Encapsulation de capteurs portables à l'aide d'un produit époxy pré-mélangé en deux parties

Le domaine en pleine expansion de la technologie médicale portable s'appuie fortement sur des capteurs miniaturisés capables de fournir des données physiologiques précises et continues. La fiabilité et la performance à long terme de ces capteurs, souvent soumis à des conditions exigeantes telles que le stress physique, les fluctuations thermiques et l'exposition à des fluides corporels, dépendent de processus de fabrication robustes. Un aspect critique de cette fabrication implique l'application précise d'adhésifs biocompatibles pour encapsuler les composants délicats des capteurs.

La présente étude de cas examine la sélection et la mise en œuvre d'un adhésif non cytotoxique choisi pour sa capacité à encapsuler les capteurs dans des conditions environnementales difficiles telles que l'humidité, la poussière et les chocs mécaniques. Elle étudiera également l'équipement de dépose automatisé utilisé pour atteindre la précision et la cohérence requises pour la production évolutive de ces dispositifs médicaux avancés. Pour garantir l'optimisation du processus de fabrication, l'expertise combinée du leader de dosage de fluides Nordson EFD et du fabricant d'adhésifs spécialisés Master Bond a été déterminante pour la production de capteurs portables de haute qualité.  

Exigences en matière de matériaux et de dosage

Le produit sélectionné pour ce processus d'encapsulation doit répondre à plusieurs exigences clés pour garantir son efficacité et sa compatibilité avec ce capteur portable. Le capteur nécessite une époxy à faible viscosité avec des caractéristiques d'écoulement capillaire permettant un dosage facile et précis. Il est essentiel que le matériau s'écoule facilement autour des composants du capteur et qu'il remplisse les espaces complexes sans laisser de vide.

Le matériau doit également être durcissable à une température inférieure à 80 °C, afin d'éviter d'endommager les composants électroniques sensibles à la chaleur. La clarté optique est une autre exigence clé. En outre, un encapsulant non cytotoxique est indispensable pour garantir une utilisation sûre en cas de contact avec la peau ou le corps humain. Enfin, le processus de dosage doit être automatisé et capable de déposer environ 3 cc de matériau par capteur de manière cohérente.

Solution de Matériau : EP21LSCL-2Med

L'adhésif époxy à deux composants Master Bond EP21LSCL-2Med a répondu à l'ensemble des exigences de l'application. La classification ISO 10993-5 de non-cytotoxicité de ce produit a permis de le qualifier plus facilement pour le capteur portatif.

EP21LSCL-2Med a également été conçu pour durcir à basse température, ce qui lui permet de durcir complètement à des températures inférieures à 80 °C. Cela a permis de protéger l'intégrité des composants électroniques sensibles de l'appareil portable. L'une des propriétés remarquables de l'adhésif est sa faible viscosité mixte, mesurée à 500-1000 cps à température ambiante. Il se prête donc parfaitement à la capillarité, ce qui permet à l'adhésif de s'écouler facilement, garantissant ainsi que les espaces complexes soient correctement remplis, sans aucun vide.

Le matériau a été conditionné dans des seringues pré-mélangées et congelées, livrées dans des seringues Nordson EFD de 3 cc, ce qui rend le processus très efficace et réduit les déchets.

Le fluide Master Bond EP21LSCL-2Med a été expédié dans une boîte à température contrôlée et conservé à-40° C jusqu'à son utilisation.

Pour préserver l'intégrité du produit, les seringues ont été expédiées dans de la neige carbonique et conservées à -40° C jusqu'à leur utilisation. Il suffisait aux opérateurs de décongeler et charger les seringues dans le système de dosage, rationalisant ainsi le flux de travail et minimisant les erreurs de manipulation.

Emballage / Équipement : Solutions de dépose pour la fabrication de capteurs portables

Nordson EFD propose plusieurs solutions de dépose de fluides pour encapsuler efficacement l'électronique portable. La large gamme de solutions de dépose de fluides proposée par l'entreprise permet aux fabricants de choisir la technologie la mieux adaptée aux besoins de leurs applications.

Le Master Bond EP21LSCL-2Med ayant une durée de vie de 6 à 8 heures, le choix de la solution de dosage pour l'application a été guidé par cette donnée. La durée de vie d'un fluide est le temps qui s'écoule avant que l'époxy ne devienne trop épaisse pour être appliquée. Une considération supplémentaire à prendre lors de la sélection de la technologie de dépose était qu'une fois le composé Master Bond décongelé à température ambiante en sortant du congélateur à -40° C, il ne pouvait pas être recongelé.

Les fluides Master Bond ont été livrés congelés et, après décongélation, ils offrent une durée de vie de 6 à 8 heures.

Pour que le matériau puisse s'écouler facilement autour des composants du capteur et remplir les espaces complexes sans laisser de vides dans l'application, un doseur de fluide, une valve, un système d'automatisation, une cartouche et des technologies de pointe ont été recommandés au fabricant.

Pour maximiser l'utilisation du Master Bond EP21LSCL-2Med, les ingénieurs de Nordson EFD ont recommandé d'utiliser les doseurs de haute précision Ultimus V. Cette solution a permis d'obtenir une commande de dépose de fluides de haute précision pour l'application manuelle ou automatisée de fluides à viscosité variable. Ainsi, lorsque la viscosité de l'époxy change, la fonction de régulation électronique complète de la presse permet de maintenir la cohérence des processus de dosage des fluides critiques du début à la fin.

La solution de dépose de fluide Ultimus V est dotée d'une régulation électronique complète de la presse, ce qui permet aux fabricants d'effectuer des dosages réguliers en fonction des variations de la viscosité de l'époxy.

