Herstellung medizinischer Leiterplatten
Vom Design bis zur Montage
Medizinische Leiterplatten sind eine spezielle Art von Leiterplatten, die in der medizinischen Industrie verwendet werden. Da sich Chinas medizinische Industrie von der traditionellen chinesischen Medizin zur westlichen Medizin verlagert, ist die Nachfrage nach medizinischer Elektronik dramatisch gestiegen. Dies hat die Entwicklung der chinesischen Herstellungs- und Montagetechnologie für medizinische Leiterplatten vorangetrieben und RICH PCBA zu einem zuverlässigen PCBA-Hersteller für medizinische Geräte gemacht. Der von RICH PCBA hergestellte medizinische Schaltkreis wird häufig in einer Reihe medizinischer Geräte eingesetzt, darunter Ultraschallgeräte, Patientenüberwachungsgeräte, medizinische Bildgebungssysteme und andere Geräte, die eine präzise und zuverlässige elektronische Steuerung erfordern. Diese PCBA spielen eine entscheidende Rolle bei der Steuerung und Regulierung der elektronischen Funktionen medizinischer Geräte.
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Wenn Sie auf der Suche nach einem erstklassigen Hersteller von medizinischen PCB/PCBA sind, sind Sie bei RICH PCBA genau richtig. Da medizinische Elektronik mit der menschlichen Gesundheit zusammenhängt, muss sie strenge Sicherheits- und Zuverlässigkeitsstandards erfüllen. Darüber hinaus erfordern einige implantierbare medizinische Elektronikgeräte eine höhere Genauigkeit und Stabilität. Daher müssen sie für raue medizinische Umgebungen ausgelegt sein, bei der Herstellung sind mehr Tests erforderlich und beim Löten der Komponenten muss die Qualität der Montage usw. sichergestellt werden.
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Welche medizinischen elektronischen Leiterplatten wurden hergestellt?
Seit Ausbruch der COVID-19-Pandemie ist die weltweite Nachfrage nach Medizinelektronik ungebrochen hoch. In diesem Umfeld hat RICH PCBA viele Anfragen aus der Medizinbranche erhalten. Derzeit ist der Großteil der von uns produzierten medizinischen PCBA für elektronische Stirnthermometer bestimmt. Wir fertigen jedoch auch PCBA für andere medizinische Geräte wie CT-Scanner, OP-Leuchten und eine Reihe anderer Produkte. Im Folgenden finden Sie einige Beispiele für die PCBA für Medizinprodukte, die wir unseren Kunden anbieten können:
● Herzschrittmacher
● Defibrillatoren
● Atemschutzgeräte
● Pflegemonitor
● Elektrischer Rollstuhl
● Digitale Ernährungspumpen
● MRT-Ausrüstung
● Patientenlokalisierung
● Cochlea-Implantate
● Scantechnologie
● Steuerungssysteme
● Insulinpumpen
Herstellung medizinischer Leiterplatten
Schritt 1: Bildgebung entwerfen
In diesem Schritt wird die Fabrik zur Herstellung medizinischer Leiterplatten in den Prozess einbezogen und nutzt einen Plotterdrucker, um die Designdateien für Leiterplatten in Filme umzuwandeln, die als Fotonegative des Diagramms dienen.
Wenn die Leiterplatte bedruckt wird, weisen die Innenschichten zwei Tintenfarben auf:
● Schwarze Tinte stellt die Kupferleiterbahnen und Schaltkreise auf der Leiterplatte dar.
● Klare Tinte stellt ebenso wie die Glasfaserbasis die nicht leitenden PCB-Teile dar.
Die äußere Schicht hat:
● Kupferpfade, die durch klare Tinte angezeigt werden.
● Der Bereich, in dem das Kupfer weggeätzt wird, ist mit schwarzer Tinte gekennzeichnet.
Schritt 2: Innere Schicht aus bedrucktem Kupfer
Dieser Schritt umfasst die Herstellung der Innenschichtschaltungen für medizinische Leiterplatten, um leitende Pfade auf verschiedenen Schichten einzurichten. Wenn Ihr Projekt eine komplexere mehrschichtige medizinische Leiterplatte erfordert, muss dieser Schritt wiederholt werden, bis alle Schaltkreise auf der Innenschicht gedruckt und geätzt sind. Abschließend werden sie ausgerichtet und laminiert, um eine vollständige Innenschicht zu bilden. Die spezifischen Vorgänge 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 darunter liegende Kupfer auszuhärten und zu schützen.
