医療用PCB製造
設計から組み立てまで
医療用PCBは、医療業界で使用されている特殊なタイプのPCBです。中国の医療業界が中医学から西洋医学へと移行するにつれ、医療用電子機器の需要は飛躍的に増加しました。これにより、中国の医療用PCBの製造・組立技術は発展を促され、RICH PCBAは信頼できる医療機器用PCBAメーカーとなりました。RICH PCBAが製造する医療用回路は、超音波診断装置、患者モニタリング装置、医療用画像システムなど、精密で信頼性の高い電子制御を必要とする様々な医療機器に広く使用されています。これらのPCBAは、医療機器の電子機能の制御と調整において重要な役割を果たしています。
RICH PCBAから医療用PCBアセンブリの見積もりを取得
医療用PCB/PCBAのトップメーカーをお探しなら、RICH PCBAにお任せください。医療用電子機器は人体の健康に関わるため、厳格な安全性と信頼性の基準を満たす必要があります。さらに、埋め込み型医療用電子機器の中には、より高い精度と安定性が求められるものもあり、過酷な医療環境に耐えられるよう設計する必要があり、製造段階ではより多くの試験を実施し、組み立て工程では部品のはんだ付け品質を保証する必要があります。
● 迅速な対応
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どのような医療用電子 PCB が製造されていますか?
COVID-19パンデミックの発生以来、医療用電子機器の世界的な需要は依然として高い水準を維持しています。こうした状況下、RICH PCBAは医療業界から多くの引き合いを受けています。現在、当社が製造する医療用PCBAの大部分は電子式額温度計用ですが、CTスキャナー、手術用無影灯など、その他の医療機器用PCBAも製造しています。以下は、当社がお客様に提供できる医療用PCBAの一例です。
● ペースメーカー
● 除細動器
● 人工呼吸器
● 看護モニター
● 電動車椅子
● デジタル栄養ポンプ
● MRI装置
● 患者検索
● 人工内耳
● スキャン技術
● 制御システム
● インスリンポンプ
医療用PCB製造
ステップ1：デザインイメージ
このステップでは、医療用 PCB 製造工場がプロセスに関与し、プロッター プリンターを使用して回路基板の設計ファイルをフィルムに変換します。このフィルムは図面のネガとして機能します。
PCB を印刷すると、内部の層に 2 色のインクが現れます。
● 黒インクは PCB 上の銅のトレースと回路を表します。
● 透明インクは、グラスファイバーベースと同様に、非導電性の PCB 部品を表します。
外層には次のものがあります:
● 透明インクで表示される銅の経路。
● 銅をエッチングで除去する部分は黒インクで示されます。
ステップ2：内層印刷銅
この工程では、医療用PCBの内層回路を製造し、異なる層に導電経路を確立します。プロジェクトでより複雑な多層医療用PCBが必要な場合は、すべての内層回路が印刷およびエッチングされるまでこの工程を繰り返す必要があります。最後に、それらを位置合わせして積層し、完全な内層を形成します。具体的な手順は以下のとおりです。
1.グラスファイバー基板の両面に銅層を積層します。
2. 薄いフィルムを銅層に合わせて上に置きます。
3. 紫外線 (UV) を照射して、下にある銅を硬化および保護します。
4.化学溶液を使用して回路基板を現像し、硬化していない透明インクを除去して銅のトレースと回路を残します。
5. 余分な銅箔をエッチングで除去します。フィルムに黒インクを塗布し、不要な部分の銅だけがエッチングで除去されるようにします。
ステップ3: 異なるレイヤーを組み合わせる
必要な内層すべてにエッチング、印刷、ラミネーションが施され、清浄性が確保された後、各層を接合してプリント基板を完成させる必要があります。これには、内層との接続のための穴あけ加工が含まれます。多くのメーカーは従来のCNCドリル加工を採用していますが、高精度が求められる医療用PCBには不十分な場合があります。
例えば、医療用ペースメーカーのPCBは、一般的な機器でさえ100個以上のドリル穴があり、さらに高度な機器の場合はなおさらです。製造に要する時間は課題の一面に過ぎません。さらに重大なのは、わずかなずれでも組み立て不良につながる可能性があることです。
この課題に対処するため、RICH PCBAは光学式ドリルとレーザードリル加工技術を活用し、精密なドリル加工を実現しています。この加工技術では、アライメントホールにピンを通すことで内層と外層を位置合わせし、スルーホールPCB組み立て時のPTH（貫通孔形成）の有効性を確保します。
ステップ4：外層イメージング
外層への画像形成は、PCB製造プロセスにおいて非常に重要なステップです。PCB医療用パネルには別のフォトレジストが塗布され、PCB設計の画像を基板外面の銅箔層に転写します。ただし、画像形成ではフォトレジストは外層にのみ塗布されます。このプロセスは、清潔で安全なエリアで行われます。
