咪头是电子烟的一种开关元件,又叫空气开关、气流传感器等,它通过检测气流变化来产生电信号,从而启动电子烟工作。

目前电子烟咪头有两种:驻极体咪头和硅咪(又叫硅麦),驻极体咪头是应用主流,而硅咪被认为是未来趋势,如今已突破了批量应用的瓶颈,正在快速发展。

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一、电子烟咪头工作原理

不管是驻极体还是硅咪,其工作原理大体相同,都是通过振膜和背极板组成一个平行板电容器,气流差压使振膜发生形变,然后电容发生变化,经ASIC芯片识别、处理后输出电信号,最终实现电子烟启停。

电容式咪头响应原理

二、电子烟咪头种类

电子烟咪头有驻极体咪头和硅咪之分,而在实际应用上,根据是否封装芯片,进一步分为空咪、开关咪、功能咪。

空咪:只有感应气流变化,并输出物理信号的功能;

开关咪:与简单的ASIC芯片合封,芯片仅有处理信号,启动开关的功能;

功能咪:与ASIC/SOC芯片合封,具有信号处理、电源管理、状态指示、输出功率管理等丰富功能。

1、驻极体咪头

驻极体是一种经极化后自身带有电荷的介电材料,在电子烟咪头中可被用于背极板和振膜,从而形成一个电容。驻极体咪头的优点是易于生产、技术成熟、成本低。

驻极体咪头的结构主要有防尘网、外壳、背极板、垫片、振膜、腔体、PCB板。

另外,根据背板和振膜位置的不同,还有分上振膜咪头和下振膜咪头,电子烟驻极体咪头常见是下振膜,也因此容易出现烟油从极板孔洞进入咪头内部,从而影响灵敏度的问题,业界常见的解决方案是加防油网以及纳米镀膜。

咪头微观结构

驻极体咪头生产工序主要是组装、封口、贴布、测试、焊接、检验。目前均可由自动化设备完成。

2、硅咪

硅咪的体积很小,所以,目前在电子烟的实际应用中,为了兼容以往驻极体咪头的尺寸,比如跟硅胶组装,便于气道密封设计,硅咪咪头的外部被再次封装,结构包括防油网、贴片罩外壳、MEMS传感器(硅咪)、PCB板、ASIC芯片、LED灯等等。

硅咪,又叫MEMS传感器,是基于一种基于微机电系统(MEMS)技术的咪头,利用硅基材料和微加工工艺制作而成,具有体积小、性能高、一致性好、抗干扰能力强、功耗低等诸多优势。

MEMS传感器

MEMS传感器的结构主要包括外壳、mems电容器、mems芯片、衬底等,其中mems芯片对振膜振动引起的电容变化简单处理为电信号输出。

MEMS传感器结构示意图

如图,MEMS传感器的感应部分也是一个电容结构,主要包括振膜、背板、腔室等。

振膜:通常由硅、氮化硅或聚合物材料制成,具有良好的机械强度和灵敏度。

背板:通常是一个带有孔洞的刚性结构,允许声波通过,并且通常由硅或金属材料制成。

腔室:提供振膜和背板之间的空气间隙,影响麦克风的频率响应和灵敏度。

MEMS电容传感器的制造过程通常包括微加工技术,如光刻、蚀刻、沉积和封装。这些工艺允许在微米或纳米尺度上精确地构建麦克风的各个组件。

光刻:使用光敏材料和光掩模,在硅片上定义麦克风结构的图案。

蚀刻:通过化学或物理方法,从硅片上移除材料,形成所需的结构。

沉积:在硅片上沉积薄膜材料,如多晶硅、氮化硅或氧化硅,以构建振膜和背板。

封装:将加工好的麦克风芯片封装在一个保护外壳中,并与外部电路连接。

原文始发于微信公众号(雾化科技展):一文读懂电子烟咪头工作原理与种类