元件選型寶典:打造適合醫療設備的高可靠性無源元件
發布時間:2015-01-13 責任編輯:echolady
【導讀】醫(yi)療(liao)設(she)備(bei)已(yi)經(jing)逐(zhu)漸(jian)向(xiang)精(jing)致(zhi)小(xiao)巧(qiao)的(de)方(fang)向(xiang)發(fa)展(zhan),因(yin)為(wei)這(zhe)樣(yang)的(de)體(ti)積(ji)更(geng)適(shi)合(he)醫(yi)療(liao)需(xu)求(qiu)。可(ke)植(zhi)入(ru)設(she)備(bei)在(zai)醫(yi)療(liao)設(she)備(bei)中(zhong)能(neng)夠(gou)使(shi)患(huan)者(zhe)更(geng)加(jia)舒(shu)適(shi),使(shi)身(shen)體(ti)擾(rao)亂(luan)更(geng)小(xiao)。為(wei)滿(man)足(zu)可(ke)植(zhi)入(ru)醫(yi)療(liao)設(she)備(bei)的(de)需(xu)求(qiu),人(ren)們(men)針(zhen)對(dui)無(wu)源(yuan)元(yuan)件(jian)做(zuo)出(chu)了(le)係(xi)統(tong)的(de)選(xuan)型(xing)與(yu)改(gai)進(jin),力(li)圖(tu)縮(suo)小(xiao)混(hun)合(he)元(yuan)件(jian)和(he)電(dian)路(lu)板(ban)空(kong)間(jian)。
為滿足可植入醫療設備對更小型混合元件的需求,人們不斷改進微控製器(MCU)——或專用集成電路(ASIC)——及(ji)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)的(de)混(hun)合(he)布(bu)局(ju)與(yu)封(feng)裝(zhuang)技(ji)術(shu)。無(wu)源(yuan)元(yuan)件(jian)在(zai)大(da)規(gui)模(mo)製(zhi)造(zao)設(she)施(shi)內(nei)生(sheng)產(chan),並(bing)通(tong)過(guo)優(you)異(yi)的(de)工(gong)藝(yi)控(kong)製(zhi)來(lai)減(jian)小(xiao)不(bu)同(tong)批(pi)次(ci)間(jian)的(de)差(cha)異(yi)。相(xiang)對(dui)於(yu)商(shang)用(yong)元(yuan)件(jian),醫(yi)療(liao)元(yuan)件(jian)要(yao)求(qiu)在(zai)更(geng)小(xiao)的(de)尺(chi)寸(cun)內(nei)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)性(xing)能(neng)水(shui)平(ping)。在(zai)元(yuan)器(qi)件(jian)製(zhi)造(zao)方(fang)法(fa)上(shang),可(ke)以(yi)采(cai)取(qu)多(duo)種(zhong)方(fang)案(an)縮(suo)小(xiao)混(hun)合(he)元(yuan)件(jian)和(he)電(dian)路(lu)板(ban)占(zhan)用(yong)的(de)空(kong)間(jian),同(tong)時(shi)提(ti)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)。
電容器選型標準
每種電容器技術都有自身獨特的屬性,在針對最終應用進行產品選型時應將這些屬性視為具體參考標準的一部分。

圖1
醫療設備用固體鉭電容器的外殼尺寸為0402(0.045in×0.026in×0.024in),其低高度有助於節省空間。此外,還有1210 T外殼尺寸(0.138in×0.11in×0.063in)的可靠、大容量固鉭電容器。

