通过标准和定制解决方案满足医疗市场对高密度电连接器的需求
对于更小，更轻，更符合人体工程学的医疗设备的压倒性趋势推动了医疗市场对高密度电连接器的日益增长的需求。
可以通过一系列标准和定制解决方案来满足这些需求，但是提出正确的解决方案并不像简单地向现有的医疗连接器添加更多引脚那样简单。由于国际电工委员会（IEC）规范和其他区域安全法规的结合，设计高密度的连接器并非难事或繁琐，这通常是一项艰巨的任务。
高密度电连接器
高密度电连接器是在相对较小的连接器主体中具有大量单个触点的连接器。标准连接器和高密度连接器之间的界限是任意的，但是高密度术语通常保留给与具有相同外壳尺寸的可比连接器相比通常具有更多触点的连接器。
高密度连接器的设计可容纳比相同外壳尺寸的同类连接器更多的引脚。
对高密度电连接器的需求不断增长
许多因素，尤其是尺寸，重量和处理要求，都导致了对高密度电连接器的需求不断增长。组件的尺寸和重量一直是许多军事和航空航天应用中的关键因素，由于便携式和患者佩戴设备的日益普及，组件尺寸和重量在医疗市场也变得越来越重要。通过增加给定连接器的接触密度，设计工程师可以提高性能，同时保持相同的占地面积并最大程度地减少额外的重量。采用高密度的接触式地理测量技术还可以防止高引脚数连接器过大和笨拙，以至于无法轻松地进行人机工程学操作，这在诸如患者监护和成像设备之类的高配合周期医疗应用中尤其重要。
医学应用实例：心脏电生理设备
高性能的关键任务医疗应用（例如心脏电生理设备）负责分析心脏的电信号并诊断各种类型的心律失常，它们也需要高密度的电连接器。
一种这样的心律不齐，即心房纤维性颤动（AFib）是左，/或右心房（即心脏的两个上腔）的正常心跳异常。AFib会干扰心房和心室（即心脏的两个下腔室）之间的正常血液流动，并使中风风险增加四到五倍，因为它使血栓更容易形成。实际上，AFib可导致15-20％的缺血性中风，这些缺血性中风是由血管壁上的血块或脂肪斑块沉积引起的。1仅在美国，估计就有270万人至610万人患有AFib，并且预计这一数字只会随着美国老龄化人口的增加而增加，因为大约2％的65岁以下的人和大约9％的65岁或以下的人年长者有AFib。
心房颤动（AFib）
这种病的流行和危险需要及时，准确的诊断和治疗。在用于诊断AFib的最常见的电生理程序之一中，医生将导管插入心脏的血管中。这些导管包含细小的电极线，可在到达心房后与心脏组织接触并展开，并产生电脉冲图，这将有助于医生查明心律不齐的根本原因，并且可以塌陷或缩回以导引启用插入和删除。
一种电生理导管，在其可展开和可伸缩的导线上具有64个电极。
为了提高电生理导管生成并减轻这些程序花费的时间的心脏图的分辨率，医疗设备设计人员需要将导管电极的数量增加两倍，三倍甚至四倍，并且他们需要高密度连接器这样做不会显着增加设备的尺寸，重量或灵活性。
高密度医疗连接器设计挑战
由于医疗设备市场在很大程度上推动了对高密度电连接器的需求，因此遵守IEC 60601等安全标准至关重要。
爬电距离和电气间隙
国际医疗设备电气安全标准IEC 60601对连接器插针之间的爬电距离和电气间隙有严格的要求。电气间隙是导体之间的直线距离（或气隙），爬电距离是导体之间的最短表面距离。
这些接触间距要求基于患者保护装置（MOPP）标准。IEC 60601-1规范将与心脏直接接触的医疗电子设备（如电生理导管）定义为CF型设备，并要求它们符合两个MOPP（2MOPP）规范，该规范规定较大的电气间隙和爬电距离-两倍。 1MOPP-确保患者安全。
符合MOPP（左）和2MOPP（右）的电气间隙和爬电要求。
IEC 60601还要求对混合电源和信号电平电压的连接器采取额外的警告措施，要求在极性相反的电源引脚和裸露的导电表面之间以及电源和信号引脚之间留出额外的空间。
防触碰合规
