医学设计中的焊接与粘接

文章：Michael Garry

医疗器械的本质是它与患者的关系。可穿戴技术是预防健康的一个日益增长的趋势，比如把智能手表和监视器放在皮肤上。这些设备的工程师必须找到解决方案，使医疗技术足够灵活和耐用，以适用于人的手腕或臀部等部位。

另一方面，皮肤下的皮肤装置，如替代心脏瓣膜或神经系统植入物，接受III类指定，这意味着它们被确定为高风险作为CE标记过程的一部分。这些器件 - 通常任务支持支持或维持人类生命 - 两者都为患者提供更大的威胁。

患者可能会因设备故障或意外伤害而受到伤害。病人可能会失去他或她的生命，如果，例如，植入设备故障。与此同时，如果设备内的物质进入人体，就可能导致感染。除其他特性外，这些设备要求100%的密封性和关节完整性。

当然，设备的质量受各种因素的影响，从其材料和设计到其制造过程的可靠性。实际上，这还取决于成本。对于致力于通过制造高质量设备来实现高质量护理的工程师来说，制造过程必须在最及时和最经济有效的速率下产生一致的质量。对于III类设备的制造和可穿戴设备的开发，结合正确的焊接和粘接技术可以促进高质量的产品，同时保护患者的健康和制造商的底线。

以缝焊为例;这是确保心脏起搏器等关键设备的密封性和设备寿命的重要步骤。设备制造商并不缺乏选择。等离子焊接是常用的焊接方法，而且效果较好。电子束焊接是另一种干净的工艺，产生了较好的效果。然而，这些进程都可以以不必要的速度消耗时间。它们还需要具有真空室等组件的高度复杂的系统。过程中涉及的元素越多，微小的误差就越有可能影响质量。即使轻微的不一致被发现并在工厂被引入医疗护理之前补救，缺陷也会造成材料和时间的浪费。

激光焊接通常可以提供与这些传统工艺相同或更高的精度，这为制造商提供了重要的优势。首先，没有耗时的真空室或类似的涉及。激光焊接可以在惰性气体气氛中进行，通常以氮气为基础，如Amada Miyachi手套箱系统。重要的是，激光焊接通常比其他焊接方法更快，而且可以创建非常可靠的接头。一般来说，医疗设备制造商现在选择自动激光焊接作为降低成本和改善焊接过程控制的一种方式。

图1激光焊接起搏器壳体产生气密密封。
(来源:Amada Miyachi欧洲)

先进的激光焊接系统得益于视觉系统等功能，视觉系统通过与被焊接的特定部件交互来增强机器的自动化能力。视觉系统使用摄像机来识别零件，识别焊接区域，并确定激光器开始连接零件的最佳位置。这可以节省大量资源。许多起搏器部件是压紧的，不是加工的，所以接口的位置是不同的。手动对齐每个设备可能需要几分钟。Amada Miyachi欧洲激光焊接系统的视觉系统和定制软件算法将任务缩短到几秒钟。

使用激光的另一个主要优点是它的灵活性。一个主要的例子来自次级管的生产。这一过程需要微加工成导管，也称为导管尖端。然后把尖端焊接到另一根金属丝或管子上，这就是所谓的轮毂。有了Amada Miyachi的激光焊接系统，激光机器可以切割和焊接金属。事实上，独立的系统也可以进行涂层的标记和烧蚀。

除了将起搏器和试管的部件焊接在一起，激光焊接系统也能有效地焊接某些类型的支架、药物泵、可植入的阀门和其他生命支持设备。然而，对于每一个有创设备，甚至是构成该设备的每一个关节，都没有必要选择使用激光焊接。例如，焊接起搏器内部的电池，通常采用电阻焊接。这一过程与激光焊接最主要的不同之处在于机器和被制造设备之间的关系。在电阻焊接中，焊工接触到正在焊接在一起的部件，并在那一点施加压力和电流。在激光焊接中，只有激光束接触焊缝区域。

