Kapazitiver Sensorschichtsensor — Risikobewertung für Nacharbeitsschnitt

Hinweis: Kundenseitige Teilenummern und Produktcodes wurden aus Gründen der Vertraulichkeit neutralisiert.

Zusammenfassung

Ein OEM für Medizinprodukte stand vor einer Konstruktionsänderung bei 2.000 fertigen kapazitiven Sensorschichtsensoren: Die FPC-Versteifung sollte von 7,00 mm auf 4,00 mm verkürzt werden, um ein Montagefreiraumproblem zu beheben; für den vorhandenen Lagerbestand wurde eine manuelle Nacharbeit durch Ausschneiden des Fingerbereichs vorgeschlagen.

VMANX Engineering hat den Nacharbeitungsansatz bewertet und empfiehlt nachdrücklich Option B (neue Fertigung) statt Option A (Nacharbeitung durch Schneiden). Obwohl die Nacharbeit auf den ersten Blick kostengünstiger erscheint, verläuft die Schnittlinie bei 4,00 mm über das silberne Leiterbahn-Endprofil und setzt blankes Silber frei, was zu einem irreversiblen elektrochemischen Migrationseffekt (ECM) führt – ein latenter Fehler, der Monate später als intermittierende Kurzschlüsse am Kundenstandort auftreten kann.

D0 — PROBLEMBESCHREIBUNG

D1 — LÖSUNGSDEFINITION

D2 — STRUKTUR UND AUSFALLMECHANISMUS (BEWEIS)

2.1 Tatsächliche Schichtstruktur (vier Schichten, linksbündig, 0,20 mm-Stufe rechts)

Abbildung 1 zeigt die tatsächliche Struktur des FPC-Fingerbereichs: Obere Schicht — leitfähiger Kohlenstoff, 6,80 mm, vollständig abdeckend und den Silberleiter schützend; Zweite Schicht — leitfähiges Silber, 6,60 mm, durch Kohlenstoff geschützt (0,20 mm länger als Silber, Stufe an der rechten Seite); Dritte Schicht — PET-Trägerschicht, 0,125 mm, bündig mit dem Versteifungselement (7,00 mm); Untere Schicht — Versteifungselement, 7,00 mm.

Abbildung 1 Vierschichtige Struktur: Kohlenstoff 6,80 mm / Silber 6,60 mm (linksbündig, 0,20 mm-Stufe rechts) / PET und Versteifungselement 7,00 mm; Schnittlinie bei 4,00 mm verläuft durch die Silber-Endfläche

Neubearbeitung der Schnittstelle: Die Schnittlinie bei 4,00 mm (vom Kontaktende aus gemessen) liegt innerhalb der Abdeckzonen aus Kohlenstoff (6,80 mm) und Silber (6,60 mm). Der Schnitt durchtrennt sowohl die kohlenstoffbeschichtete Stirnfläche als auch die silberbeschichtete Stirnfläche und belässt die silberne Stirnfläche ungeschützt durch Kohlenstoff.

2.2 Silberwanderung (ECM) – das zentrale irreversible Risiko

Silberwanderung ist eine Form der elektrochemischen Migration (ECM). Unter Einfluss eines elektrischen Feldes und Feuchtigkeit ionisiert sich Silber an der Anode, wandert und reduziert sich an der Kathode zu Dendriten:

• Anode: Ag → Ag⁺ + e⁻ (Silber oxidiert zu Silberionen)

• Kathode: Ag⁺ + e⁻ → Ag (Ionen reduzieren sich zu Silberdendriten)

Beschleunigungsfaktoren – alle sind in diesem Produkt vorhanden: 1) Elektrisches Feld: Potentialdifferenz zwischen benachbarten Fingern mit 1,0-mm-Abstand während des Betriebs; 2) Feuchtigkeit: Umgebungsfeuchtigkeit in Verbraucher- bzw. Industrieumgebungen fungiert als Träger für den Elektrolyten; 3) Freiliegender Leiter: Die geschnittene Querschnittsfläche enthüllt Silber ohne Feuchtigkeits- oder Sauerstoffbarriere.

Abbildung 2: Mechanismus der Silberwanderung: links — Kohlenstoffbeschichtung intakt (keine Wanderung); rechts — freiliegendes Silber an der Schnittquerschnittsfläche, Ag⁺-Wanderung, dendritische Brücke über 1,0 mm Abstand → Kurzschluss

Zeitverlauf des Ausfalls: Bei intakter Kohlenstoffbeschichtung ist das Risiko einer Wanderung minimal (Entwurfslebensdauer von über 5 Jahren). Nach dem Nacharbeiten durch Schneiden liegt an der freigelegten Querschnittsfläche blankes Silber vor; unter einem Abstand von 1,0 mm und einem elektrischen Feldgradienten wachsen Dendriten im Laufe von Monaten oder Jahren allmählich heran. Sobald Dendriten benachbarte Stifte verbinden, treten Signalkreuzstörungen, Kurzschlüsse oder eine starke Verschlechterung des Isolationswiderstands auf — zufällig und intermittierend (temperatur- und feuchtigkeitsabhängig), schwer am Kundenstandort reproduzierbar, doch real; die Ausfallrate nach dem Verkauf steigt dadurch drastisch.

D3 — VOLLSTÄNDIGE VERGLEICHSMATRIX DER ABMESSUNGEN

D4 – EXPERIMENTELLE DATENUNTERSTÜTZUNG (Branchenreferenz)

Hinweis: Daten gemäß IPC-Standards und branchenüblichen Referenztests zur Silberelektrodenwanderung; gemeinsame Bestätigung durch beide Parteien erforderlich.

D5 — RISIKOZUSAMMENFASSUNG (Option A)

D6 — VORAUSSETZUNGEN FÜR NACHARBEIT, FALLS DIES ZWINGEND ERFORDERLICH IST

• Vorabversiegelung der silbernen Stirnfläche (z. B. durch Konformbeschichtung oder Kantenversiegelung), um eine Feuchtigkeitsbarriere wiederherzustellen – Restrisiko bleibt bestehen, muss dokumentiert und vereinbart werden

• 100 % AOI-Prüfung sowie elektrische Fliegendraht-Prüfung nach der Nacharbeit

• Umgebungsprüfung (85 °C / 85 % rel. Luftfeuchte, 500 h) an einer Stichprobe vor Freigabe

• AQL-0,65-Finalaudit sowie schriftlich vereinbarte erweiterte Gewährleistungsbedingungen

• Der Kunde muss eine Risikoakzeptanz-Erklärung unterzeichnen (Nacharbeit liegt außerhalb des normalen Fertigungsprozesses)

D7 — ZUSAMMENFASSUNG UND EMPFEHLUNG

VMANX empfiehlt Option B (neue Produktion) nachdrücklich. Option A erscheint auf den ersten Blick kostengünstiger, doch die 4,00-mm-Schneidlinie durchtrennt die silberne Endfläche und löst dadurch eine irreversible Silberwanderung (ECM) aus, mit unvorhersehbaren, latenten Ausfallkosten, die die scheinbaren Einsparungen bei Weitem übersteigen. Qualität und Zuverlässigkeit bilden die Grundlage einer langfristigen Partnerschaft; diese Konstruktionsänderung (7 mm → 4 mm) ist eine strukturelle Optimierung, während das physische Schneiden ein zerstörerischer Prozess ist, der im Widerspruch zur normalen Fertigungspraxis steht.

Der Kunde wird gebeten, die Entscheidung sorgfältig abzuwägen.

D8 — BESTÄTIGUNG