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醫(yī)療設(shè)備和可穿戴設(shè)備中使用柔性PCB？
撓性PCB具有許多優(yōu)勢(shì)，因此可用于醫(yī)療設(shè)備和可穿戴設(shè)備。首先，它們更小，更輕，更耐用。
健身可穿戴設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備如今已變得越來(lái)越流行。預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年中，對(duì)這些設(shè)備的需求將進(jìn)一步增加。健身可穿戴設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備有一些共同點(diǎn)。兩者都需要柔性PCB。
為什么在醫(yī)療設(shè)備和可穿戴設(shè)備中使用柔性PCB？
醫(yī)療設(shè)備和可穿戴設(shè)備中的一個(gè)主要趨勢(shì)是小型化-這些小工具需要盡可能小，同時(shí)仍要可靠地執(zhí)行其指定功能。
柔性電路解決了PCB制造商面臨的各種挑戰(zhàn)。柔性PCB的顯著特征之一是它允許PCB制造商制造更小的設(shè)備。讓我們看一下柔性PCB在醫(yī)療設(shè)備和可穿戴設(shè)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(yī)療設(shè)備通常在其操作過(guò)程中會(huì)擴(kuò)張/收縮。柔性PCB的彎曲特性使其非常適合醫(yī)療應(yīng)用。對(duì)于通過(guò)鉸鏈裝置連接的應(yīng)用程序，此屬性也很有利。對(duì)于醫(yī)療保健行業(yè)的設(shè)計(jì)師而言，靈活性尤其具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樵谶^(guò)去，這并不是醫(yī)療電子產(chǎn)品的主要考慮因素。大多數(shù)早期的醫(yī)療設(shè)備過(guò)去都更大，更堅(jiān)固。隨著柔性電路的出現(xiàn)，醫(yī)療設(shè)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(tǒng)持續(xù)執(zhí)行其所需功能而不會(huì)引起性能下降或故障的能力。在醫(yī)療應(yīng)用和可穿戴設(shè)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(jī)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(hào)應(yīng)用。柔性PCB的以下功能使其具有電氣可靠性：
與標(biāo)準(zhǔn)剛性材料相比，介電常數(shù)提高。
均勻的材料厚度
一致的走線寬度和間距。
空間和重量
新時(shí)代醫(yī)療設(shè)備和可穿戴設(shè)備的動(dòng)態(tài)特征之一是尺寸的最小化。這些小工具在執(zhí)行所需功能的同時(shí)，必須盡可能小。在醫(yī)療行業(yè)中對(duì)此類小型設(shè)備的需求不斷增長(zhǎng)，使得柔性PCB成為此類設(shè)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(jù)需要最小化。因此，這些PCB可以適應(yīng)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(shè)計(jì)結(jié)合了密集的元件放置和通用的布線。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(yī)療設(shè)備和可穿戴設(shè)備。
盲孔和微通孔的存在大大減少了空間需求。這也導(dǎo)致更好的信號(hào)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(xiàn)。
Flex PCB在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)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(yī)療可穿戴設(shè)備：柔性PCB用于各種活動(dòng)跟蹤器，例如健康活動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)。
可植入醫(yī)療設(shè)備：可以植入人體的設(shè)備稱為可植入設(shè)備。
助聽設(shè)備：Flex PCB設(shè)計(jì)使工程師能夠?qū)Ⅺ溈孙L(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(shè)備：用于CT掃描，MRI，超聲掃描儀的設(shè)備使用柔性PCB。
監(jiān)視設(shè)備：這些設(shè)備由便攜式電子設(shè)備組成，這些電子設(shè)備可監(jiān)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(yī)療設(shè)備中的優(yōu)勢(shì)
在各種醫(yī)療應(yīng)用中，柔性PCB都比剛性PCB具有機(jī)械優(yōu)勢(shì)。
柔性PCB使工程師能夠?qū)⑺鼈兊母鞣N電子組件（如麥克風(fēng)，電池，照相機(jī)）安裝在一個(gè)緊湊的小型封裝中。結(jié)果，整個(gè)最終產(chǎn)品（醫(yī)療設(shè)備）可以放置在人體上（例如，助聽器）。
柔性電路可以形成復(fù)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(xiàn)。
柔性電路可以與剛性板接口，而扁平電纜不需要相對(duì)較高和笨重的連接器，或者在剛性-柔性結(jié)構(gòu)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(dú)特功能使其成為可穿戴設(shè)備和醫(yī)療應(yīng)用的理想之選。
柔性PCB隨著時(shí)間的流逝而發(fā)展?，F(xiàn)在，它們已在醫(yī)療行業(yè)中用于包括藥物輸送系統(tǒng)和手表在內(nèi)的應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序可以監(jiān)視循環(huán)和呼吸系統(tǒng)數(shù)據(jù)并將其發(fā)送給佩戴者的心臟病專家。
在上述應(yīng)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(zhàn)。這迫使制造商選擇更細(xì)的線和空間，更薄的銅，更薄的基材，而所有這些實(shí)際上都與應(yīng)用程序有關(guān)。
如何應(yīng)對(duì)醫(yī)療和可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)？
可以附著在人體上的可穿戴設(shè)備和醫(yī)療設(shè)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(guī)則。這些要求使PCB設(shè)計(jì)人員要求巧妙的元件放置和有效的布線。將剛?cè)峤Y(jié)合的PCB集成到這種緊湊且高密度的設(shè)計(jì)中，可使設(shè)計(jì)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?cè)嵩O(shè)計(jì)所使用的層數(shù)和材料起著重要作用。
樣品4層剛?cè)岑B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。可以將硬質(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(qū)域可以彎曲的最小量。使用下表計(jì)算下一個(gè)設(shè)計(jì)的彎曲半徑。
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層數(shù) |
彎曲半徑 |
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1（單面） |
彎曲厚度x 6 |
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2（雙面） |
彎曲厚度x 12 |
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多層 |
彎曲厚度x 24 |
在某些應(yīng)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(shè)計(jì)技巧
以下是一些快速設(shè)計(jì)技巧，可以克服與柔性電路相關(guān)的挑戰(zhàn)。
提高彎曲軌跡的可靠性：在動(dòng)態(tài)應(yīng)用中，彎曲部分會(huì)定期彎曲和扭曲。這意味著柔性部分上的銅走線更可能分層。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(wěn)定外層。Sierra Circuits還強(qiáng)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(yīng)力集中點(diǎn)。
柔性PCB走線和焊盤上的錨點(diǎn)和淚珠
使用淚珠不僅可以增強(qiáng)襯墊和走線以防止分層，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應(yīng)偏移：將走線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)增加銅走線上的應(yīng)力。
交錯(cuò)的柔性PCB走線
避免在跡線上形成尖角：跡線尖角比直線路徑承受的應(yīng)力更大。直線路徑也減少了分層問(wèn)題。當(dāng)需要更改走線方向時(shí)。如下所示。
彎曲的軌跡柔性軌跡
柔性印刷電路板為設(shè)計(jì)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(shì)。它們還提高了可靠性并減少了不同電子子系統(tǒng)之間的連接器需求。消除連接器可減少互連問(wèn)題的機(jī)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?cè)?，多層?span>HDI柔性PCB。