手术和非手术应用的硅刀片制造技术

眼科手术刀片（７３４）是用优选为晶片形式的结晶或多晶材料制造的。该方法包括通过安装晶片并在晶片内加工沟槽，来准备结晶或多晶晶片。形成斜面刀片表面（７５２）的沟槽的加工方法包括金刚石条锯、激光系统、超声器、热锻压和刻纹机。然后将晶片置于蚀刻剂溶液中，该溶液以均匀的方式各向同性地蚀刻晶片，从而使多层结晶或多晶材料被均匀地除去，因此产生单、双或多斜面刀片（７３４）。显然，任何斜角都能够加工到晶片内，并在蚀刻之后保留。刀峰的最终半径为５－５００ｎｍ，即口径与金刚石刀峰的刀片相同，但制造成本却是其一小部分。这种眼科手术刀片可用于白内障和屈光手术，以及显微手术、生物和非医学、非生物目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及眼科及其它类型的手术和非手术应用的刀片。更具体地说，本专利技术涉 及用硅及其它结晶材料制造的眼科、显微手术和非手术刀片。相关技术的描述现有的手术刀片是经过几种不同方法制造的，每种方法具有其自身特有的优点和 缺陷。最常用的制造方法是，机械磨削不锈钢。然后对刀片进行细磨(通过各种不同的方 法，例如超声制浆、机械磨蚀和研磨)或电化学抛光，以产生锐边。这些方法的优点是，它们 被证实是大批量制造一次性刀片的经济方法。这些方法的最大缺陷是，锐边的质量不稳定， 因此获得优质的锐度一致性仍然是一个挑战。这主要是由于方法自身固有的局限性。刀片 缘的半径在30nm-IOOOnm的范围内。一种相对新的刀片制造方法采用不锈钢的模压代替磨削。随后对刀片进行电化学 抛光，以产生锐边。已经发现，此方法比磨削方法更经济。还发现，它能够产生具有更好的 锐度一致性的刀片。此方法的缺点是，锐度一致性仍然小于用金刚石刀片制造方法获得的 刀片。在软组织手术中使用金属刀片在当今是普遍流行的，因为它们具有低廉的成本和改 进的质量。金刚石刀片在许多手术市场、尤其是在眼科手术市场，是锐度的金标准。已知，金 刚石刀片能够以最小的组织阻力清晰地切割软组织。金刚石刀片的使用很理想的另一个 原因是，它们在反复切割后仍具有一致的锐度。大多数高手术量的外科医生将使用金刚石 刀片，因为金属刀片的最大锐度和锐度的可变性都劣于金刚石刀片。用来生产金刚石刀片 的制造方法采用研磨工艺来获得锐利的刀锋和一致的棱角半径。所产生刀片的棱角半径在 5nm-30nm的范围内。此工艺的缺陷是过程漫长，并且直接造成的结果是，制造这样的金刚 石刀片的成本在500美金-5000美金。因此，这些刀片是为了重复应用而出售的。此工艺 目前用在其它硬度小的材料(例如红宝石和蓝宝石)上，以便以较低的成本获得相同的锐 度。然而，虽然红宝石和/或蓝宝石手术品质的刀片比金刚石的便宜，但是它们仍然具有制 造成本相当高(在50美金-500美金之间)的缺陷，并且它们的锐边仅持续应用约200例 手术。因此，这些刀片是为了重复和有限重复应用而出售的。已经有一些利用硅制造手术刀片的提议。然而，在一种又一种的形式中，这些方 法在制造不同构造和低成本刀片的方面都有局限。许多已有的提议都是基于硅的各向异 性蚀刻。各向异性蚀刻工艺是一种具有较高方向性，并且在不同方向具有不同的蚀刻速度7的蚀刻工艺。这种工艺能够产生尖锐的切削刃。然而，由于工艺的性质，其受能够获得的 刀片形状和内含斜角的限制。湿体各向异性蚀刻工艺例如采用氢氧化钾(Κ0Η)、乙二胺/ pyrcatechol (EDP)和三甲基_2_羟乙基铵氢氧化物(TMAH)浴的那些工艺，沿特定的结晶 面进行蚀刻，以获得尖锐的锐边。此面，在硅<100>中一般是(111)面，与硅晶片的表面呈 54.7°角。这样产生了具有54. 7°内含斜角的刀片，已经发现这在大多数手术应用中是临 床上不可接受的，因为太钝了。这种应用在用来制造双斜面刀片时，甚至更糟，因为内含斜 角是109.4°。该工艺进一步局限于能够产生的刀片轮廓。蚀刻面在晶片中彼此设置成 90°。因此，仅仅能够生产具有矩形轮廓的刀片。由此，需要制造克服上述方法的缺陷的刀片。本专利技术的系统和方法能够以不锈钢 方法的低廉成本制造具有金刚石刀片锐度的刀片。此外，本专利技术的系统和方法能够大批量 地生产刀片，并具有严密的工艺控制。而且，本专利技术的系统和方法能够生产具有线性和非线 性刀片斜面的手术刀片和多种其它类型的刀片。专利技术概述通过利用涉及一种用结晶或多晶材料(例如硅)制造手术刀片的系统和方法的本 专利技术，上述缺陷得以克服，并且许多优点得以实现，本专利技术以任何所需的斜角或刀片构造， 利用多种装置在晶片或多晶晶片上进行沟槽加工。