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Laser-basiertes Löten - Fügetechnologie für den hermetischen Verschluss miniaturisierter medizintechnischer Geräte

Laser-based soldering - Joining technique for hermetical sealing of miniaturized biomedical devices
 
: Burkhardt, T.; Hornaff, M.; Beckert, E.; Eberhardt, R.; Tünnermann, A.

:

Biomedizinische Technik 55 (2010), Supplement 1, pp. K106-108
ISSN: 0013-5585
ISSN: 1862-278X
Deutsche Gesellschaft für Biomedizinische Technik (Jahrestagung) <44, 2010, Rostock>
German
Conference Paper
Fraunhofer IOF ()

Abstract
Neuartige optische Designs und mikro-optische Komponenten, sowie stoffschlüssige Fügeverfahren erlauben die Miniaturisierung
von medizintechnischen Geräten, beispielsweise für Endoskopobjektive. Das laser-basierte Solderjet
Bumping erlaubt die hermetisch dichten Verschluss durch eine lokal erzeugte Lotverbindung. Diese stoffschlüssige,
metallische Fügeverbindung ist eine langzeitstabile und autoklavierbare Alternative zu polymerbasierten Klebeverbindungen.
Die Auswahl aus verschiedenen Lotlegierungen, von niedrigschmelzenden BiSn-Loten über bleifreie Zinnbasierte
Lote bis zum biokompatiblen hochschmelzenden eutektischen AuSn-Lot, sowie die Variation der Prozessparameter
erlaubt die flexible Anpassung an unterschiedliche Benetzungsverhältnisse und komplexe Fügegeometrien. Es
werden miniaturisierte Endoskopobjektive vorgestellt, bei denen Saphirfenster (Durchmesser 1,2 mm) durch überlappende
Platzierung von Au80Sn20-Lotkugeln (Durchmesser 100 ?m) mit Edelstahlkapillaren hermetisch dicht verlötet
wurden. Leckratenuntersuchungen mit Helium weisen Leckraten besser als 10-8 mbar*l/s bis 4*10-9 mbar*l/s auf. Nach
Überdruckprüfung (5 bar, Stickstoff) und vier Autoklavierzyklen (134 °C, 2,1 bar, Wasserdampf) zeigen optische Inspektion
und Leckratenprüfungen keine Veränderung der Demonstratoren.

 

New optical designs and miniaturized optical components, as well as material-fit joining techniques allow for the downsizing
of biomedical devices such as endoscopic systems. Laser-based Solderjet Bumping allows for hermetical sealing
by means of localized solder joints. These material-fit, metal-based joints provide a longterm stable alternative to polymeric
adhesives and permit for processing in steam autoclaves. The selection from a wide variety of solder alloys ranging
from the low-melting BiSn alloy over lead-free tin-based solders to the biocompatible high-melting eutectic AuSn
solder alloy, as well as the parametrization of the process allow for precise adjustment to different wetting behavior and
complex shaped joining geometries. Miniaturized endoscope tips are demonstrated with windows made of saphire (diameter
1.2 mm) soldered to endoscope tips made of stainless steel by subsequent placement of eutectic AuSn solder
spheres (diameter 100 ?m) using the Solderjet Bumping technique. Measurement of leakage rate with helium showed
results better than 10-8 mbar*l/s to 4*10-9 mbar*l/s. Pressure test (5 bar, nitrogen) and four sterilization cycles in an
autoclave (134 °C, 2.1 bar, steam) showed no detectable change during optical inspection and measurement of leakage
rate.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-180784.html