EP4070623A1 - Verdampfungsvorrichtung für einen elektronischen inhalator, und verfahren zur herstellung einer verdampfungsvorrichtung - Google Patents

Verdampfungsvorrichtung für einen elektronischen inhalator, und verfahren zur herstellung einer verdampfungsvorrichtung

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Publication number
EP4070623A1
EP4070623A1 EP20811301.9A EP20811301A EP4070623A1 EP 4070623 A1 EP4070623 A1 EP 4070623A1 EP 20811301 A EP20811301 A EP 20811301A EP 4070623 A1 EP4070623 A1 EP 4070623A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
heating element
evaporation device
silicon
advantageously
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20811301.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank GOLDSCHMIDTBÖING
Uwe Pelz
Muhannad Ghanam
Armin Jamali
Eiko Bäumker
Mohammadreza SABERI
Peter Woias
Thomas Bilger
Jan Jaklin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koerber Technologies GmbH
Original Assignee
Hauni Maschinenbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hauni Maschinenbau GmbH filed Critical Hauni Maschinenbau GmbH
Publication of EP4070623A1 publication Critical patent/EP4070623A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/26—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base
    • H05B3/265—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base the insulating base being an inorganic material, e.g. ceramic
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24F—SMOKERS' REQUISITES; MATCH BOXES; SIMULATED SMOKING DEVICES
    • A24F40/00—Electrically operated smoking devices; Component parts thereof; Manufacture thereof; Maintenance or testing thereof; Charging means specially adapted therefor
    • A24F40/40—Constructional details, e.g. connection of cartridges and battery parts
    • A24F40/46—Shape or structure of electric heating means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
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    • A24F40/10—Devices using liquid inhalable precursors
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    • A24F40/40—Constructional details, e.g. connection of cartridges and battery parts
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A24F—SMOKERS' REQUISITES; MATCH BOXES; SIMULATED SMOKING DEVICES
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    • A24F40/50—Control or monitoring
    • A24F40/51—Arrangement of sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/021—Heaters specially adapted for heating liquids

Definitions

  • Vaporizing device for an electronic inhaler and method of making a vaporizing device
  • the present invention relates to a vaporizer device for an electronic inhaler, having a vaporizer having a heat-conducting substrate, a plurality of continuous channels extending through the substrate from an inlet side to an outlet side of the substrate, and an electrical resistance heating element .
  • the invention also relates to a method for producing such an evaporation device.
  • Electronic cigarettes typically use a resistive heater to heat a liquid soaked wick material. Liquid evaporates both on the inner surface of the wick material and directly on the surface of the heater, although relevant calculations show that a large part of the vapor is generated in the wick material.
  • the heating wire can have zones of very different temperatures due to locally varying connection to the wick material and locally and temporally variable wetting with liquid.
  • the effect of so-called hot spots ie the self-reinforcing local overheating, poses a problem, especially because the pollutant formation increases sharply with temperature.
  • the volume heater according to WO 2018/083007 A1 uses a significantly more massive plate made of silicon instead of a grid. Holes are structured in this plate to allow steam to escape.
  • the thick plate ensures that temperature differences are evened out extremely quickly so that hot spots cannot arise.
  • the contact surface is extremely flat and only interrupted by small holes, so that the thermal contact is significantly better than with a grid-like arrangement.
  • the disadvantage of these advantages of the volume heater is essentially a cost problem.
  • the resistance of the heater must be set extremely precisely and reproducibly. Since the entire silicon chip acts as a heating resistor, the specific resistance of the wafer material must be set using an exact concentration of dopant. This is a technological challenge requirement, which leads to high material costs.
  • the linear temperature coefficient of the wafer material is relatively low. However, the increase in resistance is evaluated in order to measure the heater temperature. The measurement sensitivity is therefore low. A material with a higher resistance coefficient would therefore be advantageous in order to achieve a higher measurement sensitivity.
  • the object of the invention is to develop a heater that is cheaper to manufacture than the volume hei zer described above, without losing its advantages.
  • the resistance heating element is arranged on one side of the substrate, consists of a material of higher electrical conductivity than the material of the substrate and has passage openings communicating with the channels of the substrate.
  • the Verdampfungsvor device according to the invention is characterized by a functional separation of heating element and substrate.
  • the substrate has the function of a heat distribution body or a heat distribution plate. The advantage of this functional division is that the material and dimensions of the heating element and the substrate can each be selected and adapted specifically for the corresponding function (resistance heating or heat distribution).
  • the resistance heating element is preferably arranged on the outlet side of the substrate. An arrangement on the inlet side is also possible. In this case, the resistance heating element can be electrically connected, for example by soldering or sintering.
  • the temperature coefficient of the heating element is preferably greater than the temperature coefficient of the substrate. This advantage is particularly noticeable in a measuring circuit for determining the temperature of the heating element by measuring the resistance of the heating element, because the measuring sensitivity of the measuring circuit is significantly increased. With the feature discussed, the measurement sensitivity of a temperature measuring circuit that may be present is increased.
  • a material with suitable conductivity, suitable temperature coefficient and suitable corrosion resistance is advantageously provided for the heating element.
  • Gold, nickel and / or platinum are particularly suitable.
  • the substrate is advantageously made of silicon or contains silicon in particular as the main component.
  • Silicon as a substrate material has the advantage that it can be processed using microsystem technology methods and, in particular, the channels can be introduced into the substrate using proven technology, which favors the mass production of the evaporation device.
  • the thickness of the substrate is preferably greater than the thickness of the heating element, which contributes to reducing costs overall. This is because the heating element, which as a rule consists of a more expensive material than the substrate, can have a comparatively small thickness without the heating function being impaired as a result.
  • the thickness of the heating element is advantageously less than 1 ⁇ m.
  • the thickness of the heating element is advantageously at least a factor of 10 less than the thickness of the substrate.
  • the heating element can, for example, have a meandering structure in one embodiment, or it can be designed over the entire surface in another embodiment.
  • the electrical resistance can also be adjusted via the layer thickness of the heating element.
  • a wick element is preferably arranged on a side of the substrate facing away from the heating element. This leads to a particularly preferred functional division into three parts: heating (heating element) - heat distribution (substrate) - capillary liquid delivery (wick element) of the evaporator device.