所加工的结晶或多晶晶片然后浸渍在均 勻地除去一层又一层晶片材料分子的各向同性蚀刻溶液中，以便形成具有均勻半径和足够 软组织手术应用的质量的切削刃。本专利技术的系统和方法提供了一种非常廉价的用于制造这 些高质量手术刀片的方式。因此，本专利技术的一个目的是，提供一种用于制造手术刀片的方法，包括以下步骤 将硅或其它结晶或多晶晶片安装到安装组件上；用刻纹机在结晶或多晶晶片的第一侧面上 加工一个或多个沟槽，以形成线性或非线性沟槽；蚀刻结晶或多晶晶片的第一侧面，以形成 一个或多个手术刀片；将多个手术刀片分成单个的；以及组装手术刀片。本专利技术的又一个目的是，提供一种用于制造手术刀片的方法，包括以下步骤将结 晶或多晶晶片安装到安装组件上；用刻纹机在结晶或多晶晶片的第一侧面上加工一个或多 个沟槽，以形成线性或非线性沟槽；用涂料涂布结晶或多晶晶片的第一侧面；将结晶或多 晶晶片从安装组件上拆卸下来，并将结晶或多晶晶片重新安装到安装组件上；加工结晶或 多晶晶片的第二侧面；蚀刻结晶或多晶晶片的第二侧面，以形成一个或多个手术刀片；将 多个手术刀片分成单个的；以及组装手术刀片。本专利技术的再一个目的是，提供一种用于制造手术刀片的方法，包括以下步骤将结 晶或多晶晶片安装到安装组件上；用刻纹机在结晶或多晶晶片的第一侧面上加工一个或多 个沟槽，以形成线性或非线性沟槽；将结晶或多晶晶片从安装组件上拆卸下来，并将结晶或 多晶晶片的第一侧面重新安装到安装组件上；用刻纹机加工结晶或多晶晶片的第二侧面， 以形成线性或非线性沟槽；蚀刻结晶或多晶晶片的第二侧面，以形成一个或多个手术刀片； 转化结晶或多晶材料层，以形成硬化表面；将多个手术刀片分成单个的；以及组装手术刀 片。本专利技术的另一个目的是，提供按照本文所述方法制造的用于眼科、显微手术、心 脏、眼、耳、脑、重构和美容手术以及生物应用、还有多种非医学或非生物应用的手术刀片的 若干示范性实施方案。附图简述当结合附图阅读时，通过参照下面的优选实施方案的详细描述，本专利技术的新颖特 性和优点将得到最佳理解，其中附图说明图1是按照本专利技术第一实施方案、用硅制造双斜面手术刀片的方法的流程图；图2是按照本专利技术第二实施方案、用硅制造单斜面手术刀片的方法的流程图；图3是按照本专利技术第三实施方案、用硅制造单斜面手术刀片的替换型方法的流程 图；图4是安装在安装组件上的硅晶片的顶视图；图5是用带子安装在安装组件上的硅晶片的侧视图；图6表示出按照本专利技术一个实施方案，利用激光喷水器预先切割硅晶片，以有助 于在硅晶片上加工沟槽；图7A-7D表示出按照本专利技术一个实施方案、用来在硅晶片上加工沟槽的切割锯条 的构造；图8表示出按照本专利技术一个实施方案、切割锯条通过安装在支撑底板上的硅晶片 的操作；图8A-8C表示出按照本专利技术一个实施方案、在利用切割锯条于硅晶片上加工沟槽 时槽缝的用途；图9是按照本专利技术一个实施方案、在带安装的硅晶片上加工沟槽的切割锯条的剖 面图；图IOA和IOB分别表示出按照本专利技术一个实施方案制造的、具有单斜面切削刃的 硅手术刀片和具有双斜面切削刃的硅手术刀片；图11是按照本专利技术一个实施方案、用来在硅晶片上加工沟槽的激光系统的方框 图；图12是按照本专利技术一个实施方案、用来在硅晶片上加工沟槽的超声加工系统的 方框图；图13是按照本专利技术一个实施方案、用来在硅晶片上形成沟槽的热锻系统的附图；图14表示出按照本专利技术一个实施方案的硅晶片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用结晶材料晶片制造至少一个切削装置的方法，包括：在结晶材料晶片的第一侧面上加工第一刀片轮廓，其中所述第一刀片轮廓包括第一刻面，所述第一刻面包括所述至少一个切削装置的切削刃，所述第一刀片轮廓还包括毗邻第一刻面的第二刻面；在结晶材料晶片的第二侧面上加工第二刀片轮廓，其中所述第二刀片轮廓包括第三刻面，所述第三刻面与所述第一刻面一同包括所述至少一个切削装置的切削刃，所述第二刀片轮廓还包括毗邻第三刻面的第四刻面；以及蚀刻结晶材料晶片，以形成至少一个切削装置；其中所述蚀刻包括各向同性地蚀刻所述结晶材料的至少第一侧面，以形成包括至少第一刀片轮廓的至少一部分的至少一个切削装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：VM达斯卡尔，JF基南，JJ休斯，AN基斯，SM查维斯，
申请(专利权)人：贝克顿迪金森公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]