多年來,可植入醫療器械變得越來越小。更小的器械可提高患者舒適度,植入時對人體的損傷也小。同時,更小的器械可降低手術的侵入性和復雜性,既方便醫生操作,也更容易為患者接受。與這些器械有關的磁性元件幾乎全是定制設計,以便適應在有限空間的具體應用。因為磁性元件通常是尺寸較大,所以原材料和加工設備對實現小型化目標是必不可少的環節。
用于可植入器械的定制磁性元件通常由骨架式變壓器、環形線圈變壓器、模壓感和具有獨特性能與形狀特點的天線組成,以最大限度適應規定標準。為此,實踐中使用各種磁芯材料和形狀來優化性能和滿足應用的要求。
用于可植入器械的大多數定制磁性元器件都是醫療器械生產商與磁性元件公司工程師密切合作的結果。其中涉及如何平衡尺寸、價格和性能的討論,重點考慮在可用空間內使用最高性價比的器件。元件設計完畢后,還要開發非常嚴格的制造流程、控制措施和測試程序,以確保尺寸和磁性性能的最高質量以及可靠性。
由于只有非常小的磁性元件才能納入可植入器械,所以實踐中開發出了特殊的組裝技術,而且大多數組裝工作都在顯微鏡下完成,以確保電氣和機械連接完好。使用高科技檢驗設備(如光學測量設備)來測量這些器械要求的關鍵尺寸。
由于所需的這些器械的公差和性能水平要求,不同磁性元件的功能及外形選擇已經大為增加。更小的外形設計常常要求進行 3D CAD 仿真,以便進行準確的元件布局和原型設計。有些供應商提供專門設計制造的定制模具,以允許實現更小的載體。
制造定制磁性元件時,廣泛使用專用空芯線圈、骨架和環形線圈繞線設備。此設備要求嚴格控制關鍵電氣要求,如漏電感、寄生電容、DCR、感值匹配和介質擊穿電壓。專門設計的試驗臺和固定裝置允許對這些參數進行準確的100%監測和測試。使用這些自動試驗臺允許在設計中進行數據分析,以提高可制造性。
用于醫療應用的磁性元件的尺寸和形狀因應用的不同而有很大差異。例如,下面左圖所示的 0402 小尺寸電感(0.040” x 0.020” x 0.020”)用于遙測/通信應用。這些電感可以是打線式(wire bondable),并且是用陶瓷芯材料制造,具有 1 nH - 150nH 的感值范圍。
醫療器械中的充電電路使用尺寸較大的磁性元件,如上面右圖所示。所使用的最大和最小尺寸分別為0.550” x 0.750” x 0.470”和0.275” x 0.600” x 0.400”。
如上圖所示,高頻打線式RF 螺旋電感有兩種尺寸選擇:0.030” x 0.030” x 0.020”和0.050” x 0.050” x 0.020”。這些電感在RF頻帶中表現很好,適用于偏壓、調諧和集總元件濾波器。它們提供極高自諧共振和低介電常數。它們的功率為125 mW,工作溫度為?55 °C 至 +125 °C,降額溫度為70 °C。
這些電感使用成熟可靠的MNOS電容技術來提供高Q值、低DCR和業內最高SRF。它們適用于高頻濾波器、阻抗匹配以及最大工作頻率可達20 GHz的集總元件濾波器。