Da Hersteller medizinischer Geräte einem ständigen Druck ausgesetzt sind, Kosten und Qualität in Einklang zu bringen, stellen Drucksensoren Entwickler vor widersprüchliche Anforderungen, die zu gefährlichen Kompromissen führen können. Drucksensoren stellen ein allgemeines Zuverlässigkeitsproblem dar, das Hersteller dazu zwingt, sich auf teure laufende Wartung und den Austausch von Komponenten zu verlassen, um die inhärente kurze Lebensdauer des Sensors zu umgehen. In medizinischen Anwendungen steht jedoch noch mehr auf dem Spiel, wo diese Sensoren hohe Genauigkeits- und Zuverlässigkeitsanforderungen haben und wo Komponentenversagen zu einem Sicherheitsrisiko führen kann.

Challenges

Trotz der Tatsache, dass die Verpackung der Sensorkomponente wichtig ist, um dieses Problem zu lösen, ist dies eine Herausforderung, die sich Sensorherstellern bis vor kurzem entzogen haben. Ein Blutanalysesystem ist ein typischer Anwendungsfall. Während diese Art der medizinischen Anwendung dies möglicherweise nicht erfordert Drucksensor bei hohen Temperaturen oder rauen Flüssigkeiten betrieben werden, selbst Salzlösungen können schließlich korrosiv sein, und der Reinigungs- und Sterilisationsprozess erfordert normalerweise wiederholten Kontakt mit ätzenden Chemikalien wie Bleichmitteln.

Das Hauptproblem besteht darin, dass die Klebstoffe, die verwendet werden, um die Druckdichtung herzustellen und den Sensorchip und die zugehörige Schaltung zu schützen, letztendlich in der umgebenden Flüssigkeit erweichen. Die Sensorschaltung wird beschädigt, sobald das Siegel bricht, wodurch ein bekannter Zuverlässigkeitsfehler entsteht, der teuer werden kann, wenn er einen Produktrückruf verursacht oder eine regelmäßige Wartung und einen Austausch des Sensorsubsystems erfordert.

Lösung

Ein innovativer neuer Drucksensor-Packaging-Ansatz erzeugt eine eutektische Chipverbindung auf einem Keramiksubstrat unter Verwendung einer Gold-Zinn-Lötlegierung für eine hermetische Abdichtung selbst in Gegenwart von aggressiven Flüssigkeiten. Im Vergleich zu den einzelnen Schmelzpunkten ergibt eine Gold-Zinn-Lötverbindung mit einem Verhältnis von 80:20 eine Legierung mit einem viel niedrigeren Schmelzpunkt, was die Herstellbarkeit verbessert und gleichzeitig die Vorteile beider Metalle in rauen Umgebungen beibehält. Außerdem ist dieses Gold-Zinn-Lot zwar teurer als Klebstoff, aber der Kostenunterschied ist gering im Vergleich zu der erheblichen Verbesserung der langfristigen Wartungskosten und der Zuverlässigkeit.

Fazit

Die Überprüfung, ob das Druckmedium an der Rückseite oder an der Oberseite des Sensors eindringt, ist ein zusätzlicher Aspekt, der beim Vergleich von Ansätzen zur Sensorverpackung berücksichtigt werden muss. Die Schaltung muss vor Korrosion oder Kurzschlüssen geschützt werden, wenn der Druck auf der Oberseite des Sensors anliegt. Dieser Schutz wird in der Regel mit einem Schutzgel erreicht. Jedoch ist ein Gel, das steif genug ist, um korrosive Fluide zu tragen, im Allgemeinen auch steif genug, um das MEMS-Element zu belasten.

Dies kann in den meisten Fällen zu nicht tolerierbaren Erfassungsfehlern führen medizinische Anwendungen. Im Gegensatz dazu legt der rückseitige Zugang nur die eutektische Die-Attach, Glas und Silizium zum Druckmedium frei – Elemente, die dieser Umgebung nachweislich standhalten – ohne Genauigkeitsbedenken der oberseitigen Sensoren.

Bei medizinischen Geräten ist die Verpackung für Druckmessanwendungen entscheidend, um regelmäßige Kompromisse zu vermeiden, die Zuverlässigkeit der Produkte über die Lebensdauer zu verbessern und die Betriebskosten zu senken.

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