IEC 60601标准的另一个要求是，连接器触点必须是防触摸的（即，设计为防止人们容易用手指触摸电触点）。使用可模拟人的小手指并由标准规定的尺寸支配的金属测试接头，验证了防触摸的符合性。在防触摸测试中，将连接器的电触点连接到连续性仪的一个极，将测试探针连接到另一极。然后从每个可能的进入角度将测试探针施加到连接器上。如果在探测过程中没有电导通，则认为该连接器符合防触摸标准。
由IEC定义并设计为模拟小手指的测试探针用于测试连接器的防触摸性能。
锁紧机构
为了提高安全性，IEC规定了锁定机制，旨在防止可能导致医疗程序中断的意外断开。锁定机构经常与电气连接争夺空间，并且有多种样式可供选择-包括按钮激活的拇指闩锁，扭转旋转锁以及流行的，被动的，推/拉锁定系统，这些系统将闩锁机构集成到配合机构中，从而消除了其他选择所需的第二步操作-帮助缓解它们所面临的设计挑战。
被动推/拉锁定机制提供了一流的功能。这些机构与正常的低作用力配合配合（左），即使拉线（中间）也可防止插座意外释放，并且易于拆卸（右）。
符合IEC 60601的连接器
一些连接器可以采用简单的方法来应对IEC 60601要求。例如，当触点总数很低时，只需将引脚间隔为所需的值即可完成任务。
被动推/拉锁定机制提供了一流的功能。这些机构与正常的低作用力配合配合（左），即使拉线（中间）也可防止插座意外释放，并且易于拆卸（右）。
符合IEC 60601的连接器
一些连接器可以采用简单的方法来应对IEC 60601要求。例如，当触点总数很低时，只需将引脚间隔为所需的值即可完成任务。
这种定制的连接器直径约为一英寸，符合人体工程学，尺寸舒适，最多可容纳40个插针。
随着对更多引脚的需求增加，一些设计师使用多个现成的连接器来更轻松地满足IEC要求。但是，此解决方案通常会导致多种不良后果。
可以使用多个现成的连接器来满足IEC要求，但通常会引起其他设计问题。
使用多个现成的连接器意味着操作员有责任将每个插头正确匹配到其各自的插座，并且旨在防止误配合的物理键控选项受到限制，从而使操作员不得不依赖标签，而患者则需要照料护理人员。不同级别的设备处理专业知识，以实现多个正确配对的连接，以确保其安全。随着使用多个连接器，线束也变得更加复杂和笨拙，从而为操作员错误和不良后果留出了更大的空间。
标准高密度电连接器
为了满足跨多个市场对更高密度连接器的日益增长的需求，许多制造商正在开发标准的现成的高密度连接器解决方案，当连接器满足特定应用程序的需求时，这将是一种有效且负担得起的选择。生产量在中低范围内（例如，取决于复杂性，最高可达20,000或50,000）。
但是，标准高密度连接器产品的开发涉及一些折衷方案。连接器制造商必须考虑多种特性，才能开发出满足广泛应用需求和预算要求的标准产品，包括材料和电镀特性和成本，引脚数，爬电距离和电气间隙，寿命，工作电压以及是否结合使用可能需要或具有成本效益的信号和电源采用相同的布局，或者添加诸如锁定机制，屏蔽，密封，极化，颜色编码等功能。经验丰富的连接器制造商能够接触关键行业的思想领袖，因此可以成功采用此策略，但不可能实现一种通用的配置，因此每个人都可以使用。
可以通过两种方式解决这一挑战。首先是开发采用模块化接触系统的标准高密度连接器配置，该模块化接触系统能够满足标准零件的各种应用需求。当标准产品仍不能满足需求时，第二个方法是基于已建立的联系系统设计自定义配置，因为这既缩短了上市时间，又降低了投资和风险。
此标准的高密度（79针）连接器具有外径为45mm的金属外壳，带螺纹的锁紧连接螺母，防水密封件，爬电/间隙尺寸为1.6mm。额定温度为175°C，循环寿命高。在评估此标准产品时，设计人员应考虑的一件事是，对于给定的应用，非被动式螺纹联轴器是否是正确的锁定机构。
定制高密度电连接器
定制连接器通常是高密度应用的最佳解决方案。标准产品提供可能包含给定应用程序不需要的功能，因为在选择标准产品时，必须选择至少具有必需属性的产品，并且此类解决方案通常会包含超出最低应用程序要求的功能，因为它们具有旨在满足尽可能多的应用程序的需求。例如，标准连接器通常使用能够处理高温，化学暴露和各种灭菌过程的昂贵材料生产，并且通常包括旨在满足广泛应用需求的其他功能，例如密封，闩锁和高循环强度。生活。
