WO2017194685A1 - Gehäusekomponente und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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Sebastian WINKLER
Jan EDELMANN
Patrick MANTHEI
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Definitions

  • the present invention relates to a housing component, in particular for implantable devices, and to a method for the production thereof. Likewise, the invention relates to a housing and an implanting device with such a housing component.
  • implantable devices for medical applications, in particular for diagnostic and therapeutic measures for the treatment of various human diseases. These include, for example, heart disease or neurological diseases.
  • implantable devices One of the longest known and significant examples of implantable devices is the pacemaker.
  • implantable devices which are not used directly for the treatment of diseases, for example the marking of animals by means of implanted microchips, are gaining importance.
  • Such implantable devices are usually equipped with active electronic components.
  • the intracorporeal components there is a need to hermetically encapsulate the active electronic components of the implantable device, ie, the intracorporeal components, due to their toxicity in order to avoid poisoning of the respective body.
  • the communication between the intracorporeal and extracorporeal electronic components can be wired, for example, but this is disadvantageous, inter alia, in terms of hermetic encapsulation.
  • wireless data transfer between intracorporeal and extracorporeal electronics requires the transmission of electromagnetic waves from all media and components between the respective transmitter and receiver.
  • titanium or titanium alloys are used for hermetic encapsulations with higher stability requirements.
  • metallic materials in particular titanium or titanium alloys are used for hermetic encapsulations with higher stability requirements.
  • titanium or titanium alloys are used for hermetic encapsulations with higher stability requirements.
  • titanium for the encapsulation of the electronic components is associated in particular with the advantage of a high biocompatibility. Titanium is not recognized by the human body as a foreign material and thus does not trigger any unwanted reactions. At the same time, titanium ensures a high degree of mechanical stability. In contrast, titanium is impermeable to electromagnetic waves, so that a window opening is provided for communication between intracorporeal and extracorporeal electronic components.
  • an optical window assembly for an implantable medical device comprising a housing with a window opening thereon, a ferrule mounted in the window opening and forming a lens opening and a having in the lens aperture mounted lens.
  • the lens is secured by a solder material within the lens opening of the ferrule.
  • the use of a separate solder material limits the biocompatibility of the overall system. In particular, production-related contact of the solder material with an area outside the respective implantable device can not be avoided.
  • the remuneration of a lens is associated with a relatively high manufacturer effort.
  • the object of the present invention is to provide a housing component, in particular for implantable devices, which ensures an increased degree of biocompatibility with at the same time sufficient stability and operational reliability.
  • a housing or an implantable device with such a housing component as well as a method for their preparation will be given.
  • a housing with such a housing component is the subject of claim 5 and an implantable device with such Housing component is the subject of claim 7.
  • a method for producing a housing component is the subject of claim 12.
  • a housing component according to the invention has at least one housing wall section which is equipped with a window opening for the passage of electromagnetic waves.
  • a housing wall section is preferably a component which withstands high mechanical loads.
  • the material of such structural components is usually impermeable to electromagnetic waves. For this reason, a separate window opening is provided, which allows locally the passage of electromagnetic waves.
  • the window opening is hermetically sealed by forming a blank of a material permeable to electromagnetic waves.
  • the permeability of the blank material for electromagnetic waves allows the passage of electromagnetic waves for wireless data transmission even after the closure of the window opening.
  • the required safety in the operation of the housing component is ensured by the hermetic closure. For example, if the package component is used to encapsulate electronic components in implantable devices, and said electronic components contain high toxicity materials, such a hermetic seal is necessary to prevent poisoning of the particular organism. In this case, the generation of the hermetic closure by forming a blank on the one hand be accomplished with little effort.
  • the number of materials used can be reduced by the hermetic sealing by forming a blank, which has a favorable effect on the biocompatibility of the housing component.
  • a blank material with high biocompatibility can be used, which produces a hermetic closure of the window opening without the use of other materials by forming.
  • a housing component, in particular for use in implantable devices produce, which ensures a high degree of biocompatibility while maintaining sufficient stability and reliability.
  • the formed blank is designed to transmit data by electromagnetic waves in the visual wavelength range of about 400 nm 700 nm and / or in the near and medium infrared wavelength range of about 700 nm to 50 ⁇ to allow.
  • the formed blank is designed to enable data transmission by electromagnetic waves in the range of 800 nm to 1000 nm.
  • the converted blank for the passage of radio waves for example Bluetooth technology at a frequency of about 2 GHz, be designed for data transmission between implants and extracorporeal units.
  • radio waves can induce unwanted heating by induction and eddy currents. The radio data transmission could be attenuated.
  • the housing component of the formed blank is made of a non-metallic and / or amorphous and / or inorganic material, in particular with silicon as the main component.
  • the formed blank consists of a glass material.
  • Such materials can have a high degree of electromagnetic wave transmission and, at the same time, high biocompatibility.
  • glass materials for closing a suitably dimensioned window opening with sufficiently dimensioned glass thickness have a high resistance to breakage.
  • the housing wall portion of a metal material in particular of titanium or a titanium alloy.
  • Metal materials have a high degree of strength and thus a high resistance to breakage. The use of metal materials can thus ensure the safety of the encapsulation of an implantable device.
  • titanium has a high biocompatibility and is not recognized as a foreign body by human bodies.
  • the housing component of the hermetic seal is made by hot working of the blank, for example by forming at a temperature in the range of 600 ° C to 800 ° C.
  • a sufficiently reduced viscosity can be ensured by forming at such temperatures.
  • a cohesive connection between the formed blank and the window opening is made, in particular by chemical reaction of the material pair.
  • a material connection can in particular Advantageously, a hermetic closure of the window opening can be realized.
  • the cohesive connection can be produced, for example, by reaction of a titanium oxide layer forming the surface of the housing wall section with the glass material of the formed blank.
  • the formed blank is non-positively and / or positively connected to the window opening.
  • connection between the formed blank and the fixed opening is produced exclusively by forming the blank, in particular free from further connecting elements or materials.
  • the blank can be completely dispensed with the use of a separate solder or adhesive material or a bonding agent for fixing a lens within a window opening of a housing.
  • this allows the use of materials that limit biocompatibility to be minimized or completely avoided. The biocompatibility of the respective overall system can thus be further improved.
  • the formed blank forms an optical window element which hermetically seals the window opening.
  • an optical window element can be adapted to the particular application, for example with regard to the optical properties, for example, influence the beam path of the electromagnetic waves application specific.
  • the optical window element may be formed lens-shaped. By such a lens shape, the beam path of electromagnetic waves can be favorably influenced and thus transmission quality can be improved.
  • the top and / or bottom of the optical window element form a curved surface. It may also be advantageous if the optical window element is plate-shaped, in particular with flat upper and lower sides. Such a plate-shaped window element can be produced in particular with only little effort and also makes it possible to produce a virtually uninterrupted or even outer shape of the housing component.
  • the housing wall portion is formed for connection to at least one further housing element, in particular for the limitation and / or hermetic encapsulation of a housing interior.
  • the housing wall section can be provided, for example, with suitable fastening sections or fastening elements which enable or facilitate a material connection with the respective further housing element.
  • fastening portions or fastening elements may be formed in addition to the non-positive and / or positive connection with another housing element. As a result, the maintenance of a cohesive connection can be supported.
  • the housing wall section forms an upper housing part, in particular a housing cover or a housing upper shell.
  • the housing wall section is designed for connection to a lower housing part, preferably a lower housing shell.