圖2
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磁性元件選型標準
大多數磁性元件都是為適配特定醫療設備應用的有限空間、由醫療設備製造商和磁性元件公司的工程師合作而定製設計的。針對可植入設備定製的磁性元件一般由骨架式變壓器、環形線圈變壓器、模壓電感器以及具有獨特性能和形狀的天線構成。此外,可以采用各種各樣的磁芯材料和形狀優化性能,以滿足不同應用的需求。
在討論了尺寸、價jia格ge和he性xing能neng的de權quan衡heng後hou,即ji可ke將jiang目mu標biao鎖suo定ding在zai與yu空kong間jian要yao求qiu相xiang匹pi配pei的de最zui具ju成cheng本ben效xiao益yi和he性xing能neng最zui佳jia的de元yuan件jian上shang。設she計ji工gong作zuo一yi經jing完wan成cheng,即ji可ke製zhi定ding嚴yan格ge的de製zhi造zao流liu程cheng、控製及測試程序,從而確保產品在尺寸和磁性能方麵達到最高的質量水平並實現最佳的可靠性。小型設計通常需要進行3D CAD仿真,以實現準確的元件布局和原型設計。
在定製磁性元件的製造過程中,會用到各種各樣專用空心線圈、骨(gu)架(jia)及(ji)環(huan)形(xing)線(xian)圈(quan)繞(rao)製(zhi)設(she)備(bei)。這(zhe)種(zhong)設(she)備(bei)具(ju)有(you)嚴(yan)格(ge)受(shou)控(kong)的(de)關(guan)鍵(jian)電(dian)氣(qi)性(xing)能(neng)要(yao)求(qiu)。關(guan)鍵(jian)尺(chi)寸(cun)的(de)測(ce)量(liang)會(hui)使(shi)用(yong)光(guang)學(xue)測(ce)量(liang)儀(yi)器(qi)等(deng)檢(jian)驗(yan)設(she)備(bei)。定(ding)製(zhi)設(she)計(ji)的(de)測(ce)試(shi)台(tai)和(he)夾(jia)具(ju)可(ke)以(yi)監(jian)控(kong)和(he)測(ce)試(shi)電(dian)氣(qi)參(can)數(shu)。利(li)用(yong)這(zhe)些(xie)自(zi)動(dong)測(ce)試(shi)台(tai)可(ke)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)分(fen)析(xi),從(cong)而(er)確(que)保(bao)設(she)計(ji)的(de)可(ke)製(zhi)造(zao)性(xing)。
不同醫療設備所使用的磁性元件尺寸和形狀大不相同,依據具體的應用場景而定。0402小尺寸電感器(0.040in×0.020in)用於遙測/通信應用。這些電感器可以是打線式的,采用陶瓷芯製成,最大電感值可達150nH。

圖3
電阻器選型標準
標準的薄膜和厚膜表麵貼裝電阻器的外殼尺寸在0402~2512之間。電阻器選型標準包括脈衝處理能力、工作電壓、工作溫度及長期穩定性。打線式電阻器的尺寸範圍為0.015in×0.015in×0.010in(額定功率為125mW)至0.055in×0.055in×0.010in(最大電阻值為30MΩ;工作電壓為100V)。

圖4
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高可靠性測試
對dui醫yi療liao設she備bei應ying用yong來lai說shuo,避bi免mian無wu源yuan元yuan件jian的de災zai難nan性xing失shi效xiao和he漂piao移yi失shi效xiao是shi頭tou等deng注zhu意yi事shi項xiang。歸gui根gen結jie底di,產chan品pin可ke靠kao性xing預yu測ce是shi建jian立li在zai供gong應ying商shang測ce試shi數shu據ju和he醫yi療liao設she備bei製zhi造zao商shang規gui定ding的de、在(zai)定(ding)義(yi)時(shi)間(jian)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)應(ying)用(yong)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)的(de)。無(wu)源(yuan)元(yuan)件(jian)供(gong)應(ying)商(shang)的(de)工(gong)藝(yi)控(kong)製(zhi)是(shi)實(shi)現(xian)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)一(yi)項(xiang)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)。通(tong)過(guo)在(zai)額(e)定(ding)或(huo)更(geng)高(gao)電(dian)壓(ya)下(xia)抬(tai)高(gao)溫(wen)度(du),進(jin)行(xing)規(gui)定(ding)時(shi)長(chang)的(de)壽(shou)命(ming)測(ce)試(shi),可(ke)以(yi)確(que)定(ding)無(wu)源(yuan)元(yuan)件(jian)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing),並(bing)保(bao)證(zheng)元(yuan)器(qi)件(jian)可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)重(zhong)要(yao)醫(yi)療(liao)設(she)備(bei)應(ying)用(yong)。無(wu)源(yuan)元(yuan)件(jian)測(ce)試(shi)是(shi)基(ji)於(yu)客(ke)戶(hu)要(yao)求(qiu)和(he)美(mei)國(guo)軍(jun)用(yong)標(biao)準(zhun)(MIL)規範(若適用)進行的。
無源元件的可靠性預測可使用基於MIL-217手冊或IEC863的在線建模程序來進行。以下是供應商可靠性模擬示例:

圖5
下表顯示了基於固鉭電容器韋伯(Weibull)測試的失效率預測。

圖6
可將試驗得到的電阻器性能與MIL-PRF-55342限值進行對比,如下表所示。

圖7
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