軟性3D電路問世 醫(yī)療器材邁向微型化/輕量設(shè)計(jì)

 來源：萬正科技   更新時(shí)間：2016/5/20   閱讀次數(shù)：3408

         穿戴式技術(shù)以及其他小型醫(yī)療器材可以提供不間斷的即時(shí)回饋，有助于遠(yuǎn)端醫(yī)療的實(shí)現(xiàn)。要將醫(yī)療器材設(shè)計(jì)成穿戴式裝置，軟性印刷電路和軟性電子元件是不可或缺的技術(shù)。這些可以繞著封裝彎曲，甚至是折疊起來的電路，對(duì)于縮減產(chǎn)品外觀尺寸有極大幫助。

        市場(chǎng)對(duì)保健的需求持續(xù)增長(zhǎng)，同時(shí)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的從業(yè)人員也正在轉(zhuǎn)向?qū)で罂梢愿纳漆t(yī)療照護(hù)品質(zhì)與效率的行動(dòng)監(jiān)護(hù)、治療和診斷設(shè)備。這樣一來，醫(yī)療器械的尺寸便開始要縮小，從笨重的大型設(shè)備發(fā)展成為可攜式裝置、手持設(shè)備，直到穿戴式設(shè)備。

        穿戴式技術(shù)以及其他小型醫(yī)療器械可以提供不間斷的即時(shí)回饋，有助于遠(yuǎn)端醫(yī)療的實(shí)現(xiàn)。利用患者連接或穿戴的感測(cè)器所讀取到的健康指標(biāo)，例如血糖、血壓、心率、脈搏和其他生命征象，經(jīng)由遠(yuǎn)端監(jiān)控，可以讓遠(yuǎn)端的醫(yī)療從業(yè)人員充分利用由此產(chǎn)生的線上健康資訊和患者進(jìn)行溝通。對(duì)有著長(zhǎng)期疾病和潛在威脅生命狀況的患者及其醫(yī)療人員而言，這類微型化的即時(shí)醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備可以同時(shí)使雙方獲益；順帶一提的是，醫(yī)療保健服務(wù)業(yè)者現(xiàn)正面臨到不斷上升的壓力，需要在改善治療成果的同時(shí)，還要降低成本和患者的再次入院率。

        輕量級(jí)電路

        適用于緊密空間的輕量級(jí)電路可以實(shí)現(xiàn)緊湊的醫(yī)療器械。收拾過行李箱的人都知道，箱中的衣物都必須彎曲或者折疊，才能盡量利用空間和得到最高效率。

有一些原本應(yīng)用在電子消費(fèi)性產(chǎn)品領(lǐng)域的技術(shù)，現(xiàn)已轉(zhuǎn)而應(yīng)用到醫(yī)療器械領(lǐng)域，在這些被證實(shí)有效的技術(shù)當(dāng)中，軟性電路和軟性印刷電子解決方案可以協(xié)助設(shè)計(jì)人員最佳化醫(yī)療器械緊密封裝中的空間。胰島素泵、穿戴式病患監(jiān)護(hù)設(shè)備、手提式心臟除顫器和CPAP機(jī)(一種用來治療睡眠和呼吸障礙的設(shè)備)之類的產(chǎn)品，一般都會(huì)采用這類軟性電路。

        與傳統(tǒng)二維(2D)電路所不同的是，這類軟性印刷電路和軟性電子元件是三維(3D)空間的產(chǎn)品，可以繞著封裝彎曲，甚至是折疊起來，以適應(yīng)微型化設(shè)備殼體中的空間要求。此外，它們還有許多其他優(yōu)勢(shì)，例如采用單側(cè)、雙側(cè)和多層電路的軟性基板是高性能訊號(hào)和電源連接的理想選擇，而且成本效益極高。軟性產(chǎn)品還可以安裝在通孔、表面黏著和壓入配合(Press-fit)的配置當(dāng)中。