  • the design of the housing wall portion as a housing cover or housing upper shell increases the design flexibility for the housing lower shell, since the latter does not necessarily have to be provided with a window opening.
  • the window opening of the housing wall section is accessible for two-sided application of force to the blank.
  • the production costs can be further reduced as a result.
  • relatively simple constructed resources can be used, so that only low production costs.
  • a two-sided accessibility of the window opening can be accomplished, for example, by a plate-shaped, in particular planar design of the housing wall portion. Likewise, such accessibility is ensured with formation of the housing wall section with only slight curvature or less "three-dimensional shaping".
  • a housing in particular for implantable devices, with at least one housing component described above, which is connected to at least one further housing element.
  • a housing according to the invention with a housing component described above, a high degree of biocompatibility is ensured at the same time sufficient stability and reliability.
  • the closed by the formed blank window opening of the housing component ensures the wireless data transmission with simultaneous hermetic closure.
  • the hermetic seal produced by forming a blank can provide improved biocompatibility.
  • the housing component and the further housing element define a housing interior.
  • Such a housing interior can be designed and / or dimensioned in particular for receiving respectively required components. These include, for example, active electronic components.
  • suitable fixing elements may be provided on the housing component and / or the further housing element.
  • the housing component of the housing can preferably be designed as a housing upper part and the further housing element as a housing lower part.
  • the housing interior bounded by the housing component and the at least one further housing element is hermetically encapsulated.
  • the housing component and the further housing element can be welded together, preferably without the aid of other materials or biocompatible materials.
  • an implantable device in particular for medical applications, with at least one housing component described above or a housing described above.
  • the wireless data transmission ensures the window opening of the housing component closed with the deformed blank, wherein the hermetic closure of the window opening at the same time ensures the avoidance of poisoning of the respective organism by the toxicity of any electronic components in the housing interior.
  • the biocompatibility of the implantable device is improved by allowing the hermetic seal produced by forming a blank to be accomplished with a reduced number of required materials.
  • a communication module is provided, which is furthermore preferably arranged for transmitting and / or receiving electromagnetic waves through the window opening closed with the deformed blank.
  • the communication module for data transmission by electromagnetic waves in the visual wavelength range of about 400 nm to 700 nm and / or to enable data transmission by electromagnetic waves in the near and medium infrared wavelength range of about 700 nm to 50 ⁇ .
  • the communication module is designed as an infrared module, which is set up for data transmission in the infrared range at wavelengths of 800 nm to 1000 nm.
  • Data transmission in the infrared range at wavelengths from 800nm to 1000nm allows a relatively high transmission rate due to the high frequencies.
  • organic tissue is sufficiently permeable in this wavelength range, so that an interference-susceptible transmission between intra- and extracorporeal components is possible by means of such an infrared module.
  • it is also possible to provide data transmission in other wavelength ranges for example by radio waves in the kilohertz or megahertz range, and to design the communication module accordingly.
  • the Bluetooth technology at a frequency of about 2 GHz would be considered here.
  • using a metal material for the housing wall portion or for the entire housing the use of radio waves due to induction and eddy currents can produce undesirable heating.
  • the radio data transmission can be attenuated.
  • an electronic module is provided, preferably for controlling the communication module.
  • Communication module and electronic module can be designed as a unit or as separate components.
  • the communication module and / or the electronic module is fixed in the interior of the housing, in particular on the housing component or on the further housing element. This can ensure a fixed positioning, so that the risk of damage to the respective module is reduced.
  • suitable fixing elements may be provided on the housing component and / or the further housing element for fixing electronic components in the housing interior.
  • the electronic module may at least partially surround the communication module, wherein the electronic module preferably has a recess through which the communication module is passed. As a result, a space-saving arrangement in the housing interior can be accomplished with little effort.
  • the present invention relates to a method for producing a housing component, in particular for implantable devices.
  • a housing wall section is provided with a window opening for the passage of electromagnetic waves, and then the window opening is hermetically sealed by forming a blank from a material permeable to electromagnetic waves.
  • the blank is positioned within the window opening of the housing wall section.
  • the arrangement of housing wall section and blank is then further preferably positioned on a die.
  • the housing wall section can be arranged on the matrix and then the blank can be positioned in the window opening.
  • the arrangement is further preferably heated, in particular to a temperature between 600 ° C and 800 ° C, more preferably at 650 ° C.
  • a stamp After reaching the desired temperature of the blank is formed by a stamp to an optical window element.
  • the window opening is hermetically sealed, in particular by forming a cohesive connection between the housing wall portion and the formed blank.
  • the punch can be removed again from the formed blank.
  • the housing component thus produced can then be cooled and then removed from the die.
  • the shape of the die and the punch can be selected according to the desired final geometry of the formed blank. If, for example, flat top and bottom sides of the formed blank are desired, also die and punch are to be selected accordingly.
  • a lens mold of the formed blank requires curved active surfaces of the die and / or the punch.
  • a blank made of a glass material having the following composition is used:
  • Such a composition of the glass material can enter into a material connection with a titanium oxide layer in a particularly advantageous manner, which can be formed on the surface of the housing wall portion.
  • the thermal expansion coefficients for the blank and the housing wall portion may be identical or substantially identical. In this way, undesirable stresses after cooling can be avoided.
  • the coefficient of thermal expansion of the blank and of the housing wall portion ⁇ 9.0 10 "6 K" 1 can be.
  • the coefficients of thermal expansion may also differ from each other to produce a press fit after cooling, if desired in the particular case.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a housing for implantable devices according to an embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a schematic sectional view of a housing for implantable devices according to another embodiment of the invention.
  • Figure 3 is a schematic representation of a process step for the production
  • Figure 4 is a schematic representation of a further process step for producing a housing component according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of an implantable device in the implanted state according to an embodiment of the invention and an extracorporeal unit.
  • 1 shows a schematic perspective view of a housing 10 for an implantable device 100 according to an embodiment of the invention.
  • the housing 10 has a housing component 12, which is formed here by way of example as an upper housing part or housing cover. Furthermore, the housing 10 has a lower housing part 14, which is formed by way of example as a housing lower shell.
  • the housing component 12 consists of a housing wall section 16, which is equipped with a window opening 18 for the passage of electromagnetic waves.
  • the window opening 18 is hermetically sealed by forming a blank of a material permeable to electromagnetic waves.
  • the formed blank 20 preferably consists of a glass material, in particular having the following composition:
  • the glass material has the following composition:
  • CaO + MgO 10% by weight and a balance of unavoidable impurities.
  • the housing wall section 16 is preferably made of a metal material, in particular of titanium or a titanium alloy.
  • the surface of the housing wall section 16 is in particular formed by a titanium oxide layer.
  • the hermetic seal between the deformed blank 20 and the housing wall section 16 is preferably produced by a material-bonding connection, preferably by chemical reaction between the SiO 2 of the glass material and the titanium oxide layer of the housing wall section 16.
  • the formed blank 20 can additionally be connected in a form-fitting manner to the housing wall section 16.
  • a collar-shaped projection 22 can be formed, which engages behind the window opening 18.
  • 20 may be formed on both sides of the deformed blank 20 collar-shaped projections for double-sided engagement behind the window opening, which is not shown here.
  • the formed blank 20 is non-positively connected to the window opening 18, for example by shrinking the housing wall portion 16 on the deformed blank 20.
  • the thermal expansion coefficients can be suitably selected. If stresses in the formed blank 20 are to be avoided, the thermal expansion coefficients of the two materials may be identical or substantially identical.
