Hur Endoscope Mainboard Design bryter rymdförbannelsen i distal spetsteknik

Inom endoskopi pågår en evig kamp om utrymmet inom kikarsiktets distala spets. För att skapa en tunnare och mer kapabel enhet måste designen och layouten av kretskorten omprövas. Det konventionella tillvägagångssättet med stela kretskort utmanas av önskan att göra den medicinska endoskopkameran mer kompakt och flexibel. Lösningen finns i ett styvt-flex kretskort som kombinerar fördelarna med styva och flexibla kretskort.

 

Rymdförbannelsen

Ett typiskt scenario involverar användningen av en medicinsk endoskopkamera: kikaren förs in i patientens kropp och navigeras till målplatsen med hjälp av avbildning och belysning som tillhandahålls av kameramodulen i den distala änden. För att tillfredsställa kravet på ett stort synfält, används konventionella styva kretskort för att montera bildsensorn,-lysdioder och andra komponenter. Dessa brädor är styva och kan inte vikas för att spara utrymme inuti den smala spetsen. Å andra sidan skulle flexibla kretsar introducera lödfogspänningar på grund av böjning.

 

Flexibla kretskort används vanligtvis för att ge den nödvändiga mängden utrymme inuti endoskopets distala spets. Ett flexibelt kretskort kan placeras längs kikarsiktets längdaxel och upptar ett litet- tvärsnitt. Men vid montering av en endoskopkamera utsätts den flexibla kretsen för böjkrafter under både tillverkning och drift. Lödförband som ansluter komponenter till kretskortet kan skadas av denna typ av påkänning. I många fall uppstår skadan under en enda procedur och resulterar i bildförlust.

 

Det styva-flex-kretskortet ger den bästa kombinationen av styvhet och flexibilitet. Flera styva skivsegment är placerade längs den flexibla PCB-kärnan i längdriktningen. Det tillåter montering av bildsensor, lysdioder och andra komponenter med specifika intervall. Fördelen med detta tillvägagångssätt är att lödfogar som ansluter komponenter till det styva kortet inte påverkas av böjning, vilket eliminerar risken för sprickbildning eller delaminering. Flexibiliteten hos PCB används för att placera kortet inuti endoskopets distala spets.

 

Den tredje dimensionen

Den stela -flexdesignen gör det möjligt att använda den tredje dimensionen inuti endoskopets distala spets. Vid design av kretskortet placeras komponenterna på styva segment i olika nivåer och vinklar. Till exempel kan ett flexibelt kretskort vikas flera gånger på olika höjder för att hålla en kameramodul, sidokameror och lysdioder. Resultatet är ett styvt kretskort med tre-nivåer-, där den främre kameran och sidokamerorna är placerade i olika vinklar i förhållande till kikarsiktets centrala axel.

 

En styv ram krävs för att hålla det vikta styva-flexkretskortet. En sådan ram är vanligtvis gjord av metall och fungerar som kylfläns för lysdioderna och bildsensorn. När du belyser målområdet avger LED-arrayen ljus och värme. Den förbrukade energin måste avlägsnas från kameramodulen för att förhindra temperatureffekter på dess prestanda. Detta blir särskilt viktigt när endoskopet används i retrograd riktning, eftersom det mesta av belysningen reflekteras från de inre vävnaderna.

Signalintegriteten hos det tredimensionella stela-flex-kretskortet säkerställs av ett speciellt arrangemang av jordar för kraftdistribution och signallager. Vid arrangemanget av de elektriska anslutningarna ägnas särskild uppmärksamhet åt övergången från styva till flexibla kretskort. Kretskortet använder en flerskiktsdesign på både styva och flexibla segment. De yttre skikten av den stela kärnan ger ett jordplan som isolerar signalspåren från elektromagnetiska störningar. Det flexibla segmentet har en kontrollerad karakteristisk impedans för att minska signalförluster och överhörning. Särskilda åtgärder vidtas vid utformningen av övergångsområdet för att förhindra signalreflektioner, som skulle förvränga bilden.

