Frau Dr. Schreivogel, welche Anforderungen muss ein Material erfüllen, um als Basismaterial für Leiterplatten für medizinische Anwendungen infrage zu kommen?

Leiterplatten

Die Chemikerin Dr. Alina Schreivogel widmet sich vor allem der Frage geeigneter Materialien für die Elektronik in der Medizintechnik. Würth Elektronik

Dr. Alina Schreivogel Im Kern geht es zunächst darum, konventionelle Prozesse einer Leiterplattenfertigung auf neuen Materialien anwenden zu können. Bei den verwendeten Materialien sind im Bereich Medizintechnik und Elektronik zudem Eigenschaften wie etwa Dehnbarkeit und Hautverträglichkeit wichtig. Die weichen und hautfreundlichen Eigenschaften der Polyurethane sind nach unserer Einschätzung prädestiniert für den Einsatz in medizinischen Anwendungen. Elektronische Systeme, die bei mechanischer Verformung ihre Funktionalität beibehalten, können in der Anwendung beispielsweise an beliebig geformten Flächen angepasst werden oder reversible Dehnung bewältigen. Leiterplatten, die das können, lassen sich auch in vielen Bereichen wie Medizintechnik oder medizinische Prothetik, Softrobotik, Wearables oder Textilien einsetzen.

Welche Folgen hat das für die Leiterplattenproduktion?

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Diese Leiterplatte aus Polyurethan besitzt mehrere Elektrodenelemente mit Silber-Oberfläche und kann bei der Rehabilitation gelähmter Muskeln eingesetzt werden, etwa nach einem Schlaganfall. Würth Elektronik

Die neuen Trends aus den genannten Bereichen beeinflussen die Entwicklung der Elektronik. Wir stoßen auf neue Anforderungen, die in der Vergangenheit keine oder nur eine untergeordnete Rolle spielten, in der Zukunft aber für diese Anwendungsfälle unerlässlich werden. Nicht immer steht die elektrische Performance im Vordergrund, sondern Eigenschaften wie die Dehnbarkeit oder die Weichheit sind für die Kunden das entscheidende Argument. Für uns Leiterplattenhersteller bedeutet dies, innovative Lösungen zur Dehnbarkeit, Hautverträglichkeit aber auch zur Waschbarkeit eines Schaltungsträgers zu finden. Dehnbare Polyurethan-Leiterplatten, sogenannte Twinflex-Stretch-Leiterplatten, werden in angepassten, jedoch konventionellen nasschemischen Ätztechniken realisiert, wobei sich die Dehnbarkeit der metallischen Leitern durch spezielles Mäander-Design erreichen lässt. Aufgrund der niedrigen Erweichungstemperatur von Polyurethan werden die Stretch-Leiterplatten in einem Niedrigtemperatur-Reflowprozess bestückt. Hier kann man ein bei ungefähr 140 °C verarbeitetes Lot auf Zinn/Bismut-Basis einsetzen.

Klingt einfach. Aber ist es das auch?

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Dehnbare Leiterplatte. Würth Elektronik

Leider nein. Bei der dehnbaren Leiterplatte in der industriellen Herstellung gilt es mehrere Parameter zu berücksichtigen. Wir mussten einige Jahre Entwicklungsarbeit in diesem Bereich leisten. Doch jetzt sind wir aus der Forschungsphase raus und die hochelastischen Polyurethan-Folien finden Einzug in die Leiterplattentechnik. Polyurethan weist eine gute physikalische und chemische Stabilität auf. Es ist für Leiterplatten in 50–200 µm Dicke erhältlich und wird bei < 180 °C verarbeitet. Die dünnen, transparenten Folien wurden ursprünglich nicht für die Leiterplattenindustrie entwickelt. Das erschwert den Zugang auf die kupferkaschierten Basismaterialien. Diese stellen wir im ersten Produktionsschritt durch den Laminierprozess mit Kupferfolien selbst her. Die Haftung von Kupfer auf Polyurethan ist übrigens exzellent. Im Anschluss greifen wir auf die konventionellen nasschemischen Strukturierungs- und Ätzprozesse zurück.

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