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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，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)備如今已變得越來越流行。預(yù)計在未來幾年中，對這些設(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)備中的一個主要趨勢是小型化-這些小工具需要盡可能小，同時仍要可靠地執(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)備通常在其操作過程中會擴(kuò)張/收縮。柔性PCB的彎曲特性使其非常適合醫(yī)療應(yīng)用。對于通過鉸鏈裝置連接的應(yīng)用程序，此屬性也很有利。對于醫(yī)療保健行業(yè)的設(shè)計師而言，靈活性尤其具有挑戰(zhàn)性，因為在過去，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)備過去都更大，更堅固。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源。靈活的電路使連接點(diǎn)最小化并簡化了組裝。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。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(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
新時代醫(yī)療設(shè)備和可穿戴設(shè)備的動態(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，必須盡可能小。在醫(yī)療行業(yè)中對此類小型設(shè)備的需求不斷增長，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)致更好的信號完整性。
HDI板具有成本效益。8層剛性板的功能可以通過6層HDI板實現(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用于各種活動跟蹤器，例如健康活動監(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
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。
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)）安裝在一個緊湊的小型封裝中。結(jié)果，整個最終產(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，并帶有分支到多個連接器的分支，而剛性PCB則無法實現(xiàn)。
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(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隨著時間的流逝而發(fā)展。現(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越來越小，這可能在PCB工藝中帶來一些重大挑戰(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，而所有這些實際上都與應(yīng)用程序有關(guān)。
如何應(yīng)對醫(yī)療和可穿戴設(shè)備的設(shè)計挑戰(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，PCB的形狀可能不規(guī)則。這些要求使PCB設(shè)計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)計中，可使設(shè)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，左右兩個兩個4層剛性板通過單層柔性電路連接。剛?cè)嵩O(shè)計所使用的層數(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個通過柔性電路互連的剛性PCB。可以將硬質(zhì)柔性PCB折疊起來以適合最終產(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。使用下表計算下一個設(shè)計的彎曲半徑。
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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題。
Flex PCB設(shè)計技巧
以下是一些快速設(shè)計技巧，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：在動態(tài)應(yīng)用中，彎曲部分會定期彎曲和扭曲。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，而且還可以通過增加鉆孔公差來在制造過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，不僅會降低電路的靈活性，而且還會增加銅走線上的應(yīng)力。
交錯的柔性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題。當(dāng)需要更改走線方向時。如下所示。
彎曲的軌跡柔性軌跡
柔性印刷電路板為設(shè)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(tǒng)之間的連接器需求。消除連接器可減少互連問題的機(jī)會。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)幔鄬雍?span>HDI柔性PCB。