US10272253B2 Hermetic terminal for an active implantable medical device with composite co-fired filled via and body fluid side brazed leadwire
摘要
- 问题: 传统馈通在MRI RF环境下，植入治疗导线作为天线接收EMI信号，RF电流导致引线加热并引发组织损伤；同时陶瓷-金属CTE失配、锐角应力集中及玻璃相扩散导致气密性失效与电阻升高，危及AIMD长期可靠性。
- 方案: 采用共烧复合填充通孔——以陶瓷增强金属复合材料（CRMC，Al₂O₃-Pt）作为与氧化铝绝缘体（188）CTE匹配的过渡层，内嵌纯铂填充（186）或铂丝（186W）构成低阻导电通路；体侧通过金钎焊（138）将生物相容性金属引线（118）钎焊至通孔金属化层（150/152），形成气密且低阻的电通路。外围可选CRMC层或溅射金属化层（150/152）以实现与钛合金法兰（122）的金钎焊（140）密封。
- 效果: 未公开 / 无定量
- 形态: 共烧氧化铝绝缘体（多层或实心压坯）+ CRMC/纯铂复合填充通孔 + 体侧金钎焊引线 + 法兰金钎焊外围密封，可选配馈通电容器（124）或MLCC（194）构成EMI滤波结构。
机理与方案
失效机理：
- MRI RF感应加热：植入导线在MRI环境中作为接收天线，RF电流沿引线传导并在馈通处产生焦耳热，导致局部组织损伤（背景：“MRI RF electrical currents imposed on the implanted therapy delivery leads can cause the leads to heat to the point where tissue damage is likely”）。
- CTE失配与脆性失效：传统陶瓷-金属直接界面（如铂引线贯穿氧化铝）因热膨胀系数差异（α_Al₂O₃ ≈ 8×10⁻⁶ /K，α_Pt ≈ 9×10⁻⁶ /K但烧结态差异显著）在热循环中积累 tensile stress，引发微裂纹扩展及灾难性气密失效（背景：“mating materials with a difference of coefficient of thermal expansions (CTE) that generate tensile stresses that ultimately result in loss of hermeticity”）。
- 玻璃相绝缘化：共烧时氧化铝中SiO₂、MgO、CaO等玻璃相扩散至铂填充表面，形成高阻层，恶化电连接（图139说明：“glasses or thin layer of alumina could reside between the top of the PAC or CRMC layer 185 and sputter layer 152”）。
技术方案：
- 复合梯度结构（图29-60, 131, 160）：通孔内壁由CRMC（185，Al₂O₃-Pt复合）构成，其CTE介于氧化铝基体与纯铂之间，形成应力缓冲梯度层。CRMC层厚度可调，确保共烧及热冲击下无裂纹产生（图31：“The thickness of the CRMC 185 can be adjusted…such that during co-firing, no stress cracks are induced in the alumina body 188”）。
- 纯铂高导核心（186/186W）：CRMC内嵌纯铂填充（186）或铂丝（186W），提供低电阻导电通路。纯铂端部（526/528）暴露于器件侧或体侧，避免CRMC表面玻璃相导致的电阻升高（图29：“substantially pure platinum end caps 186…provide for a very high conductivity”）。
- 体侧金钎焊密封（图139-162）：在体侧通孔端部设置金属化层（溅射附着层152+润湿层150），通过金钎焊（138）将生物相容性引线（118，Pt/Ir、Nb、Ti等）与纯铂填充端部连接，形成第一重气密密封（“gold braze 138 forms a first hermetic seal separating the body fluid side and device side”）。
- 外围密封方案：绝缘体外围可选CRMC层（图37-42）或溅射金属化层（150/152），通过金钎焊（140）与钛合金法兰（122）形成第二重气密密封（图33A：“perimeter braze 140 forming a second hermetic seal”）。
- 制造流程：绿色状态下钻孔→填充CRMC浆料→（可选）钻孔并填充纯铂浆料或插入铂丝→共烧（高温烧结形成单块结构）→机械喷砂去除端部玻璃相/氧化层→溅射金属化→金钎焊引线及法兰（图104-106, 139）。
- EMI滤波集成：器件侧可焊接馈通电容器（124，图161）或MLCC芯片（194，图123），通过纯铂端部（186）或焊料涂层（197）实现低阻连接，构成低通滤波器以旁路高频EMI（图5, 9 schematic）。
效果与证据
定量数据：无，仅为概念/分析
专利全文未提供任何实测电阻值、气密性泄漏率（如He leak rate具体数值）、CTE匹配曲线、RF加热温升数据或仿真结果。背景部分提及传统金钎焊气密密封”achieve a minimum helium leak rate of 1×10⁻⁷ standard CCs helium per second”作为行业一般性要求，但本发明结构未给出实测验证。效果描述均为定性推断：如”very high conductivity”、“very good hermetic seal”、“mechanically robust and high integrity hermetic seal”，缺乏定量支撑。图134提及Sn63Pb37焊料涂层工艺温度约200°C，但属工艺参数而非效果验证数据。
对我方产品的意义
编目级（Tier2），§对我方产品的意义 见同簇代表件深卡。
关联
- 原文(Google Patents):https://patents.google.com/patent/US10272253B2/en
- 危害:Hazard-rf-heating