Turck Duotec Autoklavierbarer Schutz für Medizinelektronik

Bei der Entwicklung von Geräten für die Medizintechnik ist dem Schutz der eingesetzten Elektronik besonderes Augenmerk zu schenken. Die Direktumspritzung hat sich hier als zuverlässiges, reproduzierbares Verfahren bewährt.

Anbieter zum Thema

FAULHABER Antriebssysteme

Camozzi Automation GmbH

FOBA Laser Marking + Engraving | ALLTEC Angewandte Laserlicht Technologie GmbH

duotec SA.

Turck duotec GmbH

mehr weniger

duotec GmbH

weniger

Wenn elektronische Medizingeräte körpernah oder im Körper arbeiten, kann deren Elektronik mit Patientenflüssigkeiten in Kontakt kommen. Um solche Geräte anschließend wieder verwenden zu können, müssen sie vor dem nächsten Einsatz aufbereitet werden. Alle potenziell schädlichen Organismen und Stoffe werden entfernt oder in einen unschädlichen Zustand gebracht.

Autoklavieren gefährdet die Elektronik

Die Reinigung erfolgt in der Regel durch einen Waschgang mit anschließender Sterilisierung in einem Autoklaven. Das gefährdet durch die hohen Temperaturen von 121 bis 137 °C und den vorherrschenden Dampfdruck von 2 bis 3 bar die Dichtigkeit des Elektronikschutzes. Der vorausgehende Waschgang mit aggressiven Reinigungsflüssigkeiten stellt zudem hohe Anforderungen an die chemische Beständigkeit der Gehäuse. Problematisch für die Elektronik: Ablagerungen oder Infiltrierungen von Flüssigkeiten können zu Kurzschlüssen oder gar einem Komplettausfall führen. Angriffspunkte sind dabei vor allem die Schnittstellen verschiedener Materialien, an denen es infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten zur Materialermüdung kommen kann. Materialien, die in direktem Körperkontakt stehen, müssen zudem biokompatibel sein.

Turck Duotec

Umspritzte autoklavierbare Elektronik und miniaturisierte Baugruppen

Das Verfahren der Direktumspritzung

Zum Schutz elektronischer Baugruppen hat sich hier die Direktumspritzung als zuverlässiges, reproduzierbares Verfahren bewährt. Ein 3D-Kunststoffgehäuse wird dafür direkt um die elektronischen Baugruppen spritzgegossen. In Sachen Material und Formgebung auf die Elektronik sowie auf die geplante Verwendung sorgfältig abgestimmt, entstehen so optimale Lösungen in Bezug auf Schutz, Platzbedarf, Gewicht und Präzision.

Schon seit 1997 verwendet Turck Duotec als Elektronikdienstleister hierfür Thermoplaste, Schmelzklebstoffe (Hotmelt) und Duroplaste. Alle Materialien haben dabei ihre spezifischen Eigenschaften und werden nach den Schutzanforderungen der zu erwartenden Umgebung der elektronischen Baugruppe ausgewählt. Dafür muss das Material die passenden chemischen und mechanischen Eigenschaften aufweisen und in Bezug auf die Schmelztemperatur und den Schmelzindex (MFI) kompatibel mit den elektronischen Bauteilen sein. Denn ist die Temperatur zu hoch, schmelzen die Lötverbindungen oder die Eigenschaften der Bauteile verändern sich. Ist der Druck zu hoch, werden die Bauteile durch den Kunststoff abgerissen oder beschädigt. Durch eine sorgfältige Auswahl und Abstimmung des Prozesses lassen sich auch Leiterplatten aus Keramik umspritzen, um sie beispielsweise für Druck- und Kraftsensoren einzusetzen.

Erwärmung und Druck simulieren

Die Erwärmung und der Druck auf die Komponenten werden hierfür von Turck Duotec simuliert. Sie hängen nicht nur vom Layout der Leiterplatte ab, sondern auch von den Positionen der Einspritzpunkte und dem Material. Die Robustheit ist ebenfalls abhängig von der Baugruppe und den eingesetzten Bauteilen. Sie wird von den Ingenieuren von Turck Duotec in jedem Projekt individuell validiert. Standardtests umfassen neben Temperaturschocktests und Autoklaviertests auch Prüfungen der chemischen Beständigkeit und Dichtigkeit gegenüber Flüssigkeiten und Gasen.

Mehr als 2.000 Autoklavier-Prozessen widerstehen

Fazit: Die Direktumspritzung ergänzt bekannte Verfahren wie Vergießen, Verschäumen, Lackieren oder Beschichten und eignet sich insbesondere für kleinere und miniaturisierte Baugruppen. Der Vorteil liegt in der sehr genauen Positionierung der Leiterplatten im Gehäuse, was zum Beispiel bei Feuchtesensoren und induktiven Sensoren eine wichtige Rolle spielt.

Eine spezifische Materialpaarung lässt auch Kabelmantel beziehungsweise -litze mit dem Gehäuse verschmelzen und bildet so eine kohäsive Fügestelle. Dadurch wird ein Schutzgrad von IP68 erreicht.

Das Material kann unter kontrollierten Bedingungen, zum Beispiel im Reinraum, eingesetzt und verarbeitet werden. In Labortests wurden elektronische Testbaugruppen bereits über 1.000 Mal autoklaviert und blieben funktionsfähig. Zielwerte für die Autoklavierung können aber schon auch mal 2.000 Zyklen übersteigen. Daher arbeitet Turck Duotec stetig an der Verbesserung seiner Materialien und Prozesse.

Der Autor Dr. Victor Callegari ist Direktor Business Development bei der Turck Duotec S.A. in Delémont, Schweiz.

Weitere Artikel über Elektronikfertigung finden Sie in unserem Themenkanal Fertigung.

(ID:44505443)