  • connection between the deformed blank 20 and the window opening 18 of the housing wall section 16 is produced exclusively by forming the blank, in particular free from further connecting elements or materials.
  • the deformed blank 20 preferably forms an optical window element which hermetically seals the window opening 18.
  • the optical window element formed by the deformed blank 20 is here plate-shaped, in particular with flat upper and lower sides.
  • the optical window element formed by the deformed blank 20 can be formed like a lens, in particular with at least one curved surface, which is not shown in the figures.
  • the housing wall section 16 is connected to the further housing element 14 and delimits a housing interior 24.
  • the housing interior 24 is hermetically encapsulated, in particular by cohesive connection of the housing wall section 16 and the further housing element 14.
  • the housing wall section 16 may be provided, for example, with fastening sections or fastening elements, not shown here, which enable or facilitate a material connection to the respective further housing element 14.
  • fastening portions or fastening elements may be formed in addition to the non-positive and / or positive connection with another housing element, whereby the maintenance of a cohesive connection can be supported.
  • FIGS. 3 and 4 show a schematic process sequence for producing a housing component 12 according to the invention.
  • a housing wall section 16 is provided with a window opening 18 for the passage of electromagnetic radiation. see waves provided.
  • a blank 19 made of an electromagnetic wave transmitting material is positioned within the window opening 18 of the housing wall portion 16.
  • the arrangement of housing wall section 16 and blank 19 is then further preferably positioned on a die 26.
  • the housing wall section 16 can be arranged on the matrix 26 and subsequently the blank 19 can be positioned in the window opening 18.
  • the arrangement of housing wall section 16 and blank 19 is more preferably heated, in particular to a temperature between 600 ° C and 800 ° C, more preferably 650 ° C.
  • the window opening 18 hermetically sealed by forming the blank 19, in particular by forming a material connection between the housing wall portion 16 and the deformed blank 20.
  • the blank 19 by a punch 28 to an optical window element formed.
  • the punch 28 may be removed again from the formed blank 20.
  • the thus produced housing component 14 can then be cooled and then removed from the die 26.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional illustration of an implantable device 100 with a housing 10 according to an embodiment of the invention.
  • the implantable device 100 is shown in an implanted state, that is to say in a region 30 below a skin section 32.
  • FIG. 5 likewise shows an extracorporeal unit 200, which is arranged in particular in a region 34 outside the body.
  • the extracorporeal unit 200 may in particular be an extracorporeal communication unit.
  • a communication module 36 is further arranged, which is preferably designed as an infrared module.
  • the data transmission in the infrared range at wavelengths from 800nm to 1000nm enables a high transmission rate with only low susceptibility to interference.
  • the communication module 36 may send and receive data through the closed window opening 18.
  • an electronics module 38 is provided inside the housing interior 24 of the implantable device 100, preferably for controlling the communication module 36.
  • the communication module 36 and the electronic module 38 may be implemented as a unit or as separate components.
  • the electronic module 38 may be formed, for example, as a circuit board.
  • a housing component according to the invention or a housing equipped therewith can be used in particular for medical applications, for example for implantable devices that are used for therapeutic and / or diagnostic purposes.
  • pacemakers come as a possible application for a housing component according to the invention or a housing equipped therewith into consideration.
  • the invention is not limited to medical applications.
  • a housing component according to the invention or a housing equipped therewith can be used in vacuum technology.

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Abstract

Gehäusekomponente, insbesondere für implantierbare Vorrichtungen, mit wenigstens einem Gehäusewandabschnitt, der eine Fensteröffnung zur Durchleitung von elektromagnetischen Wellen aufweist, wobei die Fensteröffnung durch Umformen eines Rohlings aus einem für elektromagnetische Wellen durchlässigen Material hermetisch verschlossen ist.

Description

Gehäusekomponente und Verfahren zu deren Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gehäusekomponente, insbesondere für implantierbare Vorrichtungen, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Ebenso betrifft die Erfindung ein Gehäuse sowie eine implantiere Vorrichtung mit einer solchen Gehäusekomponente.
Es ist bekannt, implantierbare Vorrichtungen für medizinische Anwendungen zu verwenden, insbesondere für diagnostische und therapeutische Maßnahmen zur Behandlung verschiedener Krankheiten beim Menschen. Hierzu zählen beispielsweise Herzkrankheiten oder neurologische Erkrankungen. Eines der am längsten bekannten und bedeutendsten Beispiele für implantierbare Vorrichtungen ist der Herzschrittmacher. Darüber hinaus gewinnen implantierbare Vorrichtungen an Bedeutung, die nicht unmittelbar zur Behandlung von Krankheiten verwendet werden, beispielsweise die Kennzeichnung von Tieren mittels implantierter Mik- rochips.
Solche implantierbare Vorrichtungen sind üblicherweise mit aktiven elektronischen Komponenten ausgestattet. Dabei ist es in vielen Fällen erforderlich, dass die innerhalb der implantierbaren Vorrichtung und damit im Körper angeordneten aktiven elektronischen Komponenten - sogenannte intrakorporale Komponenten - mit elektronischen Komponenten außerhalb des Körpers - sogenannte extrakorporale Komponenten - kommunizieren. Gleichzeitig besteht das Erfordernis, die aktiven elektronischen Komponenten der implantierbaren Vorrichtung, also die intrakorporalen Komponenten, aufgrund ihrer Toxizität hermetisch zu verkapseln, um eine Vergiftung des jeweiligen Körpers zu vermeiden.
Die Kommunikation zwischen den intrakorporalen und extrakorporalen elektronischen Komponenten kann beispielsweise kabelgebunden erfolgen, was jedoch unter anderem hinsichtlich der hermetischen Verkapselung nachteilig ist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Kommunikation durch Übertragung elektromagnetischer Wellen zu realisieren. Allerdings erfordert die kabellose Datenübertragung zwischen intrakorporaler und extrakorporaler Elektronik die Durchlässigkeit für elektromagnetische Wellen sämtlicher Medien und Komponenten zwischen dem jeweiligen Sender und Empfänger.
Es besteht grundsätzlich die Möglichkeit, Glas als alleiniges Kapselungsmaterial zu verwenden, so dass einerseits eine vollständige Verkapselung der intrakorporalen elektronischen Komponenten und andererseits eine ausreichende Durchlässigkeit des Kapselmaterials für eine Kommunikation zwischen Sender und Empfänger gewährleistet wird. Diese Variante der Verkapse- lung wird beispielsweise bei Kennzeichnungschips für Tiere verwendet. Neben der Verwendung im menschlichen Körper sind derartige Systeme im Bereich der bargeldlosen Zahlung bekannt. Solche implantierten und von Glas umschlossenen Chips sind jedoch relativ klein. Aufgrund der geringen Größe und weitestgehend symmetrischen Außenform, beispielsweise durch Ausbildung als Kugel, ist die Bruchgefahr für solche Glasverkapselungen relativ gering. Mit der Größe des Implantates steigt die Bruchgefahr, so dass beispielsweise für größere Implantate wie zum Beispiel Herzschrittmacher Glas als Verkapselungsmaterial nicht in Betracht kommt.
Für hermetische Verkapselungen mit höheren Stabilitätsanforderungen werden üblicherweise metallische Materialien, insbesondere Titan oder Titanlegierungen eingesetzt. So ist die Verwendung von Titan für die Verkapselung der elektronischen Komponenten insbesondere mit dem Vorteil einer hohen Biokompatibilität verbunden. Titan wird vom menschlichen Körper nicht als Fremdmaterial erkannt und löst somit keine unerwünschten Reaktionen aus. Gleichzeitig gewährleistet Titan ein hohes Maß an mechanischer Stabilität. Demgegenüber ist Titan für elektromagnetische Wellen undurchlässig, so dass zur Kommunikation zwischen intrakorporaler und extrakorporaler elektronischer Komponenten eine Fensteröffnung vorzusehen ist.
