DE102012101225B3 - Dichtung einer Fuge - Google Patents

Abstract

Dichtung einer Fuge (5) zwischen zwei Komponenten (1, 2). Aufgabe ist es, eine hermetische Dichtung einer Fuge zwischen zwei Komponenten eines Gehäuses zu schaffen, die den besonderen Anforderungen von mechatronischen Mikrosystemen und insbesondere eines künstlichen Akkomodationssystems genügt. Die Aufgabe wird mit einer Dichtung gelöst, umfassend einen polymeren Klebstoff (6) in der Fuge, der die Fuge über ihre gesamten Länge überbrückt, wobei der Klebstoff ein Getter-Material ist oder enthält sowie mindestens eine Beschichtung (7) aus Metall oder Glas, die auf den beiden Komponenten sowie der Klebstoffoberfläche einseitig oder beidseitig aufliegt und die Fuge vollständig überspannt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Dichtung einer Fuge zwischen zwei Komponenten vorzugsweise eine Gehäuse-Deckel-Dichtung oder eine Dichtung zwischen Gehäusekomponenten eines Gehäuses für Mikrosysteme, vorzugsweise für ein Implantat im menschlichen Körper gemäß des ersten Patentanspruchs. Die Gehäusekomponenten sind vorzugsweise aus einem biologisch und fluiddichten passiven Material, weiter bevorzugt aus einem anorganischen Feststoff und besonders bevorzugt für den speziellen Einsatz für eine Kapselung eines künstlichen Akkommodationssysstems als bevorzugtes Mikrosystem aus Glas. Alternativ sind hierfür auch biokompatible Metalle wie z. B. Titan oder Gold, Metalllegierungen oder mit Metall oder Glas beschichtete Kunststoffe zum Einsatz. Die Dichtung ist für einen hermetisch dichten und dauerhaften Verschluss der Fuge gegenüber Flüssigkeiten und/oder Gasen vorgesehen.
• Dichtungen von Fugen sind allgemeiner Stand der Technik. Sie dienen der Abdichtung gegenüber Umwelteinflüssen flüssiger und gasförmiger Natur. Gehäuse von technischen Systemen dienen dem Schutz dieser Systeme vor Umgebungseinflüssen. Öffnungen der Gehäuse, die einen Zugang in das Innere ermöglichen, müssen z. B. durch Deckel oder Klappen verschlossen werden, wobei die Fuge zwischen Gehäuse und Verschluss durch eine Dichtung abgedichtet wird.
• Insbesondere muss ein Eindringen von schädlichen Substanzen aus der Umgebung durch eine Gehäusekapselung in sensible Systeme wie z. B. mikroelektronische Systeme oder Mikrosysteme verhindert werden, will man diese dauerhaft funktionsfähig erhalten. Diese Substanzen können z. B. Wasser oder Sauerstoff sein, die mit Komponenten oder Materialien der zu schützenden Systeme reagieren und somit zur Materialumwandlung an den Oberflächen der Bauteile führen können. Bei integrierten elektronischen Komponenten beispielsweise führt das Eindringen von Feuchtigkeit zum Kontakt mit Wassermolekülen, damit zu Korrosion von Verbindungsstellen und begünstigt in Folge dessen Funktionsausfälle des Systems. Aus diesem Grund müssen derartige Systeme gegenüber Umgebungseinflüssen hermetisch dicht, d. h. nicht nur gegen Durchströmung oder einen anderen volumetrischen Übertritt, sondern auch gegen Diffusion gekapselt werden. Hermetische Abdichtungen sind beispielsweise für Sensorsysteme in Gebieten mit hoher Luftfeuchtigkeit oder für aktive Implantate, die in Körperflüssigkeit betrieben werden erforderlich. Bei Implantaten ist die hermetische Abdichtung auch in die Gegenrichtung notwendig, da keine Stoffe aus dem Implantat in den umliegenden Gewebebereich austreten dürfen.
• Gegenüber mikroelektronischen Schaltungen benötigen mechatronische Systeme wie z. B. optische Systeme zur künstlichen Akkomodation oder andere Implantate einen Hohlraum im Inneren, der eine Bewegungsfreiheit und damit Funktion von beweglichen Komponenten bietet. Ferner sind hierzu auch Kommunikationsschnittstellen z. B. in der Form von abgedichteten Durchführungen durch die Gehäusewandung erforderlich.
• [3] offenbart beispielhaft ein Vergießen von Implantaten in Polymere. [4] beschreibt eine Verkapselung von neuronalen Implantaten, wobei ein Sensor auf einem keramischen Substrat kontaktiert komplett mit Polymer vergossen und im Anschluss daran metallisiert wurde. Ein Vergießen eignet sich jedoch nicht für mechatronische Implantate, die für ihr Funktionieren einen Hohlraum benötigen. Die Kontaktierung nach außen erfolgt über Leiterbahnen im keramischen Substrat.
• Humanmedizinische Implantate mit mechatronischen Elementen werden üblicherweise in hermetisch dichten Gehäusen gekapselt.
