖35)層離或氣密性損失來說可能不夠厚，并將插入機構2316用作中介物。將導線附接到附接饋通2312的插入機構2316，代替了將導線直接附接到饋通2312。插入機構2316還包括在絕緣體2328中被襯墊2326蓋封的通孔(大體見如圖6中所示的導電導管1120)。插入機構2316可與預成型品2318釬焊、共燒或按照其它方式燒結或按其它方式附接到饋通2312并用作導線互連期間的熱屏障。
[0103]在插入機構2316與饋通2312之間的預成型品2318可由與饋通的襯墊2322但不與絕緣體2324粘結相容的材料形成。因此，所述材料不會在不同襯墊2322之間傳播且不會短路通孔。在一些實施方案中，預成型品2318、預成型品2320可由金形成且襯墊2322、襯墊2326可由鉬形成。絕緣體2324、絕緣體2328可大部分包括氧化鋁。在預期實施方案中，套圈2314可延伸以同時支撐饋通2312和插入機構2316。
[0104]結構上插入機構2316可類似于饋通2312，即由絕緣體2328和延伸穿過絕緣體的導電導管2326形成。在一些實施方案中，插入機構2316可以為饋通2312的厚度的一半或更薄。然而，對比于饋通2312的襯墊2322和通孔，插入機構2316的襯墊2326和通孔在一些實施方案中不需要氣密密封。因此，插入機構2316可以用與饋通2312不同的材料形成和/或用較不劇烈的制造方法形成。在一些實施方案中，插入機構2316可針對低電阻加以優(yōu)化，而饋通2312可針對氣密性和生物穩(wěn)定性加以優(yōu)化。
[0105]參考圖40至圖41，可植入醫(yī)療設備2510，類似于可植入醫(yī)療設備2310，包括饋通2512、套圈2514和通過耦接插入機構2516與饋通2512的導電預成型品2518或其它導電元件(如從插入機構2516的底側突出的伸出或襯墊)耦接到饋通2512的插入機構2516。根據(jù)例示性實施方案，可植入醫(yī)療設備2510的預成型品2518被經(jīng)過構造以在預成型品2518之間提供高介電擊穿(和連結襯墊和與饋通2512或插入機構2516關聯(lián)的通孔)的介電屏障2520 (例如，底部填充材料)包圍。
[0106]根據(jù)例示性實施方案，介電屏障2520包括具有高介電擊穿強度的材料(例如，“灌封材料”)。在一些實施方案中，介電屏障2520的材料包括熱固性環(huán)氧樹脂、紫外光固化環(huán)氧樹脂、基于硅的醫(yī)療粘性材料、液體硅膠、熱固化樹脂、其它材料或它們的組合。在一些實施方案中，將介電屏障2520以被模具包含的液體形式施用到可植入醫(yī)療設備2510。介電屏障2520隨后填充預成型品2518或其它組件之間的空間并固化。[0107]在用于插入機構2516的預成型品2518之間使用介電屏障2520意在允許預成型品具有較高密度和允許耦接到預成型品2518的饋通的導電襯墊具有相應較高密度。所述高介電擊穿強度可比空氣的三倍大，且在一些實施方案中，比空氣的介電擊穿強度的五倍大。在預期實施方案中，可將類似介電屏障定位在饋通的頂部或底部上的襯墊(例如，如圖8中所示的襯墊1216)之間、各件插入機構(例如，如圖42至圖46中所示的插入機構2416)之間或可植入醫(yī)療設備的其它導電特征件之間。
[0108]參考圖42至圖46，可植入醫(yī)療設備2410的一部分包括被構造以被接收在套圈2414中的氣密饋通2412，和被構造以促進導體(例如，線、帶導線)到饋通2412的互連的插入機構2416(例如，塊體、工件、帽蓋)。根據(jù)例示性實施方案，插入部件2416是不被固定在絕緣體中的個別導電帽蓋。在一些實施方案中，在饋通2412附接到套圈2414和插入機構2416附接到饋通2412期間，將預成型品2418、預成型品2420用作釬焊材料。
