一種基于金絲球焊法的光刺激神經(jīng)電極器件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域的微電極，具體地，涉及一種基于金絲球焊法的光刺激神經(jīng)電極器件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，光遺傳學(xué)(Optogenetics)作為一個新興學(xué)科，受到國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。光遺傳學(xué)融合了光學(xué)和遺傳學(xué)技術(shù)，精準(zhǔn)控制特定細(xì)胞在空間和時間上的活動，其時間精度可達(dá)到厘秒，空間精度可達(dá)到單一細(xì)胞大小，為神經(jīng)回路和某些神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)制和干預(yù)治療等基礎(chǔ)研究提供了一個嶄新的生物工程學(xué)工具。
[0003]光遺傳學(xué)所用到的光刺激器件目前可分為兩類，一類是基于光纖實(shí)現(xiàn)的局部光刺激，光源為激光二極管或激光器；另一類是基于發(fā)光二極管(LED)陣列實(shí)現(xiàn)的平面光刺激，也可以增加透鏡或光波導(dǎo)使光聚焦。在刺激并采集大腦皮層區(qū)域的神經(jīng)元信號方面，采用微米級尺寸的LED裸芯片可以達(dá)到良好的刺激效果，比傳統(tǒng)微電刺激有更高的時間和空間分辨率。
[0004]經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，Onoe H , Nakai A , Iwase E等人在Journal ofMicromechanics&Microengineering ,2009 ,19(7):1717-1721 撰文 “Temperature-controlled transfer and self-wiring for mult1-color light-emitting d1dearrays”，文中將5 X 5個240微米X 240微米X 75微米的商用LED裸芯片，采用溫度控制轉(zhuǎn)移和焊錫回流自對準(zhǔn)方法轉(zhuǎn)移到柔性基酰亞胺基底上，LED轉(zhuǎn)移過程中使用了低熔點(diǎn)焊錫(LMPS)、聚乙二醇(PEG)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)，利用它們在不同溫度下的粘合力大小不同實(shí)現(xiàn)了LED的轉(zhuǎn)移和通電。這種方法雖然可以同時轉(zhuǎn)移多個LED，但是LED的間距布置由制造商提供的黏性層上的LED間距決定，不能按照實(shí)際位置需要決定LED在柔性基底上的布置，缺少靈活性。
[0005]Hung C,Ling G，Mohanty S K等人在IEEE transact1ns on b1-medicalengineering，2012,60( 1): 225-229撰文 “An IntegratedyLED Optrode for OptogeneticStimulat1n and Electrical Recording”，文中將一個 1000微米 X 600微米 X 200微米的商用LED裸芯片的陰、陽極焊盤分別用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂膠粘到硅探針尖端的兩個對應(yīng)的金焊盤上，再用聚二甲基硅氧烷(PDMS)封裝LED和探針的接觸部分。這種連接方式雖然也可以點(diǎn)亮LED，但這種方法只適合于尺寸較大的LED，因?yàn)槌叽巛^小的LED陰、陽極焊盤距離非常近，使用導(dǎo)電膠粘對應(yīng)焊盤時，容易使膠連在一起，導(dǎo)致LED陰、陽極導(dǎo)通，無法正常工作。
[0006]Schwaerzle M,Elmlinger P,Paul 0等人在Micro Electro Mechanical Systems(MEMS) ,201528th IEEE Internat1nal Conference on.IEEE，2015:162-165撰寫“Miniaturized 3 X 3optical fiber array for optogenetics with integrated 460nmlight sources and flexible electrical interconnect1n，，，文中米用倒裝芯片焊接技術(shù)，將3 X 3個220微米X 270微米X 50微米的商用LED裸芯片用倒裝芯片焊接器操作，使LED焊盤朝下逐個超聲熱壓在基片對應(yīng)焊盤位置。這種方法對設(shè)備、工藝和對位精度要求很高，成本高且操作麻煩。
