মেডিকেল ডিভাইস ডায়োডের লেআউট ডিজাইনে কী লক্ষ করা উচিত?

1, পোলারিটি সনাক্তকরণ এবং ত্রুটি প্রতিরোধের নকশা
একটি ডায়োডের একমুখী পরিবাহিতা রয়েছে এবং এর পোলারিটি উল্টে গেলে শর্ট সার্কিট হতে পারে বা ডিভাইসটি পুড়ে যেতে পারে। চিকিৎসা সরঞ্জামে, এই ত্রুটিটি সরঞ্জামের ব্যর্থতা এবং এমনকি রোগীদের ক্ষতির কারণ হতে পারে। অতএব, বিন্যাস নকশা কঠোরভাবে নিম্নলিখিত নীতিগুলি অনুসরণ করা আবশ্যক:

সিল্ক স্ক্রিন মার্কিং: ডায়োড বডির চারপাশে স্পষ্টভাবে ক্যাথোড (K) বা নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড (-) চিহ্নিত করুন, সাধারণত উল্লম্ব রেখা, পুরু রেখা, খাঁজ চিহ্ন বা "K" অক্ষর দ্বারা উপস্থাপিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, পৃষ্ঠ মাউন্ট ডায়োডগুলি রঙের ব্যান্ড বা খাঁজের মাধ্যমে ক্যাথোডের সাথে মিলিত হতে পারে।
প্যাকেজিং চিঠিপত্র: PCB প্যাকেজিং প্যাড স্পষ্টভাবে ক্যাথোড/অ্যানোডের মধ্যে পার্থক্য করা প্রয়োজন। সাধারণত, ঢালাই ত্রুটি এড়াতে ক্যাথোড প্যাডগুলি খাঁজ, কোণ বা বিশেষ আকার দিয়ে ডিজাইন করা হয়।
দিকনির্দেশ অভিন্নতা: ঢালাই ত্রুটির ঝুঁকি কমাতে একই ধরনের ডায়োড একই দিক (যেমন সমস্ত ক্যাথোড বাম/উপরের দিকে) বজায় রাখা উচিত।
বিরোধী ভুল নকশা: জটিল সার্কিট বা ত্রুটি প্রবণ পরিস্থিতিতে, অপ্রতিসম প্যাড ডিজাইন আরও পোলারিটি রিভার্সাল প্রতিরোধ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।
2, তাপ অপচয় নকশা এবং তাপ ব্যবস্থাপনা
চিকিৎসা সরঞ্জামে, পাওয়ার ডায়োড (যেমন রেকটিফায়ার এবং ফ্রিহুইলিং টিউব) অপারেশনের সময় উল্লেখযোগ্য তাপ উৎপন্ন করে। দরিদ্র তাপ অপচয় তাপ ভাঙ্গন বা কর্মক্ষমতা অবনতি হতে পারে. বিন্যাস নকশা নিম্নলিখিত দিক থেকে তাপ অপচয় অপ্টিমাইজ করতে হবে:

তাপ অপচয়ের উৎসের কাছে যাওয়া: তাপ সিঙ্ক বা তামার ফয়েল এলাকার কাছে পাওয়ার ডায়োড রাখুন এবং দ্রুত তাপ সঞ্চালনের জন্য ধাতব পরিবাহী ব্যবহার করুন। উদাহরণস্বরূপ, পোর্টেবল আল্ট্রাসাউন্ড ডিভাইসের পাওয়ার মডিউলে, সিলিকন কার্বাইড ডায়োডগুলি জংশন তাপমাত্রা কমাতে তাপ প্যাডের মাধ্যমে তাপ সিঙ্কের সাথে ঘনিষ্ঠ যোগাযোগে থাকে।
বৃহৎ এলাকা তামার প্রলেপ: তাপ অপচয় করার ক্ষমতা বাড়াতে ডায়োডের ক্যাথোড এবং অ্যানোড প্যাডের সাথে গ্রাউন্ড কপার ফয়েল (GND প্লেন) বা পাওয়ার কপার ফয়েলের একটি বড় অংশ সংযুক্ত করুন। উদাহরণস্বরূপ, একটি ইলেক্ট্রোকার্ডিওগ্রাফের ইলেক্ট্রোড সনাক্তকরণ সার্কিটে, তামার ফয়েলের একাধিক স্তর ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রক ডায়োড প্যাডের নীচে রাখা হয় এবং ভিয়াসের মাধ্যমে অভ্যন্তরীণ তাপ অপচয় স্তরের সাথে সংযুক্ত থাকে।
এর মাধ্যমে তাপ অপব্যয়: ছিদ্র (ব্যাস 0.3 মিমি, ব্যবধান 0.5-1 মিমি) এর মাধ্যমে তাপ অপসারণের ব্যবস্থা করুন যেখানে বড় তামার ফয়েলগুলি সংযুক্ত থাকে, একটি নিম্ন তাপ প্রতিরোধের পথ তৈরি করে। উদাহরণস্বরূপ, পোর্টেবল এক্স-রে সরঞ্জামের পাওয়ার কনভার্সন সার্কিটে, সিলিকন কার্বাইড ডায়োডের নীচে অ্যারের মতো একটি গ্রিড ব্যবহার করা হয়, যা তাপমাত্রা বৃদ্ধি 40% হ্রাস করে।
তাপ সংবেদনশীল উপাদান থেকে দূরে থাকুন: তাপ সংবেদনশীল উপাদান যেমন ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটর এবং নির্ভুল আইসি-এর কাছাকাছি হিটিং ডায়োড স্থাপন এড়িয়ে চলুন যাতে তাপীয় চাপের কারণে কর্মক্ষমতা হ্রাস পায়।
3, বৈদ্যুতিক বিচ্ছিন্নতা এবং নিরাপত্তা প্রবিধান প্রয়োজনীয়তা
চিকিৎসা সরঞ্জামগুলি অবশ্যই কঠোর বৈদ্যুতিক নিরাপত্তা মানগুলি পূরণ করতে হবে (যেমন IEC 60601-1), এবং বৈদ্যুতিক শকের ঝুঁকি রোধ করতে ডায়োড বিন্যাস অবশ্যই উচ্চ এবং নিম্ন ভোল্টেজ এলাকার মধ্যে বিচ্ছিন্নতা নিশ্চিত করতে হবে

ক্রীপেজ দূরত্ব এবং বৈদ্যুতিক ক্লিয়ারেন্স: উচ্চ-ভোল্টেজ ডায়োড (যেমন 600V এর উপরে) এবং অন্যান্য উচ্চ-ভোল্টেজ ডিভাইস/তারের পিনের মধ্যে পর্যাপ্ত ব্যবধান বজায় রাখা উচিত। উদাহরণস্বরূপ, একটি ডিফিব্রিলেটরের উচ্চ-ভোল্টেজ জেনারেশন সার্কিটে, ডায়োড এবং ক্যাপাসিটরের মধ্যে কমপক্ষে 2 মিমি দূরত্ব সেট করা হয় এবং জানালা খোলার মাধ্যমে নিরোধক শক্তি বৃদ্ধি করা হয়।
আইসোলেশন গ্রুভ এবং উইন্ডো: হাই এবং লো ভোল্টেজ এলাকার মধ্যে, সোল্ডার মাস্ক লেয়ারের (কপার ফ্রি এরিয়া) নিচে জানালা খোলা যেতে পারে, এমনকি ক্রিপেজ দূরত্ব বাড়াতে পিসিবিতে স্লটও তৈরি করা যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, মেডিকেল লেজার সরঞ্জামের পাওয়ার মডিউলে, উচ্চ ভোল্টেজ সাইড এবং কম ভোল্টেজ সাইড সম্পূর্ণরূপে বিচ্ছিন্নকরণ স্লট দ্বারা পৃথক করা হয়।
পাওয়ার গ্রাউন্ড এবং সিগন্যাল গ্রাউন্ড সেপারেশন: সিগন্যাল গ্রাউন্ড (SGND) থেকে বড় পালস কারেন্ট বহনকারী পাওয়ার গ্রাউন্ড (PGND) কে শারীরিকভাবে আলাদা করুন যার জন্য নিস্তব্ধতা প্রয়োজন এবং হস্তক্ষেপ এড়াতে তাদের একটি একক পয়েন্টে সংযুক্ত করুন। উদাহরণস্বরূপ, একটি পোর্টেবল মনিটরের সিগন্যাল অধিগ্রহণের সার্কিটে, ফোটোডিওডের গ্রাউন্ড ওয়্যারটি শব্দ সংযোগ কমাতে পাওয়ার গ্রাউন্ড থেকে স্বাধীনভাবে তারযুক্ত হয়।
4, EMI দমন এবং উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি অপ্টিমাইজেশান
চিকিৎসা সরঞ্জামে, ডায়োডের উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি স্যুইচিং অ্যাকশন ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক হস্তক্ষেপ (EMI) তৈরি করতে পারে, যা সরঞ্জামের কার্যকারিতাকে প্রভাবিত করে বা অন্যান্য চিকিৎসা ডিভাইসে হস্তক্ষেপ করতে পারে। বিন্যাস নকশা নিম্নলিখিত দিক থেকে EMI দমন করা প্রয়োজন:

ক্রিটিক্যাল লুপ এরিয়া মিনিমাইজ করুন: ডায়োড, সুইচিং টিউব, এনার্জি স্টোরেজ ইনডাক্টর/ক্যাপাসিটর ইত্যাদির মতো উচ্চ- ফ্রিকোয়েন্সি স্যুইচিং লুপ উপাদানগুলির লেআউটকে কমপ্যাক্ট করুন এবং রাউটিং দৈর্ঘ্য ছোট করুন৷ উদাহরণস্বরূপ, বক/বুস্ট সার্কিটে, ফ্রিহুইলিং ডায়োডটি সুইচিং ট্রানজিস্টরের সংলগ্ন স্থাপন করা হয়, যা লুপ এলাকা কমাতে একটি ত্রিভুজাকার বিন্যাস তৈরি করে।
পরজীবী পরামিতি নিয়ন্ত্রণ: উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশনে, ডায়োডের পরজীবী ক্যাপাসিট্যান্স (Cj) এবং ইন্ডাকট্যান্স (Ls) সংকেত ক্ষয় বা রিং হতে পারে। কম ক্যাপ্যাসিট্যান্স ডায়োড (যেমন Schottky ডায়োড) নির্বাচন করা উচিত এবং তারের (যেমন 45 ডিগ্রি বা গোলাকার কোণ) অপ্টিমাইজ করে বর্তমান ক্রাউডিং ইফেক্ট কমাতে হবে।
শিল্ডিং এবং ফিল্টারিং: গ্রাউন্ড আইসোলেশন বা ডিফারেনশিয়াল রাউটিং সংবেদনশীল সিগন্যাল লাইনের জন্য ব্যবহার করা হয় (যেমন I2C, SPI), এবং ইনপুট/আউটপুট টার্মিনালগুলিতে ফেরাইট পুঁতি বা ফিল্টারিং ক্যাপাসিটার যোগ করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, পোর্টেবল রক্তের গ্লুকোজ মিটারের যোগাযোগের ইন্টারফেসে, টিভিএস ডায়োডগুলিকে সাধারণ মোড ইন্ডাক্টরগুলির সাথে একত্রিত করা হয় যাতে ESD দমন করা হয় এবং হস্তক্ষেপ করা হয়।
5, সুরক্ষা বিন্যাস এবং নির্ভরযোগ্যতা নকশা
চিকিৎসা সরঞ্জামের উচ্চ নির্ভরযোগ্যতা থাকা প্রয়োজন এবং ডায়োড লেআউটের প্রতিরক্ষামূলক ব্যবস্থা যেমন ওভারভোল্টেজ, ওভারকারেন্ট, ইএসডি ইত্যাদি বিবেচনা করা উচিত।

