簡化醫(yī)療器械中使用的小型電阻器、電容器及磁性元件的選型和提高其可靠性

　　摘要：多年來，醫(yī)療器械變得越來越小，小型可植入器械在植入過程中讓患者感覺更舒適，對身體的損傷也更小。為滿足對用于可植入醫(yī)療器械的小型混合元件的需求，人們不斷改進(jìn)微控制器 (MCU)——或?qū)Ｓ眉呻娐?(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。

　　引言

　　無源元件在大規(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性能及更小的尺寸。不同的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'' × 0.012'' ×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'' ×0.25''×0.86'') 的最大MLCC常被用作諧振電容器，用于體外醫(yī)療器械。

　　Vishay提供0402外殼尺寸 (0.045''×0.026''×0.024'') 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'' ×0.11'' ×0.063'') 的可靠、大電容固鉭電容器。

　　Vishay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)化性能以適應(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)鎖定在與空間要求相匹配的最具成本效益和性能最高的元件上。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)臺和夾具允許監(jiān)視和測試電氣參數(shù)。這些自動試驗(yàn)臺的使用允許進(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'' ×0.020'' ×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。