iQOS加热不燃烧电子烟:主板的密封防护

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虽然越来越多人开始怀疑去年第四季度在美国爆发的“电子烟肺炎”的真正原因了,但是由于以JUUL为代表的烟油式电子烟实在太会营销,以至于广大青少年前仆后继去尝试“果味香烟”进而引发了舆论的广泛关注,因此从去年第四季度开始的销售禁令丝毫没有松动的迹象。

最直接的影响就是占据全美80%份额,估值高达380亿美元的独角兽JUUL极速坠落到了高管集体跑路的地步!

iQOS加热不燃烧电子烟:主板的密封防护

烟油式电子烟——JUUL(juul.com)

而做为电子烟另一个分支的加热不燃烧电子烟,境遇却好得多。这类产品非但不在禁售范围,反而在日本等全球35个国家卖断货!

其中以全球第一大烟草公司奥驰亚集团生产的iQOS最有代表性。

iQOS加热不燃烧电子烟:主板的密封防护
加热不燃烧电子烟——iQOS 3(philip morris international)

加热不燃烧电子烟,是依靠电子元器件在精准控温的情况下加热烟草原料,从而得到可吸食的烟草烟雾。由于其拥有着与香烟最接近的口感和味道,又避免了绝大多数由于高温燃烧所产生的有毒有害物质,因此一经问世就受到了很多烟民的关注,毕竟这是目前最接近香烟的一种替烟产品了。 

iQOS主体设备由锂电池、主板和加热片三部分组成。烟弹由再制烟叶卷制而成,套入加热片后300摄氏度的低温会促使料香、保润剂、挥发性小分子物质及其单糖物质烟雾挥发出来。
iQOS加热不燃烧电子烟:主板的密封防护

iQOS 3 的内部结构(philip morris international)

由于小分子挥发分凝结形成的油性物质容易导致电路失效,因此对于电子烟主体,最重要的胶水应用就是主板的密封。iQOS加热不燃烧电子烟:主板的密封防护
iQOS 3 主板构造(philip morris international)

  用胶点1: 陶瓷加热片+底座  

我们看一下烟油的生成部位——陶瓷加热片的构造。扁平的陶瓷加热片尾端穿过底座与主板电路连接。

iQOS加热不燃烧电子烟:主板的密封防护
iQOS 3 陶瓷加热片与底座的构造

这里的胶水是密封的第一道防线,同时也起到对加热片与底座的固定作用,因此此处的胶水应该具备:

  • 耐温性:由于陶瓷加热片的工作温度约200~300度,因此胶水短期耐高温性能应在这个温度区间。
  • 平衡的流动性与触变性:胶水点胶区域有立面,所以既要有一定的填缝作用可以有效填充接缝,同时又要有一定的触变性以防止溢胶。
  • 安全性:由于直接接触烟弹,应该符合环保及FDA类食品级要求
  • 低模量:胶水需要具有较低的模量,由于烟弹插入的过程中会对加热片施加一定的压力,这时候加热片非常容易折断。因此底座与加热片之间的胶水应该有效吸收这部分压力冲击。

符合要求的这类胶水主要是有机硅系产品,但是第4点提到的加热片容易在插入烟弹的时候破损这个问题是行业内厂商普遍比较头疼的问题。希望能有专业人士提供一款密封性和粘接力够好,同时应力也很小的胶水方案。

  用胶点2: 接下来是iQOS 3主板  

陶瓷加热片的引线与主板电路进行焊接后,焊点位置需要做第二层密封防护。

iQOS加热不燃烧电子烟:主板的密封防护iQOS 3 主板密封用胶方案

由于这个位置胶水直接与电路主板接触,因此需要具备这些特征:

  • 电气绝缘性能
  • 阻燃性能:要有UL94认证,至少要具备V0级别的阻燃等级
  • 平衡的流动性与触变性:中等粘度可以有效浸润电路,同时具备中等触变性防止溢胶
  • 效率:适应流水线组装效率要求,因此UV固化体系是首选
  • 返修性:考虑到加热片的更换及返修需求,胶水的粘接力及内聚力不可以太强。

综合以上要求考虑,有机硅UV固化胶水或丙烯酸UV湿气双固胶水是比较合适的选择。

最后一点提到的返修性也是这个行业的痛点。目前的胶水普遍较难清理,拆解的时候造成元器件或主板的损坏。因此非常需要一个有效清除胶水的方案,可以是用某种溶剂,或者胶水本身能做到干净剥离。 

  用胶点3: iQOS 3 MULTI的主板  

iQOS加热不燃烧电子烟:主板的密封防护

iQOS 3 MULTI(philip morris international)

而iQOS的另一个机型iQOS 3 multi在陶瓷加热片与主板连接位置干脆使用了大量的UV胶对这个位置进行了灌封处理。

iQOS加热不燃烧电子烟:主板的密封防护iQOS 3 MULTI 主板密封方案  

考虑到点胶位置圆柱横截面直径约10mm,灌封高度约5mm,单个应用点的用胶量就达到了0.5ml。iQOS以“百万”为单位的年销售量再结合UV胶水30ml一小支包装就能卖上百元的成本来看,这个应用点对于胶水厂商来说是一个不小的生意!

同时,由于陶瓷加热片非常脆弱,稍加用力就会折断,因此这个组件属于仅次于烟弹的耗材。同时,使用一段时间后都需要对主板进行清洁维护,也需要将陶瓷加热片拆解。

而每次拆解或更换陶瓷加热片都需要重新点胶进行密封。因此这个应用点对胶水的需求是持续而非一次性的。