Un pacemaker intelligente di ultima generazione ha subito un guasto critico, mettendo a rischio la vita del paziente. La causa non è stato un errore software né un'usura normale, ma una microscopica esplosione all'interno della sua batteria. L'analisi forense tramite tomografia computerizzata (CT) ha rivelato la presenza di dendriti di litio che hanno perforato il separatore, innescando un cortocircuito termico su scala nanometrica.
Analisi CT e segmentazione in Dragonfly e VGSTUDIO MAX 🔬
Per localizzare il guasto, gli ingegneri hanno fatto ricorso alla microtomografia a raggi X. Con una risoluzione inferiore a 1 micron, lo scanner ha catturato la struttura interna della cella. I dati volumetrici sono stati elaborati in Dragonfly, dove è stata applicata una segmentazione basata sul deep learning per isolare le formazioni di litio metallico. Queste strutture, con morfologia simile ad aghi, sono cresciute dall'anodo verso il catodo. Successivamente, in VGSTUDIO MAX è stata eseguita un'analisi di porosità e spessore del separatore, confermando la perforazione. La ricostruzione 3D ha permesso di visualizzare il percorso esatto del dendrite che ha provocato il cortocircuito.
Simulazione termica e il futuro della microfabbricazione 🔥
Il passo successivo è stato importare la geometria del dendrite in Altium Designer per una simulazione termica transitoria. I risultati hanno mostrato un picco di temperatura localizzato di oltre 300 gradi Celsius nel punto di contatto, sufficiente a vaporizzare l'elettrolita. Questo caso dimostra che la visualizzazione 3D non serve solo a documentare i guasti, ma anche a riprogettare separatori e anodi con strutture che inibiscano la crescita dendritica. L'industria dei semiconduttori per dispositivi medici deve integrare questi strumenti di analisi nei propri processi di controllo qualità.
Poiché la microfabbricazione 3D consente di creare elettrodi con architetture tridimensionali per migliorare la densità energetica, quali sfide specifiche di progettazione e deposizione dei materiali devono essere superate per evitare la nucleazione e la crescita di dendriti di litio nelle batterie impiantabili dei pacemaker?
(PS: simulare una wafer da 200mm è come fare una pizza: tutti ne vogliono una fetta)