Kuinka Endoscope-emolevyn suunnittelu murtaa avaruuskiroksen distaalisten kärkien suunnittelussa

Endoskopiassa käydään ikuista taistelua avaruudesta kaukoputken distaalisessa kärjessä. Ohuemman ja tehokkaamman laitteen luomiseksi piirilevyjen suunnittelua ja sijoittelua on harkittava uudelleen. Perinteisen lähestymistavan jäykistä painetuista piirilevyistä haastaa halu tehdä lääketieteellisestä endoskooppikamerasta kompaktimpi ja joustavampi. Ratkaisu löytyy jäykästä-joustavasta painetusta piirilevystä, jossa yhdistyvät jäykkien ja taipuisten piirilevyjen edut.

 

Avaruuskirous

Tyypillinen skenaario sisältää lääketieteellisen endoskooppikameran käytön: skooppi asetetaan potilaan kehoon ja navigoidaan kohdepaikkaan käyttämällä kuvantamista ja valaistusta, jonka tarjoaa distaalipäässä sijaitseva kameramoduuli. Laajan näkökentän vaatimuksen täyttämiseksi kuvatunnistimen, valodiodien ja muiden komponenttien asentamiseen käytetään tavanomaisia ​​jäykkiä painettuja piirilevyjä. Nämä levyt ovat jäykkiä, eikä niitä voi taittaa tilan säästämiseksi kapean kärjen sisällä. Toisaalta joustavat piirit aiheuttaisivat taivutuksesta johtuvia juotosrasituksia.

 

Joustavia piirilevyjä käytetään tyypillisesti tarjoamaan tarvittava määrä tilaa endoskoopin distaalisen kärjen sisällä. Joustava piirilevy voidaan sijoittaa pitkin kiikaritähtäimen pitkittäisakselia, ja se kattaa pienen poikkileikkauksen. Endoskooppikameraa koottaessa joustava piiri kuitenkin altistuu taivutusvoimille sekä valmistuksen että käytön aikana. Tämän tyyppinen jännitys voi vaurioittaa juotosliitoksia, jotka yhdistävät komponentit piirilevyyn. Monissa tapauksissa vaurio tapahtuu yhden toimenpiteen aikana ja johtaa kuvan menetykseen.

 

Jäykkä{0}}flex-piirilevy mahdollistaa parhaan yhdistelmän jäykkyyttä ja joustavuutta. Useita jäykkiä levysegmenttejä on sijoitettu joustavan piirilevyytimen pituussuunnassa. Se mahdollistaa kuvasensorin, LEDien ja muiden komponenttien asennuksen tietyin väliajoin. Tämän lähestymistavan etuna on, että komponentit jäykkään levyyn yhdistäviin juotosliitoksiin ei vaikuta taipuminen, mikä eliminoi halkeilun tai delaminoitumisen mahdollisuuden. Piirilevyn joustavuutta käytetään levyn sijoittamiseen endoskoopin distaalisen kärjen sisään.

 

Kolmas ulottuvuus

Jäykkä{0}}joustorakenne mahdollistaa kolmannen ulottuvuuden hyödyntämisen endoskoopin distaalisen kärjen sisällä. Piirilevyä suunniteltaessa komponentit sijoitetaan jäykille segmenteille eri tasoilla ja kulmissa. Esimerkiksi joustava piirilevy voidaan taittaa useita kertoja eri korkeuksille kameramoduulin, sivukameroiden ja LEDien säilyttämiseksi. Tuloksena on kolmi-tasoinen jäykkä-joustopiirilevy, jossa etukamera ja sivukamerat on sijoitettu eri kulmiin kiikaritähtäimen keskiakseliin nähden.

 

Taitetun jäykän{0}}flex-piirilevyn pitämiseen tarvitaan jäykkä runko. Tällainen kehys on yleensä valmistettu metallista ja toimii jäähdytyselementtinä LEDeille ja kuvasensorille. Kun kohdealuetta valaisee, LED-ryhmä lähettää valoa ja lämpöä. Haihtunut energia on poistettava kameramoduulista, jotta lämpötila ei vaikuta sen suorituskykyyn. Tämä tulee erityisen tärkeäksi, kun endoskooppia käytetään taaksepäin, koska suurin osa valosta heijastuu sisäkudoksista.

Kolmiulotteisen jäykän-flex PCB:n signaalin eheys varmistetaan erityisellä virranjakelumaa- ja signaalikerroksen järjestelyllä. Sähköliitäntöjä järjestettäessä kiinnitetään erityistä huomiota siirtymiseen jäykistä piirilevyistä joustaviin piirilevyihin. Piirilevy käyttää monikerroksista rakennetta sekä jäykissä että joustavissa segmenteissä. Jäykän ytimen ulkokerrokset muodostavat maatason, joka eristää signaalijäljet ​​sähkömagneettisilta häiriöiltä. Taipuisalla segmentillä on ohjattu ominaisimpedanssi signaalihäviöiden ja ylikuulumisen vähentämiseksi. Siirtymäaluetta suunniteltaessa ryhdytään erityistoimenpiteisiin, jotta estetään signaalin heijastukset, jotka vääristävät kuvaa.

