Herstellung medizinischer Leiterplatten
Vom Entwurf bis zur Montage
Medizinische Leiterplatten sind ein spezieller Leiterplattentyp, der in der Medizinbranche eingesetzt wird. Mit der Umstellung der chinesischen Medizin von der traditionellen chinesischen auf die westliche Medizin ist die Nachfrage nach medizinischer Elektronik dramatisch gestiegen. Dies hat die Entwicklung der chinesischen Fertigungs- und Montagetechnologie für medizinische Leiterplatten vorangetrieben und RICH PCBA zu einem zuverlässigen Hersteller von Leiterplatten für medizinische Geräte gemacht. Die von RICH PCBA produzierten medizinischen Schaltkreise finden breite Anwendung in verschiedenen medizinischen Geräten, darunter Ultraschallgeräten, Patientenüberwachungsgeräten, medizinischen Bildgebungssystemen und anderen Geräten, die eine präzise und zuverlässige elektronische Steuerung erfordern. Diese Leiterplatten spielen eine entscheidende Rolle bei der Steuerung und Regelung der elektronischen Funktionen medizinischer Geräte.
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Wenn Sie einen erstklassigen Hersteller medizinischer Leiterplatten/PCBAs suchen, sind Sie bei RICH PCBA genau richtig. Da medizinische Elektronik mit der menschlichen Gesundheit in Zusammenhang steht, muss sie strenge Sicherheits- und Zuverlässigkeitsstandards erfüllen. Darüber hinaus erfordern einige implantierbare medizinische Elektronikkomponenten höhere Genauigkeit und Stabilität. Sie müssen daher für raue medizinische Umgebungen ausgelegt sein, mehr Tests in der Herstellung erfordern und die Lötqualität der Komponenten während der Montage usw. sicherstellen.
● Schnelle Bearbeitung
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Welche medizinischen elektronischen Leiterplatten wurden hergestellt?
Seit dem Ausbruch der COVID-19-Pandemie ist die weltweite Nachfrage nach Medizinelektronik ungebrochen hoch. Vor diesem Hintergrund hat RICH PCBA zahlreiche Anfragen aus der Medizinbranche erhalten. Derzeit fertigen wir hauptsächlich medizinische PCBA für elektronische Stirnthermometer. Wir fertigen jedoch auch PCBA für andere medizinische Geräte wie CT-Scanner, OP-Leuchten und eine Reihe weiterer Produkte. Im Folgenden finden Sie einige Beispiele für PCBA für medizinische Produkte, die wir unseren Kunden anbieten können:
● Herzschrittmacher
● Defibrillatoren
● Atemschutzmasken
● Pflegemonitor
● Elektrischer Rollstuhl
● Digitale Ernährungspumpen
● MRT-Geräte
● Patientensuche
● Cochlea-Implantate
● Scan-Technologie
● Steuerungssysteme
● Insulinpumpen
Herstellung medizinischer Leiterplatten
Schritt 1: Design-Bildgebung
In diesem Schritt wird die Fabrik zur Herstellung medizinischer Leiterplatten in den Prozess einbezogen und verwendet einen Plotterdrucker, um die Designdateien für Leiterplatten in Filme umzuwandeln, die als Fotonegative des Diagramms dienen.
Beim Bedrucken der Leiterplatte werden auf den Innenschichten zwei Tintenfarben verwendet:
● Schwarze Tinte stellt die Kupferspuren und Schaltkreise auf der Leiterplatte dar.
● Klare Tinte stellt wie die Glasfaserbasis die nichtleitenden PCB-Teile dar.
Die äußere Schicht hat:
● Kupferbahnen, die durch klare Tinte angezeigt werden.
● Der Bereich, in dem das Kupfer weggeätzt wird, ist mit schwarzer Tinte markiert.
Schritt 2: Innere Schicht aus gedrucktem Kupfer
In diesem Schritt werden die Innenlagenschaltungen für medizinische Leiterplatten hergestellt, um Leiterbahnen auf verschiedenen Lagen zu erzeugen. Wenn Ihr Projekt eine komplexere mehrlagige medizinische Leiterplatte erfordert, muss dieser Schritt wiederholt werden, bis alle Innenlagenschaltungen gedruckt und geätzt sind. Abschließend werden sie ausgerichtet und laminiert, um eine vollständige Innenlage zu bilden. Die einzelnen Arbeitsschritte sind wie folgt:
1. Laminieren Sie Kupferschichten auf jede Seite des Glasfasersubstrats.
2. Richten Sie eine dünne Folie an den Kupferschichten aus und legen Sie sie darauf.
3. Verwenden Sie ultraviolettes (UV) Licht, um das darunterliegende Kupfer auszuhärten und zu schützen.
4. Verwenden Sie eine chemische Lösung, um die Leiterplatte zu entwickeln und nicht ausgehärtete transparente Tinte zu entfernen. Zurück bleiben Kupferspuren und -schaltkreise.