So ist aus dem Stand der Technik in der Druckschrift DE 698 22 310 T2 eine optische Fensteranordnung für eine implantierbare medizinische Vorrichtung bekannt, die ein Gehäuse mit einer sich daran befindenden Fensteröffnung, eine Zwinge, die in der Fensteröffnung montiert ist und eine Linsenöffnung bildet und eine in der Linsenöffnung montierte Linse aufweist. Dabei ist die Linse durch ein Lotmaterial innerhalb der Linsenöffnung der Zwinge befestigt. Durch die Verwendung eines gesonderten Lotmaterials wird jedoch die Biokompatibilität des Gesamtsystems eingeschränkt. Insbesondere kann herstellungsbedingt ein Kontakt des Lotmaterials mit einem Bereich außerhalb der jeweiligen implantierbaren Vorrichtung nicht vermieden werden. Hinzu kommt, dass die Vergütung einer Linse mit einem verhältnismäßig hohen Herstelleraufwand verbunden ist.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Gehäusekomponente, insbesondere für implantierbare Vorrichtungen, anzugeben, die ein erhöhtes Maß an Biokompatibilität bei gleichzeitig ausreichender Stabilität und Betriebssicherheit gewährleistet. Ebenso soll ein Gehäuse bzw. eine implantierbare Vorrichtung mit einer solchen Gehäusekomponente sowie auch ein Verfahren zu deren Herstellung angegeben werden.
In Bezug auf die Gehäusekomponente ist die voranstehende Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst worden. Ein Gehäuse mit einer solchen Gehäusekomponente ist Gegenstand von Anspruch 5 und eine implantierbare Vorrichtung mit einer derartigen Gehäusekomponente ist Gegenstand des Anspruchs 7. Ein Verfahren zur Herstellung einer Gehäusekomponente ist Gegenstand des Anspruchs 12.
Eine erfindungsgemäße Gehäusekomponente weist wenigstens einen Gehäusewandabschnitt auf, der mit einer Fensteröffnung zur Durchleitung von elektromagnetischen Wellen ausgestattet ist. Es handelt sich bei einem solchen Gehäusewandabschnitt bevorzugt um eine Komponente, die hohen mechanischen Belastungen standhält. Das Material derartiger struktureller Komponenten ist jedoch üblicherweise undurchlässig für elektromagnetische Wellen. Aus diesem Grund ist eine gesonderte Fensteröffnung vorgesehen, die lokal die Durchleitung von elektromagnetischen Wellen ermöglicht. Im Betrieb der erfindungsgemäßen Gehäusekomponente, beispielsweise bei der Verwendung für implantierbare Vorrichtungen, werden auf diese Weise einerseits eine hohe mechanische Stabilität und andererseits auch die Übertragung von Daten durch elektromagnetische Wellen sichergestellt.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Fensteröffnung durch Umformen eines Rohlings aus einem für elektromagnetische Wellen durchlässigen Material hermetisch verschlossen ist. Die Durchlässigkeit des Rohlingmaterials für elektromagnetische Wellen erlaubt auch nach dem Verschluss der Fensteröffnung die Durchleitung von elektromagnetischen Wellen zur kabellosen Datenübertagung. Ferner wird durch den hermetischen Verschluss die erforderliche Sicherheit im Betrieb der Gehäusekomponente gewährleistet. Sofern die Gehäusekomponente beispielsweise zur Verkapselung elektronischer Komponenten in implantierbaren Vorrichtungen eingesetzt wird und besagte elektronische Komponenten Materialien mit hoher Toxizität enthalten, ist ein solcher hermetischer Verschluss notwendig, um eine Vergiftung des jeweiligen Organismus zu vermeiden. Dabei kann die Erzeugung des hermetischen Verschlusses durch Umformen eines Rohlings einerseits mit nur geringem Aufwand bewerkstelligt werden. Andererseits kann durch das hermetische Verschließen durch Umformen eines Rohlings die Anzahl verwendeter Materialien reduziert werden, was sich günstig auf die Biokompatibilität der Gehäusekomponente auswirkt. So kann ein Rohlingmaterial mit hoher Biokompatibilität eingesetzt werden, welches ohne die Verwendung weiterer Materialien durch Umformen einen hermetischen Verschluss der Fensteröffnung erzeugt. Auf diese Weise lässt sich eine Gehäusekomponente, insbesondere zur Verwendung in implantierbaren Vorrichtungen, herstellen, die ein hohes Maß an Biokompatibilität bei gleichzeitig ausreichender Stabilität und Betriebssicherheit sicherstellt.
In besonders bevorzugter Weise ist der umgeformte Rohling dazu ausgebildet, Datenübertragung durch elektromagnetische Wellen im visuellen Wellenlängenbereich von etwa 400 nm bis 700 nm und/oder im nahen und mittleren infraroten Wellenlängenbereich von etwa 700 nm bis 50 μηη zu ermöglichen. Insbesondere ist der umgeformte Rohling dazu ausgebildet, Datenübertragung durch elektromagnetische Wellen im Bereich von 800 nm bis 1000 nm zu ermöglichen. Ebenso kann der umgeformte Rohling für die Durchleitung von Radiowellen, beispielweise Bluetooth-Technologie bei einer Frequenz von ca. 2 GHz, zur Datenübertragung zwischen Implantaten und extrakorporalen Einheiten ausgebildet sein. Sofern jedoch für den Gehäusewandabschnitt ein Metallmaterial verwendet wird, können Radiowellen durch Induktion und Wirbelströme eine unerwünschte Erhitzung herbeiführen. Die Funkdatenübertragung könnte gedämpft werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Gehäusekomponente ist der umgeformte Rohling aus einem nichtmetallischen und/oder amorphen und/oder anorganischen Material hergestellt, insbesondere mit Silizium als Hauptkomponente. Besonders bevorzugt besteht der umgeformte Rohling aus einem Glasmaterial. Derartige Materialien können ein hohes Maß an Durchlässigkeit für elektromagnetische Wellen und gleichzeitig eine hohe Biokompatibilität aufweisen. Hinzu kommt, dass beispielsweise Glasmaterialien für den Verschluss einer geeignet dimensionierten Fensteröffnung bei ausreichend bemessener Glasstärke eine hohe Bruchsicherheit aufweisen. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, Rohlinge aus Polymerwerkstoffen zu verwenden, die gegenüber Glasmaterialien im Hinblick auf die zu erreichende hermetische Verkapselung nachteilig sind, jedoch auf einfache Weise umgeformt werden können.
