專利名稱：：混成式三維神經元探針陣列的制作方法
技術領域：
：本發明屬于微機電系統(MicroElectroMechanicalSystem,MEMS)
技術領域：
,具體涉及一種混成式三維神經元探針陣列的制備方法。
背景技術：
：神經元微探針陣列是直接溝通大腦和外部客觀世界的重要手段，是研究神經系統的有力工具、腦機接口的可行方案和神經修復的關鍵元件，在神經系統的基礎研究、動物機器人、虛擬現實和神經系統康復醫療等方面具有重要而廣泛的應用。隨著神經生物學的發展，在功能水平上的研究神經系統活動機制變得更為重要，研究重點集中于神經網絡中多個神經元的協同活動，這需要同時記錄大量神經元的信號。傳統的金屬絲和微吸管神經元探針只能測量單個或少數神經元的生物電勢，不能滿足當前神經生物學研究的要求。神經元微探針陣列采用成熟的半導體加工技術，在微探針上集成大量的微電極和信號處理電路，有效控制探針植入的損傷，提供10-100級別的空間分辨率、滿足神經元信號(IOO-IOKHz,20-500uV)要求的頻率分辨率和信噪比。從1969年起，國際上針對神經元微探針制備開展了廣泛而深入的研究。國際上有以美國密西根大學和猶他大學為代表的兩大技術路線。密西根大學成功制備集成了信號放大電路的二維多通路微探針，并在此基礎上組裝成三維微探針。密西根探針的制備過程的缺點是單片集成需要對標準CMOS工藝進行調整，而且三維組裝工藝繁復(參閱文獻K.D.WISE,D.J.ANDERSON,J.F.HETKE,D.R.KIPKE,ANDK.NAJAFI.“WirelessImplantableMicrosystems:High-DensityElectronicInterfacestotheNervousSystem”PROCEEDINGSOFTHEIEEE,VOL.92,NO.I,76-97,JANUARY2004)。猶他大學采用劃片機劃片和兩次濕法腐蝕結合的方法，制備大規模的硅基準三維探針陣列，并獲得了一定的應用。猶他探針制備過程的缺點是高溫燒結工藝和濕法腐蝕工藝破壞CMOS電路，導致探針與讀出電路無法直接集成，從而使得每根探針都有一個引線口，由此導致引腳過多，從而限制了探針規模(參閱文獻KellyE.Jones,PatrickK.Campbell,andRichardA.Normann，，AGlass/SiliconCompositeIntracorticalElectrodeArray.，，AnnalsofBiommedicalEngineering,Vol.20，423-437，1992)。為了解決上述問題，WilliamR.Patterson等人的論文中(文獻WiIIiamR.Patterson,Yoon-KyuSong,et.al.“AMicroelectrode/MicroelectronicHybridDeviceforBrainImplantableNeuroprosthesisApplications.”IEEETRANSACTIONSONBIOMEDICALENGINEERING,NO10，VOL.51，1845-1853，OCTOBER2004)提出用混成方法將制備好的猶他探針倒焊到讀出電路上。該方法在實施上具有難度，制備好的猶他探針是脆弱的微細結構，猶他探針底部為玻璃和硅的脆弱的復雜鑲嵌結構，倒焊過程中需要兩次借助夾具來夾持，夾具夾緊探針本身容易導致底部碎裂，在倒焊的加壓過程中也容易導致底部破裂，當探針規模大底部面積大的時候這個問題更是突出。