4. Verwenden Sie eine chemische Lösung, um die Leiterplatte zu entwickeln, um nicht ausgehärtete transparente Tinte zu entfernen und Kupferspuren und Schaltkreise zu hinterlassen.
5. Entfernen Sie überschüssige Kupferfolie durch Ätzen. Schwarze Tinte auf der Folie sorgt dafür, dass nur Kupfer in unerwünschten Bereichen weggeätzt wird.
Schritt 3: Verschiedene Ebenen kombinieren
Nachdem alle notwendigen Innenschichten geätzt, bedruckt und laminiert wurden, um Sauberkeit zu gewährleisten, müssen verschiedene Schichten zu einer vollständigen Leiterplatte kombiniert werden. Dabei erfolgt der Bohrvorgang zur Verbindung mit den Innenlagen. Die meisten Hersteller verwenden herkömmliche CNC-Bohrungen, die für medizinische Leiterplatten mit hohen Präzisionsanforderungen möglicherweise nicht ausreichen.
Nehmen Sie zum Beispiel medizinische Herzschrittmacher-Leiterplatten, bei denen selbst typische Geräte über hundert Bohrlöcher haben können, ganz zu schweigen von anspruchsvolleren Instrumenten. Der Zeitaufwand für die Herstellung ist nur ein Aspekt der Herausforderung; Noch kritischer ist, dass jede geringfügige Abweichung zu Montagefehlern führen kann.
Um dieser Herausforderung zu begegnen, nutzt RICH PCBA optische Bohrmaschinen und Laserbohrverfahren, um Präzisionsbohrungen zu erreichen. Dabei handelt es sich um eine Maschine, die Stifte durch Ausrichtungslöcher treibt, um die Innen- und Außenschichten auszurichten und so die Wirksamkeit von PTH bei der Leiterplattenbestückung mit Durchgangslöchern sicherzustellen.
Schritt 4: Bildgebung der äußeren Schicht
Die Abbildung der äußeren Schicht ist ein entscheidender Schritt im PCB-Herstellungsprozess. Ein weiterer Fotolack wird auf das medizinische PCB-Panel aufgetragen, wobei ein Bild des PCB-Designs auf die Kupferschichten auf der Außenfläche der Platine übertragen wird. Für die Bebilderung 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 sind, die die Bildübertragung beeinträchtigen könnten. Stifte werden verwendet, um Transparentfolien mit schwarzer Tinte an Ort und Stelle zu halten und zu verhindern, dass sie aus der Reihe geraten. Nach der Beschichtung mit einem Fotolack gelangt das medizinische PCB-Panel in den gelben Raum. Der UV-Lichtstrahl härtet den Fotolack aus und der ungehärtete, mit schwarzer Tinte bedeckte Lack wird entfernt.
Schritt 5: Ätzen der äußeren Schicht
Dabei wird das Kupfer, das nicht zur Außenschicht gehört, entfernt und durch Galvanisieren eine zusätzliche Kupferschicht aufgebracht. Galvanisiertes Zinn wird verwendet, um kritische Kupferbereiche nach dem ersten Kupferbad zu schützen. Sobald das Ätzen der Außenschicht abgeschlossen ist, kann das Panel AOI-Inspektionsprüfungen unterzogen werden, um sicherzustellen, dass selbst medizinisch ästhetische Leiterplatten mit komplexen Schaltkreisen die erforderlichen Spezifikationen erfüllen.
Schritt 6: Lötmaske und Siebdruck
Nachdem die Herstellung der Schaltkreise abgeschlossen ist, wird eine Lötmaske aufgetragen, um die äußere Schicht der medizinischen Leiterplatte zu schützen und Siebdruckdetails wie Firmen-ID, Herstellerlogos, Symbole, Komponentenkennzeichnungen, Pin-Locators und andere markante Markierungen usw. anzubringen Merkmale. Der Prozess umfasst:
1.Reinigung des medizinischen PCB-Panels, um etwaige Verunreinigungen zu entfernen.
