醫(yī)療級(jí)PCB板是開(kāi)啟健康和護(hù)理未來(lái)的關(guān)鍵。隨著醫(yī)療保健行業(yè)朝著更先進(jìn)技術(shù)、更精密自動(dòng)化水平邁進(jìn)，具備高級(jí)功能的醫(yī)療機(jī)器人將成為常態(tài)。

　　它們將不僅僅處理基本的維護(hù)任務(wù)。也許很快就能在診室或醫(yī)院中看到與機(jī)器人員工、護(hù)士甚至臨時(shí)外科醫(yī)生交流和互動(dòng)的場(chǎng)景。這一場(chǎng)景雖然有些令人覺(jué)得不可思議，但考慮到這些技術(shù)多數(shù)非常可靠，因此完全可能利用它們完成人類專家無(wú)法完成的工作。鑒于此，工程師該如何設(shè)計(jì)醫(yī)療級(jí)PCB板，適應(yīng)不同的現(xiàn)場(chǎng)需求和狀況呢？

　　電路板設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)過(guò)程可能略有出入，但總體架構(gòu)基本相同。以下是醫(yī)療機(jī)器人PCB板設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)階段的部分通用步驟：

　　1.創(chuàng)建原理圖。*步是收集所有相關(guān)信息，開(kāi)始創(chuàng)建PCB圖紙或原理圖。這是*初的計(jì)劃階段，應(yīng)該仔細(xì)考慮設(shè)計(jì)的電路板類型、材料選型、功耗要求以及其他關(guān)鍵因素，如排序或分割內(nèi)電層等。醫(yī)療級(jí)PCB板必須遵循非常復(fù)雜的技術(shù)規(guī)范。

　　需要重點(diǎn)了解的是，原理圖只是一個(gè)總體的指導(dǎo)原則。雖然必須滿足規(guī)范要求，但隨著工作=進(jìn)展，部分其他要素也可能發(fā)生變化。例如，如果發(fā)現(xiàn)某些設(shè)計(jì)不當(dāng)或不如預(yù)期高效，可能會(huì)考慮采用不同的器件布局設(shè)計(jì)。

　　2.選擇電路板外殼。外殼很重要的，可保護(hù)電路板不外露，避免受其他狀況影響——這對(duì)于機(jī)器人內(nèi)部設(shè)備尤為重要。但由于PCB板通常是定制化設(shè)計(jì)，因此還需定制外殼確保與電路板匹配。在開(kāi)始開(kāi)發(fā)前，需要投入大量時(shí)間選擇材料和設(shè)計(jì)，并采購(gòu)或生產(chǎn)元件。

　　以下是在選擇外殼時(shí)需要考慮的部分事項(xiàng)：

　　?外殼*宜采用哪種配置——立式還是臥式？

　　?外殼需要支持多少板層？

　　?是否需要裁剪或修整電路板，適應(yīng)外殼形狀？

　　?哪些地方可以鉆孔，有哪些安全防護(hù)措施？

　　?理想的布線寬度和間距是多少？

　　?是否存在電氣間隙及檢查孔，是否需要專門添加？

　　?生產(chǎn)或獲取額外元件需要多少時(shí)間？

　　3.器件布放。無(wú)論是在設(shè)計(jì)還是組裝階段，器件布放花費(fèi)的時(shí)間都*長(zhǎng)。器件布局必須滿足機(jī)械和電氣要求，但也需要考慮性能方面——電路必須組合在一起。這可能需要圍繞板面移動(dòng)器件，通過(guò)測(cè)試響應(yīng)或響應(yīng)時(shí)間確定*佳配置。

　　此外，除了*器件外，還應(yīng)儲(chǔ)備替代器件。測(cè)試其成功率和失敗率非常重要。如果發(fā)現(xiàn)某一器件不符合標(biāo)準(zhǔn)，就能使用替代品進(jìn)行更換——前提是已對(duì)替代品進(jìn)行過(guò)了測(cè)試。

　　4.規(guī)劃主要電流走向。雖然有一些自動(dòng)選路工具，但也需要認(rèn)識(shí)到它們的局限性。這類工具并不總是遵循*優(yōu)流程，所以有必要檢查功耗曲線，并在必要時(shí)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。

