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行业观察 | NVE推出芯片级医疗GMR磁开关,可在3特斯拉磁场中保持正确输出

   日期:2026-07-29 11:00:13     来源:网络整理    作者:本站编辑    评论:0    
行业观察 | NVE推出芯片级医疗GMR磁开关,可在3特斯拉磁场中保持正确输出

7月22日,NVE发布了三款采用晶圆级芯片尺寸封装的医疗级GMR磁开关,型号分别为BD066-20E、BD913-20E和BD921-20E。三款器件的封装尺寸均为0.65毫米×0.65毫米×0.15毫米,典型工作点为1.5—2.8毫特斯拉,并经过正负3特斯拉磁场下的输出验证。

3特斯拉是临床MRI设备常见的静磁场强度,远高于这几款磁开关的动作阈值。普通磁开关进入这种强磁场后,即使没有发生永久损坏,输出状态也可能变化。NVE在数据手册中将器件不被MRI磁场损坏和器件在MRI磁场中保持正确输出分别称为“MRI-safe”和“MRI-correct”。此次发布的三款产品属于后者。

NVE此前已有支持MRI-correct的医疗级磁开关。采用1.1毫米DFN封装的BD032-14E同样支持3特斯拉下的正确输出,TMR型号BHK991-14E则标称达到9特斯拉。此次更新主要集中在尺寸和功耗上:封装缩小到0.65毫米见方,并提供低功耗间歇采样和高速连续工作两类型号。

三款产品对应不同的功耗和速度要求

BD066-20E的典型工作点为2.8毫特斯拉,在0.9伏供电时典型电流为32纳安。该器件通过内部振荡器周期性启动传感和比较电路,以较低的平均功耗维持状态检测。按照数据手册给出的参数,其0.9伏下的典型开关频率为40赫兹,规格范围为30—60赫兹。
BD913-20E和BD921-20E采用连续工作方式,典型工作点分别为1.5和2.0毫特斯拉,在0.9伏下的典型电流均为15微安,最高开关频率为100千赫兹。连续工作虽然提高了功耗,但也省去了等待下一次内部采样的时间,适合状态变化较快的应用。
型号
典型工作点
0.9 V下典型电流
工作方式
开关频率
BD066-20E
2.8 mT
32 nA
内部间歇采样
典型40 Hz
BD913-20E
1.5 mT
15 μA
连续工作
100 kHz
BD921-20E
2.0 mT
15 μA
连续工作
100 kHz

因此,32纳安和100千赫兹分别属于不同型号,不能作为同一款器件的组合指标。BD066-20E适合长期待机、状态变化较慢且电池容量有限的设备;另外两款产品更偏向需要快速检测的场景。具体选型还要考虑磁体强度、安装距离、装配偏差和外部杂散磁场。

三款器件均支持0.9—2.4伏供电,采用开漏输出,导通时可吸收最高100微安电流。它们对南、北两种磁极均可响应,敏感方向位于封装平面内。后一点会影响磁体的安装方式,与主要检测芯片法向磁场的常见霍尔开关并不相同。

3特斯拉正确输出和9特斯拉无损坏

NVE数据手册称,BD系列医疗传感器经过最高9特斯拉磁场下的无损坏测试。这项指标描述的是器件离开强磁场后仍可继续使用,不代表所有型号在9特斯拉环境中都能提供正确的开关状态。

根据数据手册中的说明,部分MRI-safe型号在外部磁场超过约正负40毫特斯拉后,输出可能再次翻转。此时器件本身没有损坏,但控制电路读取到的状态可能不再对应原先的开关逻辑。如果医疗设备需要在MRI扫描环境中读取传感器状态,仅保证器件不损坏并不够。

BD066-20E、BD913-20E和BD921-20E的正确输出范围经过批次鉴定验证至正负3特斯拉。数据手册中的“no theoretical limit”说明其设计不存在图示范围内的理论翻转点,但NVE提供的产品保证仍以正负3特斯拉的验证范围为准。高于这一范围的正确输出能力不能由现有资料确认。

