二次式電極模具法之大腦皮層探針陣列製程技術開發（上）

本研究旨在針對人類腦波訊號的擷取，提出一種「臨床實驗之類微侵入式大腦皮層探針陣列（Clinical laboratory quasi-micro-invasive cerebral cortex microprobes array）」的設計，並發展一複合式精微電加工技術（Hybrid micro electro-machining process），包含二次式電極法與銀沉積法，用以製作此大腦皮層探針陣列。製程之初，先以微細碳化鎢圓棒對鉻銅（Cu-Cr）圓柱對進行行星式啄鑽放電加工（Planetary peck-drilling EDM），製作內錐微孔陣列，再將鉻銅工件倒置當二次式電極模具，對黃銅圓片（腦波探針素材）進行行星式啄鑽放電加工，製作出皮層探針。成形的探針，輔以銀沉積快速覆層，以提高探針表面的電導度。本研究透由放電加工「電極磨耗」的特性，製作出具精確內錐微孔陣列的鉻銅電極模具和精確外錐形狀的大腦皮層探針陣列，以及放電加工「火花熔蝕（Spark erosion）」的機制，使皮層探針獲得一適當表面粗糙度（Ra2.9μm），提供大腦皮層組織與探針面間所需的牢固力（Traction force）。皮層探針陣列以批量法製作（Batch process），可獲得3.3顆/分鍾的製程效率。臨床實驗結果證實，高度350μm, 5×5短錐狀的探針陣列，可與大腦皮層產生類微侵入式（Quasi-micro-invasive）接觸，並獲得清晰且高可靠度的腦波波列訊號（Pulse train signal），其波形強度與波形重現性，皆優於商用腦波電極。此項複合式精微電加工製程技術，著實能應用於亟需高精度與高可靠度製造技術的生醫領域。本文上篇著重於類微侵入式大腦皮層探針陣列設計與製程方法的論述，下篇則說明二次式電極模具成形、碳化鎢電極搖動決定、鉻銅電極模具搖動量決定，以及極間電壓對探針幾何形狀影響等實驗研究與驗證。