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摘要：本文介绍了一种固态电池与其他集成电路封装在一起，以创建先进的系统级封装（SIP）器件的方法。本文网络版地址：ttp：//www.eepw. com.cn/article/203218.htm
关键词：医疗；供电；固态电池
DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.1.003
小型医疗传感器和手术器械正在迅速地变得智能化，因此他们必须带有供电解决方案—经常使用到小型可充电电池。集成化电池必须具有几个关键属性，以确保安全的操作和保护病人的健康。新型的固态电池已经面世，它们采用标准的半导体制造工艺和封装技术特制而成。
为了满足新型医疗传感器和智能仪器的要求，必须考虑几个因素：
必须提供创新的电池封装和连接选项；
集成化电池必须完全没有细胞毒性；
电池必须不受高温灭菌操作的影响；
可使用包括能量采集等多种电池充电方法；
尺寸：医疗传感技术正变成毫米级。
创新的电池封装和连接能力
固态电池与医疗电子设备中可看到的集成电路一样，有相同的处理和片芯（die）连接的机制。这使得固态电池可以理想地与其他集成电路封装在一起，以创建先进的系统级封装（SIP）器件。图1所示即为在一个IC堆叠中使用一种固态电池连线邦定附着的实例。
可充电的固态电池处在第二层，可看到被邦定到Vout 和 GND触片的连线。这个器件堆叠是本文稍后将描述的眼内压力传感器所用的真实的实现方式。固态电池也可以采用标准的塑料DFN封装方式提供，以编带和卷盘方式发货，以便用表面贴装和回流焊简单、方便地安装在印刷电路板上。
使用100%无细胞毒性的固态电池
确保医疗产品的安全性是绝对至关重要的，过去将传统电池产品集成进产品中一直是一个问题。在许多医疗应用中，固态电池不是应用在体外就是应用于体内。最近，可充电固态电池已经成功通过了针对体外和体内生物相容性的可行性研究的生物安全测试。在这些程序中，裸片芯电池被压碎并被放入盐溶液，并在不同的测试条件下进行了测试。
体外电池的生物相容性测试
固态电池的生物相容性使用以下的体外测试方法完成了评估：细胞毒性：中性洗出液法（MEM） - 1 x CMEM细胞生长介质提取；细胞毒性：琼脂扩散- 固体样品。
在这些测试中，在采用了中性洗出液法和琼脂扩散法这两种可行性筛选程序时，经伽马射线消毒的Cymbet CBC005-BDC 5μA-hr EnerChip固态电池已被证实无细胞毒性（0%细胞溶菌作用）。在这些非常敏感的体外细胞培养测定没有任何不利的生物反应，是生物相容性测试结果的象征（虽然不是一个保证），这也是所建议完成的其他生物相容性体外和体内测试，如EN ISO 10993 - 1：2009医疗设备生物评价的第1部分：一个风险管理流程中的评估和测试，以及美国食品和药物管理局（FDA）蓝皮书备忘录第G95-1准则（1995年）等中建议，因此是完成这些特别而非常敏感的测试的另一个绝佳原因。
体内0% 毒性测试结果
用以检测一款固态电池本身的生物安全性的最严格的方法之一，就是将粉碎的裸片芯注入体内测试设置。粉碎的电池再现了一个由EnerChip供电的植入式医疗设备出现灾难性破损时的情况。在这种损伤性场景中，固态电池的材料将直接暴露在体内设置中。结果显示对暴露的组织没有有害的组织学影响。
满足额外的电池标准和规范
此外，目前还有许多全球环境和安全标准及准则来规范电池。固态电池是理想的解决方案，因为他们符合：RoHS、中国RoHS、REACH、CE标志、UL实验室、JEDEC的IC封装标准、IEC、NEMA/ANSI、联合国空中安全条例，WEEE指令、电池指令、MSDS和OSHA信息，用尽产品处理指令和生物相容性标准。
应用于医疗设备和食品灭菌
像在医疗设备和食品灭菌的高压灭菌器中所能达到的处理温度，通常都不适合包含电池的设备。在图2所示的这样的灭菌设备中，温度达到137℃是很常见的，这对于含有挥发性溶剂和其他添加剂的常规电池可能是灾难性的。然而，现如今已有许多智能医疗设备和仪器采用了集成电池，而且必须经过消毒设备和流程来处理。这些设备包括带有嵌入式RFID标签的外科手术工具、植入式传感器、以及设备中用以支持其具有更精确的温度控制并对内容物进行消毒的温度传感器。此外，这样的传感器和 RFID标签被严格密封来与环境进行隔离常常是必要的，以防止水分进入到设备或防止从设备脱气到环境，如一个高压灭菌器，或者又如一个人体植入式传感器。为确保一台设备是密闭的，使用诸如Cymbet 的EnerChip固态电池这样的密封电池是非常有益的。
