特許 7061970 本質的に伸張可能な導体と本質的に伸張不可能な導体との間の電気的相互接続システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-21

(45)【発行日】2022-05-02

(54)【発明の名称】本質的に伸張可能な導体と本質的に伸張不可能な導体との間の電気的相互接続システム

(51)【国際特許分類】

   A61N 1/05 20060101AFI20220422BHJP

   A61N 1/375 20060101ALI20220422BHJP

【ＦＩ】

A61N1/05

A61N1/375

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2018559990

(86)(22)【出願日】2017-05-24

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2019-06-20

(86)【国際出願番号】 IB2017053056

(87)【国際公開番号】W WO2017203441

(87)【国際公開日】2017-11-30

【審査請求日】2020-03-05

(31)【優先権主張番号】102016000053271

(32)【優先日】2016-05-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(73)【特許権者】

【識別番号】512252618

【氏名又は名称】ワイズ ソシエタ ア レスポンサビリタ リミタータ

(74)【代理人】

【識別番号】100166338

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 正夫

(74)【代理人】

【識別番号】100152054

【弁理士】

【氏名又は名称】仲野 孝雅

(72)【発明者】

【氏名】マレッリ マッティア

(72)【発明者】

【氏名】アントニーニ アレッサンドロ

(72)【発明者】

【氏名】ギスレリ クリスティアン

(72)【発明者】

【氏名】スプレアフィコ ラウラ

(72)【発明者】

【氏名】フェッラーリ サンドロ

【審査官】安田 昌司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０３３３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０２３３１３３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】仏国特許出願公開第０２７１２１３３（ＦＲ，Ａ１）

【文献】特表２０１１－５１７３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２５０３８６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｎ １／００－ １／３７５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

人体埋め込み用の伸張可能な導体と伸張可能でない導体（１０３）との間、または２つの伸張可能な導体の間の電気的相互接続のシステム（１００；２００；６００；７００）であって、
－少なくとも１つの導電性トラック（１１１）に存在するその一方の機能化面上に、剛性または可撓性非伸張性平面基板からなる相互接続ボード（１１０）であって、それぞれが、その一方の端部で、剛性、弾性、または伸張性であってもよいシステムの外部の少なくとも１つの導体と電気的に接触する、相互接続ボード（１１０）と、
－少なくとも１つの伸張性導電性構造（１２１；６０２，６０２’；７０２）に存在するその機能化面上の弾性および伸張性基板（１２０；６０１；７０１）と、
－前記相互接続ボードと前記弾性および伸張性基板との間に挿入され、接着性および電気絶縁材料の少なくとも１つの堆積物（１０１）であって、前記少なくとも１つの導電性トラックおよび前記少なくとも１つの伸張性導電性構造がない前記機能化面の領域の少なくとも一部で前記機能化面に接着し、任意選択で接着性、弾性および導電性材料の少なくとも１つの堆積物を介して、前記相互接続ボードと前記伸張性基板との間に接着を確立し、その相対的な移動を可能にし、前記少なくとも１つの導電性トラックと前記少なくとも１つの伸張性導電性構造との接触を確実にする、少なくとも１つの堆積物（１０１）と、
を備えるシステム。

【請求項2】

前記少なくとも１つの導電性トラック（１１１）は、前記相互接続ボード（１１０）の表面に対して突出しており、前記導電性トラックが存在する前記相互接続ボードの面と、前記伸張性導電性構造（１２１）が存在する前記伸張性基板（１２０）の面との間に空間を存在させ、前記空間は、接着性および電気絶縁性材料（１０１）の堆積物で充填される、請求項１に記載のシステム（１００）。

【請求項3】

前記少なくとも１つの導電性トラック（１１１）は、前記少なくとも１つの導電性トラックおよび前記少なくとも１つの伸張性導電性構造に接着する弾性、接着性および導電性材料の堆積物（１０２）を介して、前記伸張性導電性構造（１２１）と電気的に接触する、請求項１に記載のシステム（２００）。

【請求項4】

外部導体と前記少なくとも１つの導電性トラック（１１１）との電気的な接続は、熱溶接、レーザー溶接、超音波溶接、ブレージング、機械的な固定または導電性接合剤による接合によって実現される、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項5】

前記相互接続ボード（１１０）上に存在する、外部導体と前記少なくとも１つの導電性トラック（１１１）との間の電気的な接続は、前記相互接続ボードに形成されたスルーホール（１１２）を介して行われる、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項6】

前記スルーホールは、外部導体（１０３）の一端が埋め込まれた導電性材料で充填される、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