 

4K-videosignaalin signaalin eheyden varmistamiseksi jäykkä-flex PCB vaatii asiantuntevaa-valmistusta. Pätevä valmistaja suorittaa tarkan impedanssisäädön ja käyttää oikeita materiaaleja signaalihäviöiden minimoimiseksi. Jäykissä segmenteissä valmistajat käyttävät kehittyneitä monikerrosrakenteita, joissa on ohjatut maatasot. Joustaville segmenteille valmistajat suorittavat tarkan laserporauksen varmistaakseen tarkan sijoituksen. Signaalin eheystestit voidaan suorittaa kaikille prototyypeille signaalin eheysvaatimusten noudattamiseksi. Lääketieteellinen endoskooppikamera pystyy tuottamaan luotettavan kuvan jopa tuhansien taivutusjaksojen jälkeen normaalikäytössä.

 

Materiaalit

Materiaalien valinta jäykkien{0}}flex-piirilevyjen valmistukseen on myös varsin tärkeää. Lääketieteellisille laitteille tehdään usein tiukat sterilointitoimenpiteet, mukaan lukien autoklavointi 134 celsiusasteessa. Taipuisat painetut piirilevyt valmistetaan usein polyimidikalvosta, joka on päällystetty kuparifoliolla. Tällaiset materiaalit altistuvat korkeille lämpötiloille delaminaatioprosessin aikana. Materiaalia valittaessa tulee kiinnittää erityistä huomiota dielektrisen permittiivisyyden ja dissipaatiokertoimen kertoimiin signaalihäviöiden vähentämiseksi.

 

Liimattomalla kuparifolioteknologialla valmistettujen materiaalien, kuten polyimidi Kaptonin käyttö vähentää autoklavoinnin aikana tapahtuvien lämpötilamuutosten aiheuttamaa delaminaatiota. Samanaikaisesti tällaisten materiaalien käyttö eliminoi myrkyllisten aineiden päästöt korkeille lämpötiloille altistumisen aikana. Yksi tärkeimmistä ominaisuuksista jäykkien-joustojen piirilevyjen materiaalien valinnassa on niiden noudattaminen ISO 10993 -standardin kanssa.

Valmistajalla on oltava laaja kokemus jäykän{0}}flex PCB:n valmistuksesta, jotta hän voi valita oikeat materiaalit. Joustavien segmenttien materiaaleja valittaessa on valmistajan otettava huomioon niiden taivutussäde. Tämä ominaisuus on erityisen tärkeä valmistettaessa jäykkää-flex PCB:tä, jolla on monimutkainen kolmiulotteinen muoto. Tällaisten materiaalien, kuten liimattoman kuparifolion, valinta riippuu myös piirilevyltä vaadittavasta mekaanisesta lujuudesta.

 

Tuotanto

Rigid{0}}flex PCB:n valmistus on monimutkainen ja haastava prosessi. Lääketieteellisen endoskooppikameran valmistamiseksi piirilevyjen valmistajalla on oltava laaja asiantuntemus jäykän -flex PCB:n valmistuksesta. Jäykkien-joustojen piirilevyjen tuotanto sisältää tyypillisesti yli 80 vaihetta joustavan ytimen laminoinnista valmiin tuotteen impedanssitestaukseen. Piirilevyn yksittäiset jäykät segmentit valmistetaan erikseen, sitten liimataan yhteen joustavan segmentin kanssa. Erityistä huomiota tulee kiinnittää jäykkien segmenttien asemoinnin tarkkuuteen suhteessa joustavaan segmenttiin.

 

Kun valmistat jäykkiä{0}}joustoja piirilevyjä, oikean toimittajan valinta on ratkaisevan tärkeää. Toisin kuin kulutuselektroniikassa, lääketieteelliset laitteet ja laitteet edellyttävät suurta vastuullisuutta. Siksi tällaisten laitteiden valmistajien on valittava huolellisesti toimittaja, jolla on laaja asiantuntemus jäykkien-joustojen piirilevyjen valmistuksesta. Vuorovaikutuksen toimittajan kanssa tulee rakentaa korkealle luottamukselle valitun kumppanin kykyihin. Päätavoitteena on kehittää toimiva prototyyppi lääketieteellisestä endoskooppikamerasta, joka täyttää kaikki tekniset vaatimukset.

 

Jäykkä{0}}joustorakenne mahdollistaa uudentyyppisten lääketieteellisten endoskooppien kehittämisen, jotka ovat kooltaan pienempiä, tarkempia ja mukavampia potilaille. Samaan aikaan lääketieteellisiä endoskooppeja luotaessa on tärkeää ottaa huomioon kaikki jäykkien -flex PCB-levyjen suunnitteluun liittyvät näkökohdat. Tämä edellyttää joustavien ja jäykkien segmenttien ominaisuuksia koskevien vaatimusten yksityiskohtaista analysointia ja niiden optimaalisen järjestelyn määrittämistä endoskoopin distaalisessa kärjessä. Kolmiulotteisen jäykän-flex PCB:n signaalin eheys tulee myös ottaa huomioon endoskooppikameraa suunniteltaessa luotettavan videonsiirron varmistamiseksi. Jäykän -flex PCB:n valmistuksessa käytetyt materiaalit ovat myös erittäin tärkeitä, koska niiden on täytettävä lääketeollisuuden tiukat vaatimukset.