CN114271550A - 一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯，包括：硅衬底、隔离层、加热丝和钝化保护层，硅衬底上设置有储液腔，硅衬底表面设置有位置对应储液腔的硅膜部，硅膜部上设置有阵列排布的雾化微通道，雾化微通道连通至储液腔，隔离层制作在硅衬底表面，加热丝制作在隔离层上，加热丝的端部设置有接触电极，钝化保护层制作在加热丝上，钝化保护层上设置有位置对应接触电极的避让孔。本发明还公开了一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯的制造方法。本发明相较于现有技术，衬底采用硅材料，安全可靠，易于加工，雾化芯锁液、储液能力强，提高加热丝加工良率，雾化芯加热丝的电阻稳定性高，雾化效果好。

Description

一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯及其制造方法

技术领域

本发明属于发热雾化芯领域，尤其涉及一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯及其制造方法。

背景技术

发热雾化芯作为液体雾化产品的核心部件，对液体进行加热，使其变为雾状气溶胶形态散发出来，雾化元件加热雾化液体时要做到快速、均匀、一致、细腻且尽量减少有害物质产生。

现有液体加热雾化芯主要有以下两种类型：包棉雾化芯和多孔陶瓷雾化芯。包棉雾化芯中金属发热丝和棉芯直接接触，在高温下，发热丝中的金属成分以及棉芯材料的碎屑可能会被雾化形成的气溶胶携带而被使用者吸入，造成潜在的健康危害。同时，棉芯与金属发热丝非均匀接触，受热不均匀，以及高温碳化也会引起发热丝电阻变化，进而引起发热丝温度变化，使得雾化均匀性、稳定性、一致性较差。多孔陶瓷雾化芯由多孔陶瓷和发热电极两部分构成。多孔陶瓷经过高温烧结制成碗状结构，发热膜设计成特定形状附着在陶瓷表面，在工作过程中，发热膜通过均匀发热，把液体加热形成雾气，由陶瓷微孔散发。由于微米级蜂窝孔的存在，其雾化出的气溶胶更加细腻。并且通过调整微孔的大小、孔隙率，可以控制陶瓷芯的锁液、储液能力，还可以调节雾化气溶胶的干湿度。

现有陶瓷雾化芯，采用多孔陶瓷烧结技术制备，为了具有一定的吸液、储液能力，烧制出的微孔陶瓷需要保持一定的微孔大小及孔隙率，这样就带来了以下四个问题。

一、由于多孔结构的存在，陶瓷芯锁液能力降低，容易漏液。目前通常通过降低孔隙率，减小多孔数量，提高锁液能力，但是同时降低了其吸液、储液能力。

二、由于质地疏松不够坚硬，金属加热丝很难高良率的和陶瓷芯集成在一起，并且需要额外加厚金属加热丝以避免外接导电柱对陶瓷芯造成破坏。

三、陶瓷芯热传导率较低，且不均匀，金属加热丝不可能覆盖到整个雾化面，造成雾化量难以提升，并且局部温度容易过高，引起干烧。

四、陶瓷烧结工艺使得雾化芯中含有害物质。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯及其制造方法，衬底采用硅材料，安全可靠，易于加工，雾化芯锁液、储液能力强，提高加热丝加工良率，雾化芯加热丝的电阻稳定性高，雾化效果好。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯，包括：硅衬底、隔离层、加热丝和钝化保护层，硅衬底上设置有储液腔，硅衬底表面设置有位置对应储液腔的硅膜部，硅膜部上设置有阵列排布的雾化微通道，雾化微通道连通至储液腔，隔离层制作在硅衬底表面，加热丝制作在隔离层上，加热丝的端部设置有接触电极，钝化保护层制作在加热丝上，钝化保护层上设置有位置对应接触电极的避让孔。