  • the wick material can advantageously consist of glass fiber fleece, porous ceramic, metal foam, egg nem open-porous material or another suitable, capillary-promoting material.
  • An electrical insulation layer can preferably be arranged on a surface of the substrate facing the heating element in order to improve the functional separation of the insulation layer, in particular from a conductive substrate.
  • the insulation layer is preferably formed by passivation of the substrate, so that complex application of the insulation layer to the substrate can be dispensed with.
  • a particularly metallic adhesive layer can preferably be provided between the heating element and the substrate or the insulation layer in order to improve the adhesion of the heating element to the substrate.
  • An insulation for example made of silicon oxide, silicon carbide and / or silicon nitride, is preferably provided on a surface of the fleece element in order to produce a metal-free surface.
  • the object is also achieved by a method for Fierstel ment of an evaporation device according to the invention, wherein the Fleizelement is applied according to the invention by vapor deposition, sputtering or screen printing on the substrate.
  • the channels of the substrate can advantageously be produced by means of proven microsystem technology, in particular lithography and dry etching.
  • the invention is not limited to clean room production of the Fleizelements be.
  • Fig. 1 is a schematic view of an electronic Inhala sector
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a layer structure of an evaporation device according to the invention.
  • FIG. 3 shows a plan view of the outlet side with a fleece element of a vaporization device according to the invention.
  • the inhaler 10 here an electronic cigarette product, comprises a housing 11 in which an air duct 30 is provided between at least one air inlet opening 31 and an air outlet opening 24 at a mouth end 32 of the cigarette product 10.
  • the Mun end 32 of the cigarette product 10 denotes the end which the consumer pulls for inhalation and thereby the cigarette product 10 is subjected to a negative pressure and an air flow 34 in the air duct 30 is generated.
  • the inhaler 10 advantageously consists of a base part 16 and a consumption unit 17, which comprises an evaporation device 20 and a liquid reservoir 18 and is in particular designed in the form of an exchangeable cartridge.
  • the air sucked in through the inlet opening 31 is guided in the air duct 30 to, through, or along the evaporation device 20.
  • the evaporation device 20 is connected or can be connected to the liquid reservoir 18 in which at least one liquid 50 is stored.
  • the evaporation device 20 evaporates the liquid 50 that is supplied to it from the liquid reservoir 18, and adds the evaporated liquid as an aerosol / vapor at an outlet side 65 into the air flow 34.
  • An advantageous volume of the liq stechniks notess 18 is in the range between 0.1 ml and 5 ml, preferably between 0.5 ml and 3 ml, more preferably between 0.7 ml and 2 ml or 1.5 ml.
  • the electronic cigarette 10 also includes an electrical energy store 14 and an electronic control device 15.
  • the energy store 14 is usually arranged in the base part 16 and can in particular be an electrochemical one-way battery or a rechargeable electrochemical battery, for example a lithium Ion battery.
  • the energy store 14 is arranged in a part of the inhaler 10 facing away from the mouth end 32.
  • the consumption unit 17 is advantageously arranged between the energy store 14 and the end of the mouth 32.
  • the electronic control device 15 comprises at least one digital data processing processing device, in particular a microprocessor and / or microcontroller, in the base part 16 (as shown in FIG. 1) and / or in the consumption unit 17.
  • a sensor for example a pressure sensor or a pressure or flow switch, is advantageously arranged in the housing 11, the control device 15 being able to determine on the basis of a sensor signal output by the sensor that a consumer is pulling at the mouth end 32 of the cigarette product 10 in order to inhale.
  • the control device 15 controls the evaporation device 20 in order to add liquid 50 from the liquid reservoir 18 as an aerosol / vapor into the air flow 34.
  • the liquid 50 to be dosed stored in the liquid reservoir 18 is, for example, a mixture comprising one or more of the following components: 1,2-propylene glycol, glycerine, water, at least one flavor, optionally an active substance, for example nicotine.
  • the evaporation device 20 comprises at least one evaporator 60 with at least one resistance fleece element 21 (see FIG. 2) and a wick element 12 for supplying liquid 50 from the liquid reservoir 18 to the evaporator 60 conductive fleece element 21 to a heating of the same and therefore to an evaporation of liquid which is in contact with the fleece element 21.
  • Steam / aerosol generated in this way escapes to the outlet side 65 from the evaporator 60 and is mixed into the air flow 34, see FIG. 1.
  • the evaporation temperature is preferably dependent on the liquid to be evaporated in the range between 100 ° C and 450 ° C, more preferably between 150 ° C and 350 ° C, even more preferably between 190 ° C and 290 ° C.
  • the consumption unit 17 and / or the base part 16 advantageously comprises a non-volatile data memory 35 for storing information or parameters relating to the consumption unit 17.
  • the data memory 35 can be part of the electronic control device 15.
  • Data relating to copy protection and protection against forgery, an ID for uniquely identifying the consumption unit 17, serial number, Fierstelldate and / or expiry date, and / or number of puffs (number of inhalation puffs by the consumer) or the time of use are stored.
  • the data memory is advantageously electrically connected or connectable to the control device 15.
  • the evaporator 60 comprises an electrically conductive, in particular me-metallic resistance heating element 21 and a thermally conductive substrate 25, which advantageously form a layer system.
  • the substrate 25 is advantageously a solid body and has a plurality of channels 26 which extend continuously from an inlet side 61 of the substrate 25 to an outlet side 64 of the substrate 25 in order to allow liquid to be transported from the inlet side 61 to the outlet side 64 enable.
  • Optional layers 22, 23 (these will be explained later) of the evaporator 60 between the substrate 25 and the heating element 21 expediently have corresponding through openings.
  • the substrate 25 is advantageously made of a material of high thermal conductivity.
  • the substrate 25 is particularly advantageously made of silicon, or silicon forms the main component of the substrate 25.
  • Silicon as a substrate material has the advantage that it can be processed with methods of microsystem technology and, in particular, the channels 26 can be introduced into the substrate 25.
  • monocrystalline silicon significantly cheaper polycrystalline silicon can also be used. It is possible to use doped, preferably lightly doped, or undoped silicon.
  • the substrate 25 is preferably made on the basis of MEMS technology, in particular from silicon, and is therefore advantageously a micro-electro-mechanical system.
  • the substrate 25 can advantageously be produced from sections of a wafer.
