Требования к безопасности для сборки печатной платы в электронных сигаретах
Электронные сигареты или вейпинговые устройства полагаются на сборки печатных плат для управления доставкой, управлением элементами отопления и обеспечению безопасности пользователей во время работы. Учитывая их прямое взаимодействие с пользователями и воздействие жидкостей, тепла и электрических токов, эти ПКБ должны придерживаться строгих стандартов безопасности, чтобы предотвратить неисправности, такие как перегрев, короткие замыкания или сбои батареи. Достижение этого требует тщательного внимания к выбору компонентов, электрической изоляции, тепловым управлению и соблюдению отраслевых правил.
Электрическая изоляция и изоляция для предотвращения коротких замыканий
Электронные сигаретные платы работают в средах, где конденсация от электронных жидкостей или случайных разливов может создавать проводящие пути между следами или компонентами, что приводит к коротким замыканиям. Чтобы смягчить этот риск, дизайнеры реализуют многослойные стратегии изоляции, начиная с конформных покрытий, применяемых на поверхность печатной платы. Эти покрытия, часто сделанные из акрилового, силиконового или уретана, образуют защитный барьер от влаги и химикатов, сохраняя при этом гибкость для обеспечения теплового расширения.
Двусторонние печатные платы, используемые в компактных вейпинговых устройствах, требуют точного расстояния между проводящими слоями для предотвращения аркирования, особенно вблизи высоковольтных компонентов, таких как разъемы батареи или нагревающие катушки. Расстояние зазора и ползуп - физическое разделение между трассами на одном слое и по всему слоям, соответственно, - рассчитывается на основе рабочего напряжения устройства и условий окружающей среды. Например, увеличение расстояния между трассами снижает вероятность электрического разряда, когда загрязняющие вещества укрепляют зазор.
Методы изоляции распространяются на конструкцию на уровне компонентов, где оптокуплеры или трансформаторы электрически отдельные управления с этапами питания. Это предотвращает распространение пиков или разломов напряжения или разломов в цепи нагревательных элементов от распространения в чувствительные области, такие как системы управления аккумуляторами (BMS). Во время сборки автоматическая оптическая проверка (AOI) проверяет, что пробелы в изоляции соответствуют спецификациям проектирования, снижая риск человеческой ошибки во время ручного размещения критических компонентов.
Тепловое управление для безопасной работы элементов отопления.
Нагревательная катушка в электронной сигарете приводит к значительному току, генерируя тепло, которое необходимо эффективно рассеиваться, чтобы избежать повреждения печатной платы или окружающих компонентов. Thermal Runaway, где повышение температуры ускоряет деградацию компонентов, является основной проблемой, поскольку это может привести к взрывам аккумулятора или неисправности устройства. Для управления теплом дизайнеры включают тепловые VIAS - пролеченные отверстия, которые переносят тепло от верхнего слоя печатной платы в внутренние или нижние слои с большими медными областями для рассеивания.
Материалы с высокой терминальной проводностью, такие как алюминиевые платы или металлические субстраты, иногда используются вместо традиционного FR-4 для улучшения распространения тепла. Эти материалы уменьшают локализованные горячие точки вблизи схемы драйвера нагревательной катушки, обеспечивая равномерное распределение температуры по всей плате. Датчики температуры, расположенные рядом с условиями эксплуатации монитора нагревательного элемента в режиме реального времени, запуская механизмы безопасности, такие как автоматическое отключение, если пороговые значения превышены.
Во время планировки печатной платы компоненты, чувствительные к теплу, такие как микроконтроллеры или конденсаторы, расположены вдали от зоны нагрева, чтобы минимизировать тепловое напряжение. Кроме того, припоя маски с высокой температурной сопротивлением предотвращают деградацию при длительном воздействии тепла, поддерживая электрическую изоляцию и целостность следа. Производители также проводят испытания на тепловую циклу для имитации реальных схем использования, определяя потенциальные точки отказа, связанные с повторными циклами нагрева и охлаждения.
Управление аккумуляторами и защита от переоценки/разброса
литий-ионных батарей, обычно используемых в электронных сигаретах, требуют надежных цепей защиты, чтобы предотвратить перезаряжение, переоборудование и короткие цирки, которые могут привести к тепловым событиям или катастрофическим отказам. Сборка печатных плат интегрирует BMS, которая контролирует напряжение батареи, ток и температуру, динамически регулируя скорости зарядки или отключает батарею, если обнаружены небезопасные условия.
Ключевые компоненты BMS включают схемы защиты от перенапряжения (OVP), которые останавливают зарядку, когда аккумулятор достигает своего максимального безопасного напряжения и механизмов блокировки (UVLO) занижений. Резисторы и предохранители, ограничивающие ток, также встроены в печатную плату, чтобы ограничить чрезмерный поток тока во время мощных розыгрышей или случайных шорт, защищая как батарею, так и пользователя.
Для устройств со съемными батареями контакты с печатными платами должны быть разработаны, чтобы противостоять коррозии и поддерживать постоянную электрическую связь, даже после повторных вставков. Спринг-нагруженные или золотые контакты снижают сопротивление и минимизируют тепловой обработку во время зарядки или разряда. Во время сборки автоматизированные процессы пайки обеспечивают надежные соединения между BMS и терминалами батареи, в то время как рентгеновская проверка проверяет целостность припоев под компонентами поверхности.
Соответствие нормативным стандартам и требованиям к сертификации.
Электронные сборы печатных платежников должны соответствовать международным стандартам безопасности, чтобы обеспечить принятие рынка и доверие пользователей. Такие правила, как Директива ЕС по табачным изделиям (TPD) и руководящие принципы Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA), налагают строгие ограничения на содержание никотина, маркировку устройства и электрическую безопасность. Для печатных плат это приводит к приверженности к стандартам, таким как IEC 62133 для безопасности батареи и IPC-A-610 для качества электронного сборки.
Сертификационные органы, такие как UL или Tüv, проводят независимое тестирование, чтобы убедиться, что ПХД соответствуют этим стандартам, включая оценки пламениной сопротивления, электрической изоляции и механической долговечности. Дизайнеры включают в себя маржу безопасности в рейтинги компонентов, например, выбор конденсаторов с рейтингами напряжения на 20% выше, чем ожидаемое рабочее напряжение, для учета различий в производстве или переходных шипов.
Прослеживаемость является еще одним критическим аспектом соответствия нормативным требованиям, поскольку производители должны документировать каждую стадию процесса сборки печатных плат, от материала до окончательного тестирования. Это включает в себя ведение записей номеров лотов компонентов, идентификаторов паяльной партии и результатов проверки, обеспечивая быстрые отзывы или расследования, если проблемы безопасности возникают после развертывания.
Приоритетным электрическим изоляцией, тепловым управлением, защитой от аккумуляторов и соответствием нормативных требований, сборки печатных плат в электронных сигаретах обеспечивают безопасность и надежность, необходимые для использования потребителями. Эти меры не только защищают пользователей от таких опасностей, как перегрев или сбои батареи, но также обеспечивают долгосрочную производительность на конкурентном рынке, где безопасность является не подлежащей обсуждению функции.