由于定制解决方案的设计满足了特定应用程序的需求，因此它们可以轻松避免不必要的功能所带来的额外成本和复杂性。例如，如果不打算将连接器用于苛刻的，高交配周期的环境中，例如可高压灭菌的医疗设备或暴露于飞溅或意外回退风险的连接器，则定制解决方案可以采用成本更低的材料，而无需添加密封和闩锁功能。
还有其他优点。在要求符合IEC 60601的医疗应用中，可以设计定制解决方案以满足应用要求的确切爬电距离和电气间隙，而不会浪费电路板空间或冒违规的风险。因此，定制连接器通常会提供更小，更具成本效益的解决方案，并具有更符合人体工程学的设计。
高密度连接器不断发展
随着在多个市场上对高密度连接器的需求不断增长，对具有高引脚数的，具有组合或混合功能的标准和定制解决方案的需求也将继续增长。高密度连接器结合了电源引脚和低压引脚，集成了用于照明或数据传输的光纤触点，或者采用流体或气动连接来进行盐水冲洗，抽吸或充气功能，并且已经日益普及。
这对配对的标准高密度连接器在直径小于18mm的圆形塑料外壳中结合了128个低压触点和七个电源引脚，以及先进的无源锁定系统，可提供尺寸，重量，安全性，性能和处理优势非常适合在各种苛刻的应用中使用。
混合高密度连接器的可用性不断扩展，支持了先进和创新产品的开发。很快，就有可能在单个连接器中组合诊断和治疗功能（例如，心脏标测，压力感测或成像功能以及心脏消融，支架置入或瓣膜放置功能）。
高密度连接器将通过利用现有技术的小型化，高精度处理和混合功能而不断发展，并且随着这些技术的实际应用接近极限，工程师们一定会开发新的连接技术，以进一步提高接触密度，尺寸，重量，性能和功能，而不会影响可靠性和安全性。
【摘自Bishop杂志，作者：John Holloway, Principal Engineer at ATL Technology，July 30, 2019】
可以通过一系列标准和定制解决方案来满足这些需求，但是提出正确的解决方案并不像简单地向现有的医疗连接器添加更多引脚那样简单。由于国际电工委员会（IEC）规范和其他区域安全法规的结合，设计高密度的连接器并非难事或繁琐，这通常是一项艰巨的任务。
高密度电连接器
高密度电连接器是在相对较小的连接器主体中具有大量单个触点的连接器。标准连接器和高密度连接器之间的界限是任意的，但是高密度术语通常保留给与具有相同外壳尺寸的可比连接器相比通常具有更多触点的连接器。
高密度连接器的设计可容纳比相同外壳尺寸的同类连接器更多的引脚。
对高密度电连接器的需求不断增长
许多因素，尤其是尺寸，重量和处理要求，都导致了对高密度电连接器的需求不断增长。组件的尺寸和重量一直是许多军事和航空航天应用中的关键因素，由于便携式和患者佩戴设备的日益普及，组件尺寸和重量在医疗市场也变得越来越重要。通过增加给定连接器的接触密度，设计工程师可以提高性能，同时保持相同的占地面积并最大程度地减少额外的重量。采用高密度的接触式地理测量技术还可以防止高引脚数连接器过大和笨拙，以至于无法轻松地进行人机工程学操作，这在诸如患者监护和成像设备之类的高配合周期医疗应用中尤其重要。
医学应用实例：心脏电生理设备
高性能的关键任务医疗应用（例如心脏电生理设备）负责分析心脏的电信号并诊断各种类型的心律失常，它们也需要高密度的电连接器。
一种这样的心律不齐，即心房纤维性颤动（AFib）是左，/或右心房（即心脏的两个上腔）的正常心跳异常。AFib会干扰心房和心室（即心脏的两个下腔室）之间的正常血液流动，并使中风风险增加四到五倍，因为它使血栓更容易形成。实际上，AFib可导致15-20％的缺血性中风，这些缺血性中风是由血管壁上的血块或脂肪斑块沉积引起的。1仅在美国，估计就有270万人至610万人患有AFib，并且预计这一数字只会随着美国老龄化人口的增加而增加，因为大约2％的65岁以下的人和大约9％的65岁或以下的人年长者有AFib。
