小型化MEMS I/O供电连接器技术为医疗保健设备提供全新优势

随着全球医疗保健费用飞涨，加之人口老龄化，促使病患家庭与医疗服务水平低下及偏远地区对便携式医疗诊断设备和治疗的需求大幅上升。据最近的一份行业报告 （家庭医疗保健市场现有发展趋势、机会 &直至2016年全球预测） 指出，针对病患家居医疗保健需求 （包括呼吸治疗、家庭输液治疗、慢性医疗病患的康复服务和监控） 的新设备和市场正蓬勃发展。除了预期到2016年家庭医疗保健市场的年平均增长率达到7.7%之外，这份报告还指出：

　　最近观察到的最重要的医疗保健发展趋势是从医院转入家庭来进行治疗，以获得成本优势并减少医院支出。另外，从治疗转向主动监测也为家庭医疗保健市场创造了新的机遇。由于便利性和高成本效益的缘故，病患宁愿在家居进行医疗保健而不住医。

　 　
图1 和图2 病患监视器正逐渐从医院病床设备转移至成为家居保健或连网系统，微型互连I/O解决方案及创新能力，正好配合远程保健应用要求更小、更轻及集成解决方案的趋势。

　　随着医疗保健供应商和病患推动着这些转变，领先的电子产品创新厂商正在应对技术挑战，将传统上用于医生办公室、诊所和医院设置的设备和仪器转变进入病患家庭。在这些挑战中，针对这类医疗设备的病患使用便利性、体积、性能和耐用性而言，电源管理扮演着重要的角色。因此，对于进行系统级折衷权衡的工程师来说，重要的是在设计周期中尽早做出电源管理决定。

　　电源连接器行业逐步推出新的极小的低侧高连接器，在智能手机行业进行创新，以满足医疗仪器和设备对改进便携性和小型化不断增长的需求，微机电系统 （Micro-Electrical Mechanical System， MEMS） 是一种创新方法，结合电气和机械组件来提供具有前所未有的微小尺寸的系统，而这种方法已经成为了蓬勃发展的医疗保健市场中小型、便携设计的重要首选技术。MEMS技术可以用于生物医学应用，比如外科手术工具、给药及生物传感器，以及诊断和其它体外应用。

　　在现有的设计中，MEMS连接器是其它较大型连接器的兼容替代产品，MEMS技术在电源连接中提供了超低侧高解决方案和高性能。MEMS微互连方法在现实世界拥有成功的应用和客户表现记录，对于满足医疗保健需求的较小的微型产品的需求的设计工程师，提供了功能强大的可行的工具。

MEMS在医疗应用中的优势

　　MEMS I/O连接器适用于要求产品或系统小型化的任何市场，包括消费产品、移动和医疗应用。这项技术已经在医学领域做出了突出贡献，用于提升病患照料和安全，特别用于微创手术领域，需要频繁血液和尿液检测和监测的病患，以及那些通过传感器补丁（sensored patches）接受药物的病患。

　　在医疗仪器和设备中使用MEMS I/O技术具有多种优势，提供了可靠、灵活的插座式接口，MEMS I/O比众多传统连接器更为坚固。MEMS I/O技术具有零高度，因而是用于采用电子控制方式以设定间隔精确给药应用的理想技术，低功耗MEMS I/O意味着在便携监测或其它设备中实现更好的读数一致性和较少的电池更换。在创伤性治疗步骤中，MEMS I/O能够实现较小的仪器占位面积，从而减少病患的疼痛体验。

　　MEMS I/O连接器在医疗电池连接器、相机模块，以及片状连接器I/O应用，比如用于小外形、高密度超声波连接器的传感器的连接器产品中，具有公认的独特创新。超声波技术是拥有很大病患需求的领域，是主要的保健设备制造商关注的焦点。由于体积和其它限制，造成现有的超声波机器在世界许多地区的使用不切实际。发展中国家和新兴国家可从更多MEMS-based微产品的涌现中获益，实现较小型的便携式超声波设备，用于偏远地区。