[0109]雖然本文公開的教義一般地關于可植入醫(yī)療設備(例如見如圖1至圖2中所示的設備110、設備210)，但公開內(nèi)容并非意在限制于這些設備。例如，在本文公開的一些教義關于為由共燒過程形成的氣密饋通提供的方法和結構。在微米級上，允許氣密密封在長時間(例如，幾年)保持生物穩(wěn)定的特征還提供了在饋通的絕緣體與導電組件之間強而可靠的粘結。這種改善的粘結對于經(jīng)受要求饋通的組件具有高可靠性和/或長期氣密性的條件的非醫(yī)療、不可植入設備可為有益的，如經(jīng)歷較大溫度變化、在化學侵略性環(huán)境中操作的計算機、經(jīng)歷相對高振動負荷的電氣設備(例如，飛行器電子設備)、牢固構建的高價值設備和其它設備。
[0110]如本文所使用，術語“大概”、“約”、“大體上”和類似術語意在提供與本公開的主要內(nèi)容的所屬領域的一般技術人員的常見和接受用法相協(xié)調(diào)的廣泛含義。查看本公開的本領域技術人員應理解這些術語意在給所描述和要求的某些特征提供描述而非將這些特征限制于所提供的準確數(shù)字范圍。因此，這些術語應被解讀為指示所描述和要求的主要內(nèi)容的非真實或不合理修改或替換被視為屬于隨附權利要求所引述的發(fā)明范圍。
[0111]應注意如本文所使用以描述各個實施方案的術語“例示性”意在指示這些實施方案是可行實施方案的可行實例、代表和/或說明(且這個術語非意在暗示這些實施方案必然是特別或最佳實例)。
[0112]如本文所使用的術語“耦接”、“連接”和類似術語意指兩個部件相互的直接或非直接連結。這種連結可以是固定(例如，永久)或可移動(例如，可移除或可釋放)的。這種連結可以用兩個部件或兩個部件和任何其它中間部件通過相互整合形成單個一體式主體或用兩個部件或兩個部件和任何其它中間部件通過相互附接實現(xiàn)。
[0113]本文對元件位置的陳述(例如，“頂”、“底”、“上方”、“下方”等)只用于描述各個元件在圖中的取向。應注意各個元件的取向可根據(jù)其它例示性實施方案而有所不同，且這些變化將被本公開涵蓋。
[0114]值得注意的是如各個例示性實施方案中所示的饋通的構建和布置只是說明性的。雖然已經(jīng)在本公開內(nèi)容中只詳細描述了幾個實施方案，但查看本公開的本領域技術人員將輕易明白在不實質脫離本文描述的標的的新穎教義和優(yōu)點下，許多修改(例如，各種元件的大小、尺寸、結構、形狀和比例、參數(shù)值、安裝布置、材料用途、顏色、取向等的變化)是可行的。例如，按照整合形成示出的元件可以由多個部分或元件構建，元件的位置可顛倒或另外變化，且離散元件或位置的性質或數(shù)目可以更改或變化。根據(jù)代替實施方案，任何過程或方法步驟的順序或次序可以變化或重新排序。在不脫離本發(fā)明的范疇下，還可以在各個例示性實施方案的設計 、操作條件和布置中進行其它取代、修改、改變和刪減。
【權利要求】
1.一種互連導體和可植入醫(yī)療設備的氣密饋通的方法，包括: 將導線熔接到饋通上的襯墊； 其中所述饋通包括: 陶瓷絕緣體；和 氣密粘結到所述絕緣體且包括鉬的通孔； 其中所述襯墊包括鉬且粘結到所述絕緣體和電連接到所述通孔，且其中所述襯墊具有至少50 μ m的厚度；且 其中所述導線包括選自由鈮、鉬、鈦、鉭、鈀、金、鎳、鎢及其氧化物和合金組成的組的至少一種材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述熔接選自由平行間隙熔接、反間隙熔接、激光熔接、超聲波粘結、熱聲粘結和步間隙熔接組成的組。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中所述導線包括鈮或包括鈷、鉻和鎳的合金中的至少一種。