集成計算能力和微電子構成元件能否幫助您開發下一代植入式傳感器、可穿戴設備或便攜式儀器？
一種三芯片、雙墊片堆棧
半導體、材料、能源等方面的進步正促使包括醫療電子設備在內的電子產品實現微型化。Design News采訪了Promex新任首席運營官Dave Fromm，詢問了有關醫療器械微電子工程方面的一些問題。
問：微電子技術如何用于醫療技術行業，未來又有哪些潛在用途？
答：半導體制造技術的進步提高了計算能力，并從以下兩個方面對醫療技術產生深遠影響。首先，原始計算能力更容易在芯片級別獲得并集成至醫療技術設備中，曾經是專業行業領域現如今已成為集成至醫療器械的計算工具，從而實現其它復雜功能。其次，微電子密度使得器件越來越小，能耗也越來越低。兩者的結合實現了十年前夢寐以求的集成水平，無論是帶主動式傳感器的微型可植入式設備、可穿戴設備，還是高性能的小型便攜式儀器和簡化用戶工作流程的自動化技術都是這種技術進步的有力佐證。隨著這些零部件都已實現商業化，現在所面臨的挑戰在于如何集成和組裝可制造的、可靠產品。
問：微電子技術在其它行業的應用是否能激發新的醫療用途？
答：確實如此！商用集成計算能力和微電子構成元件的民主化正成為醫療器械發展的新前沿。相比只能制造出逐步完善現有技術的漸進式產品，產品設計師現在能夠設計出一系列革命性產品來解決新問題。
問：什么才算是微電子？如何能夠/應該達到微電子的“微”標準？
答：我們認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的厚度）尺寸級的子設備。實現這些尺寸級別需要能定位控制到幾微米的裝配工具/工藝以及實際上能夠將它們在三維空間中組裝起來并確保現場可靠性的材料。
問：醫療微電子設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。確保設備在使用壽命內持續保持高質量是產品設計的核心。正確集成/微型化自然能夠提升設備可靠性。首先，設備在內部路徑長度縮短的情況下使用壽命更長—物理世界與設備交互作用更少。然而，微型器件也會面臨新的問題。最關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，使用適當的材料確保界面可靠，并管理設備內部電源。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性。在開發、制造和使用過程中，通常必須使用特殊工具來發現缺陷或其它問題。這本身就是一門藝術！
問：微電子供電領域有哪些最新進展？
答：隨著這些領域的發展，電源成為微型化的主要驅動力。首先，我們需要提供電源；大力推動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（其中延長傳輸距離和提高傳輸效率是需要改進的關鍵問題）。其次，需要降低器件功耗。
問：芯片設計和功能方面取得哪些最新進展？
答：芯片不再是（基本上）二維器件。設計師現在希望在單個封裝內堆疊/排列多個器件，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電裝置。
問：材料方面取得哪些有益于微電子技術的進展？
答：組裝用膠粘劑可能是微電子集成最關鍵的發展領域。您可能沒有想到這一點，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，確保膠水流向設計預期方向，而非偏移預期方向；開發具有特定光學特性、特定生物相容性和/或化學穩定性的膠粘劑；研發具有所需導電性和/或導熱性或機械特性的材料，以提高強度和可靠性。
問：微電子領域是否面臨最終用途或環境方面的挑戰？如何應對這些挑戰？
答：隨著應用范圍的擴大，微電子設備的運輸、儲存和使用條件正發生巨大變化。這對化學穩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如何與醫療技術設計師在微電子領域展開合作？設計師的常見要求有哪些？貴公司是如何滿足他們的要求？
答：Promex與醫療技術設計師在產品開發的各個環節展開合作。我們看到一些合作伙伴帶著概念化的餐巾紙草圖或簡單設計模型與我們共同探討，如何實際構建它們、有哪些影響設計元素、選擇哪些材料和部件。在整個過程中，我們也發現了關鍵風險。其他的合作伙伴雖然有成熟的產品正在生產中，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：設計和制造微電子醫療器械時，通常使用的是標準設計和材料，還是進行大量定制？
答：鑒于產品設計師的創造力以及現代醫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，這一趨勢愈發明顯。然而，最成功的設計是通常綜合運用不同市場上各種成熟的設計元素和組裝過程。關鍵在于如何以新方式使用“舊”產品。
問：制造集成微電子設備的優質醫療技術產品需要什么？
答：需要更多的人才加入到該領域。幸運的是，我們看見了非醫療技術領域的年輕專業人士，比如電氣工程師，他們對神經調節等新興領域有著自己的想法，因為他們看到未滿足的需求，并提出了解決醫療問題的方案。相比過去，現在我們看到各種技術、行業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推動集成微電子設備的醫療技術向前發展。
文章翻譯來源：Design News