• Das Zusammensetzen dieser Gehäuse erfolgt meist bei erhöhten Temperaturen, wie z. B. durch Verschweißen [1] oder im Falle eines Glas-/Silizium-Gehäuses durch anodisches Bonden [2]. Diese erhöhten Temperaturen schränken jedoch die Auswahl der zu schützenden mechatronischen Elemente auf die temperaturbeständigen Elemente ein.
• Befinden sich temperaturempfindliche Komponenten im System, so muss während der Prozessierung darauf geachtet werden, dass sie keinen hohen Temperaturen ausgesetzt werden, z. B. während des Fügeprozesses des Gehäuses, bei dem die Komponenten bereits eingebaut sind.
• Eine besondere Herausforderung stellt ein künstliches Akkommodationssystem dar. Hierbei ist nicht nur eine hermetisch dichte Gehäusekapselung, sondern auch eine definierte und sich nicht verändernde Transparenz im optischen Bereich z. B. der Stirnflächen erforderlich. Robustheit gegen alle während der Implantation und des Betriebes auftretenden Kräfte sowie Biokompatibilitat sind weitere Anforderungen an das System. Ferner sollte die Dichtung im Betrieb keine Relativbewegung der Klebfugen, insbesondere aber der optischen Außenflächen zueinander hervorrufen.
• Folglich liegt die Aufgabe der Erfindung darin, eine hermetische Dichtung einer Fuge zwischen zwei Komponenten eines Gehäuses zu schaffen, die den besonderen Anforderungen von mechatronischen Mikrosystemen und insbesondere eines künstlichen Akkomodationssystems genügt.
• Die Aufgabe wird mit einer Dichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Auf diesen rückbezogene Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen wieder.
• Zur Lösung der Aufgabe wird eine hermetische Dichtung einer Fuge zwischen zwei Komponenten vorgeschlagen. Die Komponenten, vorzugsweise Gehäuseteile werden aus einem hermetisch dichten Werkstoff gefertigt, z. B. Metall, Keramik, Glas.
• Für ein künstliches Akkommodationssystem eignet sich als Gehäusematerial insbesondere ein im optisch sichtbaren Bereich transparentes Material, vorzugsweise Glas. Glas ist biokompatibel, ermöglicht eine Funkkommunikation zum Datentransfer zum System im Gehäuse sowie eine optisch transparente Gehäusewandung, vorzugsweise als integrale optische Linse.
• In der Fuge befindet sich ein polymerer Klebstoff, der die Fuge über ihre gesamte Länge überbrückt und die Komponenten damit miteinander verbindet. Der Fügeprozess erfolgt in vorteilhafter Weise mit sehr geringer Temperaturbelastung der angrenzenden Subsysteme. Der Klebstoff weist in der Fuge und beidseitig zu dieser vorzugsweise zwei freie Oberflächenbereiche auf, z. B. im Falle eines aus zwei Gehäuseteilen zusammengeklebten Gehäuses eine gehäuseinnenseitige und eine gehäuseaußenseitige Fläche. Dies bedeutet, dass die Fuge keine Fluidpassage aufweist, die einen direkten Übertritt von Fluiden von einer Umgebung (z. B. Gehäuseaußenseite) zu einem hinter der Fuge angeordneten geschützten Bereich (z. B. Gehäuseinnenvolumen) ermöglichen könnte. Ein Vorteil des Klebens gegenüber anderen Fügeverfahren ist der relativ geringe Anspruch an die Oberflächenqualität der Fügepartner. Unebenheiten, z. B. Ausbrüche nach der Fertigung, können durch Klebstoff ausgeglichen werden.
• Polymere sind nicht hermetisch dicht und können somit ein Eindringen oder Austreten von Stoffen an der Klebestelle z. B. durch Diffusion nicht über längere Zeit verhindern. Zusätzliche Maßnahmen sind hierzu erforderlich, die im Klebstoff über die gesamte Länge mindestens eine die Fuge überbrückende Diffusionssperre vorsehen. Eine mögliche Ausführung sieht zumindest eine Diffusionssperre vor, die beidseitig durch Klebstoff abgedeckt ist, d. h. diese befindet sich im Klebstoffvolumen.
• Bevorzugt ist der Klebstoff dabei als Getter konzipiert. Der Klebstoff ist oder enthält hierzu ein Getter-Material, d. h. einen chemisch aktiven, beispielsweise einen hygroskopischen Stoff (z. B. Salze, Zeolithe, Silikagel etc.). Er übernimmt dabei die Funktion eines Wasserspeichers, indem er diese Moleküle einlagert oder chemisch bindet. Die so gebundenen Moleküle sind für das interne System unschädlich.