        設(shè)計(jì)人員可利用軟性電路簡(jiǎn)化電子互連的操作及提高可靠性。硬質(zhì)電路板材料一般含有容易導(dǎo)致訊號(hào)丟失的玻璃纖維；然而軟性電路采用的聚醯亞胺等材料有助于保持訊號(hào)和功率的完整性；而且聚醯亞胺散熱速度較快，從而使軟性電路可減少所需的冷卻設(shè)計(jì)。此外，軟性材料還與熱膨脹率緊密配合，在極端的冷熱溫度以及在行動(dòng)醫(yī)療應(yīng)用中常見的溫度波動(dòng)等情況下，具有更高的可靠性。

        醫(yī)療器械的微型化，因此制造商要使用軟性電路來配合三維封裝以及更加緊密的軟性銅纜的間距和線寬。在設(shè)備封裝尺寸不斷縮小的同時(shí)，軟性電路也必須隨之縮小。在設(shè)備封裝的尺寸繼續(xù)縮小時(shí)，整合盲插和埋孔之類的功能可保持靈活性。

        對(duì)于復(fù)雜、高密度電路的小型輕量級(jí)設(shè)計(jì)，可靠的軟性電路是絕佳選擇。與傳統(tǒng)的電路板相比，軟性電路的厚度和重量要小的多，可以為任何產(chǎn)品減輕重量，進(jìn)而改善患者的行動(dòng)能力和舒適度，并且往往可節(jié)省成本。

        更好的封裝

        軟性電路是一種可以改進(jìn)電子封裝效果的強(qiáng)大工具。設(shè)計(jì)良好的機(jī)械封裝具有極高的一致性和可靠的機(jī)械性能，有助于氣流的流動(dòng)；而封裝中或會(huì)包含一系列各式各樣的電子元件，例如連接器、發(fā)射器、接收器、電阻器、電容器等。這類元件必須包含在采用了電氣互連的緊密封裝之中。軟性電路讓這樣的設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。

        軟性電路可以讓設(shè)計(jì)人員沿任何曲面以及在任意軸的多個(gè)方向上對(duì)電路進(jìn)行路由，有別于只允許在X和Y平面上設(shè)計(jì)安排電路的剛性電路板。

        要設(shè)計(jì)出有效的封裝，設(shè)備的設(shè)計(jì)人員及其供應(yīng)商必須緊密合作。軟性電路的設(shè)計(jì)中，必定涉及電氣和機(jī)械性能之間的取舍。

        這類封裝設(shè)計(jì)中還可以結(jié)合“剛軟性 (Rigid Flex)”電路。這種電路中同時(shí)含有剛性和軟性基板，兩者同時(shí)存在于一個(gè)單一的結(jié)構(gòu)中積層(Laminate)。例如，設(shè)備的某一部分中可能包括多種電子元件，比如說電阻器、電容器、連接器、處理器等等，屬于剛性部分；而軟性的電氣“尾部”則可從剛性部分引出，無需再使用介面連接器。

        下一代的軟性電路

        醫(yī)療器械中使用的軟性電路尺寸將持續(xù)縮小，同時(shí)性能也會(huì)持續(xù)提升。使用DuPont的Pyralux TK銅包覆積層板和黏接片系統(tǒng)，就是這一領(lǐng)域中最具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)品之一。該系統(tǒng)由采用特殊配方的Teflon含氟聚合物薄膜以及DuPont Kapton聚醯亞胺薄膜制作而成。

        Pyralux TK可供開發(fā)人員制造出可圍繞更小半徑來彎曲的多層電路。與標(biāo)準(zhǔn)的聚醯亞胺軟性元件材料相比，可以提供更高的資料速率，在更小的物理體積內(nèi)降低整體的插入損耗和雜訊。這一類軟性且分層的電路的應(yīng)用目標(biāo)是下一代的12和25Gbps設(shè)備設(shè)計(jì)。Molex已經(jīng)與杜邦合作開發(fā)所需的加工技術(shù)，將Pyralux TK應(yīng)用到Molex的軟性電路之中。這種新型的電路也已經(jīng)獲得不少電子設(shè)備所采用。

        在醫(yī)療技術(shù)或者醫(yī)療科技持續(xù)發(fā)展的過程中，數(shù)位連接技術(shù)將為設(shè)備的設(shè)計(jì)人員帶來許多寶貴機(jī)會(huì)，建立起有助于降低醫(yī)療成本的新商業(yè)模式。無論如何，軟性電路必定會(huì)在此一過程中扮演關(guān)鍵性的角色。

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