Hvordan Endoscope Mainboard Design bryder Space Curse i Distal Tip Engineering

I endoskopi er der en evig kamp om plads inden for den distale spids af kikkerten. For at skabe en tyndere og mere kapabel enhed, skal design og layout af printkortene genovervejes. Den konventionelle tilgang med stive printplader er udfordret af ønsket om at gøre det medicinske endoskopkamera mere kompakt og fleksibelt. Løsningen skal findes i et stivt-flex printkort, der kombinerer fordelene ved stive og fleksible PCB'er.

 

Rumforbandelsen

Et typisk scenarie involverer brugen af ​​et medicinsk endoskopkamera: skopet indsættes i patientens krop og navigeres til målstedet ved hjælp af billeddannelse og belysning fra kameramodulet placeret i den distale ende. For at tilfredsstille kravet om et stort synsfelt bruges konventionelle stive printkort til at montere billedsensoren,-lysemitterende dioder og andre komponenter. Disse brædder er stive og kan ikke foldes for at spare plads inde i den smalle spids. På den anden side ville fleksible kredsløb introducere loddeforbindelsesspændinger på grund af bøjning.

 

Fleksible printplader bruges typisk til at give den nødvendige mængde plads inde i den distale spids af endoskopet. Et fleksibelt printkort kan placeres langs kikkertsigtets længdeakse, der optager et lille- tværsnit. Men ved samling af et endoskopkamera udsættes det fleksible kredsløb for bøjningskræfter under både fremstilling og drift. Loddeforbindelser, der forbinder komponenter til printkortet, kan blive beskadiget af denne type belastning. I mange tilfælde opstår skaden under en enkelt procedure og resulterer i billedtab.

 

Det stive-flex-kredsløb giver den bedste kombination af stivhed og fleksibilitet. Adskillige stive pladesegmenter er placeret langs den fleksible PCB-kernes længderetning. Det gør det muligt at montere billedsensoren, LED'er og andre komponenter med bestemte intervaller. Fordelen ved denne fremgangsmåde er, at loddeforbindelser, der forbinder komponenter til det stive bord, ikke påvirkes af bøjning, hvilket eliminerer muligheden for revner eller delaminering. Fleksibiliteten af ​​PCB'et bruges til at placere kortet inde i den distale spids af endoskopet.

 

Den tredje dimension

Det stive-fleksdesign gør det muligt at bruge den tredje dimension inde i den distale spids af endoskopet. Ved design af printpladen placeres komponenterne på stive segmenter i forskellige niveauer og vinkler. For eksempel kan et fleksibelt printkort foldes flere gange i forskellige højder for at holde et kameramodul, sidekameraer og LED'er. Resultatet er et tre-niveau stift-flex kredsløbskort, hvor frontkameraet og sidekameraerne er placeret i forskellige vinkler i forhold til kikkertens centrale akse.

 

Der kræves en stiv ramme for at holde det foldede stive-flex-kredsløbskort. En sådan ramme er normalt lavet af metal og fungerer som en heatsink til lysdioderne og billedsensoren. Når målområdet belyses, udsender LED-arrayet lys og varme. Den afsatte energi skal fjernes fra kameramodulet for at forhindre temperaturpåvirkninger på dets ydeevne. Dette bliver især vigtigt, når endoskopet bruges i en retrograd retning, da det meste af belysningen reflekteres fra det indre væv.

Signalintegriteten af ​​det tre-dimensionelle stive-flex PCB er sikret af et særligt arrangement af strømfordelingsjord og signallag. Ved indretningen af ​​de elektriske forbindelser er der særligt fokus på overgangen fra stive til fleksible PCB'er. Kredsløbskortet bruger et flerlagsdesign på både stive og fleksible segmenter. De ydre lag af den stive kerne giver et jordplan, der isolerer signalsporene fra elektromagnetisk interferens. Det fleksible segment har en styret karakteristisk impedans for at reducere signaltab og krydstale. Der tages særlige forholdsregler ved design af overgangsområdet for at forhindre signalrefleksioner, som ville forvrænge billedet.