• Eine weitere bevorzugte Maßnahme umfasst mindestens eine zusätzliche Diffusionssperre in Form einer Beschichtung auf mindestens einer freien Klebstoffoberfläche vorzugsweise aus einem aufgedampften, galvanisch abgeschiedenen oder gesputterten Metall oder Glas. Vorzugsweise erstreckt sich die Beschichtung auch auf die an diese beschichteten Klebstoffoberflächen unmittelbar angrenzenden Bereiche auf den Komponenten. Als Metallbeschichtung für medizinische Anwendungen eignet sich z. B. insbesondere Titan. Titan ist biokompatibel und weist eine geringe Steifigkeit, aber eine hohe Festigkeit auf. Als eine elektrisch nicht leitende Nichtmetallbeschichtung eignet sich bevorzugt eine Glasbeschichtung.
• Die Beschichtung bildet eine Diffusionsbarriere vorzugsweise für in den Klebstoff eindringende Moleküle und ist folglich vorzugsweise auf der freien Oberfläche des Klebstoffs aufgebracht, die in Richtung der Atmosphäre mit den zurückzuhaltenden Molekülen weist. Ein Gehäuse wie z. B. das eines Implantats oder eines künstlichen Akkomodationssystems, dessen Innenvolumen vor eindringenden Moleküle geschützt werden muss, weist folglich vorzugsweise eine gehäuseaußenseitige Beschichtung auf. Soll dagegen ein Ausdiffundieren von Molekülen aus einem Innenvolumen eines Gehäuses verhindert werden, erfolgt die Beschichtung vorzugsweise gehäuseinnenseitig. Das Getter-Material des Klebstoffs übernimmt dann die Funktion eines Polizeifilters insbesondere bei einer Beschädigung der Beschichtung. Bei bestimmten Stoffen, beispielsweise radioaktiven oder toxischen Stoffen oder zur Sicherstellung einer Langzeitstabilität ist eine größtmögliche Dichtungswirkung und damit Sicherheit anzustreben und/oder unabdingbar. Vorzugsweise ist eine beidseitige Beschichtung vorteilhaft.
• Die Fuge weist vorzugweise in einer oder in beiden angrenzenden Komponenten eine Nut auf. Diese nimmt zusätzlich polymeren Klebstoff und damit Getter-Material auf und erhöht die Aufnahmekapazität für in den Klebstoff eindringende Moleküle. Ferner erweitert die Nut die stoffschlüssige Verbindung um einen zusätzlichen formschlüssigen Anteil und bewirkt damit eine Erhöhung der Scherfestigkeit der Klebverbindung und damit der Dichtung. Eine weitere bevorzugte Gestaltung der Fuge mit zwei Nuten, die als Topographien ineinandergreifen, erhöht insbesondere die Verzahnung der beiden Komponenten im Fugenbereich und reduziert oder behindert bei möglichen Quellungen Relativbewegungen der Komponenten zueinander.
• Eine mögliche Ausführung sieht vor, in der Fuge Abstandshalteelemente und/oder Klemmelemente vorzusehen. Diese werden bevorzugt in der Nut als Anformungen in den Komponenten oder als separate Teile vorgesehen. Diese Elemente dienen der Sicherstellung eines Abstands bei der Verklebung der Komponenten, d. h. bei der Herstellung der Dichtung.
• Eine weitere Ausführung sieht vor, eine Nut als eine Ausgleichsnut nahe einer freien Klebstoffoberfläche anzuordnen. Die Ausgleichsnut weist einen Ausgleichsbereich mit einer erweiterten Fugenbreite in Richtung der jeweils angrenzenden freien Oberflächenbereiche des Klebstoffs auf. Die Ausgleichsnut erhöht lokal das Klebstoffvolumen insbesondere am besonders hoch belasteten Dichtungsrand, d. h. an der Tripellinie zwischen Komponente, Klebstoff und Umgebung bzw. ggf. Beschichtung. Spannungsspitzen werden bevorzugt durch den vergleichsweise nachgiebigen Klebstoff aufgenommen und damit auch in der Beschichtung reduziert.
• Eine besonders zähe wie nachgiebige und damit widerstandsfähige Beschichtung erhält man dadurch, dass die Beschichtung durch einen Schichtverbund mit mehreren vorzugsweise alternierenden Lagen aus unterschiedlichen Materialien z. B. aus Glas, Metall oder Hartstoff und Kunststoff gebildet wird. Somit entsteht eine Verbundschicht mit erhöhter Zähigkeit und Versagenstoleranz. Vorzugsweise umfasst der Schichtverbund mindestens eine hermetisch dichte Hartstoffschicht und mindestens eine spannungsausgleichende Polymerschicht.
• Durch Ausbildung der dichtenden Beschichtung als Viellagenschicht kann die Rissausbildung und -ausbreitung in der Beschichtung durch Quellung unterbunden und so lange Dichtigkeit gewährleistet werden. Insbesondere erfolgt bei der Rissbildung und Rissausbreitung eine spannungsabbauende Rissumlenkung in Richtungen bevorzugt parallel zu der Beschichtung und damit auch eine Verlängerung möglicher Diffusionswege.
• Möglich ist hier beispielsweise der Einsatz von Parylene in Kombination mit Titan. Parylene hat selbst einen sehr geringen Permeationskoeffizienten. Das Polymer dient im Lagenaufbau jedoch als spannungsausgleichende Schicht. Die Barrierewirkung wird mit Hilfe der Titanlagen erzielt. Quillt bei Wassereintritt der Klebstoff auf, so entstehen Spannungen im Beschichtungssystem. Können diese nicht mehr durch das Parylene kompensiert werden, so reißt zunächst nur die äußere Schicht, auf die die größte Spannung wirkt. Die Barrierefunktion der darauf folgenden inneren Schichten wird dabei nicht beeinträchtigt.
