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PCB微电子技术应对数字医疗革命

十二月 26, 2019 | I-Connect007
PCB微电子技术应对数字医疗革命

NexLogic Technologies公司是硅谷PCB成套解决方案提供商,该公司创始人兼首席执行官Zulki Khan对制造发展趋势发表了独特的见解,他简述了在不同行业领域竞争必需了解的额外要求,最引人注目的是医疗领域,他说医疗领域已准备进行一场“数字革命”。

Nolan Johnson:今天,我们将从你的角度探讨这个行业。Zulki,可以做一下自我介绍吗?

Zulki Khan:我从事该行业已有25年以上,从一家位于芝加哥的公司开始,该公司为我提供了所需的基本行业知识,然后1995年我创建了NexLogic公司,NexLogic为包括苹果、飞利浦、索尼、谷歌、Facebook和优步提供PCB一站式成套解决方案和服务。

我们提供PCB设计和布局、制造、组装和测试。客户可以向我们提供其硬件设计示意图。我们通过采用Mentor,a Siemens Business和Altium公司的Allegro或PADS等CAD软件包进行布局设计,接下来我们完成布局设计并发送数据进行裸板制造。然后,我们将这些电路板与元器件组装在一起,并进行测试、调试和分析,以确保它们可按照设计要求运行。

我拥有电气工程学位和工商管理硕士学位。我们已经为每个不同细分市场的杰出企业完成了很多项目,尽管制造业的本质保持不变,但不同的行业有不同的额外要求。医疗和航空航天领域有自己的标准,必须遵循他们的标准,以确保产品成功;例如,在医疗领域,产品召回时要考虑患者风险要求。

在医疗和航空航天领域,极为重要的一件事是元器件的可追溯性。需要在档案中保存多少纸质文件以及保留多长时间?根据批号、批次和日期代码的可追溯性要求,某情况下某些文件必须保留长达7年。如果现场发生了某些情况,客户可以追溯查看谁制造了该设备、批号是什么、在哪个国家制造等。这对于更好地评估产品召回是有必要的。

Johnson:制造业和医疗领域正在发生什么变化?

Khan:首先,我将说明制造业的变化方式,然后再回到医疗领域。传统上,有些元器件采用标准封装,例如从Intel、AMD或Nvidia等公司购买的集成电路(IC)。表面贴装技术和通孔技术已经存在了很长时间。由于所有细微差别都是众所周知的,因此它们是稳定且经过时间验证的技术。即将发生的是一切都从电路板级的尺寸缩小到了元器件级的尺寸,一切都变得便携、手持和可穿戴。

PCB以及元器件的可用空间变得越来越宝贵。玻璃、陶瓷或铝制的封装正不断改变和消失。业界正在拆除封装,将芯片直接放在PCB或载板上,这可以节省大量的基板空间,并提供精密的连接,但同时也会增加成本。对于诸如堆叠式引线键合(图1)、芯片连接、倒装芯片等,这些都是即将到来的技术,通常会用于手持设备。

图1:堆叠式引线键合比常规引线键合更复杂,要求更高的精度

 

手表等手持和可穿戴装置就包含引线键合和芯片连接封装。无论什么制造领域,现在都需要精细微电子封装。可以将芯片直接放在载板或PCB上进行引线键合,有时必须使用球形凸点灌封芯片(图2),之前的专栏文章已有介绍。在医疗以及消费、航空、商用以及几乎每个领域,制造都在朝着物联网、可穿戴设备和可支持蓝牙技术的方向发展。

图2:球形凸点环氧树脂用于灌封和保护裸芯片

其次,技术正在以前所未有的速度发展,它将变得越来越强大。在当今的日常设备(例如智能手机)中,传感器、相机、MEM(微型电子机械系统)等变得越来越好,它们已超越了几年前的传统手持相机。在医疗保健领域,我看到了即将到来的“数字医疗革命”。过去你必须去医院等待获得医疗设备检查和程序诊断的机会,如今随着众多医疗器械变革的到来,它正在改变治疗、分析和监测的整体情况。

例如,可摄入的智能药丸和装置具有微小的传感器或照相机,这些传感器或照相机会通过过身体并拍摄不同器官的照片。现在与未来将有大大的不同,之前如果患者小肠不适,医生会采取几个步骤,定期进行内窥镜检查以确定有病灶的某些区域;未来借助可摄入的智能装置,可以通过高级传感器和摄像头快速而有效地确定那些有病灶的胃肠道区域。这些传感器和摄像机将生动的图片发送到患者身体外的腕带或装置中,实时记录和显示数据。医生和医疗服务提供者可以查看具体情况,并检测不同器官内的肿瘤、畸变及异常情况。

Johnson:你认为这项技术有什么风险?