  • the thickness of the substrate 25, and thus the length of the channels 26, advantageously corresponds to the thickness of conventional wafers and is preferably at most 1000 ⁇ m, more preferably at most 750 ⁇ m, even more preferably at most 500 ⁇ m.
  • the thickness of the substrate 25, and thus the length of the channels 26, is preferably at least 100 ⁇ m, more preferably at least 200 ⁇ m and even more preferably at least 300 ⁇ m.
  • the resistance heating element 21 is advantageously arranged in the form of a heating layer on the outlet side 64 of the substrate 25 and covers the substrate 25 on the outlet side 64 completely or at least in the area of the outlet openings of the channels 26.
  • the resistance heating element 21 is metallic and advantageously consists made of a material of high electrical conductivity, high temperature temperature coefficients and / or high corrosion resistance.
  • the material preferably includes gold, nickel and / or platinum including their alloys. Gold, nickel or platinum is advantageously the main component of the material of the resistance heating element 21.
  • the resistance heating element 21 is made of gold.
  • the resistance heating element 21 has passage openings 27 which communicate with the channels 26 of the substrate 25, i.e. are connected in a liquid-conducting manner, so that liquid can flow from the inlet side 61 to the outlet side 65 of the evaporator 60.
  • the resistance heating element 21 has a typical thickness in the range between 50 nm and 500 nm and is advantageously applied to the substrate 25 by vapor deposition, sputtering or metallic screen printing.
  • a heating element 21 in the form of a coating of the substrate 25 with approx. 300 nm platinum would, for example, be suitable for achieving a resistance of approx. 1 W with a heater area of 3 mm ⁇ 2 mm.
  • the thickness of the resistance heating element 21 is advantageously less than the thickness of the substrate 25 by at least a factor of 10, more advantageously by at least a factor of 100.
  • the heating element 21 can be designed over the entire surface (except for the through openings 27).
  • the electrical conductivity of the resistance heating element 21 is higher, advantageously by at least a factor 10, further advantageously by at least a factor 100, even more advantageously by at least a factor 1000, than the electrical conductivity of the sub- strats 25.
  • the specific electrical conductivity (at 0 ° C.) of gold (heating element 21) is 48.8 MS / m and of silicon (substrate 25) is less than 0.01 MS / m.
  • the electrical resistance of the substrate 25 is at least one factor 10 (or 100 or 1000) higher than the electrical resistance of the resistance heating element 21.
  • the resistance heating element 21 In order to achieve a metal-free surface of the resistance heating element 21, it can be passivated with a silicon dioxide layer, for example.
  • a wick element 12 is advantageously arranged, which can feed liquid from the liquid reservoir 18 to the evaporator 60 by means of capillary force and, if necessary, can track the evaporation.
  • the wick element 12 is connected to the inlet side 61 of the evaporator 60 or of the substrate 25 in a contacting manner and advantageously completely covers the inlet side 61 of the evaporator 60 or of the substrate 25 or at least in the area of the inlet openings of the channels 26.
  • Glass fiber fleece is particularly advantageously used as the wick material, but porous ceramic, metal foam or the like can also be used as the material for the wick element 25.
  • a heating voltage Uh is applied to the resistance heating element 21.
  • electrical contacts 28 are provided on the heating element 21, which are connected to the heating voltage source Uh via electrical lines 29, see FIG. 3. Due to the high electrical conductivity of the resistance heating element 21, the heating voltage Uh leads to rapid and effective heating of the resistance heating element 21, with the required electrical tric heating energy from the energy store 14 originates.
  • the heating heat due to the planar contact between the heating element 21 and the substrate 25 is quickly transferred into the substrate 25. Due to the good thermal conductivity of the substrate 25, the heating heat can be quickly distributed in the substrate. As a result, the entire evaporator 60 including the substrate 25 can evaporate liquid, so that the evaporator 60 has an excellent, reproducible efficiency and a very high vapor rate.
  • the evaporation device 20 is characterized by a functional separation (here in three parts) with heating element 21, substrate 25 and advantageously wick element 12.
  • the substrate 25 has the function of a heat distribution body or a heat distribution plate.
  • the advantage of this functional division is that the material and dimensions of the components 21, 25 can be selected and adapted specifically for the corresponding function (resistance heating or heat distribution).
  • the evaporation device 20 can advantageously have a measuring circuit 19 for determining the temperature of the heating element 21 by measuring the resistance of the heating element 21.
  • the temperature coefficient of the heating element 21 is advantageously greater, in particular by at least a factor of two, more advantageously by at least a factor of three, than that of the substrate 25. This leads to a significant increase in the measurement sensitivity of the measuring circuit 19.
  • the temperature coefficient is (at 0 ° C) of gold (heating element 21) 0.0037 / K, that of silicon can have very different factors depending on the temperature range and doping and in some embodiments can be around 0.001 / K.
  • the heating element 21 can be connected to the substrate via a metallic adhesive layer 22, for example made of Ti or a Ti alloy. If sufficient adhesion of the heating element 21 can be achieved without an adhesive layer 22, this can be dispensed with.
  • an electrical insulation layer 23 can be provided between the substrate 25 and the heating element 21 (possibly the adhesive layer 22).
  • the insulation layer 23 can advantageously be a passivation layer on the substrate 25.
  • an electrical insulation layer 23 can be dispensed with.
  • the conductivity of the silicon compared to that of the heating element 21 is negligible, so that no electrical insulation layer 23 is required.
  • the mean diameter of the channels 26 of the substrate 25 is preferably in the range between 5 ⁇ m and 200 ⁇ m, more preferably in the range between 30 ⁇ m and 150 ⁇ m, even further preferably in the range between 50 ⁇ m and 100 ⁇ m. Due to these dimensions, a capillary effect is advantageously generated, so that liquid penetrating into a channel 26 on the inlet side 61 rises through the channel 26 until the channel 26 is filled with liquid.
  • the number of channels 26 is preferably in the range between four and 1000.
  • the channels 26 are advantageous in shape arranged in an array.
