Hoe maak je medische elektronica zoals wearables robuust? Lijmen beschermen tegen schokken, trillingen en vloeistoffen terwijl de esthetiek behouden blijft. Zachte gels, siliconen en stijve epoxy's zorgen voor betrouwbaarheid.
Veel van de elektronische apparaten die vandaag de dag worden gebruikt, dienen hetzelfde doel als 10 jaar geleden, maar toch zijn veel apparaten kleiner, sneller en lichter geworden en kunnen ze vrijwel overal worden gebruikt. Om dit mogelijk te maken, moet elektronica worden beschermd tegen schokken, water, hitte en andere elementen die tijdens het gebruik worden aangetroffen. Dit roept de vraag op „hoe worden deze krimpende en lichtgewicht elektronische apparaten in elkaar gezet om betrouwbaar te functioneren en langdurig beschermd te blijven?” Om deze vraag te beantwoorden, spraken we met Jeff Bowin, TCS Principal Engineer bij Henkel, om meer te weten te komen over dit onderwerp en de technologieën die zijn ontwikkeld om elektronische apparaten robuuster te maken. Het robuust maken omvat een oplossing met meerdere beschermingen tegen schadelijke omgevingsfactoren, zoals extreme temperaturen, vloeistoffen, corrosieve elementen, schokken en trillingen. Het biedt zowel mechanische versterking als elektrische isolatie.
In de medische sector is betrouwbaarheid van deze apparaten essentieel en maakt het continue en geavanceerde patiëntenzorg mogelijk. Het robuust maken komt voor in alle elektronica, maar sommige hebben speciale bescherming nodig voor hun omgeving. Een continue glucose controlepleister wordt bijvoorbeeld op het menselijk lichaam aangebracht en hoeft niet bestand te zijn tegen extreme temperaturen omdat het menselijk lichaam niet zo warm is, maar moet wel beschermd worden tegen andere factoren zoals zweet en schokken. Enkele van de toepassingen die in deze pleister worden gebruikt, zijn ondervullingen en structurele staken.
Ondervulling is een toepassing die wordt gebruikt om soldeerverbindingen en soldeerballen te beschermen die een chip verbinden met een printplaat (PCB). Hierdoor ontstaat een vast elektronisch onderdeel met mechanische versterking die mechanische vermoeidheid voorkomt en de levensduur van de elektronica verlengt. „Simpelweg een apparaat gebruiken zoals het bedoeld is of knoppen op het apparaat indrukken veroorzaakt stress en kan leiden tot vermoeidheid in het hele apparaat”, aldus Bowin. Als u een draagbaar elektronisch apparaat laat vallen dat geen ondervulling bevat, kunnen de interne componenten rammelen en soldeerverbindingen breken of de functionaliteit en levensduur van het apparaat negatief beïnvloeden.
Er zijn materialen beschikbaar die ultieme verwerkbaarheid bieden met hoge stroomsnelheden en de mogelijkheid om de ruimten aan de onderkant van componenten effectief op te vullen met extreem lage stoothoogtes. Deze producten zijn ontworpen om stress te verminderen die wordt veroorzaakt door niet-passende expansiecoëfficiënten en bieden betrouwbaarheid bij thermische cycli, thermische schokken, valtests en andere veeleisende tests, maar ook in het gebruik.
Om de betrouwbaarheid van veel handheld apparaten te verbeteren, vullen ondervullingen snel de ruimte tussen de verpakking en de printplaat, harden ze snel uit en bieden ze bescherming voor soldeerverbindingen tegen mechanische belasting zoals valschokken en trillingen, en maken ze nabewerking mogelijk. Voor toepassingen waar een volledige ondervulling niet vereist is, bieden de cornerbond- en edgebond-technologieën een kosteneffectieve oplossing, met een sterke omtrekversterking en zelfcentrerend vermogen in combinatie met een snelle verwerkingssnelheid. Bekijk de toepassingsvideo hieronder.
Er zijn ondervulling-formules beschikbaar die een hoge mate van betrouwbaarheid leveren met een brede verwerkbaarheid en een goede opvulling van spelingen van apparaten met een ultrafijne steek en een lage stoothoogte.
Vormvaste coating, een vorm van printplaatbescherming, wordt van oudsher gebruikt in industrieën zoals de lucht- en ruimtevaart, en andere markten hebben deze toepassing steeds meer geïntegreerd om PCB's te beschermen tegen vloeistoffen en waterdichte kenmerken te ontwikkelen binnen de elektronica. Vormvaste coating beschermt ook tegen thermische schokken, vocht, corrosieve vloeistoffen en andere ongunstige omgevingsomstandigheden. Medische wearables voor consumenten, zoals slimme horloges en de continue glucose pleister, zouden baat hebben bij bescherming tegen zweet dat de elektronische assemblage zou kunnen binnendringen.
Terwijl inkapsel- en lagedruk-spuitgiettechnieken over het algemeen de hele assemblage inkapselen, maakt vormvaste coating selectieve bescherming van bepaalde gebieden mogelijk. Deze mogelijkheid is belangrijk voor assemblages waarbij specifieke componenten opnieuw moeten worden bewerkt om de integriteit van de rest van de PCB te behouden, zoals bij hoogwaardige printplaten. Normaal gesproken, wanneer een PCB conform gecoat wordt, zijn er gebieden van de printplaat die vrijgehouden moeten worden van coating. Deze gebieden worden vaak „verboden zones” genoemd en worden traditioneel afgeschermd met tapes, vloeibare maskers of uv-uithardende maskers.
Elk proces heeft voor- en nadelen. Door de voordelen van conventionele maskeermaterialen te combineren (goede hechtkracht op meerdere oppervlakken, weinig residu's, compatibel met geminiaturiseerde afmetingen en procesautomatiseringen) en de nadelen te elimineren (tijdrovende handmatige toepassing, langdurige uithardingsstappen, residu's en geur), heeft Henkel een oplossing ontwikkeld voor het isoleren van PCB-wachtgebieden die heeft geleid tot kostenbesparingen voor producenten.
Het materiaal is compatibel met geautomatiseerde doseersystemen en wordt snel en precies gedoseerd waar het nodig is, zonder risico op migratie naar niet-aangewezen gebieden, wat een belangrijke overweging is voor de huidige, sterk geminiaturiseerde afmetingen van printplaten en componenten. De smeltlijm blijft stevig op zijn plaats zitten tijdens het coatingproces, waarna hij snel en schoon wordt verwijderd, zonder residu en met gedefinieerde randen.(1)
Lees voor meer informatie over deze vereenvoudigde, duurzame oplossing het technisch artikel of bekijk de video hieronder.
Kortom: robuustheid is een belangrijk element bij de productie en assemblage van medische elektronica. Omdat het gebruik van medische wearables in de toekomst blijft toenemen, zal robuustheid deze apparaten beschermen om mensen betrouwbare functies in hun dagelijks leven te bieden, evenals consistente monitoring van hun gezondheid.
Zeg wat u nodig heeft en onze experts helpen u graag verder.
Ons ondersteuningscentrum en onze experts staan klaar om u te helpen oplossingen te vinden voor uw zakelijke behoeften.