Weiter bevorzugt besteht der Gehäusewandabschnitt aus einem Metallmaterial, insbesondere aus Titan oder einer Titanlegierung. Metallmaterialien weisen ein hohes Maß an Festigkeit und damit eine hohe Bruchsicherheit auf. Durch die Verwendung von Metallmaterialien kann somit die Sicherheit der Verkapselung einer implantierbaren Vorrichtung gewährleistet werden. Titan weist zudem eine hohe Biokompatibilität auf und wird insbesondere durch menschliche Körper nicht als Fremdkörper erkannt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Gehäusekomponente ist der hermetische Verschluss durch Warmumformung des Rohlings hergestellt, beispielsweise durch Umformung bei einer Temperatur im Bereich von 600 °C bis 800 °C. Bei der Verwendung von Rohlingen aus einem Glasmaterial kann durch Umformen bei derartigen Temperaturen eine ausreichend verringerte Viskosität sichergestellt werden.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem umgeformten Rohling und der Fensteröffnung hergestellt, insbesondere durch chemische Reaktion des Materialpaares. Durch eine derartige stoffschlüssige Verbindung kann in beson- ders vorteilhafter Weise ein hermetischer Verschluss der Fensteröffnung realisiert werden. Dabei kann die stoffschlüssige Verbindung beispielsweise durch Reaktion einer die Oberfläche des Gehäusewandabschnitts bildenden Titanoxidschicht mit dem Glasmaterial des umgeformten Rohlings erzeugt werden.
Es kann weiterhin von Vorteil sein, wenn der umgeformte Rohling kraft- und/oder formschlüssig mit der Fensteröffnung verbunden ist. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, durch Aufschrumpfen des Gehäusewandabschnitts auf den umgeformten Rohling einen Pressverband zu erzeugen. Ebenso kann der umgeformte Rohling die Fensteröffnung mit einem kragenförmigen Überstand ein- oder beidseitig hintergreifen. Die Verbindungssicherheit zwischen dem umgeformten Rohling und dem Gehäusewandabschnitt kann hierdurch verbessert werden.
In besonders bevorzugter Weise ist die Verbindung zwischen dem umgeformten Rohling und der Festeröffnung ausschließlich durch Umformen des Rohlings hergestellt, insbesondere frei von weiteren Verbindungselementen oder -materialien. Beispielsweise kann so auf die Verwendung eines gesonderten Lot- oder Klebematerials oder eines Haftvermittlers zur Befestigung einer Linse innerhalb einer Fensteröffnung eines Gehäuses vollständig verzichtet werden. Insbesondere erlaubt dies, die Verwendung von Materialien, welche die Biokompatibilität einschränken, auf ein Minimum zu beschränken oder vollständig zu vermeiden. Die Biokompatibilität des jeweiligen Gesamtsystems kann so weiter verbessert werden.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung bildet der umgeformte Rohling ein optisches Fensterelement, das die Fensteröffnung hermetisch verschließt. Ein solches optisches Fensterelement kann beispielsweise hinsichtlich der optischen Eigenschaften auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst sein, beispielsweise den Strahlengang der elektromagnetischen Wellen anwendungsspezifisch beeinflussen. Beispielsweise kann das optische Fensterelement linsenförmig ausgebildet sein. Durch eine derartige Linsenform kann der Strahlengang von elektromagnetischen Wellen günstig beeinflusst und damit Übertragungsqualität verbessert werden. Hierzu kann beispielsweise die Ober- und/oder Unterseite des optischen Fensterelements eine gewölbte Fläche bilden. Es kann ebenso von Vorteil sein, wenn das optische Fensterelement plattenförmig ausgebildet ist, insbesondere mit ebenen Ober- und Unterseiten. Ein solches plat- tenförmiges Fensterelement lässt sich insbesondere mit nur geringem Aufwand herstellen und ermöglicht zudem die Herstellung einer nahezu unterbrechungsfreien bzw. ebenen Außenform der Gehäusekomponente.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Gehäusewandabschnitt zur Verbindung mit wenigstens einem weiteren Gehäuseelement ausgebildet, insbesondere für die Begrenzung und/oder hermetische Verkapselung eines Gehäuseinnenraums. Hierzu kann der Gehäusewandabschnitt beispielsweise mit geeigneten Befestigungsabschnitten oder Befestigungselementen versehen sein, die eine stoffschlüssige Verbindung mit dem jeweils weiteren Gehäuseelement ermöglichen oder begünstigen. Ebenso können derartige Befestigungsabschnitte oder Befestigungselemente zusätzlich zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung mit einem weiteren Gehäuseelement ausgebildet sein. Hierdurch kann die Aufrechterhaltung einer stoffschlüssigen Verbindung unterstützt werden.
In weiter bevorzugter Weise bildet der Gehäusewandabschnitt ein Gehäuseoberteil, insbesondere einen Gehäusedeckel oder eine Gehäuseoberschale. Insbesondere ist der Gehäusewandabschnitt zur Verbindung mit einem Gehäuseunterteil, bevorzugt einer Gehäuseunterschale ausgebildet. Die Ausbildung des Gehäusewandabschnitts als Gehäusedeckel oder Gehäuseoberschale erhöht den konstruktiven Gestaltungsspielraum für die Gehäuseunterschale, da letztere nicht mehr zwingend mit einer Fensteröffnung versehen sein muss.
Es kann weiterhin von Vorteil sein, wenn die Fensteröffnung des Gehäusewandabschnitts zur beidseitigen Kraftbeaufschlagung des Rohlings zugänglich ist. Der Fertigungsaufwand lässt sich hierdurch weiter reduzieren. Insbesondere können in diesem Fall zum Umformen des Rohlings verhältnismäßig einfach aufgebaute Betriebsmittel eingesetzt werden, sodass nur geringe Fertigungskosten entstehen. Eine beidseitige Zugänglichkeit der Fensteröffnung kann beispielsweise durch eine plattenförmige, insbesondere ebene Ausbildung des Gehäusewandabschnitts bewerkstelligt werden. Ebenso wird eine derartige Zugänglichkeit bei Ausbildung des Gehäusewandabschnitts mit nur geringer Krümmung oder geringer„dreidimensionaler Formgebung" sichergestellt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Gehäuse vorgesehen, insbesondere für implantierbare Vorrichtungen, mit wenigstens einer voranstehend beschriebenen Gehäusekomponente, die mit wenigstens einem weiteren Gehäuseelement verbunden ist. Bei einem erfindungsgemäßen Gehäuse mit einer voranstehend beschriebenen Gehäusekomponente wird ein hohes Maß an Biokompatibilität bei gleichzeitig ausreichender Stabilität und Betriebssicherheit sicherstellt. Die durch den umgeformten Rohling verschlossene Fensteröffnung der Gehäusekomponente gewährleistet die kabellose Datenübertragung bei gleichzeitig hermetischem Verschluss. Zudem kann der durch Umformen eines Rohlings erzeugte hermetische Verschluss aufgrund der Begrenzung erforderlicher Materialien eine verbesserte Biokompatibilität gewährleisten. In bevorzugter Weise begrenzen die Gehäusekomponente und das weitere Gehäuseelement einen Gehäuseinnenraum. Ein solcher Gehäuseinnenraum kann insbesondere zur Aufnahme jeweils erforderlicher Komponenten ausgebildet und/oder dimensioniert sein. Hierzu zählen beispielsweise aktive elektronische Komponenten. Zur Aufnahme und/oder Fixierung solcher Komponenten im Gehäuseinnenraum können geeignete Fixierelemente an der Gehäusekomponente und/oder dem weiteren Gehäuseelement vorgesehen sein. Wie voranstehend beschrieben, kann die Gehäusekomponente des Gehäuses vorzugsweise als Gehäuseoberteil und das weitere Gehäuseelement als Gehäuseunterteil ausgebildet sein.
