Что такое технология нанесения покрытия ультразвуковым распылением на полупроводниковый эндоскоп

Технология нанесения покрытия ультразвуковым распылением на полупроводниковые эндоскопы

Это высокотехнологичная производственная технология, объединяющая точную механику, обработку полупроводников и медицинское материаловедение.

I. Основная технология: зачем использовать ультразвуковое напыление? Традиционная защита эндоскопов может использовать погружение или обычное распыление, но эти методы имеют фатальные недостатки для полупроводниковых эндоскопов (особенно входных CMOS/CCD-сенсоров), которые стоят сотни тысяч долларов и имеют хрупкую структуру:

Неравномерное покрытие: приводит к искажению изображения или появлению ряби.

Чрезмерные отходы материала: большое количество дорогостоящего медицинского покрытия тратится впустую.

Возможное повреждение устройства: жидкость капает или просачивается в нецелевые области.

Технология нанесения покрытия ультразвуковым распылением прекрасно решает следующие проблемы:

Другой принцип распыления: высокочастотная ультразвуковая вибрация (обычно 20–120 кГц) «разрывает» жидкость на микронные/микронные частицы. Наноразмерные мелкие капли вместо использования газа под высоким давлением приводят к:

Чрезвычайно низкое давление распыления: мягкий поток жидкости без разбрызгивания и подпрыгивания.

Равномерный размер капель: обеспечение равномерной толщины покрытия.

Точный контроль расхода: позволяет получать чрезвычайно тонкие (сотни нанометров) и однородные покрытия.

Превосходные эффекты обработки:

Высокая однородность: формирование бездефектных пленок на сложных поверхностях сенсора и линзы.

Высокая конформность: идеальное покрытие даже на поверхностях с небольшими неровностями.

Чрезвычайно высокий коэффициент использования материала: более 90 %, экономия на дорогих функциональных покрытиях.

Бесконтактный: предотвращение физического контактного повреждения прецизионных полупроводниковых компонентов.

II. Ключевые технические аспекты и процессы Полная система нанесения покрытия ультразвуковым распылением на полупроводниковые эндоскопы обычно включает в себя следующие компоненты:

1. 1. Предварительная обработка и очистка

Модуль наконечника эндоскопа должен пройти тщательную очистку и плазменную обработку. Плазменная обработка активирует поверхность заготовки, повышает адгезию покрытия, удаляет микроскопические загрязнения.

2. Точное позиционирование и маскировка

Высокоточная роботизированная рука или подвижная платформа используется для точного контроля относительного движения между эндоскопом и ультразвуковой насадкой.

Области без покрытия (например, металлические корпуса и точки подключения) требуют физической маскировки, чтобы покрытие покрывало только оптическое стекло и области датчиков.

3. Процесс ультразвукового распыления

Сопло: основной компонент, преобразующий электрические сигналы в механические вибрации, генерирующие ультразвуковые волны на кончике сопла, в результате чего вытекающая жидкость образует однородный микротуман.

Система подачи жидкости: точно контролирует скорость подачи и общий объем жидкости для покрытия, обычно достигаемый прецизионным инжекторным насосом или насосом для жидкостной хроматографии.

Управление движением: программно контролирует траекторию сопла, гарантируя, что каждая часть датчика и линза получит одинаковое количество распыления. Обычно это многоосная связь.

4. Отверждение и последующая обработка

После распыления требуется отверждение. Способ отверждения зависит от химических свойств покрытия и может быть:

Термическое отверждение: Низкотемпературный нагрев в печи (во избежание повреждения полупроводников).

УФ-отверждение: Для покрытий, отверждаемых УФ-излучением.

Отверждение при комнатной температуре: Естественная сушка на воздухе.

5. Проверка качества

Оптический осмотр: проверьте покрытие на наличие дефектов, пузырьков и примесей.

Измерение толщины: Измерьте толщину покрытия с помощью бесконтактного оборудования, такого как интерферометр белого света или эллипсометр, чтобы убедиться, что оно соответствует техническим требованиям (обычно на уровне микрометра).

Функциональное тестирование. Проведите испытания на водонепроницаемость и устойчивость к пятнам, а также проверьте в моделируемой среде, не ухудшается ли качество изображения из-за покрытия.

III. Типы применяемых функциональных покрытий В этом и заключается ценность этой технологии; это не обычная краска, а тонкая пленка со специфическими функциями:

Гидрофобное/олеофобное противообрастающее покрытие:

Материалы: фторированные полимеры (например, ПТФЭ), модифицированные силаны.

Функция: Предотвращает прилипание крови, тканевой жидкости и белков, сохраняя зеркало чистым и обеспечивая четкое поле зрения. Это основное покрытие.

Антибликовое покрытие:

Материалы: Многослойные оксиды металлов (например, SiO₂, ... TiO₂).

Функция: уменьшает отражение света на поверхности линзы, увеличивает светопропускание и улучшает контрастность и яркость изображения.

Биосовместимое покрытие:

Материалы: медицинский силикон, фосфолипидные полимеры.

Функция: Обеспечивает безопасность при контакте устройства с тканями человека, уменьшая реакции отторжения и повреждение тканей.

Гидрофильное смазочное покрытие:

Материалы: Поливинилпирролидон (ПВП) и др.

Функция: Обычно наносится на внешнюю стенку вводимой трубки для уменьшения сопротивления трения во время введения в тело, повышая комфорт пациента.

элемент	Традиционные методы	технология ультразвукового распыления
Равномерность покрытия	Средний, склонен к апельсиновой корке и капанию	Превосходный контроль точности нанометрового уровня.
Коэффициент использования материала	Низкий (30%-60%)	Высокий (>90%)
Воздействие на заготовку	Может привести к повреждению из-за высокого давления или воздействия жидкости.	Бесконтактный, нежный и не повреждающий.
Покрытие сложной формы	Плохо, много слепых зон	Отлично, хорошо держит форму.
Управляемость процессом	Низкий	Чрезвычайно высокий уровень цифрового программного управления.
Толщина покрытия	Толще, труднее контролировать	Ультратонкий, с точностью до субмикронного уровня

V. Применение и перспективы на будущее

Текущее применение: в основном используется при производстве высококачественных эндоскопов, таких как одноразовые дуоденоскопы, бронхоскопы и колоноскопы, а также при восстановлении и ремонте эндоскопов многоразового использования.

Будущие тенденции:

Многофункциональные композитные покрытия: на одну и ту же поверхность последовательно напыляются несколько слоев покрытий с разными функциями (например, просветляющее покрытие, за которым следует гидрофобное покрытие).

Интеллектуализация и интеграция искусственного интеллекта: использование машинного зрения для автоматического определения области распыления и оптимизации траектории и параметров распыления с помощью алгоритмов искусственного интеллекта.

Разработка новых материалов: например, «самовосстанавливающиеся» покрытия, которые автоматически устраняют мелкие царапины; или покрытия, содержащие лекарственные средства, которые выделяют терапевтические лекарства во время исследования.

В заключение отметим, что технология ультразвукового напыления полупроводниковых эндоскопов является одним из ключевых производственных процессов, обеспечивающих высокую производительность, высокую надежность и безопасность современных прецизионных медицинских эндоскопов, и является жемчужиной в короне производства высококачественного медицинского оборудования.