 

För att säkerställa signalintegriteten för 4K-videosignalen kräver ett styvt-flex PCB tillverkning på expertnivå på-nivå. En kvalificerad tillverkare kommer att utföra precisionsimpedanskontroll och använda rätt material för att minimera signalförluster. För styva segment kommer tillverkare att använda avancerade flerskiktskonstruktioner med kontrollerade jordplan. För flexibla segment kommer tillverkare att utföra precisionslaserborrning för att säkerställa korrekt placering. Signalintegritetstester kan utföras på alla prototyper för att uppnå överensstämmelse med signalintegritetskraven. Den medicinska endoskopkameran kommer att kunna leverera en pålitlig bild även efter tusentals böjningscykler när den utsätts för normal användning.

 

Material

Valet av material för tillverkning av styva-flexkretskort är också ganska viktigt. Medicinsk utrustning utsätts ofta för rigorösa steriliseringsprocedurer, inklusive autoklavering vid 134 grader Celsius. Flexibla tryckta kretskort är ofta gjorda av polyimidfilm belagd med kopparfolie. Sådana material utsätts för höga temperaturer under delamineringsprocessen. Vid val av material bör särskild uppmärksamhet ägnas åt koefficienterna för dielektrisk permittivitet och förlustfaktor för att minska signalförlusterna.

 

Användningen av material som polyimid Kapton, tillverkad med självhäftande kopparfolieteknik, minskar risken för delaminering orsakad av temperaturförändringar under autoklavering. Samtidigt eliminerar användningen av sådana material utsläpp av giftiga ämnen under exponering för höga temperaturer. En av de viktigaste egenskaperna i valet av material för styva-flex-PCB är deras överensstämmelse med ISO 10993-standarden.

Tillverkaren måste ha lång erfarenhet av rigid-flex PCB-tillverkning för att välja rätt material. När man väljer material för flexibla segment måste tillverkaren ta hänsyn till deras böjningsradie. Den här egenskapen är särskilt viktig när man tillverkar en styv-flex PCB med en komplex tre-dimensionell form. Valet av sådana material som adhesivfri kopparfolie beror också på den mekaniska hållfastheten som krävs för kretskortet.

 

Produktion

Rigid-flex PCB-tillverkning är en komplex och utmanande process. För att kunna producera en medicinsk endoskopkamera måste en PCB-tillverkare ha omfattande expertis inom rigid-flex PCB-tillverkning. Tillverkningen av styva -flexkretskort innefattar vanligtvis mer än 80 steg, från laminering av den flexibla kärnan till impedanstestning av den färdiga produkten. Individuella styva segment av kretskortet tillverkas separat och sammanfogas sedan tillsammans med det flexibla segmentet. Särskild uppmärksamhet bör ägnas åt noggrannheten vid placering av de stela segmenten i förhållande till det flexibla segmentet.

 

När man tillverkar styva-flex-kretskort är det avgörande att välja rätt leverantör. Till skillnad från konsumentelektronik innebär medicinsk utrustning och utrustning en hög grad av ansvar. Därför måste tillverkare av sådana enheter noggrant välja en leverantör som har omfattande expertis inom området för rigid-flex PCB-tillverkning. Interaktionen med leverantören bör bygga på en hög nivå av förtroende och förtroende för den valda partnerns förmågor. Huvudsyftet är att utveckla en fungerande prototyp av en medicinsk endoskopkamera som uppfyller alla tekniska specifikationer.

 

Den stela -flexdesignen gör det möjligt att utveckla nya typer av medicinska endoskop som är mindre i storlek, mer exakta och mer bekväma för patienter. Samtidigt är det viktigt att ta hänsyn till alla aspekter av designen av stela-flex-PCB när man skapar medicinska endoskop. Detta innebär att man i detalj analyserar kraven på egenskaperna hos flexibla och stela segment och bestämning av deras optimala arrangemang inom endoskopets distala spets. Signalintegriteten hos det tredimensionella stela-flex-kretskortet bör också beaktas när endoskopkameran utformas för att säkerställa tillförlitlig videoöverföring. Materialen som används för att tillverka den stela-flex-PCB är också av stor betydelse, eftersom de måste uppfylla de strikta kraven från den medicinska industrin.