• Wird die Spannung weiter erhöht, so reißt die nächste Hartstoffschicht nicht im gleichen Bereich wie die darüberliegende Hartstoffschicht. Der Riss und damit der Diffusionsweg werden über die spannungsausgleichende Polymerschicht entlang der Schichtebene verlängert.
• Das Schichtsystem basiert folglich vorzugsweise auf einer Titan-Barriereschicht direkt auf dem Klebstoff. Titan hat sehr gute Hafteigenschaften. Es folgt eine spannungsausgleichende Schicht aus Parylene, sowie eine weitere Titan-Barriereschicht. Dieser Aufbau kann mehrfach wiederholt werden.
• Durch die vorgenannten Maßnahmen wird eine hermetische Abdichtung der Fuge bzw. eines Gehäuses erreicht.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die optional auch mit einzelnen oder allen vorgenannten Maßnahmen zusätzlich kombinierbar oder erweiterbar ist. Es zeigen
• 1a bis e beispielhafte Ausführungen einer hermetischen Dichtung, die zwei Gehäuseteile miteinander verbindet und das Gehäuseinnenvolumen vor Umgebungseinflüsse schützt,
• 2 eine hermetisch dichte Durchführung einer Leitung,
• 3a und b beispielhafte Ausführungsformen der Dichtung mit im Klebstoff eingemischten Getter-Materialen,
• 4a und b beispielhafte Ausführungsformen der Dichtung mit kaskadenförmig angeordneten abdichtenden und bindenden Schichten oder Diffusionssperren zum Verhindern eines Eindringens einer schädlichen Substanz,
• 5 eine Detailansicht einer Fuge mit Multilayerbeschichtung,
• 6 eine weitere Ausführungsform der Dichtung mit je einer Ausgleichsnut an den beiden freien Klebstoffoberflächen sowie
• 7a bis c beispielhafte Gehäuse mit Dichtungen für ein künstliches Akkommodationssystem.
• Die 1 bis 6 geben Detailschnittzeichnungen der Dichtung einer Fuge zwischen zwei Komponenten wie Gehäuseteile eines Gehäuses wieder. Die Gehäuseteile, die wie beispielhaft dargestellt ein Gehäuse 1 und ein Gehäusedeckel 2 umfassen, sind jeweils aus einem hermetisch dichten Material hergestellt. Vorzugsweise ist das Gehäuseinnere 3 vor Einflüssen der Umwelt 4 außerhalb des Gehäuses zu schützen. Die Dichtung befindet sich in der Fuge 5 zwischen den beiden Gehäuseteilen. Sie umfasst einen polymeren Klebstoff 6 in der Fuge sowie mindestens eine Beschichtung 7 aus Metall oder Glas, die auf den beiden genannten Komponenten sowie der Klebstoffoberfläche einseitig bzw. beidseitig aufliegt und die Fuge vollständig überspannt. Der Klebstoff ist und/oder enthält ein Getter-Material, d. h. ein chemisch aktives Material mit der Eignung zur An- einer Einbindung von Molekülen insbesondere Wasser durch chemische Bindung, Adsorption, Adhäsion oder Diffusion. Vorzugsweise verschließt der Gehäusedeckel 1 eine Öffnung im Gehäuse 2 unter Bildung einer umlaufenden Fuge vollständig. Eine weitere Ausführung sieht ein mehrkomponentiges Gehäuse vor, wobei sich die Fugen zwischen jeweils mindestens zwei Komponenten erstrecken und auch Verzweigungen und Kreuzungen bilden können. In jedem Fall überbrückt die Dichtung die Fuge in ihrer gesamten Länge.
• Das genannte Gehäuse ist bevorzugt ein Gehäuse eines künstlichen Akkomodationssystems, das als Implantat in ein Auge eingesetzt ist. Mögliche Ausführungen hierzu sind in 7a bis c wiedergegeben.
• Ein künstliches Akkommodationssystem ist ein mechatronisches Mikrosystem, mit dem die aufgrund von Presbyopie oder nach einer Katarakt-Operation verloren gegangene Akkommodationsfähigkeit wiederhergestellt werden soll. Das Implantat beinhaltet eine aktive Optik, die sich an die Gegenstandsweiten verschiedener vom Patienten fokussierter Objekte anpasst. Dazu wird zunächst der Abstand zum Objekt mit Hilfe eines Sensorsystems bestimmt. Diese Information wird in einer Steuerungseinheit ausgewertet und an den Aktor weitergeleitet, der die aktive Optik anpasst. Das System ist abgeschlossen und arbeitet autonom. Die Energie muss drahtlos übertragen und im Inneren zwischengespeichert werden. Für die Realisierung auf dem begrenzten Bauraum muss darauf geachtet werden, dass die Komponenten selbst sehr klein sind und einen möglichst geringen Energieverbrauch haben, um das benötigte Energiespeichervolumen bei definierter Betriebszeit zu minimieren. Zudem muss eine optimale Nutzung des sehr begrenzten Bauraums bei der Systemintegration aller Komponenten erfolgen.
