AT&S entwickelt und fertigt miniaturisierte Leiterplatten für die Medizintechnik

29th October 2018
Source: AT&S
Posted By : Victoria Chercasova
AT&S entwickelt und fertigt miniaturisierte Leiterplatten für die Medizintechnik

Leoben – AT&S trägt dem Trend hin zur Miniaturisierung und Digitalisierung auch in der Medizintechnik Rechnung. Dabei werden die Systeme und Komponenten für die Therapie, Diagnose und Patientenüberwachung immer kleiner und dennoch leistungsfähiger. Trotz fortschreitender Miniaturisierung haben Sicherheit und Zuverlässigkeit absolute Priorität.

AT&S hat verschiedene Technologien entwickelt, die den Einsatz der dort gefertigten Schaltungsträger auch in neuartigen Anwendungen am und auch im Körper des Menschen ermöglichen. Außerdem ist das Unternehmen einer der wenigen Leiterplattenhersteller, der gemäß der Norm für medizinische Geräte nach EN ISO 13485 zertifiziert ist.

Die umfangreiche Erfahrung in der Verbindungstechnologie von AT&S im Medizinbereich tragen dazu bei, Geräte für die medizinische Therapie (Hörgeräte, Neurostimulation, Herzschrittmacher, Prothesen, etc.), für die Überwachung von Vitalfunktionen (Blutzucker, Blutdruck, EKG) sowie für die Diagnose und Bildgebung (MRT, Röntgen, Ultraschall) noch kleiner , leistungsfähiger und zuverlässiger zu machen.

Die Miniaturisierung der medizinischen Baugruppen erfordert extrem kleine Verbindungslösungen und damit auch sehr kleine Leiterplattenabmessungen, mit entsprechenden Herausforderungen: Die Leiterbahnbreiten und -abstände betragen aktuell oftmals nur 50 µm und werden stetig kleiner. Zum Vergleich, die Dicke eines menschlichen Haares misst zwischen 80 µm und 120 µm. Die elektrischen Verbindungen der einzelnen Lagen werden über sehr kleine „stacked Vias“ realisiert. Eine technologische Herausforderung sind dabei die kleinen Restringe rund um die mittels Laser hergestellten Vias. Durch jahrelange Erfahrung und hohe Positionierungsgenauigkeiten können hier bereits Designs mit 150 µm Pad-Größe und 50 µm Restring realisiert werden. Auch der Lötstopplack muss sehr präzise positioniert werden. Außerdem ist zu beachten, dass sich der Polyimidverbund bei der Verarbeitung ausdehnt bzw. schrumpft. Dieser Effekt muss so weit wie möglich minimiert bzw. kompensiert werden. Um all diese hohen Anforderungen im Produktionsprozess reproduzierbar und zuverlässig erfüllen zu können, sind einerseits eine umfassende Expertise sowie andererseits der Einsatz moderner Fertigungsverfahren und Materialien unabdingbare Voraussetzungen.

Vom Hörgerät bis zur Prothese

Mit hochwertigen, zuverlässigen Technologien ist AT&S beispielsweise seit Jahren ein weltweit führender Leiterplatten-Lieferant für Hörgeräte. Auch moderne Cochlea-Implantate erfordern einen hohen Grad an Miniaturisierung und nutzen ähnliche Technologien. Ein Cochlea-Implantat ist ein elektronisches medizinisches Gerät, das über elektronische Signale die defekten Hörnerven des Innenohrs (Cochlea) stimuliert, um Signale an das Gehirn zu übertragen. Für die jeweiligen Designs sind unterschiedliche flexible Leiterplatten mit üblicherweise zwei bis sechs Lagen erforderlich. Durch den geringen Bauraum sind die Miniatursysteme als HDI (High Density Interconnection) oder Stacked-Via-Schaltungen ausgeführt.

