软性3D电路问世 医疗器材迈向微型化/轻量设计

 来源：万正科技   更新时间：2016/5/20   阅读次数：2836

         穿戴式技术以及其他小型医疗器材可以提供不间断的即时回馈，有助于远端医疗的实现。要将医疗器材设计成穿戴式装置，软性印刷电路和软性电子元件是不可或缺的技术。这些可以绕着封装弯曲，甚至是折叠起来的电路，对于缩减产品外观尺寸有极大帮助。

        市场对保健的需求持续增长，同时医疗产业的从业人员也正在转向寻求可以改善医疗照护品质与效率的行动监护、治疗和诊断设备。这样一来，医疗器械的尺寸便开始要缩小，从笨重的大型设备发展成为可携式装置、手持设备，直到穿戴式设备。

        穿戴式技术以及其他小型医疗器械可以提供不间断的即时回馈，有助于远端医疗的实现。利用患者连接或穿戴的感测器所读取到的健康指标，例如血糖、血压、心率、脉搏和其他生命征象，经由远端监控，可以让远端的医疗从业人员充分利用由此产生的线上健康资讯和患者进行沟通。对有着长期疾病和潜在威胁生命状况的患者及其医疗人员而言，这类微型化的即时医疗监护设备可以同时使双方获益；顺带一提的是，医疗保健服务业者现正面临到不断上升的压力，需要在改善治疗成果的同时，还要降低成本和患者的再次入院率。

        轻量级电路

        适用于紧密空间的轻量级电路可以实现紧凑的医疗器械。收拾过行李箱的人都知道，箱中的衣物都必须弯曲或者折叠，才能尽量利用空间和得到最高效率。

有一些原本应用在电子消费性产品领域的技术，现已转而应用到医疗器械领域，在这些被证实有效的技术当中，软性电路和软性印刷电子解决方案可以协助设计人员最佳化医疗器械紧密封装中的空间。胰岛素泵、穿戴式病患监护设备、手提式心脏除颤器和CPAP机(一种用来治疗睡眠和呼吸障碍的设备)之类的产品，一般都会采用这类软性电路。

        与传统二维(2D)电路所不同的是，这类软性印刷电路和软性电子元件是三维(3D)空间的产品，可以绕着封装弯曲，甚至是折叠起来，以适应微型化设备壳体中的空间要求。此外，它们还有许多其他优势，例如采用单侧、双侧和多层电路的软性基板是高性能讯号和电源连接的理想选择，而且成本效益极高。软性产品还可以安装在通孔、表面黏着和压入配合(Press-fit)的配置当中。

        设计人员可利用软性电路简化电子互连的操作及提高可靠性。硬质电路板材料一般含有容易导致讯号丢失的玻璃纤维；然而软性电路采用的聚醯亚胺等材料有助于保持讯号和功率的完整性；而且聚醯亚胺散热速度较快，从而使软性电路可减少所需的冷却设计。此外，软性材料还与热膨胀率紧密配合，在极端的冷热温度以及在行动医疗应用中常见的温度波动等情况下，具有更高的可靠性。

        医疗器械的微型化，因此制造商要使用软性电路来配合三维封装以及更加紧密的软性铜缆的间距和线宽。在设备封装尺寸不断缩小的同时，软性电路也必须随之缩小。在设备封装的尺寸继续缩小时，整合盲插和埋孔之类的功能可保持灵活性。

        对于复杂、高密度电路的小型轻量级设计，可靠的软性电路是绝佳选择。与传统的电路板相比，软性电路的厚度和重量要小的多，可以为任何产品减轻重量，进而改善患者的行动能力和舒适度，并且往往可节省成本。

        更好的封装

        软性电路是一种可以改进电子封装效果的强大工具。设计良好的机械封装具有极高的一致性和可靠的机械性能，有助于气流的流动；而封装中或会包含一系列各式各样的电子元件，例如连接器、发射器、接收器、电阻器、电容器等。这类元件必须包含在采用了电气互连的紧密封装之中。软性电路让这样的设计得以实现。

        软性电路可以让设计人员沿任何曲面以及在任意轴的多个方向上对电路进行路由，有别于只允许在X和Y平面上设计安排电路的刚性电路板。

        要设计出有效的封装，设备的设计人员及其供应商必须紧密合作。软性电路的设计中，必定涉及电气和机械性能之间的取舍。

        这类封装设计中还可以结合“刚软性 (Rigid Flex)”电路。这种电路中同时含有刚性和软性基板，两者同时存在于一个单一的结构中积层(Laminate)。例如，设备的某一部分中可能包括多种电子元件，比如说电阻器、电容器、连接器、处理器等等，属于刚性部分；而软性的电气“尾部”则可从刚性部分引出，无需再使用介面连接器。

        下一代的软性电路

        医疗器械中使用的软性电路尺寸将持续缩小，同时性能也会持续提升。使用DuPont的Pyralux TK铜包覆积层板和黏接片系统，就是这一领域中最具发展潜力的产品之一。该系统由采用特殊配方的Teflon含氟聚合物薄膜以及DuPont Kapton聚醯亚胺薄膜制作而成。

        Pyralux TK可供开发人员制造出可围绕更小半径来弯曲的多层电路。与标准的聚醯亚胺软性元件材料相比，可以提供更高的资料速率，在更小的物理体积内降低整体的插入损耗和杂讯。这一类软性且分层的电路的应用目标是下一代的12和25Gbps设备设计。Molex已经与杜邦合作开发所需的加工技术，将Pyralux TK应用到Molex的软性电路之中。这种新型的电路也已经获得不少电子设备所采用。

        在医疗技术或者医疗科技持续发展的过程中，数位连接技术将为设备的设计人员带来许多宝贵机会，建立起有助于降低医疗成本的新商业模式。无论如何，软性电路必定会在此一过程中扮演关键性的角色。

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