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2-2019

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Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement

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Dienstleister Foliendruck als Herzenssache Bild 1: Röntgenlesbare Wolfram-Bedruckung für Isolationsfolien in Kardio- Implantaten (Bild: Union-Klischee GmbH) Kurz gefasst: Neue Bearbeitungstechniken und neue Materialien ermöglichen einen immer breiter gefächerten Einsatz von Foliendruck und gedruckter Elektronik. Die Schichtdicken werden dabei immer kleiner. Autor: Carsten Schulz, Geschäftsführer von UNION-KLISCHEE GmbH info@union-klischee.de www.union-klischee.de Der technische Foliendruck macht derzeit vor allem im Bereich der gedruckten Elektronik Schlagzeilen. Die elastischen, hauchdünnen Folien eignen sich ideal zum Aufdruck leitender Materialien, um Leiter- und Widerstandsbahnen, Schaltungen oder Sensorik mit minimaler Schichtstärke direkt auf das Substrat aufzubringen. Zu den Spezialgebieten für medizintechnische Applikationen zählt jedoch auch die Bearbeitung und Bedruckung von Isolationsfolien, die z. B. in Kardio-Implan- t a t e n d i e Elektronik vor dem Gehäuse abschirmen. Während der erste, vor gut 60 Jahren eingepflanzte Herzschrittmacher in einer mit Epoxidharz vergossenen Schuhcreme-Dose verbaut wurde, sind die heutigen Geräte kleiner als flache Streichholzschachteln. Der minimierte Bauraum in modernen Schrittmachern und Defibrillatoren erfordert eine sehr dichte Bestückung nah am Gehäuse, ohne durch direkten Kontakt mit der Bild 2: Durch Konturerzeugung und thermische Umformung bieten Isolierfolien passgenauen Schutz für die Elektronik in medizinischen Apparaturen (Bild: Union-Klischee GmbH) Metallumhausung einen Kurzschluss zu verursachen. Schutzfolien für Implantate Zur Isolierung bedarf es daher spezieller Schutzfolien, die durch thermische Formgebung den Gerätekonturen angepasst werden. Bei Union-Klischee kommen hierfür Folien aus Aryphan zum Einsatz. Das temperaturbeständige Polyacrylat eignet sich für die Umformung durch thermisches Tiefziehen, verfügt über sehr gute elektrische Isolierfähigkeit und nimmt keine Fremdstoffe auf. Daher wird es auch zur Isolierung in Miniatur-EKGs verwendet, die in Herznähe zur Über wachung der Schlagfrequenz implantiert werden, um bei Herzrhythmusstörungen oder gefährlichem Kammerflimmern frühzeitig intervenieren zu können. Spezialbedruckung zur Röntgenerkennung Zudem lassen sich die Isolationsfolien als Informationsträger nutzen. Um darauf Geräte-Kenndaten mit röntgenlesbarem Aufdruck zu applizieren, hat Union- Klischee ein besonderes Siebdruck-Verfahren eingeführt, das die Druckerei seit 2015 serienmäßig zur Markierung von Implantaten anwendet. Als Druck medium dient ein speziell entwickeltes Wolfram-Farb-Gemisch, das den hohen medizinischen Anforderungen an eine stabile, abriebund hygienebeständige Beschriftung auch bei Ultraschallreinigung entspricht. Falls erforderlich kann die Festigkeit durch Überdrucken mit Schutzlack weiter erhöht werden. Die in die Druckpaste eingemischten Wolfram-Pigmente machen den Aufdruck im Röntgenbild sichtbar und ersetzen als langzeitbeständige und wirtschaftlichere Lösung die aufwändige Kennzeichnung der Implantate mittels im Gehäuseinneren eingeklebter Titanplättchen. Breites Einsatzspektrum Obgleich sich so gut wie alle industriellen Druckverfahren für den Druck elektronischer Bauteile adaptieren lassen, ist der Siebdruck für den Auftrag spezieller Pigmente und metallischer Verbindungen besonders geeignet. Andere Drucktechniken wie der Digitaldruck benötigen Spezialdüsen oder sind wie die Tampon-Bedruckung nur in Spezialfällen und bei kleineren Losgrößen rentabel. Der Siebdruck ermöglicht es, unterschiedlichste 22 meditronic-journal 2/2019

