楼氏电容凭借出色创新和丰富经验解决棘手技术挑战丨植入式医疗器件无线充电的技术难关Part I

直面技术挑战与创新

是楼氏电容的研发传统

楼氏电容致力于与那些选择直面技术挑战并从细节入手化不可为为现实的企业合作——这源于我们在量产之外还具备的在特殊元件和定制元件制造领域的广泛经验。针对许多行业应用对高可靠性元件的需求，我们也可提供在确保功能性一致基础上的定制形状的元件。

例如，我们提供众多航天级元件，且是唯一一家为国际空间站开发平板阵列陶瓷元件的制造商。此外，楼氏电容还拥有为医疗设备制造商提供各种用于植入式设备和测试设备元件的悠久历史，并且在我们的大多数竞争对手持续专注于更低电压的元件制造的同时，楼氏电容致力于开发更高耐压的电容器产品并在此领域获得持续突破。

因此，当Resonant Link找我们开发具备低等效串联电阻(ESR)和高品质因数(Q)的独特形状的高效线圈以用于无线充电时，我们跃跃欲试。然而当时我们的现有产品无一可满足这所有的要求，于是我们迅速组织集团内部多个系列元件制造基地进行合作探讨，并寻求到了解决方案——这种协同运作能力是许多公司所不具备的。得益于公司的灵活机制，内部交流之后我们成功锁定了解决方案——联合采用我们现有的两大专业技术，即平板阵列制造技术和电容器制造技术，开发出了满足客户应用需求的定制化产品。

应对植入式医疗元件无线充电创新的挑战

从起搏器到药物输送泵，当今使用的大多数医疗植入式器件都由电池供电，最终需要通过手术更换。虽然无线充电将是消除更换这些电池所需的侵入性程序的一个很好的解决方案，但无线充电仍存在许多亟需攻克的技术难关。如今，工程师在使无线充电成为可植入设备的配套方案的最大问题之一是：无线电路在工作中往往会产生热量，植入线圈和电路产生的这种热量可能会灼伤人，因此美国食品和药物管理局 (FDA) 将所有获批的器件的温升严格限制为2°C，而解决这一问题的传统措施意味着电路往往体积庞大且效率低下。

在过去几年中，Resonant Link的电气、磁力和机械专家（含7名博士）一直致力于解决这一难题，但需要一款适用于其多层自谐振结构 (MSRS)的独特线圈构造的定制绕组元件，该MSRS将通常在无线充电设计中各自独立的电容器和电感器组合形成单个超高性能元件（图1）。

图 1. 由Resonant Link设计的MSRS的3D展示图

因此他们试图寻找一家能够开发同时满足其高质量、高性能和独特设计要求的电子元件公司，最终，他们选择了楼氏。虽然我们没有立即可用的解决方案，但我们知道这是我们有能力应对的挑战。通过前期多次讨论，我们共同确定该定制化产品最终会是一款带有精确和特定金属化的非标定制化设计，因此楼氏电容需要采用与以往普通电容器截然不同的开发方法。

创新研发思路

将多层平板阵列用于充电应用

我们最终决定采取多层平板阵列的设计思路。平板阵列是针对特定应用的多电容器阵列，该设计通常用于多路EMI滤波电路。其设计思路源自盘状电容器理论，平板阵列在外周和内部通孔之间提供电容（图2）。Resonant Link想要的元件是一款与我们所专长的平板阵列电容具有相似形状并完全契合其应用需求的产品。

图 2. Knowles Precision Devices 的平板阵列系列示例。

这是一种格外有趣的思路，因为平板阵列传统上适用于连接应用，因此将这些元件用于充电应用是非常创新的。

最终楼氏电容和Resonant Link共同研发出了有史以来性能最高的无线充电线圈，直径归一化品质因数每厘米超过250（图3）。这种损耗仅为传统的基于绞合线的线圈的1/6不到。

图 3. 全组装元件示例。

由此，具有快速充电、深植入深度、小植入尺寸和更简单充电方式功能的新型医疗应用产品将成为可能。目前，Resonant Link和Knowles Precision Devices已经合作并交付了用于极严苛的植入式应用的额外线圈。