電子タバコのPCBアセンブリの安全要件
電子タバコ、またはvapingデバイスは、PCBアセンブリに依存して電力供給を管理し、暖房要素を制御し、操作中にユーザーの安全を確保します。ユーザーとの直接的な相互作用と液体、熱、電流への曝露を考えると、これらのPCBは、過熱、短絡、またはバッテリーの故障などの誤動作を防ぐために、厳しい安全基準に準拠する必要があります。これを達成するには、コンポーネントの選択、電気分離、熱管理、および業界の規制へのコンプライアンスに注意する必要があります。
電気分離と断熱材を防ぐための
電子タバコPCBは、電子液体または偶発的な流出からの凝縮が痕跡またはコンポーネント間に導電性経路を作成し、短絡につながる環境で動作します。このリスクを緩和するために、設計者はPCB表面に適用されるコンフォーマルコーティングから始めて、多層断熱戦略を実装します。しばしばアクリル、シリコン、またはウレタンで作られたこれらのコーティングは、熱膨張に対応するための柔軟性を維持しながら、水分と化学物質に対する保護障壁を形成します。
コンパクトなvapingデバイスで使用される両面PCBには、アークを防ぐために、特にバッテリーコネクタや加熱コイルなどの高電圧コンポーネントに近い導電性層間の正確な間隔が必要です。クリアランスとクリープ距離 - それぞれ同じレイヤーとレイヤー間のトレース間の物理的な分離は、デバイスの動作電圧と環境条件に基づいて計算されます。たとえば、トレース間の距離を増やすと、汚染物質がギャップを橋渡しすると、電気放電の可能性が減少します。
分離技術は、コンポーネントレベルの設計にまで拡張され、そこではオプトカプラーまたはトランスが電力段階から電気的に制御回路を分離します。これにより、バッテリー管理システム（BMS）などの敏感な領域に伝播することから、加熱要素回路の電圧スパイクまたは障害を防ぎます。アセンブリ中、自動化された光学検査（AOI）は、分離ギャップが設計仕様を満たしていることを確認し、重要なコンポーネントの手動での配置中のヒューマンエラーのリスクを減らします。
暖房元素の安全な動作のための熱管理
電子タバコの加熱コイルは、PCBまたは周囲の成分の損傷を避けるために効率的に消散する必要がある熱を生成するかなりの電流を引き出します。温度の上昇が成分の劣化を加速する熱的暴走は、バッテリーの爆発やデバイスの誤動作につながる可能性があるため、主要な関心事です。熱を管理するために、設計者は熱バイアスを組み込みます。これは、PCBの最上層から内部層または下層に熱を伝達する穴を組み込み、散逸のために大きな銅領域を備えています。
アルミニウムコアPCBや金属支援基板などの高温伝導材料は、熱拡散を改善するために従来のFR-4の代わりに使用されることがあります。これらの材料は、加熱コイルドライバー回路の近くの局所的なホットスポットを削減し、全面的に均一な温度分布を確保します。加熱要素モニターの動作条件の近くに配置された温度センサーは、リアルタイムで動作条件を監視し、しきい値を超えた場合に自動シャットダウンなどの安全メカニズムをトリガーします。
PCBレイアウト中、マイクロコントローラーやコンデンサなどの熱に敏感なコンポーネントが、熱応力を最小限に抑えるために、加熱ゾーンから離れて配置されます。さらに、高温耐性を備えたはんだマスクは、熱への長時間の曝露下での分解を防ぎ、電気断熱と微量の完全性を維持します。メーカーはまた、熱サイクリングテストを実行して、実際の使用パターンをシミュレートし、繰り返し加熱および冷却サイクルに関連する潜在的な故障ポイントを特定します。
電子タバコで一般的に使用されるリチウムイオン電池の過充電/放電に対するバッテリー管理と保護には、
過充電、過洗浄、および短絡を防ぐために堅牢な保護回路が必要であり、これらはすべて熱イベントや壊滅的な故障につながる可能性があります。 PCBアセンブリは、バッテリー電圧、電流、および温度を監視するBMSを統合し、充電レートを動的に調整するか、安全でない状態が検出された場合はバッテリーを切断します。
BMSの主要なコンポーネントには、バッテリーが最大安全電圧とアンダーボルタージロックアウト（UVLO）メカニズムに到達したときに充電を停止する過電圧保護（OVP）回路が含まれます。電流制限抵抗器とヒューズもPCBに埋め込まれており、高出力の引き分けまたは偶発的なショーツ中の過度の電流の流れを制限し、バッテリーとユーザーの両方を保護します。
取り外し可能なバッテリーを備えたデバイスの場合、PCB接点は腐食に抵抗し、繰り返し挿入後でも一貫した電気接続を維持するように設計する必要があります。スプリングロードまたは金メッキの接点は、充電または排出中の耐性を低下させ、熱の発生を最小限に抑えます。アセンブリ中、自動化されたはんだ付けプロセスにより、BMSとバッテリー端子間の信頼性の高い接続が保証され、X線検査は表面マウントコンポーネントの下のはんだジョイントの整合性を検証します。
規制基準と認証要件の順守
電子タバコPCBアセンブリは、市場の受け入れとユーザーの信頼を確保するために、国際的な安全基準に準拠する必要があります。 EUのタバコ製品指令（TPD）や米国食品医薬品局（FDA）ガイドラインなどの規制により、ニコチン含有量、デバイスのラベル付け、電気安全性に厳密な制限が課されます。 PCBの場合、これはバッテリーの安全性についてはIEC 62133のような標準、電子アセンブリの品質についてはIPC-A-610を順守します。
ULやTüvなどの認証機関は、Flame耐性、電気断熱性、機械的耐久性の評価など、PCBがこれらの基準を満たしていることを確認するための独立したテストを実施します。設計者は、安全マージンをコンポーネント評価に組み込みます。たとえば、予想される動作電圧より20％高い電圧評価のコンデンサを選択するために、製造の分散または一時的なスパイクを説明します。
メーカーは、材料の調達から最終テストまで、PCBアセンブリプロセスのあらゆる段階を文書化する必要があるため、トレーサビリティは規制コンプライアンスのもう1つの重要な側面です。これには、コンポーネントのロット番号、はんだバッチ識別子の記録、および検査結果の維持、安全性の問題が展開後に迅速なリコールまたは調査を可能にすることが含まれます。
電気的分離、熱管理、バッテリー保護、および規制コンプライアンスに優先順位を付けることにより、電子タバコのPCBアセンブリは、消費者の使用に必要な安全性と信頼性を実現します。これらの対策は、過熱やバッテリーの故障などの危険からユーザーを保護するだけでなく、安全が交渉不可能な機能である競争市場での長期的なパフォーマンスを確保します。
