面向医学应用的电阻性能提高,尺寸缩小

上网时间: 2004年08月01日? 作者:鲁思奇? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:电阻? 医疗设备? 精度?

现代电子设备总是朝着尺寸不断缩小而功能更全面的方向发展,医疗电子设备也不例外。制造商已经开始在其生产的医疗设备中采用电阻值更大、公差更小的表面贴装电阻。为满足这种趋势化需求,电阻制造商正在通过采用新材料和精确的制造工艺以及先进的封装技术,来提高电阻性能和减小其占位面积。

新型电阻把重点放在了支持更高的频率范围、缩小电阻值公差或者提高电阻值方面,但它们都具有一个共同的特点??即较小的产品外形。AVX、RCD Components、SEI Electronics和TT electronics IRC等电阻厂商在开发小外形封装的高精度电阻方面都取得了巨大进展。

HVC电阻系列提供更高的耐压

例如,SEI Electronics最近推出了它的新型高电压芯片电阻系列HVC,该公司称,这种产品的耐压性和电阻值方面的特点优于其它厂商的产品。这些HVC系列电阻的目标是两类主要应用。首先,这些电阻可以充当除颤器、医疗成像系统、神经刺激器和输血设备等医疗设备的过压保护,使其免受雷电、电涌和静电放电等现象的损害。其次,这些电阻可以在医疗设备的高电压电源充当缓冲电阻或泄放电阻,如PET扫描仪、伽玛相机和X射线设备。HVC电阻器可以代替医疗应用中的轴向引线薄膜电阻和线绕电阻等目前所用的解决方案,其尺寸更小,而且可以采用表面贴装。

SEI Electronics的销售主管Rob Hudspeth表示,HVC电阻的耐压值可以大大高于其它产品,“一般的技术通常声称耐压2.5kV。我们的技术可使耐压值提高两至三倍。”这种电阻的其它关键特点包括:电阻值高达2MMΩ,公差低至±0.1%。该系列电阻有三种不同的封装尺寸,分别为1206、2010和2512,额定功率在0.3~1W之间。

一般情况下,电阻厂商利用普通的网印技术在陶瓷等基片上印刷电阻材料。SEI Electronics利用自己的薄膜沉积工艺改善了电阻性能,该公司能够在基片上面网印较长的高精度电阻线。Hudspeth表示,这种新工艺使得在沉积电阻线时能够防止出现困扰普通网印技术的whiskering效应。他介绍说:“虽然网印的whiskering效应会导致感应噪声增加,但我们的技术却具有相反的作用。它降低了噪声,使得我们得以提高电阻精度,并把公差降至0.1%。我们技术的优点在于,它使得电阻可以经受非常高的电压,同时具有较低的噪声和非常小的公差。”

“如果你计划在除颤器等高电压设备中利用一个缓冲或泄放电阻,你将需要地线,这样就要求较高的电阻值。电阻值越高,效果越好。”Hudspeth表示。HVC电阻采用标准的1206、2010和2512尺寸(还可以提供定制的封装尺寸),额定电压与其它产品不同。例如,2512尺寸的HVC电阻额定电压为2,500V,而且可以承受高达10,000~20,000V的峰值脉冲电压。据SEI Electronics的产品经理Kory Schroeder称,相比之下,其它产品的典型额定电压为800~1,000V,最高能承受的脉冲电压为2,500V。

Schroeder还表示,医疗设备制造商在生产高电压(2,500~5,000V)设备时一般采用较大和较昂贵的轴向引线器件,它们在高功率应用中还利用线绕电阻,但这项技术在固有电感和低频方面存在一定的局限性,“随着工程师倾向于小型化和表面贴装技术,HVC芯片电阻允许工程师缩小产品尺寸,显然有助于使有些高电压设备便携化,而以前这是不可能的事情。”

HVC电阻的价格为0.40~2.50美元不等,具体价格因电阻值和采购数量而不同。交货期为现货至8~10周。该公司在今年初的时候还扩展了它的精密薄膜镍铬芯片电阻产品线,推出了RNC系列,其公差降至0.01%。RNC系列电阻可用于包括医疗设备在内的一些应用中。

