Path: EDNTaiwan電子技術設計 >> 設計中心 >> IC/電路板/系統設計 >> 實現更先進醫療電子設備 創新半導體封裝技術扮要角
IC/電路板/系統設計 Share print

實現更先進醫療電子設備 創新半導體封裝技術扮要角

2016年01月08日  | Karthikeyan Soundarapandian/德州儀器醫療科技系統與事業發展經理、Sreenivasan Koduri, PhD/德州儀器研究人員

Share this page with your friends

因應現今社會的健康意識抬頭,因此研發了各種新電子技術,希望改善醫療、健康與健身。


醫療電子涵蓋眾多應用,從醫療院所最頂尖的造影設備,到消費者可隨時上門購買的穿戴式裝置,都協助醫療人員更有效地照顧患者,而一般民眾也承擔更多監督自身健康的責任。


醫療系統IC設計與生產時,運作功能與穩定性非常重要,例如使用X光放射製作的高品質電腦斷層掃描不能失真,才得以妥善診斷與治療;穿戴式裝置必須承受運動時的劇烈動作與汗水。對半導體公司而言,供應醫療與健身應用所需的IC則必須滿足這些需求,如何開發既能保護晶片又能連接至系統的先進封裝技術,即成為一大挑戰。


人們討論電子技術時,常認為頂尖的電路設計重點在於促成新應用,有時會忽略IC封裝,但無論是進階封裝技術,或是電路板貼裝及配置等相關技術,都攸關創新工業設計成敗。創新電子線路與應用仰賴同樣創新的晶片封裝,醫療電子技術若要成功突破,客戶需要在更小封裝內容納更多電路,並兼顧效能與穩定。封裝必須包覆與保護內部線路,同時保留對外連接或環境感測的接觸點。


IC封裝若符合這些需求,並結合其他晶片設計與製造技術,即可打造促進健康的先進醫療診斷與監控設備。現今醫療與健身電子設備持續進步,半導體封裝也不斷在演進,以符合新應用的需求。


醫療系統需求

依應用本質不同,醫療與健身設備需求各異,例如X光、電腦斷層、超音波等先進顯影系統均需要高解析度以提供醫師最清晰的體內組織影像。穿戴式手錶及鎖定重視健身消費者的其他應用,則以壓低成本為一大設計目標;設計消費性穿戴式裝置與攜帶式醫療設備時,也希望盡量縮小尺寸與減輕重量,進而降低用電量及延長電池續航力。


無論在醫療院所或消費型領域,攜帶式均成為醫療電子設備一大趨勢,無論是智慧手持裝置,或是黏貼拋棄式心電圖/脈搏血氧貼片裝置,均可透過無線傳輸至網路,免除外接系統的線路,這些無線裝置可回報至不在同一空間的中央電腦,也能蒐集其他來源的資訊輔助診斷。設備的移動能力增加後,看護人員能夠更早掌握患者情況,例如救護車上或候診間裡,病患也能更早出院,再運用穿戴式追蹤裝置持續照護,並以無線途徑向醫師回報情況。


效能、輕巧、可靠,這些都是IC封裝與晶片本身需符合的條件,在醫療與健身設備半導體市場有豐富經驗的TI投入了龐大資源,開發出搭配先進晶片電路的創新封裝,透過運用TI裝置的成功設計案例,可說明創新封裝提供哪些解決方案,有助於打造各種新式醫療及健身設備。


晶片堆疊及縮小尺寸 創造高解析度影像

新一代數位影像技術正改變各種醫療領域,協助醫師比以往更清楚地觀察體內組織。捕捉數位影像的感測器使用大量畫素,提供最佳解析度,而系統必須謹慎處理畫素資料,確保電腦生成影像的過程中沒有遺失任何資料。負責傳輸個別畫素的通道,必須盡可能地快速及接近感測器來源將類比訊號轉換為數位資料,以減少訊號失真問題。


圖1 四個類比數位轉換器對諜在單一封裝之中。
圖1 四個類比數位轉換器對諜在單一封裝之中。

對晶片封裝與佈線而言,最大挑戰在於如何在有限空間中,盡量增加類比數位轉換器(ADC)封裝數量,卻又不影響效能,TI為電腦斷層感測器開發的創新解決方案中,在單一封裝內堆疊四個晶片。單一高速ADC晶片均無法處理如此大量的通道需求,而且在有限的設備空間裡,通道排列太過緊密,無法讓多個ADC並排。


但如圖1所示,四個ADC相互堆疊後,在32條通道的空間內納入128條通道,或是在實際設計中,使用兩個四堆疊裝置,則是在64條通道的空間內納入256條通道。以立體空間增加線路密度在半導體業界日益普遍,但這項挑戰必須謹慎處理,訊號堆疊愈密集,串音及其他干擾的風險愈大,甚至可能削弱或破壞設計效能。光是在單層高效能裝置裡,運作及線路散熱就已經很棘手,更遑論是四層堆疊,不過在創新技術、封裝設計、製造及測試下,在電腦斷層顯影感測器裝置中,多層裝置已能滿足需求。


圖2 軟膜覆晶(COF)接合技術與混合式封裝。
圖2 軟膜覆晶(COF)接合技術與混合式封裝。

數位X光顯影應用同樣需要先進封裝創新,對醫療人員而言,數位X光感測器相當重要,要可以立即得知結果、並能以電子方式傳輸與儲存,亦可透過電腦顯影技術提升,例如TI有一位客戶的設計就受到封裝限制,因為數位感測器必須安裝在傳統底片盤的空間。


數千條畫素通道使用彈性匯流排線路,從感測器傳輸出去,若希望盡量拉近ADC晶片與源頭的距離,唯有使用在多晶片混合式封裝的電路上堆疊ADC晶片。且由於每件封裝都有256條通道,連接器必須極為穩固。此外,因為裝置堆疊在電路上,對連接點產生與眾不同的機器穩定性要求,圖2運用軟膜覆晶接合技術,讓封裝成功通過測試,因應彈性基材的壓力。


(未完,請參閱下頁更多內文及附圖)

1 • 2 Next Page Last Page


想要免費接收更多的技術設計資訊嗎?

馬上訂閱《電子技術設計》郵件速遞,透過郵箱輕鬆接收最新的設計理念和產品新聞。

為確保您的資訊安全,請輸入右方顯示的代碼.

啟動您的訂閱申請

我們已給您的註冊郵箱發送了確認信,請點擊信中的連結啟動您的訂閱申請。

這將有助於我們很好地保護您的個人隱私同時確保您能成功接收郵件。


添加新評論
遊客 (您目前以遊客身份發表,請 登入 | 註冊)
*驗證碼:

新聞 | 產品 | 設計實例