医疗设备和可(kě)穿戴设备中使用(yòng)柔性PCB？

2020-12-27

挠性PCB具有(yǒu)许多(duō)优势，因此可(kě)用(yòng)于医疗设备和可(kě)穿戴设备。首先，它们更小(xiǎo)，更轻，更耐用(yòng)。

健身可(kě)穿戴设备和医疗设备如今已变得越来越流行。预计在未来几年中，对这些设备的需求将进一步增加。健身可(kě)穿戴设备和医疗设备有(yǒu)一些共同点。两者都需要柔性PCB。

為(wèi)什么在医疗设备和可(kě)穿戴设备中使用(yòng)柔性PCB？

医疗设备和可(kě)穿戴设备中的一个主要趋势是小(xiǎo)型化-这些小(xiǎo)工具需要尽可(kě)能(néng)小(xiǎo)，同时仍要可(kě)靠地执行其指定功能(néng)。

柔性電(diàn)路解决了PCB制造商(shāng)面临的各种挑战。柔性PCB的显着特征之一是它允许PCB制造商(shāng)制造更小(xiǎo)的设备。让我们看一下柔性PCB在医疗设备和可(kě)穿戴设备中使用(yòng)的一些主要原因。

动态弯曲

柔性PCB具有(yǒu)非凡的弯曲或弯曲能(néng)力。医疗设备通常在其操作过程中会扩张/收缩。柔性PCB的弯曲特性使其非常适合医疗应用(yòng)。对于通过铰链装置连接的应用(yòng)程序，此属性也很(hěn)有(yǒu)利。对于医疗保健行业的设计师而言，灵活性尤其具有(yǒu)挑战性，因為(wèi)在过去，这并不是医疗電(diàn)子产品的主要考虑因素。大多(duō)数早期的医疗设备过去都更大，更坚固。随着柔性電(diàn)路的出现，医疗设备正在发展為(wèi)更加紧凑，耐用(yòng)和灵活。

可(kě)靠性

可(kě)靠性是系统持续执行其所需功能(néng)而不会引起性能(néng)下降或故障的能(néng)力。在医疗应用(yòng)和可(kě)穿戴设备中，可(kě)靠性变得至关重要。通常，互连点是電(diàn)子故障的潜在来源。灵活的電(diàn)路使连接点最小(xiǎo)化并简化了组装。柔性電(diàn)路的这一特性消除了互连不良焊点等缺陷的机会。柔性PCB基本上由聚酰亚胺材料制成。这些聚酰亚胺PCB材料可(kě)抵抗各种环境和化學(xué)变化。柔性PCB材料的延展性和柔韧性使冲击和振动事件的影响最小(xiǎo)化。

電(diàn)气可(kě)靠性

柔性PCB材料基本上非常适合高速信号应用(yòng)。柔性PCB的以下功能(néng)使其具有(yǒu)電(diàn)气可(kě)靠性：

与标准刚性材料相比，介電(diàn)常数提高。

均匀的材料厚度

一致的走線(xiàn)宽度和间距。

空间和重量

新(xīn)时代医疗设备和可(kě)穿戴设备的动态特征之一是尺寸的最小(xiǎo)化。这些小(xiǎo)工具在执行所需功能(néng)的同时，必须尽可(kě)能(néng)小(xiǎo)。在医疗行业中对此类小(xiǎo)型设备的需求不断增長(cháng)，使得柔性PCB成為(wèi)此类设备的理(lǐ)想选择。柔性電(diàn)路具有(yǒu)较薄的铜层和绝缘层。 因此，柔性PCB的弯曲半径可(kě)以根据需要最小(xiǎo)化。因此，这些PCB可(kě)以适应更狭窄的空间。

高密度功能(néng)

HDI柔性PCB只是一种柔性PCB，具有(yǒu)大量的互连且占用(yòng)的空间最小(xiǎo)。灵活的HDI设计结合了密集的元件放置和通用(yòng)的布線(xiàn)。柔性HDI PCB的优点很(hěn)多(duō)。让我们看一下HDI Flex PCB的一些优点：

Flex HDI板是主要关注重量，空间和可(kě)靠性的理(lǐ)想选择。这使得HDI flex PCB非常适合医疗设备和可(kě)穿戴设备。

盲孔和微通孔的存在大大减少了空间需求。这也导致更好的信号完整性。

HDI板具有(yǒu)成本效益。8层刚性板的功能(néng)可(kě)以通过6层HDI板实现。

Flex PCB在医疗设备中的应用(yòng)

柔性PCB不仅比刚性PCB更具柔性，而且还可(kě)以更轻，更小(xiǎo)，更耐用(yòng)。

医疗可(kě)穿戴设备：柔性PCB用(yòng)于各种活动跟踪器，例如健康活动监视系统。

可(kě)植入医疗设备：可(kě)以植入人體(tǐ)的设备称為(wèi)可(kě)植入设备。 

助听设备：Flex PCB设计使工程师能(néng)够将麦克风，DSP和電(diàn)池安装在适合耳朵后方的小(xiǎo)型紧凑型包装中。

诊断设备：用(yòng)于CT扫描，MRI，超声扫描仪的设备使用(yòng)柔性PCB。 

监视设备：这些设备由便携式電(diàn)子设备组成，这些電(diàn)子设备可(kě)监视人的生命，例如心率，血压，血糖率和體(tǐ)温。

柔性和刚性-柔性PCB在医疗设备中的优势

在各种医疗应用(yòng)中，柔性PCB都比刚性PCB具有(yǒu)机械优势。

柔性PCB使工程师能(néng)够将它们的各种電(diàn)子组件（如麦克风，電(diàn)池，照相机）安装在一个紧凑的小(xiǎo)型封装中。结果，整个最终产品（医疗设备）可(kě)以放置在人體(tǐ)上（例如，助听器）。