  • the array can be designed in the form of a matrix with s columns and z rows, where s advantageously in the range between 2 and 50 and further advantageously in the range between 3 and 30 and / or z advantageously in the range between 2 and 50 and further advantageously in the range is between 3 and 30.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
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  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

Eine Verdampfungsvorrichtung (20) für einen elektronischen Inhalator (10) umfasst einen Verdampfer (60), der ein wärmeleitendes Substrat (25) aufweist, wobei sich eine Mehrzahl von durchgehenden Kanälen (26) durch das Substrat (25) von einer Einlassseite (61) zu einer Auslassseite (64) des Substrats (25) erstreckt, und ein elektrisches Widerstands-Heizelement (21). Das Widerstands-Heizelement (21) ist an einer Seite (61, 64) des Substrats (25) angeordnet, besteht aus einem Material höherer elektrischer Leitfähigkeit als das Material des Substrats (25) und weist mit den Kanälen (26) des Substrats (25) kommunizierende Durchlassöffnungen (27) auf.

Description

Verdampfungsvorrichtung für einen elektronischen Inhalator, und Verfahren zur Herstellung einer Verdampfungsvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdampfungsvorrichtung für einen elektronischen Inhalator, mit einem Verdampfer, der ein wär meleitendes Substrat aufweist, wobei sich eine Mehrzahl von durch gehenden Kanälen durch das Substrat von einer Einlassseite zu ei ner Auslassseite des Substrats erstreckt, und einem elektrischen Widerstands-Heizelement. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Verdampfungsvorrichtung.
Elektronische Zigaretten verwenden üblicherweise einen resistiven Heizer, um ein mit Liquid getränktes Dochtmaterial zu erhitzen. Da bei verdampft Liquid sowohl an der inneren Oberfläche des Docht materials als auch direkt auf der Heizeroberfläche, wobei über schlägige Berechnungen zeigen, dass ein Großteil des Dampfes im Dochtmaterial erzeugt wird.
In Docht-Wendel-Systemen kann der Heizdraht aufgrund lokal vari ierender Anbindung an das Dochtmaterial, und lokal und zeitlich veränderlicher Benetzung mit Liquid, Zonen stark unterschiedlicher Temperatur aufweisen. Insbesondere der Effekt sogenannter Hot- Spots, also der sich selbst verstärkenden lokalen Überhitzung, stellt ein Problem dar, insbesondere deshalb, weil die Schadstoffentste hung stark mit der Temperatur ansteigt.
Es ist bekannt, statt einer Drahtwendel eine gitterförmige Anordnung von Heizdrähten (sog. Mesh) zu verwenden. Dies hat im Wesentli chen zwei Vorteile. Erstens ist der Kontakt zum Dochtmaterial flä- chig und somit definierter und zweitens verringert die zusätzliche Wärmeleitung durch die Querdrähte die Bildung und/oder Ausprä gung von Hot-Spots. In der praktischen Anwendung bestehen die Gitterdrähte jedoch aus Metall, sodass sich Spuren dieses Metalls im Dampf lösen können.
Ein anderer Ansatz besteht darin, einen Metallheizer auf eine porö se Keramik als Dochtmaterial aufzubringen. Der Nachteil dieses An satzes liegt darin, dass die Kontaktfläche zwischen Heizer und Ke ramik zwar sehr definiert, aber auch sehr gering ist. Somit wird eine hohe Übertemperatur am Heizer benötigt, um genügend Wärme an die Keramik zu übertragen wird. Diese Übertemperatur führt wiede rum zu erhöhter Schadstoffbildung. Möchte man dies vermeiden, ist dies nur auf Kosten der thermischen Trägheit möglich und würde das Dampfverhalten direkt und nachteilig beeinflussen.
Der Volumenheizer gemäß WO 2018/083007 A1 verwendet anstelle eines Gitters eine deutlich massivere Platte aus Silizium. In diese Platte sind zum Dampfaustritt Löcher strukturiert. Die dicke Platte sorgt dafür, dass sich Temperaturunterschiede extrem schnell aus- gleichen, sodass Hot-Spots nicht entstehen können. Zudem ist die Kontaktfläche extrem eben und nur durch kleine Löcher unterbro chen, sodass der thermische Kontakt deutlich besser als bei einer gitterartigen Anordnung ist.
Diesen Vorteilen des Volumenheizers steht als Nachteil im Wesent lichen ein Kostenproblem gegenüber. Der Widerstand des Heizers muss extrem genau und reproduzierbar eingestellt werden. Da der gesamte Siliziumchip als Heizwiderstand wirkt, muss der spezifische Widerstand des Wafermaterials über eine genaue Dotierstoffkon zentration eingestellt werden. Dies ist eine technologische Heraus- forderung, welche zu hohen Materialkosten führt. Weiterhin ist der lineare Temperaturkoeffizient des Wafermaterials relativ gering. Die Widerstandszunahme wird jedoch ausgewertet, um die Heizertempe ratur zu messen. Die Messempfindlichkeit ist somit gering. Ein Ma terial mit höherem Widerstandskoeffizienten wäre demnach vorteil haft, um einen höhere Messempfindlichkeit zu erreichen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Heizer zu entwickeln, der günstiger herzustellen ist als der zuvor beschriebene Volumenhei zer, ohne dessen Vorteile zu verlieren.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhän gigen Ansprüche. Erfindungsgemäß ist das Widerstands-Heizele ment an einer Seite des Substrats angeordnet, besteht aus einem Material höherer elektrischer Leitfähigkeit als das Material des Sub strats und weist mit den Kanälen des Substrats kommunizierende Durchlassöffnungen auf. Die erfindungsgemäße Verdampfungsvor richtung zeichnet sich durch eine funktionelle Trennung von Heiz element und Substrat aus. Das Substrat hat dabei die Funktion ei nes Wärmeverteilkörpers oder einer Wärmeverteilplatte. Der Vorteil dieser funktionellen Aufteilung ist, dass Material und Abmessungen des Heizelements und des Substrats jeweils spezifisch für die ent sprechende Funktion (Widerstandsheizung bzw. Wärmeverteilung) gewählt und angepasst sein können.
Vorzugsweise ist das Widerstands-Heizelement an der Auslassseite des Substrats angeordnet. Eine Anordnung an der Einlassseite ist ebenfalls möglich. In diesem Fall kann das Widerstands-Heiz element beispielsweise über Löten oder Sintern elektrisch kontak tiert werden. Vorzugsweise ist der Temperaturkoeffizient des Heizelements grö ßer ist als der Temperaturkoeffizient des Substrats. Dieser Vorteil macht sich besonders bei einer Messchaltung zur Bestimmung der Temperatur des Heizelements durch Widerstandsmessung des Heizelements bemerkbar, weil die Messempfindlichkeit der Mess schaltung signifikant erhöht wird. Mit dem besprochenen Merkmal wird also die Messempfindlichkeit einer ggf. vorhandenen Tempera turmessschaltung erhöht.
