MEMS供電連接器立功 可攜式醫(yī)療設(shè)備體積更精巧
[導(dǎo)讀]微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)將加速醫(yī)療設(shè)備革新?？蓴y式醫(yī)療診斷設(shè)備對(duì)體積與功耗的要求日益嚴(yán)苛，促使設(shè)計(jì)人員開(kāi)始采用新一代MEMS供電連接器，期在縮減傳統(tǒng)連接器尺寸的同時(shí)，兼顧產(chǎn)品性能與可靠性，將有助加速遠(yuǎn)距醫(yī)療與
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)將加速醫(yī)療設(shè)備革新。可攜式醫(yī)療診斷設(shè)備對(duì)體積與功耗的要求日益嚴(yán)苛，促使設(shè)計(jì)人員開(kāi)始采用新一代MEMS供電連接器，期在縮減傳統(tǒng)連接器尺寸的同時(shí)，兼顧產(chǎn)品性能與可靠性，將有助加速遠(yuǎn)距醫(yī)療與家庭照護(hù)市場(chǎng)成形。
MEMS技術(shù)添臂力 醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用市場(chǎng)擴(kuò)大
在醫(yī)療保健供應(yīng)商和病患推動(dòng)著醫(yī)療市場(chǎng)轉(zhuǎn)變下，半導(dǎo)體業(yè)者也正在克服相關(guān)的技術(shù)挑戰(zhàn)，并將傳統(tǒng)用于醫(yī)生辦公室、診所和醫(yī)院設(shè)置的設(shè)備和儀器轉(zhuǎn)變進(jìn)入病患家庭中。在新的技術(shù)挑戰(zhàn)中，居家醫(yī)療設(shè)備的電源管理最為關(guān)鍵，因此，對(duì)于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員而言，勢(shì)必得在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期盡早進(jìn)行電源管理設(shè)計(jì)。
電源連接器產(chǎn)業(yè)已推出以微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)為基礎(chǔ)的新一代薄型連接器，可滿足醫(yī)療儀器和設(shè)備對(duì)改進(jìn)可攜性和小型化不斷增長(zhǎng)的需求。透過(guò)結(jié)合電子和機(jī)械元件，半導(dǎo)體業(yè)者可為醫(yī)療設(shè)備商提供微小尺寸的系統(tǒng)，而此一方法已成為醫(yī)療保健市場(chǎng)中小型、可攜設(shè)計(jì)的重要首選技術(shù)。MEMS技術(shù)可用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，比如外科手術(shù)工具、配藥及生物感測(cè)器，以及診斷和其他體外應(yīng)用。
在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中，MEMS連接器是其他較大型連接器的替代產(chǎn)品，MEMS技術(shù)在電源連接中提供了超薄型高解決方案和高性能。MEMS微互連方法在現(xiàn)實(shí)世界擁有成功的應(yīng)用和客戶采用的實(shí)例，對(duì)于醫(yī)療保健設(shè)計(jì)工程師，提供了功能強(qiáng)大的可行的工具。
導(dǎo)入MEMS連接器 醫(yī)療儀器效能提升
MEMS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)產(chǎn)品、行動(dòng)和醫(yī)療應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)，可提升病患照料和安全，并且特別用于微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域，即需要頻繁血液、尿液檢測(cè)和監(jiān)測(cè)的病患，以及那些通過(guò)感測(cè)器自動(dòng)配藥的病患。
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)，例如可提供可靠、靈活的插座式介面，且MEMS連接器比眾多傳統(tǒng)連接器更為堅(jiān)固。MEMS連接器的零高度設(shè)計(jì)，是用于采用電子控制方式以設(shè)定間隔精確給藥應(yīng)用的理想技術(shù)，低功耗MEMS連接器意味著在可攜監(jiān)測(cè)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)傷性治療步驟中，MEMS連接器能實(shí)現(xiàn)較小的儀器占位面積，從而減少病患的疼痛。
如圖1所示，MEMS連接器在醫(yī)療電池連接器、相機(jī)模組，以及片狀連接器I/O應(yīng)用與高密度超聲波連接器的感測(cè)器的連接器產(chǎn)品中，具有獨(dú)特創(chuàng)新應(yīng)用。超聲波技術(shù)是擁有很大病患需求的領(lǐng)域，是保健設(shè)備制造商關(guān)注的焦點(diǎn)，由于體積和其他限制造成現(xiàn)有的超聲波機(jī)器在世界許多地區(qū)的使用上相當(dāng)不便捷，因此醫(yī)療設(shè)備商可透過(guò)MEMS技術(shù)出現(xiàn)而獲益，從而實(shí)現(xiàn)小型的可攜式超聲波設(shè)備，以用于全球各地偏遠(yuǎn)地區(qū)。