心房颤动（AFib）
这种病的流行和危险需要及时，准确的诊断和治疗。在用于诊断AFib的最常见的电生理程序之一中，医生将导管插入心脏的血管中。这些导管包含细小的电极线，可在到达心房后与心脏组织接触并展开，并产生电脉冲图，这将有助于医生查明心律不齐的根本原因，并且可以塌陷或缩回以导引启用插入和删除。
一种电生理导管，在其可展开和可伸缩的导线上具有64个电极。
为了提高电生理导管生成并减轻这些程序花费的时间的心脏图的分辨率，医疗设备设计人员需要将导管电极的数量增加两倍，三倍甚至四倍，并且他们需要高密度连接器这样做不会显着增加设备的尺寸，重量或灵活性。
高密度医疗连接器设计挑战
由于医疗设备市场在很大程度上推动了对高密度电连接器的需求，因此遵守IEC 60601等安全标准至关重要。
爬电距离和电气间隙
国际医疗设备电气安全标准IEC 60601对连接器插针之间的爬电距离和电气间隙有严格的要求。电气间隙是导体之间的直线距离（或气隙），爬电距离是导体之间的最短表面距离。
这些接触间距要求基于患者保护装置（MOPP）标准。IEC 60601-1规范将与心脏直接接触的医疗电子设备（如电生理导管）定义为CF型设备，并要求它们符合两个MOPP（2MOPP）规范，该规范规定较大的电气间隙和爬电距离-两倍。 1MOPP-确保患者安全。
符合MOPP（左）和2MOPP（右）的电气间隙和爬电要求。
IEC 60601还要求对混合电源和信号电平电压的连接器采取额外的警告措施，要求在极性相反的电源引脚和裸露的导电表面之间以及电源和信号引脚之间留出额外的空间。
防触碰合规
IEC 60601标准的另一个要求是，连接器触点必须是防触摸的（即，设计为防止人们容易用手指触摸电触点）。使用可模拟人的小手指并由标准规定的尺寸支配的金属测试接头，验证了防触摸的符合性。在防触摸测试中，将连接器的电触点连接到连续性仪的一个极，将测试探针连接到另一极。然后从每个可能的进入角度将测试探针施加到连接器上。如果在探测过程中没有电导通，则认为该连接器符合防触摸标准。
由IEC定义并设计为模拟小手指的测试探针用于测试连接器的防触摸性能。
锁紧机构
为了提高安全性，IEC规定了锁定机制，旨在防止可能导致医疗程序中断的意外断开。锁定机构经常与电气连接争夺空间，并且有多种样式可供选择-包括按钮激活的拇指闩锁，扭转旋转锁以及流行的，被动的，推/拉锁定系统，这些系统将闩锁机构集成到配合机构中，从而消除了其他选择所需的第二步操作-帮助缓解它们所面临的设计挑战。
被动推/拉锁定机制提供了一流的功能。这些机构与正常的低作用力配合配合（左），即使拉线（中间）也可防止插座意外释放，并且易于拆卸（右）。
符合IEC 60601的连接器
一些连接器可以采用简单的方法来应对IEC 60601要求。例如，当触点总数很低时，只需将引脚间隔为所需的值即可完成任务。
被动推/拉锁定机制提供了一流的功能。这些机构与正常的低作用力配合配合（左），即使拉线（中间）也可防止插座意外释放，并且易于拆卸（右）。
符合IEC 60601的连接器
一些连接器可以采用简单的方法来应对IEC 60601要求。例如，当触点总数很低时，只需将引脚间隔为所需的值即可完成任务。
这种定制的连接器直径约为一英寸，符合人体工程学，尺寸舒适，最多可容纳40个插针。
随着对更多引脚的需求增加，一些设计师使用多个现成的连接器来更轻松地满足IEC要求。但是，此解决方案通常会导致多种不良后果。
可以使用多个现成的连接器来满足IEC要求，但通常会引起其他设计问题。
使用多个现成的连接器意味着操作员有责任将每个插头正确匹配到其各自的插座，并且旨在防止误配合的物理键控选项受到限制，从而使操作员不得不依赖标签，而患者则需要照料护理人员。不同级别的设备处理专业知识，以实现多个正确配对的连接，以确保其安全。随着使用多个连接器，线束也变得更加复杂和笨拙，从而为操作员错误和不良后果留出了更大的空间。