La solution de dosage de fluide Ultimus V a été recommandée parce que la taille de la dépose reste constante quels que soient les changements de viscosité dans l'EP21LSCL-2Med. Pour maintenir la précision requise pour l'application, la solution Ultimus V offre un contrôle électronique du temps de dépose, de la pression d'air et du vide. La solution de dosage de fluide Ultimus V s'adapte à la viscosité du fluide - une fois programmée, la pression d'air s'ajuste automatiquement au fur et à mesure que le fluide s'épaissit. Par ailleurs, si la pression requise est inférieure à 5 PSI, l'Ultimus II est un meilleur choix.

La solution de dosage de fluide Nordson EFD Ultimus II est une excellente option pour les fabricants qui déposent des époxys à moins de 5 PSI.

Si un volume plus important est nécessaire (30 cc ou plus), une valve à pointeau de la série xQR41V peut être une alternative afin d’éviter les problèmes de variation du plein au vide. La conception de la xQR41V permet de changer rapidement de fluide et de nettoyer facilement les pièces en contact avec le fluide à la fin de la période de travail. La valve à pointeau est dotée d'un fermoir à dégagement rapide breveté, ce qui permet un entretien rapide et facile sur le terrain. En outre, le faible niveau de fluides retenus dans le corps de fluide réduit les déchets de fluides, et le facteur de forme réduit de la solution augmente la capacité de production.

La vanne à pointeau de la série xQR41V constitue un choix éprouvé pour les fabricants qui ont besoin de 30 cm³ ou plus d'époxy pour des applications à plus grand volume.

Après la réussite des essais sur table, afin de répondre à l'exigence de temps plus long pour le dosage automatisé, Nordson EFD a conseillé au client d'utiliser la série EV des systèmes de dosage automatisés. Le système d'automatisation a permis une intégration facile dans les opérations de fabrication du client.

Les systèmes de dosage automatisés de la série EV permettent une intégration facile dans les opérations de fabrication du client.

L'application régulière du fluide a été assurée par l'utilisation d'embouts en acier inoxydable orange ou rouge de Nordson EFD universel. La pointe orange est de calibre 23 et a un diamètre intérieur de 0,33 mm/0,013". Cette pointe est optimale lorsque le matériau est appliqué manuellement. La pointe rouge est de calibre 25 et a un diamètre intérieur de 0,25 mm/0,010". Cette pointe est plus adaptée aux processus automatisés.

Nordson EFD utilise une approche axée sur le laboratoire pour recommander des technologies de dosage de fluides - en évaluant les fluides, les substrats, les objectifs d'application et les besoins de production pour fournir une approche consultative afin de sélectionner la bonne solution pour vos besoins. Les professionnels des services techniques de Nordson EFD peuvent vous aider à relever vos défis de production uniques – cliquez ici pour en savoir plus.

Minimiser les bulles d'air dans les emballages pré-mélangés et surgelés

La présence de bulles d'air est l'un des problèmes les plus courants lors de la dépose d'adhésifs époxy. Pour y remédier, Master Bond a mis en place des protocoles de dégazage rigoureux au cours du processus de conditionnement. Après avoir mélangé les deux composants de l'EP21LSCL-2Med, la formulation a été centrifugée à 2000-3000 tr/mn pendant 1 à 2 minutes. Cette étape essentielle permet d'éliminer efficacement l'air emprisonné et de réduire le risque d'apparition de vides pendant l'application. Ce mélange dégazé a été immédiatement congelé. En conditionnant l'adhésif dans des seringues EFD de 3 cc, Master Bond a permis à l'utilisateur final d'appliquer l'époxy avec une grande précision et en toute confiance, sachant que chaque seringue contenait un matériau uniforme, sans bulles, prêt pour une dépose automatisée.

Cette méthode a non seulement permis d'éliminer la nécessité d’effectuer le mélange sur site, un processus sujet à la variabilité et à la contamination, mais aussi d'améliorer considérablement la durée et la régularité de la production. Il s'agit d'une intégration en douceur de la science des matériaux et de l'ingénierie des procédés, qui a permis de garantir que l'encapsulant fonctionne parfaitement dans une application médicale exigeante. La devise de Master Bond est toujours d'aider les ingénieurs et les utilisateurs finaux à répondre aux exigences spécifiques des applications adhésives - cliquez ici pour en savoir plus.

Minimiser les bulles d'air lors de la dépose

Le fluide congelé se décongelant à une vitesse différente de celle de l'emballage dans lequel il est contenu, Nordson EFD a rappelé au client de ne pas précipiter le processus et de décongeler soigneusement les seringues pour éviter de créer des bulles d'air, connues sous le nom de vides de congélation et de décongélation (FTV).

L'utilisation d'un système de centrifugation comme la centrifugeuse universelle ProcessMate 5000 est un moyen éprouvé de s'assurer qu'il n'y a pas de poches d'air après la décongélation de l'époxy utilisée dans cette application.

Pour s'assurer qu'il n'y a pas de poches d'air après la décongélation, EFD recommande de centrifuger le matériau pendant 1 à 2 minutes avant de l'utiliser. Pour cette application, le fabricant a utilisé la centrifugeuse universelle ProcessMate 5000.

Conclusion

L'application collaborative de l'époxy pré-mélangée et congelée innovante de Master Bond avec la meilleure technologie de dosage de Nordson EFD s'est avérée déterminante pour le succès du client dans la fabrication de capteur portable. Cette synergie a permis de relever le défi de l'élimination des bulles d'air, ce qui a garanti un processus d'encapsulation à la pointe de la technologie. Les capteurs ont été entièrement sécurisés et ont offert les capacités de protection élevées requises pour l'application.

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