一种脑电极装置及其制备方法

本发明涉及脑电极，特别涉及一种脑电极装置及其制备方法。背景技术：1、脑机接口技术是一种将人脑与计算机或其他外部设备直接连接的技术，可以实现人脑信号的记录和解读，从而实现与外部设备的交互。在该领域中，柔性电极作为一种关键元件，被广泛应用于神经组织的记录和刺激。2、目前使用的脑电极装置通常是通过将前端柔性电极采用硅基转接的方式转接到带有信号处理芯片的电路，如intan设备。然而，目前实验用的柔性电极转接到带有芯片的电路连接装置存在三个重要问题：首先，intan设备的前级探头体积较大，需要额外转接一块带有芯片的pcb，连接复杂且接口连接不方便；其次，由于柔性电极与信号处理芯片之间经过转接造成信号质量不稳定；最后，上述脑电极装置的体积也较大较重，在小鼠头部位置的两块pcb重量明显大于小鼠脑袋，这样对小鼠脑袋产生更大的压力，从而会影响采集对象(如小鼠)的行动，进一步影响信号采集结果。技术实现思路1、本发明的目的在于提供一种脑电极装置及其制备方法，以在牢固焊接固定的前提下实现脑电极装置的小尺寸、轻量、高集成。2、为了实现目的，本发明提供一种脑电极装置，包括自下而上依次堆叠的电路板、第一胶带层、柔性电极结构、第二胶带层和芯片；所述柔性电极结构包括连接的植入结构和后端结构；所述植入结构上设有多个记录电极，用于采集脑部神经信号；所述后端结构包括焊盘容置孔和多个电路板暴露通孔，所述电路板暴露通孔用于暴露所述电路板上的电路板焊盘；第一胶带层和第二胶带层的材质为聚酰亚胺，第二胶带层上设有电极焊料容置孔，第二胶带层的电极焊料容置孔与柔性电极结构的焊盘容置孔对齐以形成第一聚合物通孔，所述第一聚合物通孔内填充有焊料以形成柔性电极结构的电极焊盘；所述电路板与外部采集设备连接；芯片的一部分引脚与电极焊盘焊接，芯片的另一部分引脚穿过所述电路板暴露通孔与所述电路板焊盘焊接固定。3、第一胶带层和第二胶带层上设有电路板焊料容置孔；第一胶带层和第二胶带层的电路板焊料容置孔与所述电路板暴露通孔、所述电路板上的电路板焊盘对齐以形成第二聚合物通孔，所述第二聚合物通孔内填充有焊料以形成电路板的焊层；所述芯片的另一部分引脚通过所述焊层与电路板焊盘焊接。4、所述柔性电极结构还包括转接结构；所述转接结构的一端与所述植入结构连接，所述转接结构的另一端与所述后端结构连接；多个所述记录电极分别通过一个导线与对应的电极焊盘连接。5、所述柔性电极结构包括多个所述植入结构；多个所述植入结构沿所述转接结构的宽度方向间隔排布。6、所述电路板暴露通孔包括第一通孔和第二通孔；所述第一通孔的尺寸小于所述第二通孔的尺寸；所述第二通孔位于所述后端结构的中部；所述第一通孔分布于所述第二通孔的周围。7、所述柔性电极结构包括依次由下至上设置的柔性基底、布线层和绝缘层；所述柔性基底和绝缘层的材料包括聚酰亚胺或su-8。8、所述芯片的引脚与所述电极焊盘、所述电路板焊盘的焊接方式包括回流焊。9、另一方面，本发明提供一种根据上文所述的脑电极装置的制备方法，包括：10、s1：制备柔性电极结构；11、s2：将第一胶带层与一电路板的电路板焊盘对齐，并粘贴在该电路板上；12、s3：将柔性电极结构与电路板焊盘对齐，并粘贴在第一胶带层上；13、s4：将第二胶带层与电路板焊盘对齐，并粘贴在柔性电极结构上，随后，将焊料填充于第二胶带层的电极焊料容置孔与柔性电极结构的焊盘容置孔对齐以形成的第一聚合物通孔、以及第一胶带层和第二胶带层的电路板焊料容置孔与所述电路板上的电路板焊盘对齐以形成的第二聚合物通孔。