ওভারভোল্টেজ সুরক্ষা: ভোল্টেজ ক্ল্যাম্প করতে এবং সেকেন্ডারি সার্কিটের ক্ষতি থেকে ভোল্টেজ স্পাইক প্রতিরোধ করতে পাওয়ার ইনপুটে জেনার ডায়োড বা টিভিএস ডায়োড ব্যবহার করুন। উদাহরণস্বরূপ, একটি পোর্টেবল অক্সিজেন কনসেনট্রেটরের পাওয়ার মডিউলে, টিভিএস ডায়োডটি ইনপুট শেষে সমান্তরালভাবে সংযুক্ত থাকে, যার প্রতিক্রিয়া সময় 1ps এর কম থাকে এবং এটি 8kV যোগাযোগের স্রাব সহ্য করতে পারে।
ওভারকারেন্ট সুরক্ষা: কারেন্ট একটি সিরিজ প্রতিরোধক বা কারেন্ট লিমিটিং ডায়োড দ্বারা সীমাবদ্ধ থাকে যাতে ওভারলোডের কারণে ডায়োডটি জ্বলতে না পারে। উদাহরণ স্বরূপ, একটি আলোক-এমিটিং ডায়োড (LED) ড্রাইভার সার্কিটে, একটি কারেন্ট লিমিটিং রেসিস্টর LED এর সাথে সিরিজে সংযুক্ত থাকে যাতে নিশ্চিত করা হয় যে অপারেটিং কারেন্ট একটি নিরাপদ সীমার মধ্যে রয়েছে।
ESD সুরক্ষা: ডেটা ইন্টারফেসের কাছাকাছি ESD ডায়োড ইনস্টল করুন (যেমন USB এবং ইথারনেট পোর্ট) এবং "ESD ইনলেটের কাছাকাছি" নীতি অনুসরণ করুন। উদাহরণস্বরূপ, পোর্টেবল আল্ট্রাসাউন্ড ডিভাইসের USB ইন্টারফেসে, TVS ডায়োড এবং সংযোগকারীর মধ্যে দূরত্ব 3cm এর কম, এবং গ্রাউন্ড টার্মিনাল একাধিক মাধ্যমে গ্রাউন্ড প্লেনের সাথে সংযুক্ত থাকে, যার ফলে ক্ল্যাম্পিং ভোল্টেজ 15V হ্রাস পায়।
6, বিশেষ অ্যাপ্লিকেশন পরিস্থিতির জন্য লেআউট অপ্টিমাইজেশান
চিকিৎসা সরঞ্জামের বিশেষ প্রয়োজনের জন্য, ডায়োড বিন্যাস আরও অপ্টিমাইজ করা প্রয়োজন:

নমনীয় সার্কিট ডিজাইন: পরিধানযোগ্য মেডিকেল ডিভাইসে যেমন স্মার্ট ড্রেসিং, ডিভাইসের বিকৃতির সাথে খাপ খাইয়ে নিতে ডায়োডগুলিকে নমনীয় পাওয়ার তারের মাধ্যমে সংযুক্ত করতে হবে। উদাহরণস্বরূপ, হালকা নির্গত ডায়োডগুলি নমনীয় PCB-এর মাধ্যমে সেন্সর সাবস্ট্রেটের সাথে সংযুক্ত থাকে, এবং এমনকি ড্রেসিংয়ের পুরুত্ব পরিবর্তিত হলেও, রোগীর প্রভাবিত এলাকাকে সংকুচিত না করার জন্য LEDগুলিকে পৃষ্ঠের উপর স্থিরভাবে সাজানো যেতে পারে।
কম পাওয়ার ডিজাইন: পোর্টেবল ডিভাইসে, স্ট্যাটিক পাওয়ার খরচ কমাতে কম লিকেজ কারেন্ট ডায়োড (যেমন আল্ট্রাফাস্ট রিকভারি ডায়োড) বেছে নিন। উদাহরণ স্বরূপ, পোর্টেবল ইলেক্ট্রোকার্ডিওগ্রাম মনিটরের সিগন্যাল অধিগ্রহণ সার্কিটে, ফোটোডিওডগুলিকে কম গাঢ় কারেন্ট দিয়ে ডিজাইন করা হয়েছে এবং সংকেত-থেকে-শব্দ অনুপাতকে উন্নত করতে কম-শব্দ অপারেশনাল এমপ্লিফায়ারের সাথে যুক্ত করা হয়েছে।
হাই ডেনসিটি ইন্টিগ্রেশন: মাইক্রো মেডিকেল ডিভাইসে যেমন ইমপ্লান্টেবল সেন্সর, ছোট প্যাকেজড ডায়োড (যেমন DFN, SOD-123) স্থান বাঁচাতে ব্যবহার করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, নিউরাল স্টিমুলেটরগুলির পাওয়ার ম্যানেজমেন্ট সার্কিটে, সিলিকন কার্বাইড ডায়োডগুলি ডিএফএন-এ প্যাকেজ করা হয়, যা ঐতিহ্যগত TO-220 প্যাকেজিংয়ের তুলনায় 80% কমিয়ে দেয়।