5. Entfernen Sie überschüssige Kupferfolie durch Ätzen. Verwenden Sie dabei schwarze Tinte auf der Folie, um sicherzustellen, dass nur das Kupfer in den unerwünschten Bereichen weggeätzt wird.
Schritt 3: Kombinieren verschiedener Ebenen
Nachdem alle notwendigen Innenschichten geätzt, bedruckt und laminiert wurden, um die Sauberkeit zu gewährleisten, müssen die verschiedenen Schichten zu einer vollständigen Leiterplatte zusammengefügt werden. Dazu wird gebohrt, um die Verbindung mit den Innenschichten herzustellen. Die meisten Hersteller verwenden herkömmliche CNC-Bohrungen, die für medizinische Leiterplatten mit hohen Präzisionsanforderungen jedoch möglicherweise nicht ausreichen.
Nehmen wir zum Beispiel Leiterplatten für medizinische Herzschrittmacher: Selbst typische Geräte können über hundert Bohrlöcher aufweisen, von komplexeren Geräten ganz zu schweigen. Die für die Herstellung benötigte Zeit ist nur ein Aspekt der Herausforderung; noch kritischer ist, dass jede noch so kleine Abweichung zu Montagefehlern führen kann.
Um diese Herausforderung zu meistern, nutzt RICH PCBA optische Bohrmaschinen und Laserbohrverfahren für präzises Bohren. Dabei treibt eine Maschine Stifte durch Ausrichtungslöcher, um die inneren und äußeren Schichten auszurichten und so die Effektivität der Durchsteckmontage (PTH) bei der Leiterplattenmontage sicherzustellen.
Schritt 4: Abbildung der äußeren Schicht
Die Abbildung der äußeren Schicht ist ein entscheidender Schritt im Leiterplattenherstellungsprozess. Ein weiterer Fotolack wird auf die medizinische Leiterplatte aufgetragen, wodurch ein Bild des Leiterplattendesigns auf die Kupferschichten auf der Außenseite der Leiterplatte übertragen wird. Für die Abbildung wird der Fotolack jedoch nur auf die äußere Schicht aufgetragen. Der Prozess findet in einem sauberen und sicheren Bereich statt.
Der Bildgebungsprozess beginnt mit der Reinigung der Kupferoberfläche, um sicherzustellen, dass kein Schmutz oder Ablagerungen vorhanden ist, die die Bildübertragung beeinträchtigen könnten. Stifte fixieren die schwarzen Tintenfolien und verhindern, dass sie aus der Reihe geraten. Nach der Beschichtung mit Fotolack gelangt die medizinische Leiterplatte in den Gelbraum. Der UV-Strahl härtet den Fotolack aus, und der ungehärtete, mit schwarzer Tinte bedeckte Lack wird entfernt.
Schritt 5: Ätzen der äußeren Schicht
Bei diesem Verfahren wird jegliches Kupfer, das nicht zur äußeren Schicht gehört, entfernt und durch Galvanisieren eine zusätzliche Kupferschicht aufgetragen. Galvanisch aufgebrachtes Zinn schützt kritische Kupferbereiche nach dem ersten Kupferbad. Nach dem Ätzen der äußeren Schicht kann die Platte einer AOI-Inspektion unterzogen werden, um sicherzustellen, dass auch medizinisch-ästhetische Leiterplatten mit komplexen Schaltungen die erforderlichen Spezifikationen erfüllen.
Schritt 6: Lötmaske und Siebdruck
Nach Abschluss der Schaltungsherstellung wird eine Lötmaske aufgetragen, um die äußere Schicht der medizinischen Leiterplatte zu schützen und Siebdruckdetails wie Firmenkennung, Herstellerlogos, Symbole, Bauteilkennungen, Pin-Positionen und andere auffällige Markierungen oder Merkmale aufzubringen. Der Prozess umfasst:
1. Reinigen der medizinischen Leiterplatte, um alle Verunreinigungen zu entfernen.
2. Auftragen von Epoxidharztinte und Lötmaskenfilm auf die Oberfläche der Leiterplatte.
3. Durch Bestrahlung mit UV-Licht werden die Bereiche der Lötmaskenschicht ausgehärtet, in denen kein Löten erforderlich ist.