在可穿戴物品市场中，连接零件的目标不一定是无缝的。尽管如此，人体及其与设备的界面的现实仍然对制造商构成了中央挑战。一个主要问题是如何将高科技集成 - 与其金属化电路 - 与患者形式弯曲的物品。

这里，采用的相关技术在某种程度上是类似于电阻焊接的。热杆键合使用温度（或热棒）在受控压力下在材料之间产生电互连。通过使用这种方式迫使材料层，可以通过以这种方式迫使材料层，如金色，以监测与皮肤和微小的接触，柔性电池，以便从与皮肤和微小的接触来实现，从而实现患者的小，灵活的特性。

并非所有绑定到可穿戴物的元素都被迫融化和改革。各向异性导电膜或ACF是在需要细间距并且不能施加选择性回流焊接时使用的层压或预粘接层。例如，这有利于柔性电路板之间的互连，并显示。ACF材料由填充有导电颗粒和保护层的粘合剂组成。使用Newhorizo​​n Hot Bar Desktop系列系统，ACF定位在粘合面上，通过施加温度和压力来实现ACF层压。一旦完成了ACF层压并且弯曲已经对齐以将迹线与基板上的迹线匹配，再次致动热电（热杆）以在受控压力下将部件加热到最终键合步骤的受控压力下的最终键合温度。

ACF键合是几种热条技术之一。其他包括热条回流焊接，其中在焊料熔化之前，两个部件涂有焊料，以连接零件，加热铆接，脉冲热法加入塑料部件，用另一个部分由塑料或其他材料制成，以形成a铆接类型的关节。

图2ACF键合连接刚性和柔性电路板。
(来源:Amada Miyachi欧洲)

当然，这些技术的每一个应用都需要精心设计。在开发集成先进焊接或粘接技术的产品制造方案时，最好与专家协商。如果一个想要开发医疗设备的客户把他们的产品带到一家自动化公司，这家公司可以对部件进行操作，并把它们放在正确的位置上，他们可能不具备Amada Miyachi欧洲公司内部拥有的深入的工艺知识。激光焊机集成不正确可能导致系统损坏。当与拥有必要的专家设计和应用知识的供应商合作时，这可能很容易避免。此外，并不总是立即清楚哪种技术最适合医疗设备的焊接挑战，因为接头配置是选择正确焊接工艺的关键。

出于这个原因，最重要的是制造商咨询焊接或粘接专业知识，并进行勤勉的设计过程。Amada Miyachi欧洲促进了这两个目标。他们的定制过程始于与新客户的咨询，以了解他们要开发的产品的要求。Amada Miyachi Europe评估提议的接头是否合适，然后参与设计过程，以确保质量。然后将来自客户的信息带到应用实验室，应用实验室将考虑哪些焊接设备是必要的和合适的。

在激光焊接系统的情况下，应用工程师将决定使用什么激光。对于烧蚀，紫外线激光器可以用于某些材料，而光纤激光器可能更适合用于其他材料。从那里开始，该技术被构建成一个模块化的系统平台，客户参与整个设计和构建过程。一旦该系统被创建，Amada Miyachi欧洲公司会邀请客户对该机器进行长时间的测试，以确保其表现符合预期。最后，Amada Miyachi欧洲的工程师在客户现场安装系统，并对客户员工进行使用培训。其结果不仅仅是激光系统或热棒系统;它是对客户和最终用户具有特定价值的解决方案。

设备制造商在设计制造工艺时，有许多焊接和粘接技术可供选择。一些技术最适合III类设备，而其他技术则更多地适用于可穿戴设备和其他非侵入性技术。在任何情况下，在做决策时了解执行类似功能的技术的优点和缺点都是有益的。Amada Miyachi欧洲为所有制造商提供专业知识，并正确匹配任何焊接、焊接、粘接、钎焊、激光微加工和激光打标应用，为他们的需求提供最合适的平台，根据制造商的特定生产需求定制任何产品。

Michael Garry是Amada Miyachi Europe的欧洲商业发展经理。