FR4 vs. 폴리이미드 vs. Rigid-Flex PCB: 의료 기기 설계를 위한 최적의 선택​

의료기기 설계에서 신뢰성이 환자의 안전과 실패의 차이를 의미할 수 있는 경우 PCB 재료와 유형 선택은 매우 중요합니다.의료기기들 ∙ 웨어러블 심장 모니터부터 복잡한 수술용 로봇까지 ∙ 특유의 까다로운 환경에서 작동합니다: 그들은 반복적인 살균에 견딜 수 있어야 하며, 좁은 공간에 적합해야 하며, 정확한 측정을 위해 신호 무결성을 유지해야 하며, 유해 물질을 방출하지 않아야 합니다.폴리아미드각각은 특정 시나리오에서 우수하지만, 잘못된 것을 선택하는 것은 장치 장애, 규제 장애 또는 짧은 수명으로 이어질 수 있습니다.결정에 도움이 되는 상세한 분포입니다..

의료기기 PCB에 대한 주요 요구 사항
자료를 비교하기 전에, 의료 응용 프로그램의 비협상 요구 사항을 이해하는 것이 중요합니다.
1생물 호환성: 재료는 독성 물질을 (ISO 10993에 따라) 침수하거나 알레르기 반응을 일으키지 않아야합니다. 특히 피부 또는 체액과 접촉하는 장치에 대해.
2. 살균 저항성: 고온 (자동 접합), 화학물질 (에틸렌 산화물, 수소 과산화물) 또는 방사선 (가마선) 에 반복적으로 노출되어 분해되지 않습니다.
3신뢰성: 수천 시간 동안 일관성 있는 성능 (예를 들어, 심장 박동기 또는 투여 펌프의 10,000+ 회전)
4소형화: 내시경 (~ 10mm 지름) 또는 착용 가능한 패치와 같은 컴팩트 장치에 적합합니다.
5신호 무결성: 소음 없이 낮은 전압 신호 (예: EEG 또는 ECG 판독) 의 정확한 전송.

FR4 PCB: 저위험, 비용 효율적인 장치의 작업 마차

FR4 는 유리로 강화 된 에포시스로 만든 가장 일반적인 PCB 물질입니다. 그 인기는 저렴성과 다재다능성에서 비롯되지만 높은 스트레스 의학적 환경에서 한계를 가지고 있습니다.

의학적 용용의 핵심 특성
1생물 호환성: 비이식 장치에 대한 기본 표준 (ISO 10993-1) 을 충족합니다. 외부 사용에 안전합니다.
2살균 저항성: 제한된 화학적 살균 (예를 들어, 알코올 지퍼) 을 견딜 수 있지만 자동 클라브 (121 °C + 증기) 또는 백액과 같은 가혹한 화학 물질에 장기적으로 노출되면 분해됩니다.
3기계적 견고성: 고정 장치에 딱딱하고 내구성 있지만 유연성이 부족합니다.
4비용: 세 가지 옵션 중 가장 낮습니다 (표준 등급의 경우 평방 피트당 5~10), 대용량, 저렴한 장치에 이상적입니다.

FR4의 가장 좋은 의료용품

FR4는 열, 습기 또는 빈번한 살균에 노출이 적은 장치에서 잘 자란다:
1환자 모니터: 외장 단말기, 생체 신호 (심동 박동, 혈압) 를 추적하고 일회용 센서를 사용합니다.
2진단 장비: 통제된 실험실 환경에서 작동하는 PCR 기계나 혈액 분석기 같은 벤치 톱 장치.
3의료용 카트: 강도와 비용이 유연성보다 더 중요한 전원 공급 장치 또는 데이터 로거를 위한 주택.

폴리아미드 PCB: 고 스트레스 환경의 골드 표준

폴리마이드 (PI) 는 극도의 내구성과 유연성으로 알려진 고성능 폴리머입니다. 그것은 어려운 조건에 직면하거나 소형화를 필요로하는 의료 기기에 대한 선택의 재료입니다.

의학적 용용의 핵심 특성
1.생물 호환성: ISO 10993 표준을 초과합니다. 무활성, 무독성 특성으로 임플란테블 장치 (예: 신경 자극제) 에 사용됩니다.
2살균 저항성: 1,000+ 오토클라브 사이클 (134 ° C, 30 분) 과 반복적으로 에틸렌 산화물 또는 감마 방사선에 노출되어 균열, 왜곡 또는 화학 침수없이 견딜 수 있습니다.
3.온도 범위: -269°C에서 400°C까지 안정적으로 작동합니다. 외과 레이저나 냉동 치료 도구 근처의 장치에 있어 매우 중요합니다.
4유연성: 0.5mm의 반지름까지 구부릴 수 있으며, 카테터 샤프트나 내시경과 같은 좁은 공간에서 사용할 수 있습니다.
5신호 무결성: 낮은 변압전력 손실 (Df ≈0.002 10 GHz에서) 은 작은 생체 전기 신호 (예: 신경 충동) 의 정확한 전송을 보장합니다.

폴리마이드 의 가장 좋은 의료 용도
폴리마이드는 내구성, 유연성 또는 생물 호환성을 요구하는 장치에 필수적입니다:
1.이식 가능한 장치: 심장 박동기, 디피브리레이터 및 척수 자극기, 장기간 (10년 이상) 체내 신뢰성이 필수입니다.
2최소한의 침습 도구: 내시경, 복강경, 그리고 유연한 PCB를 필요로 하는 로봇 수술 팔.
3. 착용 가능한 모니터: 유연성과 땀/신체 기름에 대한 저항이 핵심이 되는 지속적인 포도당 또는 ECG 모니터링을 위한 피부 패치.