4. Entfernen Sie die Bereiche, die nicht maskiert werden müssen, und legen Sie die Platine in einen Ofen, um die Lötmaskenschicht auszuhärten.
5. Verwenden Sie einen Tintenstrahldrucker, um die Informationsdetails direkt auf die Tafel zu drucken.
Schritt 7: Oberflächenveredelung
Je nach Kundenwunsch kann es erforderlich sein, die Oberflächen der fertigen medizinischen Leiterplatte zu veredeln. Dabei wird die Oberfläche der Platine mit einer Schicht aus leitfähigem Material beschichtet.
Medizinische Leiterplattenbestückung
Schritt 1: Lötpastenschablonierung
Die Lötpasten-Schablonentechnik ist der erste Schritt im Leiterplattenmontageprozess. In diesem Schritt wird die Leiterplatte mit einer Leiterplattenschablone abgedeckt, sodass nur der Teil der Platine sichtbar ist, der mit einem Bauteil bestückt wird. Dies erleichtert das Auftragen der Lötpaste ausschließlich auf die Bereiche der Platine, in denen die Bauteile platziert werden.
Um dies zu erreichen, werden die Platine und die Lötschablone mit einer mechanischen Vorrichtung fixiert. Anschließend wird die Lötpaste mit einem Applikator an den vorgegebenen Stellen aufgetragen. Die Lötpaste wird gleichmäßig auf alle freiliegenden Bereiche aufgetragen. Nach Abschluss dieses Schrittes wird die Schablone entfernt und die Lötpaste an den entsprechenden Stellen belassen.
Schritt 2: Ein „Pick and Place“-Spiel
Viele medizinische elektronische Geräte werden entweder im menschlichen Körper implantiert oder an empfindlichen Organen getragen. Eine Fehlfunktion dieser Geräte, beispielsweise durch Kurzschluss oder Durchbrennen, kann zu Folgeschäden beim Patienten führen. Daher ist es entscheidend, die Komponenten mithilfe präziser Geräte präzise an den vorgesehenen Positionen zu platzieren.
Implantierbare medizinische Elektronik, wie Cochlea-Implantate und künstliche Augäpfel, enthält typischerweise viele elektronische Komponenten in ihrer inneren Struktur. Kleinere Geräte stellen jedoch Herausforderungen im Pick-and-Place-Prozess dar, was die Einhaltung der Präzision erschwert. Um die hohe Genauigkeit zu erreichen, die für die Leiterplattenmontage medizinischer Cochlea-Implantate erforderlich ist, setzt RICH PCBA Roboterausrüstung ein. Roboter sind für die Aufnahme und Montage von oberflächenmontierten Bauteilen auf Leiterplatten zuständig und stellen sicher, dass die Bauteile mithilfe des Montagemechanismus präzise auf der Lötpaste platziert werden.
Schritt 3: Reflow-Löten
Das Reflow-Lötverfahren dient dazu, die Verbindungen zwischen Leiterplatte und elektrischen Bauteilen zu verstärken. Dazu wird die Leiterplatte mithilfe eines Förderbands durch einen großen Reflow-Ofen transportiert. Die Lötpaste wird während des Prozesses durch Erhitzen der Leiterplatte auf etwa 2500 Grad Celsius geschmolzen. Nach dem Erhitzen im Ofen durchläuft die medizinische Leiterplatte eine Reihe von Kühlern, die das Abkühlen und Aushärten der Lötpaste unterstützen und so zu starken Verbindungen zwischen den elektrischen Bauteilen und der Leiterplatte führen.
Wichtig zu beachten ist, dass bei doppelschichtigen medizinischen Leiterplatten die Schablonier- und Reflow-Prozesse in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden. Die Seite der Platine mit weniger und handlicheren elektrischen Komponenten wird zuerst fertiggestellt.
