Produkcja płytek PCB do zastosowań medycznych
Od projektu do montażu
Medyczna płytka PCB to specyficzny rodzaj płytki PCB wykorzystywanej w przemyśle medycznym. Wraz z przejściem chińskiego przemysłu medycznego od tradycyjnej medycyny chińskiej na medycynę zachodnią, popyt na elektronikę medyczną gwałtownie wzrósł. To z kolei przyczyniło się do rozwoju chińskiej technologii produkcji i montażu medycznych płytek PCB, dzięki czemu firma RICH PCBA stała się niezawodnym producentem płytek PCB do sprzętu medycznego. Obwody medyczne produkowane przez RICH PCBA są szeroko stosowane w szerokiej gamie urządzeń medycznych, w tym w ultrasonografach, sprzęcie do monitorowania pacjentów, systemach obrazowania medycznego i innych urządzeniach wymagających precyzyjnego i niezawodnego sterowania elektronicznego. Te płytki PCB odgrywają kluczową rolę w sterowaniu i regulacji funkcji elektronicznych sprzętu medycznego.
Uzyskaj wycenę montażu płytek PCB do zastosowań medycznych od RICH PCBA
Jeśli szukasz producenta najwyższej klasy medycznych płytek PCB/PCBA, RICH PCBA jest idealnym wyborem. Ponieważ elektronika medyczna jest związana ze zdrowiem człowieka, musi spełniać surowe normy bezpieczeństwa i niezawodności. Ponadto, niektóre implantowane urządzenia elektroniczne wymagają większej dokładności i stabilności, dlatego muszą być zaprojektowane tak, aby wytrzymać trudne warunki medyczne. Produkcja wymaga większej liczby testów, a lutowanie komponentów musi być zapewnione podczas montażu itp.
● Szybka realizacja
● Gotowy PCBA
● Częściowo pod klucz
● Montaż BGA
● Prototypowanie
● Produkcja seryjna
● Tani
● Chiny
Jakie płytki PCB do zastosowań medycznych zostały wyprodukowane?
Od wybuchu pandemii COVID-19 globalny popyt na elektronikę medyczną utrzymuje się na wysokim poziomie. W tej sytuacji firma RICH PCBA otrzymała wiele zapytań od branży medycznej. Obecnie większość produkowanych przez nas płytek PCBA do zastosowań medycznych jest przeznaczona do elektronicznych termometrów czołowych. Produkujemy również płytki PCB do innych urządzeń medycznych, takich jak tomografy komputerowe, lampy operacyjne i szereg innych produktów. Poniżej przedstawiamy kilka przykładów płytek PCB do produktów medycznych, które możemy dostarczyć naszym klientom:
● Rozruszniki serca
● Defibrylatory
● Respiratory
● Monitor pielęgniarski
● Wózek inwalidzki elektryczny
● Cyfrowe pompy do żywienia
● Sprzęt do rezonansu magnetycznego
● Lokalizator pacjenta
● Implanty ślimakowe
● Technologia skanowania
● Systemy sterowania
● Pompy insulinowe
Produkcja płytek PCB do zastosowań medycznych
Krok 1: Projektowanie obrazu
Na tym etapie w proces włącza się fabryka produkująca płytki PCB do zastosowań medycznych, która wykorzystuje ploter drukarski do konwersji plików projektowych płytek drukowanych na filmy, które stanowią negatywy fotograficzne schematu.
Podczas drukowania płytki PCB wewnętrzne warstwy mają dwa kolory tuszu:
● Czarny tusz przedstawia miedziane ścieżki i obwody na płytce PCB.
● Przezroczysty tusz, podobnie jak baza z włókna szklanego, reprezentuje nieprzewodzące części PCB.
Warstwa zewnętrzna ma:
● Ścieżki miedziane wyświetlane za pomocą przejrzystego tuszu.
● Obszar, z którego miedź zostanie wytrawiona, jest oznaczony czarnym tuszem.
