人口老龄化正在带来巨大挑战，推动了对改善医疗保健技术解决方案的需求。在确保未来医疗设备的可靠运行，且满足应用要求等方面，创新的组件制造和筛选技术发挥着至关重要的作用。

随着世界许多地区的发展繁荣和生活水平提高，人类的平均寿命正在稳步上升。延长寿命是值得庆祝的事情，但这也带来了很大挑战。

根据世界卫生组织的数据，到 2050 年，全球将有六分之一的人年龄在 65 岁或以上，几乎是 2019 年这一比例的两倍。老龄化人口对护理的需求更大，给医疗卫生机构带来更大压力，也增大了对护理人员和专家的时间需求。医疗技术在克服这些挑战，并以经济高效的方式为更多人提供更优质的医疗保健方面发挥着重要作用。

医疗技术的作用

(资料图)

当今的医疗保健提供商可以获得比历史上任何时候都更强大、更可靠和更多样化的高科技设备，他们可以使用的帮助诊断和治疗患者的设备包括多种高价值医院设备，例如先进的扫描仪、手术机器人和生命支持机器。此外，还有个人监护仪等一些非侵入性可穿戴设备，可以帮助患者测量例如心率、血压、血糖等生命体征，并通过远程记录将结果报告给护理协调员。目前最小的医疗设备则包括那些帮助维持生命和管理慢性疾病的微型植入物，例如用于矫正听力损失的人工耳蜗和用于帮助管理心律失常等心脏病的起搏器等。

对电子电路的关键要求

连续数代以来，电子元件正在变得体积更小、更加节能、更加精确以及更加灵敏，这种趋势有助于构建更先进的医疗设备，并在设备的易用性以及增强的功能等方面继续改进。

可穿戴和可植入等医疗设备通常需要连续运行，因此低功耗是一项基本要求，而极高的可靠性则是适用于可植入物的另一项重要要求。另一方面，扫描仪等设备通常必须处理高脉冲负载，相比之下，紧急除颤器等其他设备须长时间处于非活动状态，但要求随时准备好启动，以便在需要时能够正常运行。

电源转换和滤波

必须确保滤波和去耦电路中使用的电容器等元件的可靠性，图 1 所示的医疗级设备中的陶瓷电容器 (MLCC) 在高压和高温下可能被烧毁，因而需要根据军用标准 MIL-PRF-55681 和 MIL-PRF-123 对其进行检查和测试。这是业内最苛刻的测试方法，可提供极高的可靠性保证。

图 1：KEMET M3 医疗级 MLCC 已按照军用标准进行测试。

在最小的可穿戴和可植入设备等具有极端尺寸限制的应用中，可以选择钽电容器，因为它们具有高体积效率。为最大限度地提高固体钽和聚合物钽电容器的可靠性，业界开发了一些新技术，再结合先进的筛选和测试程序，可以提供极高的性能和寿命保证。

一个关键的挑战是如何防止制造过程中使用的有机化合物被困在高纯度钽阳极材料中。在烧结过程中，这些被困杂质会在阳极中形成缺陷，并沉淀出可能损坏介电材料的结晶氧化钽。通过采用独特的有机润滑剂和清洗工艺，可确保在烧结前去除所有杂质，从而消除潜在的缺陷。

聚合物钽阴极技术能够帮助制造商生产出等效串联电阻低于电解钽类电容器，并且具有出色的浪涌能力，使设计人员能够选择更小的电容器，从而进一步节省空间。在普通聚合物钽电容器中，热应力和电压应力会导致阴极膜分层，尤其是在高湿度环境中更为严重，会导致电阻增大和器件故障。最新的聚合物阴极材料具有更强的抗应力和分层能力，并且不易受潮湿影响，因此，在严苛环境中它们能够展示出更一致的 ESR 和出色的可靠性。

电容器筛选和测试

击穿电压 (BDV) 测试是筛选钽电容器的有效方法，低 BDV 表明电介质中存在缺陷。但是，BDV 测试具有破坏性，只能应用于一些批次的样本组件。

无损模拟击穿筛选 (SBDS) 允许对组件进行100% 的评估。在筛选之前，平均击穿电压是通过从每个生产批次中抽样确定。筛选时，电容串联一个电阻，施加等于平均BDV的1.3～1.5倍电压。 SBDS 能够分析电压与时间的充电曲线，从而可以推断电介质的纯度，而不会使设备暴露于具有破坏性的过高应力。

高纯度 F-Tech MnO2 钽电容器可以使用 SBDS（参见图 2）进行筛选，以提供极高的可靠性保证。作为制造工艺的一部分，也可以将浪涌阶跃应力测试 (SSST) 应用于电容器样品，以验证阴极顶部涂层的完整性。需要良好的顶部涂层来保护电介质免受通电应力影响。

图 2：KEMET T497 MnO2 电容器采用 F-Tech 技术，SBDS 可适用于选定的部件类型。

最后，KEMET 开发的聚合物电容器可靠性评估测试 (PCRAT) 技术建立了一个测试规范，它比过去用于 MnO2 钽器件的 MIL-PRF-55365 规范更适合于聚合物钽电容器。 PCRAT 使用优化的温度和电压加速技术来准确预测安装部件的寿命。

传感

除了确保可靠性之外，最大程度地降低功耗也是小型设备设计人员的主要关注点，其中包括电池供电可穿戴监测器等设备。不论出于何种原因（包括更换电池），终身密封设计的可穿戴设备通常更适合于无需患者干预，以尽量降低测量错误或设备损坏的可能性。除了尽可能选择低功耗组件和技术以延长电池寿命外，血压监测仪或台式血糖仪等定期使用的设备可以通过在未使用时关闭电源来节省电量。

热释电（Pyroelectric）红外传感器能够使设备在用户靠近时通过接近检测功能唤醒。这些传感器可以带或不带镜头使用，从而能够灵活地优化检测范围。图 3 中所示的传感器旨在通过固体塑料或玻璃材料（例如设备外壳）检测人的存在，该器件只消耗微安级的极低工作电流，从而有助于降低整体功耗。

图 3：KEMET PL 系列热释电传感器可以检测人体接近，以便控制节电模式。

结论

设计人员需要不断提供全新的医疗设备，以便不断增强医疗保健设备性能，并使医疗保健更加大众化，更先进的组件制造和筛选流程在提供设备可靠性保证方面发挥着至关重要的作用，。

MIL-PRF 测试可应用于 MLCC 和钽电容器的高纯度 F-Tech 制造，再结合 SBDS 和 PCRAT 筛选流程，这些都是为确保更优质组件以完美状态进入供应链而开发的示例。此外，利用 KEMET 的 K-SIM 模拟器等设计工具，能够计算目标应用中的器件寿命，有助于设计人员选择最合适的器件技术、电容和额定电压，以满足他们的具体设计要求。

标签： 医疗设备 KEMET