画像処理工程は、銅表面を洗浄することから始まります。画像伝送を妨げる可能性のある汚れやゴミがないことを確認するためです。黒インクの透明シートはピンで固定し、位置ずれを防ぎます。フォトレジストを塗布した後、PCB医療用パネルはイエロールームに入ります。紫外線を照射することでフォトレジストが硬化し、黒インクで覆われた未硬化のレジストが除去されます。
ステップ5：外層エッチング
この工程では、外層に含まれない銅を除去し、電気めっきを用いて銅層を追加します。最初の銅めっき後、重要な銅層を保護するために電気めっき錫が使用されます。外層のエッチングが完了すると、パネルはAOI検査を受け、複雑な回路を持つ医療用美観PCB基板であっても必要な仕様を満たしていることを確認できます。
ステップ6：はんだマスクとシルクスクリーン
回路の製造が完了したら、医療用プリント基板の外層を保護するため、また、会社ID、メーカーロゴ、シンボル、部品ID、ピンロケーター、その他の目立つマーキングや特徴などのシルクスクリーン印刷を行うために、はんだマスクを塗布します。このプロセスは以下のとおりです。
1.医療用 PCB パネルを洗浄して汚染物質を除去します。
2.回路基板の表面にエポキシ樹脂インクとはんだマスクフィルムを塗布します。
3. はんだマスク層内のはんだ付けが不要な部分を紫外線に当てて硬化させます。
4. マスキングが不要な領域を削除し、基板をオーブンに入れてはんだマスク層を固めます。
5.インクジェットプリンターを使用して、情報の詳細をボード上に直接印刷します。
ステップ7：表面仕上げ
顧客のニーズに応じて、完成した医療用 PCB に表面仕上げを施すことが必要になる場合があります。これには、基板の表面に導電性材料のコーティングを施すことが含まれます。
医療用PCBアセンブリ
ステップ1：はんだペーストのステンシル
はんだペーストステンシル技術は、PCB組立工程の第一段階です。この工程では、PCBステンシルを用いて回路基板を覆い、部品を実装する部分のみが見えるようにします。これにより、部品を配置する領域のみにはんだペーストを塗布しやすくなります。
これを実現するために、基板とはんだステンシルを機械装置で固定します。その後、アプリケーターを用いて所定の位置にはんだペーストを塗布します。はんだペーストは、露出した部分全体に均一に塗布されます。この工程が完了すると、ステンシルが取り外され、はんだペーストは適切な位置に残ります。
ステップ2：「ピックアンドプレース」ゲーム
多くの医療用電子機器は、人体に埋め込まれたり、敏感な臓器に装着されたりします。これらの機器がショートや焼損などの故障を起こすと、患者に二次的な危害を及ぼす可能性があります。そのため、精密機器を用いて部品を所定の位置に正確に配置することが極めて重要です。
人工内耳や人工眼球などの埋め込み型医療機器は、通常、内部構造に多くの電子部品を搭載しています。しかし、デバイスが小型化すると、ピッキングと配置工程が複雑になり、精度を維持することがより困難になります。RICH PCBAは、医療用人工内耳用PCBの組み立てに求められる高い精度を実現するために、ロボット装置を活用しています。ロボットは表面実装部品のピッキングと回路基板への実装を担い、実装機構によって部品がはんだペースト上に正確に配置されるようにします。
ステップ3：はんだ付けリフロー
リフローはんだ付け工程は、回路基板と電気部品間の接続を強化することを目的としています。この工程では、コンベアベルトを用いて回路基板を大型のリフロー炉内を搬送します。この工程では、PCBA基板を約2500℃に加熱することではんだペーストを溶融します。炉内で加熱された後、医療用PCBAは複数の冷却装置を通過し、はんだペーストを冷却・硬化させることで、電気部品と基板間の接続を強固にします。
二層医療用PCBの場合、ステンシルとリフロー工程は特定の順序で行われる点に留意することが重要です。電子部品の数が少なく、扱いやすい基板側が最初に完成します。
ステップ4：医療用PCBアセンブリテスト
当社は、医療用回路基板の精度、信頼性、そしてその重要性を重視しています。そのため、信頼できるメーカーと優れたPCBA施設を見つけ、ISO 13485認証を取得していることを確認することが非常に重要です。これらの基準を満たしていたとしても、PCB試験サービスの内容を確認することは不可欠です。
SPIやAOIなど、製造工程全体を通して実施される手作業による検査に加え、医療用PCBの組み立て最終段階では機能テストを実施します。これにより、マザーボードが期待通りに機能し、医療業界が定める高い基準を満たしていることが保証されます。
試験完了後、油、はんだフラックス、その他の汚染物質などの残留物を除去するため、回路基板を徹底的に洗浄します。さらに、製品の特殊な要件により、お客様のアプリケーションの種類に応じて、滅菌処理など、医療用PCBA製造のための特別なプロセスが必要となる場合もあります。
ハイエンド医療用PCB
高密度相互接続
高密度相互接続は、現代の医療機器PCBを構築する上で中核となる技術の一つであり、限られたPCBスペース内により多くの電子部品と接続を実現することを目的としています。この技術を用いて構築された回路基板はHDI PCBと呼ばれます。微細配線、ブラインドビア、埋め込みビアといった複雑なプロセスが必要となるため、HDI PCBは高価になる可能性がありますが、その投資価値は十分にあります。
