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US10350421B2 Metallurgically bonded gold pocket pad for grounding an EMI filter to a hermetic terminal for an active implantable medical device

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US10350421B2 Metallurgically bonded gold pocket pad for grounding an EMI filter to a hermetic terminal for an active implantable medical device

摘要

  • 问题: 钛合金套筒（ferrule 112）表面在制造及服役过程中易形成氧化层（oxide layer 164），该氧化层引入寄生电阻，显著升高EMI滤波器接地阻抗，降低射频分流效能，在MRI等强射频场下导致AIMD壳体局部升温及滤波性能劣化。
  • 方案: 在钛套筒设备侧表面（113）机械加工至少一个口袋（pocket 248），将金预成型件（gold preform 250）置于口袋内，经高温回流（gold braze furnace reflow）形成与套筒冶金结合的金口袋焊盘（gold pocket pad 250）。该焊盘与密封用第一金钎焊（first gold braze 150）物理隔离、不接触，从而为滤波器接地提供稳定、抗氧化的低阻抗连接界面。
  • 效果: 未公开 / 无定量。专利提及0.005英寸（约127 μm）金层可阻挡钛氧化物穿透，但未提供实测升温值或接地阻抗定量数据；仿真仅定性说明实现低阻抗接地连接及宽带EMI抑制。
  • 形态: 25项权利要求，涵盖口袋形状（矩形/圆形）、口袋数量及布局、金预成型件材料（纯金、金合金、铂、钯等）、滤波器类型（外接地、内接地、混合接地 feedthrough capacitor，以及MLCC/X2Y chip capacitor）、多段异材导联结构、共烧结填充通路（co-sintered composite fill 185/186）及 proud feature 配合各向异性导电膜（ACF 212’）等变体。

机理与方案

失效机理：钛及钛合金在空气中于高温工艺（如金钎焊、激光焊接）及长期植入环境下表面生成TiO₂等氧化层（oxide layer 164，图16）。该氧化层电阻率远高于金属钛，在滤波器接地通路中引入寄生电阻 （图5、图9、图17）。对于三端同轴馈通电容器（3-terminal feedthrough capacitor 132），接地通路阻抗 的升高导致高频EMI电流分流效率下降，插入损耗（insertion loss）曲线劣化（图24），同时焦耳热 在壳体局部累积，构成MRI射频致热（RF-heating）风险。

技术方案：

  1. 口袋约束结构：在钛套筒设备侧表面（113）通过机加工形成具有实心底部及侧壁的口袋（pocket 248），呈”游泳池”式完全约束结构（图25—图27）。口袋深度及平面尺寸按需设计，可位于套筒周边（adjacent to ferrule second perimeter surface 258）或半岛/桥接结构（peninsula 139、bridge 141）上（图36、图39、图40）。
  2. 金预成型件与回流：将金预成型件（gold preform 250，可选纯金、≥50 wt%金合金、铂、钯等）置入口袋，于金钎焊炉高温下回流。口袋侧壁及底部阻挡液态金因重力流淌（gravitational rundown 165’，图20A、图22A），确保形成厚度可控的冶金结合金层。专利指出0.005英寸（0.127 mm）金层足以阻挡钛氧化物穿透；制造操作性考虑预成型件初始厚度可选1—10 mil（0.025—0.254 mm）。
  3. 与密封金钎焊的物理隔离：第一金钎焊（first gold braze 150）用于氧化铝绝缘体（160）与套筒的密封，位于套筒开口内侧；金口袋焊盘（250）位于设备侧表面（113）的口袋内，两者不物理接触（not physically touching，图29A、图30）。此隔离避免密封钎焊工艺对口袋金层的扰动，亦允许两者分步或同炉但不同位成型。
  4. 滤波器接地连接：通过导电连接材料（electrical connection material 152，如热固化导电胶或焊料）将滤波器接地金属化层（capacitor ground metallization 142）与金口袋焊盘（250）连接。对于外接地馈通电容器（图27—图29A）、内接地电容器（internally grounded capacitor 132’，图32A—图32C）、混合接地电容器（hybrid internally grounded，图33—图38）或片式电容器（MLCC 194，图42—图46），该连接均提供无氧化、低阻抗接地路径。
  5. 多段导联与低ESR设计：支持多段异材导联（leadwire 114/117/111，图30左）以降低成本，或共烧结复合填充通路（composite fill 185/186，图40、图41）实现高密直通。配合低k介电（~500 k）及电容器宽度超套筒（capacitor width 268 > ferrule width 266，图31、图37）的悬伸结构，增大有效电容面积（ECA）而不增加高度，降低等效串联电阻（ESR），从而减小MRI射频能量在滤波器上的耗散热。

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或仿真的定量数值结果，具体包括：

  • 未公开金口袋焊盘与钛套筒之间的接触电阻或接地阻抗实测值；
  • 未公开 消除前后的插入损耗（insertion loss）对比实测曲线，仅引用图24的理想与劣化曲线作为概念说明；
  • 未公开MRI射频场下壳体或口袋温升的实测或仿真温度值；
  • 未公开0.005英寸金层阻挡钛氧化物的实验验证数据，该厚度为经验性陈述而非实测最优值；
  • 提及”high frequency simulation using PSpice has indicated”四连接区域足以实现宽带EMI分流，但未给出仿真模型参数、频率范围或衰减量化的具体结果。

所有效果描述均为定性分析或基于已知物理原理的推断。

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

关系图谱

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