－前記相互接続ボード（１１０）は、伸張可能な導電性構造に面する面とは反対側の面に、スルーホール壁のメタライゼーションを介して伸張性導電性構造に面する前記相互接続ボードの面に存在する第１の導電性トラック（１１１）に電気的に接続された少なくとも１つの第２の導電性トラック（１１１’）を有し、
－前記外部導体（１０３）は、前記導電性材料（１０４）の堆積物を介して前記第２の導電性トラック（１１１’）に接続されており、
－前記伸張性導電性構造（１２１）は、前記スルーホール内に挿入された弾性、接着性および導電性材料の堆積物（１０２）を介して前記第１の導電性トラック（１１１）に接続される、請求項５に記載のシステム。

【請求項8】

－前記相互接続ボード（１１０）は、電気絶縁性であり、剛性または可撓性であるが非伸張性の材料で作成されており、
－前記第１および第２の導電性トラック（１１１および１１１’）は、金属製であり、
－前記伸張性基板は、ポリウレタンエラストマー、エラストマー性フルオロポリマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリブタジエン（ＢＲ）、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、エチレン－プロピレンゴム（ＥＰＲ）、エチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、イソブチレンおよびイソプレン（ＭＲ）に基づくゴム、およびシリコーン（ポリシロキサン）から選択される材料から作成されており、
－前記伸張性導電性構造（１２１）は、導電性材料の粒子によって形成されており、
－接着性、弾性および電気絶縁性材料の前記堆積物（１０１）は、シリコーンで作成される、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項9】

前記相互接続ボード（１１０）は、高分子材料で作成される、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記第１および第２の導電性トラックは、銅、銀、金、白金またはニッケル－コバルトをベースとする合金から選択される材料で作成される、請求項８に記載のシステム。

【請求項11】

前記伸張性導電性構造は、銀、金および白金から選択される材料の粒子によって形成される、請求項８に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

発明の分野
本発明は、本質的に伸張可能な導体と本質的に伸張不可能な導体との間の電気的相互接続を得るためのシステムに関し、特に、本発明のシステムは、神経刺激および／または神経記録のための、高度な適合性および変形可能な、ヒトまたは動物の身体に埋め込み可能なデバイスの製造における適用を見出す。

【背景技術】

【0002】

先行技術
この分野の多くの領域では、変形、振動または圧縮などの機械的歪みを受けるプリント回路基板のワイヤまたはトラックなどの剛性または多くとも可撓性の導体間に安定した電気接続を確立する必要がある。これらの歪みは、一般に、２つの導体の接合によって形成される理想的な線に対して横断する方向に作用する。開発された解決手段（特許の対象でもある）は、導体を形成する材料の破損を防止するために、２つの導体間の相互接続のインタフェースにかかる力を低減または相殺する方法に焦点を当てている。

【0003】

近年、導体が研究され、開発中であり、可撓性であるだけでなく、本質的に伸張可能であり、すなわち、電気の伝導方向に（可逆的に）伸張可能であり、導体を必要とするいかなる状況においても使用可能であるが、主要な意図される用途は人体（および動物）に埋め込み可能な電極の製造であり、これは電極が挿入される部分のすべての変形に追従可能であることを必要とし、これには連続性および主要な電気的特性の損失なしに、伸張および初期長さへの復帰が含まれる。

【0004】

これらの特性を有する導体を製造するために提案される第１の方法は、生体適合性エラストマーポリマー内に波状パターンを有する金属線（ワイヤまたは薄い堆積物）を準備し、意図する用途に応じて、予備設定点でポリマーの表面に１つ以上の電気接点を出現させ、ポリマーが伸長を受けると、金属線の波状形状によってその伸長または短縮が可能になる。このタイプの導体は、例えば、米国特許第７，０８５，６０５号明細書（Ｂ２）および米国特許第７，２６５，２９８号明細書（Ｂ２）に記載されている。

【0005】

第２のアプローチは、米国特許第９，１０７，５９２号明細書に記載されており、予備伸張されたエラストマー上に（公知の方法で）金属トラックを堆積させることからなり、堆積後、エラストマーは、「静止」サイズに戻され、金属堆積物は、その収縮に追従するように幾何学的に再配置される。

【0006】

最後に、別の代替アプローチが、本出願人に譲渡された国際特許出願ＷＯ２０１１／１２１０１７Ａ１に記載されている。この方法によれば、導電性ラインは、金属（例えば、チタン）の弾性ポリマーナノメートルサイズ凝集体に埋め込むことによって作成され、当該出願において提供される例は、堆積物が離散粒子からなるが、電気的連続性が確保され、ならびに、数万回の導体の延長／短縮のサイクルの後でさえもその保持が確保されることを示す。

【0007】

電気伝導の主方向に沿って延伸することができるこのタイプの導体は、本文および特許請求の範囲において「本質的に伸張可能」または単に伸張可能であると呼ばれる。

【0008】

２つの導体の一方が本質的に伸張可能である場合、上述の異なる導体間に接触点を生成する問題は、はるかに複雑であり、２つの導体が両方とも本質的に伸張可能なタイプであるが、弾性率に大きな差がある場合、同様の問題に遭遇する。

