醫療設備和可穿戴設備中使用柔性PCB？

2020-12-27

撓性PCB具有許多優(yōu)勢，因此可用于醫療設備和可穿戴設備。首先，它們更小，更輕，更耐用。

健身可穿戴設備和醫療設備如今已變得越來(lái)越流行。預計在未來(lái)幾年中，對這些設備的需求將進(jìn)一步增加。健身可穿戴設備和醫療設備有一些共同點(diǎn)。兩者都需要柔性PCB。

為什么在醫療設備和可穿戴設備中使用柔性PCB？

醫療設備和可穿戴設備中的一個(gè)主要趨勢是小型化-這些小工具需要盡可能小，同時(shí)仍要可靠地執行其指定功能。

柔性電路解決了PCB制造商面臨的各種挑戰。柔性PCB的顯著(zhù)特征之一是它允許PCB制造商制造更小的設備。讓我們看一下柔性PCB在醫療設備和可穿戴設備中使用的一些主要原因。

動(dòng)態(tài)彎曲

柔性PCB具有非凡的彎曲或彎曲能力。醫療設備通常在其操作過(guò)程中會(huì )擴張/收縮。柔性PCB的彎曲特性使其非常適合醫療應用。對于通過(guò)鉸鏈裝置連接的應用程序，此屬性也很有利。對于醫療保健行業(yè)的設計師而言，靈活性尤其具有挑戰性，因為在過(guò)去，這并不是醫療電子產(chǎn)品的主要考慮因素。大多數早期的醫療設備過(guò)去都更大，更堅固。隨著(zhù)柔性電路的出現，醫療設備正在發(fā)展為更加緊湊，耐用和靈活。

可靠性

可靠性是系統持續執行其所需功能而不會(huì )引起性能下降或故障的能力。在醫療應用和可穿戴設備中，可靠性變得至關(guān)重要。通常，互連點(diǎn)是電子故障的潛在來(lái)源。靈活的電路使連接點(diǎn)最小化并簡(jiǎn)化了組裝。柔性電路的這一特性消除了互連不良焊點(diǎn)等缺陷的機會(huì )。柔性PCB基本上由聚酰亞胺材料制成。這些聚酰亞胺PCB材料可抵抗各種環(huán)境和化學(xué)變化。柔性PCB材料的延展性和柔韌性使沖擊和振動(dòng)事件的影響最小化。

電氣可靠性

柔性PCB材料基本上非常適合高速信號應用。柔性PCB的以下功能使其具有電氣可靠性：

與標準剛性材料相比，介電常數提高。

均勻的材料厚度

一致的走線(xiàn)寬度和間距。

空間和重量

新時(shí)代醫療設備和可穿戴設備的動(dòng)態(tài)特征之一是尺寸的最小化。這些小工具在執行所需功能的同時(shí)，必須盡可能小。在醫療行業(yè)中對此類(lèi)小型設備的需求不斷增長(cháng)，使得柔性PCB成為此類(lèi)設備的理想選擇。柔性電路具有較薄的銅層和絕緣層。 因此，柔性PCB的彎曲半徑可以根據需要最小化。因此，這些PCB可以適應更狹窄的空間。

高密度功能

HDI柔性PCB只是一種柔性PCB，具有大量的互連且占用的空間最小。靈活的HDI設計結合了密集的元件放置和通用的布線(xiàn)。柔性HDI PCB的優(yōu)點(diǎn)很多。讓我們看一下HDI Flex PCB的一些優(yōu)點(diǎn)：

Flex HDI板是主要關(guān)注重量，空間和可靠性的理想選擇。這使得HDI flex PCB非常適合醫療設備和可穿戴設備。

盲孔和微通孔的存在大大減少了空間需求。這也導致更好的信號完整性。

HDI板具有成本效益。8層剛性板的功能可以通過(guò)6層HDI板實(shí)現。

Flex PCB在醫療設備中的應用

柔性PCB不僅比剛性PCB更具柔性，而且還可以更輕，更小，更耐用。

醫療可穿戴設備：柔性PCB用于各種活動(dòng)跟蹤器，例如健康活動(dòng)監視系統。

可植入醫療設備：可以植入人體的設備稱(chēng)為可植入設備。 

助聽(tīng)設備：Flex PCB設計使工程師能夠將麥克風(fēng)，DSP和電池安裝在適合耳朵后方的小型緊湊型包裝中。

診斷設備：用于CT掃描，MRI，超聲掃描儀的設備使用柔性PCB。 

監視設備：這些設備由便攜式電子設備組成，這些電子設備可監視人的生命，例如心率，血壓，血糖率和體溫。

柔性和剛性-柔性PCB在醫療設備中的優(yōu)勢

在各種醫療應用中，柔性PCB都比剛性PCB具有機械優(yōu)勢。

柔性PCB使工程師能夠將它們的各種電子組件（如麥克風(fēng)，電池，照相機）安裝在一個(gè)緊湊的小型封裝中。結果，整個(gè)最終產(chǎn)品（醫療設備）可以放置在人體上（例如，助聽(tīng)器）。