　　無(wú)論如何，每一次PCB設(shè)計(jì)和組裝流程都應(yīng)該考慮到這一點(diǎn)。適當(dāng)?shù)拈g距、布線寬度、接地面和信噪比(SNR)是構(gòu)建PCB板的關(guān)鍵要素。

　　5.創(chuàng)建測(cè)試點(diǎn)。在組裝前、組裝期和組裝后，電路板的主要測(cè)試點(diǎn)分別在哪里？測(cè)試點(diǎn)越多，越有助于減少誤差，確保在運(yùn)行過(guò)程實(shí)現(xiàn)理想狀態(tài)。更重要的是，根據(jù)所選的設(shè)計(jì)和布局，每個(gè)電路板都是*的，因此在每次更改或更新時(shí)都需要評(píng)估適當(dāng)?shù)臏y(cè)試方式——在后續(xù)的產(chǎn)品修訂中也應(yīng)如此。

　　完整的文檔記錄不可或缺，所以務(wù)必記錄下測(cè)試流程、位置和結(jié)果，并妥善保管這些信息。

　　6.組裝。流程*后一步當(dāng)然是對(duì)電路板進(jìn)行組裝。這一步包括初始電路板開(kāi)發(fā)、錫膏噴印和焊接、器件挑選和布放，以及其他任何微小的調(diào)整。*后必須經(jīng)過(guò)檢查確保質(zhì)控。隨后，視必要插入通孔器件。

　　必須進(jìn)行功能測(cè)試，確保電路板、所有器件和產(chǎn)品本身處于完好工況。

　　PCB板保護(hù)

　　按照設(shè)計(jì)規(guī)格開(kāi)發(fā)PCB板時(shí)，需要考慮很多事情，尤其是物理保護(hù)和耐腐蝕。例如，必須妥善計(jì)劃組裝過(guò)程，為嵌入式及焊接器件提供通孔器件安裝、貼裝或表面貼裝方案。成品通常用于醫(yī)療成像系統(tǒng)，如CT和CAT掃描儀，以及心率、血壓和血糖監(jiān)測(cè)儀。

　　為對(duì)醫(yī)療級(jí)的PCB板提供保護(hù)并制定更安全的設(shè)計(jì)規(guī)劃，需要充分了解設(shè)計(jì)規(guī)格、要求、用途和*終產(chǎn)品。如有必要，可以創(chuàng)建一個(gè)表面貼裝式的電路板，確保使用過(guò)程及可能遇到的狀況不會(huì)影響器件安全。

　　大多數(shù)醫(yī)療級(jí)設(shè)備不會(huì)遭受*端的使用環(huán)境，但可能用于無(wú)菌環(huán)境。它們可能應(yīng)用于人體內(nèi)，還可能遇到其他復(fù)雜環(huán)境。即使在*初設(shè)計(jì)和規(guī)劃階段，還必須考慮到這些情況和可能性。

　　醫(yī)療機(jī)器人可以在體內(nèi)和體外使用。這將隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步而改變和發(fā)展。想象一下，納米機(jī)器人可以進(jìn)入患者血液評(píng)估健康狀況，還可進(jìn)行醫(yī)學(xué)測(cè)量或治療小型疾病。它們甚至可用于牙科或治療用途。這些設(shè)備中的PCB板均十分微小，因此緊湊型設(shè)計(jì)無(wú)疑不可或缺。

　　設(shè)備和器件保護(hù)需要考慮許多不同的場(chǎng)景。常見(jiàn)因素有：

　　如何使用該設(shè)備？

　　設(shè)備會(huì)接觸哪些條件？

　　是否需要對(duì)機(jī)器進(jìn)行清洗或消毒，PCB板是否需要防潮？

　　使用了哪些材料？

　　電路布局是怎樣的，需要安裝哪些器件？

　　采用了哪種組裝工藝？是否有更優(yōu)的選擇？

　　PCB器件的布放和布局的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的流程，即使是小型DIY項(xiàng)目，機(jī)器人也需要循線或循墻移動(dòng)，避開(kāi)路徑上的障礙。必須滿足項(xiàng)目的機(jī)械需求，通過(guò)對(duì)電路進(jìn)行分組實(shí)現(xiàn)更高的效率和可靠性，確保所有元件都能無(wú)縫安裝到電路板上。這也僅僅是電路板本身的設(shè)計(jì)，選材、焊接、組裝工藝和外殼也很重要。