【0009】

剛性またはほとんど可撓性の導体を接続するために伝統的に採用される解決策は、上述の変形に加えて、接触領域において、２つの導体の接合によって形成される理想的な線に沿って反対方向に作用する力による長手方向の変形もあるこれらの場合には適していない。

【0010】

実際、柔軟で伸張可能な導電性構造と、互いに接続され、歪みおよび変形を受ける非伸張性の導電性構造（金属ワイヤなど）との間の相互接続は応力は、この時点で大部分蓄積し、機械的故障および結果としての動力破壊を生じるので、非常に重要である。

【0011】

この問題は、生物医学的用途、特に人体内のインプラントに関して、電気的相互接続を可能な限り最小の空間に統合しなければならず、場合によっては多数の接点を並列に相互接続させることさえも可能しなければならないという事実によってさらに複雑になる。

【0012】

可能な解決策（Ｂｏｓｓｕｙｔ Ｆ． ｅｔ ａｌ、“Ｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｌａｒｇｅ Ａｒｅａ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ： Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ”、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ、Ｐａｃｋａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ３： ２２９－３５． ｄｏｒ：１０．１１０９／ＴＣＰＭＴ．２０１２．２１８５７９２）は、この領域に作用する機械的応力を防止するために、伸張可能部分の相互接続領域に剛性構造（「外装」）を統合することであり、外装は、例えば、相互接続領域または類似の手段において伸張可能基板に統合された非伸張性シートであってもよい。しかし、このアプローチは、単に２つの剛性部品間の相互接続に課題をもたらす方法であり、追加の部品（外装）をデバイスに組み込むことを要求するので、相互接続のサイズを縮小するという課題を同時に解決することは適切ではなく、この理由のために、外装の使用は、小型化が前提である医療デバイスを製造するのに最適ではない。

【0013】

米国特許出願公開第２００３／０２３３１３３号明細書には集積回路と可撓性基板上の導電性トラックとの間の電気的相互接続のためのシステムが記載されており、この文献に記載されたシステムは、以前のシステムに対する改良を構成するが、ヒトまたは動物の体内の埋め込み型デバイスの動きに追従するためにその埋め込み型デバイスの接続に必要な、伸張性基板上に堆積された導電性トラックとの電気的接続を可能にしない。

【発明の概要】

【0014】

本発明の目的は、弾性および伸張性導体と非伸張性導体との間、または異なる弾性率を有する２つの伸張性導体間の安定した電気接触を作成するためのシステムを提供することであり、このシステムは、追加の剛性外装を使用することなく、２つの導体間の相互接続領域における応力を緩和するように適合される。

【0015】

この目的は、以下、
－少なくとも１つの導電性トラックに存在するその一方の機能化面上に、非伸張性平面基板（剛性または可撓性）からなる相互接続ボードであって、それぞれが、その一方の端部で、剛性、弾性、または順に伸張性であってもよいシステムの外部の少なくとも１つの導体と電気的に接触する、相互接続ボードと、
－少なくとも１つの伸張性導電性構造に存在するその機能化面上の弾性および伸張性基板と、
－前記相互接続ボードと前記弾性および伸張性基板との間に挿入され、接着性および電気絶縁材料の少なくとも１つの堆積物であって、これは、前記少なくとも１つの導電性トラックおよび前記少なくとも１つの伸張性導電性構造がない前記機能化面の領域の少なくとも一部で前記機能化面に接着し、任意選択で接着性、弾性および導電性材料の少なくとも１つの堆積物を介して、前記ボードと前記基板との間に接着を確立し、その相対的な移動を可能にし、前記少なくとも１つの導電性トラックと前記少なくとも１つの伸張性導電性構造との接触を確実にする、少なくとも１つの堆積物と、
を備えるシステムによって達成される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1A】－図１Ａ、１Ａ’および１Ｂは、本発明の第１の実施形態によるシステムの断面図を示す。

【図1B】－図１Ａ、１Ａ’および１Ｂは、本発明の第１の実施形態によるシステムの断面図を示す。

【図2】－図２は、図１Ａ、１Ａ’および１Ｂのシステムの斜視図を示す。

【図3A】－図３Ａおよび３Ｂは、本発明の第２の実施形態による、システムの２つの断面図を示す。

【図3B】－図３Ａおよび３Ｂは、本発明の第２の実施形態による、システムの２つの断面図を示す。

【図4】－図４は、図３Ａおよび３Ｂのシステムの斜視図を示す。

【図5】－図５は、外部導体と伸張性導電性構造との間の電気接続の特定の実施形態の断面図を示す。

【図6】－図６および７は、本発明による外部導体に接続された伸張性導電性構造が存在する伸張性基板によって形成されるシステムの２つの取りうる幾何学形状を示す。

【図7】－図６および７は、本発明による外部導体に接続された伸張性導電性構造が存在する伸張性基板によって形成されるシステムの２つの取りうる幾何学形状を示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の特徴および利点は、以下の説明において、図面を参照して詳細に説明される。図面において、様々な部品は、縮尺通りではなく、いくつかの領域の幅、特にいくつかの層の厚さは、表現を明確にするために大幅に増加させることができ、さらに、すべての図面において、同様の参照番号は、同様の要素に対応する。

