Endoskop Ana Kart Tasarımı Distal Uç Mühendisliğinde Uzay Lanetini Nasıl Kırıyor?

Endoskopide, skopun distal ucunda yer kapmak için sonsuz bir savaş vardır. Daha ince ve daha yetenekli bir cihaz yaratmak için devre kartlarının tasarımı ve düzeni yeniden düşünülmelidir. Sert baskılı devre kartlarına yönelik geleneksel yaklaşım, tıbbi endoskop kamerasını daha kompakt ve esnek hale getirme arzusuyla çelişiyor. Çözüm, sert ve esnek PCB'lerin avantajlarını birleştiren sert-esnek baskılı devre kartında bulunabilir.

 

Uzay Laneti

Tipik bir senaryo, tıbbi bir endoskop kamerasının kullanılmasını içerir: dürbün hastanın vücuduna yerleştirilir ve uzak uçta bulunan kamera modülü tarafından sağlanan görüntüleme ve aydınlatma kullanılarak hedef konuma yönlendirilir. Geniş görüş alanı ihtiyacını karşılamak amacıyla, görüntü sensörünü, ışık-yayan diyotları ve diğer bileşenleri monte etmek için geleneksel sert baskılı devre kartları kullanılır. Bu levhalar serttir ve dar ucun içinde yerden tasarruf etmek için katlanamaz. Öte yandan, esnek devreler bükülme nedeniyle lehim bağlantılarında gerilime neden olacaktır.

 

Esnek devre kartları tipik olarak endoskopun distal ucunda gerekli miktarda alanı sağlamak için kullanılır. Küçük bir kesiti kaplayacak şekilde, dürbünün uzunlamasına ekseni boyunca esnek bir PCB yerleştirilebilir. Ancak bir endoskop kameranın montajı sırasında esnek devre hem üretim hem de çalışma sırasında bükülme kuvvetlerine maruz kalır. Bileşenleri devre kartına bağlayan lehim bağlantıları bu tür gerilimlerden zarar görebilir. Çoğu durumda hasar tek bir işlem sırasında meydana gelir ve görüntü kaybına neden olur.

 

Sert-esnek devre kartı, sağlamlık ve esnekliğin en iyi kombinasyonunu sağlar. Esnek PCB çekirdeğinin uzunlamasına yönü boyunca birkaç sert tahta parçası yerleştirilir. Görüntü sensörünün, LED'lerin ve diğer bileşenlerin belirli aralıklarla monte edilmesine olanak tanır. Bu yaklaşımın avantajı, bileşenleri sert panele bağlayan lehim bağlantılarının bükülmeden etkilenmemesi, dolayısıyla çatlama veya delaminasyon olasılığını ortadan kaldırmasıdır. PCB'nin esnekliği, kartı endoskopun distal ucunun içine yerleştirmek için kullanılır.

 

Üçüncü Boyut

Sert{0}}esnek tasarım, endoskopun distal ucunun içindeki üçüncü boyutun kullanılmasına olanak tanır. Devre kartını tasarlarken bileşenler, çeşitli düzeylerde ve açılarda sert segmentlere yerleştirilir. Örneğin esnek bir devre kartı, bir kamera modülünü, yan kameraları ve LED'leri tutacak şekilde farklı yüksekliklerde birkaç kez katlanabilir. Sonuç olarak, ön kamera ve yan kameraların dürbünün merkezi eksenine göre farklı açılarda yerleştirildiği üç-seviyeli sert-esnek bir devre kartı elde edilir.

 

Katlanmış sert-esnek devre kartını tutmak için sert bir çerçeve gereklidir. Böyle bir çerçeve genellikle metalden yapılır ve LED'ler ve görüntü sensörü için soğutucu görevi görür. Hedef alanı aydınlatırken LED dizisi ışık ve ısı yayar. Performansı üzerindeki sıcaklığın etkilerini önlemek için, dağılan enerjinin kamera modülünden uzaklaştırılması gerekir. Aydınlatmanın çoğu iç dokulardan yansıdığından, endoskop retrograd yönde kullanıldığında bu özellikle önem kazanır.

Üç-boyutlu sert-esnek PCB'nin sinyal bütünlüğü, güç dağıtım topraklarının ve sinyal katmanının özel bir düzenlemesiyle sağlanır. Elektrik bağlantılarını düzenlerken sert PCB'lerden esnek PCB'lere geçişe özellikle dikkat edilir. Devre kartı, hem sert hem de esnek segmentlerde çok-katmanlı bir tasarım kullanır. Sert çekirdeğin dış katmanları, sinyal izlerini elektromanyetik girişimden izole eden bir zemin düzlemi sağlar. Esnek segment, sinyal kayıplarını ve karışmayı azaltmak için kontrollü bir karakteristik empedansa sahiptir. Geçiş alanı tasarlanırken görüntüyü bozacak sinyal yansımalarını önlemek için özel önlemler alınır.

