CN216875044U - 一种mems硅基孔腔雾化芯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种MEMS硅基孔腔雾化芯，包括：硅衬底、填充层和加热丝，硅衬底一侧表面设置有若干个微孔、相对的另一侧表面设置有至少一个进液孔，微孔包括雾化孔和释放孔，硅衬底内部设置有储液腔，释放孔连通至储液腔，雾化孔连通至储液腔，进液孔连通至储液腔，填充层制作在硅衬底上微孔一侧表面，填充层封闭释放孔顶部，加热丝制作在填充层表面，加热丝的端部设置有接触电极。本实用新型相较于现有技术，雾化芯的锁油性能好，加工良率高，雾化加热面积大，加热时温度均匀性高，材料对人体无危害。

Description

一种MEMS硅基孔腔雾化芯

技术领域

本实用新型属于发热雾化芯领域，尤其涉及一种MEMS硅基孔腔雾化芯。

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，不可避免会引入有害物质，危害使用者健康。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种MEMS硅基孔腔雾化芯，雾化芯的锁油性能好，加工良率高，雾化加热面积大，加热时温度均匀性高，材料对人体无危害。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种MEMS硅基孔腔雾化芯，包括：硅衬底、填充层和加热丝，硅衬底一侧表面设置有若干个微孔、相对的另一侧表面设置有至少一个进液孔，微孔包括雾化孔和释放孔，硅衬底内部设置有储液腔，释放孔连通至储液腔，雾化孔连通至储液腔，进液孔连通至储液腔，填充层制作在硅衬底上微孔一侧表面，填充层封闭释放孔顶部，加热丝制作在填充层表面，加热丝的端部设置有接触电极。

作为上述技术方案的进一步描述：

雾化孔的孔径大于释放孔的孔径。

作为上述技术方案的进一步描述：

雾化孔的孔径小于进液孔的孔径。

本实用新型提供的一种MEMS硅基孔腔雾化芯，制造步骤如下：

S1、准备硅衬底；

S2、在硅衬底上使用干法或湿法蚀刻工艺，加工出雾化孔和释放孔；

S3、使用干法或湿法蚀刻工艺，通过雾化孔和释放孔，将两者底部的硅材料刻蚀掉，在硅衬底内部形成一个空腔，作为储液腔；

S4、在硅衬底表面沉积填充层，填充层将释放孔的顶部密封；

S5、在填充层表面沉积金属材质的加热丝，并通过干法蚀刻工艺或湿法腐蚀工艺做出特定图形；

S6、通过干法蚀刻或湿法蚀刻在硅衬底背面蚀刻出进液孔，完成雾化芯加工。

作为上述技术方案的进一步描述：

在步骤S4中，填充层包括氧化硅、氮化硅、多晶硅中的一种或多种。

作为上述技术方案的进一步描述：

在步骤S5中，加热丝的材质包括Al、Ti/Au、Ti/Pt、Ti/TiN/Au、Ti/TiN/Pt、 Ta/Au、Ta/Pt、Ta/TaN/Au、Ta/TaN/Pt。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中，硅衬底上雾化孔可以小至几个微米，进液孔和雾化孔没有直接相通，且硅衬底上释放孔被填充层密封，使得硅衬底上特定分布的微孔结构，可以有效锁住被雾化液体，雾化芯锁油性能好。

2、本实用新型中，雾化芯采用成熟的半导体加工工艺，将金属加热丝直接加工在硅基衬底上，提高良品率。

3、本实用新型中，雾化芯上的填充层具有导热功能，且硅材料具有良好的导热性，金属加热丝产生的热量均匀分布在储液腔上面的硅孔结构上，增加了雾化面积，增大发雾量，且不会有干烧现象。

4、本实用新型中，雾化芯采用的硅衬底、加热丝和填充层，在材料及加工工艺方面对人体无危害。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的某些实施例，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MEMS硅基孔腔雾化芯的结构示意图。

图例说明：

1、硅衬底；11、进液孔；12、雾化孔；13、释放孔；14、储液腔；2、填充层；3、加热丝；31、接触电极。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型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实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

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。

在本实用新型实施例的描述中，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，或者是该实用新型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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