标准高密度电连接器
为了满足跨多个市场对更高密度连接器的日益增长的需求，许多制造商正在开发标准的现成的高密度连接器解决方案，当连接器满足特定应用程序的需求时，这将是一种有效且负担得起的选择。生产量在中低范围内（例如，取决于复杂性，最高可达20,000或50,000）。
但是，标准高密度连接器产品的开发涉及一些折衷方案。连接器制造商必须考虑多种特性，才能开发出满足广泛应用需求和预算要求的标准产品，包括材料和电镀特性和成本，引脚数，爬电距离和电气间隙，寿命，工作电压以及是否结合使用可能需要或具有成本效益的信号和电源采用相同的布局，或者添加诸如锁定机制，屏蔽，密封，极化，颜色编码等功能。经验丰富的连接器制造商能够接触关键行业的思想领袖，因此可以成功采用此策略，但不可能实现一种通用的配置，因此每个人都可以使用。
可以通过两种方式解决这一挑战。首先是开发采用模块化接触系统的标准高密度连接器配置，该模块化接触系统能够满足标准零件的各种应用需求。当标准产品仍不能满足需求时，第二个方法是基于已建立的联系系统设计自定义配置，因为这既缩短了上市时间，又降低了投资和风险。
此标准的高密度（79针）连接器具有外径为45mm的金属外壳，带螺纹的锁紧连接螺母，防水密封件，爬电/间隙尺寸为1.6mm。额定温度为175°C，循环寿命高。在评估此标准产品时，设计人员应考虑的一件事是，对于给定的应用，非被动式螺纹联轴器是否是正确的锁定机构。
定制高密度电连接器
定制连接器通常是高密度应用的最佳解决方案。标准产品提供可能包含给定应用程序不需要的功能，因为在选择标准产品时，必须选择至少具有必需属性的产品，并且此类解决方案通常会包含超出最低应用程序要求的功能，因为它们具有旨在满足尽可能多的应用程序的需求。例如，标准连接器通常使用能够处理高温，化学暴露和各种灭菌过程的昂贵材料生产，并且通常包括旨在满足广泛应用需求的其他功能，例如密封，闩锁和高循环强度。生活。
由于定制解决方案的设计满足了特定应用程序的需求，因此它们可以轻松避免不必要的功能所带来的额外成本和复杂性。例如，如果不打算将连接器用于苛刻的，高交配周期的环境中，例如可高压灭菌的医疗设备或暴露于飞溅或意外回退风险的连接器，则定制解决方案可以采用成本更低的材料，而无需添加密封和闩锁功能。
还有其他优点。在要求符合IEC 60601的医疗应用中，可以设计定制解决方案以满足应用要求的确切爬电距离和电气间隙，而不会浪费电路板空间或冒违规的风险。因此，定制连接器通常会提供更小，更具成本效益的解决方案，并具有更符合人体工程学的设计。
高密度连接器不断发展
随着在多个市场上对高密度连接器的需求不断增长，对具有高引脚数的，具有组合或混合功能的标准和定制解决方案的需求也将继续增长。高密度连接器结合了电源引脚和低压引脚，集成了用于照明或数据传输的光纤触点，或者采用流体或气动连接来进行盐水冲洗，抽吸或充气功能，并且已经日益普及。
这对配对的标准高密度连接器在直径小于18mm的圆形塑料外壳中结合了128个低压触点和七个电源引脚，以及先进的无源锁定系统，可提供尺寸，重量，安全性，性能和处理优势非常适合在各种苛刻的应用中使用。
混合高密度连接器的可用性不断扩展，支持了先进和创新产品的开发。很快，就有可能在单个连接器中组合诊断和治疗功能（例如，心脏标测，压力感测或成像功能以及心脏消融，支架置入或瓣膜放置功能）。
高密度连接器将通过利用现有技术的小型化，高精度处理和混合功能而不断发展，并且随着这些技术的实际应用接近极限，工程师们一定会开发新的连接技术，以进一步提高接触密度，尺寸，重量，性能和功能，而不会影响可靠性和安全性。
【摘自Bishop杂志，作者：John Holloway, Principal Engineer at ATL Technology，July 30, 2019】