Um eine Vergiftung durch toxische Materialien in den jeweils eingesetzten elektronischen Komponenten zu vermeiden, ist in besonders bevorzugter Weise der durch die Gehäusekomponente und dem wenigstens einen weiteren Gehäuseelement begrenzter Gehäusinnenraum hermetisch verkapselt. Hierzu können die Gehäusekomponente sowie das weitere Gehäuseelement miteinander verschweißt werden, vorzugsweise ohne Zuhilfenahme weiterer Materialien oder ebenfalls biokompatibler Materialien.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine implantierbare Vorrichtung vorgesehen, insbesondere für medizinische Anwendungen, mit wenigstens einer voranstehend beschriebenen Gehäusekomponente oder einem voranstehend beschriebenen Gehäuse. Wie bereits in Bezug auf die voranstehend beschriebene Gehäusekomponente sowie das voranstehend beschriebene Gehäuse ausgeführt, ist auch bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten implantierbaren Vorrichtung ein hohes Maß an Biokompatibilität bei gleichzeitig ausreichender Stabilität und Betriebssicherheit sicherstellt. Durch die kabellose Datenübertragung wird die mit dem umgeformten Rohling verschlossene Fensteröffnung der Gehäusekomponente gewährleistet, wobei der hermetische Verschluss der Fensteröffnung gleichzeitig die Vermeidung einer Vergiftung des jeweiligen Organismus durch die Toxizität etwaiger Elektronikkomponenten im Gehäuseinnenraum sicherstellt. Schließlich wird die Biokompatibilität der implantierbaren Vorrichtung dadurch verbessert, dass der durch Umformen eines Rohlings erzeugte hermetische Verschluss mit einer verringerten Anzahl erforderlicher Materialien bewerkstelligt werden kann.
In weiter bevorzugter Weise ist ein Kommunikationsmodul vorgesehen, welches weiter bevorzugt zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen durch die mit dem umgeformten Rohling verschlossene Fensteröffnung angeordnet ist. Dies erlaubt eine kabellose Datenübertragung und damit eine verhältnismäßig einfache Verwendung der implantierbaren Vorrichtung in lebenden Organismen. In besonders bevorzugter Weise ist das Kommunikationsmodul zur Datenübertragung durch elektromagnetische Wellen im visuellen Wellenlängenbereich von etwa 400 nm bis 700 nm und/oder zur Datenübertragung durch elektromagnetische Wellen im nahen und mittleren infraroten Wellenlängenbereich von etwa 700 nm bis 50 μηη zu ermöglichen. Insbesondere ist das Kommunikationsmodul als Infrarotmodul ausgebildet, welches zur Datenübertragung im infraroten Bereich bei Wellenlängen von 800nm bis 1000nm eingerichtet ist. Datenübertragung im infraroten Bereich bei Wellenlängen von 800nm bis 1000nm ermöglicht aufgrund der hohen Frequenzen eine verhältnismäßig hohe Übertragungsrate. Zudem ist organisches Gewebe in diesem Wellenlängenbereich ausreichend durchlässig, sodass durch ein derartiges Infrarotmodul eine störungsunanfällige Übertragung zwischen intra- und extrakorporalen Komponenten möglich ist. Hiervon abgesehen besteht auch die Möglichkeit, die Datenübertragung in anderen Wellenlängenbereichen vorzusehen, beispielsweise durch Radiowellen im Kiloherz- oder Mega- herzbereich, und das Kommunikationsmodul entsprechend auszubilden. Beispielweise käme hier die Bluetooth-Technologie bei einer Frequenz von etwa 2 GHz in Betracht. Wie voranstehend bereits erwähnt kann jedoch bei Verwendung eines Metallmaterials für den Gehäusewandabschnitt oder für das gesamte Gehäuse, der Einsatz von Radiowellen aufgrund von Induktion und Wirbelströmen eine unerwünschte Erhitzung erzeugen. Die Funkdatenübertragung kann gedämpft werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der implantierbaren Vorrichtung ist ein Elektronikmodul vorgesehen, vorzugsweise zur Steuerung des Kommunikationsmoduls. Kommunikationsmodul und Elektronikmodul können als Einheit oder als getrennte Komponenten ausgeführt sein.
Es kann weiterhin von Vorteil sein, wenn das Kommunikationsmodul und/oder das Elektronikmodul im Inneren des Gehäuses fixiert ist, insbesondere an der Gehäusekomponente oder an dem weiteren Gehäuseelement. Hierdurch kann eine feste Positionierung sichergestellt werden, sodass das Risiko von Beschädigungen des jeweiligen Moduls verringert wird. Wie voranstehend bereits beschrieben worden ist, können zur Fixierung elektronischer Komponenten im Gehäuseinnenraum geeignete Fixierelemente an der Gehäusekomponente und/oder dem weiteren Gehäuseelement vorgesehen sein. Schließlich kann das Elektronikmodul in weiter bevorzugter Weise das Kommunikationsmodul zumindest abschnittsweise umschließen, wobei das Elektronikmodul bevorzugt eine Ausnehmung aufweist, durch die das Kommunikationsmodul hindurchgeführt ist. Hierdurch kann mit nur geringem Aufwand eine platzsparende Anordnung im Gehäuseinnenraum bewerkstelligt werden. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Gehäusekomponente, insbesondere für implantierbare Vorrichtungen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein Gehäusewandabschnitt mit einer Fensteröffnung zur Durchleitung von elektromagnetischen Wellen bereitgestellt und anschließend die Fensteröffnung durch Umformen eines Rohlings aus einem für elektromagnetische Wellen durchlässigen Material hermetisch verschlossen. Durch ein derartiges Verfahren lässt sich insbesondere eine voranstehend beschriebene Gehäusekomponente herstellen.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens wird der Rohling innerhalb der Fensteröffnung des Gehäusewandabschnitts positioniert. Die Anordnung aus Gehäusewandabschnitt und Rohling wird dann weiter bevorzugt auf einer Matrize positioniert. Ebenso kann zunächst der Gehäusewandabschnitt auf der Matrize angeordnet und anschließend der Rohling in der Fensteröffnung positioniert werden.
Die Anordnung wird weiter bevorzugt erhitzt, insbesondere auf eine Temperatur zwischen 600°C und 800 °C, besondere bevorzugt auf 650 °C. Nach Erreichen der gewünschten Temperatur wird der Rohling durch einen Stempel zu einem optischen Fensterelement umgeformt. Durch das Umformen wird die Fensteröffnung hermetisch verschlossen, insbesondere durch Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Gehäusewandabschnitt und dem umgeformten Rohling. Im Anschluss daran kann der Stempel wieder von dem umgeformten Rohling entfernt werden. Die somit hergestellte Gehäusekomponente kann dann abgekühlt und anschließend aus der Matrize entnommen werden. Die Form der Matrize und des Stempels können je nach gewünschter Endgeometrie des umgeformten Rohlings ausgewählt werden. Sofern beispielsweise ebene Ober- und Unterseiten des umgeformten Rohlings gewünscht sind, sind auch Matrize und Stempel entsprechend auszuwählen. Hingegen erfordert eine Linsenform des umgeformten Rohlings gekrümmte Wirkoberflächen der Matrize und/oder des Stempels.
Für eine erfindungsgemäße Gehäusekomponente beziehungsweise für ein Verfahren zu deren Herstellung wird beispielsweise ein Rohling aus einem Glasmaterial mit der folgenden Zusammensetzung verwendet:
Si02: 70-80 Gew.-%
Na20 + K20: 10-20 Gew.-%
CaO + MgO: 7-13 Gew.-% sowie ein Rest an unvermeidbaren Verunreinigungen. Eine derartige Zusammensetzung des Glasmaterials kann in besonders vorteilhafter Weise eine stoffschlüssige Verbindung mit einer Titanoxidschicht eingehen, die an der Oberfläche des Gehäusewandabschnitts ausgebildet sein kann.