• Das künstliche Akkommodationssystem wird wie eine Intraokularlinse in den Kapselsack implantiert. Aufgrund dessen benötigt es eine Sensoreinheit, die den Akkommodationsbedarf aus dem Inneren des Auges heraus erfassen kann. Mit Hilfe dieser Information kann die aktive Optik in ihrer Brechkraft auf die vom Patienten benötigte Fokuslänge eingestellt werden.
• Dem Gehäuse eines Akkommodationssystems kommt die Aufgabe zu, Wasser und andere schädliche Substanzen am Eindringen in das Mikrosystem zu hindern. Zudem muss ein Austausch von visuellen und nicht visuellen Daten und/oder Energie über die Gehäusewandung hinweg realisierbar sein. Ferner benötigt die Optik entsprechende transparente Durchtrittsflächen, die einen Lichtstrahl im bevorzugt sichtbaren Lichtbereich ohne oder nur mit geringen optischen Manipulationen durchlässt.
• Hierfür weist das Gehäuse einer Ausführungsform eine zylinderförmige Gestalt mit zwei planparallel zueinander angeordneten Stirnflächen auf (7a und b). Eine alternative bevorzugte Ausführungsform eines Gehäuses mit Innenhohlraum für ein System sieht zwei transparente und gegeneinander ausgerichtete Halbschalen 25 ähnlich Uhrengläser, die zusammen eine Linsenform bilden vor, die an ihren Umfängen unter Bildung des Hohlraums hermetisch dicht miteinander verklebt sind (7c). Eine optische Transparenz des Gehäuses, vorzugsweise zumindest der beiden vorgenannten Stirnflächen oder Uhrengläser sind hierzu erforderlich. Ein Austausch von nicht visuellen Steuerungsdaten erfolgt vorzugsweise mittels elektromagnetischer Informationen ohne Leitungen, alternativ über die Gehäusewandung überbrückende Übertragungsleitungen, wie sie beispielhaft in 2 wiedergegeben sind.
• 1a zeigt beispielhaft eine Dichtung mit einer nach außen hin gewölbten freien Klebstoffoberfläche 9 (vgl. auch 1d und e, 2, 3a und b sowie 4a und b). Die zur Umgebung 4 weisende Klebstoffoberfläche ist mit einer Beschichtung versehen, die sich über die gesamte freie Klebstoffoberfläche und über die angrenzenden freien Komponentenoberflächen 8 erstreckt. Diese Ausführung eignet sich insbesondere dann, wenn ein Betriebszustand eine Erweiterung der Fuge 5 bewirkt, wobei eine Vergrößerung der freien Klebstoffoberfläche 9 und damit der Beschichtung 7 durch ein nach innen in die Fuge Ziehen verringert wird. Die Dehnung der Beschichtung und damit die Reißgefahr werden damit in vorteilhafter Weise reduziert.
• 1b zeigt den gleichen Aufbau der Dichtung, jedoch mit einer nach innen hin gewölbten freien Klebstoffoberfläche 9 (Kehlnut, vgl. auch 1c). Die Fläche einer nach innen hin gewölbten freien Klebstoffoberfläche reduziert sich in vorteilhafter Weise bei einer Quellung des Klebstoffs 6. Die Quellung bewirkt nicht nur eine Fugenverbreiterung und damit grundsätzlich eine Dehnung auch der Beschichtung, sondern auch ein Herausquellen von festem Klebstoff aus der Fuge, deren nach innen gewölbte freie Oberfläche nach außen gedrückt wird und der genannten Dehnung der Beschichtung entgegenwirkt. Diese Entlastung der Beschichtung führt zu einer Reduzierung des Versagensrisikos. Folglich eignet sich diese Ausführung insbesondere dann, wenn die Gefahr eines Reißens der Beschichtung bei einer Quellung des Klebstoffs vermieden werden soll.
• Alternativ kann man dieser durch Quellung hervorgerufenen Gefahr eines Beschichtungsversagens mit einem Druckunterschied beidseitig der Dichtung entgegenwirken. Dieser wird realisiert, indem das Kleben und Beschichten des Gehäuses unter Vakuum durchgeführt wird. Im Beispiel eines künstlichen Akkommodationssystems beträgt der Druckunterschied 1,01 bar zwischen Augeninnendruck und Vakuum im Gehäuseinneren und erzeugt somit eine Vorspannung der Klebenaht. Lagert sich z. B. Wasser im Klebstoff ein, so wird eine Quelldehnung nach außen durch den Gegendruck reduziert. Das Elastizitatsmodul des Klebstoffs sowie seine maximale Wasseraufnahmefähigkeit sind proportional zur inneren Quellspannung. Eine entsprechende Auswahl des Klebstoffs muss somit sowohl die gewünschte Festigkeit der Verbindungsstelle gewährleisten als auch die Eigenspannung aufgrund von Quellung gering halten. Bevorzugte Klebstoffe sind Epoxidharze und silikonbasierte Klebstoffe, die sich durch eine hohe Wasseraufnahmekapazität bei gleichzeitig geringer Neigung zum Quellen auszeichnen.