这种强场工作能力与器件内部的磁性结构有关。GMR磁开关利用磁性薄膜中不同磁层相对磁化状态的变化产生电阻信号,再由比较电路转换为数字输出。器件进入特斯拉级背景磁场后,内部磁层的响应方式会直接影响输出状态。这类产品用于在强背景磁场中判断预设磁体或机械状态,不负责精确测量MRI主磁场。

封装缩小后,应用范围和装配要求同时变化

三款新品采用四焊盘WLCSP封装,平面尺寸比NVE同系列1.1毫米见方的DFN封装减少约65%,厚度为0.15毫米。导管、内窥镜、植入式装置和贴身医疗设备内部空间有限,传感器面积和厚度的缩减可以为电池、天线及其他元件留出位置,也能缩短传感芯片与目标磁体之间的距离。

WLCSP基本以芯片本身的尺寸作为封装尺寸,没有传统塑封器件较大的引线框架和模封体。相应地,它对贴装工艺、焊盘设计和板级机械可靠性提出了更高要求。GMR敏感方向位于封装平面内,磁体方向、横向偏移和安装角度也需要纳入装配公差分析。器件尺寸减小后,这些偏差在整个磁路中的相对影响会增加。

NVE在数据手册中列出了BD系列的生产测试流程:所有器件接受电气和磁参数测试,最终测试前进行150摄氏度、24小时烘烤,完成卷带后再进行全数外观检查。批次鉴定会抽取200枚已经通过最终测试的产品,经历两次标准回流焊温度循环并重新测试,全部通过后该批产品才进入库存。

公司表示三款型号目前均有现货。这说明它们已经作为标准产品供应,而非停留在实验样品阶段。不过,NVE没有披露具体客户、医疗设备设计导入、终端认证和出货数量,现有资料无法判断它们是否已经用于实际医疗产品。

一颗MRI-correct传感器不能替代整机验证

MRI环境同时包含强静磁场、时变梯度磁场和射频能量。美国FDA的相关资料指出,医疗设备进入MRI环境后可能出现磁力和扭矩、射频加热、电子功能异常及成像伪影等问题。终端设备的安全性还会受到材料、导线长度、回路面积、安装位置和扫描条件影响。

“MRI-correct”是NVE用于描述磁开关输出行为的产品术语,并不等同于美国FDA体系下的“MR Safe”或“MR Conditional”整机标签。终端设备仍需按照具体场强、空间梯度、梯度切换、射频暴露和使用位置完成测试。NVE的数据手册也说明,除非与客户另有书面协议,其产品并未被设计或授权用于生命支持、生命关键或安全关键设备。

在应用层面,这类磁开关可用于检测医疗器械中的机构位置、舱盖或附件状态,也可以通过外部磁体控制密封设备的唤醒和模式切换。32纳安型号适合长期维持待机检测,连续工作型号则可用于较快的运动和位置变化。如果设备需要在MRI扫描期间读取这些状态,3特斯拉下的正确输出可以减少主磁场引起的逻辑错误。

NVE此次没有改变GMR磁开关的基本功能,也没有首次实现3特斯拉下的正确输出。产品的变化是把已有的强场输出能力移入更小的WLCSP封装,并提供两种功耗和响应速度配置。对于空间和电池容量受到严格限制的医疗设备,这种组合增加了器件选型的余地。

后续还需观察三款产品的客户导入、终端MRI条件测试和实际出货情况。温度、磁场方向、装配偏差及长期使用条件下的批量数据,也会影响其在具体医疗设备中的使用范围。

主要来源

  • • NVE产品公告:超低功耗、MRI-correct、WLCSP医疗级磁开关
  • • NVE BD系列1.5伏医疗级磁开关数据手册
  • • 美国FDA:MRI的收益与风险
  • • 美国FDA:医疗设备在MR环境中的测试与标签指导
 
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