Krok 2: Wewnętrzna warstwa drukowana z miedzi
Ten etap obejmuje produkcję obwodów warstwy wewnętrznej dla medycznej płytki PCB w celu utworzenia ścieżek przewodzących na różnych warstwach. Jeśli projekt wymaga bardziej złożonej, wielowarstwowej płytki PCB, ten etap należy powtarzać, aż wszystkie obwody warstwy wewnętrznej zostaną wydrukowane i wytrawione. Na koniec są one wyrównywane i laminowane, tworząc kompletną warstwę wewnętrzną. Szczegółowe operacje są następujące:
1. Nałóż warstwy miedzi na obie strony podłoża z włókna szklanego.
2. Przyłóż cienką folię do warstw miedzi i umieść ją na wierzchu.
3. Utwardź i zabezpiecz znajdującą się pod spodem miedź za pomocą promieniowania ultrafioletowego (UV).
4. Zastosuj roztwór chemiczny do wywołania płytki drukowanej, usuwając nieutwardzony przezroczysty tusz i pozostawiając miedziane ścieżki i obwody.
5. Wytrawiaj, aby usunąć nadmiar folii miedzianej, używając czarnego tuszu na folii, aby upewnić się, że miedź zostanie wytrawiona tylko w niechcianych obszarach.
Krok 3: Łączenie różnych warstw
Po wytrawieniu, zadrukowaniu i laminowaniu wszystkich niezbędnych warstw wewnętrznych, co zapewnia ich czystość, poszczególne warstwy należy połączyć, aby utworzyć kompletną płytkę drukowaną. Wymaga to wiercenia otworów w celu połączenia z warstwami wewnętrznymi. Większość producentów stosuje tradycyjne wiercenie CNC, które może okazać się niewystarczające w przypadku płytek PCB o wysokiej precyzji w zastosowaniach medycznych.
Weźmy na przykład płytkę PCB rozrusznika serca, gdzie nawet typowe urządzenia mogą mieć ponad sto otworów, nie wspominając o bardziej zaawansowanych instrumentach. Czas potrzebny na produkcję to tylko jeden aspekt wyzwania; co ważniejsze, każda drobna odchyłka może prowadzić do awarii montażu.
Aby sprostać temu wyzwaniu, RICH PCBA wykorzystuje wiertarki optyczne i laserowe, aby osiągnąć precyzję wiercenia. Maszyna wbija piny w otwory centrujące, aby wyrównać warstwy wewnętrzne i zewnętrzne, zapewniając skuteczność wiercenia PTH podczas montażu PCB przewlekanego.
Krok 4: Obrazowanie warstwy zewnętrznej
Naniesienie obrazu na warstwę zewnętrzną jest kluczowym etapem procesu produkcji PCB. Na panel medyczny PCB nakładany jest kolejny fotorezyst, który polega na przeniesieniu obrazu projektu PCB na warstwy miedziane na zewnętrznej powierzchni płytki. Jednak w przypadku nanoszenia obrazu fotorezyst nakładany jest tylko na warstwę zewnętrzną. Proces ten odbywa się w czystym i bezpiecznym miejscu.
Proces naświetlania rozpoczyna się od oczyszczenia powierzchni miedzianej, aby upewnić się, że nie ma na niej brudu ani zanieczyszczeń, które mogłyby zakłócać transmisję obrazu. Szpilki służą do mocowania folii z czarnym tuszem i zapobiegania ich przesuwaniu. Po pokryciu fotorezystem, panel medyczny PCB trafia do żółtego pomieszczenia. Światło ultrafioletowe utwardza fotorezyst, a nieutwardzony rezyst pokryty czarnym tuszem zostaje usunięty.
Krok 5: Trawienie warstwy zewnętrznej
Podczas tego procesu miedź, która nie należy do warstwy zewnętrznej, jest usuwana, a następnie dodawana jest dodatkowa warstwa miedzi metodą galwanizacji. Cyna galwaniczna służy do ochrony newralgicznych obszarów miedzi po wstępnej kąpieli miedziowej. Po zakończeniu trawienia warstwy zewnętrznej panel może zostać poddany kontroli AOI, aby upewnić się, że nawet płytki PCB do zastosowań medycznych ze złożonymi obwodami spełniają wymagane specyfikacje.
Krok 6: Maska lutownicza i sitodruk
Po zakończeniu produkcji obwodów, nakładana jest maska lutownicza w celu zabezpieczenia zewnętrznej warstwy płytki drukowanej do zastosowań medycznych oraz naniesienia sitodruku, takiego jak identyfikator firmy, logo producenta, symbole, identyfikatory komponentów, lokalizatory pinów i inne widoczne oznaczenia lub cechy. Proces obejmuje:
1. Czyszczenie panelu PCB urządzenia medycznego w celu usunięcia wszelkich zanieczyszczeń.
2. Nałożenie tuszu z żywicy epoksydowej i maski lutowniczej na powierzchnię płytki drukowanej.
3. Naświetlanie światłem UV w celu utwardzenia obszarów, w których nie jest wymagane lutowanie w warstwie maski lutowniczej.