發明內容本發明的目的之一在于，提高混成式三維神經元探針陣列的制備成品率。本發明的又一目的在于，簡化混成式三維神經元探針陣列的制備功工藝。為實現以上目的或者其他目的，本發明提供以下技術方案。按照本公開的一方面，提供一種混成式三維神經元探針陣列的制備方法，其包括以下步驟提供用于制備探針陣列的硅襯底，在所述硅襯底的正面上構圖形成第一切割標記和第二切割標記；在所述硅襯底的背面上構圖制備用于將探針陣列的探針的信號引出的第一焊占.在所述硅襯底的背面上切割形成隔離槽，所述隔離槽使所述硅襯底背面上形成有用于相應形成探針的針底座的硅島陣列；提供信號讀出電路襯底，并在所述信號讀出電路襯底上制備第二焊點；通過所述第一焊點和第二焊點之間的對應焊接連接實現所述硅襯底與所述信號讀出電路襯底之間倒焊互連；依據所述第二切割標記，在所述硅襯底的正面上切割形成多行多列的V形溝槽，以在所述硅襯底的正面形成錐形臺陣列；依據所述第一切割標記，將所述硅襯底銑切以形成分離的用于形成探針陣列的硅柱陣列，所述錐形臺的錐角或部分錐角保留在所述硅柱之上用于形成探針的針尖；以及在硅柱陣列上制備電極以形成探針陣列。按照本發明一實施例的制備方法，其中，在所述制備電極步驟之后，還包括步驟形成覆蓋除針尖部分之外的探針陣列的絕緣層。按照本發明又一實施例的制備方法，其中，在構圖制備所述第一焊點時，構圖形成用于切割形成所述隔離槽的第三對準標記。優選地，所述硅襯底的電阻率范圍為O.001Ω·cm至O.01Ω·cm。按照本發明還一實施例的制備方法，其中，所述第一焊點包括第一銦柱以及第一焊點下金屬層，所述第一銦柱形成于所述第一焊點下金屬層上；所述第二焊點包括第二銦柱以及第二焊點下金屬層，所述第二銦柱形成于所述第二焊點下金屬層上。在之前所述任一實施例的制備方法中，優選地，所述第一焊點下金屬層和第二焊點下金屬層是Ti/Pt/Au的復合金屬層,或者是Cr/Au復合層。在之前所述任一實施例的制備方法中，優選地，所述第一焊點下金屬層的面積小于所述針底座的面積。在之前所述任一實施例的制備方法中，優選地，所述第一銦柱為單個銦柱形成，或者為多個銦柱陣列形成。在之前所述任一實施例的制備方法中，優選地，所述硅島陣列的硅島基本為正方形，所述娃柱陣列的娃柱在平行于娃襯底表面方向的截面基本為正方形，在之前所述任一實施例的制備方法中，優選地，所述隔離槽的深度是所述硅襯底的厚度的1/10至1/2。在之前所述任一實施例的制備方法中，優選地，所述隔離槽的寬度是相鄰所述探針之間的空間間距的1/8至1/4。在之前所述任一實施例的制備方法中，優選地，在銑切步驟中銑切所述硅襯底的深度大于所述硅襯底的厚度與所述隔離槽的深度之差、且小于所述硅襯底的厚度。在之前所述任一實施例的制備方法中，優選地，所述V形溝槽的兩個斜面之間的夾角大致為60°。在之前所述任一實施例的制備方法中，優選地，所述V形溝槽的深度為探針的邊長的I.732倍至2.5倍。在之前所述任一實施例的制備方法中，優選地，所述V形溝槽的深度基本等于180um0在之前所述任一實施例的制備方法中，優選地，所述錐形臺陣列的錐形臺由四個斜面和一個頂面圍成。在之前所述任一實施例的制備方法中，優選地，所述電極為Ti/Pt或Cr/Au復合金屬層。在之前所述任一實施例的制備方法中，優選地，所述絕緣層為C型聚對二甲基苯、SU8型光刻膠或者聚酰亞胺的有機薄膜。在之前所述任一實施例的制備方法中，優選地，所述針尖基本由所述錐形臺的錐角或部分錐角的兩個斜面以及所述硅柱陣列的硅柱的兩個垂直面圍成。按照本公開的又一方面，提供一種混成式三維神經元探針陣列，其特征在于，使用以上所述及的任意一種制備方法制備形成，其中，所述混成式三維神經元探針陣列包括信號讀出電路襯底，與所述信號讀出電路襯底倒焊互連的探針陣列；所述探針陣列的每個探針包括針尖,針身，以及針底座；相鄰探針之間的針底座之間相互分離。按照本發明一實施例的混成式三維神經元探針陣列，其中，還包括覆蓋除針尖部分之外的探針陣列的絕緣層。較佳地，相鄰所述探針的所述針底座之間的間距范圍為25至75微米。較佳地，所述針尖由兩個相鄰交接的斜面和兩個相互垂直交接的垂直面圍成，兩個所述垂直面垂直于所述硅襯底，所述斜面與所述垂直面之間的夾角為V形溝槽的兩個斜面的夾角的1/2。