• Eine weitere Möglichkeit, dieser durch Quellung hervorgerufenen Gefahr eines Beschichtungsversagens entgegenzuwirken, besteht in der Gestaltung der Fuge mit einer Nut in mindestens einer der angrenzenden Komponenten, die sich über die gesamte Länge der Dichtung erstreckt. 1c gibt eine solche Gestaltung mit einer umlaufenden Nut 21 im Gehäusedeckel wieder, wobei die Nut der zusätzlichen Aufnahme von Klebstoffvolumen und damit Gettermaterial dient. Die Nut dient dabei als eine Ausgleichsnut. Optional sind Ausgleichsnuten 24, die nahe der Klebstoffoberfläche angeordnet sind (vgl. 6), wodurch sich in vorgenannter Weise auch eine Entlastung der Beschichtung 7 ergibt.
• Eine optionale zusätzliche Feder 22 greift in diese Nut ein (1d) und bewirkt einen Führung und im Falle einer Quellung eine gegeneinander seitlich auf die Federflächen wirkende Kraft. Die Feder wird damit in der Nut eingespannt, womit es zu einer zusätzlichen Festigung der Bindung zwischen der Komponenten 1 und 2 kommt. Optional werden Feder und Nut als Schwalbenschwanzpassung vorgesehen, wobei die vorgenannten Kräfte eine resultierende Kraft erzeugen, die die Komponenten gegeneinander drücken und ein beispielhaft zusätzlicher Abstandshalter 23 einen festen Abstand zwischen Nutgrund und Federkopf und damit der Fuge einstellt (1e). Der für alle Ausführungen optionale, aber beispielhaft nur in 1e gezeigte Abstandshalter stellt eine allgemeine Maßnahme dar und ist als Partikel oder Formkörper entweder separat eingesetzt oder an mindestens einer Komponente angeformt.
• 2 zeigt eine Durchführung einer Übertragungsleitung 10 durch die Fuge. Die Übertragungsleitung wird in der Fuge vollständig von Klebstoff 6 ummantelt. Die Beschichtung 7 erstreckt sich nicht nur auf die freie Klebstoffoberfläche und den angrenzenden freien Komponentenoberflächen, sondern auch auf die angrenzende Oberfläche der Übertragungsleitung. Optional sind nicht weiter dargestellte Führungsmittel wie eine nutförmige Erweiterung der Fuge oder Führungselemente wie z. B. Abstandshalter der vorgenannten Art für die Übertragungsleitung vorgesehen.
• 3a und b zeigen beispielhaft Ausführungsformen von Dichtungen mit Materialkombinationen, die nicht nur durch den vorgenannten einseitig beschichteten Klebstoff in der Fuge, sondern auch durch weitere Materialien gebildet werden. Ziel ist, ein Optimum zwischen dem Abdichten, d. h. dem Verhindern des Eindringens von Wasser, sowie dem Binden der eingedrungenen Wassermoleküle im Inneren des Systems zu erreichen. 3b zeigt beispielhaft eine Kombination eines Klebstoffs 6 mit Getter-Funktion im äußeren Bereich und einer zusätzlichen Barriere 13 zum inneren Bereich des zu schützenden Systems hin. 3a zeigt beispielhaft den Einsatz deiner zusätzlichen Barriere aus einem Polymer 12 mit sehr geringer Wasseraufnahmefähigkeit, z. B. Epoxidharz (z. B. EPO-TEK 354-T), das ebenfalls als Klebstoff eingesetzt wird, hinter der Diffusionssperre. 3b zeigt eine gehäuseinnenseitige zusätzliche Beschichtung 13 aus einem hermetisch dichten Material, die zusätzlich aufgebracht wird. Beide Varianten beschreiben eine Dichtung mit mindestens zwei hintereinander angeordneten Materialien, einem polymeren Klebstoff mit Getter-Eigenschaften und einem Material ohne Getter-Eigenschaften, das aber eine hermetische Abdichtung bewirkt. Beide Materialien überbrücken die Fuge in ihrer gesamten Länge. Vorzugsweise ist der zusätzliche Dichtstoff (Polymer 12) in der Fuge im zur Umwelt 4 angrenzenden Bereich hinter der Diffusionssperre, während das andere Material mit Getter-Eigenschaft im gehäuseinnenseitigen Bereich der Fuge angeordnet ist.
• Das Getter-Material bindet eindringende Wassermoleküle 14, ohne dass sich ein Gleichgewicht mit dem Inneren des zu schützenden Systems einstellt, da beide durch eine zusätzliche Barriere getrennt sind (3b). An dieser baut sich ein osmotischer Druck auf, der je nach Permeabilitat des Barrierematerials nur langsam zur Diffusion des Wassers ins Systeminnere führt.
• Eine Variation ist das Einbringen von weiteren Getterschichten 19 (vgl. 4a) und/oder Barriereschichten 20 (vgl. 4b). Die Dichtung umfasst somit mehrere hintereinander angeordnete Schichten aus Klebstoff 6 sowie Getter- bzw. Barriereschichten, wobei alle Schichten sich über die gesamte Länge der Fuge erstrecken und auch vorzugsweise jeweils auch beide angrenzenden Komponenten miteinander dichtend verbinden. Die Barriereschichten sind vorzugweise aus einem dichten Kunststoff ohne Gettereigenschaften, während die Getterschichten eine gegenüber dem Klebstoff 6 erhöhte spezifische Aufnahmekapazität aufweisen. Die Getterschichten können dabei fest oder flüssig sein.
