医疗级PCB板是开启健康和护理未来的关键。随着医疗保健行业朝着更先进技术、更精密自动化水平迈进，具备高级功能的医疗机器人将成为常态。

它们将不仅仅处理基本的维护任务。也许很快就能在诊室或医院中看到与机器人员工、护士甚至临时外科医生交流和互动的场景。这一场景虽然有些令人觉得不可思议，但考虑到这些技术多数非常可靠，因此完全可能利用它们完成人类专家无法完成的工作。鉴于此，工程师该如何设计医疗级PCB板，适应不同的现场需求和状况呢？

电路板设计

设计过程可能略有出入，但总体架构基本相同。以下是医疗机器人PCB板设计和开发阶段的部分通用步骤：

1.创建原理图。第一步是收集所有相关信息，开始创建PCB图纸或原理图。这是最初的计划阶段，应该仔细考虑设计的电路板类型、材料选型、功耗要求以及其他关键因素，如排序或分割内电层等。医疗级PCB板必须遵循非常复杂的技术规范。

需要重点了解的是，原理图只是一个总体的指导原则。虽然必须满足规范要求，但随着工作=进展，部分其他要素也可能发生变化。例如，如果发现某些设计不当或不如预期高效，可能会考虑采用不同的器件布局设计。

2. 选择电路板外壳。外壳很重要的，可保护电路板不外露，避免受其他状况影响——这对于机器人内部设备尤为重要。但由于PCB板通常是定制化设计，因此还需定制外壳确保与电路板匹配。在开始开发前，需要投入大量时间选择材料和设计，并采购或生产元件。

以下是在选择外壳时需要考虑的部分事项：

•外壳最宜采用哪种配置——立式还是卧式？

•外壳需要支持多少板层？

•是否需要裁剪或修整电路板，适应外壳形状？

•哪些地方可以钻孔，有哪些安全防护措施？

•理想的布线宽度和间距是多少？

•是否存在电气间隙及检查孔，是否需要专门添加？

•生产或获取额外元件需要多少时间？

3.器件布放。无论是在设计还是组装阶段，器件布放花费的时间都最长。器件布局必须满足机械和电气要求，但也需要考虑性能方面——电路必须组合在一起。这可能需要围绕板面移动器件，通过测试响应或响应时间确定最佳配置。

此外，除了首选器件外，还应储备替代器件。测试其成功率和失败率非常重要。如果发现某一器件不符合标准，就能使用替代品进行更换——前提是已对替代品进行过了测试。

4.规划主要电流走向。虽然有一些自动选路工具，但也需要认识到它们的局限性。这类工具并不总是遵循最优流程，所以有必要检查功耗曲线，并在必要时进行手动调整。

无论如何，每一次PCB设计和组装流程都应该考虑到这一点。适当的间距、布线宽度、接地面和信噪比 (SNR) 是构建PCB板的关键要素。

5.创建测试点。在组装前、组装期和组装后，电路板的主要测试点分别在哪里？测试点越多，越有助于减少误差，确保在运行过程实现理想状态。更重要的是，根据所选的设计和布局，每个电路板都是唯一的，因此在每次更改或更新时都需要评估适当的测试方式——在后续的产品修订中也应如此。

完整的文档记录不可或缺，所以务必记录下测试流程、位置和结果，并妥善保管这些信息。

6.组装。流程最后一步当然是对电路板进行组装。这一步包括初始电路板开发、锡膏喷印和焊接、器件挑选和布放，以及其他任何微小的调整。最后必须经过检查确保质控。随后，视必要插入通孔器件。

必须进行功能测试，确保电路板、所有器件和产品本身处于完好工况。

PCB板保护

按照设计规格开发PCB板时，需要考虑很多事情，尤其是物理保护和耐腐蚀。例如，必须妥善计划组装过程，为嵌入式及焊接器件提供通孔器件安装、贴装或表面贴装方案。成品通常用于医疗成像系统，如CT和CAT扫描仪，以及心率、血压和血糖监测仪。

为对医疗级的PCB板提供保护并制定更安全的设计规划，需要充分了解设计规格、要求、用途和最终产品。如有必要，可以创建一个表面贴装式的电路板，确保使用过程及可能遇到的状况不会影响器件安全。

大多数医疗级设备不会遭受极端的使用环境，但可能用于无菌环境。它们可能应用于人体内，还可能遇到其他复杂环境。即使在最初设计和规划阶段，还必须考虑到这些情况和可能性。

医疗机器人可以在体内和体外使用。这将随着技术的不断进步而改变和发展。想象一下，纳米机器人可以进入患者血液评估健康状况，还可进行医学测量或治疗小型疾病。它们甚至可用于牙科或治疗用途。这些设备中的PCB板均十分微小，因此紧凑型设计无疑不可或缺。

设备和器件保护需要考虑许多不同的场景。常见因素有：

如何使用该设备？

设备会接触哪些条件？

是否需要对机器进行清洗或消毒，PCB板是否需要防潮？

使用了哪些材料？

电路布局是怎样的，需要安装哪些器件？

采用了哪种组装工艺？是否有更优的选择？

PCB器件的布放和布局的设计是一项复杂的流程，即使是小型DIY项目，机器人也需要循线或循墙移动，避开路径上的障碍。必须满足项目的机械需求，通过对电路进行分组实现更高的效率和可靠性，确保所有元件都能无缝安装到电路板上。这也仅仅是电路板本身的设计，选材、焊接、组装工艺和外壳也很重要。

PCB板设计存在的挑战

了解如何为医疗应用和机器人构建印制电路板只是一个开始。每种应用或机器人都需要独立的设计，这有可能会遇到以下几种困难：

•质量：医疗级PCB板具有不容妥协的更高标准，需要符合ISO 13485标准。即，当技术和监管要求发生变化时，设备仍能符合规范标准。因此，重点在于风险管理和基于风险的决策以及供应链的变化。

•风险管理：如果智能手表或智能手机出现故障，简单重启不会对任何人造成伤害。但如果像心脏起搏器这样的医疗级设备或支持技术出现问题，患者则有可能会失去生命。医疗机器人和设备必须符合ISO 14971标准，实现可托付实际使用的安全可靠等级。

•原型设计：医疗级的PCB板和医疗机器人将需要越来越多的定制化设计，以处理更复杂的任务。适当的原型设计系统必须到位，从而建立有效的产品，并以安全、负责任的方式对其进行测试和使用。

•生物友好型材料：在人体内外使用的材料必须与人体相容，包括PCB板、器件和电路的材料。对于那些将在体内无限期使用的设备（例如心脏起搏器）而言尤为如此。为了患者的健康，必须确保这些器件能够被接受并正常工作。

•制造和组装：电路的制造需要时间，但通过更智能的组装方式可以在不影响质量的情况下提高产量。从某种程度上讲，设计也需要将这一挑战考虑在内，因为过于复杂的布局会使情况复杂化，并可能会引起故障。应给予这一步骤很大的关注。

医疗行业的未来　

医疗机器人将有助于塑造健康和医疗行业的未来。它们可以提高护理和服务效率、处理日益复杂的任务并弥补现场人工短缺。美国医学院联合会 (AAMC) 预计，到2033年，医生数量缺口将达到13.9万人。这些机器人尺寸各异，可以在人体内外扮演重要的角色。

医疗级PCB板对这些技术的持续使用和发展有着重要的作用。印制电路板是这些设备和系统的核心，可以实现多种功能，即建立一套有着适当功能的电路。必须将这些PCB板和机器人作为一个整体进行保护，从而以最优方式运行设备，并保护患者安全。这将推动医学领域的持续进步。