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，人們不斷改進微控制器 (MCU)——或專用集成電路 (ASIC)——和功率系統(tǒng)的混合元件布局與封裝技術。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)模制造設施內生產(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現(xiàn)各種選項，以減小混合元件和電路板空間并增加元件可靠性。

　　電容器選型標準

　　每種電容器技術都有獨有的性質，在針對最終應用進行產(chǎn)品選型時應將這些性質視為規(guī)定標準的一部分。多層陶瓷電容器 (MLCC) 根據(jù)電容器的介電質選型;而電解鉭、鋁及薄膜電容器根據(jù)陽極材料選型，以達到最高電容 / 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。

　　磁性元件選型標準

　　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計的，以適應特定醫(yī)療器械為之預留的有限空間。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特形狀與性能的天線構成。另外，通過采用各種磁芯材料和形狀可優(yōu)化性能以適應每種應用的要求。

　　在確定了元件的尺寸、價格和性能后，即可將目標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。設計完畢后，制定嚴格的制造流程、控制及測試程序來確保達到最高質量水平，包括在尺寸及磁性方面。小型設計常常需要進行3D CAD仿真，以實現(xiàn)準確的元件布局和原型設計。

　　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)狀線圈繞制設備。該設備具有嚴格受控的關鍵電氣要求。關鍵尺寸的測量使用相關檢驗設備，如光學測量儀器。定制設計的試驗臺和夾具允許監(jiān)視和測試電氣參數(shù)。這些自動試驗臺的使用允許進行數(shù)據(jù)分析，以保證設計的可制造性。

　　用于醫(yī)療應用的磁性元件的尺寸和形狀因應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150 nH。