Quartz 5

US10272252B2 Hermetic terminal for an AIMD having a composite brazed conductive lead

9分钟阅读

US10272252B2 Hermetic terminal for an AIMD having a composite brazed conductive lead

摘要

  • 问题:AIMD 馈通长引线长期使用 Pt 或 Pt-Ir,材料成本高,且在 Twiddler 综合征等机械循环下易发生疲劳断裂;同时植入治疗导线相当于天线,将 EMI 与 MRI 射频电流耦合进 AIMD 外壳内部,可引起电路误动作与导线发热。
  • 方案:在氧化铝陶瓷馈通绝缘体的通孔内,将体液侧生物相容短段引线(Pt/Pd/Nb/Ta,118)与器件侧低成本引线(Cu/Sn/Ni,117 或 118’)端对端布置,以金钎焊(138)同时完成对绝缘体的气密密封与两段引线的对接连接,可选先做预焊(424)再钎焊;器件侧可叠装馈通电容、MLCC 或内部接地馈通电容,把引线上的高频 EMI 分流到 ferrule 与外壳。
  • 效果:密封漏率 ≤1×10⁻⁷ std cc He/sec;引线拉脱力实测 2–7 lb(最差工况 >2 lb,带馈通电容时 6–7 lb);说明书称制造良率较 FIG. 4A/4B 的对照工艺提高 >5%,达到 high 99% 区间。未公开 / 无定量:MRI 条件下的引线或电极升温、滤波结构的插入损耗、引线在 1.5 T / 3 T 频段的功率耗散均未给出。
  • 形态:67 项权利要求,可调维度包括两段引线材料、对接界面位置(靠体液侧或器件侧)、是否预焊、是否带馈通电容 / MLCC / 内部接地电容、ferrule 是否独立(亦可与 AIMD 外壳合体)、绝缘体是否为陶瓷或熔合 / 压缩玻璃。

机理与方案

1. 失效机理。 现有馈通将 Pt 或 Pt-Ir 引线一根从体液侧贯通到器件侧:(a) Pt 价格高,且整根使用导致材料浪费;(b) 纯 Pt 反复弯曲后易疲劳断裂,Pt-Ir 虽改善延展性但表面 Ir 氧化层(IrOₓ)阻碍焊料 / 导电胶润湿;(c) 引线 + 治疗导线整体作为天线,将 EMI 与 MRI RF(说明书称’genie in the bottle’效应)经馈通进入 AIMD 腔体,引起电路干扰与远端电极组织升温。馈通本身的脆性失效路径在于陶瓷 / 金属界面的应力集中:CTE 失配 + 几何尖角 + 钎焊残余应力,以裂纹扩展形式失效,任一微裂纹都直接破坏气密。

2. 复合引线的方案要点。 体液侧短段引线(图示 117 或 118)与器件侧引线(118’ 或 117)在绝缘体通孔内对接,中间靠金钎焊预成型件(138)同时实现:与绝缘体内壁溅射黏附层 152 + 润湿层 150 的气密密封、对两段引线的金属-金属冶金结合。可选先做对接焊(424,图 8 右侧 / 图 8D)再入炉钎焊,以利装炉时单件落料。Au 熔点 1064 °C,Pt 1768 °C,Pd 1555 °C,因此钎焊温度下短段引线保持结构完整。短段 Pt 处于无弯曲应力区,可省去 Ir,从而避免表面氧化,改善后续焊料 / 导电胶对其的润湿性。

3. 拉脱强度的几何放大。 器件侧低成本引线(118’)穿过馈通电容的通孔金属化 130,焊料预成型件 410 回流后既在 118’ / 117 端面形成对接焊接,又沿两根引线圆周与电容孔内壁金属化之间形成剪切结合面;部分实施例(图 12 / 图 76)将 130 延伸到电容器件侧表面形成 ‘white-wall tire’ 411,使焊料形成额外圆角剪切面。实测最差工况下拉脱 >2 lb,典型 6–7 lb。

4. 高温与材料约束。 后续激光焊接(128)将整件升至约 260 °C,因此对接焊料须 Tm > 260 °C,推荐 SN10(88 Pb / 10 Sn / 2 Ag)或 AG1.5(97.5 Pb / 1 Sn / 1.5 Ag),回流 ~290–300 °C;含 Ag 抑制陶瓷电容端电极浸蚀;Sn 含量 <20–25% 防止焊点脆化引发电容陶瓷裂纹与潜在迟发电气失效。

5. RF / EMI 分流拓扑。 馈通电容(124)为三端器件,内部寄生串联电感近零,在生理频率下视作开路、不影响治疗与感知,在 MHz 量级以上其容抗下降,沿 ferrule(122)→ AIMD 钛外壳(102)将引线上的射频信号短路到等位屏蔽,能量在屏蔽体内绕流后以 mW–μW 量级热散失。改用内部接地电容(FIG. 24 / 25 / 27)后,可去除电容外径金属化 132 与外径–ferrule 连接 148,使电容相对 ferrule 机械与热浮动,降低激光焊接热冲击导致的电容微裂概率,并通过去除外径连接节省尺寸,可增大 ECA(以平方律放大滤波器电容值)。

6. 气密判据与材料层。 绝缘体可选高纯氧化铝(>99 % Al₂O₃)+ 黏附层 + 润湿层 + Au 钎焊,或熔合 / 压缩玻璃(图 8D)。无论何种界面,密封等级 ≤1×10⁻⁷ std cc He/sec。

效果与证据

定量数据有限,仅为结构 + 工艺判据,无 MRI 仿真或实测。已披露:(1) 密封漏率 ≤1×10⁻⁷ std cc He/sec;(2) 引线拉脱实测 ≥2 lb,典型 6–7 lb(在馈通电容孔内);(3) 焊料工作温度下限约 260 °C,推荐 SN10 / AG1.5,Sn <20–25 %;(4) 良率较对照工艺提高 >5%,实测进入 high 99 %。MRI RF 加热缓解程度、EMI 滤波器插入损耗 - 频率曲线、引线在 64 MHz / 128 MHz 下的功率耗散均无数据,亦无对比仿真,仅做拓扑与原理性陈述。

对我方产品的意义

落在我方’长导线 RF 致热’挑战。我方 AIMD 以 WPT 主供能(SS + 整流)且扫描时全关 WPT,但 sense / stim 引线穿过外壳的馈通仍是 MRI 下 RF 能量进入腔体的主路径。可借鉴:(1) 三端馈通电容把高频从引线分流到 ferrule / 外壳的拓扑,作为我方馈通处 EMI 防护与去耦设计的方法参考;(2) 内部接地馈通电容去除外径金属化与外径–ferrule 连接的应力解耦做法,对我方电容承受激光焊接 / 装配热冲击的可靠性设计可作对标;(3) 复合两段引线降低贵金属占用的思路,可作为我方馈通 BOM 与可加工性折中的对标。与整流器非线性致热、磁铁力学、WPT 线圈热三条挑战无直接关联,不必强行牵连。

关联

关系图谱

反向链接