Schützende Schicht für kleinste Elektronikbauteile

Wie können elektronische Komponenten in medizintechnischen Implantaten oder Geräten besonders geschützt werden? Wie kann ihre Lebensdauer erhöht werden? Mit diesen Fragen setzt sich Dr. Andreas Hogg von Coat-X auseinander. Er hat eine Beschichtung entwickelt, die vielfältig eingesetzt werden kann. Auf der COMPAMED 2022 wird er im COMPAMED Suppliers Forum das Verfahren vorstellen.

Herr Dr. Hogg, Sie sind mit dem Vortrag „Ultra-tight packaging technology for wearable or implantable electronic components and PCBAs” auf dem COMPAMED Suppliers Forum by Device Med vertreten. Können Sie uns schon jetzt einen kurzen Einblick in dieses spannende Thema geben?

Andreas Hogg: Sehr gerne. Wie Sie vielleicht wissen, muss in der Medizintechnologie, zum Beispiel bei Herzschrittmachern, die Elektronik verkapselt werden. Es darf keine Flüssigkeit an die Elektronik gelangen, damit diese nicht gestört wird. Hierfür wird die Elektronik oft verkapselt, indem man zum Beispiel ein Titan- oder Stahlgehäuse verwendet. Diese hermetisch abzudichten ist aber sehr kostenintensiv und mit gewissen Problemen verbunden. Darüber hinaus werden Chips und Sensoren für die Medizintechnik immer kleiner, aber die Verpackung für diese Elektronik bleibt weiterhin groß und limitiert eine weiterführende Miniaturisierung. Es bleibt ein Leerraum, den man nicht nutzen kann. Aber für fast alle Implantate gilt, je kleiner, desto besser für die Patientinnen und Patienten. Und dies war der Grund für unsere Entwicklung, die Überlegung, eine Beschichtung zu entwickeln, die dünner ist als ein Haar und die man auf die Elektronik aufbringen kann und mit der man die Elektronik komplett abdichtet. Und diese Beschichtung schützt die Geräte bis zu zehn Jahre! Für die Beschichtung haben wir einen speziellen Prozess entwickelt, mit dem wir jedes dreidimensionale Bauteil in einer Vakuumkammer beschichten können. Hierfür leiten wir spezielle Gase ein, wodurch die Beschichtung um das Bauteil deponiert wird. Dieses Gas bietet einen großen Vorteil. Die Gasmoleküle sind sehr klein und volatil wie zum Beispiel Luft – dadurch können diese kleinen Gasmoleküle auch in kleinste Ritzen oder Spalten eindringen wie zum Beispiel unter einer elektronischen Komponente. Diese Technologie ist eine komplett dreidimensionale Beschichtung. Die deponierte Schicht ist so dünn wie Haushaltsfolie, sie liegt im Bereich von einigen µ-Metern. Die hohe Dichtigkeit gegenüber Flüssigkeiten konnten wir erreichen, indem wir feinste Glasbarriereschichten in den Kunststoff integriert haben. Diese sind nur mehrere 100 Nanomillimeter dick und bestehen aus Glas. Und dieses Glas können wir mit in der Gasphase abscheiden. Das heißt, für Implantate, welche diese hohen Dichtigkeitsanforderungen haben, benutzen wir dieses Kompositmaterial: Dafür scheiden wir zuerst den polymerischen Grundstoff Parylene ab, dann kommt eine Glasschicht, dann wieder Kunststoff und so weiter. Und je öfter wir diesen Vorgang repetieren und je mehr Glasbarriereschichten wir einbauen, desto dichter wird die Beschichtung und umso länger hält das Implantat im Körper.

Sie können also die Dicke und die Dichtigkeit der Schicht je nach Bauteil variieren?

Hogg: Genau, wir können die Schicht je nach Bedarf variieren. Wir haben das Verfahren unter anderem an Neuroimplantaten getestet. Wir haben mit unserer Beschichtung verkapselte Implantate in eine physiologische Lösung gelegt und auf 80 Grad Celsius aufgeheizt. So konnten wir eine Verwendung des Implantats für eine Lebensdauer von etwa 14 Jahre bei einer Körpertemperatur von 37 Grad Celsius simulieren. Wir können also sagen, dass dieses Implantat bis zu 14 Jahre im menschlichen Körper funktionieren würde.

Darüber hinaus haben wir Mikroventile beschichtet, die ins Auge implantiert werden, um den Augendruck zu kontrollieren. Diese beinhalten einen Neodym-Eisen-Bor Magneten (abgekürzt NdFeB Magnet), der sehr schnell korrodiert, weshalb er eine speziell hochhermetische Schutzschicht benötigt.

Auch Wearables sind interessant für uns. Sie sind durch Schweiß oder auch durch Wasser besonders anfällig für Korrosion in der Elektronik. Unsere Beschichtung erhöht ihre Lebensdauer erheblich.

Das heißt, Ihr Verfahren findet nicht nur in der Medizintechnik Anwendung, sondern auch in anderen Produktbereichen?

Hogg: Ja, es ist vielfältig in vielen Elektronikbereichen einsetzbar.