Für das Heizelement ist vorteilhaft ein Material mit geeigneter Leit fähigkeit, geeignetem Temperaturkoeffizienten und geeigneter Kor rosionsbeständigkeit vorgesehen. Besonders geeignet sind Gold, Nickel und/oder Platin.
Das Substrat besteht vorteilhaft aus Silizium, oder enthält Silizium insbesondere als Hauptbestandteil. Silizium als Substratmaterial hat den Vorteil, dass es mit Methoden der Mikrosystemtechnik bearbei tet und insbesondere die Kanäle mit bewährter Technologie in das Substrat eingebracht werden können, was die Massenfertigung der Verdampfungsvorrichtung begünstigt.
Vorzugsweise ist die Dicke des Substrats größer als die Dicke des Heizelements, was insgesamt zur Kostensenkung beiträgt. Denn das Heizelement, das in der Regel aus einem teureren Material besteht als das Substrat, kann eine vergleichsweise geringe Dicke aufwei sen, ohne dass dadurch die Heizfunktion beeinträchtigt wird. Die Dicke des Heizelements beträgt vorteilhaft weniger als 1 pm. Die Dicke des Heizelements ist vorteilhaft um mindestens einen Faktor 10 geringer ist als die Dicke des Substrats. Je nach Leitfähigkeit des Heizelements und gewünschtem Heizwi derstand kann das Heizelement beispielsweise in einer Ausfüh rungsform mäanderförmig strukturiert, oder in einer anderen Ausfüh rungsform vollflächig ausgelegt sein. Der elektrische Widerstand kann zudem über die Schichtdicke des Heizelements eingestellt werden.
Bevorzugt ist an einer dem Heizelement abgewandten Seite des Substrats ein Dochtelement angeordnet. Dies führt zu einer beson- ders bevorzugten funktionellen Dreiteilung: Erwärmung (Heizele ment) - Wärmeverteilung (Substrat) - kapillare Liquidförderung (Dochtelement) der Verdampfervorrichtung. Das Dochtmaterial kann vorteilhaft aus Glasfaservlies, poröser Keramik, Metallschaum, ei nem offen-porösen Material oder einem anderen geeigneten, kapillar fördernden Material bestehen.
Vorzugsweise kann auf einer dem Heizelement zugewandten Ober fläche des Substrats eine elektrische Isolationsschicht angeordnet sein, um die funktionale Trennung der Isolationsschicht insbesonde- re von einem leitenden Substrat zu verbessern. Die Isolations schicht ist bevorzugt von einer Passivierung des Substrats gebildet, so dass ein aufwändiges Aufträgen der Isolationsschicht auf das Substrat entfallen kann. Vorzugsweise kann zwischen dem Heizelement und dem Substrat bzw. der Isolationsschicht eine insbesondere metallische Haft schicht vorgesehen sein, um die Haftung des Heizelements auf dem Substrat zu verbessern. Vorzugsweise ist auf einer Oberfläche des Fleizelements eine Isolie rung, beispielsweise aus Siliziumoxid, Siliziumcarbid und/oder Sili ziumnitrid vorgesehen, um eine metallfreie Oberfläche zu erzeugen. Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst von einem Verfahren zur Fierstel lung einer erfindungsgemäßen Verdampfungsvorrichtung, wobei das Fleizelement erfindungsgemäß durch Aufdampfen, Sputtern oder Siebdruck auf das Substrat aufgebracht wird. Die Kanäle des Sub strats können vorteilhaft mittels bewährter Mikrosystemtechnik, ins- besondere Lithografie und Trockenätzen, hergestellt werden. Die Erfindung ist nicht auf Reinraumfertigung des Fleizelements be schränkt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungs- formen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines elektronischen Inhala tors;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Schichtaufbaus einer erfindungsgemäßen Verdampfungsvorrichtung; und
Figur 3 eine Draufsicht auf die Auslassseite mit Fleizelement einer erfindungsgemäßen Verdampfungsvorrichtung.
Der Inhalator 10, hier ein elektronisches Zigarettenprodukt, umfasst ein Gehäuse 1 1 , in dem ein Luftkanal 30 zwischen mindestens einer Lufteinlassöffnung 31 , und einer Luftauslassöffnung 24 an einem Mundende 32 des Zigarettenprodukts 10 vorgesehen ist. Das Mun dende 32 des Zigarettenprodukts 10 bezeichnet dabei das Ende, an dem der Konsument zwecks Inhalation zieht und dadurch das Ziga rettenprodukt 10 mit einem Unterdrück beaufschlagt und eine Luft strömung 34 in dem Luftkanal 30 erzeugt.
Der Inhalator 10 besteht vorteilhaft aus einem Basisteil 16 und einer Verbrauchseinheit 17, die eine Verdampfungsvorrichtung 20 und einen Flüssigkeitsspeicher 18 umfasst und insbesondere in Form einer auswechselbaren Kartusche ausgebildet ist. Die durch die Ein lassöffnung 31 angesaugte Luft wird in dem Luftkanal 30 zu der, durch die, oder an der Verdampfungsvorrichtung 20 entlang geleitet. Die Verdampfungsvorrichtung 20 ist mit dem Flüssigkeitsspeicher 18 verbunden oder verbindbar, in dem mindestens eine Flüssigkeit 50 gespeichert ist. Die Verdampfungsvorrichtung 20 verdampft Flüssig keit 50, die ihr aus dem Flüssigkeitsspeicher 18 zugeführt wird, und gibt die verdampfte Flüssigkeit als Aerosol/Dampf an einer Auslass seite 65 in den Luftstrom 34 zu. Ein vorteilhaftes Volumen des Flüs sigkeitsspeichers 18 liegt im Bereich zwischen 0,1 ml und 5 ml, vor zugsweise zwischen 0,5 ml und 3 ml, weiter vorzugsweise zwischen 0,7 ml und 2 ml oder 1 ,5 ml.