【0018】

本発明の相互接続システムは、少なくとも１つの伸張性導電構造が存在する弾性および伸張性基板と、少なくとも１つの外部導体との間の安定した電気接続を得ることを可能にし、相互接続基板と弾性および伸張性基板との間に挿入される接着性および電気絶縁材料は好ましくは弾性であるが、これは、本発明の実施に必要な条件ではない。弾性および伸張性基板ならびに相互接続基板は、一般に、一方の面のみに導電性構造を有し、ボードの面および導電性構造が存在する基板の面は、本明細書および特許請求の範囲において「機能化面」と定義される。

【0019】

本発明の相互接続システムの第１の実施形態を図１Ａおよび図１Ｂに示す。これらの図は、２つの相互に直交するセクションにおけるシステムの図を示す：特に、図１Ａの図は、図１Ｂの点線Ｂ－Ｂ’に沿った断面であり、図１Ｂの図は、図１Ａの点線Ａ－Ａ’に沿った断面である。図１Ａは、簡略化のために、相互接続ボード上の単一の導電性トラックと、弾性および伸張性基板上の単一の伸張性導電性構造との間の接続を示すが、以下に記載されるように、本発明の相互接続システムは、典型的に、システムの外部の複数の導体（以下、単に「外部導体」）を複数の伸張性導電性構造に接続する；最も一般的なケースは、外部導体および伸張性導電性構造が同数であり、「１対１」モードで接続されるが、多重化モードのシステムもまた実施され得、複数の伸張性導電性構造が単一の外部導体と接触される。

【0020】

図１Ａおよび図１Ｂのシステム１００は、機能化面上に導電性トラック１１１を有する平面および非伸張性基板１１０と、機能化面上に基板の表面上に露出した伸張性導電性構造１２１が存在する弾性および伸張性基板１２０と、前記基板１１０と基板１２０との間に挿入された電気絶縁性、好ましくは弾性接着材料の少なくとも１つの堆積物１０１とからなる。ボード１１０および基板１２０は、互いに対向するそれぞれの機能化面を有し、堆積物１０１は、これらの機能化面に接着する。実際には、ボード１１０と基板１２０が互いに接触すると、突出トラック１１１の存在により、ボードと基板の機能化面間に空の空間が形成され、この空間が堆積物１０１の材料で満たされる。堆積物１０１の材料を介してボード１１０と基板１２０との間の結合は、伸張可能な導電構造１２１に対して押圧されたトラック１１１を保持する力（矢印５００によって示される）を加えることによって達成され、従って、基板１２０と共にそれを弾性的に変形させる；この状態は、基板１２０および構造１２１がトラック１１１と接触する領域における圧縮によってどのように変形されるかを示す図１Ａに示される。このようにして、堆積物１０１の材料は、基板と基板との間の接着を確実にし、図形１Ａ’に示すように、組立中に加えられた力を除去した後でさえ、トラック１１１と構造１２１との間の残留圧力を維持する。堆積物１０１が弾性である好ましい場合において、機能面に平行な平面の方向におけるそれらの相対運動の場合にも、前記トラックおよび前記伸張性導電構造が接触したままであることを確実にし、これらの運動は、トラック１１１および構造１２１の軸に平行な方向に沿って、この軸に直交する方向に沿って、トラック１１１および構造１２１が互いに対して横方向に、またはこれら２つの主方向の併用療法である方向に沿って移動してもよい。堆積物１０１によって覆われた領域は、弾性および伸張性基板１２０がその中に埋め込まれた後の人体の動きによって受ける可能性がある通常の伸張度まで変形されるときに、接触の変形中に生じる応力を、その破壊を引き起こすことなく、吸収するのに十分に広い。

【0021】

ボード１１０（図１Ｂ参照）の一端には、外部導体１０３が外部デバイス（例えば、神経生理学のための電気信号記録システムまたは電気刺激システム）とのシステムの電気的接続のために存在し、伸張可能な導電性構造を神経変調のための電極として使用する場合、この導体は、任意のタイプ（例えば、剛性、弾性であるが、伸張可能ではない、または伸張可能）であり得、典型的には外部導体１０３は、例えば、銅製の電線である。導体１０３は、ボード１１０の開口１１２を介してトラック１１１と電気的に接触している。開口部１１２を通して導体１０３とトラック１１１との間の接続を確立する具体的な方法を以下に示す。

