集成計(jì)算能力和微電子構(gòu)成元件能否幫助您開發(fā)下一代植入式傳感器、可穿戴設(shè)備或便攜式儀器？
一種三芯片、雙墊片堆棧
半導(dǎo)體、材料、能源等方面的進(jìn)步正促使包括醫(yī)療電子設(shè)備在內(nèi)的電子產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)微型化。Design News采訪了Promex新任首席運(yùn)營(yíng)官Dave Fromm，詢問了有關(guān)醫(yī)療器械微電子工程方面的一些問題。
問：微電子技術(shù)如何用于醫(yī)療技術(shù)行業(yè)，未來又有哪些潛在用途？
答：半導(dǎo)體制造技術(shù)的進(jìn)步提高了計(jì)算能力，并從以下兩個(gè)方面對(duì)醫(yī)療技術(shù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。首先，原始計(jì)算能力更容易在芯片級(jí)別獲得并集成至醫(yī)療技術(shù)設(shè)備中，曾經(jīng)是專業(yè)行業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)如今已成為集成至醫(yī)療器械的計(jì)算工具，從而實(shí)現(xiàn)其它復(fù)雜功能。其次，微電子密度使得器件越來越小，能耗也越來越低。兩者的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了十年前夢(mèng)寐以求的集成水平，無論是帶主動(dòng)式傳感器的微型可植入式設(shè)備、可穿戴設(shè)備，還是高性能的小型便攜式儀器和簡(jiǎn)化用戶工作流程的自動(dòng)化技術(shù)都是這種技術(shù)進(jìn)步的有力佐證。隨著這些零部件都已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，現(xiàn)在所面臨的挑戰(zhàn)在于如何集成和組裝可制造的、可靠產(chǎn)品。
問：微電子技術(shù)在其它行業(yè)的應(yīng)用是否能激發(fā)新的醫(yī)療用途？
答：確實(shí)如此！商用集成計(jì)算能力和微電子構(gòu)成元件的民主化正成為醫(yī)療器械發(fā)展的新前沿。相比只能制造出逐步完善現(xiàn)有技術(shù)的漸進(jìn)式產(chǎn)品，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師現(xiàn)在能夠設(shè)計(jì)出一系列革命性產(chǎn)品來解決新問題。
問：什么才算是微電子？如何能夠/應(yīng)該達(dá)到微電子的“微”標(biāo)準(zhǔn)？
答：我們認(rèn)為微電子是一種微米（百萬分之一米；100微米約等于人類頭發(fā)的厚度）尺寸級(jí)的子設(shè)備。實(shí)現(xiàn)這些尺寸級(jí)別需要能定位控制到幾微米的裝配工具/工藝以及實(shí)際上能夠?qū)⑺鼈冊(cè)谌S空間中組裝起來并確?，F(xiàn)場(chǎng)可靠性的材料。
問：醫(yī)療微電子設(shè)備是否存在可靠性和使用壽命問題？如何解決這些問題？
答：這些都是非常重要的問題。確保設(shè)備在使用壽命內(nèi)持續(xù)保持高質(zhì)量是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心。正確集成/微型化自然能夠提升設(shè)備可靠性。首先，設(shè)備在內(nèi)部路徑長(zhǎng)度縮短的情況下使用壽命更長(zhǎng)—物理世界與設(shè)備交互作用更少。然而，微型器件也會(huì)面臨新的問題。最關(guān)鍵的是正確管理不同材料之間的界面；在組裝過程中，必須注意保持界面清潔，使用適當(dāng)?shù)牟牧洗_保界面可靠，并管理設(shè)備內(nèi)部電源。此外，相比大型器件，觀察和了解微型器件潛在的或已觀察到的可靠性問題更具挑戰(zhàn)性。在開發(fā)、制造和使用過程中，通常必須使用特殊工具來發(fā)現(xiàn)缺陷或其它問題。這本身就是一門藝術(shù)！
問：微電子供電領(lǐng)域有哪些最新進(jìn)展？
答：隨著這些領(lǐng)域的發(fā)展，電源成為微型化的主要驅(qū)動(dòng)力。首先，我們需要提供電源；大力推動(dòng)提高功率密度和降低電池成本，或通過電感耦合由外部電源供電（其中延長(zhǎng)傳輸距離和提高傳輸效率是需要改進(jìn)的關(guān)鍵問題）。其次，需要降低器件功耗。