Die elektronische Zigarette 10 umfasst des Weiteren einen elektri schen Energiespeicher 14 und eine elektronische Steuerungsvor richtung 15. Der Energiespeicher 14 ist in der Regel in dem Basisteil 16 angeordnet und kann insbesondere eine elektrochemische Ein weg-Batterie oder ein wiederaufladbarer elektrochemischer Akku, beispielsweise ein Lithium-Ionen-Akku, sein. In dem in Figur 1 ge zeigten Beispiel ist der Energiespeicher 14 in einem dem Mundende 32 abgewandten Teil des Inhalators 10 angeordnet. Die Ver brauchseinheit 17 ist vorteilhaft zwischen dem Energiespeicher 14 und dem Mundende 32 angeordnet. Die elektronische Steuerungs vorrichtung 15 umfasst mindestens eine digitale Datenverarbei- tungseinrichtung, insbesondere einen Mikroprozessor und/oder Microcontroller, in dem Basisteil 16 (wie in Figur 1 gezeigt) und/oder in der Verbrauchseinheit 17.
In dem Gehäuse 11 ist vorteilhaft ein Sensor, beispielsweise ein Drucksensor oder ein Druck- oder Strömungsschalter, angeordnet, wobei die Steuerungsvorrichtung 15 auf der Grundlage eines von dem Sensor ausgegebenen Sensorsignals feststellen kann, dass ein Konsument am Mundende 32 des Zigarettenprodukts 10 zieht, um zu inhalieren. In diesem Fall steuert die Steuerungsvorrichtung 15 die Verdampfungsvorrichtung 20 an, um Flüssigkeit 50 aus dem Flüssigkeitsspeicher 18 als Aerosol/Dampf in den Luftstrom 34 zu zugeben.
Die in dem Flüssigkeitsspeicher 18 gespeicherte, zu dosierende Flüssigkeit 50 ist beispielsweise eine Mischung umfassend einen oder mehrere der folgenden Bestandteile: 1 ,2-Propylenglykol, Gly cerin, Wasser, mindestens ein Aroma (Flavour), optional ein Wirk stoff, beispielsweise Nikotin.
Die Verdampfungsvorrichtung 20 umfasst mindesten einen Ver dampfer 60 mit mindestens einem Widerstands-Fleizelement 21 (siehe Figur 2) und ein Dochtelement 12 zum Zuführen von Liquid 50 aus dem Flüssigkeitsreservoir 18 zu dem Verdampfer 60. Auf grund des Ohmschen Widerstands führt ein Stromfluss durch das elektrisch leitende Fleizelement 21 zu einer Erhitzung desselben und daher zu einer Verdampfung von mit dem Fleizelement 21 in Kontakt stehender Flüssigkeit. Auf diese Weise erzeugter Dampf/Aerosol entweicht zur Auslassseite 65 aus dem Verdampfer 60 und wird der Luftströmung 34 beigemischt, siehe Figur 1. Die Verdampfungstem peratur liegt abhängig vom zu verdampfenden Liquid vorzugsweise im Bereich zwischen 100°C und 450°C, weiter bevorzugt zwischen 150°C und 350°C, noch weiter bevorzugt zwischen 190°C und 290°C.
Die Verbrauchseinheit 17 und/oder das Basisteil 16 umfasst vorteil haft einen nichtflüchtigen Datenspeicher 35 zum Speichern von die Verbrauchseinheit 17 betreffender Information bzw. Parameter. Der Datenspeicher 35 kann Teil der elektronischen Steuerungsvorrich tung 15 sein. In dem Datenspeicher ist vorteilhaft Information zur Zusammensetzung der in dem Flüssigkeitsspeicher 18 gespeicher ten Flüssigkeit, Information zum Prozessprofil, insbesondere Leis- tungs-/Temperatursteuerung hinterlegt; Daten zur Zustandsüberwa chung bzw. Systemprüfung, beispielsweise Dichtigkeitsprüfung; Da ten betreffend Kopierschutz und Fälschungssicherheit, eine ID zur eindeutigen Kennzeichnung der Verbrauchseinheit 17, Seriennum mer, Fierstelldatum und/oder Ablaufdatum, und/oder Zugzahl (An zahl der Inhalationszüge durch den Konsumenten) bzw. der Nut zungszeit gespeichert. Der Datenspeicher ist vorteilhaft elektrisch mit der Steuereinrichtung 15 verbunden oder verbindbar.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ver dampfungsvorrichtung 20 ist in den Figuren 2 und 3 gezeigt. Der Verdampfer 60 umfasst ein elektrisch leitendes, insbesondere me tallisches Widerstands-Heizelement 21 und ein wärmeleitendes Substrat 25, die vorteilhaft ein Schichtsystem bilden. Das Substrat 25 ist vorteilhaft ein massiver Körper und weist eine Mehrzahl von Kanälen 26 auf, die sich von einer Einlassseite 61 des Substrats 25 durchgängig bis zu einer Auslassseite 64 des Substrats 25 erstre cken, um Flüssigkeitstransport von der Einlassseite 61 zu der Aus lassseite 64 zu ermöglichen. Optionale Schichten 22, 23 (diese wer den später erläutert) des Verdampfers 60 zwischen dem Substrat 25 und dem Heizelement 21 weisen zweckmäßigerweise entsprechende Durchgangsöffnungen auf.
Das Substrat 25 besteht vorteilhaft aus einem Material hoher Wär meleitfähigkeit. Besonders vorteilhaft besteht das Substrat 25 aus Silizium, oder Silizium bildet den Hauptbestandteil des Substrats 25. Silizium als Substratmaterial hat den Vorteil, dass es mit Methoden der Mikrosystemtechnik bearbeitet und insbesondere die Kanäle 26 in das Substrat 25 eingebracht werden können. Neben einkristalli nem Silizium kann auch deutlich günstigeres polykristallines Silizium verwendet werden. Es kann dotiertes, vorzugsweise gering dotier tes, oder undotiertes Silizium verwendet werden.