【0022】

上述のように、図１Ａ、図１Ａ’および図１Ｂは、トラック１１１と導電性構造１２１との間に単一の相互接続が確立されるシステムを示すが、本発明のシステムは、複数の外部導体と、外部導体と同数または異なる数の複数の伸張可能な導電性構造との間の複数の相互接続を実施するのに特に有用である。図２は、相互接続システム１００の斜視図を示し、この図では、簡単にするために、トラック１１１における構造１２１の軽度の窪みは示されていない。弾性および伸張性基板１２０上に存在する多数の伸張性導電構造１２１と接触するボード１１０上に３つのトラック１１１があり、３つのトラックは、基板１１０内のスルーホール１１２を介して３つの外部導体１０３に接続され、図はまた、本発明の相互接続システムのこの実施形態では堆積物１０１の配置を示す。

【0023】

本発明のシステムの構成要素を製造するために、適切な物理的および化学的特性を有する全ての材料を使用することができる。例として、以下を挙げることができる：
－ボード１１０の構造のために、通常はポリマー材料で作られる電気絶縁材料が使用されてもよく、ボードは、剛性または好ましくは可撓性であるが、非伸張性であってもよく、典型的には、このボードは、プリント回路基板（ＰＣＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）の製造のために使用されるものと同じタイプである；
－トラック１１１は、金属、例えば、銅、銀、金、白金またはコバルト－ニッケルベースの合金で作られ、基板の全面を金属でコーティングする技術、製造されるトラックに対応する部分のインクでマスキングする技術、および化学エッチング（典型的には酸浴）でマスキングされていない金属部分を選択的に除去する技術、または代替的に、マスキング（例えば、スパッタリング）による選択的堆積技術を用いて堆積させることができる；
－弾性および伸張性基材１２０には、任意のエラストマーポリマー材料を使用することができ、そのような材料の例は、ポリウレタンエラストマー、エラストマーフルオロポリマー、ポリオレフィンベースのエラストマー、ポリブタジエン（ＢＲ）、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、エチレン－プロピレンゴム（ＥＰＲ）、エチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、イソブチレンおよびイソプレン（ＭＲ）ベースのゴム、および好ましくはシリコーン（ポリシロキサン）である；
－基板上の伸張可能な導電性構造１２１は、導電性材料、典型的には金属（金など）の粒子を基板の表面に注入することによって作製され、注入を達成するための好ましい技術は、本出願人に譲渡された特許文献ＷＯ２０１１／１２１０１７Ａ１に記載される「Ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｂｅａｍ Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ」またはＳＣＢＩである；
－堆積物１０１を作るための接着材料は、エポキシ樹脂または他の重合体のような非弾性でもよいが、好ましくは前記材料は弾性であり、典型的にはシリコーンである；
－最後に、外部導体１０３は、例えば、絶縁材料で覆われた金属のケーブルまたはブレイドのような既知のタイプのものであってもよい。

【0024】

第２の実施形態では、本発明のシステム２００は、ボード上のトラックと弾性および伸張性基板上の導電性構造との間に挿入された、弾性、接着剤、および導電性材料の追加の堆積物をさらに含む。この実施形態は、図３Ａおよび図３Ｂに示され、図１Ａおよび図１Ｂにおけるものと類似の２つの相互に直交する部分における図を表し（図３Ａの図は図３Ｂの点線Ｂ－Ｂ’に沿った部分であり、図３Ｂの図は、図３Ａの点線Ａ－Ａ’に沿った部分である）、また、図３Ａおよび図３Ｂは、便宜上、トラックと伸張可能な導電性構造との間の１つの相互接続のみを示す。

【0025】

システム２００は、その表面に導電性トラック１１１を有する平坦で非伸張性のボード１１０と、その表面に伸張性導電性構造１２１が存在する弾性で伸張性の基板１２０と、前記ボード１１０と基板１２０の機能化面の間に挿入された電気絶縁性の、好ましくは弾性の接着材料の少なくとも１つの堆積物１０１とからなる。しかし、この場合、トラック１１１と伸張性導電性構造１２１は、互いに直接接触するのではなく、弾性、接着剤、および導電性材料の堆積物１０２を介して、前述の両方の要素に接着し、それらの間の電気的連続性を確実にする。この構成により、トラック１１１と導電体構造１２１の間の電気接触が確実にされ、また、平面での相対的な動きに加えて、機能化面の平面に直立的な小さな動き、すなわち構造１２１から１１１を追跡する動きが確実にされ、さらに、この構成は、ボード１０と基板１２０の間の接着面（よって接着力）を増加させる。

【0026】

タイプのシステム２００を製造するための材料は、第１の実施形態で述べたものと同じであり、堆積物１０１に使用されるのと同じ材料は、堆積物１０２の製造に使用されるが、堆積物を導電性にするために、導電性粒子、典型的には金属、好ましくは銀粉末が装填される。この目的に有用な材料は、「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｕｂｂｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ」と題する米国特許第７，５３７，７１２Ｂ２号に記載されている。