　　PCB板設(shè)計(jì)存在的挑戰(zhàn)

　　了解如何為醫(yī)療應(yīng)用和機(jī)器人構(gòu)建印制電路板只是一個(gè)開(kāi)始。每種應(yīng)用或機(jī)器人都需要獨(dú)立的設(shè)計(jì)，這有可能會(huì)遇到以下幾種困難：

　　?質(zhì)量：醫(yī)療級(jí)PCB板具有不容妥協(xié)的更高標(biāo)準(zhǔn)，需要符合ISO13485標(biāo)準(zhǔn)。即，當(dāng)技術(shù)和監(jiān)管要求發(fā)生變化時(shí)，設(shè)備仍能符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。因此，重點(diǎn)在于風(fēng)險(xiǎn)管理和基于風(fēng)險(xiǎn)的決策以及供應(yīng)鏈的變化。

　　?風(fēng)險(xiǎn)管理：如果智能手表或智能手機(jī)出現(xiàn)故障，簡(jiǎn)單重啟不會(huì)對(duì)任何人造成傷害。但如果像心臟起搏器這樣的醫(yī)療級(jí)設(shè)備或支持技術(shù)出現(xiàn)問(wèn)題，患者則有可能會(huì)失去生命。醫(yī)療機(jī)器人和設(shè)備必須符合ISO14971標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)可托付實(shí)際使用的安全可靠等級(jí)。

　　?原型設(shè)計(jì)：醫(yī)療級(jí)的PCB板和醫(yī)療機(jī)器人將需要越來(lái)越多的定制化設(shè)計(jì)，以處理更復(fù)雜的任務(wù)。適當(dāng)?shù)脑驮O(shè)計(jì)系統(tǒng)必須到位，從而建立有效的產(chǎn)品，并以安全、負(fù)責(zé)任的方式對(duì)其進(jìn)行測(cè)試和使用。

　　?生物友好型材料：在人體內(nèi)外使用的材料必須與人體相容，包括PCB板、器件和電路的材料。對(duì)于那些將在體內(nèi)無(wú)限期使用的設(shè)備（例如心臟起搏器）而言尤為如此。為了患者的健康，必須確保這些器件能夠被接受并正常工作。

　　?制造和組裝：電路的制造需要時(shí)間，但通過(guò)更智能的組裝方式可以在不影響質(zhì)量的情況下提高產(chǎn)量。從某種程度上講，設(shè)計(jì)也需要將這一挑戰(zhàn)考慮在內(nèi)，因?yàn)檫^(guò)于復(fù)雜的布局會(huì)使情況復(fù)雜化，并可能會(huì)引起故障。應(yīng)給予這一步驟很大的關(guān)注。

　　醫(yī)療行業(yè)的未來(lái)

　　醫(yī)療機(jī)器人將有助于塑造健康和醫(yī)療行業(yè)的未來(lái)。它們可以提高護(hù)理和服務(wù)效率、處理日益復(fù)雜的任務(wù)并彌補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)人工短缺。美國(guó)醫(yī)學(xué)院聯(lián)合會(huì)(AAMC)預(yù)計(jì)，到2033年，醫(yī)生數(shù)量缺口將達(dá)到13.9萬(wàn)人。這些機(jī)器人尺寸各異，可以在人體內(nèi)外扮演重要的角色。

　　醫(yī)療級(jí)PCB板對(duì)這些技術(shù)的持續(xù)使用和發(fā)展有著重要的作用。印制電路板是這些設(shè)備和系統(tǒng)的核心，可以實(shí)現(xiàn)多種功能，即建立一套有著適當(dāng)功能的電路。必須將這些PCB板和機(jī)器人作為一個(gè)整體進(jìn)行保護(hù)，從而以*優(yōu)方式運(yùn)行設(shè)備，并保護(hù)患者安全。這將推動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的持續(xù)進(jìn)步。