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中所述熔接是平行間隙熔接。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中所述導線包括合金，其包括鈷、鉻和鎳。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中所述熔接是在惰性覆蓋氣體中實施。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述襯墊的厚度為至少約75μ m。
8.一種用于可植入醫(yī)療設備的饋通系統(tǒng)，包括: 由陶瓷材料形成的絕緣體； 氣密粘結到所述絕緣體且包括鉬的通孔； 襯墊，其粘結到所述絕緣體且在所述絕緣體的外表面和所述通孔上電連接到所述通孔，其中所述襯墊大體居中在所述通孔上，且其中所述襯墊包括鉬，具有至少50 μ m的厚度；和 栓扣到所述襯墊的導線，其中所述導線包括選自由鈮、鉬、鈦、鉭、鈀、金、鎳、鎢及其氧化物和合金組成的組的至少一種材料。
9.根據(jù)權利要求8所述的饋通系統(tǒng)，其中所述襯墊具有大于或等于所述饋通的頂表面積的頂表面積。
10.根據(jù)權利要求8所述的饋通系統(tǒng)，其中所述導線基本上由鈮組成。
11.根據(jù)權利要求10所述的饋通系統(tǒng)，其中所述導線基本上由包括鈷、鉻和鎳的合金組成。
12.—種可植入醫(yī)療設備，包括: 套圈，其被構造以支撐饋通的絕緣體，其中所述套圈包括被構造以包圍所述絕緣體的側面的框架，其中所述框架包括: 被構造以栓扣到所述可植入醫(yī)療設備的外套的外伸出；和 被構造以面向所述絕緣體的內(nèi)表面，其中所述內(nèi)表面有以下至少一個特征:(i)平整且只面向所述絕緣體的端面和縱長側面而不在所述絕緣體的頂面或底面上延伸大部分平整且只面向所述絕緣體的端面和縱長側面，但還包括從所述大部分平整表面突出以接收所述絕緣體的頂面或底面的兩個或更多個翼片。
13.根據(jù)權利要求12所述的設備，還包括:饋通，其包括陶瓷絕緣體和鉬通孔；和 栓扣所述陶瓷絕緣體與所述套圈的金釬焊。
14.根據(jù)權利要求13所述的設備，其中所述內(nèi)表面平整且只面向所述絕緣體的端面和縱長側面而不在所述絕緣體的頂面或底面上延伸。
15.根據(jù)權利要求14所述的設備，其中所述金釬焊接觸所述套圈的所述框架的內(nèi)表面和所述饋通的所述陶瓷絕緣體兩者，但只在所述饋通的所述端面和所述縱長側面上。
16.根據(jù)權利要求15所述的設備，其中所述饋通和所述金釬焊從所述饋通的頂邊和底邊隔開。
17.根據(jù)權利要求16所述的設備，其中所述套圈和所述金釬焊從所述饋通的底邊隔開至少約5密耳。
18.一種互連導體和饋通的方法，包括: 利用激光將導線連結到饋通上的襯墊； 其中所述饋通包括: 陶瓷絕緣體；和 氣密粘結到所述絕緣體且包括鉬的通孔， 其中所述襯墊氣密粘結到所述絕緣體且電連接到所述通孔，包括鉬且具有至少50 μ m的厚度，且 其中所述導線包括鈮、鉬、鈦、鉭、鈀、金、鎳、鎢及其氧化物和合金中的至少一種。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述連結還包括激光熔接、激光釬焊、激光焊接、激光化學反應或膠合物激光軟化中的至少一種。
20.根據(jù)權利要求19所述的方法，其中所述連結包括激光熔接。
【文檔編號】A61N1/375GK103842024SQ201280048405
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年7月30日 優(yōu)先權日:2011年8月2日
【發(fā)明者】M·布賴彥, T·米爾蒂奇, G·穆恩斯 申請人:美敦力公司