空间受限的医疗设备需要一种小型供电电源，它只占用很少的体积并不需要外部组件（支架或插座）来保持一个坚固的连接，并将不会在恶劣的医疗环境中破开、断裂或被腐蚀。实际上，除了固态电池，还没有其他电能存储器件可满足这些要求。固态电池能以裸片芯形态用焊料焊接或连接线邦定来使用，或采用低剖面的表面安装封装（有或无集成电池管理）在一起，并且可以方便地充电使用，例如采用电感近场充电。同样重要的是，固态电池能耐受高压灭菌器和类似设备中的高温。
毫米级的眼压传感器
图3所示的是一个被用来监控青光眼患者的眼睛健康的小型化毫米级眼内压力传感器的实例。它将数种新概念结合在一起，以实现一种微型化的、使用环境能量采集自主供电的智能化传感器。
能量采集技术被用于诸如太阳能电池板集群和风力集群等大型应用，但也可以用在极微小的设备。在这个毫米级的例子中，光能被转化为电能，储存在可充电固态电池中并传送给传感器系统。没有需要维护和更换的传统电池，且设备可以放在任何地方。
使用能量采集为眼内压力传感器供电
图3照片中的眼内压力传感器可用原理图的方式在图4中描述出来。该设备是一个四层堆叠，封装在一个生物兼容的玻璃外壳内。第一层是MEMS压力传感器，第二层是一个1μAh可充电Cymbet EnerChip固态电池。一个带有内存、电源管理和传感器A / D转换器的处理器位于EnerChip之上作为第三层。最上面一层是太阳能电池和无线收发器。所有的各层采用提供电力连接的连线邦定在一起。
使用固态电池的创新型新医疗设备
为了给下一代微型智能医疗传感器和仪器供电，固态电池是正确的选择。这些可充电电池满足了将成功的新产品推向市场所需求的安全性、体积大小、集成化和连接性等功能。此外，所有使其适用于医疗设备的属性都可以在许多其他类型的小型电子产品中得到发挥，例如小型化的物联网环境传感器。
参考文献：
[1]密歇根大学.眼内压力传感器文件[R/OL].[R/OL].http：//www. cymbet.com/content/products-embedded-energy.asp
[2]固态电池文件 [R/OL].www.cymbet.com
关键词：医疗；供电；固态电池
DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.1.003
小型医疗传感器和手术器械正在迅速地变得智能化，因此他们必须带有供电解决方案—经常使用到小型可充电电池。集成化电池必须具有几个关键属性，以确保安全的操作和保护病人的健康。新型的固态电池已经面世，它们采用标准的半导体制造工艺和封装技术特制而成。
为了满足新型医疗传感器和智能仪器的要求，必须考虑几个因素：
必须提供创新的电池封装和连接选项；
集成化电池必须完全没有细胞毒性；
电池必须不受高温灭菌操作的影响；
可使用包括能量采集等多种电池充电方法；
尺寸：医疗传感技术正变成毫米级。
创新的电池封装和连接能力
固态电池与医疗电子设备中可看到的集成电路一样，有相同的处理和片芯（die）连接的机制。这使得固态电池可以理想地与其他集成电路封装在一起，以创建先进的系统级封装（SIP）器件。图1所示即为在一个IC堆叠中使用一种固态电池连线邦定附着的实例。
可充电的固态电池处在第二层，可看到被邦定到Vout 和 GND触片的连线。这个器件堆叠是本文稍后将描述的眼内压力传感器所用的真实的实现方式。固态电池也可以采用标准的塑料DFN封装方式提供，以编带和卷盘方式发货，以便用表面贴装和回流焊简单、方便地安装在印刷电路板上。
使用100%无细胞毒性的固态电池
确保医疗产品的安全性是绝对至关重要的，过去将传统电池产品集成进产品中一直是一个问题。在许多医疗应用中，固态电池不是应用在体外就是应用于体内。最近，可充电固态电池已经成功通过了针对体外和体内生物相容性的可行性研究的生物安全测试。在这些程序中，裸片芯电池被压碎并被放入盐溶液，并在不同的测试条件下进行了测试。
体外电池的生物相容性测试
固态电池的生物相容性使用以下的体外测试方法完成了评估：细胞毒性：中性洗出液法（MEM） - 1 x CMEM细胞生长介质提取；细胞毒性：琼脂扩散- 固体样品。