【0027】

図４は、この第２の実施形態によるシステム２００の斜視図を示し、この場合も、３つの導電経路が示され、それぞれは、外部導体１０３、トラック１１１、弾性導電材料の堆積物１０２、および伸張性導電構造１２１からなる。

【0028】

外部導体１０３とトラック１１１との間の結線は、溶接（熱溶接、レーザ溶接、超音波溶接）、はんだ付け、機械的締結、または任意の種類の導電性接着剤による接着など、当業者に知られている任意の手段および技法によって実施することができる。典型的な実施例では、結線が導体１０３の一端が埋め込まれた導電性材料（例えばスズ）で満たされた、基板１１０上に形成されたスルーホール（「ビアホール」）１１２によって行われる。あるいは、図５に概説した方法を使用してもよい。この方法では、伸張性装置と導体１０３との間の相互接続が両面にＡｕめっきされたＣｕで作られた導電性トラックを有する平坦な非伸張性ボード１１０からなる両面相互接続基板で達成される。基板１１０の下面（伸長可能な導電性構造１２１に面する面）には１つ以上の第１のトラック１１１があり、ボード１１０の上面には１つ以上の第２のトラック１１１’がある。各第２トラック１１１’は、図５の断面に示すように、内部が金属（典型的にはＡｕ）で被覆されたスルーホール１１２を介して第１トラック１１１に接続され、外部導体１０３は、導電性材料１０４（スズなど）の堆積物を介して上部導電性トラック１１１’に接続される。伸張性導電性構造１２１は、弾性、接着性、および導電性材料の堆積物１０２を介してトラック１１１に接続され、この堆積物は、この代替実施形態では、スルーホールを通して分配される。これは、スルーホール１１２、上部トラック１１１’および導電性材料１０４を通して、構造１２１と外部導体１０３との間の電気的接続を確実にする。ボード１１０と基板１２０との間（および／またはボード１１０と構造１２１との間）に挿入された、電気絶縁性の、好ましくは弾性の接着材料の堆積物１０１は、接続基板と本質的に伸張可能なデバイスとの間の追加の機械的結合を確実にする。

【0029】

全ての場合において、外部導体は、トラック１１１（またはトラック１１１’）に溶接されるか、または導電性ペーストまたはグルーで接着され得る。

【0030】

本発明のシステムは、伸張性部品と非伸張性部品との間の電気的接続における種々の問題を克服することを可能にする。単に導電性接着剤を使用して、非伸張性ワイヤを伸張性導電性構造と電気的に接触させる、すなわち、本発明の相互接続ボードを使用しないは、同じ結果をもたらさないであろう。実際、このように製造されたコンタクトがワイヤ上で利用可能な当接面が低く、２つの接着された部品の機械的特性が大きく相違するため、機械的応力がない場合に電気的接触を確実にすることができたとしても、前記応力がある場合には、コンタクトワイヤとのインターフェースで応力が蓄積するため、システムは容易に破損する可能性がある。さらに、この解決策は、ねじれ歪みに対してさらに不安定である。最後に、同じデバイス上に複数の接点を実装する場合、シリコーン接着剤のみによる直接接触システムは、実装が煩雑かつ困難になる。

【0031】

本発明者らは、驚くべきことに、剛性（または非伸張性）導体と伸張性導体との間の大きな接触表面を得ることを可能にし、その結果、２つの部分の相対運動に起因する機械的力がより大きな領域にわたって分散され、それによって、電気接点上の応力の局在化を防止し、多くの接点の相互接続が効率的な方法で得られることを可能にするので、本発明のシステムではこれらの課題が生じないことを観察した。

【0032】

特に、本発明を通して、剪断応力が伸張性部分の少なくとも５％の伸張を引き起こし、応力が剛性ワイヤと弾性および伸張性基材との間に蓄積するような場合、システムは、電気伝導条件下に留まることが観察された。

【0033】

要約すると、本発明のシステムによって以下の利点および特徴が得られる：
１：ワイヤのような、少なくとも１つの本質的に広範な導線構造と、伸張不可能なワイヤのような部分の間で電気的な接触を得ることができる。
２：伸張性構造と非伸張性部分からなるシステムにせん断応力が加わった場合でも、安定した電気的接触を維持することができる；
３：伸張可能構造に対して非伸張部分にトルク応力が加わった場合でも、安定した電気的接触を維持することができる；
４：相互接続システムは異なる本質的に伸張可能な導電性構造とそれぞれの伸張不可能な部分（例えば、多数のワイヤ）との間に並列に電気接点を確立することを可能にする；
５：相互接続全体のフットプリントは、人体の小さな領域で一般的に使用されなければならない神経変調電極のような装置の実施を可能にするのに十分な薄さである。