Das Substrat 25 ist vorzugsweise auf der Grundlage von MEMS- Technologie, insbesondere aus Silizium, gefertigt und daher vorteil haft ein Mikro-Elektro-Mechanisches System. Das Substrat 25 kann vorteilhaft aus Teilstücken eines Wafers hergestellt sein. Die Dicke des Substrats 25, und somit die Länge der Kanäle 26, entspricht vorteilhaft der Dicke üblicher Wafer und beträgt vorzugsweise höchstens 1000 pm, weiter vorzugsweise höchstens 750 pm, noch weiter vorzugsweise höchstens 500 pm. Die Dicke des Substrats 25, und somit die Länge der Kanäle 26, beträgt vorzugsweise mindes tens 100 pm, weiter vorzugsweise mindestens 200 pm und noch weiter vorzugsweise mindestens 300 pm.
Das Widerstands-Heizelement 21 ist vorteilhaft in Form einer Heiz schicht an der Auslassseite 64 des Substrats 25 angeordnet und bedeckt das Substrat 25 an der Auslassseite 64 vollständig oder mindestens im Bereich der Auslassöffnungen der Kanäle 26. Das Widerstands-Heizelement 21 ist metallisch und besteht vorteilhaft aus einem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit, hohem Tempe- raturkoeffizienten und/oder hoher Korrosionsbeständigkeit. Bevor zugt umfasst das Material Gold, Nickel und/oder Platin einschließ lich deren Legierungen. Vorteilhaft ist Gold, Nickel oder Platin Hauptbestandteil des Materials des Widerstands-Heizelements 21.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht das Wi derstands-Heizelement 21 aus Gold. Das Widerstandsheizelement 21 weist Durchlassöffnungen 27 auf, die mit den Kanälen 26 des Substrats 25 kommunizieren, d.h. flüssigkeitsleitend verbunden sind, damit Flüssigkeit von der Einlassseite 61 zur Auslassseite 65 des Verdampfers 60 fließen kann.
Das Widerstands-Heizelement 21 weist eine typische Dicke im Be reich zwischen 50 nm und 500 nm auf und wird vorteilhaft durch Aufdampfen, Sputtern oder metallischem Siebdruck auf das Substrat 25 aufgebracht. Ein Heizelement 21 in Form einer Beschichtung des Substrats 25 mit ca. 300 nm Platin wäre beispielsweise geeignet, bei einer Heizerfläche von 3 mm x 2 mm einen Widerstand von ca. 1 W zu erzielen. Die Dicke des Widerstands-Heizelements 21 ist vor teilhaft um mindestens einen Faktor 10, weiter vorteilhaft um min destens einen Faktor 100 geringer als die Dicke des Substrats 25.
Je nach Leitfähigkeit des Heizelements 21 und gewünschtem Heiz widerstand kann es vorteilhaft sein, das Heizelement 21 mäander förmig zu strukturieren, wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt. In einer anderen Ausführungsform kann das Heizelement 21 vollflächig (bis auf die Durchgangsöffnungen 27) ausgelegt sein.
Die elektrische Leitfähigkeit des Widerstands-Heizelements 21 ist höher, vorteilhaft um mindestens einen Faktor 10, weiter vorteilhaft um mindestens einen Faktor 100, noch weiter vorteilhaft um mindes tens einen Faktor 1000, als die elektrische Leitfähigkeit des Sub- strats 25. Beispielsweise beträgt die spezifische elektrische Leitfä higkeit (bei 0°C) von Gold (Heizelement 21) 48,8 MS/m und von Sili zium (Substrat 25) weniger als 0,01 MS/m. Entsprechend ist der elektrische Widerstand des Substrats 25 um mindestens einen Fak tor 10 (oder 100 oder 1000) höher als der elektrische Widerstand des Widerstands-Heizelements 21.
Um eine metallfreie Oberfläche des Widerstands-Heizelements 21 zu erreichen, kann dieses beispielsweise mit einer Siliziumdioxid schicht passiviert sein.
An der Einlassseite 61 des Substrats 25 ist vorteilhaft ein Docht element 12 angeordnet, das mittels Kapillarkraft Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicher 18 zu dem Verdampfer 60 zuführen und im Fal le der Verdampfung nachführen kann. Das Dochtelement 12 ist vor teilhaft kontaktierend an die Einlassseite 61 des Verdampfers 60 bzw. des Substrats 25 angebunden und bedeckt die Einlassseite 61 des Verdampfers 60 bzw. des Substrats 25 vorteilhaft vollständig oder mindestens im Bereich der Einlassöffnungen der Kanäle 26.
Als Dochtmaterial dient besonders vorteilhaft Glasfaservlies, aber auch eine poröse Keramik, Metallschaum oder ähnliches kann als Material für das Dochtelement 25 verwendet werden.
Zum Verdampfen von Flüssigkeit in dem Verdampfer 60 wird eine Heizspannung Uh an das Widerstands-Heizelement 21 angelegt. Zu diesem Zweck sind an dem Heizelement 21 elektrische Kontakte 28 vorgesehen, die über elektrische Leitungen 29 mit der Heizspan nungsquelle Uh verbunden sind, siehe Figur 3. Aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit des Widerstands-Heizelements 21 führt die Heizspannung Uh zu einer schnellen und effektiven Erwärmung des Widerstands-Heizelements 21 , wobei die dafür benötigte elek- trische Heizenergie aus dem Energiespeicher 14 stammt. Die Heiz wärme aufgrund der flächigen Kontaktierung zwischen dem Heiz element 21 und dem Substrat 25 schnell in das Substrat 25 übertra gen. Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Substrats 25 kann sich die Heizwärme schnell in dem Substrat verteilen. Im Ergebnis kann der gesamte Verdampfer 60 einschließlich Substrat 25 Flüs sigkeit verdampfen, so dass der Verdampfer 60 einen ausgezeich neten reproduzierbaren Wirkungsgrad und eine sehr hohe Dampfra te aufweist.
Nach dem zuvor Gesagten zeichnet die Verdampfungsvorrichtung 20 durch eine funktionelle Trennung (hier Dreiteilung) mit Heizele ment 21 , Substrat 25 und vorteilhaft Dochtelement 12 aus. Das Substrat 25 hat dabei die Funktion eines Wärmeverteilkörpers oder einer Wärmeverteilplatte. Der Vorteil dieser funktionellen Aufteilung ist, dass Material und Abmessungen der Komponenten 21 , 25 je weils spezifisch für die entsprechende Funktion (Widerstandshei zung bzw. Wärmeverteilung) gewählt und angepasst sein können.