• 5 zeigt beispielhaft einen Schnitt eines Schichtsystems mit einer Viellagenschicht 26. Diese besteht aus einer Anzahl von aufeinander angeordneten Einzelschichten aus hermetisch dichtem Material 27 wie Glas, Metall oder Hartstoff (in 5 dunkle Schicht) und aus plastischen vorzugsweise fließfähigen Material 28 wie Kunststoff (in 5 helle Schicht). Die genannten Einzelschichten liegen wie vorgenannt vorzugsweise in abwechselnder Reihenfolge aufeinander, wobei die nach außen weisende obere Schicht bevorzugt eine Einzelschicht aus hermetisch dichtem Material ist.
• Vorzugsweise ist der Randbereich 29 der Viellagenschicht auf den Komponenten (Gehäuse 1 und Gehäusedeckel 2) angeordnet, wobei vorzugsweise die jeweils oberen Einzelschichten die Ränder der jeweils darunter angeordneten Einzelschichten mit überdeckt. Damit ist nur die oberste Einzelschicht als Deckschicht zu der Atmosphäre hin exponiert. Die Deckschicht ist vorzugsweise eine hermetisch dichte Schicht, z. B. aus Glas, Metall oder Hartstoff.
• Ein hermetisch dichtes Gehäuse 1 für ein künstliches Implantat besteht vorzugsweise aus einem Rohrstück 15, auf deren beiden Enden jeweils durch eine Scheibe als Gehäusedeckel 2 vorzugsweise aus Glas verschlossen ist (vgl. 7a). In einer bevorzugten Ausführung umfasst dieses Rohrstück mehrere axiale und/oder (wie dargestellt) radiale elektrisch leitfähige biokompatible Rohrsegmente 16 (z. B. aus Titan oder einem anderen biokompatiblen Metall), die über jeweils elektrisch isolierende hermetische Dichtungen 19 der vorgenannten Art gegeneinander elektrisch isoliert sind. Jedes Rohrsegment ist von beiden Seiten, d. h. von innen und außen elektrisch kontaktierbar, d. h. jedes Segment ist als elektrische Leitung in oder aus dem Gehäuse nutzbar. Das Rohrstück wird vorzugsweise in eine Rohrmanschette 17 mit innenliegenden elektrischen Kontakten und einer der mehreren Anschlussleitungen 18 eingespannt (vgl. 7b), wobei die Rohrsegmente von außen über die Kontakte elektrisch kontaktiert werden. Die Anschlussleitungen lassen sich zur Verankerung des Akkommodationssystems im Auge oder auch als Antennen für eine weiterführende Signalübertragung aus dem Auge nutzen. Die Rohrsegmente sowie alle elektrisch leitfähigen elektrischen Kontakte sind vorzugsweise durch die Manschette gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert. Eine separate Isolierung dieser Kontakte gegenüber der Umgebung ist nicht zwingend erforderlich und aufgrund des Bauraumes nicht praktikabel.
• Eine weitere Ausführung sieht vor, ausgehend von 7a und b das Rohrstück 15 und die Manschette 17 mit den Anschlussleitungen 18 zu einer Komponente zusammenzufügen sowie zu den Gehäusedeckeln 2 und nach außen zur Umgebung hin z. B. mit einer Beschichtung hermetisch abzudichten.
• Eine Manschette z. B. mit umlaufender Innen-V-Nut für die formschlüssige Aufnahme der aufeinander liegenden Ränder der Halbschalen 25 des Gehäuses ist auch grundsätzlich für die 7c dargestellte Ausführung optional möglich und ggf. sinnvoll. Die umlaufende Nut bildet hier in vorteilhafter Weise einen zusätzlichen Schutz und eine zusätzliche Barriere für die Dichtung in der Fuge. In 7c nicht dargestellt sind optional in die Fuge einlegbare Verankerungsarme und/oder Anschlüsse, die wie beispielhaft in 2 wiedergegeben im Klebstoff 6 eingebettet und fixiert werden.
• Literatur:
• [1] DE 10 2006 003 223 A1
• [2] Von Arx J., Ziaie B., Dokmeci M., Najafi K.: Hermetcity testing of glass-silicon packages with on-chip feed-throughs; Trancducers 96 Eurosensors IX, 8^th Int. Conf. on Solid-State Sensors and Actuators and Eurosensors IX Stockholm, Sweden, June 25–29, 1995, S. 244–247
• [3] Weiß C., Streufert D.: Sensor im Auge; FeM Special Medizintechnik, Carl Hauser Verlag München Jahrg. 110 (2002) 10, S. 14–17
• [4] Herrlich, S. Schuettler M., Wilde J., Stieglitz T.: A minaturized hermetic package for neuroprostetic Implants; in '41. DGBMT-Jahrestagung BMT 2007
• [5] EP 1 754 084 B1
• [6] DE 10 2005 005 579 A1
• Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Gehäusedeckel

