医疗设备和可穿戴设备中使用柔性PCB？

2020-12-27

挠性PCB具有许多优势，因此可用于医疗设备和可穿戴设备。首先，它们更小，更轻，更耐用。

健身可穿戴设备和医疗设备如今已变得越来越流行。预计在未来几年中，对这些设备的需求将进一步增加。健身可穿戴设备和医疗设备有一些共同点。两者都需要柔性PCB。

为什么在医疗设备和可穿戴设备中使用柔性PCB？

医疗设备和可穿戴设备中的一个主要趋势是小型化-这些小工具需要尽可能小，同时仍要可靠地执行其指定功能。

柔性电路解决了PCB制造商面临的各种挑战。柔性PCB的显着特征之一是它允许PCB制造商制造更小的设备。让我们看一下柔性PCB在医疗设备和可穿戴设备中使用的一些主要原因。

动态弯曲

柔性PCB具有非凡的弯曲或弯曲能力。医疗设备通常在其操作过程中会扩张/收缩。柔性PCB的弯曲特性使其非常适合医疗应用。对于通过铰链装置连接的应用程序，此属性也很有利。对于医疗保健行业的设计师而言，灵活性尤其具有挑战性，因为在过去，这并不是医疗电子产品的主要考虑因素。大多数早期的医疗设备过去都更大，更坚固。随着柔性电路的出现，医疗设备正在发展为更加紧凑，耐用和灵活。

可靠性

可靠性是系统持续执行其所需功能而不会引起性能下降或故障的能力。在医疗应用和可穿戴设备中，可靠性变得至关重要。通常，互连点是电子故障的潜在来源。灵活的电路使连接点最小化并简化了组装。柔性电路的这一特性消除了互连不良焊点等缺陷的机会。柔性PCB基本上由聚酰亚胺材料制成。这些聚酰亚胺PCB材料可抵抗各种环境和化学变化。柔性PCB材料的延展性和柔韧性使冲击和振动事件的影响最小化。

电气可靠性

柔性PCB材料基本上非常适合高速信号应用。柔性PCB的以下功能使其具有电气可靠性：

与标准刚性材料相比，介电常数提高。

均匀的材料厚度

一致的走线宽度和间距。

空间和重量

新时代医疗设备和可穿戴设备的动态特征之一是尺寸的最小化。这些小工具在执行所需功能的同时，必须尽可能小。在医疗行业中对此类小型设备的需求不断增长，使得柔性PCB成为此类设备的理想选择。柔性电路具有较薄的铜层和绝缘层。 因此，柔性PCB的弯曲半径可以根据需要最小化。因此，这些PCB可以适应更狭窄的空间。

高密度功能

HDI柔性PCB只是一种柔性PCB，具有大量的互连且占用的空间最小。灵活的HDI设计结合了密集的元件放置和通用的布线。柔性HDI PCB的优点很多。让我们看一下HDI Flex PCB的一些优点：

