ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสำหรับการประกอบ PCB ของบุหรี่อิเล็กทรอนิกส์

ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสำหรับการประกอบ PCB ในบุหรี่อิเล็กทรอนิกส์

บุหรี่อิเล็กทรอนิกส์หรืออุปกรณ์สูบไอพึ่งพาชุดประกอบ PCB เพื่อจัดการการส่งพลังงานควบคุมองค์ประกอบความร้อนและความปลอดภัยของผู้ใช้ในระหว่างการทำงาน ด้วยการโต้ตอบโดยตรงกับผู้ใช้และการสัมผัสกับของเหลวความร้อนและกระแสไฟฟ้า PCB เหล่านี้จะต้องปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัยที่เข้มงวดเพื่อป้องกันความผิดปกติเช่นความร้อนสูงเกินไปการลัดวงจรหรือความล้มเหลวของแบตเตอรี่ การบรรลุเป้าหมายนี้ต้องใช้ความสนใจอย่างรอบคอบในการเลือกองค์ประกอบการแยกไฟฟ้าการจัดการความร้อนและการปฏิบัติตามกฎระเบียบของอุตสาหกรรม

การแยกทางไฟฟ้าและฉนวนกันความร้อนเพื่อป้องกันการลัดวงจร
PCBs อิเล็กทรอนิกส์ทำงานในสภาพแวดล้อมที่การควบแน่นจาก e-liquids หรือการรั่วไหลโดยไม่ตั้งใจสามารถสร้างเส้นทางนำไฟฟ้าระหว่างร่องรอยหรือส่วนประกอบนำไปสู่การลัดวงจร เพื่อลดความเสี่ยงนี้นักออกแบบใช้กลยุทธ์ฉนวนหลายชั้นเริ่มต้นด้วยการเคลือบที่สอดคล้องกับพื้นผิว PCB การเคลือบเหล่านี้มักทำจากอะคริลิคซิลิโคนหรือยูรีเทนเป็นอุปสรรคป้องกันความชื้นและสารเคมีในขณะที่ยังคงความยืดหยุ่นเพื่อรองรับการขยายตัวทางความร้อน

PCB สองด้านที่ใช้ในอุปกรณ์สูบไอขนาดกะทัดรัดนั้นต้องการระยะห่างที่แม่นยำระหว่างชั้นนำไฟฟ้าเพื่อป้องกันการเกิดขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งใกล้กับส่วนประกอบแรงดันไฟฟ้าสูงเช่นขั้วต่อแบตเตอรี่หรือขดลวดความร้อน ระยะห่างจากการกวาดล้างและระยะทางครีพ - การแยกทางกายภาพระหว่างร่องรอยบนเลเยอร์เดียวกันและข้ามเลเยอร์ตามลำดับ - คำนวณตามแรงดันไฟฟ้าการทำงานของอุปกรณ์และสภาพแวดล้อม ตัวอย่างเช่นการเพิ่มระยะห่างระหว่างร่องรอยช่วยลดโอกาสในการคายประจุไฟฟ้าเมื่อสารปนเปื้อนเชื่อมช่องว่าง

เทคนิคการแยกขยายไปถึงการออกแบบระดับส่วนประกอบโดยที่ optocouplers หรือหม้อแปลงไฟฟ้าวงจรควบคุมแบบแยกด้วยไฟฟ้าจากขั้นตอนพลังงาน สิ่งนี้จะช่วยป้องกันแรงดันไฟฟ้าแหลมหรือความผิดพลาดในวงจรองค์ประกอบความร้อนจากการแพร่กระจายไปยังพื้นที่ที่ละเอียดอ่อนเช่นระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ในระหว่างการประกอบการตรวจสอบแสงอัตโนมัติ (AOI) ตรวจสอบว่าช่องว่างการแยกตรงกับข้อกำหนดการออกแบบลดความเสี่ยงของความผิดพลาดของมนุษย์ในระหว่างการวางส่วนประกอบที่สำคัญด้วยตนเอง