圖1 MEMS連接器特別適合應(yīng)用于醫(yī)療電池連接器、相機(jī)模組等要求小尺寸和高密度的產(chǎn)品中。
MEMS技術(shù)在醫(yī)療感測(cè)器市場(chǎng)的應(yīng)用潛力相當(dāng)大，例如更新感測(cè)器、化學(xué)感測(cè)器、流量感測(cè)器和定位感測(cè)器，而現(xiàn)今美國(guó)市場(chǎng)大約有70%的化學(xué)感測(cè)器用于醫(yī)療保健。此外，由于肥胖癥不斷增加，以及糖尿病發(fā)病率一直上升，薄型設(shè)計(jì)的MEMS供電連接器是行動(dòng)可攜血糖監(jiān)測(cè)市場(chǎng)的理想選擇。在家庭和體制醫(yī)療保健中，任何儀器或設(shè)備問(wèn)題有可能將病患置于風(fēng)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，適用于掌上型病患血糖和其他一次性監(jiān)測(cè)產(chǎn)品。
可攜式血糖監(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0.7毫米(mm)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0.15毫米。MEMS連接是一個(gè)前所未有的微小層，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，提供了滿足醫(yī)療保健需求的微小型電源組解決方案，并且將可靠的監(jiān)測(cè)工具置于病患手中。
此外，MEMS I/O技術(shù)有助于高阻抗限制電纜解決方案減緩風(fēng)險(xiǎn)，并可與高速銅纜或任何柔性基板共用。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，則通常采用異方性導(dǎo)電膜(Anisotropic Conductive Film, ACF)粘接，將跳線直接焊接到銅纜上。至于微型相機(jī)模組最初用于行動(dòng)電話，但是適用于醫(yī)療設(shè)備的微型相機(jī)模組通常是直接焊接，并永久安裝在柔性電纜印刷電路板(PCB)的跳線上。使用這種設(shè)計(jì)理念，如果相機(jī)模組損壞或須要維修，銅纜則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，并可輕易斷開(kāi)和維修，而毋須整體替換電纜。通過(guò)與具視頻功能的相機(jī)或micro IDT共用，MEMS I/O可以將一個(gè)高畫(huà)質(zhì)(HD)視頻顯示器連接到主電路板上，用于內(nèi)窺鏡和其他創(chuàng)傷性醫(yī)療步驟的高速視頻流。傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡用于診斷胃腸結(jié)腸癌和其他異物，須使病患處于鎮(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)視鏡則可以全面檢查小腸，而毋須鎮(zhèn)靜步驟，并實(shí)現(xiàn)數(shù)位即時(shí)影像。
減少生產(chǎn)成本與尺寸 MEMS制程好處多多
MEMS元件制程跟半導(dǎo)體制程生產(chǎn)程序相同，須要采用光刻和蝕刻步驟，并進(jìn)行材料層的沉積與生成所需的電路和元件。一般而言，設(shè)計(jì)用于醫(yī)療設(shè)備的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)型電源連接器通常由具有壓制成型端子和觸點(diǎn)的模塑塑膠組成，因而具有相對(duì)較大的整體占位面積，若使用MEMS技術(shù)則可減少占位體積。
MEMS技術(shù)基本包括掩模、抓取、電鍍、印刷和層壓，最終獲得極薄型高觸點(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，以打造類似三明治的絕緣電氣連接，且金屬層可以薄至0.15毫米。MEMS的優(yōu)勢(shì)在于制造商能夠生產(chǎn)低功耗連接器，并提供更高的性能。此外，MEMS制程縮短傳統(tǒng)連接器制造注塑模具和沖壓端子的上市時(shí)間，并同時(shí)減少了生產(chǎn)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)品中整合高速連接器的高密度和高速功能和電纜連線，從而消除了電磁干擾(EMI)。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回圈數(shù)目，通常為15?30插配置解插配回圈，但是，某些型款可達(dá)到數(shù)千次插配。嚴(yán)格的測(cè)試顯示MEMS I/O插配介面可耐受高達(dá)6,000G重力的掉落和振動(dòng)。 [!--empirenews.page--]