딱딱하고 유연한 PCB: 복잡한 디자인에 대한 하이브리드 솔루션

딱딱하고 유연한 PCB는 튼튼한 FR4 또는 폴리아미드 섹션을 유연한 폴리아미드 힌지와 결합하여 구성 요소의 구조적 안정성과 이동의 유연성을 결합합니다.

의학적 용용의 핵심 특성
1디자인 다재다능성: 딱딱한 섹션에는 부피가 큰 부품 (마이크로 컨트롤러, 배터리) 이 있으며 유연한 힌지는 구부러지는 것을 허용하여 커넥터 (실패 지점) 의 필요성을 줄입니다.
2공간 효율성: 전선 배열을 제거하여 딱딱한 디자인과 비교하여 장치 크기를 30~50% 절감합니다. 휴대용 초음파 탐사기와 같은 휴대용 장치에 매우 중요합니다.
3신뢰성: 더 적은 커넥터가 더 적은 실패 지점을 의미합니다. 빈번한 움직임에 시달리는 장치 (예를 들어, 관절 팔을 가진 로봇 수술 도구) 에 이상적입니다.
4살균 호환성: 폴리아미드 유연 섹션을 사용하면 순수한 폴리아미드 PCB와 같은 살균 방법에 견딜 수 있습니다.

딱딱하고 유연한 PCB의 최고의 의료 응용

딱딱하고 유연한 디자인은 구조와 이동성이 필요한 장치에서 빛납니다.
1로봇 수술 시스템: 움직이는 팔을 가진 도구 (예를 들어, 다 빈치 수술 로봇), 딱딱한 섹션이 모터를 잡고 유연한 힌지는 정확한 관절 움직임을 가능하게합니다.
2휴대용 진단장치: 휴대용 초음파 또는 ECG 기계, 단단한 섹션은 민감한 전자 장치를 보호하고 유연한 힌지는 인체공학적 조작을 허용합니다.
3다기능 웨어러블: 단단한 센서 모듈과 팔다리를 감싸는 유연한 스트립을 결합한 스마트 패치로 데이터 정확성과 사용자 편의성을 보장합니다.

개인 대 대 비교: 의료기기의 핵심 지표

아래 표는 각 옵션이 중요한 의료 요구 사항에 어떻게 대응하는지 요약합니다:

실제적 사례 연구: 올바른 선택 이 어떻게 중요 합니까?

케이스 1: 임플란테블 페이시머 제조업체는 초기 실패로 FR4에서 폴리마이드 PCB로 전환했습니다.폴리마이드의 생체 호환성 및 체액에 대한 저항성환자들의 재수술률을 60% 감소시킵니다.

케이스 2: 라파로스코프 설계 (Laparoscope Design) 튼튼한 플렉스 재설계로 단단한 FR4 PCB를 유선 연결으로 대체하여 라파로스코프 직경을 12mm에서 8mm로 줄였습니다.덜 침습적인 수술과 더 빠른 환자의 회복을 가능하게.

케이스 3: 휴대용 ECG 모니터 Polyimide 대신 FR4를 사용하는 것은 FR4의 표면이 손상되어 신호 소음을 유발하기 때문에 20 개의 알코올 지느러미를 마친 후 실패했습니다. Polyimide로 전환하면 문제가 해결되었습니다.성능 손실 없이 500번 이상의 지워프에 견딜 수 있습니다..

올바른 PCB를 선택하는 것: 의사 결정의 틀
가장 좋은 선택지를 선택하려면 다음 질문들을 해 보십시오.
1이 장치는 장착되거나 외부에서 사용될 것인가? 이 장착용품은 폴리마이드를 필요로 하며, 외부의 저스트레스 장치는 FR4를 사용할 수 있습니다.
2얼마나 자주 살균 할 것인가? 자주 자동 절제 (≥100주기) 는 폴리마이드 또는 폴리마이드로 딱딱한 플렉스를 필요로합니다.
3- 굽거나 좁은 공간에 적합해야합니까? 융통성 요구 사항은 폴리마이드 또는 딱딱한 플렉스입니다.
4예산은 얼마입니까? FR4가 가장 저렴하고, rígido-flex가 가장 비싸지만 장애를 줄임으로써 장기적으로 비용을 절감합니다.

결론
FR4, 폴리아미드, 그리고 딱딱한 플렉스 PCB는 각각 의료기기 설계에서 다른 역할을 합니다. FR4는 낮은 스트레스 외부 장치에 대한 경제적 선택입니다.폴리마이드 (polyimide) 는 임플란테블과 유연한 도구에서 우수합니다., 그리고 딱딱한 플렉스 PCB는 복잡하고 공간적으로 제한된 디자인을 해결합니다.

핵심은 PCB의 특성을 장치의 환경에 맞추는 것입니다.휴대용 또는 최소 침습 장치에 대한 유연성비용보다 이러한 요인을 우선시함으로써 의료기기가 규제 기준을 충족하고 안정적으로 작동하며 가장 중요한 것은 환자를 안전하게 유지하는 것을 보장합니다.