三維微電極陣列的研究及其應用.pdf

1、隨著MEMS技術飛速發(fā)展,集成機械、電子、光學和生物功能的三維微器件或微結構越來越得到眾多研究者的重視。本文針對三維微電極陣列和聚合物基底的特點,將其應用到集成電路測試用MEMS探卡和生物刺激微電極的研究中:MEMS探卡可以有效地突破傳統(tǒng)針卡在配針方向、配針密度、配針精度等方面的限制,有效提高測試可靠性,提升測試整體的效率,降低測試成本,成為探卡的發(fā)展趨勢。本文提出了一種新型基于PDMS彈性基底的MEMS探卡結構及其制作工藝,來減少工藝

2、步驟和制作成本,使探卡獲得高密度和理想的力學、電學性能,更加具有應用可行性。視網(wǎng)膜假體的研究主要關注于色素上皮片層移植,替代光感受器,輸入電刺激信號。而直接對視神經(jīng)或神經(jīng)纖維的刺激,也能在一定程度上恢復患者的部分視覺。這種神經(jīng)刺激的方式要求電極高度需要超過50μm以上,能夠進入神經(jīng)纖維層。因此本文還設計了一種基于聚酰亞胺柔性襯底的三維微電極陣列結構,其工藝簡單,成本低廉,安全性高,適用于視神經(jīng)刺激。論文的主要內(nèi)容及結果如下:設計了以聚合

3、物PDMS材料為基底,聚酰亞胺為中間層,Cu電極柱為探針的彈性基底MEMS探卡結構。采用COMSOL軟件對設計結構進行力學性能有限元分析,得出探針位移隨PDMS層和聚酰亞胺層厚度的變化規(guī)律,為彈性基底制備提供理論基礎。成功運用MEMS微機械加工技術制備出PDMS-PI彈性基底探卡,探針直徑25μm,高度65μm。采用Nano Indenter XP納米壓痕儀對彈性基底和探針結構進行了力學性能測試,當PDMS層厚度為180μm、聚酰亞胺層

4、厚度為50μm時,探針的彈性系數(shù)為583Nm-1;采用直流探針和Agilent E4991A阻抗分析儀對制備后的探卡結構進行了電學性能測試,從探針尖端到外圍引線末端的直流接觸電阻為0.4,在1-250MHz測試頻率內(nèi),探針間特征阻抗大于5k,滿足探卡性能要求。對于生物刺激微電極陣列,分別探索SU-8工藝路線和正膠AZ50XL厚膠工藝路線,并最終采用正膠工藝制備得生物電極,電極高度達到80μm,能夠進入視神經(jīng)纖維層,并在生理鹽水中使用三電