14、所述步骤s1具体包括：15、s11：提供一个清洁的衬底；16、s12：在衬底的表面依次制备牺牲层、柔性基底、布线层和隔离层，柔性基底和绝缘层的材料包括聚酰亚胺或su-8；17、s13：利用铝做掩膜，通过光刻技术在铝掩膜上形成柔性电极结构的轮廓图案，后续使用反应离子刻蚀工艺来刻蚀柔性基底和隔离层，得到柔性电极结构；18、s14：释放衬底，得到柔性电极结构。19、在所述步骤s3中，在转移装置前端固定一块载玻片，在载玻片下面粘一块pdms，把柔性电极结构的底面朝上贴在pdms的表面，通过显微镜观察将柔性电极结构与电路板焊盘垂直对准，然后将柔性电极结构的底面朝下贴在第一胶带层上面。20、本发明的脑电极装置采用聚酰亚胺这一高性能聚合物作为基底材料来制作柔性电极结构，随后将柔性电极结构通过带有焊料容置孔的聚酰亚胺胶带来与电路板、芯片连接在一起，其中，聚酰亚胺胶与柔性电极结构对齐以形成聚合物通孔。随后以pcb作为器件基底，将柔性电极结构与芯片通过在焊料容置孔热熔的焊料焊接在一起，实现了柔性电极结构的焊盘与芯片的引脚之间的直接且牢固的焊接固定。由此，柔性电极结构与芯片之间不需要设置另外的转接芯片而直接焊接在一起，最大限度地减少了额外的接口，简化了神经信号的收集，实现了脑电极装置的小尺寸、轻量、高集成。技术特征：1.一种脑电极装置，其特征在于，包括自下而上依次堆叠的电路板(2)、第一胶带层、柔性电极结构(1)、第二胶带层和芯片(3)；2.根据权利要求1所述的脑电极装置，其特征在于，所述第一胶带层和第二胶带层上设有电路板焊料容置孔；3.根据权利要求1所述的脑电极装置，其特征在于，所述柔性电极结构(1)还包括转接结构(13)；4.根据权利要求3所述的脑电极装置，其特征在于，所述柔性电极结构(1)包括多个所述植入结构(11)；5.根据权利要求1所述的脑电极装置，其特征在于，所述电路板暴露通孔(122)包括第一通孔(123)和第二通孔(124)；所述第一通孔(123)的尺寸小于所述第二通孔(124)的尺寸；6.根据权利要求1所述的脑电极装置，其特征在于，所述柔性电极结构(1)包括依次由下至上设置的柔性基底、布线层和绝缘层；7.根据权利要求1所述的脑电极装置，其特征在于，所述芯片(3)的引脚与所述电极焊盘(5)、所述电路板焊盘的焊接方式包括回流焊。8.一种根据权利要求1-7之一所述的脑电极装置的制备方法，其特征在于，包括：9.根据权利要求8所述的脑电极装置的制备方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括：10.根据权利要求8所述的脑电极装置的制备方法，其特征在于，在所述步骤s3中，在转移装置前端固定一块载玻片，在载玻片下面粘一块pdms，把柔性电极结构(1)的底面朝上贴在pdms的表面，通过显微镜观察将柔性电极结构(1)与电路板焊盘垂直对准，然后将柔性电极结构(1)的底面朝下贴在第一胶带层上面。技术总结本发明提供一种脑电极装置，包括电路板、第一胶带层、柔性电极结构、第二胶带层和芯片；柔性电极结构包括连接的植入结构和后端结构；所述后端结构包括焊盘容置孔和多个电路板暴露通孔，第一胶带层和第二胶带层的材质为聚酰亚胺，第二胶带层的电极焊料容置孔与柔性电极结构的焊盘容置孔对齐以形成第一聚合物通孔，所述第一聚合物通孔内填充有焊料以形成电极焊盘；芯片的一部分引脚与电极焊盘焊接，芯片的另一部分引脚穿过所述电路板暴露通孔与所述电路板焊盘焊接固定。本发明的脑电极装置及其制备方法在牢固焊接固定的前提下实现脑电极装置的小尺寸、轻量、高集成。技术研发人员：陶虎,孙鎏炀,周存凯受保护的技术使用者：中国科学院上海微系统与信息技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/15