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應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的小型化MEMS I/O供電連接器技術(shù)

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關(guān)鍵詞: MEMS I/O,MEMS,便攜式醫(yī)療設(shè)備,

      和普通連接器件相比,MEMS I/O連接器具有更低的高度、更高的可靠性以及更強(qiáng)的功能,可用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用以及便攜式醫(yī)療設(shè)備等對(duì)體積和可靠性要求高的場(chǎng)合。

      病患者家庭與醫(yī)療服務(wù)水平低下及偏遠(yuǎn)地區(qū)對(duì)便攜式醫(yī)療診斷設(shè)備和治療的需求正大幅上升,最近有行業(yè)報(bào)告指出,針對(duì)病患家居醫(yī)療保健需求(包括呼吸治療、家庭輸液治療、慢性醫(yī)療病患的康復(fù)服務(wù)和監(jiān)控)的新設(shè)備和市場(chǎng)正蓬勃發(fā)展,預(yù)期到2016年全球家庭醫(yī)療保健市場(chǎng)的年平均增長(zhǎng)率將達(dá)到7.7%。

      為應(yīng)對(duì)這一需求,領(lǐng)先的電子產(chǎn)品創(chuàng)新廠商正在解決各種技術(shù)挑戰(zhàn),將傳統(tǒng)上用于醫(yī)生辦公室、診所和醫(yī)院的設(shè)備和儀器轉(zhuǎn)變進(jìn)入病患家庭。在這些挑戰(zhàn)中,針對(duì)這類醫(yī)療設(shè)備的使用便利性、體積、性能和耐用性而言,電源管理扮演著重要的角色。因此對(duì)于進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)折衷權(quán)衡的工程師來(lái)說(shuō),重要的是在設(shè)計(jì)周期中盡早做出電源管理決定。

      電源連接器行業(yè)逐步推出新的小型低側(cè)高連接器,以滿足醫(yī)療儀器和設(shè)備對(duì)便攜性和小型化的需求,微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)就是這樣一種創(chuàng)新方法。結(jié)合電氣和機(jī)械組件所具有的微小尺寸,這種方法已成為醫(yī)療保健市場(chǎng)中小型、便攜設(shè)計(jì)的重要首選技術(shù)。MEMS技術(shù)可以用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用,如外科手術(shù)工具、給藥及生物傳感器,以及診斷和其它體外應(yīng)用。

    應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的小型化MEMS I/O供電連接器技術(shù)

      在現(xiàn)有設(shè)計(jì)中,MEMS連接器是其它大型連接器的兼容替代產(chǎn)品,MEMS技術(shù)在電源連接中提供了超低側(cè)解決方案和高性能。MEMS微互連方法在現(xiàn)實(shí)世界擁有成功的應(yīng)用和表現(xiàn)記錄,為尋找滿足醫(yī)療保健需求的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師提供了功能強(qiáng)大且可行的工具。

      在醫(yī)療應(yīng)用中使用MEMS技術(shù)

      MEMS I/O連接器適用于要求產(chǎn)品或系統(tǒng)小型化的任何市場(chǎng),包括消費(fèi)類產(chǎn)品、移動(dòng)和醫(yī)療應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域做出了突出貢獻(xiàn),用于病患者照料和安全,特別用于微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域、需要頻繁血液和尿液檢測(cè)和監(jiān)測(cè)的病患者,以及那些通過(guò)傳感器補(bǔ)丁接受藥物的病患者。

      在醫(yī)療儀器和設(shè)備中使用MEMS I/O技術(shù)具有多種優(yōu)勢(shì),它提供了可靠、靈活的插座式接口,MEMS I/O比眾多傳統(tǒng)連接器更為堅(jiān)固。MEMS I/O技術(shù)具有零高度,因而是采用電子控制方式以設(shè)定間隔精確給藥的理想技術(shù),低功耗MEMS I/O意味著在便攜式監(jiān)測(cè)設(shè)備或其它設(shè)備中實(shí)現(xiàn)更好的讀數(shù)一致性和較少的電池更換。在創(chuàng)傷性治療中,MEMS I/O能夠?qū)崿F(xiàn)較小的儀器占位面積,從而減少病患者的疼痛體驗(yàn)。

      MEMS I/O連接器在醫(yī)療電池連接器、相機(jī)模塊以及片狀連接器I/O應(yīng)用,比如用于小外形、高密度超聲波連接器的傳感器連接器產(chǎn)品中,具有獨(dú)特創(chuàng)新性。超聲波技術(shù)是需求很大的領(lǐng)域,也是主要醫(yī)療設(shè)備制造商關(guān)注的焦點(diǎn),由于體積和其它限制,造成現(xiàn)有超聲波設(shè)備在世界許多地區(qū)使用不切實(shí)際,然而發(fā)展中國(guó)家和新興國(guó)家可從更多基于MEMS的產(chǎn)品中獲益,獲得較小型便攜式超聲波設(shè)備,以用于偏遠(yuǎn)地區(qū)。