遠隔医療アプリケーションでは、信号の遅延や中断は絶対に許されません。わずか0.1秒のずれでも患者の生命を脅かす可能性があります。医療グレードのHDI PCBは、信号伝送速度を確保し、様々な応答問題を軽減します。さらに、設計とエンジニアリングの改良により、これらの高密度回路基板は電磁干渉やノイズに対する耐性を高めることができます。これは、グランドプレーンの計画、層間シールド、EMIフィルタリングなどの対策によって実現できます。
現在、ほとんどの医療用 CT スキャン デバイスとマルチモーダル生理学および心電図 (ECG) モニターは、HDI PCB によって実現される真の浮動小数点入力の恩恵を受けています。
フレキシブル
医療業界では、小型化、設計の自由度、柔軟性といった利点から、フレキシブルPCBへの需要が非常に高くなっています。これらの特性は、軽量、コンパクト、そして信頼性の高いソリューションを求める医療機器の要件を満たしています。
医療用電子機器は、人体内の過酷な環境に耐えつつ、高い信頼性と電気性能を備えなければなりません。そのため、フレキシブル基板はこうした用途に最適な選択肢となります。フレキシブル基板は通常、ポリイミドやポリエステルなどの薄く柔軟な材料で作られており、狭いスペースや複雑な形状に合わせて曲げたり、折り曲げたり、ねじったりすることができます。さらに、フレキシブルPCBの設計は、温度変化への対応、防水性、滅菌性の維持、そして複数回の再組み立てを可能にします。
ペースメーカー、除細動器、神経刺激装置、超音波装置、内視鏡など、さまざまな医療機器がフレキシブル回路を中核部品として利用しています。
多層構造
一方、リジッドPCBはフレキシブルPCBに比べて内部構造の信頼性が高く、より安定したプラットフォーム上に部品を配置できます。しかし、折り畳みができないことから小型化のメリットが得られず、より多くの部品を搭載するために多層構造の利点に頼ることになります。
多くのハイエンド医療製品では、リジッドPCBが一般的に使用されています。これには、手術用ロボット、X線装置、MRI装置、心電計、化学療法ポンプなどが含まれます。多くの医療機器メーカーは、これらの用途に多層PCBを選択しています。これらのPCBに使用される材料には、ガラスエポキシ樹脂、アルミニウム、セラミックなどがあります。
厳格な医療用PCB検査
医療機器の開発プロセスには、非クリティカルPCBの製造に一般的に求められるものを超えた、追加の考慮事項と要件が含まれます。医療機器では、他の種類のPCBに比べて多くの試験が実施されます。これは主に、規制当局によって課される厳格な試験要件によるものですが、機能試験や製造試験もしばしば必要となります。医療機器に求められる規制試験は、通常、以下の2つの大まかなカテゴリーに分類されます。
● 患者との間でエネルギーを伝送したり、患者との間で伝送されたエネルギーを検出したりする医療機器が、IEC 規格 60601-1 の焦点です。
● 実験室で使用されるような患者に直接接続されない医療機器は、IEC 61010-1に該当する。
上記の情報は、RICH PCBAの医療用PCB製造および組立における専門知識を示すものです。当社の優れた技術力にご満足いただけましたら、お気軽にメールでお問い合わせください。お問い合わせには迅速に対応し、お手頃なPCBA見積りをご提示いたします。
プロジェクトの焦点
医療用PCBアプリケーションの信頼性は、手術室で使用される場合でも研究室で使用される場合でも極めて重要です。医療現場では、機器の故障や誤動作は許されません。そのため、医療機器に使用する回路基板を作成する際には、以下の手順が不可欠です。
● PCB 設計では、部品数、基板サイズ、熱管理要件など、医療機器の特定の要件を考慮する必要があります。
● ボードを正常に動作させるには、コンポーネントを慎重に配置し、トレースを適切に配線することが重要です。
● 信頼性の高い医療機器を開発するには、部品の選定が不可欠です。医療機器の特定の要件を満たし、信頼性、耐久性、長寿命を備えた最適な部品を見つけることが重要です。
● PCB アセンブリ サービスの品質を確保するために、専門的な医療用 PCB アセンブリ工場または医療業界のサービス経験と優れた評判を持つ会社を選択してください。
● 鉛フリー PCB アセンブリの使用は効率的な方法と考えられており、持続可能性に特化した企業を選択すると、プロジェクトに予期しないメリットがもたらされる可能性があります。
● PCB洗浄プロセスは、医療用電子機器において特に重要です。洗浄の目的は通常、使用中の表面汚れによるショートを防ぐことですが、医療機器においては残留洗浄剤が患者に害を及ぼす可能性があります。
● 組み立てられた回路基板は、信頼性、性能、安全性に関する必要な基準を満たしていることを確認するために、徹底的な検査とテストを受ける必要があります。
● 電磁干渉 (EMI) が医療用 PCB に影響を与えないようにするには、エンジニアはさまざまな EMI 規格を参照する必要があります。