柔性電路可以形成復雜的三維形狀，并帶有分支到多個(gè)連接器的分支，而剛性PCB則無(wú)法實(shí)現。 

柔性電路可以與剛性板接口，而扁平電纜不需要相對較高和笨重的連接器，或者在剛性-柔性結構的情況下。

它們可以與電路板集成在一起，并且完全不需要外部連接器。

柔性和剛性-柔性電路的所有這些獨特功能使其成為可穿戴設備和醫療應用的理想之選。

柔性PCB隨著(zhù)時(shí)間的流逝而發(fā)展?，F在，它們已在醫療行業(yè)中用于包括藥物輸送系統和手表在內的應用程序，這些應用程序可以監視循環(huán)和呼吸系統數據并將其發(fā)送給佩戴者的心臟病專(zhuān)家。

在上述應用中使用的柔性PCB越來(lái)越小，這可能在PCB工藝中帶來(lái)一些重大挑戰。這迫使制造商選擇更細的線(xiàn)和空間，更薄的銅，更薄的基材，而所有這些實(shí)際上都與應用程序有關(guān)。

如何應對醫療和可穿戴設備的設計挑戰？

可以附著(zhù)在人體上的可穿戴設備和醫療設備需要柔性電路和高密度布局。而且，PCB的形狀或多或少是橢圓形的。有時(shí)，PCB的形狀可能不規則。這些要求使PCB設計人員要求巧妙的元件放置和有效的布線(xiàn)。將剛柔結合的PCB集成到這種緊湊且高密度的設計中，可使設計人員輕松處理奇怪的形狀。剛性-柔性印刷電路板的樣品堆疊如下所示。在此堆疊中，左右兩個(gè)兩個(gè)4層剛性板通過(guò)單層柔性電路連接。剛柔設計所使用的層數和材料起著(zhù)重要作用。

樣品4層剛柔疊層

下圖顯示了典型的剛撓PCB。它具有3個(gè)通過(guò)柔性電路互連的剛性PCB?？梢詫⒂操|(zhì)柔性PCB折疊起來(lái)以適合最終產(chǎn)品中的3維小空間。剛性-柔性PCB的另一主要方面是其可彎曲性/柔性。 

典型的剛撓PCB

彎曲部分的柔韌性由其彎曲半徑定義。彎曲半徑是可彎曲區域可以彎曲的最小量。使用下表計算下一個(gè)設計的彎曲半徑。 

層數	彎曲半徑
1（單面）	彎曲厚度x 6
2（雙面）	彎曲厚度x 12
多層	彎曲厚度x 24

在某些應用中，剛撓性PCB的撓性部分經(jīng)常會(huì )撓曲。這就產(chǎn)生了在剛性-柔性PCB的剛性部分中未遇到的許多問(wèn)題。 

Flex PCB設計技巧

以下是一些快速設計技巧，可以克服與柔性電路相關(guān)的挑戰。

提高彎曲軌跡的可靠性：在動(dòng)態(tài)應用中，彎曲部分會(huì )定期彎曲和扭曲。這意味著(zhù)柔性部分上的銅走線(xiàn)更可能分層。Sierra Circuits建議使用錨點(diǎn)或馬刺。在動(dòng)態(tài)彎曲期間，錨固件有助于穩定外層。Sierra Circuits還強烈建議在所有柔性PCB上使用淚珠。淚珠可以減少甚至消除PCB上的潛在應力集中點(diǎn)。

柔性PCB走線(xiàn)和焊盤(pán)上的錨點(diǎn)和淚珠

使用淚珠不僅可以增強襯墊和走線(xiàn)以防止分層，而且還可以通過(guò)增加鉆孔公差來(lái)在制造過(guò)程中提供更好的成品率。

雙面柔性電路上的走線(xiàn)應偏移：將走線(xiàn)彼此疊放在雙面柔性電路上，不僅會(huì )降低電路的靈活性，而且還會(huì )增加銅走線(xiàn)上的應力。

交錯的柔性PCB走線(xiàn)

避免在跡線(xiàn)上形成尖角：跡線(xiàn)尖角比直線(xiàn)路徑承受的應力更大。直線(xiàn)路徑也減少了分層問(wèn)題。當需要更改走線(xiàn)方向時(shí)。如下所示。

彎曲的軌跡柔性軌跡

柔性印刷電路板為設計人員生產(chǎn)靈活，緊湊和高效的電子產(chǎn)品提供了眾多優(yōu)勢。它們還提高了可靠性并減少了不同電子子系統之間的連接器需求。消除連接器可減少互連問(wèn)題的機會(huì )。柔性印刷電路板服務(wù)包括柔性原型，高科技快彎柔性PCB和HDI for flex。我們提供單層，雙層，剛柔，多層和HDI柔性PCB。