MEMS連接器在縮減傳統(tǒng)連接器尺寸的同時(shí)，亦可不犧牲性能或元件密度，進(jìn)而推動(dòng)醫(yī)療儀器革新。MEMS技術(shù)不但能讓醫(yī)療儀器體積變小，且能節(jié)省昂貴的印刷電路板空間，并透過(guò)使用簡(jiǎn)單的插座式插配介面來(lái)替代永久焊接的印刷電路板連接，MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)高彈性設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。未來(lái)在醫(yī)療設(shè)備和儀器中，MEMS-enabled系統(tǒng)的使用勢(shì)必將愈來(lái)愈普及，為可攜式醫(yī)療設(shè)備擴(kuò)大市場(chǎng)商機(jī)。
(本文作者皆任職于Molex)
MEMS技術(shù)添臂力 醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用市場(chǎng)擴(kuò)大
在醫(yī)療保健供應(yīng)商和病患推動(dòng)著醫(yī)療市場(chǎng)轉(zhuǎn)變下，半導(dǎo)體業(yè)者也正在克服相關(guān)的技術(shù)挑戰(zhàn)，并將傳統(tǒng)用于醫(yī)生辦公室、診所和醫(yī)院設(shè)置的設(shè)備和儀器轉(zhuǎn)變進(jìn)入病患家庭中。在新的技術(shù)挑戰(zhàn)中，居家醫(yī)療設(shè)備的電源管理最為關(guān)鍵，因此，對(duì)于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員而言，勢(shì)必得在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期盡早進(jìn)行電源管理設(shè)計(jì)。
電源連接器產(chǎn)業(yè)已推出以微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)為基礎(chǔ)的新一代薄型連接器，可滿足醫(yī)療儀器和設(shè)備對(duì)改進(jìn)可攜性和小型化不斷增長(zhǎng)的需求。透過(guò)結(jié)合電子和機(jī)械元件，半導(dǎo)體業(yè)者可為醫(yī)療設(shè)備商提供微小尺寸的系統(tǒng)，而此一方法已成為醫(yī)療保健市場(chǎng)中小型、可攜設(shè)計(jì)的重要首選技術(shù)。MEMS技術(shù)可用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，比如外科手術(shù)工具、配藥及生物感測(cè)器，以及診斷和其他體外應(yīng)用。
在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中，MEMS連接器是其他較大型連接器的替代產(chǎn)品，MEMS技術(shù)在電源連接中提供了超薄型高解決方案和高性能。MEMS微互連方法在現(xiàn)實(shí)世界擁有成功的應(yīng)用和客戶采用的實(shí)例，對(duì)于醫(yī)療保健設(shè)計(jì)工程師，提供了功能強(qiáng)大的可行的工具。
導(dǎo)入MEMS連接器 醫(yī)療儀器效能提升
MEMS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)產(chǎn)品、行動(dòng)和醫(yī)療應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)，可提升病患照料和安全，并且特別用于微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域，即需要頻繁血液、尿液檢測(cè)和監(jiān)測(cè)的病患，以及那些通過(guò)感測(cè)器自動(dòng)配藥的病患。
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)，例如可提供可靠、靈活的插座式介面，且MEMS連接器比眾多傳統(tǒng)連接器更為堅(jiān)固。MEMS連接器的零高度設(shè)計(jì)，是用于采用電子控制方式以設(shè)定間隔精確給藥應(yīng)用的理想技術(shù)，低功耗MEMS連接器意味著在可攜監(jiān)測(cè)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)傷性治療步驟中，MEMS連接器能實(shí)現(xiàn)較小的儀器占位面積，從而減少病患的疼痛。
如圖1所示，MEMS連接器在醫(yī)療電池連接器、相機(jī)模組，以及片狀連接器I/O應(yīng)用與高密度超聲波連接器的感測(cè)器的連接器產(chǎn)品中，具有獨(dú)特創(chuàng)新應(yīng)用。超聲波技術(shù)是擁有很大病患需求的領(lǐng)域，是保健設(shè)備制造商關(guān)注的焦點(diǎn)，由于體積和其他限制造成現(xiàn)有的超聲波機(jī)器在世界許多地區(qū)的使用上相當(dāng)不便捷，因此醫(yī)療設(shè)備商可透過(guò)MEMS技術(shù)出現(xiàn)而獲益，從而實(shí)現(xiàn)小型的可攜式超聲波設(shè)備，以用于全球各地偏遠(yuǎn)地區(qū)。
圖1 MEMS連接器特別適合應(yīng)用于醫(yī)療電池連接器、相機(jī)模組等要求小尺寸和高密度的產(chǎn)品中。