Schritt 4: Test der medizinischen Leiterplattenmontage
Wir legen Wert auf Präzision, Zuverlässigkeit und die kritischen Eigenschaften medizinischer Leiterplatten. Daher ist es äußerst wichtig, zuverlässige Hersteller und exzellente PCBA-Einrichtungen zu finden und sicherzustellen, dass diese über eine ISO 13485-Zertifizierung verfügen. Selbst wenn sie diese Kriterien erfüllen, ist es dennoch notwendig, ihre PCB-Testdienstleistungen zu überprüfen.
Zusätzlich zu den manuellen Prüfungen, die während des gesamten Produktionsprozesses durchgeführt werden, einschließlich SPI und AOI, werden in der letzten Phase der Montage medizinischer Leiterplatten Funktionstests durchgeführt. Dadurch wird sichergestellt, dass das Mainboard wie erwartet funktioniert und die hohen Standards der Medizinbranche erfüllt.
Nach Abschluss der Tests wird die Leiterplatte gründlich gereinigt, um mögliche Rückstände wie Öl, Lötflussmittel oder andere Verunreinigungen zu entfernen. Aufgrund der spezifischen Produktanforderungen benötigen Kunden möglicherweise auch spezielle Verfahren für die Herstellung medizinischer PCBAs, wie z. B. eine sterile Handhabung, je nach Anwendungstyp.
Hochwertige medizinische Leiterplatte
Hochdichte Verbindung
High-Density Interconnect ist eine der Kerntechnologien für den Bau moderner Leiterplatten für medizinische Geräte. Ziel ist es, mehr elektronische Komponenten und Verbindungen auf begrenztem Platz unterzubringen. Eine mit dieser Technologie hergestellte Leiterplatte wird als HDI-Leiterplatte bezeichnet. Aufgrund der komplexen Prozesse, wie z. B. feinen Leiterbahnen, Blind Vias und Buried Vias, können HDI-Leiterplatten teuer sein, lohnen sich aber durchaus.
Bei medizinischen Fernanwendungen gibt es keine Toleranz für Signalverzögerungen oder -unterbrechungen. Schon eine geringe Abweichung von 0,1 Sekunden kann für Patienten lebensbedrohlich sein. Medizinische HDI-Leiterplatten gewährleisten eine schnelle Signalübertragung und minimieren verschiedene Reaktionsprobleme. Darüber hinaus können diese hochdichten Leiterplatten durch bestimmte Design- und Konstruktionsverbesserungen elektromagnetischen Störungen und Rauschen widerstehen. Dies kann durch Maßnahmen wie die Planung der Massefläche, die Zwischenschichtabschirmung und die EMI-Filterung erreicht werden.
Derzeit profitieren die meisten medizinischen CT-Scangeräte und multimodalen physiologischen und Elektrokardiogramm-(EKG)-Monitore von den echten Gleitkomma-Eingängen, die durch HDI PCB ermöglicht werden.
Flexibel
Die Medizinbranche hat aufgrund ihrer Vorteile wie Miniaturisierung, Designfreiheit und Flexibilität einen hohen Bedarf an flexiblen Leiterplatten. Diese Eigenschaften erfüllen die Anforderungen medizinischer Geräte an leichte, kompakte und zuverlässige Lösungen.
Medizinisch-elektronische Produkte müssen den rauen Bedingungen im menschlichen Körper standhalten und gleichzeitig hohe Zuverlässigkeit und elektrische Leistung bieten. Flexible Leiterplatten sind daher die ideale Wahl für solche Anwendungen. Sie bestehen typischerweise aus dünnen und flexiblen Materialien wie Polyimid oder Polyester und lassen sich so biegen, falten oder verdrehen, um sich an enge Räume oder komplexe Formen anzupassen. Darüber hinaus kann das Design flexibler Leiterplatten Temperaturschwankungen ausgleichen, wasserdicht sein, die Sterilität gewährleisten und eine mehrfache Wiedermontage ermöglichen.
Verschiedene medizinische Geräte basieren auf flexiblen Schaltkreisen als Kernkomponenten, darunter Herzschrittmacher, Defibrillatoren, Neurostimulatoren, Ultraschallgeräte, Endoskope und mehr.
Mehrschichtstruktur
Im Gegensatz dazu bieten starre Leiterplatten eine zuverlässigere interne Struktur als flexible Leiterplatten, da Hersteller Komponenten auf einer stabileren Plattform platzieren können. Da sie jedoch nicht faltbar sind, bieten sie möglicherweise nicht den Vorteil der Miniaturisierung. Daher sind sie auf die Vorteile mehrschichtiger Strukturen angewiesen, um mehr Komponenten unterzubringen.
