為醫(yī)療設(shè)備選擇小巧可靠的無源元件

　　近些年來，醫(yī)療設(shè)備一直朝著體積越來越小的趨勢發(fā)展;小型可植入設(shè)備在植入過程中能夠讓患者感覺更舒適，對身體的擾亂也更小。為滿足可植入醫(yī)療設(shè)備對更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)——及電源系統(tǒng)的混合布局與封裝技術(shù)。本文探討了無源元件的選型過程，目的是縮小醫(yī)療設(shè)備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)異的工藝控制來減小不同批次間的差異。相對于商用元件，醫(yī)療元件要求在更小的尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的可靠性和性能水平。在元器件制造方法上，可以采取多種方案縮小混合元件和電路板占用的空間，同時(shí)提高可靠性。

　　電容器選型標(biāo)準(zhǔn)

　　每種電容器技術(shù)都有自身獨(dú)特的屬性，在針對最終應(yīng)用進(jìn)行產(chǎn)品選型時(shí)應(yīng)將這些屬性視為具體參考標(biāo)準(zhǔn)的一部分。

　　用于可植入設(shè)備、外殼尺寸為0201(0.024in×0.012in)的多層陶瓷電容器(MLCC)，用于為無線電/遙測系統(tǒng)提供去耦或調(diào)諧功能。最大的MLCC尺寸為2225(0.22in×0.25in)，通常作為諧振電容器用于體外醫(yī)療設(shè)備。

　　醫(yī)療設(shè)備用固體鉭電容器的外殼尺寸為0402(0.045in×0.026in×0.024in)，其低高度有助于節(jié)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。

　　硅基電容器已有尺寸為20mil×20mil、最大電容值為1000pF的產(chǎn)品推出。硅電容器可以通過環(huán)氧樹脂或低共熔芯片黏著，并且是打線式的。另外還有0402外殼尺寸、最大電容值27pF的表面貼裝“倒裝貼片”硅基電容器。硅基電容器技術(shù)支持可靠的寬帶操作(20GHz)，具有高Q值、低直流電阻(DCR)和高自諧振頻率(SRF)等特點(diǎn)。

　　磁性元件選型標(biāo)準(zhǔn)

　　大多數(shù)磁性元件都是為適配特定醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用的有限空間、由醫(yī)療設(shè)備制造商和磁性元件公司的工程師合作而定制設(shè)計(jì)的。針對可植入設(shè)備定制的磁性元件一般由骨架式變壓器、環(huán)形線圈變壓器、模壓電感器以及具有獨(dú)特性能和形狀的天線構(gòu)成。此外，可以采用各種各樣的磁芯材料和形狀優(yōu)化性能，以滿足不同應(yīng)用的需求。

　　在討論了尺寸、價(jià)格和性能的權(quán)衡后，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佳的元件上。設(shè)計(jì)工作一經(jīng)完成，即可制定嚴(yán)格的制造流程、控制及測試程序，從而確保產(chǎn)品在尺寸和磁性能方面達(dá)到最高的質(zhì)量水平并實(shí)現(xiàn)最佳的可靠性。小型設(shè)計(jì)通常需要進(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)。

　　在定制磁性元件的制造過程中，會用到各種各樣專用空心線圈、骨架及環(huán)形線圈繞制設(shè)備。這種設(shè)備具有嚴(yán)格受控的關(guān)鍵電氣性能要求。關(guān)鍵尺寸的測量會使用光學(xué)測量儀器等檢驗(yàn)設(shè)備。定制設(shè)計(jì)的測試臺和夾具可以監(jiān)控和測試電氣參數(shù)。利用這些自動(dòng)測試臺可進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而確保設(shè)計(jì)的可制造性。

　　不同醫(yī)療設(shè)備所使用的磁性元件尺寸和形狀大不相同，依據(jù)具體的應(yīng)用場景而定。0402小尺寸電感器(0.040in×0.020in)用于遙測/通信應(yīng)用。這些電感器可以是打線式的，采用陶瓷芯制成，最大電感值可達(dá)150nH.

　　高頻打線式RF螺旋電感器有兩種尺寸可選：(0.030in×0.030in×0.020in)和(0.050in×0.050in×0.020in)。這些電感器在RF頻帶中性能優(yōu)異，適合偏置、調(diào)諧及集總元件濾波器應(yīng)用。