4. Usunięcie obszarów, które nie wymagają maskowania i umieszczenie płytki w piecu w celu utwardzenia warstwy maski lutowniczej.
5. Wykorzystanie drukarki atramentowej do bezpośredniego nadrukowania informacji na płytce.
Krok 7: Wykończenie powierzchni
W zależności od potrzeb klienta, konieczne może okazać się zastosowanie wykończenia powierzchni gotowej płytki PCB przeznaczonej do zastosowań medycznych, które polega na nałożeniu powłoki z materiału przewodzącego na powierzchnię płytki.
Montaż PCB do zastosowań medycznych
Krok 1: Szablonowanie pasty lutowniczej
Technika nakładania pasty lutowniczej metodą szablonową to pierwszy etap montażu płytki PCB. W tym kroku szablon PCB jest używany do pokrycia płytki drukowanej, tak aby widoczna była tylko ta część płytki, na której będzie montowany komponent. Ułatwia to nakładanie pasty lutowniczej wyłącznie na obszary płytki, na których będą umieszczane komponenty.
Aby to osiągnąć, płytka i szablon lutowniczy są mocowane za pomocą urządzenia mechanicznego. Następnie za pomocą aplikatora nakładana jest pasta lutownicza w ustalonych miejscach. Pasta lutownicza jest równomiernie rozprowadzana na wszystkich odsłoniętych obszarach. Po zakończeniu tego kroku szablon jest usuwany, a pasta lutownicza pozostaje w odpowiednich miejscach.
Krok 2: Gra „Wybierz i umieść”
Wiele medycznych urządzeń elektronicznych jest wszczepianych w ludzkie ciało lub noszonych na wrażliwych narządach. Jeśli urządzenia te ulegną awarii, na przykład w wyniku zwarcia lub przepalenia, mogą spowodować wtórne szkody u pacjenta. Dlatego kluczowe jest precyzyjne umieszczenie komponentów w wyznaczonych miejscach za pomocą precyzyjnego sprzętu.
Wszczepialne urządzenia elektroniczne do zastosowań medycznych, takie jak implanty ślimakowe i sztuczne gałki oczne, zazwyczaj zawierają wiele elementów elektronicznych w swojej strukturze wewnętrznej. Jednak mniejsze urządzenia stwarzają problemy w procesie podnoszenia i umieszczania, co utrudnia utrzymanie precyzji. Aby osiągnąć wysoką dokładność wymaganą do montażu płytek PCB do medycznych implantów ślimakowych, firma RICH PCBA wykorzystuje roboty. Roboty odpowiadają za podnoszenie i montaż elementów montowanych powierzchniowo na płytkach drukowanych, zapewniając precyzyjne umieszczenie komponentów na paście lutowniczej za pomocą mechanizmu montażowego.
Krok 3: Lutowanie rozpływowe
Proces lutowania rozpływowego ma na celu wzmocnienie połączeń między płytką drukowaną a elementami elektrycznymi. Aby to osiągnąć, płytka drukowana jest przemieszczana przez duży piec rozpływowy za pomocą przenośnika taśmowego. Pasta lutownicza jest topiona poprzez nagrzanie płytki PCBA do około 2500 stopni Celsjusza. Po nagrzaniu w piecu, medyczna płytka PCBA przechodzi przez szereg chłodnic, które pomagają schłodzić i utwardzić pastę lutowniczą, zapewniając mocne połączenia między elementami elektrycznymi a płytką.
Należy pamiętać, że w przypadku dwuwarstwowej płytki PCB do zastosowań medycznych, procesy szablonowania i lutowania rozpływowego są wykonywane w określonej kolejności. Najpierw wykańczana jest strona płytki z mniejszą liczbą i łatwiejszą w obsłudze podzespołów elektrycznych.
