Dehnbare Leiterplatte mit integrierter Elektronik und gedruckten Elektroden – ein ausgesprochen nachgiebiges und biokompatibles Substrat für Smart Patches. (Bild: Würth Elektronik Circuit Board Technology)
Würth Elektronik Circuit Board Technology war einer von 31 europäischen Partnern, die gemeinsam das Projekt „Advanced packaging for photonics, optics and electronics for low cost manufacturing in Europe” – kurz Applause – durchgeführt haben. Das Projekt hatte das übergeordnete Ziel, die Halbleiter-Wertschöpfungskette für den Medizinsektor in Europa durch die Entwicklung neuer Werkzeuge, Methoden und Prozesse für die Serienfertigung zu stärken.
Die Projektpartner setzten sich aus Unternehmen aus den Bereichen Elektronik-Packaging, Optik und Photonik sowie Anlagenherstellern und Medizintechnik-Experten zusammen. Das auf drei Jahre ausgelegte Projekt mit einem Gesamtbudget von 34 Mio. Euro wurde durch ECSEL JU (Electronics Components and Systems for European Leadership Joint Undertaking) im Rahmen des EU-Förderprogramms Horizon 2020 gefördert und war eine Innovationsmaßnahme der Europäischen Kommission im Bereich Elektronikforschung.
Wärmebildgeräte und minimalinvasive Implantate
Würth beteiligte sich an drei Anwendungsszenarien. Zum einen entstand ein hybrides panel-level Packagingverfahren für den Einsatz in einer Wärmebildkamera. Dabei bildeten Leiterplatten die Basis für die Aufbau- und Verbindungstechnik des Systems-in-Package (SiP). Entwicklungsschwerpunkte waren die Leiterplattentechnik, das Drahtbonden sowie die Verkapselung von großen optischen Chips.
Um Kontraktionen am Herzen zu messen, wurde ein Katheter mit Beschleunigungssensoren ausgestattet. Würth hat das Design der Leiterplatten begleitet sowie die Fertigung der Substrate übernommen. Dazu wurden neuartige ultraflexible und starrflexible Aufbauvarianten mit dem Projektpartner Osypka konzipiert und die Leiterplatten auf Basis der hautfreundlichen Substrate hergestellt.
Intelligente Pflaster
Würth beteiligte sich außerdem an der Entwicklung eines intelligenten Pflasters (Smart Patch) zur Herzüberwachung. Daraus resultierten zwei Systeme: ein Mini-Patch (drei Elektroden, kurzfristige Überwachung) und ein Maxi-Patch (sechs Elektroden, längere stationäre Überwachung). Das das Unternehmen fokussierte auf das Layouting und die Fertigung der dehnbaren Substrate und zeigte einen völlig neuen Integrationsansatz. Die Grundlage bildete eine flexible und dehnbare Leiterplatte, die auf Thermoplastischem Polyurethan (TPU) basierte. Diese ließ sich mit Standard-Produktionstechniken herstellen und brachte viele Vorteile der traditionellen PCB-Techniken wie die Montage von Komponenten mit Pick-and-Place-Maschinen. Diesen Vorteil nutzte die Integration der elektrischen Funktionalitäten in ein duales System-in-Package-Design (SiP), das sich direkt auf der flexiblen/dehnbaren Leiterplatte montieren ließ.
Die gedruckten Elektroden direkt auf der flexiblen Leiterplatte sowie die Integration der gesamten Elektronik in ein textiles Substrat haben die Entwicklung der medizinischen Patches zur Überwachung der Körperfunktionen entscheidend vorangebracht. Die Miniaturisierung und dichte Integration führte zu einem unauffälligen Formfaktor, während sich die dehnbare Leiterplatte ein ausgesprochen nachgiebiges und biokompatibles Substrat erwies. Neben Würth waren u. a. Fraunhofer IZM, Fraunhofer ENAS, Interuniversitair Micro-Electronica Centrum (IMEC) und Precordior OY an der Umsetzung dieses Anwendungsfalls beteiligt.