作为上述技术方案的进一步描述：

隔离层为氧化硅层、氮化硅层或氧化硅和氮化硅的复合层。

作为上述技术方案的进一步描述：

隔离层的厚度为0.01微米至2微米。

作为上述技术方案的进一步描述：

钝化保护层为氧化硅层、氮化硅层或氧化硅和氮化硅的复合层。

作为上述技术方案的进一步描述：

钝化保护层的厚度为0.01微米至2微米。

另一方面，本发明还提供了一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯的制造方法，包括以下步骤：

S1、准备硅衬底；

S2、在硅衬底上沉积隔离层；

S3、在隔离层上沉积加热丝及接触电极，并通过干法蚀刻或湿法腐蚀工艺做出特定图形；

S4、在加热丝和接触电极上沉积钝化保护层，通过刻蚀工艺将接触电极上的钝化保护层蚀刻开，暴露出接触电极；

S5、依次刻蚀钝化保护层、隔离层以及硅衬底，在硅衬底上形成雾化微通道；

S6、在硅衬底背面蚀刻出储液腔。

作为上述技术方案的进一步描述：

在步骤S3中，加热丝的材质包括但不限于以下材质的一种，如Al、Ti/Au、Ti/Pt、Ti/TiN/Au、Ti/TiN/Pt、Ta/Au、Ta/Pt、Ta/TaN/Au、Ta/TaN/Pt、TiN/W等。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，雾化芯的衬底采用硅材料，安全可靠，易于加工，且具有一定的硬度，在装配过程中不易因为外力而损坏。硅衬底上微孔的尺寸小，但配合硅衬底背面的储液腔，使得雾化芯锁液、储液能力强。加热丝及接触电极便于加工在硅基衬底上，提高良品率。硅材料具有良好的导热性，提高雾化时温度均匀性，从而增大发雾量，且能避免干烧现象。

2、本发明中，金属加热丝其上做有钝化保护层，其下做有隔离层，提高金属加热丝的电阻稳定性，进而保证雾化加热时的温度均匀性，保证雾化效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯的结构示意图。

图2为一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯的制造方法中隔离层的加工示意图。

图3为一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯的制造方法中加热丝的加工示意图。

图4为一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯的制造方法中钝化保护层的加工示意图。

图5为一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯的制造方法中雾化微通道的加工示意图。

图例说明：

1、硅衬底；11、储液腔；12、硅膜部；121、雾化微通道；2、隔离层；3、加热丝；31、接触电极；4、钝化保护层；41、避让孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-5，一方面，本发明提供了一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯，包括：硅衬底1、隔离层2、加热丝3和钝化保护层4，硅衬底1上设置有储液腔11，硅衬底1表面设置有位置对应储液腔11的硅膜部12，硅膜部12上设置有阵列排布的雾化微通道121，雾化微通道121连通至储液腔11，隔离层2制作在硅衬底1表面，加热丝3制作在隔离层2上，加热丝3的端部设置有接触电极31，钝化保护层4制作在加热丝3上，钝化保护层4上设置有位置对应接触电极31的避让孔41。

隔离层2为氧化硅层、氮化硅层或氧化硅和氮化硅的复合层。

隔离层2的厚度为0.01微米至2微米。

钝化保护层4为氧化硅层、氮化硅层或氧化硅和氮化硅的复合层。

钝化保护层4的厚度为0.01微米至2微米。

另一方面，本发明还提供了一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯的制造方法，包括以下步骤：

S1、准备硅衬底1；

S2、在硅衬底1上沉积隔离层2(隔离层2可以是氧化硅层、氮化硅层或氧化硅和氮化硅的复合层等，厚度可以是几十纳米至两微米)；

S3、在隔离层2上沉积加热丝3及接触电极31(材质种类包括但不限于Al、Ti/Au、Ti/Pt、Ti/TiN/Au、Ti/TiN/Pt、Ta/Au、Ta/Pt、Ta/TaN/Au、Ta/TaN/Pt、TiN/W等对人体无害的金属材料)，并通过干法蚀刻或湿法腐蚀工艺做出特定图形；

