Os provedores de saúde estão adotando cada vez mais dispositivos médicos portáteis em ambientes clínicos e domiciliares para ampliar o acesso ao atendimento e otimizar os fluxos de trabalho clínicos. A integração no ponto de atendimento com ferramentas de diagnóstico, equipamentos de monitoramento e ventiladores melhora os resultados dos pacientes por meio do monitoramento contínuo e da intervenção precoce. Projetados para ambientes exigentes e de alto impacto, os dispositivos médicos portáteis devem suportar vibrações e uso intenso. Com o rápido crescimento da assistência médica domiciliar, os componentes desses dispositivos precisam oferecer alto desempenho em densidade e velocidade, em designs menores e mais robustos. Os conectores internos para equipamentos médicos portáteis são essenciais para garantir confiabilidade, suportar choques, quedas e outros estresses físicos, além de permitir projetos e montagens mais simplificadas.
De acordo com a MORDOR Intelligence, o mercado de dispositivos médicos portáteis deve crescer de 90,84 bilhões de dólares em 2025 para 143,13 bilhões de dólares até 2030.
A miniaturização dos conectores revolucionou o desenvolvimento de equipamentos médicos móveis avançados. Dispositivos portáteis, como ventiladores e monitores de pacientes, frequentemente acompanham os pacientes, seja dentro de um hospital ou em suas casas. Equipamentos de diagnóstico também são transportados regularmente entre salas para atender múltiplos pacientes.
Esse movimento constante torna impactos e colisões inevitáveis, aumentando o risco de falha do dispositivo caso essas condições não sejam devidamente consideradas durante o processo de design.
Requisitos de Conectividade
O mercado de dispositivos médicos portáteis está passando por uma rápida inovação, com os fabricantes priorizando designs compactos, fáceis de usar e eficientes. A seguir, estão os principais requisitos de conectividade para soluções de conectividade em dispositivos médicos portáteis.
Confiabilidade em Formatos Miniaturizados
A miniaturização é essencial para garantir a portabilidade. Os conectores FPC (Flexible Printed Circuit) para placa são ideais para aplicações com restrições de espaço, pois oferecem tamanho compacto, custo acessível e instalação sem necessidade de ferramentas. Em aplicações sujeitas a alta vibração, os conectores FPC para placa se beneficiam de um sistema de travamento positivo, garantindo uma conexão segura, mesmo em condições de impacto.
Por exemplo, sistemas de travamento por lâmina (blade lock) proporcionam um encaixe firme, com um clique tátil perceptível, além de contar com uma alavanca simples e eficaz para travamento e destravamento rápido.
Esses conectores geralmente utilizam contatos, tipo lâmina, que oferecem apenas um ponto de contato por posição. Já o design de feixe duplo (dual-beam) proporciona dois pontos de contato por pino, garantindo uma conectividade mais robusta e confiável.
Para otimizar ainda mais o desempenho, o design dual-beam pode variar as características de vibração e as forças de contato de cada feixe. Essa abordagem amplia a faixa de frequência, reduz a ressonância e melhora a resistência a choques e vibrações.
Por exemplo, um design exclusivo e altamente confiável de FPC para placa pode apresentar uma força de contato de 0,5N no primeiro feixe e 0,35N no segundo feixe, garantindo uma conexão mais segura e resistente.
Conectores FFC/FPC
Frequentemente utilizados para conectar fios a circuitaria interna de equipamentos médicos portáteis, os conectores FPC/FFC, como os da série One Action FH™ , simplificam o processo de conexão ao permitir a inserção do FPC sem a necessidade de operar o atuador. Ao mesmo tempo, mantêm as vantagens dos conectores ZIF com atuador, como maior força de retenção e a capacidade de desconectar o conector por meio do atuador. Os conectores One Action possuem um mecanismo de travamento que já vem fechado, permitindo a conexão sem a necessidade de abrir a trava manualmente, tornando o processo mais rápido e eficiente.
Conectores como os da série One Action FH63S reduzem o tempo médio de conexão de 3 segundos (com conectores tradicionais) para 1 segundo ou menos. Em produções em larga escala conduzidas por operadores treinados, esse processo simplificado gera economia de tempo e custos.
O design de travamento One Action também é compatível com montagem robótica, permitindo que robôs insiram os cabos flexíveis nos conectores sem necessidade de intervenção humana. Isso aumenta ainda mais a eficiência e reduz os custos de produção.
Transmissão de Dados
Os modernos conectores flutuantes de placa a placa (board-to-board), que suportam uma ampla variedade de posições e alturas de empilhamento, oferecem velocidades de transmissão superiores a 10 Gb/s. Isso representa uma melhoria significativa em relação às gerações anteriores de conectores, que eram limitadas a 3 Gb/s, garantindo compatibilidade com os equipamentos de imagem médica atuais e proporcionando um desempenho preparado para o futuro em projetos avançados de dispositivos médicos móveis.
