三維微電極陣列的研究及其應用.pdf

1、隨著MEMS技術(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)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(shè)計了一種基于聚酰亞胺柔性襯底的三維微電極陣列結(jié)構(gòu),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(jié)果如下:設(shè)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(jié)構(gòu)。采用COMSOL軟件對設(shè)計結(jié)構(gòu)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(chǔ)。成功運用MEMS微機械加工技術(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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