[发明专利]混合软性-刚性电气互连系统

说明书

公开了一种电气互连系统，其包括：i)互连板，包括本征非弹性衬底，所述衬底具有第一面和相对的第二面、以及在所述衬底的至少一部分上和/或内的至少一个导电轨道；ii)可拉伸互连件，包括本征弹性衬底，所述衬底包括至少一个凹处或凹槽，所述至少一个凹处或凹槽包括其中的至少一个顺从导电元件，所述至少一个凹处或凹槽被配置为容纳所述互连板的所述至少一个导电轨道；以及iii)至少一个导电膏团，位于所述至少一个凹处或凹槽内、被配置为将所述至少一个顺从导电元件与所述至少一个导电轨道电连接。

技术领域

本发明属于电子设备和电气设备领域。具体地，本发明涉及混合(软性/刚性)电气互连系统、用于生产其的方法以及低型面(low-profile)、混合(软性/刚性)多部件电子/电气电路和设备。

背景技术

在可穿戴设备和可植入设备领域，已经利用软性的并且可拉伸的材料来生产可以符合复杂的静态和动态3D形状的设备。具体而言，在植入式神经接口领域，最近已经表明，照惯例用作电子衬底的刚性材料尽管无毒，但是由于设备和软性宿主组织之间的机械失配而在被植入时引起炎症反应。使用适形的(conformable)、软性的并且可拉伸的材料——在机械属性上更接近目标组织，可以减轻此副作用并且准许在体内的安全并且可靠的植入。

可植入设备由衬底和封装件组成，该衬底和封装件通常决定设备的机械特征(mechanical signature)——取决于所使用的形状和材料，以及将电信号传输到受试者的身体内的目标位置和从受试者的身体内的目标位置传输电信号的嵌入的电气轨道和互连件(interconnect)。对于衬底，可以使用若干种材料种类，诸如弹性体(硅酮(silicone)、聚氨酯、天然橡胶等)、水凝胶(可以吸收大量水的聚合物网络)、热固性塑料和热塑性塑料(聚酰亚胺、聚对二氯甲苯(parylene C)，等)以及其他。嵌入的电气互连件必定伴随衬底和封装件的可拉伸行为，以保证设备功能。这是通过使用本征可拉伸的导体(例如导电聚合物)或通过在刚性导体中设计制造弹性(例如图案化金属弹簧结构)或在软性载体中设计制造嵌入的薄软性互连件来实现的。在设备设计中通常包含多个独立的互连件，使得多个通道可以将组织上的不同位置作为目标。这些电气线路(electrical line)的宽度通常是数十到数百微米，并且由相同大小的间隙隔开，目的是使设备的总体尺寸最小化。可植入/可穿戴电子设备中并行通道的典型数目是在8到128的范围内。

由于缺少与软性材料兼容的已建立的电子封装技术，普遍存在的挑战在于图案化在软性衬底上的众多电子线路到外部硬件(诸如激励器或处理单元)或植入式硬件(诸如植入式脉冲发生器)的可靠连接。软性衬底或载体的机械结构(mechanics)使得它们不适合常规连接技术(即表面安装刚性连接器、引线键合、硅封装)，如果可能的话，所述常规连接技术无论如何都会使设备变硬。用于软性电子设备的最广泛采用的连接方案依赖于将小引线连接到衬底上的每个单独的通道。这既是不可靠的又是劳动密集的，并且引起对连接点的大小(从数百微米到数毫米)的显著的按比例缩放限制——因为布线工艺几乎无法按比例缩小。

国际专利申请WO 2017/203441描述了一种用于获得本征可延伸导体与非本征可延伸导体之间或两个本征可延伸导体之间的电气互连的系统。该系统特别适合于生产可植入人体或动物体内的、适形的并且可变形的、用于神经刺激和/或神经记录的设备。尽管混合软性/刚性电气互连件领域的进步，但是所描述的互连系统存在一些缺点，所述缺点使得其对于可植入设备而言不是最佳的：具体地，在制造步骤期间，各种通道之间的对准应被准确地执行以组装各种电气通道/它们之间的轨道，这可能在制造过程期间带来质量问题，并且最终导致电气故障；此外，外部电导体经由已知的技术连结到互连系统，所述已知的技术诸如焊接(welding)、锡焊(soldering)、机械紧固或用任何种类的导电胶水胶接。在一个典型的实施方案中，借助于在电气板(electrical board)上制作的穿孔(through hole)形成连接，所述穿孔被填充有导电材料(例如锡)，导体的一端被嵌入在该导电材料中。这引起与制造负担、互连系统的软性部分伸长(应变)后应力的重新分布有关的一些问题，并且增大整个系统的庞大体积，这对于可植入设备而言是不期望的。