在这些测试中，在采用了中性洗出液法和琼脂扩散法这两种可行性筛选程序时，经伽马射线消毒的Cymbet CBC005-BDC 5μA-hr EnerChip固态电池已被证实无细胞毒性（0%细胞溶菌作用）。在这些非常敏感的体外细胞培养测定没有任何不利的生物反应，是生物相容性测试结果的象征（虽然不是一个保证），这也是所建议完成的其他生物相容性体外和体内测试，如EN ISO 10993 - 1：2009医疗设备生物评价的第1部分：一个风险管理流程中的评估和测试，以及美国食品和药物管理局（FDA）蓝皮书备忘录第G95-1准则（1995年）等中建议，因此是完成这些特别而非常敏感的测试的另一个绝佳原因。
体内0% 毒性测试结果
用以检测一款固态电池本身的生物安全性的最严格的方法之一，就是将粉碎的裸片芯注入体内测试设置。粉碎的电池再现了一个由EnerChip供电的植入式医疗设备出现灾难性破损时的情况。在这种损伤性场景中，固态电池的材料将直接暴露在体内设置中。结果显示对暴露的组织没有有害的组织学影响。
满足额外的电池标准和规范
此外，目前还有许多全球环境和安全标准及准则来规范电池。固态电池是理想的解决方案，因为他们符合：RoHS、中国RoHS、REACH、CE标志、UL实验室、JEDEC的IC封装标准、IEC、NEMA/ANSI、联合国空中安全条例，WEEE指令、电池指令、MSDS和OSHA信息，用尽产品处理指令和生物相容性标准。
应用于医疗设备和食品灭菌
像在医疗设备和食品灭菌的高压灭菌器中所能达到的处理温度，通常都不适合包含电池的设备。在图2所示的这样的灭菌设备中，温度达到137℃是很常见的，这对于含有挥发性溶剂和其他添加剂的常规电池可能是灾难性的。然而，现如今已有许多智能医疗设备和仪器采用了集成电池，而且必须经过消毒设备和流程来处理。这些设备包括带有嵌入式RFID标签的外科手术工具、植入式传感器、以及设备中用以支持其具有更精确的温度控制并对内容物进行消毒的温度传感器。此外，这样的传感器和 RFID标签被严格密封来与环境进行隔离常常是必要的，以防止水分进入到设备或防止从设备脱气到环境，如一个高压灭菌器，或者又如一个人体植入式传感器。为确保一台设备是密闭的，使用诸如Cymbet 的EnerChip固态电池这样的密封电池是非常有益的。
空间受限的医疗设备需要一种小型供电电源，它只占用很少的体积并不需要外部组件（支架或插座）来保持一个坚固的连接，并将不会在恶劣的医疗环境中破开、断裂或被腐蚀。实际上，除了固态电池，还没有其他电能存储器件可满足这些要求。固态电池能以裸片芯形态用焊料焊接或连接线邦定来使用，或采用低剖面的表面安装封装（有或无集成电池管理）在一起，并且可以方便地充电使用，例如采用电感近场充电。同样重要的是，固态电池能耐受高压灭菌器和类似设备中的高温。
毫米级的眼压传感器
图3所示的是一个被用来监控青光眼患者的眼睛健康的小型化毫米级眼内压力传感器的实例。它将数种新概念结合在一起，以实现一种微型化的、使用环境能量采集自主供电的智能化传感器。
能量采集技术被用于诸如太阳能电池板集群和风力集群等大型应用，但也可以用在极微小的设备。在这个毫米级的例子中，光能被转化为电能，储存在可充电固态电池中并传送给传感器系统。没有需要维护和更换的传统电池，且设备可以放在任何地方。
使用能量采集为眼内压力传感器供电
图3照片中的眼内压力传感器可用原理图的方式在图4中描述出来。该设备是一个四层堆叠，封装在一个生物兼容的玻璃外壳内。第一层是MEMS压力传感器，第二层是一个1μAh可充电Cymbet EnerChip固态电池。一个带有内存、电源管理和传感器A / D转换器的处理器位于EnerChip之上作为第三层。最上面一层是太阳能电池和无线收发器。所有的各层采用提供电力连接的连线邦定在一起。
使用固态电池的创新型新医疗设备
为了给下一代微型智能医疗传感器和仪器供电，固态电池是正确的选择。这些可充电电池满足了将成功的新产品推向市场所需求的安全性、体积大小、集成化和连接性等功能。此外，所有使其适用于医疗设备的属性都可以在许多其他类型的小型电子产品中得到发挥，例如小型化的物联网环境传感器。
参考文献：
[1]密歇根大学.眼内压力传感器文件[R/OL].[R/OL].http：//www. cymbet.com/content/products-embedded-energy.asp
[2]固态电池文件 [R/OL].www.cymbet.com