Rundum geschützt

Autoklavierbare Direktumspritzung für Medizinelektronik

04. Mai 2020, 11:30 Uhr   |  Dr. Victor Callegari

Autoklavierbare Direktumspritzung für Medizinelektronik
© Turck duotec

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Autoklavier- und miniaturisierbar dank Compound-Know-how

Elektronische Geräte haben beim Einsatz im medizinischen und klinischen Umfeld bestimmte Hygieneanforderungen zu erfüllen: Sie müssen wasch- und sterilisierbar sowie chemisch und thermisch beständig sein. Denn sie kommen unter anderem mit verschiedenen Flüssigkeiten, wie etwa Blut, aber auch aggressiven Reinigern in Kontakt und werden bei hohen Temperaturen und Drücken autoklaviert. Um Kurzschlüsse der Elektronik zu vermeiden, ist das Eindringen von Flüssigkeiten oder Dampf auf jeden Fall zu verhindern.

Turck duotec, ein auf die Entwicklung und Fertigung von Elektroniklösungen spezialisierter EMS-Dienstleiter, bietet einen speziellen Elektronikschutz an, der bis zu 3.000 Autoklavierzyklen übersteht. Die autoklavierbare Direktumspritzung mit biokompatiblen Thermoplasten, Hotmelts (Schmelzklebestoffen) und/oder Duroplasten legt ein homogenes 3D-Kunststoffgehäuse um die Elektronik. Das Spritzgussverfahren verkapselt auf diese Weise die elektronische Platine mit dem Polymer.

Hinzu kommt: Der für die Elektronik zur Verfügung stehende Platz in medizinischen Geräten ist oft sehr beschränkt. Ziel ist es daher, sowohl die Elektronik als auch deren Schutz zu miniaturisieren – bei gleichzeitiger Kostenminimierung und ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen. Das trifft insbesondere auf Einweg-Medizinprodukte zu. Beim autoklavierbaren Umspritzen können durch geschickte Materialpaarung Kabelmantel oder -litzen mit dem Gehäuse verschmelzen und so eine kohäsive Fügestelle mit einem Schutzgrad von IP68 bilden. Schmelztemperatur und Schmelzindex (MFI) sind auf die elektronischen Bauteile abgestimmt, sodass Lötverbindungen nicht zerstört und die Bauteile in ihren Eigenschaften weder verändert noch beschädigt werden.

Auf den Kunststoff kommt es an

Das Umspritzen bietet einen vollständigen Schutz sowohl gegenüber mechanischen Einwirkungen als auch gegenüber dem Eindringen von Chemikalien in flüssiger und sogar gasförmiger Form. Der Platzbedarf bleibt gering. Die Dicke der Schutzwand lässt sich lokal auf eine Stärke von < 0,5 mm reduzieren. 

Für die spätere Leistungsfähigkeit der Geräte ist die Art des verwendeten Kunststoffs entscheidend. Die üblicherweise angebotenen Schmelzklebstoffe weisen insbesondere in Bezug auf die chemische Beständigkeit Grenzen auf. Das haben Tests bestätigt. Turck duotec bietet daher verschiedene thermoplastische oder duroplastische Compounds an, die sich für unterschiedliche Anwendungsfälle eignen: von transparenten Werkstoffen mit geschlossener Grenzfläche bis hin zu hoch chemikalien- und temperaturbeständigen Materialien (über 130°C).

Neben der autoklavierbaren Direktumspritzung übernimmt Turck duotec für Hersteller von medizintechnischen Geräten auch die Miniaturisierung der Elektronik, die Formgebung in 3D und die Fertigung von Gehäuseteilen. Daneben stehen weitere Schutzverfahren der Elektronik zur Auswahl wie etwa das Tauch- und Selektivlackieren (auch ATEX-konform), die Fluorpolymerbeschichtung oder den Verguss mit Polyurethan beziehungsweise Epoxid. Abschließend erfolgen Tests der elektronischen Funktion und der Funktionalität des Elektronikschutzes.

Beispielanwendungen aus der Chirurgie

Die ersten von Turck duotec entwickelten autoklavierbaren Sensoren und Elektronikmodule mit bis zu 3.000 Autoklavzyklen wurden im Bereich der Endoskopie und der chirurgischen Elektrowerkzeuge auf den Markt gebracht. Zusätzlich hat der Elektronikdienstleister miniaturisierte 3D-Beleuchtungslösungen auf LED-Basis mit integrierter Stromversorgung entwickelt, womit sich die Lichtquelle in unmittelbarer Nähe zum »Arbeitsbereich« der Elektrowerkzeuge positionieren lässt. Zu den jüngsten Neuerungen beim Umspritzen zählt die Möglichkeit, Elektronik mit PTFE (Polytetrafluorethylen)- beziehungsweise Teflondrähten bis zur Autoklavierbarkeit zu versiegeln. Der Prozess wird in Kürze auch auf Metallverbinder ausgeweitet.

Autor

Dr. Victor Callegari ist Business Development Manager bei der Turck duotec S.A. 

Unternehmen

Turck duotec ist ein auf die Entwicklung und Fertigung von kundenspezifischer Elektroniklösungen spezialisierter EMS-Dienstleiter mit Standorten in Deutschland, der Schweiz und Mexiko. Kerngeschäftsbereiche sind die Medizintechnik, die Gebäudeautomation und die Mobilität.

Die Turck duotec S.A., Delémont (Schweiz), ist nach EN ISO 13485 zertifiziert und hat erst jüngst seine Expertise in der Elektronikentwicklung und -fertigung in Kooperation mit Studierenden der EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) und dem Smart Health Start-up IcosaMed in Neuchatel unter Beweis gestellt. Die Kooperationspartner entwickeln gemeinsam einen »SmartBra« zur Früherkennung von Brustkrebs. Turck duotec produziert das Sensorsystem bestehend aus piezoelektrischen Komponenten, der zentralen PCB-Leiterplatte und flexiblen Flachkabeln zum Anschluss von Ultraschallelementen.

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