按照本公開的還一方面，提供一種劃槽刀，用于在以上所述及的任意一制備方法過程中切割形成多行多列的V形溝槽，所述劃槽刀的刃面夾角基本等于V形溝槽的斜面之間的夾角。較佳地，所述劃槽刀的刃面夾角大于或等于60°且小于或等于75°。本發明的技術效果是，采用有斜面刃的劃槽刀直接切割出針尖的斜面，然后采銑刀將硅襯底銑切成分離的探針陣列，避免了猶他探針的切割后的兩次腐蝕過程，并且劃槽和銑切工藝實施難度小，硅襯底不易碎裂，因此制備工藝簡單。而且，探針陣列切割后直接立在厚實的信號讀出電路襯底上，后繼對芯片的操作導致電路襯底碎片的可能性低。整體上來說，該發明的制備成品率相對較高，適用于大規模制備。從結合附圖的以下詳細說明中，將會使本發明的上述和其他目的及優點更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的標號表示。圖I是在硅襯底正面形成切割標記后的結構示意圖，其中，圖I(a)為硅襯底的截面圖，圖I(b)為娃襯底的俯視圖；圖2是在硅襯底背面形成焊點后的截面結構示意圖；圖3是在硅襯底背面構圖形成隔離槽后的截面結構示意圖；圖4是在信號讀出電路襯底上形成焊點后的截面結構示意圖；圖5是信號讀出電路襯底與硅襯底通過焊點倒焊互連后的截面結構示意圖；、圖6是在硅襯底的正面采用劃槽刀切割出V形溝槽后的結構示意圖，其中，圖6(a)為硅襯底的截面圖，圖6(b)為通過V形溝槽在硅襯底的正面形成的錐形臺陣列的俯視圖；圖7是在硅襯底上采用銑刀銑切形成探針陣列后的結構示意圖，其中，圖7(a)為截面圖，圖7(b)為銑切后形成的探針的針尖部分的立體結構示意圖；圖8是在探針陣列上制備電極后的截面結構示意圖；圖9所示為沉積絕緣層后形成的混成式三維神經元探針陣列的截面結構示意圖。圖10是本發明一實施例的使用的劃槽刀的結構示意圖。具體實施例方式下面介紹的是本發明的多個可能實施例中的一些，旨在提供對本發明的基本了解，并不旨在確認本發明的關鍵或決定性的要素或限定所要保護的范圍。容易理解，根據本發明的技術方案，在不變更本發明的實質精神下，本領域的一般技術人員可以提出可相互替換的其他實現方式。因此，以下具體實施方式以及附圖僅是對本發明的技術方案的示例性說明，而不應當視為本發明的全部或者視為對本發明技術方案的限定或限制。在附圖中，為了清楚起見，夸大了層和區域的厚度，并且，由于刻蝕等引起的圓潤等形狀特征未在附圖中示意出。在本文描述中，使用方向性術語(例如“上”、“下”、“正面”和“背面”等)以及類似術語來描述的各種結構實施例表示附圖中示出的方向或者能被本領域技術人員理解的方向。這些方向性術語用于相對的描述和澄清，而不是要將任何實施例的定向限定到具體的方向或定向。本發明提供的混成式三維神經元探針陣列基本地包括探針陣列以及能夠與該探針陣列電連接的信號讀出電路，該信號讀出電路形成于信號讀出電路襯底上，信號讀出電路的具體形式在本發明中不是限制性的，在以下圖中也未具體示例給出。本文中的“混成式三維神經元探針陣列”的“三維神經元探針”可以且不限于為準三維神經元探針。圖I至圖9為按照本發明一實施例的混成式三維神經元探針陣列制備方法制備圖9所示實施例混成式三維神經元探針陣列的結構變化示意圖。圖I所示為在硅襯底正面形成切割標記后的結構示意圖，其中，圖I(a)為硅襯底的截面圖，圖I(b)為硅襯底的俯視圖；圖2所示為在硅襯底背面形成焊點后的截面結構示意圖；圖3所示為在硅襯底背面構圖形成隔離槽后的截面結構示意圖；圖4所示為在信號讀出電路襯底上形成焊點后的截面結構示意圖；圖5所示為信號讀出電路襯底與硅襯底通過焊點倒焊互連后的截面結構示意圖；圖6所示為在硅襯底的正面采用劃槽刀切割出V形溝槽后的結構示意圖，其中，圖6(a)為硅襯底的截面圖，圖6(b)為通過V形溝槽在硅襯底的正面形成的錐形臺陣列的俯視圖；圖7所示為在硅襯底上采用銑刀銑切形成探針陣列后的結構示意圖，其中，圖7(a)為截面圖，圖7(b)為銑切后形成的探針的針尖部分的立體結構示意圖；圖8所示為在探針陣列上制備電極后的截面結構示意圖；圖9所示為沉積絕緣層后形成的混成式三維神經元探針陣列的截面結構示意圖。