一种关节置换物运动监测设备的封装结构和方法技术

本发明专利技术公开了一种关节置换物运动监测设备的封装结构和方法，涉及医疗器械领域，解决了现有的运动监测设备的电子元件在封装时的缺陷，其技术方案要点是：检测单元组合件，用于对关节置换物的运动信息进行检测，并对检测单元组合件内的电子元件进行单板封装；电池装配在第一外壳的内部，用于对检测单元组合件进行供电；框架与第二外壳连接，用于将检测单元组合件和电池压紧；第二外壳与第一外壳连接，用于形成放置无线充电装置的容置空间；无线充电装置与电池连接，用于对电池进行充电。本发明专利技术只需要一层电路板便能够实现电子元器件的堆叠，能够节省由大量的PCB电路板所占据的空间。能够节省由大量的PCB电路板所占据的空间。能够节省由大量的PCB电路板所占据的空间。

【技术实现步骤摘要】
一种关节置换物运动监测设备的封装结构和方法


[0001]本专利技术涉及一种医疗器械领域，更具体地说，它涉及一种关节置换物运动监测设备的封装结构和方法。

技术介绍

[0002]关节置换是最常见的骨科外科手术之一，例如膝关节和髋关节的置换手术。当患者关节损坏严重，致使丧失运动能力时，或者为了根治极端和/或持续的关节疼痛，可进行关节置换手术。
[0003]为了精确地测量和跟踪患者出院以后的关节活动度数据，加拿大CANARY公司提出将惯性测量单元(IMU)植入骨骼内，利用IMU对关节运动进行测量，从而实现对关节活动度的评估。为了将活动度数据传输给体外设备，上述专利还为IMU配备了微处理器、存储器、无线通信器及电池，进而构成一个与胶囊形状及体积相近的运动监测设备。
[0004]然而，由于人体骨骼的体积限制，运动监测胶囊的体积非常微小，CANARY公司推出的运动监测设备的直径和长度分别只有14mm和57mm。其运动监测设备对IMU、微处理器、存储器及无线通信器等电子元件的封装并不高度集成，使得运动监测设备没有多余的空间，导致无法在运动监测设备内部集成无线充电装置，使得运动监测设备整个寿命周期内的电量全部依靠电池提供。
[0005]因此如何对电子元件进行高密度封装，进而省出更多空间，为无线充电装置的集成提供安装空间，对于提升运动监测设备的续航具有重大意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决了现有的运动监测设备的电子元件在封装时的缺陷，本专利技术的目的是提供一种关节置换物运动监测设备的封装结构和方法。本专利技术只需要一层电路板便能够实现电子元器件的堆叠，能够节省由多层PCB电路板所占据的空间，进而在运动监测设备的内部预留出安装无线充电装置的容置空间，使得能够通过无线充电装置对运动监测设备进行充电，从而延长运动监测设备的工作周期。
[0007]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0008]第一方面，提供了一种关节置换物运动监测设备的封装结构，包括检测单元组合件、电池、第一外壳、框架和第二外壳；
[0009]检测单元组合件用于对关节置换物的运动信息进行检测，并对检测单元组合件内的电子元件进行单板封装；
[0010]电池用于对检测单元组合件进行供电，电池装配在第一外壳的内部；
[0011]框架用于将检测单元组合件和电池压紧，框架与第二外壳连接；
[0012]第二外壳与第一外壳连接，用于形成放置无线充电装置的容置空间；
[0013]无线充电装置用于对电池进行充电。
[0014]现有技术的运动监测设备的采用PCB电路板堆叠或者折叠方式，即将IMU、微处理
器、存储器及无线通信器焊接在两个或多个PCB电路板上，然后利用对PCB电路板进行堆叠或者折叠(采用软硬结合板)，采用PCB电路板的堆叠或者折叠方案存在两个重要缺点：(1)PCB电路板的厚度与IMU、微处理器、存储器及无线通信器的电子元器件的厚度相当甚至厚度更大大，对PCB电路板进行多层堆叠或者折叠必然使PCB电路板占据大量空间，不利于空间的节省，并且软硬结合板的成本较高；(2)多层PCB电路板堆叠或者折叠，由于芯片位于不同的电路板上，导致电路板的走线设计及制造难度较大；这样就会使得检测单元组合件和电池占据设备所有的空间，当电池的电量耗尽时，则该置于关节置换物中的运动监测设备就无法对关节置换物的运动信息进行检测。本专利技术对检测单元组合件内的电子元件进行单板封装，减小了检测单元组合件的大小，以降低检测单元组合件在运动监测设备中的空间占比率，从而避免了现有技术中的多块PCB电路折叠或堆叠的技术方案，以此降低了检测单元组合件在运动监测设备中的空间占比率，为后续在运动监测设备中集成无线充电装置提供了空间，从而提升了运动监测设备的续航时间。
[0015]进一步的，检测单元组合件包括PCB电路板、第一芯片层、粘合剂、第二芯片层、绝缘体及金属导线；
[0016]第一芯片层焊接在PCB电路板上，用于实现PCB电路板与第一芯片层之间信号的连接和对第一芯片层的机械固定；