MEMS技術(shù)在醫(yī)療感測(cè)器市場(chǎng)的應(yīng)用潛力相當(dāng)大，例如更新感測(cè)器、化學(xué)感測(cè)器、流量感測(cè)器和定位感測(cè)器，而現(xiàn)今美國(guó)市場(chǎng)大約有70%的化學(xué)感測(cè)器用于醫(yī)療保健。此外，由于肥胖癥不斷增加，以及糖尿病發(fā)病率一直上升，薄型設(shè)計(jì)的MEMS供電連接器是行動(dòng)可攜血糖監(jiān)測(cè)市場(chǎng)的理想選擇。在家庭和體制醫(yī)療保健中，任何儀器或設(shè)備問(wèn)題有可能將病患置于風(fēng)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，適用于掌上型病患血糖和其他一次性監(jiān)測(cè)產(chǎn)品。
可攜式血糖監(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0.7毫米(mm)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0.15毫米。MEMS連接是一個(gè)前所未有的微小層，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，提供了滿足醫(yī)療保健需求的微小型電源組解決方案，并且將可靠的監(jiān)測(cè)工具置于病患手中。
此外，MEMS I/O技術(shù)有助于高阻抗限制電纜解決方案減緩風(fēng)險(xiǎn)，并可與高速銅纜或任何柔性基板共用。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，則通常采用異方性導(dǎo)電膜(Anisotropic Conductive Film, ACF)粘接，將跳線直接焊接到銅纜上。至于微型相機(jī)模組最初用于行動(dòng)電話，但是適用于醫(yī)療設(shè)備的微型相機(jī)模組通常是直接焊接，并永久安裝在柔性電纜印刷電路板(PCB)的跳線上。使用這種設(shè)計(jì)理念，如果相機(jī)模組損壞或須要維修，銅纜則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，并可輕易斷開(kāi)和維修，而毋須整體替換電纜。通過(guò)與具視頻功能的相機(jī)或micro IDT共用，MEMS I/O可以將一個(gè)高畫(huà)質(zhì)(HD)視頻顯示器連接到主電路板上，用于內(nèi)窺鏡和其他創(chuàng)傷性醫(yī)療步驟的高速視頻流。傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡用于診斷胃腸結(jié)腸癌和其他異物，須使病患處于鎮(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)視鏡則可以全面檢查小腸，而毋須鎮(zhèn)靜步驟，并實(shí)現(xiàn)數(shù)位即時(shí)影像。
減少生產(chǎn)成本與尺寸 MEMS制程好處多多
MEMS元件制程跟半導(dǎo)體制程生產(chǎn)程序相同，須要采用光刻和蝕刻步驟，并進(jìn)行材料層的沉積與生成所需的電路和元件。一般而言，設(shè)計(jì)用于醫(yī)療設(shè)備的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)型電源連接器通常由具有壓制成型端子和觸點(diǎn)的模塑塑膠組成，因而具有相對(duì)較大的整體占位面積，若使用MEMS技術(shù)則可減少占位體積。
MEMS技術(shù)基本包括掩模、抓取、電鍍、印刷和層壓，最終獲得極薄型高觸點(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，以打造類似三明治的絕緣電氣連接，且金屬層可以薄至0.15毫米。MEMS的優(yōu)勢(shì)在于制造商能夠生產(chǎn)低功耗連接器，并提供更高的性能。此外，MEMS制程縮短傳統(tǒng)連接器制造注塑模具和沖壓端子的上市時(shí)間，并同時(shí)減少了生產(chǎn)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)品中整合高速連接器的高密度和高速功能和電纜連線，從而消除了電磁干擾(EMI)。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回圈數(shù)目，通常為15?30插配置解插配回圈，但是，某些型款可達(dá)到數(shù)千次插配。嚴(yán)格的測(cè)試顯示MEMS I/O插配介面可耐受高達(dá)6,000G重力的掉落和振動(dòng)。 [!--empirenews.page--]
MEMS連接器在縮減傳統(tǒng)連接器尺寸的同時(shí)，亦可不犧牲性能或元件密度，進(jìn)而推動(dòng)醫(yī)療儀器革新。MEMS技術(shù)不但能讓醫(yī)療儀器體積變小，且能節(jié)省昂貴的印刷電路板空間，并透過(guò)使用簡(jiǎn)單的插座式插配介面來(lái)替代永久焊接的印刷電路板連接，MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)高彈性設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。未來(lái)在醫(yī)療設(shè)備和儀器中，MEMS-enabled系統(tǒng)的使用勢(shì)必將愈來(lái)愈普及，為可攜式醫(yī)療設(shè)備擴(kuò)大市場(chǎng)商機(jī)。
(本文作者皆任職于Molex)
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