以下結合圖I至圖9實例性的地說明陣列規模為5X5(在此為探針個數)的混成式三維神經元探針陣列的制備方法過程，并說明該三維神經元探針陣列實施例的結構。首先，步驟S10，提供硅襯底110，如圖I(a)和圖I(b)所示，在該實施例中，在硅襯底110正面制備形成第一切割標記120、第二切割標記130，還可以在硅襯底110的背面形成光刻用的對準標記。硅襯底110的厚度基本直接決定了探針的高度，其厚度范圍可以為I.例如，I.5mm;娃襯底110也可以影響探針的電阻，因此，優選地，米用重摻雜的硅片，電阻率范圍為0.001-0.01Qcm，這樣，可以降低探針本身的體電阻。第一切割標記120可以采用金屬線；具體地，可以在正面蒸發一層金屬，例如鋁，然后通過光刻腐蝕的方法制備金屬線的圖案；也可以采用剝離的方法來制備金屬線。金屬線的正面的第一切割標記130供以后的劃出V形溝槽步驟中對準使用，金屬線的正面的第二切割標記120供以后的正面形成的錐形臺陣列步驟中對準使用。第一切割標記130和第二切割標記120具體形狀如圖2示意，圓點140示意預定形成的探針的大致位置，第一切割標記130和第二切割標記120也基本地決定了其后步驟中形成的探針的位置。進一步，步驟S20，在硅片襯底110的背面上制備用于將探針的信號引出的焊點。如圖2a和2b所示，在該實施例中，焊點包括銦柱160以及焊點下金屬層(UBM)150，具體采用雙面光刻技術，依照正面的對準標記(可以在步驟SlO中形成)，在背面采用剝離的方法制備UBM150和銦柱160。UBM150可以是Ti/Pt/Au的復合金屬層，Ti/Pt/Au的厚度分別20nm/50nm/50nm；UBM150也可以是Cr/Au，Cr/Au厚度是20nm/1000nm。每一個UBM150對應一根探針，UBMl50的面積大小不大于探針的針底座410的面積大小,但是其邊長不小于相鄰探針的中心之間的距離的40%；UBM150典型邊長大小為200iim。每個UBM150上可以只有一個銦柱，銦柱160的邊長可以為UBM150的邊長的90%(如圖2b所示)。每個UBM160上也可以形成有一組小的銦柱陣列，例如，每個銦柱的面積大小為10umXIOum,間距為10um,規模為9X9。在制備UBM150的同時，可以形成其后步驟S30中形成隔離槽180所需的第三切割標記170。進一步，步驟S30，在硅襯底110的背面用劃片刀在縱橫兩個方向切割出的隔離槽180。如圖3所示，在該實施例中，隔離槽180的深度相對較淺，其深度等于或大于其后形成的探針的針底座410的高度。通過多條縱橫排列的隔離槽180，在硅襯底110的背面形成5X5個硅島陣列。在切割的過程中，劃片刀可以對準第三切割標記170進行，切割位置之一可以為相鄰的UBM150之間的中間線；具體也可以選擇合適厚度尺寸的劃片刀，控制隔離槽180的寬度尺寸，確保本次切割不傷害硅片背面的UBM和焊點。本次切割的切割位置之二為UBM陣列的最外圍的外側，此處切割的位置相對于最外圍的UBM中心的距離與UBM內側的切割槽與UBM中心點的距離相等。具體地，隔離槽180的深度是相對于探針的高度來說的，也就是相對于硅襯底110的厚度來說的，一般在硅襯底110的厚度(或者探針的高度)的1/10-1/2之間，硅襯底110的典型厚度為I.5mm，那么本步驟切割的隔離槽180的深度在150-750μm0隔離槽180的寬度是相對于相鄰探針之間的空間距離來定義的，一般在相鄰探針的距離的1/8-1/4，典型的探針的距離為400μm，那么本步驟切割的隔離槽180的寬度為50-100μm。