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PUR-Leiterplatten: Mehr als nur flexibel

Fortsetzung des Artikels von Teil 1.

Freiformgestaltung der Elektronik

Mittlerweile ist eine Vielzahl von Produkten mit textiler Integration von Elektronikkomponenten am Markt erhältlich. Im Bereich medizinischer Wearables mangelt es jedoch an benutzerzentrierten Systemen. Auch die Benutzerakzeptanz ist noch niedrig, da die vorhandenen Systeme sich bisher nur selten an den individuellen Anforderungen der Nutzer orientieren. Am Körper getragene medizinische Systeme lassen sich aber durch geeignete flexible Schaltungsträger realisieren. Bisher basieren die flexiblen und starrflexiblen Schaltungsträger auf Folien aus Polyimid (PI) oder Polyethylennaphthalat (PEN), die noch viele Einschränkungen wie hohe Feuchteaufnahme, ausreichender Einreißschutz oder der nicht ausreichenden Flexibilität und Dehnbarkeit aufweisen.

Mit geeigneten Oberflächen können hautfreundliche oder sogar biokompatible Leiterplatten für die Medizintechnik realisiert werden. Die sogenannten biegeschlaffen Leiterplatten können sich an zahlreiche Formen und Konturen konform anzupassen (Bild 3), womit sowohl extrakorporale (am Körper) als auch intrakorporale (im Körper) Anwendungen möglich sind. Besonders die Hautfreundlichkeit, Weichheit und ultra­flexible Verformbarkeit sind für die stressfreie und komfortable Befestigung des Systems auf der empfindlichen Haut der Menschen erforderlich, zum Beispiel ein Elektrodenarray zur elektrischen Stimulation der Muskeln des Unterarms (Bild 4). Dessen PUR-Leiterplatte enthält mehrere Elektrodenelemente mit Silber-Oberfläche und kann bei der Rehabilitation der gelähmten Muskeln zum Beispiel bei Schlaganfallpatienten verwendet werden. Die Stimulation erfolgt über einzelne oder über mehrere Elemente. Somit können unterschiedliche Muskelpartien angesprochen werden. Die Flexibilität von Folien aus PI oder Flüssigkristallpolymeren ist nicht ausreichend für diese Anwendung. Das besonders weiche, biegeschlaffe und hautfreundliche PUR legt sich dagegen sehr gut und komfortabel an die unregelmäßige Form des Unterarms an und hinterlässt auch nach mehrstündiger Nutzung keine Abdrücke auf der Haut.

Würth Elektronik Bildquelle: © Würth Elektronik

Bild 5. Twinflex-Stretch-Leiterplatten sind inzwischen auch in Seriengrößen erhältlich.

In der körpernahen Medizintechnik geht es vor allem um dieFreiformgestaltung, etwa bei der Anpassung an den menschlichen Körper. Dementsprechend erlauben diese ultraflexiblen und biegeschlaffen PUR-Leiterplatten hier die Freiformgestaltung der Elektronik. Die Elektronik in einer Manschette beispielsweise, über die Implantate kabellos mit Energie versorgt werden, könnte sich körperkonform befestigen lassen. Wegen der Dehnbarkeit des Leiterplatten-Systems könnte die Manschette mehrere Tausend Male an- und abgelegt werden, ohne Beeinträchtigung der elektronischen Komponenten und Eigenschaften. Außerdem ist sie hygienisch, da sie waschbar und sterilisierbar ist.

Serienfertigung bereits möglich

Flexible elektronische Schaltungen sind schon seit einigen Jahrzehnten in vielen Produkten zu finden und gehören inzwischen zum Stand der Technik. Der anhaltende Trend zur Miniaturisierung mit steigender Funktionalisierung in der Elektronik führt dazu, dass das immer kleinere Gehäuse in allen drei Dimensionen platzsparend durch das Biegen, Rollen oder Falten ausgenutzt werden sollen. Mit biegeschlaffen und dehnbaren Schaltungsträgern stehen alle geometrischen Gestaltungs- und Miniaturisierungsoptionen offen.

Der Transfer der Technologie aus dem Entwicklungsstadium in die Serienfertigung ist inzwischen abgeschlossen. Einseitige und auch doppelseitige Leiterplatten sowie flexible Systeme mit partieller Verstärkung werden zum Beispiel bereits unter dem Namen »Twinflex-Stretch« angebo­ten (Bild 5). Allerdings steht nicht immer nur die elektrische Performance im Vordergrund, sondern häufig vor allem Eigenschaften wie die Dehnbarkeit oder die Weichheit.

Zuerst gesehen: Dieser Beitrag stammt aus der Medizin+elektronik Nr. 3 vom 14. Juni 2018.