【導讀】醫療市場對高密度電連接器的需求日益增長，醫療領域連接器不可逆轉的趨勢是越來越小、越來越輕、更符合人體工程學。這種趨勢強力驅動了高密度電連接器的需求增長。
這些需求也將面對一系列標準和客戶解決方案，但提供正確的解決方案并不像把PIN針裝入現有的醫療連接器那么簡單。由于國際電工委員會(IEC)的規范和其它地區安全法規的結合，設計不笨重的高密度連接器往往是一項具有挑戰性的任務。
1 高密度電連接器
高密度電連接器是在一個相對較小的連接器體中具有數量龐大的如PIN針的單獨觸點的連接器。標準連接器和高密度連接器之間沒有明顯的界限，但是高密度連接器命名通常是在同一殼體尺寸中具有更多數量的接觸點來定義的。
高密度連接器被設計成比具有相同外殼尺寸的連接器更多的PIN針。
2 高密度電連接器需求強勁增長
高密度電連接器的增長需求由許多因素驅動，但特別是尺寸、重量和功能要求。部件尺寸和重量長期以來一直是許多軍事和航空航天應用中的關鍵因素，并且由于便攜式和患者可穿戴設備的日益普及，連接器現在在醫療市場中變得更加重要。
通過增加連接器的接觸密度，設計工程師可以在保持相同的尺寸和最大降低額外重量的同時提高性能。采用高密度接觸設計還可以防止引腳數太多導致連接器臃腫并操作困難。人性化操作對于配合要求很高的醫療應用尤其重要，例如患者監護和成像設備等。
3 醫學應用實例：心臟電生理設備
高性能，關鍵設備的醫療應用，如心臟電生理設備，負責分析心臟的電信號和診斷各種類型的心律失常，也需要高密度的電連接器。
這種心律失常稱之為心房顫動（AFibrilation，AFibrilation，房顫），這是左心房和/或右心房（即心臟兩個上腔）的正常心跳異常。AFib會破壞心房和心室（即心臟的兩個下腔）之間的正常血流，并增加四至五倍中風的風險，因為它更容易形成血栓。事實上，AFib在血管里由凝塊或脂肪斑塊沉積引起的缺血性中風中占的比例達到15-20%。僅在美國，就有270萬和610萬人估計有AFib，預計這一數字隨著美國人口老齡化而增加，因為約2%的65歲以下的人和約9%的65歲以上的或更老的人患有AFib。
心律失常 (AFib)示意圖
由于這種疾病的危險性，患者需要及時和準確的診斷和治療。AFib最常見的診斷過程是醫生將導管插入心臟血管。這些導管含有小的、帶電極的線，到達心房后可以展開，與心臟組織接觸，并繪制一張電脈沖圖，從而幫助醫生找出心律失常的根源，并能折疊或收縮，可以插入和切除等。
一種電生理學導管，在心臟中可展開和伸縮，具有64個電極。
為了改善電生理導管在這些進程中所花費的時間，醫療設備設計者需要增加導管電極的數量，通常有兩個、三個、四個甚至更多。并且需要高密度連接器，而且不能顯著增加設備的尺寸、重量或柔韌性。
4 高密度醫用連接器的設計挑戰
由于對高密度電連接器的需求主要來自醫療設備市場，遵守IEC 60601等安全標準至關重要。
5 爬電距離和間隙
國際醫療設備電氣安全標準IEC60601對連接器PIN針之間的爬電距離和間隙有嚴格的要求。間隙是導體之間的直線距離(或氣隙)，爬電距離是導體之間的最短表面距離。
間隙和爬電距離
這些接觸間隔要求基于患者保護(MOPP)標準。IEC60601-1規范定義了與心臟直接接觸的醫療電子設備，例如電生理導管，作為CF型器械，要求符合兩個MOPP（2MOPP）規范，該規范規定了較大的間隙和爬電距離（1MOPP的兩倍），以確保患者的安全。
符合MOPP(左)和2 MOPP(右)的間隙和爬電距離要求。
IEC60601還要求對混合電源和信號電平電壓的連接器采取額外的測試，要求在相反極性的電源引腳和暴露的導電表面之間以及電源和信號引腳之間提供額外的空間。
6 防觸摸的規范要求
IEC60601標準的另一項要求是，連接器觸點必須是防觸摸的（即：防止人員用手指觸到電觸點）。防觸摸驗證是通過一個模擬人手指的金屬探頭來完成的，并符合標準中的尺寸要求。在防觸摸測試中，連接器的電觸點連接到測試米表的一個極，測試探針連接到另一個極。然后將測試探針從每一個可能的入口角度接觸到連接器上。如果在探測過程中不發生連續帶電，則認為連接器是符合防觸摸的。
由IEC定義并設計的模擬人體手指的測試探針被用于測試驗證連接器的防觸摸特性。
7 鎖定機制
為提高安全性，IEC規定了鎖定機制，防止在醫療過程中意外斷開。鎖定機構通常與電氣連接空間相沖突，有多種形式，如按鈕鎖定（拇指鎖存）、扭轉鎖定（通過旋轉鎖住）以及流行的推拉鎖定系統，推拉鎖定系統將閉鎖設計集成到咬合結構中，消除了其他選項所需的二次動作，緩解它們所面臨的設計挑戰。