問：芯片設(shè)計(jì)和功能方面取得哪些最新進(jìn)展？
答：芯片不再是（基本上）二維器件。設(shè)計(jì)師現(xiàn)在希望在單個(gè)封裝內(nèi)堆疊/排列多個(gè)器件，以提升性能并集成不同的功能，通常稱為小芯片組。微型傳感器是基于芯片的機(jī)電裝置。
問：材料方面取得哪些有益于微電子技術(shù)的進(jìn)展？
答：組裝用膠粘劑可能是微電子集成最關(guān)鍵的發(fā)展領(lǐng)域。您可能沒有想到這一點(diǎn)，但是集成所需的膠粘劑必須具備極其廣泛的功能。這些功能示例包括控制粘度，確保膠水流向設(shè)計(jì)預(yù)期方向，而非偏移預(yù)期方向；開發(fā)具有特定光學(xué)特性、特定生物相容性和/或化學(xué)穩(wěn)定性的膠粘劑；研發(fā)具有所需導(dǎo)電性和/或?qū)嵝曰驒C(jī)械特性的材料，以提高強(qiáng)度和可靠性。
問：微電子領(lǐng)域是否面臨最終用途或環(huán)境方面的挑戰(zhàn)？如何應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)？
答：隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，微電子設(shè)備的運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用條件正發(fā)生巨大變化。這對(duì)化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性以及溫度、濕度和抗振性/抗沖擊性提出了新的要求。
問：Promex如何與醫(yī)療技術(shù)設(shè)計(jì)師在微電子領(lǐng)域展開合作？設(shè)計(jì)師的常見要求有哪些？貴公司是如何滿足他們的要求？
答：Promex與醫(yī)療技術(shù)設(shè)計(jì)師在產(chǎn)品開發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)展開合作。我們看到一些合作伙伴帶著概念化的餐巾紙草圖或簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)模型與我們共同探討，如何實(shí)際構(gòu)建它們、有哪些影響設(shè)計(jì)元素、選擇哪些材料和部件。在整個(gè)過程中，我們也發(fā)現(xiàn)了關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)。其他的合作伙伴雖然有成熟的產(chǎn)品正在生產(chǎn)中，但是他們也存在亟需解決的制造方面的特定問題。還有一些合作伙伴的情況介于上述兩類情況之間。
問：設(shè)計(jì)和制造微電子醫(yī)療器械時(shí)，通常使用的是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和材料，還是進(jìn)行大量定制？
答：鑒于產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造力以及現(xiàn)代醫(yī)療器械存在的各種問題，需要無限定制，特別是隨著這些器械體積越來越小，這一趨勢(shì)愈發(fā)明顯。然而，最成功的設(shè)計(jì)是通常綜合運(yùn)用不同市場(chǎng)上各種成熟的設(shè)計(jì)元素和組裝過程。關(guān)鍵在于如何以新方式使用“舊”產(chǎn)品。
問：制造集成微電子設(shè)備的優(yōu)質(zhì)醫(yī)療技術(shù)產(chǎn)品需要什么？
答：需要更多的人才加入到該領(lǐng)域。幸運(yùn)的是，我們看見了非醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域的年輕專業(yè)人士，比如電氣工程師，他們對(duì)神經(jīng)調(diào)節(jié)等新興領(lǐng)域有著自己的想法，因?yàn)樗麄兛吹轿礉M足的需求，并提出了解決醫(yī)療問題的方案。相比過去，現(xiàn)在我們看到各種技術(shù)、行業(yè)和專家之間相互交流、相互融合也越來越多。只有匯聚各種人才和奇思妙想才能繼續(xù)推動(dòng)集成微電子設(shè)備的醫(yī)療技術(shù)向前發(fā)展。
文章翻譯來源：Design News
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