คู่มือการผลิตและการประกอบแผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์

มีการประเมินว่าตลาดอิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์ทั่วโลกจะมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี (CAGR – Compound Annual Growth Rate) อยู่ที่ 4.5% ตั้งแต่ปี 2018 ถึงปี 2023 เนื่องมาจากการเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของค่าใช้จ่ายด้านสุขภาพ การเข้าสู่สังคมผู้สูงอายุ และความจำเป็นที่เพิ่มขึ้นในการรักษาโรคเรื้อรัง แผงวงจรพิมพ์ (PCB – Printed Circuit Board) มีบทบาทหลักในการช่วยให้เกิดการทำงานของอุปกรณ์ทางการแพทย์ ซึ่งส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความน่าเชื่อถือและความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับของกระบวนการผลิตและการประกอบ PCB ทางการแพทย์

การประยุกต์ใช้แผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์

การใช้งานอุปกรณ์การแพทย์ที่แผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์ (Medical PCB) ทำงานอยู่นั้น สามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภทหลักตามวัตถุประสงค์การใช้งาน ได้แก่ เพื่อการวินิจฉัย เพื่อการติดตามเฝ้าระวัง และเพื่อการรักษา

•แผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์สำหรับการวินิจฉัย

อุปกรณ์การแพทย์สำหรับการวินิจฉัยช่วยให้แพทย์วัดและแสดงข้อมูลที่สะท้อนถึงสภาวะด้านสุขภาพของผู้ป่วย เพื่อให้ได้มาซึ่งการวินิจฉัยที่มีความเป็นวิทยาศาสตร์และเชื่อถือได้ ผลการวินิจฉัยทำหน้าที่เป็นข้อมูลอ้างอิงที่เป็นไปได้ซึ่งแพทย์สามารถใช้เป็นพื้นฐานในการกำหนดแนวทางการรักษา

แผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์ (Medical PCBs) ถูกใช้งานในอุปกรณ์ทางการแพทย์ต่อไปนี้: หูฟังตรวจหัวใจแบบอิเล็กทรอนิกส์สำหรับจัดการโรคหัวใจ ปอดบวม หลอดลมอักเสบ เป็นต้น, เครื่องวัดความดันโลหิตแบบอิเล็กทรอนิกส์สำหรับจัดการโรคเบาหวาน ความดันโลหิตสูงหรือต่ำ ภาวะหลอดเลือดแข็งตัว เป็นต้น, เครื่องตรวจจอประสาทตาสำหรับจัดการโรคต้อหิน จอประสาทตาลอก เป็นต้น, เครื่องตรวจหู (otoscopes), เครื่องตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (electrocardiograph) และเครื่องวัดอุณหภูมิ (thermometers)

•แผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์สำหรับการตรวจติดตาม

อุปกรณ์ทางการแพทย์สำหรับการติดตามผลถูกใช้เพื่อตรวจสอบสภาวะของผู้ป่วยแบบเรียลไทม์ เช่น ระดับน้ำตาลในเลือด ความดันโลหิต อัตราการเต้นของหัวใจ อัตราการหายใจ ภาระการออกกำลังกาย เป็นต้น อุปกรณ์ติดตามผลสามารถบันทึกและวิเคราะห์ข้อมูลด้านสุขภาพของผู้ป่วยได้ เนื่องจากมีชุดของเซนเซอร์หรือขั้วต่อที่ประกอบอยู่บนแผ่น PCB เปล่า

•แผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์สำหรับการรักษา

การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์สำหรับการรักษาครอบคลุมหน้าที่ที่จำเป็นของแผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์ (Medical PCB) เพื่อทำให้ผู้ป่วยหายจากโรค ปัจจุบันมีการใช้หุ่นยนต์จำนวนมากขึ้นเรื่อย ๆ ในการผ่าตัดแบบรุกล้ำน้อยที่สุดเพื่อแก้ไขความไม่สะดวก ซึ่งทำให้ต้องมีข้อกำหนดที่สูงขึ้นด้านความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของแผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์

ข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับแผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์