Zur Stabilisierung des Herzrhythmus werden Herzschrittmacher oder auch Defibrillatoren implantiert. Beide Systeme dienen zur Lebenserhaltung und die verwendeten Leiterplatten müssen eine sehr hohe Qualität und Ausfallsicherheit aufweisen. Für alle hier eingesetzten Leiterplatten gelten daher spezielle Regelungen zur Prozesskontrolle, welche in internationalen Normen spezifiziert und beschrieben sind. Auch die eingesetzten Materialien müssen bestimmte Kriterien erfüllen, welche in umfangreichen Qualifikationstest regelmäßig überprüft werden. AT&S beliefert seit vielen Jahren erfolgreich, weltweit verschiedene Kunden zu diesen Applikationen und kann durch die langjährige Erfahrung einen Mehrwert in der Entwicklung von anspruchsvollen medizintechnischen Lösungen bieten.

Für die Steuer- und Regeleinheit von Prothesen werden HDI-Schaltungen eingesetzt und in den Prothesen selbst kommen flexible Leiterplatten zum Einsatz, um die dynamische Bewegung umsetzen zu können. Ein wichtiges Kriterium ist dabei, dass die hier verbaute flexible Leiterplatte ständig und mit kleinen Biegeradien bewegt wird. Dafür wird ein sehr flexibles Basismaterial mit gewalztem Kupfer eingesetzt, um die geforderten Biegezyklen und die geringen Biegeradien zu gewährleisten.Weiters wird durch spezielle Oberflächen (Carbon-Druck) die Haltbarkeit dieser stark beanspruchten Teile weiter erhöht.

Letztendlich finden extrem kompakte Verbindungstechnologien auch Verwendung in Wearables und Tracking-Systemen für die Patientenüberwachung und medizinische Lifestyle-Anwendungen. Das Spektrum reicht hier von mobilen medizinischen Messgeräten zur Blutdruckmessung bis hin zu Smart Watches und Fitness-Trackern. Auch hier ist wieder Miniaturisierung und Zuverlässigkeit gefragt, aber auch möglichst geringe Kosten. Vor diesem Hintergrund bietet die 2.5D-Technologie von AT&S zur Umsetzung von Kavitäten Vorteile. Die definierten Vertiefungen (Kavitäten) in den Leiterplatten können dazu genutzt werden, um elektronische Komponenten wie Sensoren und sogar logische Komponenten „niedriger“ zu positionieren, was dem Leiterplatten-Aufbau allgemein eine dünnere Struktur verleiht.

Dank hoch miniaturisierter Leiterplatten-Technologie als Träger für die entsprechende Elektronik sind auch „smarte Kapseln“, die im Körper bestimmte Parameter überwachen und entsprechende Daten übermitteln oder Medikamente gezielt abgeben, keine Zukunftsvision mehr.

Neben der notwendigen Miniaturisierung und den hohen Qualitätsanforderungen in der Medizintechnik ist auch die Entwicklung neuer biokompatibler Materialien eine Herausforderung. AT&S forscht hier an Materialien, die direkt im Körper zum Einsatz kommen sollen. Die Zielsetzung geht dabei in zwei Richtungen: Die Materialien sollen je nach Einsatzbereich einerseits resistent sein und zu anderem keine negativen Einflüsse auf den Mensch selbst und seine Umwelt haben.

AT&S präsentiert seine innovativen Technologien für die Medizintechnik auf der Compamed 2018 vom 12. bis 15. November in Düsseldorf (Halle 8b, Stand F04-2).





Sign up to view our publications

Sign up

Sign up to view our downloads

Sign up

Hotspots Specials 2019
24th October 2019
Germany Böblingen, Germany
IoT Solutions World Congress 2019
29th October 2019
Spain Barcelona
Maintec 2019
30th October 2019
United Kingdom NEC, Birmingham
NOAH Conference 2019
30th October 2019
United Kingdom Old Billingsgate, London
productronica 2019
12th November 2019
Germany Messe München