【0034】

本発明をさらに次の実施例により記述する。

【0035】

実施例１
この実施例は伸張可能な導電性構造と銅の導電性ワイヤとの結合からなる本発明のシステムの製造に関し、システム６００を図６に示す。

【0036】

弾性および伸張性基板６０１は、２００μｍ厚であり、２成分シリコーンゴムからなり、１ｇの液体シリコーン（米国カリフォルニア州カーピンテリアＮｕＳｉｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＬＬＣ社のＭＥＤ－６０３３）をガラス支持体に分散させ、スピンコーティング技術により広げ、製造者の指示に従って１５０℃で３０分間重合させることにより得られる。

【0037】

２つの伸長可能なＵ字形金属トラック６０２および６０２’は、このようにして製造された基板において得られ、図に示されるように、第１のトラックが第２のトラックに配置される。これらのトラックは、特許文献ＷＯ２０１１／１２１０１７Ａ１に記載されているように、ＳＣＢＩによって得られる厚さ２０ｎｍの白金堆積物からなり、所望の形状のメタルマスク（ステンシルマスク）を使用して基板を保護する。その後、白金の層と正確に重なる１５０ｎｍの金の層を、上記と同じセットアップを用いてＳＣＢＩを通して注入する。トラックは、幅が０．７ｍｍであり、相互に０．３ｍｍの間隔がある。外側のＵ字形トラックの長さは２１ｍｍであり、内側のＵ字形トラックの長さは１８ｍｍである。このようにして得られた金属トラックは、本発明の伸長可能な導電性構造を構成する。伸張性金属トラックと導電性銅ワイヤ１０３との間の相互接続は、相互接続ボード１１０によって得られ、接続モードは、図５を参照して上述したものであり、両面プリント回路基板からなる。ボード１００は、長さが２ｍｍ、幅が４．５ｍｍ、厚さが０．１ｍｍのＦＲ４（ガラス繊維で強化されたエポキシ樹脂、現場では標準）で作られたポリマー支持体からなり、その上に、ＡｕでめっきされたＣｕで作られた４つの導電性トラック（１１１、図示せず）（サイズ：１．２ｍｍ×０．７ｍｍ×５０μｍ）が配置される。Ｃｕ／Ａｕ導電性トラックは、基板の両面に存在する。各トラックは、スルーホール１１２を介して下にあるトラックと接続され、スルーホール１１２の内壁は、Ａｕで被覆されている。２成分液体シリコーンＮｕｓｉｌ ＭＥＤ６０３３からなるシリコン接着剤（１０１）は、一方の導電性トラックと他方の導電性トラックとの間に介在してシリコーンゴム上に分配される。相互接続ボードは、シリコーン基板上に配置され、４つの下側トラックを伸張性導電構造６０２および６０２’の４つの端部と整合させる。１Ｎに等しい力を、基板表面上に均一に分布し、表面自体に直角な相互接続基板に加え、シリコーン基板上にそれを押圧する。

【0038】

これは、基板１１０の伸張性トラックとＣｕ／Ａｕ導電性トラックとの間の電気的接触と、接着材料１０１による基板と弾性および伸張性シリコーン基板との間の機械的結合との両方を確実にする。シリコーン基板上に相互接続基板を押圧する力は、７０℃の炉内で６０分間焼成して得られる材料１０１の硬化に必要な限り維持される。

【0039】

材料１０１が硬化すると、直径０．１ｍｍの４本の銅ワイヤ（１０３）が基板１１０の上面に存在するＣｕ／Ａｌの４個の部分１１１’にスズはんだ付けによって接続され、スルーホール１１２に存在する金を介してトラック１１１と接触し、４本の銅ワイヤの各々は、ポリマーコーティングで電気的に絶縁される。

【0040】

このようにして、非伸張性電気導体（銅線）と本質的に伸張性電気導体（シリコーンゴム上に堆積されたＰｔ／Ａｕトラック）との間の相互接続ボードを介した相互接続が完成する。ボード１１０の上面は、スズはんだ付けされた領域を電気的に絶縁し、機械的に補強するために、図示しないエポキシ樹脂で被覆されている。

【0041】

トラック６０２および６０２’の各端部は、銅線に接続される。機械的応力下での電気的相互接続の保持をチェックするために、以下が実行される：１Ｖの電位差が、同じ伸張性トラックの２つの端部に相互接続された２つの銅線間に印加され、システムの電気抵抗が測定される。装置は、引張応力を受け、一端部が銅線で、他端部がシリコーン基板の端部６０３で保持される。約２００Ωの抵抗が静止状態で測定される。引張応力下では、約２７０Ω、３９０Ω、および８８０Ωの抵抗値がそれぞれ５％、１０％、２０％に等しいシリコーン基板伸長に対して観察される。装置を休止位置に戻すと、抵抗は、２００Ωの値に戻る。

