Bonnes pratiques pour la conception de dispositifs médicaux miniaturisés
Un ingénieur électricien partage des conseils pour travailler avec de petites cartes de circuits imprimés pour dispositifs médicaux.
DM+DI a demandé à Diego A. Sorrentino, MASc., P.Eng., responsable de l’ingénierie électrique chez StarFish Medical, de partager les meilleures pratiques pour la conception de dispositifs médicaux miniatures du point de vue de l’ingénierie électrique. Il a proposé les trois conseils suivants aux innovateurs en technologie médicale travaillant avec de petites cartes de circuits imprimés (PCB).
Sommaire
Faites tourner une carte de développement à grand facteur de forme
L’un des défis fondamentaux du prototypage de produits miniatures consiste à les manipuler et à interagir avec eux au cours des premières étapes de développement. Cela est particulièrement vrai lorsqu’il s’agit d’extraire ou d’injecter des signaux dans de petites cartes de circuits imprimés. Dans une occasion, nous avons dû concevoir un système d’enregistrement de données cinématiques pour tenir dans un centimètre cube d’espace. Les composants passifs étaient à peine visibles à l’œil nu. Les pièces devaient être si serrées qu’il était impossible de toucher une seule trace de circuit imprimé avec une sonde d’oscilloscope.
Une solution évidente et pourtant parfois négligée à ce défi consiste à faire tourner un PCB à plus grand facteur de forme qui implémente la même architecture que le dispositif miniature prévu. Cela permet au développeur d’émettre plus de signaux pour faciliter la vérification et le dépannage de la conception au cours des premières étapes. Avoir un prototype de facteur de forme plus grand permet également d’effectuer rapidement des corrections et des réparations sans avoir à attendre une nouvelle rotation de la carte.
Tester les composants critiques et les processus de fabrication en amont
Lors de la conception de dispositifs miniatures, les limites des processus de miniaturisation et de fabrication des composants seront probablement repoussées. Une bonne stratégie de développement au cours de la première phase de prototypage consiste à utiliser les composants critiques, les caractéristiques du circuit imprimé et les processus de fabrication destinés au dispositif final. Cela est vrai même si vous faites tourner une carte prototype à grand facteur de forme. C’est une bonne idée de le remplir avec les mêmes pièces qui sont destinées à la conception finale.
D’après notre expérience, et en particulier lorsque nous repoussons les limites de la miniaturisation, le faible rendement de fabrication des PCB est l’un des plus grands défis à surmonter. La conception du circuit imprimé et les paramètres du processus de fabrication peuvent nécessiter quelques itérations jusqu’à ce que le rendement atteigne des niveaux acceptables. Par exemple, une attention particulière doit être accordée à la conception de l’empreinte des composants car il n’est pas rare de rencontrer des problèmes dus à un mauvais mouillage des plaquettes lors de la fabrication. D’autres fonctionnalités de PCB « avancées » telles que les vias percés au laser, si la conception l’exige, peuvent valoir la peine d’être prototypées à un stade précoce.
Envisagez d’utiliser des PCB Rigid-Flex pour les dispositifs médicaux
Lorsque l’espace est limité, les composants électroniques peuvent devoir être installés dans tous les coins disponibles. Souvent, cela peut être réalisé en logeant plusieurs PCB interconnectés. Les PCB Rigid-Flex offrent un moyen flexible (sans jeu de mots !) et peu encombrant d’interconnecter des circuits, éliminant ainsi le besoin de câbles et de connecteurs. Un polymère flexible auquel un film de cuivre peut être collé et gravé est au cœur des PCB Rigid-Flex. Des sections rigides sont ensuite construites autour de ce noyau en utilisant les matériaux PCB rigides habituels comme la fibre de verre pré-imprégnée et laminée. Selon l’application, les régions flexibles peuvent devoir être pliées plusieurs fois lors de l’assemblage ou indéfiniment pendant la durée de vie de l’appareil. En règle générale, cette dernière option limitera le rayon de courbure du pli. Les plis destinés à plusieurs flexions nécessiteront des rayons de courbure plus grands (10 fois plus grands) pour éviter de fracturer la feuille de cuivre attachée.