Die Verdampfungsvorrichtung 20 kann vorteilhaft eine Messschal tung 19 zur Bestimmung der Temperatur des Heizelements 21 durch Widerstandsmessung des Heizelements 21 aufweisen. Der Tempe raturkoeffizient des Heizelements 21 ist vorteilhaft größer, insbe sondere um mindestens einen Faktor zwei, weiter vorteilhaft um mindestens einen Faktor drei, als derjenige des Substrats 25. Dies führt zu einer wesentlichen Erhöhung der Messempfindlichkeit der Messschaltung 19. Beispielsweise beträgt der Temperaturkoeffizient (bei 0°C) von Gold (Heizelement 21) 0,0037/K, der von Silizium kann je nach Temperaturbereich und Dotierung stark unterschiedli che Faktoren aufweisen und in manchen Ausführungsformen etwa 0,001/K betragen. Das Heizelement 21 kann über eine metallische Haftschicht 22 an das Substrat angebunden sein, beispielsweise aus Ti oder einer Ti- Legierung. Wenn eine ausreichende Haftung des Heizelements 21 ohne Haftschicht 22 erreicht werden kann, ist diese entbehrlich.
Wenn das Substrat 25 elektrisch leitend ist, kann zwischen dem Substrat 25 und dem Heizelement 21 (ggf. der Haftschicht 22) eine elektrische Isolationsschicht 23 vorgesehen sein. Die Isolations schicht 23 kann vorteilhaft eine Passivierungsschicht auf dem Sub strat 25 sein. Beispielsweise bei einer höheren Dotierung eines Sili zium-Substrats 25 wäre eine Passivierungsschicht 23 aus Silizi umoxid und/oder Siliziumnitrid, vorzugsweise mit einer Dicke im Be reich zwischen 50 nm und 500 nm, vorteilhaft.
Wenn das Substrat 25 elektrisch nicht-leitend ist oder nur eine sehr geringe Leitfähigkeit aufweist, kann eine elektrische Isolations schicht 23 entbehrlich sein. Beispielsweise bei einer geringen Dotie rung oder einem undotierten Silizium-Substrat 25 ist die Leitfähig keit des Siliziums gegenüber der des Heizelements 21 vernachläs sigbar, sodass keine elektrische Isolationsschicht 23 erforderlich ist.
Der mittlere Durchmesser der Kanäle 26 des Substrats 25 liegt vor zugsweise im Bereich zwischen 5 gm und 200 gm, weiter vorzugs weise im Bereich zwischen 30 pm und 150 pm, noch weiter vor zugsweise im Bereich zwischen 50 pm und 100 pm. Aufgrund dieser Abmessungen wird vorteilhaft eine Kapillarwirkung erzeugt, so dass an der Einlassseite 61 in einen Kanal 26 eindringende Flüssigkeit durch den Kanal 26 nach oben steigt, bis der Kanal 26 mit Flüssig keit gefüllt ist. Die Anzahl der Kanäle 26 liegt vorzugsweise im Be reich zwischen vier und 1000. Die Kanäle 26 sind vorteilhaft in Form eines Arrays angeordnet. Das Array kann in Form einer Matrix mit s Spalten und z Zeilen ausgebildet sein, wobei s vorteilhaft im Bereich zwischen 2 und 50 und weiter vorteilhaft im Bereich zwischen 3 und 30 und/oder z vorteilhaft im Bereich zwischen 2 und 50 und weiter vorteilhaft im Bereich zwischen 3 und 30 liegt.

Claims

Ansprüche:
1. Verdampfungsvorrichtung (20) für einen elektronischen Inhala tor (10), mit einem Verdampfer (60), der ein wärmeleitendes Substrat (25) aufweist, wobei sich eine Mehrzahl von durchge henden Kanälen (26) durch das Substrat (25) von einer Ein lassseite (61) zu einer Auslassseite (64) des Substrats (25) er streckt, und einem elektrischen Widerstands-Heizelement (21), dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstands-Heizelement (21) an einer Seite (61 , 64) des Substrats (25) angeordnet ist, aus einem Material höherer elektrischer Leitfähigkeit als das Material des Substrats (25) besteht und mit den Kanälen (26) des Substrats (25) kommunizierende Durchlassöffnungen (27) aufweist.
2. Verdampfungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekenn zeichnet, dass der Temperaturkoeffizient des Heizelements (21) größer ist als der Temperaturkoeffizient des Substrats (25).
3. Verdampfungsvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (21) einen oder mehrere der folgenden Bestandteile enthält: Gold, Nickel, Platin.
4. Verdampfungsvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (25) aus Silizium besteht oder Silizium enthält.
5. Verdampfungsvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Sub- strats (25) größer ist als die Dicke des Heizelements (21).
6. Verdampfungsvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Heiz elements (21) weniger als 1 pm beträgt und/oder um mindes tens einen Faktor 10 geringer ist als die Dicke des Substrats (25).
7. Verdampfungsvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (21) mäanderförmig strukturiert oder flächig ausgebildet ist.
8. Verdampfungsvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer dem Heiz element (21) abgewandten Seite des Substrats (25) ein Dochtelement (12) angeordnet ist.
9. Verdampfungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, dass das Dochtmaterial (12) aus Glasfaservlies, Zel lulosefaser, poröser Keramik, Metallschaum, einem offen porösen Material oder einem anderen geeigneten, kapillar för dernden Material besteht.
10. Verdampfungsvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Heiz element (21) und dem Substrat (25) eine Haftschicht (22) vor gesehen ist.
11. Verdampfungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, dass die Haftschicht (22) metallisch ist.
12. Verdampfungsvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, auf einer dem Heizelement (21) zugewandten Oberfläche (64) des Substrats (25) eine elektrische Isolationsschicht (23) angeordnet ist.
13. Verdampfungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, dass die Isolationsschicht (23) von einer Passivie rung des Substrats (25) gebildet ist.
14. Verdampfungsvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Oberfläche des Heizelements eine Isolierung, beispielsweise aus Silizi umoxid, Siliziumcarbid und/oder Siliziumnitrid vorgesehen ist.
15. Verfahren zur Herstellung einer Verdampfungsvorrichtung (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Heizelement (21) durch Aufdampfen, Sput tern oder Siebdruck auf das Substrat (25) aufgebracht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (26) des Substrats (25) mittels Mikrosystemtechnik, insbesondere Lithografie und Trockenätzen, hergestellt wer den.
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