[0007]綜上所述，目前報道的LED連接方法在布置靈活性、尺寸適用性和操作成本等方面都存在一定缺陷和局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種基于金絲球焊法的光刺激神經(jīng)電極器件及其制備方法，用金絲將微型LED裸芯片連接到柔性基底金屬層焊盤上，以達(dá)到點(diǎn)亮LED進(jìn)行光刺激的目的。
[0009 ]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種基于金絲球焊法的光刺激神經(jīng)電極器件的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0010]第一步、在沉積金屬犧牲層的硅片上，旋涂一層光敏型聚酰亞胺，經(jīng)過前烘、曝光、顯影和固化，制作得到圖形化的底層聚酰亞胺絕緣層，上面開有若干個方形孔；
[0011 ]第二步、濺射一層鈦或鉻，和濺射一層金，再電鍍增加金層厚度，旋涂正性光刻膠，經(jīng)過前烘、光刻、顯影和后烘，采用離子束刻蝕或濕法刻蝕的辦法，得到圖形化的中間電路層；
[0012]第三步、在第二步的中間電路層上，采用與第一步相同的操作，制作得到圖形化的頂層聚酰亞胺絕緣層，在與底層聚酰亞胺絕緣層相同開孔位置處，開有一樣形狀和數(shù)量的方形孔，并且開有和方形孔數(shù)量相同的若干組圓形孔，露出電路層作為金焊盤;底層聚酰亞胺絕緣層、中間金電路層和頂層聚酰亞胺絕緣層構(gòu)成了電極的主體結(jié)構(gòu)；
[0013]第四步、將單個微型LED裸芯片放置在方形孔內(nèi)，使微型LED裸芯片上有陰、陽極焊盤的一面朝上，再將無色透明的耐高溫瞬干膠涂抹在微型LED裸芯片四周，保證微型LED裸芯片牢靠固定在電極上，其余微型LED裸芯片均同樣如此操作；
[0014]第五步、在金絲球焊機(jī)上使用金絲連接微型LED裸芯片陰、陽極焊盤和對應(yīng)的頂層聚酰亞胺絕緣層圓形孔下方的金焊盤，其余微型LED裸芯片均同樣如此操作；
[0015]第六步、在微型LED裸芯片、中間電路層的金焊盤和金絲上方涂抹環(huán)氧樹脂膠，實(shí)現(xiàn)封裝，保證電極釋放后，微型LED裸芯片不會掉落且金絲牢固可靠，其余微型LED裸芯片均同樣如此操作；
[0016]第七步、腐蝕犧牲層，完成電極釋放。
[0017]優(yōu)選地，第一步和第三步中，所述的底層聚酰亞胺絕緣層和頂層聚酰亞胺絕緣層固化后厚度分別為2?25微米，可根據(jù)實(shí)際需要制作不同厚度的絕緣層。
[0018]優(yōu)選地，第一步和第三步中，所述的光刻聚酰亞胺得到的方形孔的長度和寬度尺寸根據(jù)所使用的微型LED裸芯片尺寸確定，保證微型LED裸芯片安放在方形孔位上不會移位;微型LED裸芯片的底面和金屬犧牲層接觸，且微型LED裸芯片和四周的聚酰亞胺之間有一定間隙;根據(jù)實(shí)際刺激需要，方形孔可按照兩側(cè)對稱排布，等間距陣列式排布或其他形式排布。
[0019]優(yōu)選地，第二步中，所述的中間電路層濺射的鈦或鉻的厚度為10?50納米、金的厚度為100?300納米，電鍍金的厚度為1?2微米；電鍍的目的是為了保證金絲球焊時第二焊點(diǎn)和金焊盤更牢靠的焊接;或在濺射鈦和金后，只電鍍金電路層金焊盤區(qū)域。
[0020]優(yōu)選地，第三步中，為保證后續(xù)金絲球焊時，金絲和頂層聚酰亞胺絕緣層圓孔下方的金焊盤的結(jié)合性與可靠性，用等離子體清理金焊盤表面。
[0021]更優(yōu)選地，所述的等離子體選用氧氣、氮?dú)狻鍤?，或者混合的氬氣和氧氣?br>[0022]優(yōu)選地，第四步中:
[0023]所述的微型LED裸芯片選用成熟的商用產(chǎn)品或通過微加工技術(shù)制造；
[0024]所述的耐高溫瞬干膠可承受金絲球焊機(jī)熱臺溫度(比如100°C)。
[0025]優(yōu)選地，第四步中，所述的瞬干膠涂抹在微型LED裸芯片四周邊緣時，瞬干膠滲透到LED和聚酰亞胺的間隙，以提高粘接強(qiáng)