新兴产品瞄准高频率和高阻值应用

TT electronics IRC先进薄膜产品部门的应用经理Jerry Seams表示,关键挑战特别是对于电池驱动的便携医疗设备来说是功率分配问题,这要求更高的电阻值。他说,目前的趋势是在电压分配器中使用具有较高阻值的高精度电阻,因为它们消耗的电池功率较小,对于体外便携式医疗设备或者可移植设备都是如此。这种需求导致该公司的新型Chromaxx系列电阻应运而生。这种薄膜电阻既可以提供标准电阻值,也可以提供定制的电阻值,电阻值可高达15MΩ,适合于高输入阻抗医疗设备中的高电压分配器和网络。

另一项挑战是满足医疗设备无线数据传输的高频需求。Seams表示,许多便携和可移植医疗设备可以通过无线基站进行通讯,使医生可以下载医疗信息,而很多无线通讯都是在非常高的频率上进行的,大约为2.4 GHz。为了满足这些需求,IRC最近推出了一系列高频芯片电阻,命名为PFC~HF系列。该公司在过去一年内一直在确定这些产品的频率运行特性。

IRC最近还推出了新的TaNFilm CHC系列。这种高密度电阻网络已测试到40GHz。可以选择包括定制配置在内的各种封装,目前的触点间距为1.0mm和0.65mm。它们具有多种标准和定制电阻值(从22Ω到10kΩ),从单个的电阻到包括10~40个电阻单元的电阻网络。

Seams表示,这种新型CHC

BGA系列电阻的关键优点在于其高频率特性,“它们的频率已测试到40GHz,而且具有较高的密度,例如在2010尺寸的封装中可以容纳多达25个电阻单元。”该产品目前已经实现生产批量,采购数量为10,000个时,CHC系列的典型价格为0.80美元。交货期为12周以内。

封装技术助力电阻产品小型化

在电阻小型化方面,封装也发挥着重要作用。AVX的无源微元件部的技术销售经理Kevin Christian表示,医疗设备制造商最终想要提供可以进行实时数据采集的真正便携的监测系统,但这要求采用更小的通讯器件。他说,无源器件实现小型化的一个途径是利用薄膜技术,它可以代替0402电阻的密度,同时缩小公差。而晶圆制造工艺使其可以节省空间并改善信号的完整性,因为“电阻值非常精确、可复制和可验证。实现这点的方法是利用激光清理焊缝,将公差缩小至非常小的水平,从而得到超级高精度的小外形电阻。”Christian最后认为,将来开发的便携式医疗设备将推动对于BGA封装和高密度无源器件的需求

AVX的PMC部门利用一种高阻抗CrSi材料,同时采用BGA封装,从而实现高密度匹配。CrSi材料漏电流较小,可以延长电池寿命。该公司生产的tantalum nitride电阻,以及CrSi电阻,采用的基片包括玻璃、石英和硅,BGA和wire bonded封装两种封装形式都有,额定电压高达1,000V。Christian表示,为医疗应用生产的多数电阻在设计、电阻值和公差等方面都是半定制的。

RCD Components公司也采用了薄膜技术来生产更小和更精密的电阻,该公司推出了新系列的超精密薄膜芯片电阻,具有更小的绝对公差和TCR。适合于取代体积较大的金属片电阻。这种BLU系列电阻的电阻值为4.7Ω~4.7MΩ,最大额定功率为50mW~1W,公差为±0.01%。它具有从0201到2510等各种标准封装尺寸,可以用于各种医疗、工业、通讯和便携式电子系统之中。

先进的集成封装技术进入更多应用

Tessera的销售副总裁Craig Mitchell表示,将来医疗产业可能采用更先进的集成封装技术。该公司致力于开发先进封装产品,以使电子产品变得更小、更快和更可靠。虽然该公司的先进封装技术主要被无线产品制造商所采用,但Mitchell表示,由于具有高可靠性和小外形特点,这些技术也开始被医疗和军事应用所重视。一般情况下,客户要求该公司把半导体元件集成到芯片级或者多芯片封装之中,现在则要求把电阻、电感和电容器等无源器件集成到这些先进的封装解决方案之中。

“我们利用先进的封装技术不仅解决小型化问题,而且针对总体系统设计、无源器件数量和每个无源器件的尺寸问题。”Mitchell表示。虽然新型设计都处于早期开发阶段,但与医疗电子产品OEM厂商之间已就利用先进封装技术展开了积极讨论。“医疗电子制造商现在开始意识到,有大量先进的封装技术它们尚未利用。”Tessera的医疗产品副总裁Michael Perry说,“我们发现,它们对我们封装技术的兴趣在增强并对这些技术进行了评估,然后把我们的封装解决方案集成到它们的产品之中。”

作者:鲁思奇


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