Flex HDI板是主要关注重量，空间和可靠性的理想选择。这使得HDI flex PCB非常适合医疗设备和可穿戴设备。

盲孔和微通孔的存在大大减少了空间需求。这也导致更好的信号完整性。

HDI板具有成本效益。8层刚性板的功能可以通过6层HDI板实现。

Flex PCB在医疗设备中的应用

柔性PCB不仅比刚性PCB更具柔性，而且还可以更轻，更小，更耐用。

医疗可穿戴设备：柔性PCB用于各种活动跟踪器，例如健康活动监视系统。

可植入医疗设备：可以植入人体的设备称为可植入设备。 

助听设备：Flex PCB设计使工程师能够将麦克风，DSP和电池安装在适合耳朵后方的小型紧凑型包装中。

诊断设备：用于CT扫描，MRI，超声扫描仪的设备使用柔性PCB。 

监视设备：这些设备由便携式电子设备组成，这些电子设备可监视人的生命，例如心率，血压，血糖率和体温。

柔性和刚性-柔性PCB在医疗设备中的优势

在各种医疗应用中，柔性PCB都比刚性PCB具有机械优势。

柔性PCB使工程师能够将它们的各种电子组件（如麦克风，电池，照相机）安装在一个紧凑的小型封装中。结果，整个最终产品（医疗设备）可以放置在人体上（例如，助听器）。

柔性电路可以形成复杂的三维形状，并带有分支到多个连接器的分支，而刚性PCB则无法实现。 

柔性电路可以与刚性板接口，而扁平电缆不需要相对较高和笨重的连接器，或者在刚性-柔性结构的情况下。

它们可以与电路板集成在一起，并且完全不需要外部连接器。

柔性和刚性-柔性电路的所有这些独特功能使其成为可穿戴设备和医疗应用的理想之选。

柔性PCB随着时间的流逝而发展。现在，它们已在医疗行业中用于包括药物输送系统和手表在内的应用程序，这些应用程序可以监视循环和呼吸系统数据并将其发送给佩戴者的心脏病专家。

在上述应用中使用的柔性PCB越来越小，这可能在PCB工艺中带来一些重大挑战。这迫使制造商选择更细的线和空间，更薄的铜，更薄的基材，而所有这些实际上都与应用程序有关。

如何应对医疗和可穿戴设备的设计挑战？

可以附着在人体上的可穿戴设备和医疗设备需要柔性电路和高密度布局。而且，PCB的形状或多或少是椭圆形的。有时，PCB的形状可能不规则。这些要求使PCB设计人员要求巧妙的元件放置和有效的布线。将刚柔结合的PCB集成到这种紧凑且高密度的设计中，可使设计人员轻松处理奇怪的形状。刚性-柔性印刷电路板的样品堆叠如下所示。在此堆叠中，左右两个两个4层刚性板通过单层柔性电路连接。刚柔设计所使用的层数和材料起着重要作用。

样品4层刚柔叠层

下图显示了典型的刚挠PCB。它具有3个通过柔性电路互连的刚性PCB。可以将硬质柔性PCB折叠起来以适合最终产品中的3维小空间。刚性-柔性PCB的另一主要方面是其可弯曲性/柔性。 

典型的刚挠PCB

弯曲部分的柔韧性由其弯曲半径定义。弯曲半径是可弯曲区域可以弯曲的最小量。使用下表计算下一个设计的弯曲半径。 

层数	弯曲半径
1（单面）	弯曲厚度x 6
2（双面）	弯曲厚度x 12
多层	弯曲厚度x 24

在某些应用中，刚挠性PCB的挠性部分经常会挠曲。这就产生了在刚性-柔性PCB的刚性部分中未遇到的许多问题。 

Flex PCB设计技巧

以下是一些快速设计技巧，可以克服与柔性电路相关的挑战。

提高弯曲轨迹的可靠性：在动态应用中，弯曲部分会定期弯曲和扭曲。这意味着柔性部分上的铜走线更可能分层。Sierra Circuits建议使用锚点或马刺。在动态弯曲期间，锚固件有助于稳定外层。Sierra Circuits还强烈建议在所有柔性PCB上使用泪珠。泪珠可以减少甚至消除PCB上的潜在应力集中点。

柔性PCB走线和焊盘上的锚点和泪珠

使用泪珠不仅可以增强衬垫和走线以防止分层，而且还可以通过增加钻孔公差来在制造过程中提供更好的成品率。

双面柔性电路上的走线应偏移：将走线彼此叠放在双面柔性电路上，不仅会降低电路的灵活性，而且还会增加铜走线上的应力。

交错的柔性PCB走线

避免在迹线上形成尖角：迹线尖角比直线路径承受的应力更大。直线路径也减少了分层问题。当需要更改走线方向时。如下所示。

弯曲的轨迹柔性轨迹

柔性印刷电路板为设计人员生产灵活，紧凑和高效的电子产品提供了众多优势。它们还提高了可靠性并减少了不同电子子系统之间的连接器需求。消除连接器可减少互连问题的机会。柔性印刷电路板服务包括柔性原型，高科技快弯柔性PCB和HDI for flex。我们提供单层，双层，刚柔，多层和HDI柔性PCB。