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多年來，醫(yī)療器械變得越來越??；小型可植入器械在植入過程中讓患者感覺更舒適，對(duì)身體的損傷也更小。為滿足對(duì)用于可植入醫(yī)療器械的小型混合元件的需求，我們不斷改進(jìn)微控制器 （MCU）——或?qū)Ｓ?a target="_blank">集成電路 （ASIC）——和功率系統(tǒng)的混合元件布局與封裝技術(shù)。本文討論了無源元件的選型過程，目的是減小醫(yī)療器械中的混合元件和電路板空間。
無源元件是在大規(guī)模制造設(shè)施內(nèi)生產(chǎn)，并通過優(yōu)異的過程控制來減小不同產(chǎn)品批次間的差異。與商業(yè)元件相比，醫(yī)療器械要求元件具有更高的可靠性和性能及更小的尺寸。元件制造方法可幫助實(shí)現(xiàn)各種選項(xiàng)，以減小混合元件和電路板空間并增加元件可靠性。
電容器選型標(biāo)準(zhǔn)
每種電容器技術(shù)都有獨(dú)有的性質(zhì)，在針對(duì)最終應(yīng)用進(jìn)行產(chǎn)品選型時(shí)應(yīng)將這些性質(zhì)視為規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的一部分。多層陶瓷電容器 （MLCC） 根據(jù)電容器的介電質(zhì)選型；而電解鉭、鋁及薄膜電容器根據(jù)陽極材料選型，以達(dá)到最高電容 / 電壓。
外殼尺寸為0201 （0.024’’ x 0.012’’ x 0.013’’） 的MLCC用于可植入器械，提供去噪或無線電/遙測系統(tǒng)調(diào)諧功能。尺寸為2225 （0.22’’ x 0.25’’ x 0.86’’） 的最大MLCC常被用作諧振電容器，用于體外醫(yī)療器械。
我們提供0402外殼尺寸 （.045’’ x .026’’ x .024’’） 的醫(yī)療器械用固鉭電容器，其低高度有助于節(jié)省空間。另外還提供1210 T 外殼尺寸 （0.138’’ x 0.11’’ x .063’’） 的可靠、大電容固鉭電容器。
我們提供20 mil2尺寸、最大電容值1000 pF的硅基電容器。硅基電容器可通過環(huán)氧樹脂或共晶貼片貼裝并且是打線式的。另外還提供0402外殼尺寸、最大電容值27 pF的表面貼裝“倒裝貼片”硅基電容器。硅基電容器技術(shù)提供可靠的寬帶操作 （20 GHz）、高Q值、低DCR和高SRF。
磁性元件選型標(biāo)準(zhǔn)
大多數(shù)磁性元件都是由醫(yī)療器械制造商和磁性元件公司的工程師通過合作而定制設(shè)計(jì)的，以適應(yīng)特定醫(yī)療器械為之預(yù)留的有限空間。用于可植入器械的定制磁性元件通常由骨架式變壓器、環(huán)形線圈變壓器、模壓電感器和具有獨(dú)特形狀與性能的天線構(gòu)成。另外，通過采用各種磁芯材料和形狀可優(yōu)化性能和適應(yīng)每種應(yīng)用的要求。
在確定了元件的尺寸、價(jià)格和性能后，即可將目標(biāo)鎖定與空間要求相匹配的最具成本效益和性能最高的元件。設(shè)計(jì)完畢后，制定嚴(yán)格的制造流程、控制及測試程序來確保達(dá)到最高質(zhì)量水平，包括在尺寸及磁性方面。小型設(shè)計(jì)常常需要進(jìn)行3D CAD仿真，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的元件布局和原型設(shè)計(jì)。
定制磁性元件制造過程中使用種類廣泛的專用空心線圈、骨架式線圈和環(huán)狀線圈繞制設(shè)備。該設(shè)備具有嚴(yán)格受控的關(guān)鍵電氣要求。關(guān)鍵尺寸的測量使用相關(guān)檢驗(yàn)設(shè)備，如光學(xué)測量儀器。定制設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)和夾具允許監(jiān)視和測試電氣參數(shù)。這些自動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的使用允許進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以保證設(shè)計(jì)的可制造性。
用于醫(yī)療應(yīng)用的磁性元件的尺寸和形狀因應(yīng)用的不同而存在很大差異。0402小尺寸電感器 （0.040’’ x 0.020’’ x 0.020’’） 用于遙測 / 通信應(yīng)用。這些電感器可以是打線式的并用陶瓷芯制造，最大電感值可達(dá)150 nH。