•ข้อกำหนดด้านขนาดสำหรับแผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์

คุณลักษณะที่เห็นได้ชัดของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับการใช้งานทางการแพทย์อยู่ที่ขนาดที่เล็ก เนื่องจากจำเป็นต้องผ่านเข้าไปในหลอดเลือดหรืออวัยวะของมนุษย์เพื่อทำการตรวจสอบหรือผ่าตัด ดังนั้น ไมโคร PCB จึงกลายเป็นแนวโน้มหลักของ PCB ทางการแพทย์เนื่องมาจากขนาดที่เล็กและประสิทธิภาพที่สูง

•ข้อกำหนดด้านเทคโนโลยีสำหรับแผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์

ข้อกำหนดด้านเทคโนโลยีการผลิตสำหรับแผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์เกิดจากความจำเป็นในการบรรลุความเชื่อถือได้สูงและความแม่นยำของอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น ความกว้างของลายวงจร ระยะห่าง ความหนาของทองแดง ขนาดรูที่เจาะด้วยเลเซอร์blind/buried ผ่าน,ผ่านในแผ่นฯลฯ

•ข้อกำหนดด้านวัสดุสำหรับแผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์

ร่างกายมนุษย์เป็นระบบที่ซับซ้อนมากจนทำให้อุปกรณ์ใด ๆ ที่จะเข้าสู่ภายในร่างกายจำเป็นต้องมีความยืดหยุ่นอย่างอิสระ ดังนั้น,แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นและแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งมักถูกใช้สำหรับการประยุกต์ทางการแพทย์บ่อยครั้งเนื่องจากคุณสมบัติความยืดหยุ่นของพวกมันวัสดุฐาน.

แนวโน้มการพัฒนาในอนาคตของแผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์

•อุปกรณ์สวมใส่

อุปกรณ์สวมใส่ส่วนใหญ่ต้องพึ่งพาการประยุกต์ใช้แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) เนื่องจากมีขนาดเล็ก รูปร่างไม่เป็นระเบียบที่สามารถพับงอได้ และมีน้ำหนักเบา เพื่อให้สามารถใช้งานฟังก์ชันขั้นสูงได้มากขึ้น แผงวงจรพิมพ์แบบผสมแข็ง-ยืดหยุ่น (Flex-Rigid PCB) จึงถูกนำมาใช้กับอุปกรณ์สวมใส่ทางการแพทย์มากขึ้น โดยมีจำนวนชั้นสูงสุดถึง 20 ชั้น

•ไมโคร PCB

ไมโคร PCB ถูกนำมาใช้สำหรับการใช้งานทางการแพทย์เป็นส่วนใหญ่เนื่องจากมีขนาดเล็ก ความกว้างของลายวงจรและระยะห่างของไมโคร PCB โดยทั่วไปควรน้อยกว่า 25μm; ความหนาทองแดงควรเป็น 20μm; ขนาดรูเลเซอร์โดยประมาณควรอยู่ที่ 35μm; ไมโคร PCB ควรมีคุณสมบัติเป็นบลายด์/เบอรีด์เวียและเวียในแผ่นแพด ข้อกำหนดทั้งหมดข้างต้นช่วยให้เกิดประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของอุปกรณ์ทางการแพทย์

•การพิมพ์แบบสามมิติ

ในฐานะเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ การพิมพ์สามมิติได้สร้างผลลัพธ์อันยิ่งใหญ่ในด้านการแพทย์ การพิมพ์สามมิติถูกนำมาใช้ในการสร้างเนื้อเยื่อหลอดเลือด อุปกรณ์เทียมต้นทุนต่ำ อุปกรณ์เฉพาะบุคคล ปูนปลาสเตอร์สำหรับผู้ป่วย วัสดุทดแทนกระดูก เป็นต้น เมื่อการพิมพ์สามมิติถูกประยุกต์ใช้ในการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) วงจรสามมิติย่อมกลายเป็นเทคโนโลยีพลิกโฉมอย่างแน่นอน

ควบคู่ไปกับความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในด้านเทคโนโลยีการพิมพ์และประสิทธิภาพของวัสดุรองรับ คุณค่าที่เป็นไปได้ของอิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์จะผลักดันให้เกิดการพัฒนายุคใหม่ของอุปกรณ์การแพทย์ที่ล้ำสมัย ซับซ้อนยิ่งขึ้น และมีฟังก์ชันการทำงานสูงมากยิ่งขึ้น