专利名称：硅v形槽板及利用硅v形槽板装配微丝电极阵列的方法
技术领域：
本发明涉及微丝电极阵列的装配技术，特别涉及一种硅V形槽板及利用硅v形槽板装配微丝电极阵列的方法。
背景技术：
脑电活动与脑区域、脑状态有着密切的关系，是了解人脑 信息处理过程的一种极为重要的形式，脑电信号的研究是了解 脑活动的机制、人的认知过程何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。随着人们对神经系统的不断深 入了解，就需要更多更强有力的研究工具，电子与计算机工程 师和神经生理学家开始付诸行动，使用基于传感器、激励器和 控制系统的器件来满足这样的需要。为了对大脑活动原理的更深入了解，我们需要更为有效的 工具来实现对脑电信号的记录。微机械加工技术的进步己经促 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、
表面电极以及三维立体电极。硅基的表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，Davi d H. Hube 1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1 6通道钨丝电极阵列，以及美国杜克大学 Nicolelis实验室所使用的1 2 8通道的微丝电极阵列，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，利记博彩app简单，生物相容性好等优点。关于神经记录用微 丝电极阵列的相关报道，参见文献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。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1 0 0 u m，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。 本方法适合小尺寸电极阵列的组装及器件封装，可以方便 的根据其半径、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制造。 发明内容本发明的目的在于，提供一种硅v形槽板及利用硅v形槽板装配微丝电极阵列的方法，以便于获得方便可控的电极排布 及定位，用于大脑皮层植入提取神经电信号。本发明一种硅v形槽板，其特征在于，包括-一硅底板，该硅底板为长方体，在其上面的一侧开有一端部贯通的凹槽；在凹槽的另一侧纵向开有多个V形槽。其中所述的凹槽与V形槽的深度相同，该V形槽中置入微 丝电极。其中所述的凹槽之和的宽度小于或等于V形槽宽度。 其中所述的V形槽与微丝电极的半径r的关系为K1 +——^——)《2.73r cos 54.7° 。其中所述的V形槽的角度为7 0. 5 2°。本发明一种利用硅V形槽板装配微丝电极阵列的方法，其 是使用权利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，包括如下 步骤 步骤l :取一V形槽板及对应V形槽板上的V形槽数量的 微丝电极；步骤2:在V形槽板上的V形槽中排布微丝电极； 步骤3:将放置在V形槽内的微丝电极固定，实现电极阵 列的制作。其中微丝电极是不锈钢、钨、铂、铱金属丝或及其组合的 金属丝。其中该微丝电极的长度大于V形槽的长度。 其中将放置在V形槽内的微丝电极固定，所述的固定是采 用导电胶粘覆或是焊接。
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及 附图详细说明如后，其中图1是硅V形槽板和微丝电极的示意图； 图2是将微丝电极放置于V形槽板上的V形槽中的示意图；图3是将微丝电极固定在V形槽板上的V形槽中的示意图。
具体实施方式
请参阅图1至图3所示，本发明一种硅V形槽板，其特征 在于，包括一硅底板2 0，该硅底板2 0为长方体，在其上面的一侧 开有一端部贯通的凹槽2 2;在凹槽2 2的另一侧纵向开有多 个V形槽2 l;其中所述的凹槽2 2与V形槽2 l的深度相同， 该V形槽2 l中置入微丝电极l 0;其中所述的凹槽2 2之和 的宽度小于或等于V形槽2 1宽度；其中所述的V形槽2 l与微丝电极l O的半径r的关系为""COW,2.737";其中所述 的V形槽2 l的角度为7 0.5 2°。请再参阅图1至图3所示，本发明一种利用硅V形槽装配 微丝电极阵列的方法，其是使用前述的硅V形槽板，其特征在于，包括如下步骤步骤l:取一 V形槽板2 0及对应V形槽板2 0上的V 形槽2 l数量的微丝电极l 0;其中微丝电极l 0是不锈钢、 钨、铂、铱金属丝或及其组合的金属丝，该微丝电极l 0的长 度大于V形槽2 1的长度，其超出的长度要大于植入用微丝电 极所需长度以及连接端所需长度之和；步骤2:在V形槽板2 0上的V形槽2 l中排布微丝电极 1 0 ; 步骤3:将放置在V形槽内的微丝电极10固定，所述的 固定是采用环氧树脂涂覆并加热固化，使微丝电极的固定，实 现电极阵列的制作。实施例确定V形槽板2 0上的V形槽2 1的尺寸。V形槽2 l的几何形状能够用于固定圆柱形的微丝电极1O，合适的尺寸能够使得微丝电极l 0在装配后得到平稳的排布，以便使用。根据微丝电极l 0的直径确定V形槽2 l深度，其深度应大于微丝电极l 0的直径，保证其完全处于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)面与(l 1 1)面夹角为54.7 。，V形槽21角度 7 0.5 2 。。因此V形槽2 l的开口大小即决定了腐蚀之后的槽深。最小槽开口大小d与微丝半径r的关系为d = Kl + ~~^~-)《2.73"此为V形槽2cos 54.7°1幵口的最小尺寸，同时也是V形槽2 1间距的最小尺寸，其 限定了电极排布的密度。根据所需通道数确定每块V形槽板20 (硅片)上的V形槽2 l数目。所使用的微丝电极直径一般 为几十微米至一百微米，使用合适尺寸的微丝电极能够得到较 高的阵列排布密度。根据实际应用的需要截取合适长度的微丝电极1O，如图1 。分别在两端预留出所需的长度，削尖一端为植入端，根据
