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)備對體積與功耗的要求日益嚴苛，促使設(shè)計人員開始采用新一代MEMS供電連接器，期在縮減傳統(tǒng)連接器尺寸的同時，兼顧產(chǎn)品性能與可靠性，將有助加速遠距醫(yī)療與
微機電系統(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)備對體積與功耗的要求日益嚴苛，促使設(shè)計人員開始采用新一代MEMS供電連接器，期在縮減傳統(tǒng)連接器尺寸的同時，兼顧產(chǎn)品性能與可靠性，將有助加速遠距醫(yī)療與家庭照護市場成形。
MEMS技術(shù)添臂力 醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用市場擴大
在醫(yī)療保健供應(yīng)商和病患推動著醫(yī)療市場轉(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，對于系統(tǒng)開發(fā)人員而言，勢必得在產(chǎn)品設(shè)計前期盡早進行電源管理設(shè)計。
電源連接器產(chǎn)業(yè)已推出以微機電系統(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)備對改進可攜性和小型化不斷增長的需求。透過結(jié)合電子和機械元件，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)療保健市場中小型、可攜設(shè)計的重要首選技術(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、配藥及生物感測器，以及診斷和其他體外應(yīng)用。
在現(xiàn)有的設(shè)計中，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)實世界擁有成功的應(yīng)用和客戶采用的實例，對于醫(yī)療保健設(shè)計工程師，提供了功能強大的可行的工具。
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，包括消費產(chǎn)品、行動和醫(yī)療應(yīng)用。這項技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域做出貢獻，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、尿液檢測和監(jiān)測的病患，以及那些通過感測器自動配藥的病患。
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，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)連接器更為堅固。MEMS連接器的零高度設(shè)計，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)測或其它設(shè)備中實現(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器的連接器產(chǎn)品中，具有獨特創(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，由于體積和其他限制造成現(xiàn)有的超聲波機器在世界許多地區(qū)的使用上相當(dāng)不便捷，因此醫(yī)療設(shè)備商可透過MEMS技術(shù)出現(xiàn)而獲益，從而實現(xiàn)小型的可攜式超聲波設(shè)備，以用于全球各地偏遠地區(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)療感測器市場的應(yīng)用潛力相當(dāng)大，例如更新感測器、化學(xué)感測器、流量感測器和定位感測器，而現(xiàn)今美國市場大約有70%的化學(xué)感測器用于醫(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)計的MEMS供電連接器是行動可攜血糖監(jiān)測市場的理想選擇。在家庭和體制醫(yī)療保健中，任何儀器或設(shè)備問題有可能將病患置于風(fēng)險之中。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)測產(chǎn)品。
可攜式血糖監(jiān)測儀器使用標(biāo)準(zhǔn)的微型I/O來連接兩個電路板，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連接是一個前所未有的微小層，看起來幾乎是一個平面。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，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，用于實際監(jiān)測。如果制造商沒有使用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。至于微型相機模組最初用于行動電話，但是適用于醫(yī)療設(shè)備的微型相機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)計理念，如果相機模組損壞或須要維修，銅纜則可能成為昂貴的跳線，所以更常見的「方法」是斷開并替換整個柔性電纜。
然而，MEMS I/O技術(shù)可將微型相機直接插接在柔性電纜上，而不會產(chǎn)生較高的側(cè)高，并可輕易斷開和維修，而毋須整體替換電纜。通過與具視頻功能的相機或micro IDT共用，MEMS I/O可以將一個高畫質(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，并實現(xiàn)數(shù)位即時影像。
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的模塑塑膠組成，因而具有相對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層，MEMS I/O系統(tǒng)通常在極薄的金屬層上進行蝕刻和鉆孔，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間，并同時減少了生產(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，某些型款可達到數(shù)千次插配。嚴格的測試顯示MEMS I/O插配介面可耐受高達6,000G重力的掉落和振動。 [!--empirenews.page--]
MEMS連接器在縮減傳統(tǒng)連接器尺寸的同時，亦可不犧牲性能或元件密度，進而推動醫(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，并透過使用簡單的插座式插配介面來替代永久焊接的印刷電路板連接，MEMS技術(shù)實現(xiàn)高彈性設(shè)計的優(yōu)勢。未來在醫(yī)療設(shè)備和儀器中，MEMS-enabled系統(tǒng)的使用勢必將愈來愈普及，為可攜式醫(yī)療設(shè)備擴大市場商機。