柔性電(diàn)路可(kě)以形成复杂的三维形状，并带有(yǒu)分(fēn)支到多(duō)个连接器的分(fēn)支，而刚性PCB则无法实现。 

柔性電(diàn)路可(kě)以与刚性板接口，而扁平電(diàn)缆不需要相对较高和笨重的连接器，或者在刚性-柔性结构的情况下。

它们可(kě)以与電(diàn)路板集成在一起，并且完全不需要外部连接器。

柔性和刚性-柔性電(diàn)路的所有(yǒu)这些独特功能(néng)使其成為(wèi)可(kě)穿戴设备和医疗应用(yòng)的理(lǐ)想之选。

柔性PCB随着时间的流逝而发展。现在，它们已在医疗行业中用(yòng)于包括药物(wù)输送系统和手表在内的应用(yòng)程序，这些应用(yòng)程序可(kě)以监视循环和呼吸系统数据并将其发送给佩戴者的心脏病专家。

在上述应用(yòng)中使用(yòng)的柔性PCB越来越小(xiǎo)，这可(kě)能(néng)在PCB工艺中带来一些重大挑战。这迫使制造商(shāng)选择更细的線(xiàn)和空间，更薄的铜，更薄的基材，而所有(yǒu)这些实际上都与应用(yòng)程序有(yǒu)关。

如何应对医疗和可(kě)穿戴设备的设计挑战？

可(kě)以附着在人體(tǐ)上的可(kě)穿戴设备和医疗设备需要柔性電(diàn)路和高密度布局。而且，PCB的形状或多(duō)或少是椭圆形的。有(yǒu)时，PCB的形状可(kě)能(néng)不规则。这些要求使PCB设计人员要求巧妙的元件放置和有(yǒu)效的布線(xiàn)。将刚柔结合的PCB集成到这种紧凑且高密度的设计中，可(kě)使设计人员轻松处理(lǐ)奇怪的形状。刚性-柔性印刷電(diàn)路板的样品堆叠如下所示。在此堆叠中，左右两个两个4层刚性板通过单层柔性電(diàn)路连接。刚柔设计所使用(yòng)的层数和材料起着重要作用(yòng)。

样品4层刚柔叠层

下图显示了典型的刚挠PCB。它具有(yǒu)3个通过柔性電(diàn)路互连的刚性PCB。可(kě)以将硬质柔性PCB折叠起来以适合最终产品中的3维小(xiǎo)空间。刚性-柔性PCB的另一主要方面是其可(kě)弯曲性/柔性。 

典型的刚挠PCB

弯曲部分(fēn)的柔韧性由其弯曲半径定义。弯曲半径是可(kě)弯曲區(qū)域可(kě)以弯曲的最小(xiǎo)量。使用(yòng)下表计算下一个设计的弯曲半径。 

层数	弯曲半径
1（单面）	弯曲厚度x 6
2（双面）	弯曲厚度x 12
多(duō)层	弯曲厚度x 24

在某些应用(yòng)中，刚挠性PCB的挠性部分(fēn)经常会挠曲。这就产生了在刚性-柔性PCB的刚性部分(fēn)中未遇到的许多(duō)问题。 

Flex PCB设计技巧

以下是一些快速设计技巧，可(kě)以克服与柔性電(diàn)路相关的挑战。

提高弯曲轨迹的可(kě)靠性：在动态应用(yòng)中，弯曲部分(fēn)会定期弯曲和扭曲。这意味着柔性部分(fēn)上的铜走線(xiàn)更可(kě)能(néng)分(fēn)层。Sierra Circuits建议使用(yòng)锚点或马刺。在动态弯曲期间，锚固件有(yǒu)助于稳定外层。Sierra Circuits还强烈建议在所有(yǒu)柔性PCB上使用(yòng)泪珠。泪珠可(kě)以减少甚至消除PCB上的潜在应力集中点。

柔性PCB走線(xiàn)和焊盘上的锚点和泪珠

使用(yòng)泪珠不仅可(kě)以增强衬垫和走線(xiàn)以防止分(fēn)层，而且还可(kě)以通过增加钻孔公差来在制造过程中提供更好的成品率。

双面柔性電(diàn)路上的走線(xiàn)应偏移：将走線(xiàn)彼此叠放在双面柔性電(diàn)路上，不仅会降低電(diàn)路的灵活性，而且还会增加铜走線(xiàn)上的应力。

交错的柔性PCB走線(xiàn)

避免在迹線(xiàn)上形成尖角：迹線(xiàn)尖角比直線(xiàn)路径承受的应力更大。直線(xiàn)路径也减少了分(fēn)层问题。当需要更改走線(xiàn)方向时。如下所示。

弯曲的轨迹柔性轨迹

柔性印刷電(diàn)路板為(wèi)设计人员生产灵活，紧凑和高效的電(diàn)子产品提供了众多(duō)优势。它们还提高了可(kě)靠性并减少了不同電(diàn)子子系统之间的连接器需求。消除连接器可(kě)减少互连问题的机会。柔性印刷電(diàn)路板服務(wù)包括柔性原型，高科(kē)技快弯柔性PCB和HDI for flex。我们提供单层，双层，刚柔，多(duō)层和HDI柔性PCB。