2. Auftragen von Epoxidharztinte und Lötstoppfolie auf die Oberfläche der Leiterplatte.
3. UV-Licht aussetzen, um die Bereiche in der Lötmaskenschicht auszuhärten, in denen kein Löten erforderlich ist.
4. Entfernen Sie die Bereiche, die nicht abgedeckt werden müssen, und legen Sie die Platine in einen Ofen, um die Lötmaskenschicht zu verfestigen.
5.Verwendung eines Tintenstrahldruckers zum direkten Drucken von Informationsdetails auf die Tafel.
Schritt 7: Oberflächenveredelung
Abhängig von den Anforderungen des Kunden kann es erforderlich sein, die fertige medizinische Leiterplatte mit einer Oberflächenveredelung zu versehen, bei der eine Schicht aus leitfähigem Material auf die Oberfläche der Leiterplatte aufgetragen wird.
Bestückung medizinischer Leiterplatten
Schritt 1: Lötpasten-Schablonen
Die Lotpasten-Schablonentechnik ist die erste Stufe des Leiterplattenmontageprozesses. In diesem Schritt wird eine PCB-Schablone verwendet, um die Leiterplatte abzudecken, sodass nur der Teil der Platine sichtbar ist, auf dem eine Komponente montiert werden soll. Dies erleichtert das Auftragen der Lötpaste ausschließlich auf die Bereiche der Platine, in denen die Komponenten platziert werden sollen.
Um dies zu erreichen, wird eine mechanische Vorrichtung verwendet, um die Platine und die Lötschablone an Ort und Stelle zu halten. Anschließend wird die Lotpaste mit einem Applikator an vorgegebenen Stellen aufgetragen. Die Lotpaste wird gleichmäßig auf alle freiliegenden Bereiche aufgetragen. Sobald dieser Schritt abgeschlossen ist, wird die Schablone entfernt und die Lotpaste an den entsprechenden Stellen belassen.
Schritt 2: Ein „Pick and Place“-Spiel
Viele medizinische elektronische Geräte werden entweder in den menschlichen Körper implantiert oder an empfindlichen Organen getragen. Wenn diese Geräte versagen, etwa durch Kurzschluss oder Durchbrennen, können sie dem Patienten Folgeschäden zufügen. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die Komponenten mit präziser Ausrüstung genau an den vorgesehenen Positionen zu platzieren.
Implantierbare medizinische Elektronik, wie zum Beispiel Cochlea-Implantate und künstliche Augäpfel, enthalten typischerweise viele elektronische Komponenten in ihrer inneren Struktur. Kleinere Geräte stellen jedoch Herausforderungen beim Aufnahme- und Platzierungsprozess dar, wodurch es schwieriger wird, die Präzision aufrechtzuerhalten. Um die hohe Genauigkeit zu erreichen, die für die Montage von Leiterplatten für medizinische Cochlea-Implantate erforderlich ist, verwendet RICH PCBA Roboterausrüstung. Roboter sind für die Aufnahme und Montage oberflächenmontierter Komponenten auf Leiterplatten verantwortlich und stellen sicher, dass die Komponenten mit dem Montagemechanismus präzise auf der Lotpaste platziert werden.
Schritt 3: Reflow-Löten
Der Reflow-Lötprozess soll die Verbindungen zwischen der Leiterplatte und den elektrischen Bauteilen verstärken. Um dies zu erreichen, wird die Leiterplatte mithilfe eines Förderbandes durch einen großen Reflow-Ofen bewegt. Die Lotpaste wird geschmolzen, indem die PCBA-Platine während des Prozesses auf etwa 2500 Grad Celsius erhitzt wird. Nach dem Erhitzen im Ofen durchläuft die medizinische PCBA eine Reihe von Kühlern, die beim Abkühlen und Aushärten der Lötpaste helfen, was zu starken Verbindungen zwischen den elektrischen Komponenten und der Platine führt.
Es ist wichtig zu beachten, dass bei doppelschichtigen medizinischen Leiterplatten die Schablonen- und Reflow-Prozesse in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden. Zuerst wird die Seite der Platine mit weniger und besser handhabbaren elektrischen Bauteilen fertiggestellt.
