Технология растягивающейся печатной платы для медицинских и биосенсорных приложений

Компания Murata Manufacturing Co., Ltd. - мировой лидер в области проектирования, производства и продажи пассивных электронных компонентов и решений на основе керамики, коммуникационных модулей и модулей питания, разработала технологию растягивающейся печатной платы, обеспечивающую гибкость и способность растягиваться и деформироваться, сохраняя при этом заданные технические характеристики. Данный тип конструкции печатной платы позволяет реализовать передовые медицинские изделия, такие как носимые терапевтические устройства и инструменты для мониторинга, которые могут обеспечить более высокую точность, долговечность и комфорт для пациентов, чем современные устройства.

Актуальность данной разработки заключается в том, что в последние годы в медицине для постановки более точных диагнозов возросла важность сложных анализов, проводимых в больницах, и биометрической информации, непрерывно собираемой в повседневной жизни. Ежедневный мониторинг жизненно важных показателей важен для профилактики заболеваний, связанных с образом жизни, поэтому носимые медицинские устройства сейчас широко распространены. Следует отметить, что существующие устройства зачастую слишком жёсткие для многих областей применения, что приводит к таким проблемам, как дискомфорт у пациентов, плохой контакт с поверхностью или нестабильный сбор данных. Конструкция растягиваемой печатной платы (рис.1) от Murata отличается гибкостью, эластичностью и способностью адаптироваться, поддерживая функции мультисенсорного восприятия для удовлетворения различных потребностей пользователей. Материал, применяемый для реализации растягиваемой печатной платы мягкий и приятный на ощупь, что делает его оптимальным для медицинских и оздоровительных устройств, таких как ЭЭГ (электроэнцефалограмма), ЭМГ (электромиография) и ЭКГ (электрокардиограмма).

Следует отметить, что в настоящее время существует ряд производителей печатных плат, которые предоставляют услуги по изготовлению гибких печатных плат, но компания Murata совершила "рывок" и разработала технологию растягивающихся печатных плат, которые не только сгибаются, но и могут быть скручены и растянуты, чтобы лучше прилегать к телу для биомониторинга и медицинских целей, например, благодаря своей эластичности устройство может использоваться на разных участках тела и пациентами разного размера (рис.2), а также для непрерывного мониторинга или мониторинга в труднодоступных ранее местах, таких как локтевые или коленные суставы. Традиционные датчики биомониторинга имеют некоторые ограничения. Например, они могут отклеиваться при движении тела, повреждать нежную кожу младенцев и пожилых людей, данные могут искажаться из-за движения тела, и, как поясняют представители компании Murata, существует риск снижения изоляции и возникновения миграции ионов при использовании термопластичного полиуретанового эластомера (TPU), известного как растягивающийся базовый материал, в условиях высокой влажности. Растягиваемые печатные платы должны решить или, по крайней мере, смягчить все эти проблемы. Технология находится в стадии разработки, но в компании Murata всё же поделились некоторыми особенностями технологии:

- толщина каждого слоя многослойно печатной платы не должна превышать 100 мкм

- печатная плата должна быть протестирована с применением растягивающих серебряных и хлоридсеребряных электродов;

- покрытие печатной платы должно быть выполнено из безопасного материала, проверенного на цитотоксичность;

- конструкция печатной платы, элементы печатного монтажа должны быть спроектированы таким образом, чтобы предотвратить ионную миграцию, которая может вызвать короткое замыкание в между элементами печатного монтажа, вследствие подачи постоянного напряжения в условиях высокой влажности.

По мнению представителей компании Murata, разработка представленного выше типа конструкции печатной платы позволяет эффективно блокировать электромагнитные помехи, благодаря применению уникального экранирующего слоя, обеспечивающего надёжную защиту сигнального пути. Кроме того, конструкция подложки печатной платы отличается превосходной надёжностью, высокой устойчивостью к влаге и способностью выдерживать высокое напряжение в течение длительного времени, а также обеспечивает большую гибкость при монтаже компонентов, предоставляя разработчикам больше возможностей для внедрения инноваций.

В зависимости от требуемых характеристик на одном листе можно разместить фильтры, усилители и несколько датчиков, что позволяет точно собирать данные и контролировать несколько объектов. С помощью этого решения компания Murata выполняет индивидуальный дизайн, создание прототипов и проверку, а также массовое производство в соответствии с требуемыми спецификациями.