การจัดการความร้อนเพื่อการทำงานที่ปลอดภัยขององค์ประกอบความร้อน
ขดลวดความร้อนในบุหรี่อิเล็กทรอนิกส์ดึงกระแสที่สำคัญสร้างความร้อนที่จะต้องกระจายอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อหลีกเลี่ยงการทำลาย PCB หรือส่วนประกอบโดยรอบ การหลบหนีความร้อนซึ่งอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะเร่งการย่อยสลายส่วนประกอบเป็นข้อกังวลหลักเนื่องจากอาจนำไปสู่การระเบิดของแบตเตอรี่หรืออุปกรณ์ทำงานผิดปกติ ในการจัดการความร้อนนักออกแบบได้รวม Vias ความร้อน - รูที่ถ่ายโอนความร้อนจากชั้นบนสุดของ PCB ไปยังชั้นภายในหรือด้านล่างพร้อมพื้นที่ทองแดงขนาดใหญ่สำหรับการกระจาย

วัสดุที่มีความร้อนสูงเช่น PCB แบบอลูมิเนียมคอร์หรือพื้นผิวที่ได้รับการสนับสนุนโลหะบางครั้งใช้แทน FR-4 แบบดั้งเดิมเพื่อปรับปรุงการแพร่กระจายความร้อน วัสดุเหล่านี้ลดฮอตสปอตที่มีการแปลใกล้กับวงจรไดรเวอร์ขดลวดความร้อนเพื่อให้มั่นใจว่าการกระจายอุณหภูมิที่สม่ำเสมอทั่วกระดาน เซ็นเซอร์อุณหภูมิที่วางไว้ใกล้กับสภาวะการตรวจสอบองค์ประกอบความร้อนในเวลาจริงกลไกความปลอดภัยเช่นการปิดระบบอัตโนมัติหากเกินขีด จำกัด

ในระหว่างการจัดวาง PCB ส่วนประกอบที่ไวต่อความร้อนเช่นไมโครคอนโทรลเลอร์หรือตัวเก็บประจุจะอยู่ในตำแหน่งที่อยู่ห่างจากโซนทำความร้อนเพื่อลดความเครียดจากความร้อน นอกจากนี้มาสก์บัดกรีที่มีความต้านทานอุณหภูมิสูงป้องกันการย่อยสลายภายใต้การสัมผัสกับความร้อนเป็นเวลานานรักษาฉนวนไฟฟ้าและความสมบูรณ์ของการติดตาม ผู้ผลิตยังทำการทดสอบการปั่นจักรยานด้วยความร้อนเพื่อจำลองรูปแบบการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริงระบุจุดความล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้นที่เกี่ยวข้องกับวัฏจักรการทำความร้อนและการระบายความร้อนซ้ำ ๆ

การจัดการแบตเตอรี่และการป้องกัน
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีการชาร์จมากเกินไปซึ่งใช้กันทั่วไปในบุหรี่อิเล็กทรอนิกส์ต้องใช้วงจรป้องกันที่แข็งแกร่งเพื่อป้องกันการชาร์จมากเกินไปการชำระเงินมากเกินไปและการลัดวงจรซึ่งทั้งหมดนี้สามารถนำไปสู่เหตุการณ์ความร้อนหรือความล้มเหลวของหายนะ ชุดประกอบ PCB รวม BMS ที่ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่กระแสไฟฟ้าและอุณหภูมิการปรับอัตราการชาร์จแบบไดนามิกหรือตัดการเชื่อมต่อแบตเตอรี่หากตรวจพบเงื่อนไขที่ไม่ปลอดภัย

ส่วนประกอบที่สำคัญของ BMS รวมถึงวงจรการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน (OVP) ที่หยุดการชาร์จเมื่อแบตเตอรี่ถึงแรงดันไฟฟ้าที่ปลอดภัยสูงสุดและกลไกการล็อคแรงดันต่ำ (UVLO) ที่ป้องกันไม่ให้การปล่อยต่ำกว่าเกณฑ์ที่สำคัญซึ่งสามารถทำลายโครงสร้างภายในของแบตเตอรี่ได้ ตัวต้านทานที่ จำกัด ในปัจจุบันและฟิวส์จะถูกฝังอยู่ใน PCB เพื่อ จำกัด การไหลของกระแสมากเกินไปในระหว่างการดึงพลังงานสูงหรือกางเกงขาสั้นโดยไม่ตั้งใจป้องกันทั้งแบตเตอรี่และผู้ใช้

