[发明专利]一种植入式神经光电极的后端连接结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种植入式神经光电极的后端连接结构及其制备方法，其结构包括：柔性轻质塑料基板；光纤支架，内设有光纤，光纤支架以预设角度固定在柔性轻质塑料基板上；光电极探针后端，包括后端硅衬底以及设在后端硅衬底上的输入光栅，后端硅衬底与柔性轻质塑料基板粘接连接，输入光栅与光纤的输出端耦合连接，后端硅衬底上还设有第一焊盘；PCB板，设有第二焊盘，第二焊盘与第一焊盘一一对应，PCB板与后端硅衬底焊接连接。本发明提供的后端连接结构基于光栅耦合引入光信号，能降低对准精度的要求且简化对准操作流程；基于倒装焊接PCB电路板和探针后端焊盘，减少了焊盘间引线长度，从而减小连接电阻和寄生电容，提高了采集的电生理信号的信噪比。

技术领域

本发明涉及神经科学的脑机接口领域，尤其涉及一种植入式神经光电极的后端连接结构及其制备方法。

背景技术

光电极是光遗传工具应用的重要组成部分，其功能是把光导入脑内调控神经元活动，同时记录神经元电信号在光调控下变化情况的一种植入式神经接口器件。植入式神经光电极已被广泛应用于光遗传学等神经科学相关研究，通过微加工工艺制造的光电极探针可以微创地植入脑内并对神经细胞进行光、电刺激和记录。通过探针前端采集得到信号需要传输到脑电芯片进行处理，而对神经细胞的刺激也需要通过脑电芯片进行操控，因而需要有一个后端连接模块以实现脑电芯片与探针前端之间光、电信号的连接。

其中，电信号的连接常见的有基于引线键合(wire-bonding)的方式实现，通过热压超声键合并利用金线实现探针后端电焊盘与PCB板上焊盘的连接，但这种连接方式质量较差，同时较长的引线会导致较大的连接电阻和寄生电容，影响电信号的质量。

其中，光信号的连接常见的有通过光纤与探针上的波导之间对准边缘耦合(edge-coupling)来实现，光纤另一端与激光器相连接以提供光源；此外，还有通过在PCB板上直接焊接LD(激光二极管)芯片，并将LD芯片的输出端直接对准波导来提供光源。但通过端面耦合实现光连接的方式对对准精度要求很高，操作过程较为复杂，而且稳定性较差、成品率低。

针对一种将输入光栅、波导、输出光栅作为光学器件层的柔性植入式神经光电极，可以利用输入光栅构建新的光信号的连接结构，同时对电信号的连接方式进行优化，以实现更好的连接质量和信号质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是将植入式神经光电极与光源设备和脑机芯片进行连接，并使光、电信号的连接、引出具有更高的连接质量和信号质量。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种植入式神经光电极的后端连接结构及其制备方法。具体技术方案如下所述：

第一方面，本发明公开了一种植入式神经光电极的后端连接结构，所述后端连接结构包括：

柔性轻质塑料基板；

光纤支架，所述光纤支架内设有光纤，所述光纤支架以预设角度固定在所述柔性轻质塑料基板上；

光电极探针后端，包括后端硅衬底以及设在所述后端硅衬底上的输入光栅和波导，所述后端硅衬底与所述柔性轻质塑料基板粘接连接，所述输入光栅与所述光纤的输出端耦合连接，所述后端硅衬底上还设有第一焊盘，分布在所述输入光栅和波导的两侧；

PCB板，所述PCB板上设有第二焊盘，所述第二焊盘的位置与所述第一焊盘的位置一一对应，所述PCB板与所述后端硅衬底焊接连接。

优选地，所述设在所述后端硅衬底上的输入光栅通过所述波导与光电极探针前端的输出光栅连接；

所述后端硅衬底上的第一焊盘通过金属互联线与光电极探针前端的电极连接。

优选地，所述光纤的输入端与光源设备连接，所述光源设备采用激光器或二极管；

所述PCB板通过柔性缆线与脑电处理芯片连接，所述柔性缆线包括光纤和电缆线。