Zur Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung kann während des Umform prozesses in vorteilhafter Weise ein Druck von 5 bis 15 MPa, besonders bevorzugt 10 MPa an der Kontaktfläche zwischen dem umzuformenden Rohling und dem Gehäusewandabschnitt erzeugt werden.
Weiter bevorzugt können die Temperaturausdehnungskoeffizienten für den Rohling und den Gehäusewandabschnitt identisch oder im Wesentlichen identisch sein. Auf diese Weise können unerwünschte Spannungen nach dem Abkühlen vermieden werden. Beispielsweise können die Temperaturausdehnungskoeffizienten des Rohlings und des Gehäusewandabschnitts 9.0 χ 10"6 K"1 betragen. Die Temperaturausdehnungskoeffizienten können ebenso voneinander abweichen, um nach dem Abkühlen einen Pressverband zu erzeugen, sofern dies im jeweiligen Fall gewünscht ist.
Weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus Kombination der in den Ansprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren offenbarten Merkmale. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 eine schematische Perspektivdarstellung eines Gehäuses für implantierbare Vorrichtungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Gehäuses für implantierbare Vorrichtungen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Verfahrensschritts zur Herstellung
Gehäusekomponente gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Figur 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Verfahrensschritts zur Herstellung einer Gehäusekomponente gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Figur 5 eine schematische Schnittdarstellung einer implantierbaren Vorrichtung in implantiertem Zustand gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sowie eine extrakorporale Einheit. Die Figur 1 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines Gehäuses 10 für eine implantierbare Vorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Gehäuse 10 weist eine Gehäusekomponente 12 auf, die hier beispielhaft als Gehäuseoberteil beziehungsweise Gehäusedeckel ausgebildet ist. Ferner weist das Gehäuse 10 ein Gehäuseunterteil 14 auf, das beispielhaft als Gehäuseunterschale ausgebildet ist. Die Gehäusekomponente 12 besteht aus einem Gehäusewandabschnitt 16, der mit einer Fensteröffnung 18 zur Durchleitung von elektromagnetischen Wellen ausgestattet ist. Die Fensteröffnung 18 ist durch Umformen eines Rohlings aus einem für elektromagnetische Wellen durchlässigen Material hermetisch verschlossen.
Der umgeformte Rohling 20 besteht bevorzugt aus einem Glasmaterial, insbesondere mit der folgenden Zusammensetzung:
Si02: 70-80 Gew.-%
Na20 + K20: 10-20 Gew.-%
CaO + MgO: 7-13 Gew.-% sowie ein Rest an unvermeidbaren Verunreinigungen.
In besonders bevorzugter Weise weist das Glasmaterial die folgende Zusammensetzung auf:
Si02: 75 Gew.-%
Na20 + K20: 15 Gew.-%
CaO + MgO: 10 Gew.-% sowie ein Rest an unvermeidbaren Verunreinigungen.
Der Gehäusewandabschnitt 16 besteht bevorzugt aus einem Metallmaterial, insbesondere aus Titan oder einer Titanlegierung. Die Oberfläche des Gehäusewandabschnitts 16 ist insbesondere durch eine Titanoxidschicht ausgebildet.
Der hermetische Verschluss zwischen dem umgeformten Rohling 20 und dem Gehäusewandabschnitt 16 ist bevorzugt durch eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt, bevorzugt durch chemische Reaktion zwischen dem Si02 des Glasmaterials und der Titanoxidschicht des Gehäusewandabschnitts 16. Wie sich aus der Querschnittsdarstellung in Figur 2 ergibt, kann der umgeformte Rohling 20 zusätzlich formschlüssig mit dem Gehäusewandabschnitt 16 verbunden sein. Hierzu kann durch das Umformen ein kragenförmiger Überstand 22 geformt werden, der die Fensteröffnung 18 hintergreift. Ebenso können zum beidseitigen Hintergreifen der Fensteröffnung auch auf beiden Seiten des umgeformten Rohlings 20 kragenförmige Überstände ausgebildet sein, was hier nicht gezeigt ist. Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn der umgeformte Rohling 20 kraftschlüssig mit der Fensteröffnung 18 verbunden ist, beispielsweise durch Aufschrumpfen des Gehäusewandabschnitts 16 auf den umgeformten Rohling 20. Hierzu können die Wärmeausdehnungskoeffizienten geeignet ausgewählt werden. Sofern Spannungen im umgeformten Rohling 20 vermieden werden sollen, können die Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Mate- rialen identisch oder im Wesentlichen identisch sein.
Wie der Figur 2 weiter entnommen werden kann, ist die Verbindung zwischen dem umgeformten Rohling 20 und der Fensteröffnung 18 des Gehäusewandabschnitts 16 ausschließlich durch Umformen des Rohlings hergestellt, insbesondere frei von weiteren Verbindungselementen oder -materialien. Der umgeformte Rohling 20 bildet bevorzugt ein optisches Fensterelement, das die Fensteröffnung 18 hermetisch verschließt. Das durch den umgeformten Rohling 20 gebildete optische Fensterelement ist hier plattenförmig, insbesondere mit ebenen Ober- und Unterseiten, ausgebildet. Ebenso kann das durch den umgeformten Rohling 20 gebildete optische Fensterelement linsenförmig, insbesondere mit wenigstens einer gewölbten Fläche, ausgebildet sein, was in den Figuren nicht gezeigt ist.
Der Figur 2 kann weiterhin entnommen werden, dass der Gehäusewandabschnitt 16 mit dem weiteren Gehäuseelement 14 verbunden ist und einen Gehäuseinnenraum 24 begrenzt. Der Gehäuseinnenraum 24 ist hermetisch verkapselt, insbesondere durch stoffschlüssige Verbindung des Gehäusewandabschnitts 16 und dem weiteren Gehäuseelement 14. Hierzu kann der Gehäusewandabschnitt 16 beispielsweise mit hier nicht gezeigten Befestigungsabschnitten oder Befestigungselementen versehen sein, die eine stoffschlüssige Verbindung mit dem jeweils weiteren Gehäuseelement 14 ermöglichen oder begünstigen. Ebenso können derartige Befestigungsabschnitte oder Befestigungselemente zusätzlich zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung mit einem weiteren Gehäuseelement ausgebildet sein, wodurch die Aufrechterhaltung einer stoffschlüssigen Verbindung unterstützt werden kann.
Den Figuren 3 und 4 kann eine schematische Verfahrensabfolge zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Gehäusekomponente 12 entnommen werden. In einem ersten Schritt wird ein Gehäusewandabschnitt 16 mit einer Fensteröffnung 18 zur Durchleitung von elektromagneti- sehen Wellen bereitgestellt. Ein Rohling 19 aus einem für elektromagnetische Wellen durchlässigen Material wird innerhalb der Fensteröffnung 18 des Gehäusewandabschnitts 16 positioniert. Die Anordnung aus Gehäusewandabschnitt 16 und Rohling 19 wird dann weiter bevorzugt auf einer Matrize 26 positioniert. Ebenso kann zunächst der Gehäusewandabschnitt 16 auf der Matrize 26 angeordnet und anschließend der Rohling 19 in der Fensteröffnung 18 positioniert werden.
In einem weiteren Schritt wird die Anordnung aus Gehäusewandabschnitt 16 und Rohling 19 weiter bevorzugt erhitzt, insbesondere auf eine Temperatur zwischen 600°C und 800 °C, besonders bevorzugt auf 650 °C.