【0042】

実施例２
この実施例は、伸張可能な導電性構造と銅導電性ワイヤとの結合からなる本発明の別のシステムの製造を指し、システム７００が図７に示されている。

【0043】

弾性および伸張性基板と、４本の銅線１０３が接続される相互接続ボード１１０との間の結合に関する実施例１で概説した手順を繰り返すが、伸張性導電構造の異なる構造の違いだけが異なる。

【0044】

システムの伸長可能な部分は、弾性および伸長可能な基板７０１からなり、その上にＡｕ／Ｐｔの４つの伸長可能な金属トラック７０２が存在し、これもまた伸長可能なＰｔの電極７０３によって終端される。その最も狭い部分（相互接続基板に最も近い部分）では、トラックは、幅０．７ｍｍで相互に０．３ｍｍの間隔があり、４つのトラックは、それぞれ１２、２２、３２、４４ｍｍの長さである。Ｐｔ電極（７０３）は、直径３．５ｍｍの円形である。トラックは、厚さ約２００μｍのシリコーンゴム基材上にＰｔおよびＡｕナノ粒子を堆積させることによって作成され、基板およびトラックは、実施例１に記載されるように作成される。詳細には、トラックは、２０ｎｍのＰｔ層、次いで７５ｎｍの厚さのＡｕ層を堆積することによって得られ、電極７０３は、１５０ｎｍのＰｔを堆積し、Ｐｔ電極上にＰｔ／Ａｕトラックを部分的に重ねることによって得られ、２つの要素間の電気的導通を確実にする。このようにして得られたトラックおよび電極は、シリコーン基板と共に、本質的に伸張可能な導電性複合材料を構成する。

【0045】

ボードと伸長可能な導電性構造との間の結合の後、システム全体（銅ワイヤ１０３を除く）は、厚さ２００μｍのシリコーンゴムの層で被覆され、Ｐｔ電極のみが露出される。

【0046】

このデバイスは、生理食塩水溶液中に浸漬され、銅ワイヤの自由端を溶液の外側に保持する。また、Ｐｔロッドからなる溶液に対向電極を添加し、対向電極と４本の伸縮性電極のそれぞれとの間に１本ずつ１Ｖの電位差を印加して電流を流す。回路インピーダンスは、４つのトラック７０２の各々について測定され、記録され、測定された値は、それぞれ、１７０、１７５、１７９および１８３Ωである。機械的疲労に対する電気的相互接続の保持をチェックするために、装置は、次に１０００回の伸長サイクルを受け、一端が銅線によって保持され、他端が相互接続基板から最も遠い伸長性構造体の端（７０４）によって保持される。各サイクルにおいて、伸張性構造は、静止時にその長さの１０％だけ延伸され、次いで、１ｍｍ／ｓの変化率で元の長さに戻される。１０００サイクルの端部に、このシステムを再び生理食塩水中に浸漬し、そして４つのインピーダンス値の測定を繰り返し、それぞれ、その製造直後にシステムに記録されたものよりわずかに高い１７５、１８０、１８２および１９１Ωの値を得；これは、銅ワイヤーと伸長性構造との間の相互接続の機械的疲労強度を実証する。

【0047】

実施例３
実施例２の手順を繰り返す。

【0048】

この場合、ボード１１０上の４つのスルーホール１１２は、製造業者の指示に従って調製された導電性シリコーンＣＶ２６４４（ＮｕＳｉｌ）で充填され、導電性シリコーンの導電性は、その中のＡｇ粒子の存在による。導電性シリコーンをシリンジに装填し、針を通して各ビア内に分配する。導電性シリコーンは、スルーホール１１２を充填し、それにより、下にある伸張性導電性トラックと相互接続基板のＣｕ／Ａｕ金属導電性トラックとの間に電気的接触を形成する。デバイスを７０℃で１時間焼成し、導電性シリコーンを硬化させる。得られたシステム上で、実施例２の方法に従って、４つのトラックおよび４つの電気接点７０３の各々についてインピーダンスを測定し、１７３、１７７、１８２および１８５Ωの値を得る。

【0049】

次いで、このシステムを実施例２と同じ疲労プログラム（静止時のシステムの長さの１０％だけ１０００サイクルの伸び、そして１ｍｍ／ｓの変化率で元の長さに戻す）にかける。

【0050】

疲労プログラムの端部に、４つのトラックおよび４つの電気接点７０３の各々についてインピーダンスが再び測定され、製造されたばかりのシステムに登録された値よりもわずかに高い、それぞれ１７７、１８０、１８７および１９１Ωの値が得られ、銅線と伸張性構造との間の相互接続の機械的疲労強度が実証される。

【図1A】

【図1A-1】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】