 

For at sikre signalintegriteten af ​​4K-videosignalet kræver et stivt-flex PCB ekspert--niveau. En kvalificeret producent vil udføre præcisionsimpedanskontrol og bruge de rigtige materialer for at minimere signaltab. Til stive segmenter vil producenter bruge avancerede flerlagskonstruktioner med kontrollerede jordplaner. For fleksible segmenter vil producenter udføre præcisionslaserboring for at sikre nøjagtig via placering. Signalintegritetstest kan udføres på alle prototyper for at opnå overholdelse af signalintegritetskravene. Det medicinske endoskopkamera vil være i stand til at levere et pålideligt billede selv efter tusindvis af bøjningscyklusser, når det udsættes for normal brug.

 

Materialer

Udvælgelsen af ​​materialer til fremstilling af stive-flex-kredsløbskort er også ret vigtigt. Medicinsk udstyr udsættes ofte for strenge steriliseringsprocedurer, herunder autoklavering ved 134 grader Celsius. Fleksible printplader er ofte lavet af polyimidfilm belagt med kobberfolie. Sådanne materialer udsættes for høje temperaturer under delamineringsprocessen. Ved valg af materialer skal der lægges særlig vægt på koefficienterne for dielektrisk permittivitet og dissipationsfaktor for at reducere signaltab.

 

Brugen af ​​materialer som polyimid Kapton, fremstillet ved hjælp af klæbemiddelfri kobberfolieteknologi, reducerer muligheden for delaminering forårsaget af temperaturændringer under autoklavering. Samtidig eliminerer brugen af ​​sådanne materialer emissionen af ​​giftige stoffer under eksponering for høje temperaturer. En af de vigtigste egenskaber ved udvælgelsen af ​​materialer til stive-flex PCB'er er deres overensstemmelse med ISO 10993-standarden.

Producenten skal have stor erfaring med stiv-flex PCB-fremstilling for at vælge de rigtige materialer. Ved valg af materialer til fleksible segmenter skal producenten overveje deres bøjningsradius. Denne egenskab er især vigtig ved fremstilling af et stift-flex PCB med en kompleks tre-dimensionel form. Valget af sådanne materialer som klæbende kobberfolie afhænger også af den mekaniske styrke, der kræves til printpladen.

 

Produktion

Rigid-flex PCB-fremstilling er en kompleks og udfordrende proces. For at producere et medicinsk endoskopkamera skal en PCB-producent have omfattende ekspertise i stiv-flex PCB-fremstilling. Produktionen af ​​stive -flex-kredsløb omfatter typisk mere end 80 trin, fra laminering af den fleksible kerne til impedanstest af det færdige produkt. Individuelle stive segmenter af printpladen fremstilles separat og bindes derefter sammen med det fleksible segment. Der bør lægges særlig vægt på nøjagtigheden af ​​placeringen af ​​de stive segmenter i forhold til det fleksible segment.

 

Når du fremstiller stive-flex-PCB'er, er det afgørende at vælge den rigtige leverandør. I modsætning til forbrugerelektronik indebærer medicinsk udstyr og udstyr en høj grad af ansvar. Derfor skal producenter af sådanne enheder nøje udvælge en leverandør, som har omfattende ekspertise inden for stive-flex PCB-fremstilling. Interaktionen med leverandøren bør bygge på et højt niveau af tillid og tillid til den valgte partners evner. Hovedformålet er at udvikle en fungerende prototype af et medicinsk endoskopkamera, der opfylder alle tekniske specifikationer.

 

Det stive-fleksdesign gør det muligt at udvikle nye typer medicinske endoskoper, der er mindre i størrelse, mere præcise og mere komfortable for patienterne. Samtidig er det vigtigt at overveje alle aspekter af designet af stive-flex PCB'er, når du opretter medicinske endoskoper. Dette indebærer en detaljeret analyse af kravene til karakteristika for fleksible og stive segmenter og bestemmelse af deres optimale arrangement inden for endoskopets distale spids. Signalintegriteten af ​​det tre-stive-flex PCB bør også overvejes, når endoskopkameraet designes for at sikre pålidelig videooverførsel. Materialerne, der bruges til at fremstille det stive-flex PCB, er også af stor betydning, da de skal opfylde de strenge krav fra den medicinske industri.