植入需要预留探针长度；另一端为与接口、前置处理器件等的 连接端。调节好微丝电极l 0记录端的长度，预留能够满足植入需 要的微丝电极l 0的长度，并且使每根微丝电极1 o相对位置 保持一致，将微丝电极l0置于V形槽21内，使其与V形槽 2 1的斜面形成良好接触，斜面与微丝电极完全接触，位置稳 定，如图2 。在V形槽2 1内涂覆液态的环氧树脂，使微丝电极1 0在 V形槽21内的部分完好的浸润于环氧树脂中，以完全固定。 这里所使用的环氧树脂，固化前为液态，透明，粘稠度较低， 能够良好的填涂于V槽内。将器件置于在烘箱中加热，使环氧树脂固化，固化后的环 氧树脂非常稳定，能够稳定的固定微丝电极1 0的位置，并对 其实现保护。如图3 。将电极阵列与外部电路相连。将V形槽板2 0 (硅片)上 的V形槽2 l固定于PCB版上，将微丝电极l O的连接端与 PCB版上相应压焊点连接，可以使用导电胶或者焊接方法实 现。由于微丝电极1 0己经固定于V形槽2 l内，其连接端可 以弯曲，而不会影响到植入端的平直程度，因此不会对植入操 作产生影响，提高了器件性能的一致性及其产量。在连接处涂覆环氧树脂并加热固化，以实现微丝电极1 0 之间以及微丝电极l 0与外界环境的绝缘，并保持连接处的机
械稳定性。本发明针对微丝电极l 0排布及定位，使用V形槽板2 0 作为基座，将微丝电极l0放置在V形槽2l中，涂覆绝缘材 料即可固定，微丝电极1 0的间距等可以根据需要进行用户定 制。硅V形槽板(V-groove):或称硅V型槽板，广泛应用 于光纤阵列(Fiber Array)中，用于与光波导器件(如基于 AWG的DWDM)、大功率半导体激光器阵列(High Power Laser Diode Array)的精密对准连接。硅单晶具有各向异性的特性， 利用这一特性使用表面为(10 0)晶面的硅片，通过化学各 向异性腐蚀的方法，能够制作具有精度高、侧壁光滑、线条笔 直的硅V形槽。V形槽的侧壁与表面的夹角为5 4.7。，因 此所得的V形槽角度为7 0.5 2 °。根据微金属丝的直径，可以对V形槽的开口大小进行优 化，使得金属丝的纵向和横向距离得到精确定制。V形槽2 1 的通道数一般为8、 1 6、 3 2、 4 8、 6 4或根据需要制作， 将微丝电极l 0平行固定于一片V形槽2 l内能够实现二维 电极阵列，如果将多片V形槽板2 0叠放，则能够实现三维电 极阵列。V形槽2 l长度一般为几个毫米，可以为微丝电极l 0提供足够的支撑。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。微丝电极io的固定使用环氧树脂，其一般为液态，能够平整的填涂于槽内。由于硅v形槽的工作温 度为-6 0°C to 1 5 0°C，在对环氧树脂进行加热固化的过程中能够保持稳定。
权利要求
1、一种硅V形槽板，其特征在于，包括一硅底板，该硅底板为长方体，在其上面的一侧开有一端部贯通的凹槽；在凹槽的另一侧纵向开有多个V形槽。
2、 根据权利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，其 中所述的凹槽与V形槽的深度相同，该V形槽中置入微丝电极。
3、 根据权利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，其 中所述的凹槽之和的宽度小于或等于V形槽宽度。
4、 根据权利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，其 中所述的V形槽与微丝电极的半径r的关系为K1 +——^^) 2.73r cos 54.7° 。
5、 根据权利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，其 中所述的V形槽的角度为7 0.5 2°。
6 、 一种利用硅V形槽板装配微丝电极阵列的方法，其是 使用权利要求1所述的硅V形槽板，其特征在于，包括如下步 骤步骤l :取一V形槽板及对应V形槽板上的V形槽数量的 微丝电极；步骤2:在V形槽板上的V形槽中排布微丝电极；步骤3:将放置在V形槽内的微丝电极固定，实现电极阵 列的制作。
7 、根据权利要求6所述的利用硅V形槽板装配微丝电极 阵列的方法，其特征在于，其中微丝电极是不锈钢、钨、铂、 铱金属丝或及其组合的金属丝。
8 、根据权利要求6所述的利用硅V形槽板装配微丝电极 阵列的方法，其特征在于，其中该微丝电极的长度大于V形槽 的长度。
9、根据权利要求6所述的利用硅V形槽板装配微丝电极 阵列的方法，其特征在于，其中将放置在V形槽内的微丝电极 固定，所述的固定是采用导电胶粘覆或是焊接。
全文摘要
一种硅V形槽板，其特征在于，包括一硅底板，该硅底板为长方体，在其上面的一侧开有一端部贯通的凹槽；在凹槽的另一侧纵向开有多个V形槽。该硅V形槽板便于获得方便可控的电极排布及定位，所制作的电极阵列用于大脑皮层植入提取神经电信号。
文档编号A61B5/0476GK101112309SQ20061008894
公开日2008年1月30日 申请日期2006年7月27日 优先权日2006年7月27日
发明者张若昕, 裴为华, 陈弘达, 隋小红 申请人:中国科学院半导体研究所