進一步，步驟S40，在信號讀出電路襯底210上制備相應的焊點，該焊點用于與硅襯底110的背面的焊點對應焊接，其能用作信號讀出電路的輸入端。如圖4所示，在該實施例中，信號讀出電路襯底210上的信號讀出電路上包含信號調理電路和多路選擇電路等(圖中未示出)，將探針陣列探測的神經元信號放大后，通過多路選擇電路將眾多的神經元信號從有限的輸出端口上輸出。信號讀出電路的輸入端口陣列與探針陣列相對應，輸入端口的位置和間距與探針的位置和間距分別是一致對應的。在信號讀出電路襯底210的輸入端的焊點在該實施例中包括UBM250和銦柱260，UBM250和銦柱260的制備方法以及要求與步驟S20中的UBM150和銦柱160—樣，二者之間位置也——對應，形狀也可以——對應相同，這樣，在其后步驟S50中能方便地實現銦柱160與銦柱260之間的對應倒焊互連。進一步，步驟S50，將硅襯底110與信號讀出電路襯底210之間通過焊點實現倒焊互連。如圖5所示，在該實施例中，采用倒裝焊設備，例如FC150，將硅襯底110與信號讀出電路襯底210的銦柱相應對準焊接互連在一起。在倒焊互連過程中，對硅襯底110和信號讀出電路襯底210加熱到100-150°C，加熱溫度不可超過銦的熔點155°C。進一步，步驟S60，用具有傾斜角度的刃的劃槽刀60，沿硅襯底110的正面的第二切割標記130，在硅襯底110的正面切割出V形溝槽，從而在硅襯底的正面形成的錐形臺陣列。如圖6a和6b所示，在該實施例中，可以先沿X方向切割，再沿Y方向切割，其具體切割的順序不是限制性的；當然，沿X方向切割形成的溝槽與沿Y方向形成的溝槽的形狀可以對應基本相同。圖10所示為本發明一實施例的使用的劃槽刀的結構示意圖。該劃槽刀60在步驟S60中使用，用于切割出V形溝槽。刃的兩個刃面610之間的夾角為θ，Θ典型值為60°，Θ越小切割形成的斜面越傾斜，最后形成的探針的針尖越尖，越有利于探針穿刺；Θ的范圍可以為60°-75。。劃槽刀60的寬度不小于探針的寬度的兩倍，典型寬度為200μm。依照步驟SlO的第二切割標記130，進行切割。當劃槽刀的Θ為60°時，V形溝槽的深度為探針邊長的I.732倍，典型的深度為173.2μm，考慮一定的切割余量，可以為180μm。切割后，硅片正面形貌基本地如圖6b所示，由315、316、318、319四個斜面和頂面317組成一個錐形臺，斜面315、316、318和319均由劃槽刀60的傾斜的刃面切割硅襯底110形成，錐形臺的頂面317上的第一切割標記120部分地殘留，從而以下步驟S70中使用。進一步，步驟S70，用平頭刃的銑刀將硅襯底110銑切成相互分離的探針陣列40。如圖7a所示，在該實施例中，本次銑切工藝與機械加工中的銑的工藝原理基本一致，平頭刃的銑刀從相互垂直的兩個方向將探針之間的硅銑去，使硅襯底成為分離的硅柱陣列形狀以形成探針陣列。在該步驟中，依照步驟SlO中制備的第一切割標記120，進行銑切。在步驟S60的切割過程中，硅襯底110的上表面形成了四方錐形臺，在銑切的過程中，可以從以第一切割標記120對準，銑切的結果是只保留四方錐形臺的其中一個錐角，其余部分的硅體均被銑去。如果銑刀的刀體寬度與相鄰探針之間的間距一致，可以在相鄰兩探針之間切割一次。如果銑刀的刀體寬度小于相鄰探針之間的間距，可以在相鄰兩探針之間進行多次銑切。銑切的深度是從硅襯底110的正面切割到硅襯底余下30μm左右厚為止，也即典型銑切割深度為1470iim，這樣，隔離槽180之上的硅均被去除，實現了相鄰探針之間的分離。當然，銑切的深度設定時，并不限于以上具體實施例，同樣硅襯底余下的厚度不限于以上具體實施例，硅襯底余下的厚度也可以在20-100微米內設定，硅襯底余下的厚度要比銑刀的定位精度與跟硅襯底厚度的測量精度之和大兩倍，從而避免刀片把整個硅劃穿(避免破環信號讀出電路襯底210)，同時硅襯底余下的厚度也要使隔離槽180之上的硅均被去除。探針陣列40的每根探針包括三部分，即針尖430、針身420和針底座410。