Krok 4: Test montażu płytki PCB do zastosowań medycznych
Kładziemy nacisk na precyzję, niezawodność i krytyczny charakter medycznych płytek drukowanych. Dlatego znalezienie wiarygodnych producentów i doskonałych zakładów PCBA oraz upewnienie się, że posiadają certyfikat ISO 13485, jest niezwykle ważne. Nawet jeśli spełniają te kryteria, nadal konieczne jest sprawdzenie ich usług testowania PCB.
Oprócz kontroli manualnych, które obejmują cały proces produkcji, w tym SPI i AOI, na końcowym etapie montażu medycznej płytki PCB przeprowadzane są testy funkcjonalne. Gwarantuje to, że płyta główna działa zgodnie z oczekiwaniami i spełnia wysokie standardy branży medycznej.
Po zakończeniu testów płytka drukowana jest dokładnie czyszczona w celu usunięcia wszelkich pozostałości, takich jak olej, topnik lutowniczy i inne zanieczyszczenia. Ponadto, ze względu na specyficzne wymagania produktu, klienci mogą również potrzebować specjalistycznych procesów produkcji medycznych płytek PCBA, takich jak sterylizacja, w zależności od rodzaju zastosowania.
Wysokiej klasy płytka PCB medyczna
Połączenia o wysokiej gęstości
Technologia połączeń o wysokiej gęstości (High-Density Interconnect) to jedna z kluczowych technologii budowy płytek PCB nowoczesnego sprzętu medycznego, mająca na celu uzyskanie większej liczby komponentów elektronicznych i połączeń w ograniczonej przestrzeni płytki PCB. Płytka drukowana wykonana w tej technologii nazywana jest płytką HDI PCB. Ze względu na skomplikowane procesy, takie jak tworzenie cienkich ścieżek, przelotek ślepych i zakopanych, płytki HDI PCB mogą być drogie, ale inwestycja w nie jest warta zachodu.
W zdalnych zastosowaniach medycznych nie ma tolerancji na opóźnienia ani przerwy w sygnale. Nawet niewielkie odchylenie rzędu 0,1 sekundy może zagrażać życiu pacjentów. Płytki drukowane HDI PCB klasy medycznej zapewniają szybkość transmisji sygnału i eliminują różne problemy z reakcją. Co więcej, dzięki wprowadzeniu pewnych udoskonaleń konstrukcyjnych i inżynieryjnych, te płytki drukowane o wysokiej gęstości mogą być odporne na zakłócenia elektromagnetyczne i szumy. Można to osiągnąć poprzez takie środki, jak planowanie płaszczyzny uziemienia, ekranowanie międzywarstwowe i filtrowanie EMI.
Obecnie większość medycznych tomografów komputerowych oraz wielomodalnych monitorów fizjologicznych i elektrokardiograficznych (EKG) korzysta z prawdziwych wejść zmiennoprzecinkowych obsługiwanych przez HDI PCB.
Elastyczny
Branża medyczna ma duże zapotrzebowanie na elastyczne płytki PCB ze względu na ich zalety, takie jak miniaturyzacja, swoboda projektowania i elastyczność. Cechy te spełniają wymagania stawiane urządzeniom medycznym w zakresie lekkich, kompaktowych i niezawodnych rozwiązań.
Medyczne produkty elektroniczne muszą być odporne na trudne warunki panujące w ludzkim organizmie, zapewniając jednocześnie wysoką niezawodność i parametry elektryczne, co sprawia, że elastyczne obwody są idealnym wyborem do takich zastosowań. Zazwyczaj są one wykonane z cienkich i elastycznych materiałów, takich jak poliimid lub poliester, co pozwala im się zginać, składać lub skręcać, aby dopasować się do ciasnych przestrzeni lub skomplikowanych kształtów. Ponadto, konstrukcja elastycznych płytek PCB jest odporna na wahania temperatury, zapewnia wodoodporność, sterylność i umożliwia wielokrotny montaż.
Podstawą wielu urządzeń medycznych są elastyczne obwody. Należą do nich m.in. rozruszniki serca, defibrylatory, neurostymulatory, aparaty do ultrasonografii i endoskopy.
Struktura wielowarstwowa
Z kolei sztywna płytka PCB może zapewnić bardziej niezawodną strukturę wewnętrzną w porównaniu z elastyczną, ponieważ producenci mogą umieszczać komponenty na bardziej stabilnej platformie. Jednak ze względu na brak możliwości składania, płytki te mogą nie oferować korzyści wynikających z miniaturyzacji, dlatego też wykorzystują zalety struktur wielowarstwowych, aby pomieścić więcej komponentów.
