Wie kann man medizinische Elektronik wie Wearables robuster machen? Klebstoffe schützen vor Stößen, Vibrationen und Flüssigkeiten und bewahren gleichzeitig die Ästhetik. Weiche Gele, Silikone und starre Epoxidharze sorgen für Zuverlässigkeit.
Viele der heute verwendeten elektronischen Geräte dienen einem ähnlichen Zweck wie vor 10 Jahren, und doch sind viele kleiner, schneller, leichter und praktisch überall einsetzbar. Damit dies möglich ist, muss die Elektronik vor Stößen, Wasser, Hitze und anderen Elementen geschützt werden, denen sie während ihres Gebrauchs ausgesetzt ist. Daraus ergibt sich die Frage: „Wie werden diese immer kleiner werdenden und leichten elektronischen Geräte zusammengebaut, um zuverlässig zu funktionieren und langfristig geschützt zu bleiben?“ Um diese Frage zu beantworten, haben wir uns mit Jeff Bowin, TCS Principal Engineer bei Henkel, in Verbindung gesetzt, um mehr über dieses Thema und die Technologien zu erfahren, die entwickelt wurden, um elektronische Geräte robuster zu machen. Bei Robustheit handelt es sich um eine Mehrfachschutzlösung vor schädlichen Umwelteinflüssen wie extremen Temperaturen, Flüssigkeiten, korrosiven Elementen, Stößen und Vibrationen. Sie bietet sowohl mechanische Verstärkung als auch elektrische Isolierung.
Im medizinischen Bereich ist die Zuverlässigkeit dieser Geräte von entscheidender Bedeutung und ermöglicht eine kontinuierliche und fortschrittliche Patientenversorgung. Robustheit ist ein Merkmal aller elektronischen Geräte, einige erfordern jedoch einen besonderen Schutz vor ihren Umgebungen. Beispielsweise wird ein Patch zur kontinuierlichen Glukoseüberwachung auf den menschlichen Körper geklebt und muss zwar keinen extremen Temperaturen standhalten, da der menschliche Körper nicht so heiß ist, muss aber vor anderen Faktoren wie Schweiß und Stößen geschützt werden. Bei einigen der in diesem Patch verwendeten Anwendungen kann es sich um Unterfüll-Massen und strukturelle Absteckungen handeln.
Unterfüll-Massen sind eine Anwendung, um die Lötstellen und Lötkugeln, die einen Chip mit einer Leiterplatte verbinden, zu schützen. Dadurch entsteht ein solides elektronisches Teil mit mechanischer Verstärkung, das mechanische Ermüdung verhindert und die Lebensdauer der Elektronik erhöht. „Allein die bestimmungsgemäße Verwendung eines Geräts oder das Drücken von Tasten am Gerät verursacht Stress und kann zu Ermüdungserscheinungen am gesamten Gerät führen“, so Bowin. Wird ein tragbares elektronisches Gerät ohne Unterfüll-Masse fallen gelassen, können die internen Komponenten klappern und die Lötverbindungen brechen oder die Funktionalität und Lebensdauer des Geräts beeinträchtigt werden.
Es stehen Materialien zur Verfügung, die eine ultimative Verarbeitbarkeit mit schnellen Fließgeschwindigkeiten und die Fähigkeit bieten, effektiv bodenseitige Bauteilräume mit extrem niedrigen Bump-Höhen zu füllen. Die Produkte sind so konzipiert, dass sie Spannungen reduzieren, die durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten verursacht werden, und weisen eine hervorragende Zuverlässigkeit bei Temperaturwechseln, Temperaturschocks, Falltests und anderen anspruchsvollen Tests sowie im Gebrauch auf.