針身420是由本次銑切形成的與信號讀出電路襯底210垂直的四個面包圍的硅柱。針尖430的具體結構在圖7b中示出，在該實施例中，針尖430由步驟S60中的兩個斜面315和316的一部分形成，也即針尖430的斜面315和316。針尖的垂直面431和432在切銑過程中形成，斜面315與垂直面432的角度基本為0/2，斜面316與垂直面431的角度基本為0/2，因此0越小，針越尖。針底座410是由步驟S30切割形成的硅島形成的，在本次銑切中，沒有穿透整個硅片，保證銑切不損傷信號讀出電路襯底210，同時本次銑切的深度與隔離槽180的深度之和是超過硅片本身的厚度的，確保本次銑切可以在隔離槽180之處切透硅襯底，硅島余下的厚度就是針底座410的厚度。進一步，步驟S80，在探針的表面濺射金屬，制備電極440。如圖8所示，在該實施例中，先在信號讀出電路襯底210上滴正膠，例如經過稀釋后具有良好流動性的AZ1500，通過膠的自然流動來覆蓋信號讀出電路襯底210表面；然后通過長時間的低溫烘烤固化，例如50°C，8小時；然后濺射金屬，例如Ti/Pt，厚度為20nm/50nm，或者例如是Cr/Au。濺射結束后，將樣品浸入丙酮中，去除掉信號讀出電路襯底210上的正膠，同時也去除正膠上的金屬。濺射的金屬附著在探針的針尖的斜面315、斜面316、垂直面431和垂直面432、針身420側壁和針底座410的正面上，在信號讀出電路襯底210上沒有金屬。這樣可以保證探針之間不短路。如果金屬沒有覆蓋針身420和針底座410也可以，因為探針的低電阻率的硅材料，不會引入較大的串聯電阻。進一步，步驟S90，在探針陣列40上淀積有機薄膜作為絕緣層510，然后去除針尖430的有機薄膜，露出金屬電極440。在該實施例中，如圖9所示，有機薄膜可以是C型聚對二甲基苯、SU8型光刻膠或者聚酰亞胺。在淀積有機薄膜之前，用聚酰亞胺膠帶將信號讀出電路襯底210四周的引線口覆蓋住。C型聚對二甲基苯的典型厚度為5i!m，聚酰亞胺的典型厚度是IUm。淀積有機薄膜后，將聚酰亞胺膠帶去除。電極440的暴露可以通過以下方法過程完成。將探針穿過一張鋁箔，鋁箔的厚度為6iim。探針針尖的部分露出鋁箔20-40iim，將信號讀出電路襯底210放在另一張鋁箔的上，將兩張鋁箔的邊緣黏合在一起，以將探針陣列40和信號讀出電路襯底210包裹在鋁箔中，只露出針尖部分。然后用氧等離子體刻蝕有機薄膜510，從而可以露出針尖的金屬，形成電極440。去掉鋁箔，制備完成。至此，形成了如圖9所示實施例的混成式三維神經元探針陣列。該混成式三維神經元探針陣列中，探針陣列40的相鄰探針的針底座410是完全分離的，也即相鄰探針之間是完全分離的，并且還可以通過絕緣層510隔離，因此，探針之間的信號隔離好。相比于猶他大學提出的混成式三維神經元探針陣列(參閱文獻=KellyE.Jones,PatrickK.Campbell,andRichardA.Normann.，，AGlass/SiliconCompositeIntracorticalElectrodeArray.，，AnnalsofBiommedicalEngineering,Vol.20,423-437，1992)，猶他大學制作的探針陣列(簡稱為“猶他探針”)中，先在硅襯底背面劃淺槽，在硅襯底背面上形成硅島陣列，然后在淺槽中填入玻璃粉，高溫燒結玻璃粉形成一個玻璃網格框架。然后從硅襯底正面銑切硅襯底至玻璃框架上，將硅襯底切割成平頭的方形硅柱陣列。玻璃網格框架是支撐結構，每一個網格中形成一根探針，通過玻璃框架使探針在電學上相互隔離。然后用兩步濕法腐蝕將探針腐蝕成尖。對于猶他探針的制備過程來說，將硅襯底切割成平頭的方形娃柱陣列后，襯底是一個玻璃網格和網格包含著娃的復合結構，結構非常脆弱。對這么脆弱的結構進行后繼的多次復雜的操作，很容易使襯底破碎。