提供 （0.030’’ x 0.030’’ x 0.020’’） 和 （0.050’’ x 0.050’’ x 0.020’’） 兩種尺寸的高頻打線式RF螺旋電感器。這些電感器在RF頻帶中表現(xiàn)優(yōu)異，適合偏置、調(diào)諧和集總元件濾波器應(yīng)用。
電阻器選型標(biāo)準(zhǔn)
我們提供外殼尺寸為0402 - 2512的標(biāo)準(zhǔn)薄膜和厚膜表面貼裝電阻器。電阻器選型標(biāo)準(zhǔn)包括脈沖處理能力、工作電壓、工作溫度及長期穩(wěn)定性。打線式電阻器的尺寸范圍為0.015 ’’ x 0.015 ’’ x 0.010’’（125 mW額定功率）至0.055’’ x 0.055’’ x 0.010’’（最大阻值30 M?，工作電壓100 V）。
薄膜電阻器支持密集的電路布置，同時(shí)提供高可靠電阻器膜的優(yōu)點(diǎn)。這些電阻器提供低至 0.01 %的阻值容差和低至5 ppm的TCR來支持放大器、Tx / Rx電路及功率分配的精調(diào)。對(duì)于醫(yī)療應(yīng)用，這些片式電阻器可提供任何標(biāo)準(zhǔn)阻值（10 ? - 25 M?）。
本文選自電子發(fā)燒友《智能醫(yī)療特刊》，更多優(yōu)質(zhì)內(nèi)容，馬上下載閱覽
高可靠性試驗(yàn)
對(duì)醫(yī)療器械應(yīng)用來說，避免無源元件的致命失效和漂移失效是首要關(guān)心的事情。最終，產(chǎn)品可靠性預(yù)測是建立在供應(yīng)商試驗(yàn)數(shù)據(jù)和醫(yī)療器械制造商規(guī)定的在定義時(shí)間范圍內(nèi)的應(yīng)用工作溫度的基礎(chǔ)上。無源元件供應(yīng)商的過程控制是實(shí)現(xiàn)高可靠性的一個(gè)重要因素。無源元件的可靠性和用于重要醫(yī)療器械應(yīng)用的合格性的建立是通過在抬高的溫度和額定或更高電壓條件下進(jìn)行規(guī)定時(shí)長的壽命試驗(yàn)來未完成的。無源元件試驗(yàn)基于客戶要求和MIL規(guī)范（若適用）。
無源元件的可靠性預(yù)測可使用基于 MIL 手冊 217 或 IEC863 的在線建模程序來進(jìn)行。下面是供應(yīng)商可靠性建模的示例：
固鉭試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)基于MIL-PRF-55365。固鉭電容器在抬高的溫度和電壓下經(jīng)歷內(nèi)合格性和定期維護(hù)試驗(yàn)。對(duì)于重要應(yīng)用，鉭電容器的設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)是依照可滿足定制要求的限值來進(jìn)行的。
下表顯示了基于固鉭電阻器Weibull試驗(yàn)的失效率預(yù)測。
依照MIL-PRF-55342對(duì)電阻器進(jìn)行針對(duì)重要醫(yī)療應(yīng)用的合格試驗(yàn)。電阻器失效分為兩類：致命失效（如電阻器開路或短路）和漂移失效（導(dǎo)致電路工作狀況不佳）。
可將試驗(yàn)得到電阻器性能與MIL-PRF-55342限值進(jìn)行比較，如下表所示：
定制磁性元件的內(nèi)可靠性試驗(yàn)基于MIL-PRF-27標(biāo)準(zhǔn)。所進(jìn)行的試驗(yàn)包括可焊性、耐溶劑性、端子強(qiáng)度、沖擊和振動(dòng)、防潮性及熱沖擊等。這些試驗(yàn)詳載于MIL-STD-202和其他ASTM或JDEC標(biāo)準(zhǔn)。
總結(jié)
較小的醫(yī)療器械可使手術(shù)更簡單并降低其侵入性，從而方便醫(yī)生操作和減輕患者痛苦。隨著更小更新的無源元件的推出，相應(yīng)地也需要更好的生產(chǎn)及試驗(yàn)技術(shù)來提高元件的質(zhì)量。新型小尺寸無源元件的供應(yīng)商可能需要進(jìn)行設(shè)備和自動(dòng)化投資來獲得醫(yī)療器械制造商要求的工藝能力。依照客戶要求和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合格試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)是開發(fā)過程的要求。
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論