Desempenho Aprimorado
Os conectores de alta velocidade são projetados com contatos especializados que incorporam um contato de aterramento entre pares diferenciais adjacentes. Essa configuração reduz a interferência cruzada (crosstalk), proporciona um melhor casamento de impedância e minimiza a perda por inserção (insertion loss), mesmo em tempos de subida curtos.
Blindagem
Para possibilitar diagnósticos no ponto de atendimento e soluções de saúde baseadas em nuvem, os conectores de alta velocidade devem oferecer excelente desempenho contra interferências eletromagnéticas (EMI) e interferências de radiofrequência (RFI). Isso é especialmente crítico em equipamentos médicos que monitoram pacientes e transmitem dados essenciais para os profissionais de saúde.
Os interconectores utilizados em testes e monitoramento médico devem ser precisamente ajustados, pois qualquer interferência, por menor que seja, pode comprometer a integridade dos dados, afetando a tomada de decisões clínicas. Para garantir essa proteção, os conectores de alta velocidade utilizam blindagem metálica e designs de aterramento, assegurando uma operação precisa e confiável.
Designs Simplificados para OEMs
Os conectores híbridos placa a placa (board-to-board) para sinal e potência, como a série FX23, desempenham um papel essencial na transmissão de alta velocidade e na transferência de energia entre diferentes componentes em sistemas de equipamentos médicos portáteis.
Ao combinar sinal e energia em um único conector multifuncional, os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) economizam espaço na placa de circuito impresso (PCB) e, muitas vezes, eliminam a necessidade de conectores de energia adicionais. Isso permite maior funcionalidade sem comprometer o tamanho ou o desempenho do dispositivo.
Esses conectores híbridos também simplificam o processo de fabricação e montagem, reduzindo o número de conectores individuais que precisam ser soldados ou fixados na placa de circuito impresso (PCB). Isso pode resultar em tempos de montagem mais rápidos e, potencialmente, na redução dos custos de fabricação.
Os conectores híbridos de sinal e potência, como a série FX23, elevam ainda mais a eficiência. Eles oferecem transmissão de alta velocidade de até 16 Gb/s e possuem quatro contatos de potência de 3A embutidos em cada lado da carcaça do conector.
O mecanismo de contato flutuante reduz o estresse mecânico sobre os terminais SMT (Surface-Mount Technology), melhora a usabilidade e simplifica a montagem, especialmente ao conectar múltiplos conectores na mesma PCB.
Essas características contribuem para tempos de produção mais rápidos, redução de custos e desempenho confiável.
Montagem Simplificada
Os conectores placa a placa (board-to-board) que possuem um mecanismo de contato flutuante permitem um leve deslocamento entre os contatos durante o encaixe, facilitando a montagem. Esses contatos altamente confiáveis absorvem erros de alinhamento de ±0,8 mm ou mais nos eixos X e Y, eliminando problemas de posicionamento ao conectar os componentes.
A estrutura de contato flutuante é especialmente útil ao conectar múltiplos conectores na mesma PCB, tornando-se ainda mais vantajosa em aplicações médicas com restrições de espaço, onde proporciona redução significativa no tempo e custo de montagem. Além disso, a auto-centralização nos eixos X e Y garante um encaixe correto e seguro, reduzindo o estresse sobre os componentes montados, minimizando rachaduras nas soldas e aumentando a confiabilidade do sistema.
Fixação na Placa
Para uma fixação mais robusta na PCB, o processo de soldagem por refluxo (through-hole reflow) minimiza a necessidade de soldagem manual dos pinos metálicos de passagem em conectores SMT. Quando combinada com contatos flutuantes, essa abordagem resolve o problema do afrouxamento das juntas de solda em equipamentos médicos portáteis sujeitos a impactos e vibrações frequentes, garantindo maior resistência e durabilidade do sistema.
Conclusão
Os modernos dispositivos médicos portáteis exigem conectores cada vez menores, mais rápidos e mais duráveis. No passado, os projetistas precisavam equilibrar os requisitos da aplicação e os possíveis compromissos entre tamanho, desempenho e robustez ao escolher uma solução. Agora, tamanhos menores não significam taxas de dados reduzidas ou maior fragilidade.
Conectores FPC de baixo custo oferecem designs compactos com travamento positivo confiável e força de inserção zero (ZIF), simplificando a instalação. Enquanto isso, conectores híbridos com mecanismos de contato flutuante garantem transmissão de dados em alta velocidade, fornecimento seguro de energia e maior durabilidade, atendendo às exigências rigorosas da tecnologia médica portátil.
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*Este post foi patrocinado pela Hirose Electric