　　医疗传感器市场为MEMS提供了巨大的应用潜力，包括更新传感器、化学传感器、流量传感器和位置传感器。今天，在美国市场大约有70%的化学传感器用于医疗保健。由于肥胖症不断增加，以及糖尿病发病率一直上升，低侧高形式MEMS供电连接器是移动便携血糖监测市场的理想选择。在家庭和体制医疗保健中，任何仪器或设备问题有可能将病患置于风险之中。MEMS I/O技术提供稳定的插座式“拉拨和锁定”连接，适用于手持式病患血糖和其它一次性监测产品。

　　
图3 MEMS I/O 连接器经验证，特别适合在医疗电池连接器、相机模块等要求小尺寸和高密度的连接器

　　便携式血糖监测仪器使用标准的微型I/O来连接两个电路板，具有大约0.7 mm的侧高。使用MEMS技术，同样的连接器侧高可以减小至仅仅0.15 mm。MEMS连接是一个前所未有的微小层，看起来几乎是一个平面，与糖尿病测试带的厚度不同。MEMS连接器通常称作“零高度”连接器，提供了满足医疗保健需求的微小型电源组解决方案，并且将可靠的监测工具置于病患手中。

　　对于高阻抗限制电缆解决方案，MEMS I/O技术有助于缓减风险，可以与高速铜缆或任何柔性基板共享。有些医疗产品制造商使用具有微小连接的铜缆，用于实际监测。如果制造商没有使用MEMS，则通常采用ACF粘接，将跳线直接焊接到铜缆上。微型相机模块最初用于移动手机，但是适用于医疗设备，微型相机模块通常是直接焊接 — 并永久安装 — 在柔性电缆PCB的跳线上。使用这种设计理念，如果相机模块损坏或需要维修，铜缆可能成为昂贵的跳线，所以更常见的“方法”是断开并替换整个柔性电缆。

　　然而，MEMS I/O技术可以将微型相机直接插接在柔性电缆上，而不会产生较高的侧高，并且可以轻易断开和维修，而无需整体替换电缆。通过与具视频功能的相机或micro IDT共享，MEMS I/O可以将一个HD视频显示器连接到主电路板上，用于内窥镜和其它创伤性医疗步骤的高速视频流。传统的内窥镜用于诊断胃肠结肠癌和其它异物，需要使病患处于镇静状态，而且仅可查看到小肠的一部分。具有MEMS功能的内窥镜则可以全面检查小肠，而无需镇静步骤，实现数字图像，一个发送器，甚至一个光源。

　　MEMS的制造优势

　　MEMS器件制造工艺是用于半导体制造的相同工艺的自然演进，需要采用光刻和蚀刻步骤，进行材料层的沉积，生成所需的电路和组件，比如电源连接器。设计用于医疗设备的标准电源连接器通常由具有压制成型端子和触点的模塑塑料组成，因而具有相对较大的整体占位面积。

　　相反地，MEMS技术基本包括掩模、抓取、电镀、印刷和层压，最终获得极低侧高触点层，MEMS I/O系统通常在极薄的金属层上进行蚀刻和钻孔，以创建类似三明治的绝缘电气连接。金属层可以薄至150µm （0.15 mm）。MEMS的优势在于制造商能够生产显着减小的低功耗连接器，提供超越较大型竞争组件的更高性能。此外，MEMS制造工艺缩短了传统连接器制造注塑模具和冲压端子的上市时间并减少了成本。

　　MEMS I/O技术采用外形尺寸较小的片状连接器，在微小型产品中集成了高速连接器的高密度和高速功能和电缆连接，从而消除了EMI干扰。MEMS I/O连接器具有与标准微小型连接器相同的额定插配循环数目，通常为15-30插配-解插配循环，但是，某些型款可以达到数千次插配。严格的测试显示MEMS I/O插配接口可以耐受高达6000 G的掉落和振动，影响可以忽略不计。

　　通过削减大部分传统连接器壳体之余而不牺牲性能或密度，MEMS I/O技术代表着医疗仪器设计人员和制造商的重要的模式改变。MEMS技术不仅减小了体积和PCB的昂贵空间，而且，通过使用简单的插座式插配接口来替代永久焊接的PCB连接，MEMS技术实现了仅仅较大型连接器和产品设计才有的设计灵活性水平，这并不令人惊讶，在医疗设备和仪器中MEMS-enabled系统的使用已经呈现指数级增长，其快速增长趋势将很可能延续下去。