 

4K video sinyalinin sinyal bütünlüğünü sağlamak için sağlam-esnek bir PCB, uzman-düzeyinde üretim gerektirir. Nitelikli bir üretici hassas empedans kontrolü gerçekleştirecek ve sinyal kayıplarını en aza indirmek için doğru malzemeleri kullanacaktır. Sert segmentler için üreticiler, kontrollü yer düzlemlerine sahip gelişmiş çok-katmanlı yapılar kullanacak. Esnek segmentler için üreticiler, yerleştirmenin doğru olmasını sağlamak amacıyla hassas lazer delme gerçekleştirecek. Sinyal bütünlüğü gereksinimlerine uygunluğu sağlamak için tüm prototipler üzerinde sinyal bütünlüğü testleri yapılabilir. Tıbbi endoskop kamerası, normal kullanıma tabi tutulduğunda binlerce bükülme döngüsünden sonra bile güvenilir bir görüntü sunabilecektir.

 

Malzemeler

Sert-esnek devre kartlarının üretimi için malzeme seçimi de oldukça önemlidir. Tıbbi cihazlar sıklıkla 134 santigrat derecede otoklavlama da dahil olmak üzere sıkı sterilizasyon prosedürlerine tabi tutulur. Esnek baskılı devre kartları genellikle bakır folyo ile kaplanmış poliimid filmden yapılır. Bu tür malzemeler delaminasyon işlemi sırasında yüksek sıcaklıklara maruz kalır. Malzeme seçerken sinyal kayıplarını azaltmak için dielektrik geçirgenlik katsayılarına ve dağılım faktörüne özellikle dikkat edilmelidir.

 

Yapışkansız bakır folyo teknolojisi kullanılarak üretilen poliimid Kapton gibi malzemelerin kullanılması, otoklavlama sırasında sıcaklık değişimlerinden kaynaklanan delaminasyon olasılığını azaltır. Aynı zamanda bu tür malzemelerin kullanılması, yüksek sıcaklıklara maruz kalma sırasında toksik maddelerin emisyonunu da ortadan kaldırır. Sert-esnek PCB'lere yönelik malzeme seçiminde en önemli özelliklerden biri bunların ISO 10993 standardına uygunluğudur.

Üreticinin doğru malzemeleri seçebilmesi için sert{0}}esnek PCB üretiminde kapsamlı deneyime sahip olması gerekir. Esnek segmentler için malzeme seçerken üretici bunların bükülme yarıçaplarını dikkate almalıdır. Bu özellik, karmaşık üç- boyutlu şekle sahip sert-esnek bir PCB üretirken özellikle önemlidir. Yapışkansız bakır folyo gibi malzemelerin seçimi aynı zamanda devre kartı için gereken mekanik dayanıklılığa da bağlıdır.

 

Üretme

Sert-esnek PCB üretimi karmaşık ve zorlu bir süreçtir. Tıbbi bir endoskop kamerası üretmek için bir PCB üreticisinin sert-esnek PCB üretiminde kapsamlı uzmanlığa sahip olması gerekir. Sert-esnek devre kartlarının üretimi genellikle esnek çekirdeğin lamine edilmesinden bitmiş ürünün empedans testine kadar 80'den fazla adım içerir. Devre kartının tek tek sert bölümleri ayrı ayrı üretilir ve daha sonra esnek bölümle birlikte birleştirilir. Sert bölümlerin esnek bölüme göre konumlandırılmasının doğruluğuna özellikle dikkat edilmelidir.

 

Sert-esnek PCB'ler üretirken doğru tedarikçiyi seçmek çok önemlidir. Tüketici elektroniğinin aksine, tıbbi cihazlar ve ekipmanlar yüksek derecede sorumluluk gerektirir. Bu nedenle, bu tür cihazların üreticilerinin, sert-esnek PCB üretimi alanında kapsamlı uzmanlığa sahip bir tedarikçiyi dikkatli bir şekilde seçmesi gerekir. Tedarikçiyle etkileşim, seçilen ortağın yeteneklerine yüksek düzeyde güven ve güven üzerine inşa edilmelidir. Ana amaç, tüm teknik özellikleri karşılayan, çalışan bir tıbbi endoskop kamera prototipi geliştirmektir.

 

Sert{0}}esnek tasarım, boyut olarak daha küçük, daha hassas ve hastalar için daha rahat olan yeni tıbbi endoskop türlerinin geliştirilmesine olanak tanır. Aynı zamanda, tıbbi endoskoplar oluştururken sert-esnek PCB'lerin tasarımının tüm yönlerinin dikkate alınması önemlidir. Bu, esnek ve sert segmentlerin özelliklerine ilişkin gerekliliklerin ayrıntılı olarak analiz edilmesi ve endoskopun distal ucu içindeki optimal düzenlemelerinin belirlenmesi anlamına gelir. Güvenilir video aktarımı sağlamak için endoskop kamerayı tasarlarken üç-boyutlu sert{-esnek PCB'nin sinyal bütünlüğü de dikkate alınmalıdır. Sert-esnek PCB'yi üretmek için kullanılan malzemeler de büyük önem taşıyor çünkü bunların tıp endüstrisinin katı gereksinimlerini karşılaması gerekiyor.