Schritt 4: Test der medizinischen Leiterplattenbestückung
Wir legen Wert auf die Präzision, Zuverlässigkeit und den kritischen Charakter medizinischer Leiterplatten. Daher ist es von größter Bedeutung, zuverlässige Hersteller und hervorragende PCBA-Einrichtungen zu finden und sicherzustellen, dass sie über eine ISO 13485-Zertifizierung verfügen. Selbst wenn sie diese Kriterien erfüllen, ist es dennoch notwendig, ihre PCB-Testdienste zu überprüfen.
Zusätzlich zu den manuellen Inspektionen, die während des gesamten Produktionsprozesses durchgeführt werden, einschließlich SPI und AOI, werden Funktionstests in der letzten Phase der Montage medizinischer Leiterplatten durchgeführt. Dadurch wird sichergestellt, dass das Mainboard wie erwartet funktioniert und den hohen Standards der Medizinbranche entspricht.
Nach Abschluss der Tests erfolgt eine gründliche Reinigung der Leiterplatte, um mögliche Rückstände wie Öl, Flussmittel oder andere Verunreinigungen zu entfernen. Darüber hinaus benötigen Kunden aufgrund der spezifischen Anforderungen des Produkts möglicherweise auch spezielle Prozesse für die medizinische PCBA-Produktion, wie z. B. eine sterile Handhabung, basierend auf der spezifischen Anwendungsart.
Hochwertige medizinische Leiterplatte
Hochdichte Verbindung
High-Density Interconnect ist eine der Kerntechnologien für den Bau moderner Leiterplatten für medizinische Geräte und zielt darauf ab, mehr elektronische Komponenten und Verbindungen auf begrenztem Leiterplattenraum zu realisieren. Eine mit dieser Technologie hergestellte Leiterplatte wird als HDI-PCB bezeichnet. Aufgrund der komplizierten Prozesse, wie z. B. feine Leiterbahnen, Blind Vias und Buried Vias, können HDI-Leiterplatten teuer sein, aber die Investition lohnt sich.
Bei medizinischen Fernanwendungen gibt es keine Toleranz für Signalverzögerungen oder -unterbrechungen. Schon eine geringe Abweichung von 0,1 Sekunden könnte für Patienten lebensbedrohlich sein. HDI-Leiterplatten in medizinischer Qualität gewährleisten die Signalübertragungsgeschwindigkeit und mildern verschiedene Reaktionsprobleme. Darüber hinaus können diese hochdichten Leiterplatten durch die Umsetzung bestimmter Design- und technischer Verbesserungen mit der Fähigkeit ausgestattet werden, elektromagnetischen Störungen und Rauschen zu widerstehen. Dies kann durch Maßnahmen wie Groundplane-Planung, Zwischenschichtabschirmung und EMI-Filterung erreicht werden.
Derzeit profitieren die meisten medizinischen CT-Scangeräte und multimodalen Physio- und Elektrokardiogramm-Monitore (EKG) von den echten Gleitkomma-Eingängen, die HDI PCB ermöglicht.
Flexibel
Die medizinische Industrie hat aufgrund ihrer Vorteile wie Miniaturisierung, Designfreiheit und Flexibilität einen erheblichen Bedarf an flexiblen Leiterplatten. Diese Eigenschaften erfüllen die Anforderungen medizinischer Geräte an leichte, kompakte und zuverlässige Lösungen.
Medizinische elektronische Produkte müssen den rauen Bedingungen im menschlichen Körper standhalten und gleichzeitig eine hohe Zuverlässigkeit und elektrische Leistung bieten, was flexible Schaltkreise zur idealen Wahl für solche Anwendungen macht. Sie bestehen typischerweise aus dünnen und flexiblen Materialien wie Polyimid oder Polyester, sodass sie sich biegen, falten oder drehen lassen, um an enge Räume oder komplexe Formen anzupassen. Darüber hinaus kann das Design flexibler Leiterplatten Temperaturschwankungen ausgleichen, Wasserdichtigkeit bieten, Sterilität aufrechterhalten und mehrfache Wiedermontagen ermöglichen.
Verschiedene medizinische Geräte basieren auf flexiblen Schaltkreisen als Kernkomponenten, darunter Herzschrittmacher, Defibrillatoren, Neurostimulatoren, Ultraschallgeräte, Endoskope und mehr.