In vielen hochwertigen Medizinprodukten sind starre Leiterplatten üblich. Dazu gehören Operationsroboter, Röntgengeräte, MRT-Geräte, Elektrokardiographen und Chemotherapiepumpen. Die meisten Hersteller medizinischer Geräte entscheiden sich für solche Anwendungen für mehrschichtige Leiterplatten. Zu den verwendeten Materialien gehören unter anderem Glas, Epoxidharz, Aluminium und Keramik.
Strenge medizinische PCB-Tests
Der Entwicklungsprozess für medizinische Geräte umfasst zusätzliche Überlegungen und Anforderungen, die über die Anforderungen für die Herstellung unkritischer Leiterplatten hinausgehen. Medizinische Geräte werden im Vergleich zu anderen Leiterplattenarten umfassend getestet. Dies liegt vor allem an den strengen Prüfanforderungen der Aufsichtsbehörden. Oft sind jedoch auch Funktions- und Produktionstests erforderlich. Die für medizinische Geräte erforderlichen behördlichen Prüfungen lassen sich in der Regel in zwei große Kategorien einteilen:
● Medizinische Geräte, die entweder Energie zu einem Patienten übertragen oder von einem Patienten wegleiten oder die zu einem Patienten übertragene oder von einem Patienten weggeleitete Energie erfassen, stehen im Mittelpunkt der IEC-Norm 60601-1.
● Medizinische Geräte, die nicht direkt mit einem Patienten verbunden sind, wie sie beispielsweise in einem Labor verwendet werden, fallen unter die IEC 61010-1
Die vorstehenden Informationen zeigen die Expertise von RICH PCBA in der Herstellung und Bestückung medizinischer Leiterplatten. Wenn Sie unsere Kompetenz schätzen, kontaktieren Sie uns gerne per E-Mail. Wir werden Ihre Anfrage umgehend beantworten und Ihnen ein kostengünstiges PCBA-Angebot unterbreiten.
Projektschwerpunkt
Die Zuverlässigkeit medizinischer Leiterplatten ist entscheidend, egal ob im Operationssaal oder im Labor. Fehlfunktionen oder Funktionsstörungen von Geräten sind im medizinischen Bereich nicht zulässig. Daher sind die folgenden Vorgehensweisen bei der Herstellung von Leiterplatten für medizinische Geräte unerlässlich:
● Beim PCB-Design sollten die spezifischen Anforderungen des medizinischen Geräts berücksichtigt werden, einschließlich der Anzahl der Komponenten, der Platinengröße und der Anforderungen an das Wärmemanagement.
● Um eine erfolgreiche Platine zu gewährleisten, ist es wichtig, die Komponenten sorgfältig zu positionieren und die Leiterbahnen richtig zu verlegen.
● Die Auswahl der Komponenten ist für die Entwicklung zuverlässiger medizinischer Geräte von entscheidender Bedeutung. Es ist wichtig, die besten Komponenten zu finden, die die spezifischen Anforderungen des Medizinprodukts erfüllen und zuverlässig, langlebig und langlebig sind.
● Wählen Sie eine professionelle Fabrik zur Montage medizinischer Leiterplatten oder ein Unternehmen mit Serviceerfahrung in der Medizinbranche und einem guten Ruf, um die Qualität der Leiterplattenmontagedienste sicherzustellen.
● Die Verwendung bleifreier Leiterplatten gilt als effiziente Vorgehensweise und die Auswahl eines Unternehmens, das sich der Nachhaltigkeit verschrieben hat, kann Ihrem Projekt unerwartete Vorteile bringen.
● Der PCB-Reinigungsprozess ist in der Medizinelektronik besonders wichtig. Während der Zweck der Reinigung normalerweise darin besteht, durch Oberflächenverfärbungen verursachte Kurzschlüsse während des Gebrauchs zu vermeiden, können bei medizinischen Geräten Reinigungsmittelrückstände Patienten schädigen.
● Die bestückten Leiterplatten müssen gründlichen Inspektionen und Tests unterzogen werden, um sicherzustellen, dass sie die erforderlichen Standards hinsichtlich Zuverlässigkeit, Leistung und Sicherheit erfüllen.
● Um sicherzustellen, dass elektromagnetische Störungen (EMI) die medizinische Leiterplatte nicht beeinträchtigen, sollten Ingenieure verschiedene EMI-Standards beachten.