W wielu wysokiej klasy produktach medycznych powszechnie stosuje się sztywną płytkę PCB. Należą do nich roboty chirurgiczne, aparaty rentgenowskie, urządzenia do rezonansu magnetycznego, elektrokardiografy i pompy chemioterapeutyczne. Większość producentów sprzętu medycznego wybiera wielowarstwowe płytki PCB do takich zastosowań. Materiały używane do produkcji tych płytek PCB to między innymi żywica szklano-epoksydowa, aluminium, ceramika i inne.
Rygorystyczne testy PCB do celów medycznych
Proces rozwoju urządzeń medycznych obejmuje dodatkowe zagadnienia i wymagania wykraczające poza te, które są zazwyczaj wymagane w przypadku tworzenia płytek PCB o znaczeniu niekrytycznym. Sprzęt medyczny jest poddawany licznym testom, czego nie można powiedzieć o innych rodzajach płytek PCB. Wynika to przede wszystkim z rygorystycznych wymogów testowych narzucanych przez organy regulacyjne; jednakże często konieczne są również testy funkcjonalne i produkcyjne. Testy regulacyjne wymagane w przypadku urządzeń medycznych zazwyczaj mieszczą się w jednej z dwóch szerokich kategorii:
● Norma IEC 60601-1 dotyczy sprzętu medycznego, który albo przekazuje energię do pacjenta lub od pacjenta, albo wykrywa energię przekazywaną do lub od pacjenta.
● Sprzęt medyczny, który nie jest bezpośrednio podłączony do pacjenta, np. używany w laboratorium, podlega normie IEC 61010-1
Powyższe informacje prezentują wiedzę specjalistyczną firmy RICH PCBA w zakresie produkcji i montażu płytek PCB do zastosowań medycznych. Jeśli uznają Państwo nasze kompetencje, prosimy o kontakt mailowy. Szybko odpowiemy na Państwa zapytanie i przedstawimy Państwu atrakcyjną ofertę na PCBA.
Cel projektu
Niezawodność zastosowań medycznych PCB ma kluczowe znaczenie, niezależnie od tego, czy są one wykorzystywane na sali operacyjnej, czy w laboratorium. W medycynie nie ma miejsca na awarie ani nieprawidłowe działanie sprzętu. Dlatego też, aby stworzyć płytkę drukowaną do zastosowań w urządzeniach medycznych, niezbędne są następujące praktyki:
● Projekt płytki PCB powinien uwzględniać szczególne wymagania danego wyrobu medycznego, w tym liczbę komponentów, rozmiar płytki i wymagania dotyczące zarządzania temperaturą.
● Aby płytka była dobrze wykonana, należy starannie rozmieścić elementy i właściwie poprowadzić ścieżki.
● Wybór komponentów ma kluczowe znaczenie dla tworzenia niezawodnych urządzeń medycznych. Ważne jest znalezienie najlepszych komponentów, które spełniają specyficzne wymagania danego urządzenia medycznego, są niezawodne, trwałe i charakteryzują się długą żywotnością.
● Wybierz profesjonalną fabrykę zajmującą się montażem płytek PCB do zastosowań medycznych lub firmę z doświadczeniem w świadczeniu usług dla branży medycznej i dobrą reputacją, aby zagwarantować jakość usług montażu płytek PCB.
● Stosowanie montażu płytek PCB bez ołowiu jest uważane za praktykę efektywną, a wybór firmy stawiającej na zrównoważony rozwój może przynieść nieoczekiwane korzyści dla Twojego projektu.
● Proces czyszczenia płytek PCB jest szczególnie ważny w elektronice medycznej. Chociaż celem czyszczenia jest zazwyczaj uniknięcie zwarć spowodowanych zabrudzeniami powierzchni podczas użytkowania, w sprzęcie medycznym pozostałości środków czyszczących mogą być szkodliwe dla pacjentów.
● Zmontowane płytki drukowane muszą przejść dokładną kontrolę i testy, aby mieć pewność, że spełniają wymagane standardy niezawodności, wydajności i bezpieczeństwa.
● Aby mieć pewność, że zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) nie wpłyną na płytkę PCB przeznaczoną do zastosowań medycznych, inżynierowie powinni zapoznać się z różnymi normami EMI.