CN109770439A - 一种微流道电子烟雾化芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种微流道电子烟雾化芯片及其制备方法，包括如下部件：硅衬底(1)，硅衬底(1)上设有微柱(2)阵列或微孔(3)阵列以及入口端(10)和出口端(11)，微柱(2)阵列限定出若干个微流道(9)或硅衬底(1)上设有贯穿微孔(3)的烟液流道；玻璃罩(4)，其上设有贯穿玻璃罩(4)的气孔(5)；玻璃罩(4)与硅衬底(1)利用键合工艺固定连接。本发明选用硅作为雾化芯片的基材，其成本低，极大降低了电子烟雾化芯片的制造成本，便于大规模生产该类型雾化芯片。
Description
技术领域
本发明属于电子烟技术领域，具体涉及一种微流道电子烟雾化芯片及其制备方法。
背景技术
目前实际应用或已有专利报道的用于电子烟的发热材料主要有金属、陶瓷、聚合物、硅等，而最常用的发热丝采用金属材质。其中，温度不可调的电子烟使用镍铬合金丝或Kanthal发热丝，后者是含有镍、铬、铝、铁等的合金；温控电子烟是使用纯镍、纯钛或不锈钢作为发热丝。发热元件的形状有线状、丝状、片状、网状等，烟液可与发热元件表面接触或与内部接触受热雾化。对于丝状或线状发热元件，由于非平面的构型导致烟液在其表面存在受热不均的问题；对于片状发热元件，尽管相对而言，发热更为均匀，但因为元件表面本身缺少烟液分散构件，烟液容易分散不均，从而导致局部区域受热不均；对于网状发热元件，虽然增大了空气与发热元件的接触面积，烟液雾化更充分，但同样缺少烟液分散构件，仍然存在烟液分布不均所致的发热不均问题。为此，上述表面接触式发热元件通常需要导油棉等材料来辅助烟液分散，而这些材料本身又可能带来诸如与发热元件接触不良所致的新的发热不均问题。
发明内容
本发明提供一种微流道电子烟雾化芯片及其制备方法，其有效解决了现有的雾化芯片受热不均匀的问题。
本发明通过以下技术方案实现：
本发明第一方面涉及一种微流道电子烟雾化芯片，包括如下部件：
硅衬底1，硅衬底1上设有微柱2阵列或微孔3阵列以及入口端10和出口端11，微柱2阵列限定出若干个微流道9或硅衬底1上设有贯穿微孔3的烟液流道；
玻璃罩4，其上设有贯穿玻璃罩4的气孔5；
玻璃罩4与硅衬底1利用键合工艺固定连接。
本发明优选的实施方案中，微柱(2)或微孔(3)的直径为20微米至300微米。
本发明第二方面涉及一种微流道电子烟雾化芯片的制备方法，包括如下步骤：
a、在硅衬底1上刻蚀出微柱2阵列或微孔3阵列以及入口端10和出口端11；
b、在玻璃罩4上制造出贯穿其中的气孔5阵列；
c、利用键合工艺将步骤a制得的硅衬底1和步骤b制得的玻璃罩4键合得到键合硅圆片101；
d、在键合硅圆片101的入口端10填埋入口管6或导液材料，在出口端11填埋出口管7或导液材料，然后将导线置于键合硅圆片101中，制得微流道雾化芯片102。
本发明优选的实施方案中，步骤d中采用机械或化学方法在玻璃罩4上制造出贯穿其横截面的气孔5阵列。
本发明中，采用干法或湿法刻蚀技术来刻蚀硅，刻蚀出包括微柱2阵列或微孔3阵列以及入口端10和出口端11的硅衬底1。其中，采用干法刻蚀(如深度反应离子刻蚀)时，可刻蚀出垂直微孔3阵列或微柱2阵列，如图1和图2所示。
本发明优选的实施方案中，玻璃罩4优选Pyrex玻璃，其耐热性能极佳。在玻璃表面通过机械(如微钻孔技术)、化学(如氢氟酸腐蚀)等方式形成多孔通孔，孔径范围从纳米至微米级。
本发明优选的实施方案中，硅衬底1与玻璃罩4采用阳极键合工艺，其在高温高电压下通过阳极键合方式键合硅衬底1和玻璃罩4。键合完成后得到键合硅圆片101，如图3所示。
本发明中，硅衬底可以为高掺杂p+型或n+型硅片或常规p型或n型硅片。
本发明中，在键合硅圆片101的烟液入口端10填埋烟液入口管6和出口端11填埋烟液出口管7并密封烟液进出口，其中，入口管6与烟液驱动装置如微泵或微型驱动器连接，出口管7与储液仓连接，使烟液驱动装置、芯片与储液仓之间形成回路，其中的管路直径根据芯片厚度以及烟液的流动性而定，管路材质选择耐高温耐腐蚀的石英、高分子聚合物等弹性或硬质绝缘材料；或在芯片的烟液入口端10和出口端11填埋能吸附烟液的导液材料，如棉、纤维等并将其另一端延伸至储液仓烟液中，使芯片与储液仓之间形成回路。烟液通过外部驱动压力、导液件的毛细作用以及烟液与微尺度流道之间的表面张力而迅速在芯片内的微流道中分散。填埋导线8是将导线插入芯片内部，使金属微流道与外部电源形成电连接，可通过焊接或烧结等方式固定导线与芯片，可用高温导电液体胶作为电连接点。最终制得微流道雾化芯片102，如图4和图5所示。
本发明装置的制备及工作原理如下：