[0017]第二芯片层通过粘合剂与第一芯片层连接，用于实现对第二芯片层的机械固定；
[0018]绝缘体与第一芯片层、第二芯片层和PCB电路板之间通过粘合剂连接，用于实现对绝缘体的机械固定；
[0019]金属导线喷印在绝缘体的表层上，用于连接第二芯片层的接口和连接PCB电路板的引脚。
[0020]进一步的，第一芯片层和第二芯片层上均布置两种芯片，其中，芯片包括微处理芯片、存储芯片、无线通信芯片和惯性测量单元。
[0021]进一步的，第一芯片层的封装方式采用方型扁平式封装等带引脚封装，用于与PCB电路板的引脚相连接；
[0022]第二芯片层的封装方式采用方形扁平无引脚封装，用于实现对金属导线的稳固连接。
[0023]进一步的，第一芯片层与PCB电路板的焊接的方式为锡焊焊接。
[0024]进一步的，绝缘体环绕的铺设在第二芯片层与第一芯片层上。
[0025]进一步的，框架与第二外壳连接方式为螺纹连接、粘合剂粘接和过盈配合三种中任意一种。
[0026]进一步的，根据检测单元组合件内的电子元件的数量实现三层及三层以上的封装。
[0027]第二方面，本专利技术提供了一种关节置换物运动监测设备的封装方法，包括：
[0028]a.通过锡焊的方式实现PCB电路板与第一芯片层的信号连通及机械固定；
[0029]b.通过点胶机在第一芯片层的上表面涂覆粘合剂；
[0030]c.通过芯片贴装机将第二芯片层粘贴到第一芯片层上，并固化粘合剂；
[0031]d.通过聚合物3D打印技术在芯片侧面制作倾斜式的绝缘体；
[0032]e.待到绝缘体固化并冷却后，基于气溶胶喷印技术将金属粒喷印到绝缘体上，形
成金属导线，从而连接第二芯片层及PCB电路板的引脚；
[0033]f.基于激光烧结技术将金属导线烧结成形。
[0034]进一步的，重复步骤b
‑
f实现检测单元组合件中电子元件的三层及三层以上的封装。
[0035]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0036]1.本专利技术通过将PCB电路板与第一芯片层通过焊接实现信号连通，并保障第一芯片层的机械固定。第二芯片层通过粘合剂与第一芯片层牢固连接，保障第二芯片层的机械固定。绝缘体通过聚合物3D打印技术进行制造，斜坡绝缘体与第一芯片层、第二芯片层及PCB电路板之间的粘合力保障斜坡绝缘体的机械固定。绝缘体为金属导线提供空间的机械支撑。第一芯片层和第二芯片层是微处理芯片、存储芯片、无线通信芯片及惯性测量单元(IMU)等芯片中的二种。第一芯片层的封装可选择方型扁平式封装(QFP)等带引脚封装形式，方便第一芯片层与PCB电路板通过焊接联通。第二芯片层的封装选择方形扁平无引脚封装形式(QFN),使其与金属导线的连接稳固。还可根据电子元件中芯片的数量进行三层及三层以上的封本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种关节置换物运动监测设备的封装结构，其特征在于，包括检测单元组合件(1)、电池(2)、第一外壳(3)、框架(4)和第二外壳(5)；检测单元组合件(1)用于对关节置换物的运动信息进行检测，并对检测单元组合件(1)内的电子元件进行单板封装；电池(2)用于对检测单元组合件(1)进行供电，电池(2)装配在第一外壳(3)的内部；框架(4)用于将检测单元组合件(1)和电池(2)压紧，框架(4)与第二外壳(5)连接；第二外壳(5)与第一外壳(3)连接，用于形成放置无线充电装置的容置空间(6)；无线充电装置用于对电池(2)进行充电。2.根据权利要求1所述的一种关节置换物运动监测设备的封装结构，其特征在于，检测单元组合件(1)包括PCB电路板(11)、第一芯片层(12)、粘合剂(13)、第二芯片层(14)、绝缘体(15)及金属导线(16)；第一芯片层(12)焊接在PCB电路板(11)上，用于实现PCB电路板(11)与第一芯片层(12)之间信号的连接和对第一芯片层(12)的机械固定；第二芯片层(14)通过粘合剂(13)与第一芯片层(12)连接，用于实现对第二芯片层(14)的机械固定；绝缘体(15)与第一芯片层(12)、第二芯片层(14)和PCB电路板(11)之间通过粘合剂(13)连接，用于实现对绝缘体(15)的机械固定；金属导线(16)喷印在绝缘体(15)的表层上，用于连接第二芯片层(14)的接口和连接PCB电路板(11)的引脚。3.根据权利要求2所述的一种关节置换物运动监测设备的封装结构，其特征在于，第一芯片层(12)和第二芯片层(14)上均布置两种芯片，其中，芯片包括微处理芯片、存储芯片、无线通信芯片和惯性测量单元。4.根据权利要求2所述的一种关节置换物运动监测设备的封装结构，其特征在于，第一芯片层(12)的封装方式采用方型扁平式...

【专利技术属性】
技术研发人员：周吴，何江波，冉龙骐，
申请(专利权)人：成都泽康智骨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：