Mehrschichtiger Aufbau
Im Gegensatz dazu können starre Leiterplatten im Vergleich zu flexiblen Leiterplatten eine zuverlässigere interne Struktur bieten, da Hersteller Komponenten auf einer stabileren Plattform platzieren können. Da sie sich jedoch nicht falten lassen, bieten sie möglicherweise nicht den Vorteil der Miniaturisierung und verlassen sich daher auf die Vorteile mehrschichtiger Strukturen, um mehr Komponenten unterzubringen.
In vielen hochwertigen medizinischen Produkten sind starre Leiterplatten häufig zu finden. Dazu gehören Operationsroboter, Röntgengeräte, MRT-Geräte, Elektrokardiographen und Chemotherapiepumpen. Die meisten Hersteller medizinischer Geräte entscheiden sich für solche Anwendungen für mehrschichtige Leiterplatten. Zu den für diese Leiterplatten verwendeten Materialien gehören Glasepoxidharz, Aluminium, Keramik und mehr.
Strenge medizinische PCB-Tests
Der Entwicklungsprozess für medizinische Geräte umfasst zusätzliche Überlegungen und Anforderungen, die über das hinausgehen, was im Allgemeinen für die Erstellung unkritischer Leiterplatten erforderlich ist. An medizinischen Geräten werden viele Tests durchgeführt, was mehr ist, als man von anderen PCB-Arten sagen kann. Dies liegt vor allem an den strengen Testanforderungen der Aufsichtsbehörden; Allerdings sind häufig auch Funktionstests und Produktionstests erforderlich. Die für Medizinprodukte erforderlichen behördlichen Tests fallen normalerweise in eine von zwei großen Kategorien:
● Medizinische Geräte, die entweder Energie zu oder von einem Patienten übertragen oder die zu oder von einem Patienten übertragene Energie erkennen, 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 veranschaulichen die Kompetenz von RICH PCBA in der Herstellung und Montage medizinischer Leiterplatten. Wenn Sie unsere Kompetenz anerkennen, zögern Sie bitte nicht, uns per E-Mail zu kontaktieren. Wir werden Ihre Anfrage umgehend beantworten und Ihnen ein kostengünstiges PCBA-Angebot unterbreiten.
Schwerpunkt des Projekts
Die Zuverlässigkeit medizinischer Leiterplattenanwendungen ist von entscheidender Bedeutung, unabhängig davon, ob sie im Operationssaal oder im Labor eingesetzt werden. Im medizinischen Bereich gibt es keinen Platz für Fehlfunktionen oder Fehlfunktionen von Geräten. Daher sind die folgenden Vorgehensweisen für die Erstellung einer Leiterplatte für den Einsatz in medizinischen Geräten unerlässlich:
● Das PCB-Design sollte die spezifischen Anforderungen des medizinischen Geräts berücksichtigen, 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 entscheidend für die Entwicklung zuverlässiger medizinischer Geräte. Es ist wichtig, die besten Komponenten zu finden, die den spezifischen Anforderungen des medizinischen Geräts entsprechen und zuverlässig, langlebig und langlebig sind.
● Wählen Sie eine professionelle Fabrik für die Bestückung medizinischer Leiterplatten oder ein Unternehmen mit Serviceerfahrung in der Medizinbranche und einem guten Ruf, um die Qualität der Leiterplattenbestückungsdienstleistungen sicherzustellen.
● Die Verwendung einer bleifreien Leiterplattenbestückung 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 medizinischen Elektronik besonders wichtig. Während der Zweck der Reinigung in der Regel darin besteht, Kurzschlüsse durch Oberflächenflecken während des Gebrauchs zu vermeiden, können bei medizinischen Geräten Rückstände von Reinigungsmitteln den Patienten schädigen.
● Die bestückten Leiterplatten müssen einer gründlichen Prüfung und Prüfung unterzogen werden, um sicherzustellen, dass sie den erforderlichen Standards für Zuverlässigkeit, Leistung und Sicherheit entsprechen.
● Um sicherzustellen, dass elektromagnetische Störungen (EMI) die medizinische Leiterplatte nicht beeinträchtigen, sollten Ingenieure verschiedene EMI-Standards beachten.