S4、在加热丝3和接触电极31上沉积钝化保护层4(钝化保护层4可以是氧化硅层、氮化硅层或氧化硅和氮化硅的复合层等，厚度可以是几十纳米至两微米)，通过(干法或湿法)刻蚀工艺将接触电极31上的钝化保护层4蚀刻开，暴露出接触电极31；

S5、依次刻蚀(干法刻蚀或湿法刻蚀)钝化保护层4、隔离层2以及硅衬底1，在硅衬底1上形成雾化微通道121(深度可以是几微米至几百微米)；

S6、在硅衬底1背面蚀刻出储液腔11深度可以是几微米至几百微米)。

工作原理：衬底采用硅材料，易于加工，且具有一定的硬度，在装配过程中不易因为外力而损坏。雾化芯结构中，硅衬底上做有储液腔，其上形成硅膜。硅膜上做有金属加热丝及金属电极，金属加热丝及金属电极和硅膜之间做有隔离层，金属加热丝及金属电极上做有钝化保护层。硅膜上还做有阵列排布的雾化微孔，由于硅衬底背面设置有储液腔，调整减小雾化微孔(即雾化微通道)的尺寸，使雾化芯的锁液能力强，同时不会降低储液能力。金属加热丝及电极直接沉积在硅衬底上，在装配过程中可以直接承受一定的外力，降低装配难度，提高良率。硅材料导热性能良好，使得硅膜受热均匀，增加雾化面积，提高雾化量，且不会造成局部过热而导致糊芯。金属加热丝其上做有钝化保护层，其下做有隔离层，提高金属加热丝的电阻稳定性，进而保证加热时的温度均匀性，保证雾化效果。整个雾化芯材料不需要用到对人体有害的物质，安全可靠。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯，其特征在于，包括：硅衬底(1)、隔离层(2)、加热丝(3)和钝化保护层(4)，所述硅衬底(1)上设置有储液腔(11)，所述硅衬底(1)表面设置有位置对应所述储液腔(11)的硅膜部(12)，所述硅膜部(12)上设置有阵列排布的雾化微通道(121)，所述雾化微通道(121)连通至所述储液腔(11)，所述隔离层(2)制作在所述硅衬底(1)表面，所述加热丝(3)制作在所述隔离层(2)上，所述加热丝(3)的端部设置有接触电极(31)，所述钝化保护层(4)制作在所述加热丝(3)上，所述钝化保护层(4)上设置有位置对应所述接触电极(31)的避让孔(41)。

2.根据权利要求1所述的一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯，其特征在于，所述隔离层(2)为氧化硅层、氮化硅层或氧化硅和氮化硅的复合层。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯，其特征在于，所述隔离层(2)的厚度为0.01微米至2微米。

4.根据权利要求1所述的一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯，其特征在于，所述钝化保护层(4)为氧化硅层、氮化硅层或氧化硅和氮化硅的复合层。

5.根据权利要求1或4所述的一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯，其特征在于，所述钝化保护层(4)的厚度为0.01微米至2微米。

6.一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、准备硅衬底(1)；

S2、在所述硅衬底(1)上沉积隔离层(2)；

S3、在所述隔离层(2)上沉积加热丝(3)及接触电极(31)，并通过干法蚀刻或湿法腐蚀工艺做出特定图形；

S4、在所述加热丝(3)和所述接触电极(31)上沉积钝化保护层(4)，通过刻蚀工艺将所述接触电极(31)上的所述钝化保护层(4)蚀刻开，暴露出所述接触电极(31)；

S5、依次刻蚀所述钝化保护层(4)、所述隔离层(2)以及所述硅衬底(1)，在所述硅衬底(1)上形成雾化微通道(121)；

S6、在所述硅衬底(1)背面蚀刻出储液腔(11)。

7.根据权利要求6所述的一种用于液体雾化的硅基发热雾化芯的制造方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述加热丝(3)的材质包括Al、Ti/Au、Ti/Pt、Ti/TiN/Au、Ti/TiN/Pt、Ta/Au、Ta/Pt、Ta/TaN/Au、Ta/TaN/Pt、TiN/W中的任意一种。

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