สำหรับอุปกรณ์ที่มีแบตเตอรี่ที่ถอดออกได้จะต้องมีการออกแบบหน้าสัมผัส PCB เพื่อต้านทานการกัดกร่อนและรักษาการเชื่อมต่อไฟฟ้าที่สอดคล้องกันแม้หลังจากการแทรกซ้ำแล้วซ้ำอีก หน้าสัมผัสสปริงโหลดหรือชุบทองลดความต้านทานและลดการสร้างความร้อนในระหว่างการชาร์จหรือปล่อย ในระหว่างการประกอบกระบวนการบัดกรีอัตโนมัติจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ระหว่าง BMS และขั้วแบตเตอรี่ในขณะที่การตรวจสอบรังสีเอกซ์ตรวจสอบความสมบูรณ์ของข้อต่อประสานใต้ส่วนประกอบที่ติดตั้งพื้นผิว

การปฏิบัติตามมาตรฐานด้านกฎระเบียบและข้อกำหนดการรับรอง
การประกอบอิเล็กทรอนิกส์บุหรี่อิเล็กทรอนิกส์จะต้องปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัยระหว่างประเทศเพื่อให้แน่ใจว่าการยอมรับของตลาดและความไว้วางใจของผู้ใช้ กฎระเบียบเช่นคำสั่งผลิตภัณฑ์ยาสูบของสหภาพยุโรป (TPD) และแนวทางปฏิบัติงานด้านอาหารและยาของสหรัฐอเมริกา (FDA) กำหนดข้อ จำกัด ที่เข้มงวดเกี่ยวกับเนื้อหานิโคตินการติดฉลากอุปกรณ์และความปลอดภัยทางไฟฟ้า สำหรับ PCBs สิ่งนี้แปลว่าการปฏิบัติตามมาตรฐานเช่น IEC 62133 เพื่อความปลอดภัยของแบตเตอรี่และ IPC-A-610 สำหรับคุณภาพการประกอบอิเล็กทรอนิกส์

หน่วยงานรับรองเช่น UL หรือTüvดำเนินการทดสอบอิสระเพื่อตรวจสอบว่า PCBs เป็นไปตามมาตรฐานเหล่านี้รวมถึงการประเมินความต้านทานเปลวไฟฉนวนไฟฟ้าและความทนทานเชิงกล นักออกแบบรวมอัตรากำไรขั้นต้นความปลอดภัยลงในการจัดอันดับส่วนประกอบ - ตัวอย่างเช่นการเลือกตัวเก็บประจุที่มีการจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่คาดหวัง 20% เพื่อบัญชีสำหรับความแปรปรวนของการผลิตหรือ spikes ชั่วคราว

การตรวจสอบย้อนกลับเป็นอีกแง่มุมที่สำคัญของการปฏิบัติตามกฎระเบียบเนื่องจากผู้ผลิตต้องจัดทำเอกสารทุกขั้นตอนของกระบวนการประกอบ PCB ตั้งแต่การจัดหาวัสดุไปจนถึงการทดสอบขั้นสุดท้าย ซึ่งรวมถึงการเก็บรักษาบันทึกหมายเลขล็อตส่วนประกอบตัวระบุแบทช์ประสานและผลการตรวจสอบทำให้สามารถเรียกคืนหรือการตรวจสอบได้อย่างรวดเร็วหากปัญหาด้านความปลอดภัยเกิดขึ้นหลังการปรับใช้

โดยการจัดลำดับความสำคัญของการแยกไฟฟ้าการจัดการความร้อนการป้องกันแบตเตอรี่และการปฏิบัติตามกฎระเบียบชุดประกอบ PCB ในบุหรี่อิเล็กทรอนิกส์จะได้รับความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือที่จำเป็นสำหรับการใช้งานของผู้บริโภค มาตรการเหล่านี้ไม่เพียง แต่ปกป้องผู้ใช้จากอันตรายเช่นความร้อนสูงเกินไปหรือความล้มเหลวของแบตเตอรี่ แต่ยังมั่นใจได้ว่าประสิทธิภาพระยะยาวในตลาดการแข่งขันที่ความปลอดภัยเป็นคุณสมบัติที่ไม่สามารถต่อรองได้