Nach Erreichen der gewünschten Temperatur wird, wie in Figur 4 gezeigt, die Fensteröffnung 18 durch Umformen des Rohlings 19 hermetisch verschlossen, insbesondere durch Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Gehäusewandabschnitt 16 und dem umgeformten Rohling 20. Hierzu wird der Rohling 19 durch einen Stempel 28 zu einem optischen Fensterelement umgeformt. Im Anschluss an den Umformprozess kann der Stempel 28 wieder von dem umgeformten Rohling 20 entfernt werden. Die somit hergestellte Gehäusekomponente 14 kann dann abgekühlt und anschließend aus der Matrize 26 entnommen werden.
Die Figur 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer implantierbaren Vorrichtung 100 mit einem Gehäuse 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die implantierbare Vorrichtung 100 ist in einem implantierten Zustand gezeigt, also in einem Bereich 30 unterhalb eines Hautabschnitts 32. In der Figur 5 ist ebenfalls eine extrakorporale Einheit 200 gezeigt, die insbesondere in einem Bereich 34 außerhalb des Körpers angeordnet ist. Bei der extrakorporalen Einheit 200 kann es sich insbesondere um eine Extrakorporale Kommunikationseinheit handeln.
Innerhalb des Gehäuseinnenraums 24 ist ferner ein Kommunikationsmodul 36 angeordnet, welches bevorzugt als Infrarotmodul ausgebildet ist. Die Datenübertragung im infraroten Bereich bei Wellenlängen von 800nm bis 1000nm ermöglicht eine hohe Übertragungsrate bei nur geringer Störanfälligkeit. Das Kommunikationsmodul 36 kann Daten durch die verschlossene Fensteröffnung 18 senden und empfangen. Weiterhin ist innerhalb des Gehäuseinnenraums 24 der implantierbaren Vorrichtung 100 ein Elektronikmodul 38 vorgesehen, vorzugsweise zur Steuerung des Kommunikationsmoduls 36. Kommunikationsmodul 36 und Elektronikmodul 38 können als Einheit oder als getrennte Komponenten ausgeführt sein. Das Elektronikmodul 38 kann beispielsweise als Platine ausgebildet sein. Eine erfindungsgemäße Gehäusekomponente beziehungsweise ein damit ausgestattetes Gehäuse kann insbesondere für medizinische Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise für implantierbare Vorrichtungen, die zu therapeutischen und/oder diagnostischen Zwecken verwendet werden. Rein beispielhaft kommen Herzschrittmacher als mögliche Anwendung für eine erfindungsgemäße Gehäusekomponente beziehungsweise ein damit ausgestattetes Gehäuse in Betracht. Die Erfindung ist jedoch nicht auf medizinische Anwendungen beschränkt. Ebenso kann eine erfindungsgemäße Gehäusekomponente oder ein damit ausgestattetes Gehäuse in der Vakuumtechnik eingesetzt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Gehäusekomponente, insbesondere für implantierbare Vorrichtungen, mit wenigstens einem Gehäusewandabschnitt, der eine Fensteröffnung zur Durchleitung von elektromagnetischen Wellen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fensteröffnung durch Umformen eines Rohlings aus einem für elektromagnetische Wellen durchlässigen Material hermetisch verschlossen ist.
Gehäusekomponente nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der umgeformte Rohling aus einem nichtmetallischen und/oder amorphen und/oder anorganischen Material, insbesondere mit Silizium als Hauptkomponente, bevorzugt aus einem Glasmaterial besteht, und/oder wobei der Gehäusewandabschnitt aus einem Metallmaterial, insbesondere aus Titan oder einer Titanlegierung hergestellt ist.
Gehäusekomponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hermetische Verschluss durch Warmumformung des Rohlings und/oder durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem umgeformten Rohling und der Fensteröffnung hergestellt ist, bevorzugt durch chemische Reaktion des Materialpaares, und/oder wobei der umgeformte Rohling kraft- und/oder formschlüssig mit der Fensteröffnung verbunden ist und/oder wobei die Verbindung zwischen dem umgeformten Rohling und der Festeröffnung ausschließlich durch Umformen des Rohlings hergestellt ist, insbesondere frei von weiteren Verbindungselementen oder -materialien, und/oder wobei der umgeformte Rohling ein optisches Fensterelement bildet, das die Fensteröffnung hermetisch verschließt, und/oder wobei das optische Fensterelement linsenförmig, insbesondere mit wenigstens einer gewölbten Fläche, oder plattenförmig, insbesondere mit ebenen Ober- und Unterseiten, ausgebildet ist.
Gehäusekomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusewandabschnitt zur Verbindung mit wenigstens einem weiteren Gehäuseelement ausgebildet ist, insbesondere zur Begrenzung und/oder hermetischen Verkapselung eines Gehäuseinnenraums, und/oder wobei der Gehäusewandabschnitt ein Gehäuseoberteil bildet, insbesondere einen Gehäusedeckel oder eine Gehäuseoberschale, und/oder wobei der Gehäusewandabschnitt zur Verbindung mit einem Gehäuseunterteil, insbesondere einer Gehäuseunterschale ausgebildet ist und/oder wobei die Fensteröffnung des Gehäusewandabschnitts zur beidseitigen Kraftbeaufschlagung des Rohlings zugänglich ist.
5. Gehäuse, insbesondere für implantierbare Vorrichtungen, mit wenigstens einer Gehäusekomponente nach einem der vorangehenden Ansprüche, die mit wenigstens einem weiteren Gehäuseelement verbunden ist.
6. Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusekomponente und das Gehäuseelement einen Gehäuseinnenraum begrenzen und/oder hermetisch verkapseln und/oder wobei die Gehäusekomponente als Gehäuseoberschale und das Gehäuseelement als Gehäuseunterschale ausgebildet sind.
7. Implantierbare Vorrichtung, insbesondere für medizinische Anwendungen, mit wenigstens einer Gehäusekomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder einem Gehäuse nach einem der Ansprüche 5 oder 6.
8. Implantierbare Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kommunikationsmodul vorgesehen ist, das bevorzugt zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen durch die mit dem umgeformten Rohling verschlossene Fensteröffnung angeordnet ist, und/oder wobei das Kommunikationsmodul als Infrarotmodul ausgebildet ist und/oder wobei das Kommunikationsmodul im Inneren des Gehäuses fixiert ist, insbesondere an der Gehäusekomponente oder an dem Gehäuseelement.
9. Implantierbare Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektronikmodul vorgesehen ist, vorzugsweise zur Steuerung des Kommunikationsmoduls, wobei das Elektronikmodul weiter bevorzugt im Inneren des Gehäuses fixiert ist, insbesondere an einer Innenseite der Gehäusekomponente oder des Gehäuseelements, und/oder wobei das Elektronikmodul das Kommunikationsmodul zumindest abschnittsweise umschließt, wobei das Elektronikmodul bevorzugt eine Ausnehmung aufweist, durch die das Kommunikationsmodul hindurchgeführt ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Gehäusekomponente, insbesondere für implantierbare Vorrichtungen, bei dem ein Gehäusewandabschnitt mit einer Fensteröffnung zur Durchleitung von elektromagnetischen Wellen bereitgestellt wird und bei dem die Fensteröffnung durch Umformen eines Rohlings aus einem für elektromagnetische Wellen durchlässigen Material hermetisch verschlossen wird.
PCT/EP2017/061358 2016-05-11 2017-05-11 Gehäusekomponente und verfahren zu deren herstellung Ceased WO2017194685A1 (de)

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