Dienstleister Bild 3: Mit auf Folien gedruckten Leiterbahnen lässt sich die Messsensorik besonders kleinformatig und flexibel gestalten (Bild: Shawn Hempel/Fotolia 32979617) Medien auf diverse Materialien und Oberflächen in hoher Qualität und Kantenschärfe aufzubringen. So lässt sich die Wolfram- Bedruckung beispielsweise auch zur Markierung von Pflastern in der Pharmaindustrie einsetzen. Derart können sie als Fremd körper im Produktionsprozess mittels Röntgentechnik sofort detektiert und die Fertigung angehalten werden, um kostspieligen Ausschuss und Ausfallzeiten zu verhindern. Als weitere Einsatzzwecke bieten sich Wolfram-Aufdrucke auf Bauchtüchern und auf aus Kunststoff gefertigten chirurgischen Instrumenten an, damit sich diese im Notfall besser auffinden lassen. Ferner zählt auch die röntgenfähige Bedruckung von Abschirmblechen, die Strahlung von umliegenden Komponenten abhalten, zum Einsatzspektrum. Variable Klebekonturen Neben der Formgebung und röntgenlesbaren Bedruckung von Isolationsfolien für Implantate fertigt Union-Klischee auch Hüllen zur Isolierung der Elektronik in medizintechnischen Instrumenten und Apparaten an. Die Materialbearbeitung der Folien aus Kapton, Makrofol oder Lexan reicht vom Lochen und Konturstanzen über die Umformung bis zum Aufbringen von Klebestellen. Abgestimmt auf die Konturerzeugung und dafür erforderliche Formflexibilität kann die Klebeschicht meditronic-journal 2/2019 sowohl auf das Substrat gedruckt als auch auflaminiert werden. Der Aufdruck ist zwar aufwändiger, lässt sich aber sehr flexibel gestalten, um komplexere Geometrien zu realisieren. Bei einfacheren Konturen sorgt das Aufbringen eines ausgestanzten Laminierfilms für sehr stabile Haftung. Als weitere Option steht mit PEEK ein Kunststoff mit hochrobusten Material eigenschaften zur Verfügung. Das chemikalienresistente, temperaturbeständige sowie gut verform- und stanzbare Material setzt Union-Klischee unter anderem zur Isolierung von Kondensatoren ein. Die mittels auflaminierter Klebeschichten zu elektronischen Baugruppen zusammengefügten Komponenten werden an ihren Kontaktstellen verschaltet und sind durch die Folie vor Fehlkontaktierung geschützt. Druckreife Elektronik Zahlreiche neue Anwendungsmöglichkeiten für den technischen Siebdruck ergeben sich im Innovationsfeld der gedruckten Elektronik. Weil die Nachfrage mit abnehmenden Material- und Fertigungskosten weiter ansteigen wird, arbeitet Union-Klischee an der technischen Umsetzung und entwickelt im Kundenauftrag spezifische Muster und Prototypen unter anderem für medizintechnische Applikationen. Isolier folien mit integrierten Leiterbahnen stellen eine äußerst platzsparende Option zur Verschaltung elektronischer Komponenten dar. Darüber hinaus können ganze Schaltbilder aufgedruckt und flexibel verformt werden, um sich auch bei dichtester Bestückung dreidimensional in jede Gehäusegeometrie einzufügen. Auf Folie gedruckte Platinen lassen sich mit weit geringerer Bauhöhe als herkömmliche Leiterplatten übereinanderschichten, durch Aufdruck von Schutzlack isolieren und an ihren Kontaktstellen zwischen den Ebenen durchkontaktieren. Perspektivisch bietet sich auch der Druck kompletter Folientastaturen einschließlich Elektronik und Bestückung an, um in wenigen Arbeitsschritten hygienische Bedienfronten für die Medizintechnik zu fertigen. Ätztechnik als Alternative Als Alternative zur gedruckten Elektronik bietet Union-Klischee mit ISOLAM ein eigenes Verfahren für geätzte Leiterbahnen an. Damit lassen sich bei Verwendung von Nickel, Konstantan oder Kupfer in Kombination mit isolierendem Folienmaterial auch besonders hohe Ströme leiten. Hierzu werden die Leiterbahnen im Sprühätzverfahren durch Werkstoffabtrag aus einem Dünnblech herausgeätzt. Diese Fertigungsmethode erspart hohe Anschaffungskosten für Stanzwerkzeuge oder Anlagen, weil die Werkstückbearbeitung mittels Fotomasken erfolgt. Da keine Spannungen, Verformungen oder Gratbildungen an den Werkstückkanten auf treten, lassen sich auch komplexe und filigrane Strukturen – beispielsweise von Präzisions-Ätzteilen zum Einsatz in Herzschrittmachern – akkurat herausarbeiten. Indem unter Reinraumbedingungen mehrere Leiterbahnen mit einem geeigneten Isolationsmaterial laminiert und verbunden werden, entstehen die biegsamen ISOLAM-Leiterbahnen, die sich dem vorhandenen Bauraum dreidimensional und platzsparend anpassen. Die 3D-Leiter dienen der flexiblen Verdrahtung in Herzschrittmachern, Defibrillatoren und anderen Elektronikbauteilen, die keinen Platz für starre Multilayer bieten. Fazit Zum Leistungsspektrum von Union-Klischee zählen neben verschiedensten Drucktechniken auch die Konturerzeugung und Material umformung von Isolierfolien für die Medizintechnik. Die Folien bearbeitung für Kardio- Implantate stellt sicher, dass die Elektronik auf engstem Bauraum gegen das Gehäuse zuverlässig abgeschirmt ist. Im Siebdruck- Verfahren werden die Folien mit einer Spezial paste bedruckt, um ihre Kennzeichnung im Röntgenbild sichtbar zu machen. Zudem treibt das Unternehmen den technischen Siebdruck im Bereich der gedruckten Elektronik voran und hat mit ISOLAM ein eigenes ätztechnisches Verfahren zur Fertigung von 3D-Leiterbahnen entwickelt, die sich elastisch in jede Gehäusegeometrie einfügen lassen. ◄ Bild 4: Im ISOLAM-Verfahren gefertigte 3D-Leiterbahnen von Union-Klischee werden unter anderem in Herzschrittmachern eingesetzt (Bild: Union-Klischee GmbH) 23

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