请参阅图1，本实用新型提供了一种MEMS硅基孔腔雾化芯，包括：硅衬底1、填充层2和加热丝3，硅衬底1一侧表面设置有若干个微孔、相对的另一侧表面设置有至少一个进液孔11，微孔包括雾化孔12和释放孔13，硅衬底1内部设置有储液腔14，释放孔13连通至储液腔14，雾化孔12连通至储液腔14，进液孔 11连通至储液腔14，填充层2制作在硅衬底1上微孔一侧表面，填充层2封闭释放孔13顶部，加热丝3制作在填充层2表面，加热丝3的端部设置有接触电极31。加热丝3具体制作时，制作在被填充层2封堵住的释放孔13处(不会遮挡雾化孔12)，加热雾化效果好。

雾化孔12的孔径大于释放孔13的孔径，防止雾化孔12被填充层2封闭。

雾化孔12的孔径小于进液孔11的孔径，保证锁油性能。

本实用新型提供的一种MEMS硅基孔腔雾化芯，制造步骤如下：

S1、准备硅衬底1；

S2、在硅衬底1上使用干法或湿法蚀刻工艺，加工出雾化孔12和释放孔13，孔径大小几微米至几十微米，孔深度几微米至上百微米；

S3、使用干法或湿法蚀刻工艺，通过雾化孔12和释放孔13，将两者底部的硅材料刻蚀掉，在硅衬底1内部形成一个空腔，作为储液腔14，储液腔高度几微米至上百微米；

S4、在硅衬底1表面沉积填充层2，填充层2将释放孔13的顶部密封，填充层厚度根据释放孔孔径大小确定，材料是氧化硅、氮化硅、多晶硅或其组合；

S5、在填充层2表面沉积金属材质(对人体无害的金属材料)的加热丝3和金属电极(接触电极31)，并通过干法蚀刻工艺或湿法腐蚀工艺做出特定图形；

S6、通过干法蚀刻或湿法蚀刻在硅衬底1背面蚀刻出进液孔11，进液孔孔径为几十至几百微米，深度几百微米，完成雾化芯加工。

在步骤S5中，加热丝3的材质包括但不限于以下几种，如Al、Ti/Au、Ti/Pt、 Ti/TiN/Au、Ti/TiN/Pt、Ta/Au、Ta/Pt、Ta/TaN/Au、Ta/TaN/Pt等。

工作原理：雾化芯的衬底采用硅结构，易于加工，其雾化孔/释放孔和储液腔可以在同一工艺步骤内完成。雾化孔可以小至几个微米，且进液孔和雾化孔没有直接相通，具有良好的锁液功能。填充层位于金属加热丝和释放孔之间，将释放孔表面密封上。由于雾化孔孔径大于释放孔孔径，相对较薄的填充层可以密封释放孔却不会密封雾化孔。填充层相对较薄，具有一定的导热功能，且硅材料具有良好的导热性，使得金属加热丝产生的热量均匀分布在储液腔上面的硅孔结构上，增加了雾化面积，且不会有干烧现象。雾化芯采用半导体微纳加工工艺加工，具有高良率，低成本的优点，雾化芯使用的材料对人体无危害。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种MEMS硅基孔腔雾化芯，其特征在于，包括：硅衬底(1)、填充层(2)和加热丝(3)，所述硅衬底(1)一侧表面设置有若干个微孔、相对的另一侧表面设置有至少一个进液孔(11)，所述微孔包括雾化孔(12)和释放孔(13)，所述硅衬底(1)内部设置有储液腔(14)，所述释放孔(13)连通至所述储液腔(14)，所述雾化孔(12)连通至所述储液腔(14)，所述进液孔(11)连通至所述储液腔(14)，所述填充层(2)制作在所述硅衬底(1)上所述微孔一侧表面，所述填充层(2)封闭所述释放孔(13)顶部，所述加热丝(3)制作在所述填充层(2)表面，所述加热丝(3)的端部设置有接触电极(31)。

2.根据权利要求1所述的一种MEMS硅基孔腔雾化芯，其特征在于，所述雾化孔(12)的孔径大于所述释放孔(13)的孔径。

3.根据权利要求1或2所述的一种MEMS硅基孔腔雾化芯，其特征在于，所述雾化孔(12)的孔径小于所述进液孔(11)的孔径。

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