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Leiterplatten

Neue Dimensionen dank Miniaturisierung I

10. Mai 2021, 09:29 Uhr   |  Klaus Haimlinger (AT&S)

Neue Dimensionen dank Miniaturisierung I
© AT&S

Flexible und Rigid-Flex Leiterplatten wie in der Darstellung kommen in einer Vielzahl von medizinischen Anwendungen zum Einsatz.

Flexible und starr-flexible Leiterplatten

Hersteller medizintechnischer Geräte sind zunehmen gefordert, immer mehr Funktionen auf immer kleinerem Raum unterzubringen. Beim Patientenmonitoring beispielsweise soll das Gerät am besten direkt im Körper arbeiten, ohne dass der Träger davon etwas merkt. Das Gebot der Stunde in diesem Zusammenhang lautet Miniaturisierung. 

Die Wege, um medizinische Applikationen zu verkleinern, sind vielfältig und stellen Entwickler und Hersteller vor zahlreiche neue Herausforderungen. Höchstmögliche Stabilität und Ausfallsicherheit müssen genauso gewährleistet werden wie niedrigster Energiebedarf und die schnellste Übertragung von Daten. Das hohe Maß an Komplexität ist aber nicht nur im Produkt selbst zu finden. So bringt auch das Management und die Qualitätskontrolle der Lieferkette hohen Aufwand mit sich und stellt einen nicht zu vernachlässigenden Kostenfaktor dar. 

Miniatur-Leitplatten für ein Leben ohne Einschränkungen

Beim Versuch diesen Herausforderungen zu begegnen, schaffen moderne Leiterplatten- und Verbindungsverfahren einen Mehrwert, der sowohl bei Produzenten als auch beim Anwender eine Reihe von Vorteilen mit sich bringt. Durch die Kombination unterschiedlicher Produktionstechnologien und -prozesse wird die Leiterplatte selbst zu einer Hightech-Komponente, die weit mehr ist als bloßer Träger von Mikrochips und Sensoren. 

Indem Hersteller frühzeitig Leiterplattenexperten einbinden, ist es möglich, den Entwicklungsprozess signifikant zu verkürzen sowie Kosten einzusparen. Und durch die gestiegenen Verbindungsmöglichkeiten bietet die Endanwendung mehr Funktionalität, mehr Sicherheit und mehr Lebensqualität.

Vorteile flexibler Leiterplatten

Wie bereits eingangs erwähnt steigen die Anforderungen an Leiterplatten hinsichtlich der Miniaturisierung signifikant. Ein komplexerer Lagenaufbau und immer kleinere Abstände und Breiten bei den Leiterzügen haben in den letzten Jahren spannende Entwicklungen möglich gemacht. Auch wenn mittlerweile Line and Space von 25 µm durch neue technische Prozesse realisierbar sind, ist dieser Spielraum aufgrund technischer sowie physikalischer Grenzen irgendwann ausgereizt. Eine weitere Einschränkung sind die elektronischen Komponenten auf der Oberfläche (surface mount devices), die nicht immer in der gleichen Geschwindigkeit schrumpfen wie die Leiterplatte selbst.

Eine Lösung für diese Herausforderungen liegt im Einsatz von flexiblen oder starr-flexiblen Leiterplatten. Dabei kommt eine dünne, flexible Leiterplatte mit großer Oberfläche und somit genug Platz für die SMT-Bestückung (surface mount technology) zum Einsatz, die im Einbauprozess zusammengefaltet wird und somit auf engstem Raum genügend Fläche bietet. 

Weitere Vorteile von flexiblen Leiterplatten sind, dass sich Steckverbindungen und Verkabelungen ersetzen lassen. Das bedeutet für die Hersteller weniger Prozessschritte, einen einfacheren Einbau und niedrigere Kosten bei gleichzeitig höherer Qualität. Zusätzlich sind die Verbindungen resistenter und zuverlässiger was äußere Einflüsse wie Stöße oder Vibrationen betriff.

Einsatz in Hörgeräten und Kathetern

Der Einsatz von flexiblen Leiterplatten eröffnet auch in den Bereichen Produkt- und Funktionsgestaltung neue Möglichkeiten, zum Beispiel neue und ansprechendere Designs bei Hörgeräten. Neben optischen sind aber auch neue funktionelle Verbesserungen bei Medizintechnik-Anwendungen möglich. Ein Beispiel dafür ist ein Katheter zur dreidimensionalen Herzvermessung: Beim Einführen über das Blutgefäß ist der Katheter zusammengefaltet und der Durchmesser so klein wie möglich und wird erst im Herzen aufgespannt, um die Sensoren auf den flexiblen Leiterplatten in die richtige Position zu bringen. 

An diesen Beispielen zeigt sich das breite Einsatzgebiet von flexiblen Leiterplatten, das durch die aktuellen Trends und Entwicklungen hin zu Wearable Devices und Smart Patches in der Medizintechnik noch weiterwachsen wird.

Quellen

[1] K. Haimlinger: Neue Dimensionen in der Platinen-Miniaturisierung. medical design 1/2021 (27. März 2021), S. 30 – 31 (Hier geht’s zum kostenfreien ePaper)
 

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