3

Gehäuseinneres

4

Umwelt

5

Fuge

6

Klebstoff

7

Beschichtung

8

Komponentenoberfläche

9

freie Klebstoffoberfläche

10

Übertragungsleitung

12

Polymer

13

Zusätzliche Beschichtung

14

Wassermolekül

15

Rohrstück

16

Rohrsegment

17

Kontaktmanschette

18

Anschlussleitung

19

Getterschicht

20

Barriere

21

Nut

22

Feder

23

Abstandshalter

24

Ausgleichsnut

25

Halbschale

26

Viellagenschicht

27

Einzelschicht aus hermetisch dichtem Material

28

Einzelschicht aus duktilem Material

29

Randbereich

Claims (8)

1. Dichtung einer Fuge (5) zwischen zwei Komponenten (1, 2), umfassend a) einen polymeren Klebstoff (6) in der Fuge, der die Fuge über ihre gesamten Länge überbrückt, wobei der Klebstoff ein Getter-Material ist oder enthält sowie b) mindestens eine Beschichtung (7) aus Metall, Hartstoff oder Glas, die auf den beiden Komponenten sowie der Klebstoffoberfläche einseitig oder beidseitig aufliegt und die Fuge vollständig überspannt.
2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide Komponenten angrenzend an die Fuge (5) über die gesamte Länge eine Nut aufweisen.
3. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Nut eine Ausgleichsnut nahe der Klebstoffoberfläche angeordnet ist.
4. Dichtung einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7) aus Metall eine aufgedampfte oder gesputterte Titanbeschichtung ist oder umfasst.
5. Dichtung einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7) durch einen Schichtverbund mit alterniernden Lagen aus Metall oder Hartstoff und Kunststoff gebildet wird.
6. Dichtung einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fuge und/oder der Nut Abstandshalterelemente als Anformungen in den Komponenten oder als separate Teile vorgesehen sind.
7. Dichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoffoberfläche mit der Beschichtung nach innen gewölbt ist und eine umlaufende Kehlnut bildet.
8. Hermetisch abdichtbares Gehäuse mit innen liegendem Hohlraum für ein System, umfassend ein erstes Gehäuseteil und mindestens einen auf dieses unter Bildung einer umlaufenden Fuge aufgesetzten Deckel mit einer Dichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche.

Images