軟性3D電路問世 醫療器材邁向微型化/輕量設計

 來源：萬正科技   更新時間：2016/5/20   閱讀次數：2285

         穿戴式技術以及其他小型醫療器材可以提供不間斷的即時回饋，有助于遠端醫療的實現。要將醫療器材設計成穿戴式裝置，軟性印刷電路和軟性電子元件是不可或缺的技術。這些可以繞著封裝彎曲，甚至是折疊起來的電路，對于縮減產品外觀尺寸有極大幫助。

        市場對保健的需求持續增長，同時醫療產業的從業人員也正在轉向尋求可以改善醫療照護品質與效率的行動監護、治療和診斷設備。這樣一來，醫療器械的尺寸便開始要縮小，從笨重的大型設備發展成為可攜式裝置、手持設備，直到穿戴式設備。

        穿戴式技術以及其他小型醫療器械可以提供不間斷的即時回饋，有助于遠端醫療的實現。利用患者連接或穿戴的感測器所讀取到的健康指標，例如血糖、血壓、心率、脈搏和其他生命征象，經由遠端監控，可以讓遠端的醫療從業人員充分利用由此產生的線上健康資訊和患者進行溝通。對有著長期疾病和潛在威脅生命狀況的患者及其醫療人員而言，這類微型化的即時醫療監護設備可以同時使雙方獲益；順帶一提的是，醫療保健服務業者現正面臨到不斷上升的壓力，需要在改善治療成果的同時，還要降低成本和患者的再次入院率。

        輕量級電路

        適用于緊密空間的輕量級電路可以實現緊湊的醫療器械。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。

有一些原本應用在電子消費性產品領域的技術，現已轉而應用到醫療器械領域，在這些被證實有效的技術當中，軟性電路和軟性印刷電子解決方案可以協助設計人員最佳化醫療器械緊密封裝中的空間。胰島素泵、穿戴式病患監護設備、手提式心臟除顫器和CPAP機(一種用來治療睡眠和呼吸障礙的設備)之類的產品，一般都會采用這類軟性電路。

        與傳統二維(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)空間的產品，可以繞著封裝彎曲，甚至是折疊起來，以適應微型化設備殼體中的空間要求。此外，它們還有許多其他優勢，例如采用單側、雙側和多層電路的軟性基板是高性能訊號和電源連接的理想選擇，而且成本效益極高。軟性產品還可以安裝在通孔、表面黏著和壓入配合(Press-fit)的配置當中。

        設計人員可利用軟性電路簡化電子互連的操作及提高可靠性。硬質電路板材料一般含有容易導致訊號丟失的玻璃纖維；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計。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醫療應用中常見的溫度波動等情況下，具有更高的可靠性。

        醫療器械的微型化，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。在設備封裝尺寸不斷縮小的同時，軟性電路也必須隨之縮小。在設備封裝的尺寸繼續縮小時，整合盲插和埋孔之類的功能可保持靈活性。

        對于復雜、高密度電路的小型輕量級設計，可靠的軟性電路是絕佳選擇。與傳統的電路板相比，軟性電路的厚度和重量要小的多，可以為任何產品減輕重量，進而改善患者的行動能力和舒適度，并且往往可節省成本。

        更好的封裝

        軟性電路是一種可以改進電子封裝效果的強大工具。設計良好的機械封裝具有極高的一致性和可靠的機械性能，有助于氣流的流動；而封裝中或會包含一系列各式各樣的電子元件，例如連接器、發射器、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計得以實現。

        軟性電路可以讓設計人員沿任何曲面以及在任意軸的多個方向上對電路進行路由，有別于只允許在X和Y平面上設計安排電路的剛性電路板。

        要設計出有效的封裝，設備的設計人員及其供應商必須緊密合作。軟性電路的設計中，必定涉及電氣和機械性能之間的取舍。

        這類封裝設計中還可以結合“剛軟性 (Rigid Flex)”電路。這種電路中同時含有剛性和軟性基板，兩者同時存在于一個單一的結構中積層(Laminate)。例如，設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

        醫療器械中使用的軟性電路尺寸將持續縮小，同時性能也會持續提升。使用DuPont的Pyralux TK銅包覆積層板和黏接片系統，就是這一領域中最具發展潛力的產品之一。該系統由采用特殊配方的Teflon含氟聚合物薄膜以及DuPont Kapton聚醯亞胺薄膜制作而成。

        Pyralux TK可供開發人員制造出可圍繞更小半徑來彎曲的多層電路。與標準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用目標是下一代的12和25Gbps設備設計。Molex已經與杜邦合作開發所需的加工技術，將Pyralux TK應用到Molex的軟性電路之中。這種新型的電路也已經獲得不少電子設備所采用。

        在醫療技術或者醫療科技持續發展的過程中，數位連接技術將為設備的設計人員帶來許多寶貴機會，建立起有助于降低醫療成本的新商業模式。無論如何，軟性電路必定會在此一過程中扮演關鍵性的角色。

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