Um die Zuverlässigkeit vieler tragbarer Geräte zu erhöhen, füllen Unterfüll-Massen den Raum zwischen Gehäuse und Platine rasch, sie härten schnell aus, bieten einen hervorragenden Schutz für Lötstellen gegen mechanische Belastungen wie Stöße, Stürze und Vibrationen und ermöglichen eine Nacharbeit. Für Anwendungen, bei denen keine vollständige Unterfüll-Masse erforderlich ist, bieten Eck- und Randverbund-Technologien eine kostengünstige Lösung mit starker Randverstärkung und Selbstzentrierfähigkeit. Sehen Sie sich das Anwendungsvideo unten an.
Es gibt Unterfüll-Massen in vorab aufgetragenen Formulierungen, die höchste Zuverlässigkeit bei breiter Verarbeitbarkeit und guter Spaltfüllung von Bauteilen mit ultrafeiner Steigung und geringer Bump-Höhe bieten.
Leiterplatten-Schutzlack, eine Form des Leiterplattenschutzes, wurde in der Vergangenheit in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt eingesetzt, und auch andere Märkte haben diese Anwendung zunehmend integriert, um Leiterplatten vor Flüssigkeiten zu schützen und wasserdichte Eigenschaften innerhalb der Elektronik zu entwickeln. Leiterplatten-Schutzlack schützt außerdem vor Temperaturschock, Feuchtigkeit, korrosiven Flüssigkeiten und anderen widrigen Umgebungsbedingungen. Medizinische Wearables für Verbraucher wie Smartwatches sowie das kontinuierliche Glucosepatch würden von einem Schutz vor Schweiß, der in die elektronische Baugruppe eindringen könnte, profitieren.
Während Verguss- und Niederdruckformtechniken im Allgemeinen die gesamte Baugruppe verkapseln, ermöglicht Leiterplatten-Schutzlack den selektiven Schutz bestimmter Bereiche. Diese Funktion ist wichtig für Baugruppen, bei denen möglicherweise eine Nachbearbeitung bestimmter Komponenten erforderlich ist, um die Integrität der restlichen Leiterplatte zu bewahren, wie es bei hochwertigen Leiterplatten der Fall ist. Wenn eine Leiterplatte mit Schutzlack beschichtet wird, müssen normalerweise einige Bereiche der Platine beschichtungsfrei gehalten werden. Diese Bereiche werden oft als „Sperrzonen“ bezeichnet und traditionell mit Klebeband, Flüssigmasken oder UV-härtenden Masken abgeklebt.
Jeder Prozess hat Vor- und Nachteile. Henkel hat eine Lösung zur Isolierung von Leiterplatten-Sperrflächen entwickelt, die die Vorteile herkömmlicher Abdeckmaterialien (gute Haftkraft auf mehreren Oberflächen, geringe Rückstände, Kompatibilität mit miniaturisierten Abmessungen und automatisierten Prozessen) vereint und die Nachteile (zeitaufwändiges manuelles Auftragen, langwierige Aushärteschritte, Rückstände und Geruch) eliminiert und zu Kosteneinsparungen für Hersteller führt.
Das Material ist mit automatisierten Dosiersystemen kompatibel und wird schnell genau dort abgegeben, wo es benötigt wird, ohne das Risiko einer Migration in nicht vorgesehene Bereiche, was angesichts der heutigen stark miniaturisierten Platinen- und Komponentenabmessungen ein wichtiger Aspekt ist. Der Schmelzklebstoff bleibt beim Durchlaufen des Beschichtungsverfahrens fest an Ort und Stelle und lässt sich anschließend schnell und sauber ablösen, wobei definierte Kanten und keine Rückstände zurückbleiben.(1)
Weitere Informationen zu dieser einfachen, nachhaltigen Lösung finden Sie im technischen Artikel oder im Video unten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Robustheit ein Schlüsselelement bei der Herstellung und Montage medizinischer elektronischer Geräte ist. Da der Einsatz medizinischer Wearables in Zukunft weiter zunimmt, wird die Robustheit diese Geräte schützen, um den Menschen zuverlässige Funktionen in ihrem täglichen Leben sowie eine konsistente Überwachung ihrer Gesundheit zu ermöglichen.
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