Khan:由于这些可摄入智能装置是新技术,因此相关风险目前尚不确定,如果药丸卡在肠道的一小部分出不来怎么办?患者会感到疼痛或必须进行外科手术会怎么样?特别是由于这些装置要进入人体内,因此必须确保所使用的材料(例如金属或塑料)以及形状和形式对人体无害。一旦这项技术变得更加标准化,行业就需要解决这些问题。

Johnson:你认为这场技术革命已经开始了吗?

Khan:已经开始了,但是我认为在接下来的三年到五年中它的发展会更强,增长会更快。病人现在需要在一家大型医院中进行的许多耗时检查(必须等待机器),在不久的将来可以在门诊以更具成本效益的方式进行检查。

我们正在与一家本地公司合作,该公司正在开发可与磁共振成像(MRI)媲美的设备,磁共振成像(MRI)设备要求患者必须躺在设备中才能获得良好的身体器官图像,昂贵且费时,该公司正在开发生产砖块大小的同类产品。

使用该产品,患者可以坐下或躺下,这将是一个小而简单的检查程序。然后医护人员可以将设备移动到身体的不同部位进行检查,这个小设备与大型百万美元设备具备相同的功能,价格在5万美元至7万美元之间,只是这种颠覆性技术尚处于起步阶段,一旦获得成功,那么这些就是我期望随着数字医疗革命看到的变革,市场上已经有一些类似的产品,以及正在进行的测试版,因此我认为医疗领域将在未来几年内呈现爆炸式增长。

Johnson:根据你对市场的预测,可能会与其中一些公司进行创新。你所描述的这项技术将如何改变合约制造商或EMS公司现有的“日常生产”?

Khan:这类智能装置将采用PCB微电子技术,包括引线键合、芯片连接、倒装芯片、板上芯片(CoB)以及相关技术,这些创新的医疗电子装置正在改变传统的制造技术。

SMT机器可以在室温下工作,因此不需要特殊的环境。但是,当涉及所有这些新的非常小的装置时,需采用100级或1000级无尘室(图3),并且必须在这些区域保持一定的气压,必须考虑百万级的颗粒,以保持洁净室的无尘。然后需要成套工具、设备和机器,洁净室内部的其他基础设施;微电子领域中的专业人员,包括操作员、制程工程师和主管。

图3:要实现有效的PCB微电子组装, 100级或1000级无尘室是必需的

通常微电子领域和传统制造领域的专业人员各负其责,在某些情况下会有交叉。因此某些元器件是基于微电子的,而其他组件是基于传统的SMT。当你在常规车间进行SMT生产,再将这些产品带入无尘室并通过引线键合和芯片连接完成生产后,就会发生这种交叉,有些产品是传统生产与微电子生产之间的交叉,有些则不是,取决于客户想要达到的目标。

Johnson:在我看来,EMS和组装技术越来越像20年前的半导体行业。

Khan:是的,是从常规PCB到半导体的融合,因为我们正在谈论晶圆、芯片和切割。

Johnson:为了使EMS公司和合约制造商迈向新技术,他们需要重新审视半导体公司多年来采用的方法和设施,以此作为他们未来发展的范例。

Khan:如果你想保留自己的技术和服务以用于未来的产品,那么就必须将其整合到自己的公司,或者结成联盟,因为这场变革迟早会发生,只是时间问题而已。除非你想成为传统制造商,不需要生产要求采用最终微电子技术的产品,否则必须确保能够提供这些新技术服务。

Johnson:这些变化使你彻夜难眠的原因是什么?

Khan:如何留住客户,尤其是顶级大客户,一直是我考虑的重点。良好的洁净室和设备需要投入大量的资源,如果没有足够的实力进行微电子封装,客户就会流失。

Johnson:让我们考虑一下你提到的一级OEM,当我们脱离更传统的制造方法和技术(例如与芯片的直接连接等)时,不同的公司会选择不同的途径吗?当然,在公司采用新技术并将客户分为不同的专业领域时,会存在风险吗?当我们研究新技术时,这对EMS服务商来说是否是值得关注的问题?

Khan:一级EMS公司在其新产品导入或样品部门几乎都拥有该技术,但是也有风险因素。有多少人看到了正在发生的技术变化?有多少人愿意将资本投入这类基础设施?而且,如果你不打算解决这个问题,那么这将对你构成风险,客户可能会去其他能够提供这些PCB微电子产品技术的公司。

Zulki Khan,NexLogic Technologies 创始人兼首席执行官

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标签:
#医疗  #PCB  #微电子  #数字革命 

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