推拉鎖定機構設計
8 符合IEC60601的連接器
一些連接器可以采用簡單的方法來應對IEC60601要求的挑戰。例如，當接觸總數很低時，只需PIN針間隔保持一定距離就可以了。
這種客制化連接器直徑約一英寸，尺寸符合人體工程學，引腳可多達40個。
隨著對更多引腳需求的增加，一些設計師使用多個現成可用的連接器更容易地滿足IEC的要求。然而，這種解決方案往往會產生一些不良后果。
使用多個現成可用的連接器可滿足IEC要求，但通常會導致其他設計問題。
使用多個現成可用的連接器意味著操作人員應將每個插頭正確地裝配到其各自的插座上，這樣用于防止誤配合的物理按鍵功能有可能被限制，使操作者依賴于標簽或者患者依賴具有不同級別的設備處理專業知識的看護者，來實現多個正確匹配的連接，確保它們的安全。隨著使用多個連接器，線束也變得更加復雜和笨重，從而留下更多的操作錯誤隱患和不良后果。
9 標準高密度電連接器
為了應對更高密度連接器市場日益增長的需求，許多制造商正在開發標準的、現成的高密度連接器解決方案，當連接器需要滿足某一特定應用，并且產量有限時，這種解決方案是有效和可行的。
然而，標準高密度連接器產品的開發會有的放矢。連接器制造商開發時必須考慮多種特性，來滿足廣泛的應用需求和預算限制，包括材料、電鍍特性、成本、引腳數、爬電距離和間隙、使用壽命、工作電壓，以及在同一個LAYOUT中的信號和功率是否相同，或添加類似鎖定機構、屏蔽、密封、偏振、顏色編碼等特性，并且盡可能提高成本效益高。具有行業前沿思想的成熟的連接器制造商可以成功地利用該策略，但這項策略不是通用萬能的。
目前正以兩種方式應對這一挑戰。第一，是開發標準的高密度連接器，采用模塊化的接觸系統，能夠滿足與標準部件的各種應用需求。第二，當標準產品仍然不能滿足需求時，設計一個基于已有接觸系統的定制方案，這既縮短了時間，又減少了投資和風險。
標準的高密度連接器
這個標準的高密度(79PIN)連接器有一個外徑為45毫米的金屬外殼、一個螺紋、鎖緊聯接螺母、一個防水密封圈和1.6mm的爬電/間隙尺寸。它的額定溫度為175℃，循環使用壽命高。在評估這一標準連接器時，設計者應該考慮這種非被動螺釘聯軸器是否是適用于特定應用的正確的鎖定機構。
10 客制化高密度電連接器
定制連接器通常是高密度應用的最佳解決方案。標準產品很可能包括具體應用不需要的特性，因為在選擇標準產品時，必須選擇具有所必需特性的連接器，有些特性可能是多余的。例如，標準連接器通常使用能夠處理高溫、化學腐蝕和各種滅菌過程的昂貴材料制造，并且通常包括滿足廣泛應用的附加特征，例如密封等級、鎖定和更長的循環使用壽命。
由于定制解決方案是為滿足特定應用需要而設計的，可以剔除不必要的功能、減少額外成本。例如，如果連接器不打算在惡劣、高匹配循環環境中使用，不需要高壓滅菌的醫療器械，不需要暴露于化學腐蝕環境，不會有意外斷開風險等，則定制解決方案可以使用較便宜的材料來制造，并且不增加密封和鎖定特性等。
還有其它的優點。在符合IEC60601要求的醫療應用中，可以設計客制解決方案，設計滿足應用要求的爬電距離和間隙，而不浪費板端空間或冒不符合要求的風險。因此，客制化連接器通常提供更小，符合人體工程學的，成本效益更高的解決方案。
11 高密度連接器未來發展演變
隨著對高密度連接器的需求強勁增加，具有組合或混合功能的標準和客制化解決方案的產品需求也將繼續增加。將電源引腳和低壓引腳結合在一起的高密度連接器，集成照明或數據傳輸的光纖連接器，或采用流體或氣動連接進行鹽水沖洗、吸入或充氣功能的連接器等，已經進入市場，并將日益普及。
新型的標準高密度連接器
這種新型的標準高密度連接器在直徑小于18mm的圓形塑料殼體中集合了128個低壓觸點和7個電源引腳，以及先進的無源鎖定系統，提供了尺寸、重量、安全性、和其它性能優點，非常適合在各種苛刻的應用中使用。
混合高密度連接器的不斷擴大的特性支持更先進的創新產品開發。不久，可以將診斷和治療功能(例如，心電圖、壓力傳感、成像功能、支架植入等)結合在同一個連接器上。
高密度連接器將繼續發展，產品的趨勢將邁向小型化、高精度和混合功能等。隨著這些產品技術的逐步實現。工程師們肯定會開發新的連接技術，實現接觸密度、尺寸、重量、性能和功能的進一步改善和提高，并進一步保證產品的可靠性和安全性。標準和客制化解決方案將極大滿足高密度電連接器在醫療市場需求日益強勁的增長。
來源：深圳市連接器行業協會