      醫(yī)療傳感器市場(chǎng)為MEMS提供了巨大的應(yīng)用潛力,包括更新傳感器、化學(xué)傳感器、流量傳感器和位置傳感器。今天,在美國(guó)市場(chǎng)大約有70%的化學(xué)傳感器用于醫(yī)療保健。由于肥胖癥不斷增加以及糖尿病發(fā)病率一直上升,低側(cè)高形式MEMS供電連接器是移動(dòng)便攜血糖監(jiān)測(cè)市場(chǎng)的理想選擇。在家庭和醫(yī)療保健中,任何儀器或設(shè)備問(wèn)題都有可能將病患者置于危險(xiǎn)之中,MEMS I/O技術(shù)提供穩(wěn)定的插座式“拉撥和鎖定”連接,可用于手持式血糖儀和其它一次性監(jiān)測(cè)產(chǎn)品。

      便攜式血糖監(jiān)測(cè)儀器使用標(biāo)準(zhǔn)的微型I/O來(lái)連接兩個(gè)電路板,具有大約0.7mm的側(cè)高。使用MEMS技術(shù),同樣的連接器側(cè)高可以減小至僅僅0.15mm。MEMS連接看起來(lái)幾乎是一個(gè)平面。MEMS連接器通常稱作“零高度”連接器,是滿足醫(yī)療保健需求的微小型電源組解決方案,將可靠的監(jiān)測(cè)工具置于病患者手中。對(duì)于高阻抗電纜受限場(chǎng)合,MEMS I/O技術(shù)可以與高速銅纜或任何柔性基板共享。有些醫(yī)療產(chǎn)品制造商使用具有微小連接的銅纜用于實(shí)際監(jiān)測(cè),如果制造商沒(méi)有使用MEMS,則需要采用ACF粘接,將跳線直接焊接到銅纜上。例如微型相機(jī)模塊最初用于手機(jī),在醫(yī)療設(shè)備中通常是直接焊接并永久安裝在柔性電纜PCB的跳線上,使用這種設(shè)計(jì)方法如果相機(jī)模塊損壞或需要維修,銅纜可能成為昂貴的跳線,所以更常見(jiàn)的“方法”是斷開(kāi)并替換整個(gè)柔性電纜。然而,MEMS I/O技術(shù)可以將微型相機(jī)直接插接在柔性電纜上,而不會(huì)產(chǎn)生較高的側(cè)高,并且可以輕易斷開(kāi)和維修,而無(wú)需整體替換電纜。通過(guò)與具視頻功能的相機(jī)或Micro IDT共享,MEMS I/O可以將一個(gè)HD視頻顯示器連接到主電路板上,用于內(nèi)窺鏡和其它創(chuàng)傷性醫(yī)療的高速視頻流傳輸。傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡用于診斷胃腸結(jié)腸癌和其它異物,需要病患者處于鎮(zhèn)靜狀態(tài),而且僅可查看到小腸的一部分。具有MEMS功能的內(nèi)窺鏡則可以全面檢查小腸,而無(wú)需鎮(zhèn)靜步驟就可實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像,只需要一個(gè)發(fā)送器甚至一個(gè)光源。

      MEMS在制造上的優(yōu)勢(shì)

      MEMS器件制造工藝是半導(dǎo)體制造相同工藝的自然演進(jìn),需要采用光刻和蝕刻步驟,進(jìn)行材料層的沉積,生成所需的電路和組件,比如電源連接器。

      用于醫(yī)療設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電源連接器通常由具有壓制成型端子和觸點(diǎn)的模塑塑料組成,因而具有相對(duì)較大的整體占位面積。相反,MEMS技術(shù)基本包括掩模、抓取、電鍍、印刷和層壓,最終獲得極低側(cè)高觸點(diǎn)層,MEMS I/O系統(tǒng)通常在極薄的金屬層上進(jìn)行蝕刻和鉆孔,以創(chuàng)建類似三明治的絕緣電氣連接。金屬層可以薄至150μm 。MEMS的優(yōu)勢(shì)在于制造商能夠生產(chǎn)顯著減小的低功耗連接器,提供超越較大型組件的更高性能。此外,MEMS制造工藝縮短了傳統(tǒng)連接器

      制造注塑模具和沖壓端子的上市時(shí)間并減少了成本。MEMS I/O技術(shù)采用外形尺寸較小的片狀連接器,在微小型產(chǎn)品中集成了高速連接器的高密度和高速功能與電纜連接,從而消除了EMI干擾。MEMS I/O連接器具有與標(biāo)準(zhǔn)微小型連接器相同的額定插配循環(huán)數(shù)目,通常為15-30插配-解插配循環(huán),不過(guò)某些型款可以達(dá)到數(shù)千次插配。嚴(yán)格的測(cè)試顯示MEMS I/O插配接口可以耐受高達(dá)6000G的掉落和振動(dòng),影響可以忽略不計(jì)。

      MEMS I/O技術(shù)削減了大部分傳統(tǒng)連接器殼體而不犧牲性能或密度,它代表著醫(yī)療儀器設(shè)計(jì)人員和制造商重要的模式改變。MEMS技術(shù)不僅減小了體積和昂貴的PCB空間,而且通過(guò)使用簡(jiǎn)單的插座式插配接口來(lái)替代永久焊接的PCB連接,還可實(shí)現(xiàn)只有較大型連接器才具有的設(shè)計(jì)靈活性水平。事實(shí)上,在醫(yī)療設(shè)備和儀器中基于MEMS系統(tǒng)的使用已經(jīng)呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),并且這一快速增長(zhǎng)趨勢(shì)將很可望延續(xù)下去。

    (審核編輯: 智匯張瑜)

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