(本文作者皆任職于Molex)
MEMS技術(shù)添臂力 醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用市場擴大
在醫(yī)療保健供應(yīng)商和病患推動著醫(yī)療市場轉(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，對于系統(tǒng)開發(fā)人員而言，勢必得在產(chǎn)品設(shè)計前期盡早進行電源管理設(shè)計。
電源連接器產(chǎn)業(yè)已推出以微機電系統(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)備對改進可攜性和小型化不斷增長的需求。透過結(jié)合電子和機械元件，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)療保健市場中小型、可攜設(shè)計的重要首選技術(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、配藥及生物感測器，以及診斷和其他體外應(yīng)用。
在現(xiàn)有的設(shè)計中，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)實世界擁有成功的應(yīng)用和客戶采用的實例，對于醫(yī)療保健設(shè)計工程師，提供了功能強大的可行的工具。
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，包括消費產(chǎn)品、行動和醫(yī)療應(yīng)用。這項技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域做出貢獻，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、尿液檢測和監(jiān)測的病患，以及那些通過感測器自動配藥的病患。
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，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)連接器更為堅固。MEMS連接器的零高度設(shè)計，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)測或其它設(shè)備中實現(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器的連接器產(chǎn)品中，具有獨特創(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，由于體積和其他限制造成現(xiàn)有的超聲波機器在世界許多地區(qū)的使用上相當(dāng)不便捷，因此醫(yī)療設(shè)備商可透過MEMS技術(shù)出現(xiàn)而獲益，從而實現(xiàn)小型的可攜式超聲波設(shè)備，以用于全球各地偏遠地區(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)療感測器市場的應(yīng)用潛力相當(dāng)大，例如更新感測器、化學(xué)感測器、流量感測器和定位感測器，而現(xiàn)今美國市場大約有70%的化學(xué)感測器用于醫(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)計的MEMS供電連接器是行動可攜血糖監(jiān)測市場的理想選擇。在家庭和體制醫(yī)療保健中，任何儀器或設(shè)備問題有可能將病患置于風(fēng)險之中。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)測產(chǎn)品。
可攜式血糖監(jiān)測儀器使用標(biāo)準(zhǔn)的微型I/O來連接兩個電路板，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連接是一個前所未有的微小層，看起來幾乎是一個平面。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，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，用于實際監(jiān)測。如果制造商沒有使用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。至于微型相機模組最初用于行動電話，但是適用于醫(yī)療設(shè)備的微型相機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)計理念，如果相機模組損壞或須要維修，銅纜則可能成為昂貴的跳線，所以更常見的「方法」是斷開并替換整個柔性電纜。
然而，MEMS I/O技術(shù)可將微型相機直接插接在柔性電纜上，而不會產(chǎn)生較高的側(cè)高，并可輕易斷開和維修，而毋須整體替換電纜。通過與具視頻功能的相機或micro IDT共用，MEMS I/O可以將一個高畫質(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，并實現(xiàn)數(shù)位即時影像。
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的模塑塑膠組成，因而具有相對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層，MEMS I/O系統(tǒng)通常在極薄的金屬層上進行蝕刻和鉆孔，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間，并同時減少了生產(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，某些型款可達到數(shù)千次插配。嚴格的測試顯示MEMS I/O插配介面可耐受高達6,000G重力的掉落和振動。 [!--empirenews.page--]
MEMS連接器在縮減傳統(tǒng)連接器尺寸的同時，亦可不犧牲性能或元件密度，進而推動醫(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，并透過使用簡單的插座式插配介面來替代永久焊接的印刷電路板連接，MEMS技術(shù)實現(xiàn)高彈性設(shè)計的優(yōu)勢。未來在醫(yī)療設(shè)備和儀器中，MEMS-enabled系統(tǒng)的使用勢必將愈來愈普及，為可攜式醫(yī)療設(shè)備擴大市場商機。
(本文作者皆任職于Molex)
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