Leiterplatten und Baugruppen
Flexible Schaltungen
Neben der biologischen Verträglichkeit ist die Flexibilität eine wichtige Eigenschaft für Schaltungssubstrate in medizinischen Implantaten oder temporär im Körper verbleibenden Baugruppen. Neue Entwicklungen bei flexiblen Baugruppen eröffnen viele neue Anwendungsbereiche.
Überwiegend in diagnostischen Geräten, aber auch in medizinischen Implantaten kommen die flexiblen Schaltungsträger (Flex-Schaltungen) zum Einsatz, die Cicor Microelectronics entwickelt und fertigt. Dank einer Gesamtschaltungsdicke von unter 0,1 mm lassen sie sich auch an Stellen in Baugruppen einfügen, in denen Standardlösungen keinen Platz finden. Ein Beispiel ist ein Netzhautimplantat, mit dessen Hilfe einem erblindeten Menschen ein Teil des Sehvermögens wiedergegeben werden kann. Der Hersteller produziert einen flexiblen Dünnschicht-Träger, der direkt in das menschliche Auge implantiert wird.
Im Zentrum steht ein Dünnschichtsubstrat für medizinische Anwendungen. Für die Herstellung des Substrats können nur biokompatible Metalle verwendet werden, etwa Gold, Titan oder Platin. Die größte Herausforderung ist die Komplexität des Substrataufbaus: Der Widerstand der Leiterbahn muss einen minimalen Wert haben, da beim Implantat mit geringem Leistungsverbrauch gearbeitet werden muss. Mit Dünnschichttechnologie ist so ein funktionierendes und zuverlässiges Keramiksubstrat für die anspruchsvolle Anwendung in einem Retinaimplantat entstanden.
Das Implantat setzt sich aus drei Hauptteilen zusammen: einem Chip zur Bilderkennung und -verarbeitung, einem Dünnschichtsubstrat sowie der drahtlosen Stromversorgung mit Anschlusskabel zum restlichen Implantat. Das eigentliche Herzstück ist der CMOS-Mikrochip von etwa 3 mm Kantenlänge, auf dem 40 x 40 Pixel mit einer Größe von je circa 70 µm x 70 μm angeordnet sind. Entscheidend ist die Verbindung vom Chip zur weiteren Peripherie. Diese wichtige Rolle übernehmen das flexible Substrat und die Dünnschichtkeramik.
Eine Gewichtsfrage
Zudem sind flexible Schaltungen deutlich leichter als starre Platinen (Bild 1). Die dünnen, biegsamen und dehnbaren Baugruppen ermöglichen Kon-strukteuren ganz neue Möglichkeiten bei der Entwicklung therapeutischer und diagnostischer Instrumente. Dank der biokompatiblen Materialien lassen sich elektronische Systeme
fertigen, die über viele Jahre zuverlässig den Blutzuckerspiegel erfassen, in »intelligenten« Implantaten Daten speichern oder in Kathetern
eine umfassende Anzahl von Funktionen zulassen. Kombinationen mit weiteren Materialien, die dehnbare Strukturen ermöglichen, sind momentan in der Entwicklung. Der Einsatz von Flex-Schaltungen in Textilien, »Smart Textiles«, zur Überwachung der Körperfunktionen von Sportlern ist denkbar. Elektronische Tattoos, die direkt auf die Haut aufgebracht werden, sind bereits Realität.
Entscheidend für die Zuverlässigkeit eines Produkts ist die Montage. Speziell für die Medizintechnik ist die präzise Mikromontage unabdingbar. Auf ESA-qualifizierten Linien werden bei Cicor Teile in gleichbleibender Qualität in Serie gefertigt. Mit hoher Präzision werden fein strukturierte Dünnschichtschaltkreise mit passenden Bausteinen bestückt. Mithilfe geeigneten Equipments und entsprechendem Personal appliziert das Unternehmen auch extrem miniaturisierte Bauteile direkt vom Wafer auf die Substrate. Auf 200 µm x 200 µm können mehrere Kontakte aufgebracht und bestückt werden. Drahtbonden auf den Chip ist von 12,5 µm bis 500 µm Durchmesser möglich, und die vollautomatische Mikromontage kann kleinste Bauteile bis SMD-Baugröße 01005 verarbeiten.
Über den Autor:
Clea Stelzer ist in der Abteilung Corporate Communications bei Circor tätig.
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