Laser-strukturierte Keramikadapter für flexible Dünnfilm-Nervenelektroden

Abstract:
In den Neurowissenschaften werden flexible Dünnfilmelektroden eingesetzt, die teilweise implantiert eine technologische Schnittstelle zum Gehirn darstellen und transkutan mit einer externen Auslese- bzw. Stimulationseinheit verbunden werden. Polyimid-basierte Nervenelektroden, die mikrosystemtechnisch gefertigt werden, haben sich in der Vergangenheit sehr für diese Anwendungen bewährt [1]. Häufig gestaltet sich jedoch die Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT), die die elektrische Verbindung der miniaturisierten Nervenelektrode zu externen Geräten ermöglicht, als kritischer Herstellungsschritt. Hier wird ein neues Konzept für die elektrische Kontaktierung Polyimid-basierter Nervenelektroden mit einer externen Auslese- bzw. Stimulationseinheit vorgestellt. Miniaturisierte Omnetics-Stecker werden mit den Nervenelektroden durch ein Laser-strukturiertes Hochtemperatur-Mehrlagenkeramik-Substrat (HTCC-Substrat) zuverlässig kontaktiert und mechanisch stabilisiert. Durchführungen mit an die Stecker-Pins angepasster Geometrie werden in das Substrat eingebracht und zur elektrischen Kontaktierung in der Keramik metallisiert. Die Pins der kommerziellen Omnetics-Stecker können so mechanisch und elektrisch mit den HTCC-Substraten verbunden werden, wobei ein stabiler Verbund aus Stecker und Substrat entsteht. Auf der Rückseite lassen sich nun die metallisierten Anschlusskontakte der Polyimid-Elektroden schnell und unkompliziert an das Substrat löten. Zur elektrischen Isolierung werden die Lötstellen abschließend in Epoxidharz vergossen. Gegenüber der bisher angewandten Methode, die Omnetics-Stecker ohne Keramikadapter manuell, Pin für Pin, an die Polyimid-Elektroden zu löten [1], erweist die hier vorgestellte AVT einige Vorteile. Sie erleichtert das Anlöten der Pads enorm, bietet durch die Stabilisierung, die das Substrat der Dünnfilmelektrode verleiht, eine bessere Handhabung und garantiert eine zuverlässige Verbindung zwischen Polyimid-Elektrode und Stecker, die den mechanischen Kräften, die beim Anstecken und Lösen von Gegensteckern entstehen, mühelos standhält. Die Technologie ist generell für die elektrische Kontaktierung von Dünnfilmen geeignet.