而本發明的優點之一在探針陣列成型工藝，采用有斜面刃的劃槽刀直接切割出針尖的斜面，然后采銑刀將硅襯底銑切成分離的探針陣列，避免了猶他探針的切割后的兩次腐蝕過程。劃槽和銑切工藝實施難度小。而且探針陣列切割后直接立在厚實的信號讀出電路襯底上，后繼對芯片的操作導致電路襯底碎片的可能性低。整體上來說，該發明的制備成品率相對較高。另外，猶他探針從硅襯底的背面引線，每根探針引一個輸出線，工藝繁復，引線數量眾多，接口電路復雜，因此猶他探針的規模有限。本發明的第二個優點是工藝不破壞信號讀出電路襯底上的CMOS讀出電路，在信號讀出電路襯底上制備探針，通過多路選擇電路，使輸出的信號線下降到幾根，使輸出引線數量不再是探針規模擴大的限制，使本發明的制備方法非常適合制備大規模的混成式三維神經元探針陣列。并且避免了繁復的引線工藝，數據接口簡潔，這對于生物在體實驗是非常有意義的。相對于將猶他探針倒焊到信號讀出電路襯底上的方案，本發明的優點在于將厚的硅襯底倒焊到信號讀出電路襯底上比將探針倒焊到信號讀出電路襯底上工藝簡單而且可靠。對脆弱的猶他探針進行倒焊工藝，操作必須非常小心，難度不亞于三維微組裝，特別是當探針的規模比較大的時，工藝更加艱難，很容易在施加壓力的過程中使襯底破裂。對于可靠的倒焊互連工藝來說，施加一定的壓力是必須的。而本發明先將厚硅片倒焊到讀出電路，這步工藝是成熟和可靠的，而且與探針陣列規模無關。因此，本發明的制備方法過程簡單、成品率高，并且非常適合于大規模制備。需要理解的是，以上實施例中，盡管僅以陣列規模為5X5的混成式三維神經元探針陣列及其制備方法進行說明，但是，陣列規模的具體大小不是限制性的，本領域技術人員可以根據以上教導制備更大規模陣列的混成式三維神經元探針陣列。需要理解是，以上實施例的步驟S40并不限于在步驟S10、S20和/或S30之后，其也可以在步驟S10、S20和/或S30之前完成。步驟S40中的信號讀出電路襯底210中已經制備形成了各種形式的信號讀出電路。以上例子主要說明了本發明的混成式三維神經元探針陣列的制備方法、使用該制備方法制備形成的混成式三維神經元探針陣列以及制備方法過程中所使用的劃槽刀。盡管只對其中一些本發明的實施方式進行了描述，但是本領域普通技術人員應當了解，本發明可以在不偏離其主旨與范圍內以許多其他的形式實施。因此，所展示的例子與實施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權利要求所定義的本發明精神及范圍的情況下，本發明可能涵蓋各種的修改與替換。權利要求1.一種混成式三維神經元探針陣列，它包括信號讀出電路襯底，與所述信號讀出電路襯底倒焊互連的探針陣列；其特征在于所述探針陣列的每個探針包括針尖，針身，以及針底座；相鄰探針之間的針底座之間相互分離；相鄰所述探針的所述針底座之間的間距范圍為25至75微米，針尖由兩個相鄰交接的斜面和兩個相互垂直交接的垂直面圍成，兩個所述垂直面垂直于所述硅襯底，所述斜面與所述垂直面之間的夾角為V形溝槽的兩個斜面的夾角的1/2。全文摘要本發明公開了一種混成式三維神經元探針陣列，它包括信號讀出電路襯底，與所述信號讀出電路襯底倒焊互連的探針陣列；所述探針陣列的每個探針包括針尖，針身，以及針底座；相鄰探針之間的針底座之間相互分離；相鄰所述探針的所述針底座之間的間距范圍為25至75微米，針尖由兩個相鄰交接的斜面和兩個相互垂直交接的垂直面圍成，兩個所述垂直面垂直于所述硅襯底，所述斜面與所述垂直面之間的夾角為V形溝槽的兩個斜面的夾角的1/2。該混成式三維神經元探針陣列的制備成品率高，并且制備工藝相對簡單，適合大規模制備。文檔編號A61B5/04GK102670193SQ20121014279公開日2012年9月19日申請日期2012年5月9日優先權日2012年5月9日發明者莊佚溦,張學敏,施永明,程正喜,翟厚明,馬斌申請人:中國科學院上海技術物理研究所