采用微加工技术在硅衬底1上先刻蚀出微柱2阵列或微孔3阵列，微柱2阵列或微孔3阵列限定出烟液微流道，通过键合工艺在硅表面键合玻璃罩4。烟液通过与雾化芯片连接的导液件(如导液棉或导液管路)导入芯片内部微流道中分散的同时受热雾化，所产生的气溶胶从多孔玻璃的气孔5中释放出来。
有益效果：
1、本发明开创性的提供一种电子烟雾化芯片，其通过在硅衬底上刻蚀微孔或微柱，微孔或微柱将硅衬底限定出若干个微流道或烟液流道，这些微流道或烟液流道构成烟液分散构件，使得电子烟液被分散在微流道或微孔中，电子烟液分散均匀，发热均匀，烟液雾化更充分。
2、本发明选用硅作为雾化芯片的基材，其成本低，极大降低了电子烟雾化芯片的制造成本，便于大规模生产该类型雾化芯片。
附图说明
图1是微柱阵列式微流道硅衬底的结构示意图；
图2是微孔阵列式微流道硅衬底的结构示意图；
图3是微孔阵列式键合硅圆片的结构示意图；
图4是微柱阵列式微流道电子烟雾化芯片的结构示意图；
图5是微孔阵列式微流道电子烟雾化芯片的结构示意图；
其中，附图标记含义如下：
1-硅衬底，2-微柱，3-微孔，4-玻璃罩，5-气孔，6-入口管，7-出口管，8-导线，9-微流道，10-入口端，11-出口端，101-键合硅圆片，102-微流道雾化芯片。
具体实施方式
实施例1
本实施例中微流道电子烟雾化芯片的结构如下：
硅衬底1，硅衬底1上设有微柱2阵列以及入口端10和出口端11，微柱2阵列限定出若干个微流道9；
玻璃罩4，其上设有贯穿玻璃罩4的气孔5；
玻璃罩4与硅衬底1利用阳极键合工艺固定连接。
本实施例还提供一种微流道电子烟雾化芯片的制备方法，包括如下步骤：
a、在硅衬底1上刻蚀出微柱2阵列或微孔3阵列以及入口端10和出口端11；
b、在玻璃罩4上制造出贯穿其中的气孔5阵列；
c、利用键合工艺将步骤a制得的硅衬底1和步骤b制得的玻璃罩4键合得到键合硅圆片101；
d、在键合硅圆片101的入口端10填埋入口管6或导液材料，在出口端11填埋出口管7或导液材料，然后将导线置于键合硅圆片101中，制得微流道雾化芯片102。
本实施例中，步骤d中采用机械方法在玻璃罩4上制造出贯穿其横截面的气孔5阵列。
实施例2
本实施例中微流道电子烟雾化芯片的结构如下：
硅衬底1，硅衬底1上设有微孔3阵列以及入口端10和出口端11，硅衬底1上设有贯穿微孔3的烟液流道；
玻璃罩4，其上设有贯穿玻璃罩4的气孔5；
玻璃罩4与硅衬底1利用阳极键合工艺固定连接。
本实施例还提供一种微流道电子烟雾化芯片的制备方法，包括如下步骤：
a、在硅衬底1上刻蚀出微柱2阵列或微孔3阵列以及入口端10和出口端11；
b、在玻璃罩4上制造出贯穿其中的气孔5阵列；
c、利用键合工艺将步骤a制得的硅衬底1和步骤b制得的玻璃罩4键合得到键合硅圆片101；
d、在键合硅圆片101的入口端10填埋入口管6或导液材料，在出口端11填埋出口管7或导液材料，然后将导线置于键合硅圆片101中，制得微流道雾化芯片102。
本实施例中，步骤d中采用化学方法在玻璃罩4上制造出贯穿其横截面的气孔5阵列。
Claims (6)
1.一种微流道电子烟雾化芯片，其特征在于，包括如下部件：
硅衬底(1)，硅衬底(1)上设有微柱(2)阵列或微孔(3)阵列以及入口端(10)和出口端(11)，微柱(2)阵列限定出若干个微流道(9)或硅衬底(1)上设有贯穿微孔(3)的烟液流道；
玻璃罩(4)，其上设有贯穿玻璃罩(4)的气孔(5)；
玻璃罩(4)与硅衬底(1)利用键合工艺固定连接。
2.根据权利要求1的微流道电子烟雾化芯片，其特征在于，微柱(2)或微孔(3)的直径为20微米至300微米。
3.根据权利要求1的微流道电子烟雾化芯片，其特征在于，硅衬底(1)为p型或n型硅片。
4.一种微流道电子烟雾化芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、在硅衬底(1)上刻蚀出微柱(2)阵列或微孔(3)阵列以及入口端(10)和出口端(11)；
b、在玻璃罩(4)上制造出贯穿其中的气孔(5)阵列；
c、利用键合工艺将步骤a制得的硅衬底(1)和步骤b制得的玻璃罩(4)键合得到键合硅圆片(101)；
d、在键合硅圆片(101)的入口端(10)填埋入口管(6)或导液材料，在出口端(11)填埋出口管(7)或导液材料，然后将导线置于键合硅圆片(101)中，制得微流道雾化芯片(102)。
5.根据权利要求4的微流道电子烟雾化芯片的制备方法，其特征在于，步骤d中采用机械或化学方法在玻璃罩(4)上制造出贯穿其横截面的气孔(5)阵列。
6.根据权利要求4的微流道电子烟雾化芯片的制备方法，其特征在于，微柱(2)或微孔(3)的直径为20微米至300微米。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190521 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |