KR20210126687A - 흡입기용 증발기 장치, 소비 유닛, 흡입기 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20210126687A
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라쎄 콜닐스
니클라스 로밍
얀 재클린
군나르 니부어
팀 울너
토마스 뮐러
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하우니 마쉬넨바우 게엠베하
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Abstract

흡입기(10)용 증발기 장치(1)가, 증발기(60)에 공급된 액체(50)를 증발시키기 위한 적어도 하나의 전기 증발기(60)로서, 액체(50)가 모세관력에 의해서 유입구 측(61)으로부터 적어도 하나의 액체 채널(62)을 통해서 배출구 측(64)으로 이송되고, 증발된 액체(50)가 공기 스트림(34)에 부가될 수 있는, 적어도 하나의 전기 증발기(60), 증발기(60)를 유지하는 캐리어(4), 및 증발기(60)와 전기적으로 접촉되는 적어도 하나의 전기 라인(105)을 포함한다. 전기 라인(105)은 평면형 접촉 지역(131)을 포함하고, 증발기(60) 및 전기 라인(105)의 평면형 접촉 지역(131)은 서로 재료적으로 그리고 전기 전도적으로 결합된다.

Description

흡입기용 증발기 장치, 소비 유닛, 흡입기 및 그 제조 방법
본 발명은 흡입기용 증발기 장치에 관한 것으로서, 상기 증발기 장치는 증발기에 공급된 액체를 증발시키기 위한 적어도 하나의 전기 증발기로서, 액체가 모세관력에 의해서 유입구 측으로부터 적어도 하나의 액체 채널을 통해서 배출구 측으로 이송되고, 배출구 측에서 증발된 액체가 공기 스트림에 부가될 수 있는, 적어도 하나의 전기 증발기, 증발기를 유지하는 캐리어, 및 증발기와 전기적으로 접촉되는 적어도 하나의 전기 라인을 포함한다. 본 발명은 또한 소비 유닛, 흡입기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
통상적인 흡입기 또는 전자 담배 제품은 심지-코일 기술을 기초로 한다. 모세관력은, 액체가 전기적으로 가열될 수 있는 코일에 의해서 가열되고 그에 따라 증발될 때까지, 액체를 액체 저장용기로부터 심지를 따라서 이송한다. 심지는 액체 저장용기와, 증발기로서의 역할을 하는 가열 코일 사이의 액체-전달 연결부로서의 역할을 한다.
통상적인 흡입기에서, 심지-코일 기술로 인해서, 증발기의 전기 접촉은 단순하다. 전류를 코일에 인가하는 것만이 요구된다. 이는 코일을 가열하고, 액체가 증발될 수 있다.
심지-코일 기술의 단점은, 액체의 공급 부족이 국소적인 과열을 초래하고, 이는 오염물질을 생성할 수 있다는 것이다. 이러한 소위 "건조 퍼핑(dry puff)"은 반드시 방지되어야 한다. 또한, 상기 증발기 유닛은 종종, 제조 프로세스로 인해서, 누출될 수 있고, 그에 따라 액체가, 예를 들어 공기 공급부 및/또는 증기 배기부를 통해서, 바람직하지 못한 방식으로 빠져 나올 수 있다.
심지-코일 기술의 문제점을 피하기 위해서, DE 10 2017 111 119 A1에서 개시된 기술을 이용하는 일반적인 증발기가 이용된다. 그에 의해서, 액체는 모세관력에 의해서 유입구 측으로부터 액체 채널을 통해서 배출구 측으로 이송되고, 배출구 측에서 증발된 액체가 증기 및/또는 에어로졸로서 공기 스트림에 부가될 수 있다. 증발기는 전기 라인을 통해서 에너지 공급원에 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나, 전기 라인에 대한 증발기의 연결은 인용된 종래 기술에서 설명되지 않았다.
본 발명의 과제는, 증발기에 신뢰 가능하고 효과적으로 전기 연결되는 증발기 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항의 특징에 의해서 해결된다.
본 발명에 따라, 전기 라인이 평면형 접촉 지역을 포함하는 것이 제시된다. 접촉 지역은, 전기 전도적인 그리고 재료적인 결합(bonding)을 위해서 제공된 전기 라인의 지역이다. 전기 라인의 평면적인 접촉 지역은, 전기 라인과 증발기 사이에 제공되는 결합의 기하형태를 개선한다. 특히, 접촉 지역은 그에 따라, 곡선형의 그리고 특히 둥근 횡단면을 갖는 전기 라인의 경우에서와 같은, 점-형상 또는 곡선형이 아니다. 그에 따라, 전기 라인과 증발기 사이의 신뢰 가능한 전기 연결이 접촉 지역 내에서 구축될 수 있다. 또한, 접촉 지역의 평면형 설계로 인해서, 결합을 실현하기 위한 그리고 전류 전달을 위한 확대된 접촉 표면이 달성될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 큰 경계 저항(transition resistance) 및 그와 연관된 국소적인 온도 피크를 방지할 수 있다.
본 발명에 따라, 증발기 및 전기 라인의 평면형 접촉 지역이 재료적으로 그리고 전기 전도적으로 서로 결합되어, 전기 라인과 증발기 사이에서 신뢰 가능한 결합을 제공한다. 또한, 재료적으로 결합된 합성체가 증발기를 캐리어 상에서 유지할 수 있고/있거나 증발기의 유지부를 캐리어 상에서 지지할 수 있다. 전기 라인 및 증발기를 포함하는 재료적으로 결합된 합성체는, 증발기 장치의 생산 및/또는 조립 중에, 증발기 장치 구성요소의 정밀한 전기적 접촉, 배치, 및 유지를 가능하게 한다.
바람직하게, 증발기의 외부 형상은 블록-형상이고, 증발기의 일 측면은 평면형 방식으로 전기 라인에 결합되며, 그에 따라 전기 라인과 증발기 사이의 전기 결합이 효과적으로 설계될 수 있게 하고 접촉 지역이 효과적으로 이용될 수 있게 한다. 유리하게, 증발기는 그 측면 중 정확히 하나에서, 예를 들어 유입구 측 또는 배출구 측에서 전기 라인에 결합되고, 그에 따라 증발 장치의 가능한 한 가장 단순한 기하형태를 실현한다. 그러나, 또한, 예를 들어, 증발기의, 특히 서로 대향되는, 2개의 측면들이, 예를 들어 배출구 측 또는 유입구 측에 수직으로, 적어도 하나의 전기 라인에 각각 결합되는 것도 가능하다.
바람직하게, 캐리어가 전기 라인을 유지하고/하거나 전기 라인에 재료적으로 결합되고, 그에 따라 증발기 장치의 효과적이고 콤팩트한 설계 및 제조를 촉진한다. 전기 라인과 캐리어의 재료 결합은, 캐리어, 전기 라인 및 증발기를 포함하는 재료적으로 결합된 합성체를 초래한다.
유리하게, 증발기는, 2개의 대향되는 연부 섹션들을 갖는, 기부 표면, 특히 직사각형 기부 표면을 포함하고, 대향 연부 섹션들의 각각이 전기 라인에 결합되어, 증발기의 기부 표면을 효과적으로 이용할 수 있게 하고, 그리고 연부 섹션들 사이의 전기 저항을 유발할 수 있게 하고 그에 따라 액체의 가열 및 증발을 유발할 수 있게 한다.
바람직한 실시형태에서, 적어도 2개의 전기 라인이 제공되고, 캐리어는 전기 라인들 사이에서 통로 개구부를 포함한다. 예를 들어, 통로 개구부가 캐리어 상의 증발기의 유입구 측에 배열되도록, 증발기가 배열될 수 있다. 통로 개구부는, 표면적에 걸쳐 액체를 공급하기 위해서, 심지 구조물이 증발기의 유입구 측과 접촉할 수 있게 한다. 그러나, 증발기에 의해서 증발된 액체가 배출구 측 위에서 유동하는 공기 스트림에 부가될 수 있도록, 통로 개구부는 또한 증발기의 배출구 측의 캐리어 상에 배열될 수 있다.
바람직하게, 증발기를 유지하기 위한 캐리어는 세라믹 기재를 포함하고, 그에 따라 증발기를 유지하기 위한 캐리어가 열적으로 안정적이 되게 하고, 및/또는, 적절한 경우에, 증발기를 캐리어로부터 열적으로 분리한다. 세라믹 기재는, 예를 들어 300 ℃ 이하의, 증발기의 동작 중에 발생되는 온도 및, 예를 들어, 증발기의 수명 중에 약 200 내지 2000 번에 걸쳐 발생되는 열적 부하 변화에 대해서, 화학적 및 기계적으로 안정적이다. 캐리어는 액체 및/또는 에어로졸 또는 증기와 접촉되고, 그에 따라 특히 증발 중에 발생되는 온도에서, 식품 등급이 되어야 하거나 생체 적합하여야 하고, 이는 세라믹 기재의 경우에 유리하다.
유리하게, 증발기에 대한 재료 및 전기 전도적 결합에 적합한, 양호한 전기 전도도를 갖는 접촉 지역을 제공하기 위해서, 접촉 지역이 금으로 제조된다. 금으로 제조된 접촉 지역은 증발되는 액체 또는 에어로졸 또는 증기에 대해서 화학적으로 안정적이고, 당업계에 알려진 방법으로 신뢰 가능하게 제조 및 프로세스될 수 있다.
바람직하게, 증발기는, 접촉 지역에서 전기 라인에 결합될 수 있는 전기 접촉 표면을 준비할 수 있도록, 금속처리 층(metallization layer)을 포함한다. 예를 들어, 증발기는, 표면에서 금속처리 층을 포함하는, 규소 블록, 특히 도핑된 규소 블록을 본질적으로 포함할 수 있다. 금속처리 층은 증발기에 대한 전기 라인의 전기적 및 재료적 접촉을 단순화한다.
유리한 실시형태에서, 재료 결합을 위한 증발기의 표면을 준비할 수 있도록 하기 위해서, 금속처리 층은 니켈, 금 및/또는 팔라듐을 포함하고, 상기 표면은 전기 전도적이고 알려진 방법으로 효과적으로 프로세스될 수 있다.
바람직하게, 유리하게 전류(current)가 없이 금속처리 층이 위에 침착되는, 프라이머(primer), 예를 들어 알루미늄 시드 층(seed layer)이 증발기와 금속처리 층 사이에 배열된다.
유리하게, 증발기와 전기 라인 사이의 전기 결합은, 바람직하지 못한 전기 에너지로부터의 열로의 변환을, 증발기를 위해서 생성되는 열에 비해서 적게 유지하기 위해서 그리고 동시에 충분한 전기 에너지를 증발기에 공급할 수 있게 하기 위해서, 5 mΩ 내지 20 mΩ의 전기 저항을 포함한다.
바람직하게, 재료 결합이 적어도 부분적으로 제1의 소결된 재료에 의해서 형성되고, 그에 따라 결합이 정밀하고 효과적으로 만들어질 수 있게 한다. 재료 결합을 소결하는 것은, 증발기를 캐리어 상에 배치하는데 있어서 상당한 양의 시간을 절감한다. 이러한 실시형태에서, 증발기의 각각의 접촉을 개별적으로 전기 결합시킬 필요는 없다. 기계적으로 안정적이고 전기적으로 전도적인 결합이, 복수의 증발기에 대해서 병렬로 동시에 퍼니스 내에서 소결시키는 것에 의해서 만들어질 수 있다.
바람직하게, 전기 라인을 정밀하게 배열시킬 수 있게 그리고 효과적으로 제조할 수 있게 하기 위해서, 전기 라인은 적어도 부분적으로 제2의 소결된 재료에 의해서 형성된다.
유리한 실시형태에서, 증발기와 전기 라인 사이에서 재료 결합을 생성할 수 있게 하기 위해서, 증발기와 전기 라인 사이의 재료 결합이 접착제, 특히 전기적으로 비-전도적인 접착제를 포함한다. 전기 라인과 증발기 사이의 전기 결합이 재료 결합과 독립적으로 형성될 수 있고/있거나 배열될 수 있다. 특히, 증발기를 선택적으로 가열할 수 있도록 및/또는 증발기와 선택적으로 전기적으로 접촉할 수 있도록 하기 위해서, 전기 결합이 재료 결합보다 작은 지역 내에 배열될 수 있다. 동시에, 증발기는 면-대-면 방식으로 캐리어에 결합될 수 있다.
바람직하게, 증발기와 전기 라인 사이에서 정밀하게 국소화되고 효과적으로 실행될 수 있는 전기 결합을 형성할 수 있게 하기 위해서, 증발기 및/또는 접촉 지역이 땜납 범프(solder bump)를 포함한다. 특히, 땜납 범프는 유리한 전기적 접촉 및 프로세싱을 위해서 금 범프일 수 있다.
유리하게, 증발기 장치의 수명을 개선하기 위해서, 전기 라인은 증발기의 열팽창 계수보다 10% 미만만큼 작게 상이한 열팽창 계수를 포함하는데, 이는 증발기가 동작 중에 300 ℃까지 뜨거워지기 시작하고 그 수명 중에 약 200 내지 2000 번의 주변 온도와 증발기의 동작 온도 사이의 열적 부하 변화를 체험하기 때문이다. 열팽창 계수의 10% 미만의 작은 차이는, 전기 라인과 증발기 사이의 재료 결합 영역에서 적은 기계적 응력 만을 초래하고 그에 따라 이를 임계 범위까지 기계적으로 응력화하지 않는다.
본 발명에 따라, 흡입기를 위한 소비 유닛은 전술한 증발기 장치 및 액체 저장용기를 포함하고, 증발기 장치는 액체-전달 방식으로 액체 저장용기에 연결된다. 증발기의 유입구 측은, 예를 들어, 심지 구조물을 통해서 액체-전달 방식으로 액체 저장용기에 연결된다. 본 발명에 따른 흡입기는 소비 유닛 및 기부 유닛을 포함한다. 전기 라인과 증발기 사이의 재료 및 전기 전도적 결합은, 소비 유닛 또는 흡입기가 효과적으로 조립될 수 있다는 것을 의미한다.
전술한 증발기 장치를 제조하기 위한 방법은 이하의 단계를 포함한다: 증발기, 캐리어 및 적어도 하나의 전기 라인을 제공하는 단계, 그리고 증발기의 평면형 접촉 지역 내에서 증발기와 전기 라인을 재료적으로 그리고 전기적으로 결합시키는 단계. 전기 전도적인 그리고 재료적인 결합을 위한 준비로서, 상응 금속 코팅이, 특히 이미(already) 웨이퍼 기반의, 증발기에 선택적으로 도포될 수 있다. 전기 라인의 접촉 지역은 증발기에 대한 대응 부분으로서 제공된다.
바람직하게, 결합은 열압축 프로세스를 포함한다. 유리하게, 결합에 앞서서, 접촉 지역, 캐리어 및/또는 증발기는, 열압축에 적합한 소결 페이스트가 제공된, 지정된 결합 지역 내에서 코팅된다. 소결 페이스트로 접촉 지역을 코팅하는 것은, 예를 들어, 스텐실(stenciling), 스크린 인쇄, 및/또는 패드 인쇄(pad printing)에 의해서 실행될 수 있다.
유리하게, 결합은, 전기 라인과 증발기 사이의 열압축에 의한 열기계적 결합을 위한 마찰 용접 열을 촉진하기 위해서 초음파를 인가하는 것을 포함한다.
바람직하게, 결합은, 재료 결합을 위한 단순한 준비를 제공하기 위한 소결을 포함한다. 소결에 의한 결합을 위한 준비로서, 적합한 금속처리가 웨이퍼 기반의 증발기의 접촉 표면에 미리 도포될 수 있다. 전기 라인 자체가 또한 소결에 의해서 생성될 수 있다. 물질-대-물질 합성체가 제1의 소결된 재료로 제조될 수 있고/있거나, 전기 라인이 제2의 소결된 재료로 제조될 수 있다. 또한, 합성체 및 전기 라인을 하나의 작업 단계에서 및/또는 동일한 소결된 재료로부터 생성할 수 있다. 유리하게, 접촉 지역, 캐리어 및/또는 증발기는, 결합 전에, 제공된 소결 지역 내에서 소결에 적합한 소결 페이스트로 코팅된다. 전기 접촉 지역과 증발기 사이의 안정적인 결합을 위해서, 합성체는 소결 페이스트의 요건에 따라 퍼니스 내에서 소결된다. 유리하게, 소결은, 특히 증발기 상에서의 기계적 응력을 피하기 위해서, 압력을 가하지 않고 실시된다.
바람직하게, 복수의 증발기 장치를 가능한 한 효율적으로 생산할 수 있게 하기 위해서, 복수의 동시에 프로세스되는 증발기들은 결합 전에 분리된다. 복수의 증발기가 웨이퍼 합성체 내에 위치될 수 있고, 웨이퍼 합성체는 수천 개의 증발기를 형성할 수 있다. 웨이퍼 합성체는, 예를 들어, 웨이퍼 톱에 의해서 분리될 수 있고, 복수의 분리된 증발기를 제공할 수 있다. 이를 위해서, 하나의 증발기의 각각이, 예를 들어 픽킹 프로세스(picking process)에 의해서, 복수의 증발기를 형성하는 웨이퍼 합성체로부터 제거될 수 있고, 예를 들어 플립-칩 조립(flip-chip assembly)에 의해서, 캐리어의 전기 라인에 전기 전도적 및 재료적으로 결합될 수 있다.
바람직하게, 전기 결합을 효과적으로 형성하기 위해서, 결합에 앞서서, 복수의 땜납 범프가 도포될 수 있다.
유리하게, 재료 결합을 효과적으로 형성할 수 있게 하기 위해서, 결합은, 특히 전기적으로 비-전도적인 접착제를 이용한, 접착 결합을 포함한다. 접착 결합은 선택된 국소적인 표면 상에서 실현될 수 있는 한편, 다른 표면은 전기적으로 비-전도적인 접착제로 의도적으로 습윤되지 않고, 다시 말해서 결합되지 않고 전기 연결을 위한 역할을 하지 않는다.
이하에서, 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시형태로 본 발명을 설명한다.
도 1은 증발기 장치 및 캐리어 장치의 분해도이다.
도 2는 조립된 상태의 증발기 장치의 사시도이다.
도 3은 증발기 장치 및 캐리어 장치의 분해도이다.
도 4는 조립된 상태의 증발기 장치의 사시도이다.
도 5는 흡입기의 개략도이다.
도 6은 증발기 장치를 통한 원근적 단면이다.
도 1은 흡입기(10)를 위한 증발기 장치(1) 및 캐리어 장치(400)의 분해도를 도시한다. 증발기 장치(1)는, 증발기(60)에 공급된 액체(50)를 증발시키기 위한 전기 증발기(60)를 포함한다(도 5 및 도 6 참조). 조립된 상태(도 2 참조)에서, 증발기(60)는 캐리어(4)에 의해서 유지된다. 증발기(60)는 배출구 측(64) 및 유입구 측(61)뿐만 아니라 그 사이에 위치된 액체 채널(62)을 포함하고, 도 6을 참조하여 더 구체적으로 설명된다.
캐리어(4)는 세라믹 기재(103)를 포함하고, 이에 대해서는 도 1을 참조한다. 이러한 실시형태에서, 세라믹 기재(103)는 실질적으로 판-형상이다. 예를 들어, 세라믹 기재(103)는 지르코늄 산화물 판 또는 세라믹 판, 특히 저온 동시 소성 세라믹(low temperature co-fired ceramic)을 포함할 수 있다. 캐리어(4)는, 평면형 접촉 지역(131)이 내부에 형성된, 적어도 하나의 평면형 부분을 포함한다. 이러한 실시형태에서, 캐리어(4)는 세라믹이다. 대안적으로, 캐리어(4)는 내열성 플라스틱을 포함할 수 있고, 세라믹 증발기 수용부를 포함한다.
유리하게, 기재(103)는 증발기(60)의 주 재료, 예를 들어 규소의 열팽창 계수와 유사한, 특히 최대 10%만큼 상이한 열팽창 계수를 갖는다. 따라서, 기재(4)와 증발기(60) 사이의 기계적 응력은 증발기(60)의 동작 중에 작게 유지된다.
유리하게, 증발을 위해서 의도된 열을 증발기(60)로부터 멀리 전달하지 않게 하기 위해서 및/또는 상기 열을 캐리어(4) 내에 저장하지 않게 하기 위해서, 기재(103)는 낮은 열 전도도 및/또는 작은 열 용량을 포함한다. 따라서, 증발기(60)는 캐리어(4)로부터 및/또는 외부 구성요소로부터 열적으로 분리된다. 캐리어(4)의 낮은 열 전도도 및/또는 작은 열 용량으로 인해서, 증발기(60)의 유리하게 작은 열 관성(thermal inertia)은 손상되지 않는다. 이는, 증발기(60)가 시간적으로 정확하게 그리고 특히 신속하게 가열 및/또는 냉각될 수 있게 하여, 높은 에어로졸 품질 및 에어로졸 양의 정밀한 조정을 촉진한다.
증발기(60) 및 캐리어(4)는, 조립된 상태에서 캐리어(4)가 배출구 측(64)에서 증발기(60)에 전기적 및 재료적으로 결합되도록 하는 방식으로, 배열된다. 증발기(60)가 증발된 액체를 공기 스트림(34)에 부가할 수 있도록, 캐리어(4)는 통로 개구부(104)(미도시)를 포함한다. 통로 개구부(104)는 증발기(60)의 배출구 측(64)에 배열된다. 유리하게, 통로 개구부(104)는, 적어도, 액체 채널(62)(도 6 참조)을 구비하는 증발기(60)의 지역만큼 크다.
2개의 전기 라인(105a, 105b)이 캐리어(4) 상에 제공되고, 상기 전기 라인들은 재료적으로 결합된 방식 및 전기 전도적인 방식으로 증발기(60)에 연결되며, 이에 대해서는 도 1을 참조한다. 전기 라인(105a, 105b)은 캐리어(4)에 재료적으로 결합되거나 캐리어(4) 상에 도포된다. 전기 라인(105a, 105b)은 예를 들어 구리를 포함할 수 있다.
전기 라인(105a, 105b)은, 전기 전도적으로 그리고 재료적으로 결합되는 연결에 적합한 접촉 지역(131)을 포함한다. 접촉 지역(131)은, 예를 들어 금으로, 바람직하게 5 내지 50 ㎛, 더 바람직하게 8 내지 20 ㎛, 예를 들어 10 ㎛의 금의 층으로 유리하게 구성될 수 있다.
캐리어(4) 및 증발기(60)의 합성체가 예를 들어 2개의 절반체-쉘들(half-shell)(108a, 108b) 사이에 배치되고, 상기 절반체-쉘들은, 캐리어 장치(400)로서, 예를 들어, 외부 부분, 예를 들어 액체 저장용기(18)에 대한 증발기(60)의 양호한 액체 연결이 존재하도록, 증발기 장치(1)를 유지하는 그리고 심지 구조물(19)을 증발기 장치(1)에 대해서 유지하는 과제를 충족시킨다.
절반체-쉘(108a, 108b)은 유리하게, 증발 중에 직면하는 온도에서 기계적 및 화학적으로 안정적으로 유지되는, 고온 플라스틱, 예를 들어 PEEK로 제조된다.
공기 채널(130)이 캐리어(4)와 상부 쉘(108a) 사이에 형성되도록, 함몰부(180)가 상부 쉘(108a) 내에 제공된다. 공기 유동(34)이 흡입기(10)의 동작 중에 공기 채널(130)을 통해서 유동한다. 공기 유동(34)은 증발기(60)의 배출구 측(64)에 걸쳐 유동하고, 상기 배출구 측은 증발된 액체(50)를 증기 및/또는 에어로졸로서 공기 유동(34)에 부가한다.
개구부(미도시)가 하부 쉘(108b) 내에 제공되고, 상기 개구부를 통해서 심지 구조물(19)이 연장된다. 심지 구조물(19)은 한편으로 증발기(60)의 유입구 측(61)에 그리고 다른 한편으로 액체 저장용기(18)에 액체-전달 방식으로 연결된다. 도 5 및 도 6을 참조하여, 심지 구조물(19)을 더 구체적으로 설명한다.
또한, 단지 하나의 전기 라인(105a)을 제공할 수 있고, 예를 들어, 절반체-쉘(108a, 108b) 또는 하우징 부분(미도시)을 통해서 전류를 전달할 수 있다. 또한, 라인(105a, 105b)의 추가적인 전기 접촉 및/또는 이차적인 공기 채널(101)이 쉘(108a, 108b) 중 하나 내에 제공될 수 있다. 캐리어 장치(400)는 또한 단일-단편 쉘 또는 둘 초과의 쉘 부분을 포함할 수 있다.
도 1에서 확인될 수 있는 바와 같이, 증발기(60)는 유리하게 편평한 가열기, 특히 칩-유형의 편평한 가열기이다. 증발기(60)는 블록-형상이고, 배출구 측(64)은 조립된 상태에서 평면형 접촉 지역(131) 내의 전기 라인(105a, 105b)에 평면형 방식으로 연결된다.
도 2는 조립된 상태의 증발기 장치(1)의 사시도를 도시한다. 이러한 실시형태에서, 증발기(60)의 유입구 측(61)은 접촉 지역(131) 내에서 평면형의, 전기 전도적으로 그리고 재료적으로 결합되는 방식으로 전기 라인(105a, 105b)에 연결된다. 따라서, 증발기(60)는 접촉 지역(131)을 통해서 캐리어(4)에 전기적 및 기계적으로 결합되고 유지된다.
증발기(60)는 2개의 대향되는 연부 섹션들(132a, 132b)을 갖는 직사각형 기부 표면을 포함한다. 증발기(60)는 연부 섹션(132a, 132b)의 각각에서 전기 라인(105a, 105b) 중 하나에 연결된다. 전기 라인(105a, 105b)의 각각은 접촉 지역(131)으로부터 단부 부분(205a, 205b)까지 연장된다. 단부 부분(205a, 205b)에서, 증발기 장치(1)는 외부 부분, 예를 들어 가열 전압 공급원(71)으로부터의 전기 에너지를 증발기(60)에 공급하기 위해서 접촉될 수 있다. 단부 부분(205a, 205b)은 유리하게 외부 부분의 접촉부에 대한 납땜을 위해서 형성되거나 연결부로서 캐리어(4)와 함께 형성된다.
단부 부분(205a, 205b)은 유리하게 전기 에너지를 증발기(60)에 공급하기 위해서 증발기(60)의 상류에 위치되는 캐리어(4)의 단부(122)에 배열된다. 증발기(60)의 상류에 위치된 단부(122)는, 전기 접촉에 의해서, 외부 부분, 예를 들어 흡입기(10)의 기부 부분(16)에 기계적 및/또는 전기적으로 연결되도록 배열된 단부이다. 전기 라인(105a, 105b)은 바람직하게 공기 채널(130)에 평행하게 연장된다.
전기 라인들(105a, 105b) 사이에서, 캐리어는 통로 개구부(104)를 포함한다. 통로 개구부(104)는 증발기(60)의 유입구 측(61)에 배열된다. 유리하게, 통로 개구부(104)는 전기 라인들(105a, 105b)의 접촉 지역들(131) 사이에 배열된다. 심지 구조물(19)이 통로 개구부(104)를 통해서 연장되어 증발기의 유입구 측(61)과 액체-전달 방식으로 접촉될 수 있다. 통로 개구부(104)는 유리하게 심지 구조물(19)의 형상에 상응하는 형상을 포함한다.
복수의 땜납 범프(150)가 선택적으로 접촉 지역(131) 내의 전기 라인(105a, 105b) 상에 제공된다. 땜납 범프(150)는 유리하게 금으로 제조되고, 예를 들어 열압축에 의해서, 증발기(60)와 전기 라인(105a, 105b) 사이에서 전기 전도적 결합을 제공할 수 있다.
전기 라인(105a, 105b)과 증발기(60) 사이의 결합을 기계적 및/또는 열적으로 개선하기 위해서, 결합이 접착제를 포함할 수 있다. 특히, 전기 전도적 결합과 간섭하지 않도록, 접착제는 전기적으로 비-전도적일 수 있다. 유리하게, 증발기(60)로부터 캐리어(4)로의 열 입력을 감소시키기 위해서, 접착제는 낮은 열전도도를 포함한다.
도 1 및 도 2에 도시된 증발기 장치(1)를 생산하기 위해서, 전기 라인(105a, 105b) 및 증발기(60)를 갖는 캐리어(4)가 제공된다.
증발기(60)는 웨이퍼 합성체로 제공될 수 있고, 상기 웨이퍼 합성체로부터 복수의 증발기(60)가 제조된다. 복수의 증발기(60)는, 예를 들어, 다양한 에칭 및 코팅 프로세스에 의해서, 특히 액체 채널(62)을 제조함으로써 웨이퍼 합성체를 구조화하는 것에 의해서 제조된다.
증발기(60)는 전기 라인(105a, 105b)에 대한 결합을 위한 준비에서 금속처리 층(133)을 구비할 수 있다. 금속처리 층(133)은 증발기(60)에 직접적으로 도포될 수 있거나, 알루미늄의 시드 층과 같은 프라이머에 도포될 수 있다. 금속처리 층(133)은 무전류 침착된(currentlessly deposited) 니켈, 금, 및/또는 팔라듐, 또는 이들의 재료 복합체를 포함할 수 있다. 이는, 프로세스를 병렬화하기 위해서, 복수의 증발기(60)에 대해서 동시에, 예를 들어 웨이퍼 합성체에 대해서 이루어질 수 있다.
선택적으로, 땜납 범프(150)는 증발기(60)의 표면에 또는 그 금속처리 층(133)에 및/또는 전기 라인(105a, 105b)에 또는 유리하게 접촉 지역(131) 내의 세라믹 캐리어(4)의 표면에 도포될 수 있다. 유리하게, 이러한 목적을 위해서, 금의 층이 접촉 지역(131) 내의 전기 라인(105a, 105b)의 각각에 도포된다. 땜납 범프(150)가 그 위에 배열될 수 있다.
대안적으로, 재료 결합에 적합한 소결 페이스트가 유리하게 세라믹 캐리어(4)의 전기 라인(105a, 105b)에 또는 증발기(60)의 지정된 접촉 지역에 인쇄되고/되거나 도포된다.
그 후에, 웨이퍼 합성체가 싱귤레이팅되고(singulated), 그에 의해서 복수의 증발기(60)를 제공한다. 싱귤레이팅된 증발기(60)가, 예를 들어 픽킹 프로세스에 의해서, 웨이퍼 합성체로부터 제거된다. 플립-칩 조립체에 의해서, 증발기(60)가, 열압축 프로세스를 이용하여, 유리하게 세라믹 캐리어(4)의 전기 라인(105a, 105b)에 결합된다. 열압축 프로세스는 마찰 용접 열의 도입을 통해서 초음파의 인가에 의해서 향상될 수 있다. 선택적으로, 증발기(60) 및 캐리어(4)의 합성체가 전기 비-전도적 접착제에 의해서 기계적으로 안정화될 수 있다.
이러한 경우에, 캐리어(4)는, 복수의 증발기(60)가 위에 배열되고 도포되는, 캐리어 합성체 내에 위치될 수 있다. 증발기(60)가 캐리어 합성체 내의 캐리어(4)에 피팅되고 연결된 후에, 그에 따라 생산된 증발기 장치(1)가 분리될 수 있다.
이어서, 증발기 장치(1) 또는 증발기(60) 및 캐리어(4)의 합성체가 2개의 절반체-쉘들(108a, 108b) 사이에 배치된다. 이어서, 캐리어 구조물(400)이 증발기 삽입체(100), 소비 유닛(17) 및/또는 흡입기(10) 내에 설치될 수 있다.
도 1 및 도 2에서, 증발기(60) 및 캐리어(4)의 전기 전도적인 그리고 물질-대-물질의 합성체가 땜납 범프(150)를 이용하는 열압축 프로세스에 의해서 생산된다.
도 3 및 도 4는, 소결된 재료(151, 152)를 이용하는 땜납 범프(150)로 보조되는, 도 1 및 도 2에 도시된 결합에 대한 대안을 도시한다. 도 3 및 도 4는 도 1 및 도 2와의 차이점과 관련하여 설명된다.
도 3은 증발기 장치(1) 및 캐리어 장치(400)의 분해도를 도시하고, 여기에서 제1의 소결된 재료(151)가 증발기(60) 상에 제공되어, 전기 라인(105a, 105b)과 함께 전기 전도적이고 재료적으로 결합된 연결을 형성한다. 도 4는 증발기 장치(1)의 사시도를 도시한다.
캐리어(4) 상의 전기 라인(105a, 105b)의 접촉 지역(131) 및/또는 증발기(60)의 표면 상의 접촉 지역은, 예를 들어 금의 층에 의한, 소결을 위해서, 특히 무압력 소결을 위해서 배열된다.
전기 라인(105a, 105b)은 제2의 소결된 재료(152)로 제조된다. 제2의 소결된 재료(152)는 세라믹 기재(103) 또는 캐리어(4)에 도포되고, 소결 후에 전기 라인(105a, 105b)을 형성한다. 소결은 제2의 소결된 재료(152)를 그리고 그에 따라 전기 라인(105a, 105b)을 캐리어(4)에 재료적으로 결합시킬 것이다.
또한, 제1의 소결된 재료(151)가 제2의 소결된 재료(152)와 동일한 재료로 구성될 수 있다. 이러한 경우에, 단지 1번의 소결 프로세스에서, 캐리어(4)에 재료적으로 결합되는 전기 라인(105a, 105b) 및 증발기(60)와 전기 라인(105a, 105b) 사이의 결합이 동시에 생성될 수 있다.
대안적으로, 캐리어(4)가 미리 제 위치에서 전기 라인(105a, 105b)을 구비할 수 있고, 증발기(60)와 전기 라인(105a, 105b) 사이의 재료 결합만이 제2의 소결된 재료(152)로부터 형성될 수 있다.
제1의 소결된 재료(151)와의 결합을 형성하기 위해서, 땜납 범프를 도포할 필요는 없다. 이러한 목적을 위해서, 유리하게, 소결에 적합한 소결 페이스트가, 유리하게 세라믹 캐리어(4)의 전기 라인(105a, 105b)에 인쇄되거나 도포된다. 증발기(60)가 싱귤레이팅된 후에, 증발기(60)는 전기 라인(105a, 105b) 상의 제1의 소결된 재료(151) 상에 배치된다.
대안적으로, 제1의 소결된 재료(151)가 증발기(60)의 의도된 접촉 표면에 인쇄 및/또는 도포될 수 있다. 증발기(60)를 싱귤레이팅한 후에, 증발기(60)는 전기 라인(105a, 105b) 상에 배치된다.
전기 접촉 지역(131)과 증발기(60) 사이의 안정적인 결합을 위해서, 캐리어(4) 및 증발기(60)의 합성체가, 제1의 소결된 재료(151)와 함께 그리고 선택적으로 전기 라인(105a, 105b)을 위한 제2의 소결된 재료(152)와 함께, 퍼니스 내에서 소결된다.
도 1 및 도 2에 도시된 그리고 도 3 및 도 4에 도시된 2개의 실시형태 모두는, 증발기(60)로부터 캐리어(4)로의 적은 열 전달을 유지하면서, 증발기(60)의 전기 접촉을 가능하게 한다. 증발기(60)와 전기 라인(105a, 105b) 사이의 전기적 결합은 5 mΩ 내지 20 mΩ의 전기 저항을 포함한다. 전기 결합, 즉 땜납 범프(150) 및/또는 제1의 소결된 재료(151)의 횡단면 및/또는 길이 또는 두께를 조정하는 것에 의해서, 증발기(60)로부터의 열 전달로부터 생성된 열 및 캐리어(4) 내로 전달되는 전기 라인(105a, 105b)과 증발기(60) 사이의 전기 저항에 의해서 생성된 열이 최소화된다.
도 5는 흡입기(10) 또는 전자 담배 제품을 개략적으로 도시한다. 흡입기(10)는 하우징(11)을 포함하고, 상기 하우징에서, 유동 채널(30)이 적어도 하나의 공기 유입 개구부(231)와 흡입기(10)의 입쪽 단부(32)에 위치되는 공기 배출 개구부(24) 사이에 제공된다. 그에 의해서, 흡입기(10)의 입쪽 단부(32)는, 소비자가 흡입을 위해서 빨아들이는, 그에 의해서 흡입기(10)에 음압을 인가하고 공기 유동 채널(30) 내에서 공기 유동(34)을 생성하는, 단부를 지칭한다.
흡입기(10)는 유리하게, 기부 부분(16) 및 소비 유닛(17) 또는 증발기 탱크 유닛으로 구성되고, 소비 유닛은 증발기 장치(1) 및 액체 저장용기(18)를 포함하고 특히 교환 가능한 카트리지의 형태로 설계된다. 공기 유입 개구부(231)를 통해서 내부로 끌어 당겨지는 공기는 공기 유동 채널(30) 내에서 적어도 하나의 증발기 장치(1)까지 또는 적어도 하나의 증발기 장치(1)를 통해서 지향된다. 증발기 장치(1)는, 적어도 하나의 액체(50)가 내부에 저장되는, 액체 저장용기(18)에 연결되거나 연결될 수 있다.
증발기 장치(1)는, 유리하게 모세관력에 의해서 심지 또는 심지 구조물(19)에 의해 액체 저장용기(18)로부터 증발기 장치(1)로 공급되는 액체(50)를 증발시키고, 증발된 액체를 에어로졸/증기로서 배출구 측(64)에서 공기 스트림(34)에 부가한다.
도 5에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 증발기(60)의 유입구 측(61)에, 다공성의 및/또는 모세관의 액체-전달 심지 구조물(19)이 유리하게 배열된다. 액체 인터페이스 및/또는 다수의 유체 라인이 유체 저장용기(18)와 심지 구조물(19) 사이에 제공될 수 있다. 그에 따라, 액체 저장용기(18)는 또한 심지 구조물(19)로부터 거리를 두고 배열될 수 있다. 심지 구조물(19)은 유리하게 평면 방식으로 증발기(60)의 유입구 측(61)에 접촉되고, 유입구 측에서 증발기(60)의 모든 액체 채널(62)을 덮는다. 증발기(60)에 대향되는 측면 상에서, 심지 구조물은 액체-전달 방식으로 액체 저장용기(18)에 연결된다. 액체 저장용기(18)는 심지 구조물(19)보다 치수가 클 수 있다. 예를 들어, 심지 구조물(19)은 액체 저장용기(18)의 하우징의 개구부 내로 삽입될 수 있다. 복수의 증발기 장치(1)가 또한 액체 저장용기(18)와 연관될 수 있다. 심지 구조물(19)은 일반적으로 단일-단편 또는 다수-단편일 수 있다.
심지 구조물(19)은 다공성 및/또는 모세관 재료를 포함하고, 상기 재료는, 액체 채널(62)이 건조 상태로 작동되는 것 그리고 결과적인 문제를 방지하기 위해서, 모세관력으로 인해서, 증발기(60)에 의해서 증발된 액체를 액체 저장용기(18)로부터 증발기(60)로 충분한 양으로 피동적으로 공급할 수 있다.
유리하게, 전류 흐름에 의한 심지 구조물(19) 내의 유체의 바람직하지 못한 가열을 방지하기 위해서, 심지 구조물(19)은 전기 비-전도성 재료를 포함한다. 심지 구조물(19)은 유리하게 작은 열전도도를 갖는다. 유리하게, 심지 구조물(19)은: 면, 셀룰로오스, 아세테이트, 유리 섬유 직물, 유리 섬유 세라믹, 소결 세라믹, 세라믹 페이퍼, 알루미노실리케이트 페이퍼, 금속 폼, 금속 스폰지, 적합한 공급률을 갖는 다른 내열성, 다공성 및/또는 모세관 재료, 또는 전술한 재료 중 둘 이상의 조합 중 하나 이상을 포함한다. 유리하게 실용적인 실시예에서, 심지 구조물(19)은 세라믹 섬유 페이퍼 및/또는 다공성 세라믹 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 심지 구조물(19)의 부피는 바람직하게 1 mm3 내지 10 mm3의 범위, 더 바람직하게 2 mm3 내지 8 mm3의 범위, 보다 더 바람직하게 3 mm3 내지 7 mm3의 범위이고, 예를 들어 5 mm3이다.
심지 구조물(19)이 전기 및/또는 열 전도적 재료로 제조되는 경우에, 전기적으로 및/또는 열적으로 절연적인 재료, 예를 들어 유리, 세라믹 또는 플라스틱으로 이루어진 절연 층이 유리하게 심지 구조물(19)과 증발기(60) 사이에 제공되고, 개구부가 절연 층을 통해서 연장되고 액체 채널(62)에 상응하게 된다.
액체 저장용기(18)의 유리한 부피는 0.1 ml 내지 5 ml, 바람직하게 0.5 ml 내지 3 ml, 더 바람직하게 0.7 ml 내지 2 ml의 범위, 또는 1.5 ml이다.
전자 담배(10)는 또한 전기 에너지 저장 장치(14) 및 전자 제어 장치(15)를 포함한다. 에너지 저장 장치(14)는 일반적으로 기부 부분(16) 내에 배열되고, 특히, 일회용 전기화학적 배터리 또는 재충전 가능한 전기화학적 배터리, 예를 들어 리튬-이온 배터리일 수 있다. 소비 유닛(17)은 에너지 저장 장치(14)와 입쪽 단부(32) 사이에 배열된다. 전자 제어 장치(15)는 적어도 하나의 디지털 데이터 프로세싱 장치, 특히 마이크로프로세서 및/또는 마이크로제어기를 (도 5에 도시된 바와 같이) 기부 부분(16) 내에서 및/또는 소비 유닛(17) 또는 증발기 삽입체(100) 내에서 포함한다.
압력 센서와 같은 센서 또는 압력 스위치 또는 유동 스위치가 유리하게 하우징(11) 내에 배열되고, 제어 장치(15)는, 센서에 의해서 출력된 센서 신호를 기초로, 소비자가 흡입하기 위해서 흡입기(10)의 입쪽 단부(32)에서 빨아들이고 있다는 것을 결정할 수 있다. 이러한 경우에, 제어 장치(15)는 증발기 장치(1)를 제어하여, 액체 저장용기(18)로부터의 액체(50)를 에어로졸/증기로서 공기 유동(34) 내로 부가한다.
증발기 장치(1) 또는 적어도 하나의 증발기(60)가 입쪽 단부(32)로부터 멀어지는 쪽으로 대면되는 소비 유닛(17)의 부분 내에 배열된다. 이는, 증발기 장치(1)의 효과적인 전기적 커플링 및 제어를 가능하게 한다. 유리하게, 공기 유동(34)은, 액체 저장용기(18)를 통해서 공기 배출 개구부(24)까지 축방향으로 연장되는 공기 유동 채널(30)을 통과한다.
분배하고자 하는 액체 저장용기(18) 내에 저장된 액체(50)는, 예를 들어, 1,2-프로필렌 글리콜, 글리세롤, 물, 적어도 하나의 아로마(향료) 및/또는 적어도 하나의 활성 물질, 특히 니코틴의 혼합물이다. 그러나, 액체(50)의 표시된 성분들은 필수적인 것이 아니다. 특히, 가향 및/또는 활성 물질, 특히 니코틴이 없을 수 있다.
소비 유닛 또는 카트리지(17) 또는 기부 부분(16)은 유리하게, 소비 유닛 또는 카트리지(17)와 관련된 정보 또는 매개변수를 저장하기 위한 비휘발성 데이터 메모리를 포함한다. 데이터 메모리는 전자 제어 장치(15)의 일부일 수 있다. 데이터 메모리는 유리하게 액체 저장용기(18) 내에 저장된 액체의 조성과 관련된 정보, 프로세스 프로파일, 특히 전력/온도 제어와 관련된 정보; 조건 모니터링 또는 시스템 테스팅, 예를 들어 누출 테스팅에 대한 데이터; 복제 방지 및 위조 방지, 소비 유닛 또는 카트리지(17)의 명확한 식별을 위한 ID, 일련 번호, 제조 일자 및/또는 유통일, 및/또는 빨아 들인 횟수(소비자가 빨아들인 흡입의 수) 또는 사용 시간과 관련된 데이터를 저장한다. 데이터 메모리는 유리하게 제어 장치(15)에 전기적으로 연결되거나 연결될 수 있다.
흡입기(10) 내에, 및/또는 통신 기술과 관련하여 적어도 일시적으로, 적절하고 잘 알려진 방식으로 흡입기(10)에 연결될 수 있는 외부 메모리 내에, 특히 흡연 거동에 관한, 사용자-관련 데이터가 또한 저장될 수 있고, 바람직하게 흡입기의 제어 및 조절을 위해서 또한 이용될 수 있다.
증발기 삽입체(100)가 액체 저장용기(18) 내로의 삽입을 위해서 제공된다. 이러한 목적을 위해서, 액체 저장용기는 적어도 하나의 삽입 개구부를 포함하고, 상기 삽입 개구부 내로 증발기 삽입체(100)가 삽입될 수 있고, 특히 밀어 넣어질 수 있다. 증발기 삽입체(100)는 캐리어 장치(400), 캐리어(4) 및 증발기(60)를 수용하기 위한 기부 구성요소(83)를 포함한다. 기부 구성요소(83)는, 공기 유동 채널(30)을 둘러싸는 자켓 측면(31)을 포함하고, 공기 유동 채널을 통해서 공기 유동(34)이 유동할 수 있다.
기부 구성요소(83)는 액밀적(liquid-tight)이고 액체(50)가 증발기 삽입체(100)의 내측부 내로 침투하는 것을 허용하지 않으며, 그에 따라 공기 유동 채널(30) 및/또는 소비 유닛(17)으로부터의 액체(50)의 원치 않는 누출을 방지한다. 액체(50)가 심지 구조물(19)을 통한 그리고 그 후의 증발기(60)를 통한 경로 만을 취할 수 있도록 그리고 증발된 상태로 공기 유동(34)에 부가되도록, 증발기 삽입체(100)가 밀봉된다.
증발기(60)의 영역 내에서 캐리어 장치(400)에 의해서 형성된 공기 채널(130)은 증발기(60) 하류의 공기 유동 채널(30) 내로 병합된다. 공기 채널(130)은, 캐리어 장치(400)에 의해서 형성된 공기 유동 채널(130)의 유동 부분으로서 이해될 수 있다.
증발기(60) 하류의 공기 채널(130) 및/또는 공기 유동 채널(130)과 만나는, 부가적인 채널, 특히 적어도 하나의 이차적인 공기 채널(101)이, 가스/에어로졸 혼합물과 이차적인 공기 유동(102)으로부터의 신선한 공기의 혼합을 제공할 수 있고 및/또는 후-처리 및/또는 재응결(recondensation) 프로세스를 조절할 수 있다.
도 6에 따른 증발기 장치(1)는, 바람직하게 전기 전도 재료, 특히 반도체 재료, 바람직하게 규소로 제조된, 블록-형상의, 바람직하게 단일체형의 가열 본체 또는 증발기(60), 그리고 증발기(60) 및 액체 저장용기(18)의 액체-전달 연결을 위한 통로 개구부(104)를 갖는 캐리어(4)를 포함한다. 이러한 목적을 위해서, 심지 구조물(19)은 유리하게 통로 개구부(104) 내에 배열된다.
전체 증발기(60)를 전기 전도성 재료로 구성할 필요는 없다. 예를 들어, 증발기(60)의 표면이 전기 전도적이 되게 하는 것, 예를 들어 금속이게 하거나, 코팅되게 하거나 바람직하게 도핑되게 하는 것으로 충분할 수 있다. 이러한 경우에, 전체 표면을 코팅할 필요는 없고, 예를 들어, 금속 또는 바람직하게 비-금속 또는 비-금속적 클래드 금속 전도체 트랙(non-metallically clad metallic conductive track)이 비-전도성 또는 반-전도성(semi-conductive) 기부 본체 상에 제공될 수 있다. 또한, 전체 증발기(60)를 반드시 가열할 필요는 없고; 예를 들어, 증발기(60)의 섹션 또는 가열 층이 배출구 측(64)의 영역 내에서 가열하는 것으로 충분할 수 있다.
유리하게, 증발기(60)는 전기 접촉을 위해서 제공된 적어도 하나의 접촉 표면 상에서 금속처리 층(133)을 포함한다.
증발기(60)는 복수의 미세 채널 또는 액체 채널(62)을 구비하고, 상기 미세 채널 또는 액체 채널은 증발기(60)의 유입구 측(61)을 액체-전달 방식으로 증발기(60)의 배출구 측(64)에 연결한다. 유입구 측(61)은, 도 6에 도시되지 않은 심지 구조물(19)을 통해서, 액체-전달 방식으로 액체 저장용기(18)에 연결된다. 심지 구조물(19)은 모세관력에 의해서 액체를 액체 저장용기(18)로부터 증발기(60)로 피동적으로 공급하는 역할을 한다.
액체 채널(62)의 평균 직경은 바람직하게 5 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위, 더 바람직하게 30 ㎛ 내지 150의 ㎛ 범위, 보다 더 바람직하게 50 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위이다. 이러한 치수로 인해서, 모세관 효과가 유리하게 생성되고, 그에 따라 유입구 측(61)에서 액체 채널(62)에 진입하는 액체는, 액체 채널(62)이 액체로 충전될 때까지, 액체 채널(62)을 통해서 위쪽으로 상승된다. 증발기(60)의 다공도로 지칭될 수 있는, 액체 채널(62) 대 증발기(60)의 부피비는 예를 들어 10% 내지 50%의 범위, 유리하게 15% 내지 40%의 범위, 더 유리하게 20% 내지 30%의 범위이고, 예를 들어 25%이다.
액체 채널(62)를 구비한 증발기(60)의 지역의 연부 길이는 예를 들어 0.5 mm 내지 3 mm, 바람직하게 0.5 mm 내지 1 mm의 범위 이다. 예를 들어, 액체 채널(62)을 구비하는 증발기(60)의 의 면의 치수는: 0.95 mm x 1.75 mm; 1.9 mm x 1.75 mm 또는 1.9 mm x 0.75 mm일 수 있다. 증발기(60)의 연부 길이는, 예를 들어, 0.5 mm 내지 5 mm의 범위, 바람직하게 0.75 mm 내지 4 mm의 범위, 더 바람직하게 1 mm 내지 3 mm의 범위일 수 있다. 증발기(60)의 면적(칩 크기)은, 예를 들어, 1 mm x 3 mm 또는 2mm x 3 mm일 수 있다.
증발기(60)(도 6 참조)의 폭(b)은 바람직하게 1 mm 내지 5 mm의 범위, 더 바람직하게 2 mm 내지 4 mm의 범위이고, 예를 들어, 3 mm이다. 증발기(60)(도 6 참조)의 높이(h)는 바람직하게 0.05 mm 내지 1 mm의 범위, 더 바람직하게 0.1 mm 내지 0.75 mm의 범위, 보다 더 바람직하게 0.2 mm 내지 0.5 mm의 범위이고, 예를 들어 0.3 mm이다. 보다 더 작은 증발기(60)가 또한 제조될 수 있고, 제공될 수 있고, 기능적으로 동작될 수 있다.
액체 채널(62)의 수는 바람직하게 4개 내지 1000개의 범위이다. 이러한 방식으로, 액체 채널(62) 내로 입력되는 열이 최적화될 수 있고, 보장된 큰 증발 능력뿐만 아니라 충분히 큰 증기 배출 면적이 실현될 수 있다.
액체 채널(62)은 정사각형, 직사각형, 다각형, 둥근형, 난형 또는 달리 성형된 어레이의 형태로 배열된다. 상기 어레이는 s개의 열(column) 및 z개의 행을 가지는 행렬의 형태일 수 있고, 여기에서 s는 유리하게 2 내지 50의 범위이고 추가적으로 유리하게 3 내지 30의 범위이고, 및/또는 z는 유리하게 2 내지 50의 범위이고 더 유리하게 3 내지 30의 범위이다. 이러한 방식으로, 보장된 큰 증발 성능을 가지는, 효과적이고 용이하게 생산 가능한 액체 채널(62)의 배열이 실현될 수 있다.
액체 채널(62)의 횡단면은 정사각형, 직사각형, 다각형, 둥근형, 난형, 또는 다른 형상일 수 있고, 및/또는 길이방향으로 단면이 변경될 수 있고, 특히 증가되거나, 감소되거나, 일정하게 유지될 수 있다.
하나의 또는 각각의 액체 채널(62)의 길이는 바람직하게 100 ㎛ 내지 1000 ㎛의 범위, 더 바람직하게 150 ㎛ 내지 750 ㎛의 범위, 보다 더 바람직하게 180 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위이고, 예를 들어 300 ㎛이다. 이러한 방식으로, 증발기(60)로부터 액체 채널(62) 내로 입력된 충분히 양호한 열 입력으로, 최적의 액체 흡수 및 부분 형성이 발생될 수 있다.
2개의 액체 채널들(62) 사이의 거리는 바람직하게 액체 채널(62)의 순 직경(clear diameter)의 적어도 1.3배이고, 상기 거리는 2개의 액체 채널(62)의 중심 축들과 관련된다. 상기 거리는 바람직하게, 액체 채널(62)의 순 직경의, 1.5배 내지 5배, 더 바람직하게 2배 내지 4배일 수 있다. 이러한 방식으로, 증발기(60) 내로 입력되는 최적의 열 및 액체 채널(62)의 충분히 안정적인 배열 및 벽 두께가 실현될 수 있다.
전술한 특징을 기초로, 증발기(60)는 또한 부피 가열기로서 지칭될 수 있다.
증발기 장치(1)는, 가열 전압 공급원(71)에 의해서 생성된 전기 전압(Uh)이 증발기(60)를 통한 전류 흐름으로 초래하도록, 바람직하게 제어 장치(15)에 의해서 제어될 수 있고 증발기(60)의 대향되는 연부 부분들(132a, 132b)에 위치되는 접촉 지역(131)(도 6에 미도시) 내의 전기 라인(105a, 105b)을 통해서 증발기(60)에 연결되는, 가열 전압 공급원(71)을 포함한다. 전기 전도성 증발기(60)의 오옴 저항으로 인해서, 전류 흐름은 증발기(60)의 가열을 유발하고, 그에 따라 액체 채널(62) 내에 포함된 액체의 증발을 유발한다. 이러한 방식으로 생성된 증기/에어로졸(6)은 액체 채널(62)로부터 배출구 측(64)으로 빠져 나가고 공기 유동(34)과 혼합된다. 더 정확하게, 공기 유동 채널(30)을 통한 소비자의 빨아 들임에 의해서 유발되는 공기 유동(34)이 검출될 때, 제어 장치(15)는 가열 전압 공급원(71)을 제어하고, 그에 의해서 액체 채널(62) 내에 포함된 액체는 자발적인 가열에 의해서 증기/에어로졸의 형태로 액체 채널(62)의 외부로 구동된다.
도 1 내지 도 4를 참조하여, 전기 라인(105a, 105b)에 대한 증발기(60)의 전자 또는 전기 연결을 설명한다.
바람직하게, 사용되는 액체 혼합물에 맞춰 구성된 전압 곡선(Uh(t))이 흡입기(10)의 데이터 메모리 내에 저장된다. 이는, 사용되는 액체에 맞춰 구성된 전압 곡선(Uh(t))을 구체화할 수 있게 하고, 그에 따라 증발기(60)의 가열 온도, 그리고 그에 따라 또한 모세관 액체 채널(62)의 온도가, 증발 프로세스에 걸쳐, 각각의 액체의 알려진 증발 운동역학에 따라 적시에 제어될 수 있게 하고, 그에 의해서 최적의 증발 결과가 달성될 수 있게 한다. 증발 온도는 바람직하게 100 ℃ 내지 400 ℃의 범위, 더 바람직하게 150 ℃ 내지 350 ℃의 범위, 보다 더 바람직하게 190 ℃ 내지 290 ℃의 범위이다.
유리하게 증발기(60)는 박막 층 기술을 이용하여 웨이퍼의 일부로부터 제조될 수 있고, 이는 바람직하게 1000 ㎛ 이하, 더 바람직하게 750 ㎛ 이하, 보다 더 바람직하게 500 ㎛ 이하인 층 두께를 포함한다. 증발기(60)의 표면은 유리하게 친수성을 가질 수 있다. 증발기(60)의 배출구 측(64)은 유리하게 미세 구조화될 수 있거나 미세 홈을 가질 수 있다.
소비자의 퍼핑마다 바람직하게 1 ㎕ 내지 20 ㎕, 더 바람직하게 2 ㎕ 내지 10 ㎕, 보다 더 바람직하게 3 ㎕ 내지 5 ㎕의 범위, 전형적으로 4 ㎕의 액체의 양이 분배되도록, 증발기 장치(1)가 조정된다. 바람직하게, 증발기 장치(1)는, 퍼핑 마다의, 즉 1 s 내지 3 s의 퍼핑 지속시간 마다의 액체/증기의 양과 관련하여 조정될 수 있다.
이하에서, 증발 프로세스의 시퀀스가 예로서 설명된다.
초기 상태에서, 가열 프로세스를 위해서 전압 공급원(71) 또는 에너지 저장 장치(14)가 오프로 스위칭된다.
액체(50)를 증발시키기 위해서, 증발기(60)를 위한 전압 공급원(14, 71)이 활성화된다. 증발기(60) 내의 그리고 그에 따라 액체 채널(62) 내의 증발 온도가, 사용되는 액체 혼합물의 개별적인 증발 거동에 맞춰 구성되도록, 전압(Uh)이 설정된다. 이는, 국소적 과열 위험을 방지하고 그에 의해서 오염물질의 형성을 방지한다.
액체 채널(62)의 부피에 상응하거나 그와 관련된 액체의 양이 증발되자마자, 가열 전압 공급원(71)이 비활성화된다. 액체 특성 및 양을 유리하게 정확하게 알고 있고 증발기(60)가 측정 가능한 온도-의존 저항을 가지기 때문에, 이러한 시점이 매우 정밀하게 결정 또는 제어될 수 있다.
가열 프로세스의 완료 후에, 액체 채널(62)은 거의 또는 완전히 비워진다. 이어서, 심지 구조물(19)을 통해서 재공급되는 액체에 의해서 액체 채널(62)이 다시 충전될 까지, 가열 전압(71)은 오프로 스위칭되어 유지된다. 이러한 경우가 발생되자 마자, 가열 전압(14, 71)을 온으로 스위칭하는 것에 의해서, 다음 가열 사이클이 시작될 수 있다.
가열 전압 공급원(71)에 의해서 생성되는 증발기(60)의 구동 주파수는 일반적으로 유리하게 1 Hz 내지 50 kHz의 범위, 바람직하게 30 Hz 내지 30 kHz의 범위, 그리고 보다 더 유리하게 100 Hz 내지 25 kHz의 범위이다.
증발기(60)를 위한 가열 전압(Uh)의 주파수 및 충격 계수(duty factor)는 유리하게 기포 비등 중에 기포 진동의 자연 진동 또는 자연 주파수에 맞춰 구성된다. 유리하게, 가열 전압의 주기(1/f)는 그에 따라 5 ms 내지 50 ms, 더 유리하게 10 ms 내지 40 ms, 보다 더 유리하게 15 ms 내지 30 ms의 범위 이내일 수 있고, 예를 들어 20 ms일 수 있다. 증발되는 액체(50)의 조성에 따라, 언급된 주파수 이외의 주파수가 기포 진동의 자연 진동 또는 자연 주파수에 맞춰 최적으로 구성될 수 있다.
또한, 과열을 방지하면서 농축된 증기를 보장하기 위해서, 가열 전압(Uh)에 의해서 생성되는 최대 가열 전류가 바람직하게 7A를 초과하지 않아야 하고, 더 바람직하게 6.5A를 초과하지 않아야 하며, 보다 더 바람직하게 6 A를 초과하지 않아야 하며, 그리고 최적으로 4A 내지 6A의 범위 이내여야 한다는 것이 확인되었다.
충분한 액체(50)가 임의의 시간에 재공급될 수 있도록 그리고 증발기(60) 전방의 지역이 빈 상태로 작동되는 것이 방지되도록, 심지 구조물(19)의 공급률은 다시 증발기(60)의 증발률에 맞춰 최적으로 구성된다.
증발기 장치(1)는 바람직하게, MEMS 기술을 기초로 하고, 특히 규소를 기초로 하고, 그에 따라 유리하게 미세-전기기계적 시스템이다.
전술한 내용에 따라, 적어도 유입구 측(61)에서 유리하게 평면형인, Si-기반의 증발기(60), 및 유리하게 상이한 소공 크기들을 가지는 하나 이상의 하부의 모세관 구조물(19)로 이루어진 층상형 구조물이 유리하게 제시된다. 증발기(60)의 유입구 측(61) 상에 직접적으로 배열된 심지 구조물(19)은 증발기(60)의 유입구 측(61)에서 기포가 형성되는 것을 방지하는데, 이는 상기 가스 기포가 추가적인 공급 효과를 방지하고 동시에 내부에서 유동하는 액체에 의한 냉각의 부족으로 인해서 증발기(60)의 (국소적인) 과열을 유발하기 때문이다.

Claims (25)

  1. 흡입기(10)용 증발기 장치(1)로서,
    증발기(60)에 공급되는 액체(50)를 증발시키기 위한 적어도 하나의 전기 증발기(60)로서, 상기 액체(50)는 모세관력에 의해서 유입구 측(61)으로부터 적어도 하나의 액체 채널(62)을 통해서 배출구 측(64)까지 이송되고, 증발된 액체(50)가 공기 유동(34)에 부가되는, 적어도 하나의 전기 증발기(60),
    상기 증발기(60)를 유지하는 캐리어(4), 및
    상기 증발기(60)에 전기적으로 접촉되는 적어도 하나의 전기 라인(105a, 105b)을 포함하는, 증발기 장치(1)에 있어서,
    상기 전기 라인(105a, 105b)이 평면형 접촉 지역(131)을 포함하고, 그리고
    상기 증발기(60) 및 상기 전기 라인(105a, 105b)의 평면형 접촉 지역(131)이 서로 재료적으로 그리고 전기 전도적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 증발기 장치(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증발기(60)의 외부 형상이 블록-형상이고, 그리고
    상기 증발기(60)의 일 측(61, 64)이 상기 전기 라인(105a, 105b)에 평면형 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 증발기 장치(1).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 증발기(60)는, 2개의 대향되는 연부 섹션들(132a, 132b)을 갖는, 기부 표면, 특히 직사각형 기부 표면을 포함하고, 상기 대향되는 연부 섹션들(132a, 132b)의 각각이 전기 라인(105a, 105b)에 결합되는 것을 특징으로 하는 증발기 장치(1).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어(4)가 상기 전기 라인(105a, 105b)을 유지하고/하거나 상기 전기 라인(105a, 105b)에 재료적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 증발기 장치(1).
  5. 제1항에 있어서,
    적어도 2개의 전기 라인(105a, 105b)이 제공되고, 그리고
    상기 캐리어(4)는 상기 전기 라인들(105a, 105b) 사이에서 통로 개구부(104)를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발기 장치(1).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어(4)가 세라믹 기재(103)를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발기 장치(1).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 접촉 지역(131)이 금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 증발기 장치(1).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 증발기(60)가 금속처리 층(133)을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발기 장치(1).
  9. 제8항에 있어서,
    상기 금속처리 층(133)이 니켈, 금, 및/또는 팔라듐을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발기 장치(1).
  10. 제8항에 있어서,
    프라이머가 상기 증발기(60)와 상기 금속처리 층(133) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 증발기 장치(1).
  11. 제1항에 있어서,
    상기 증발기(60)와 상기 전기 라인(105) 사이의 전기적 결합이 5 mΩ 내지 20 mΩ의 전기 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발기 장치(1).
  12. 제1항에 있어서,
    상기 재료 결합이 적어도 부분적으로 제1의 소결된 재료(151)에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 증발기 장치(1).
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전기 라인(105)이 적어도 부분적으로 제2의 소결된 재료(152)에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 증발기 장치(1).
  14. 제1항에 있어서,
    상기 증발기(60)와 상기 전기 라인(105) 사이의 재료 결합이 접착제, 특히 전기 비-전도적 접착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발기 장치(1).
  15. 제1항에 있어서,
    상기 증발기(60) 및/또는 상기 접촉 지역(131)이 땜납 범프(150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발기 장치(1).
  16. 제1항에 있어서,
    상기 전기 라인(105a, 105b)은, 상기 증발기(60)의 열팽창 계수와 10% 미만만큼 상이한 열팽창 계수를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발기 장치(1).
  17. 흡입기(10)용 소비 유닛(17)으로서,
    제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 증발기 장치(1), 및
    액체 저장용기(18)를 포함하고,
    상기 증발기 장치(1)가 액체-전달 방식으로 상기 액체 저장용기(18)에 연결되는, 소비 유닛(17).
  18. 흡입기(10)로서,
    제17항에 따른 소비 유닛(17), 및
    기부 유닛(16)을 포함하는, 흡입기(10).
  19. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 증발기 장치(1)를 제조하기 위한 방법으로서:
    상기 증발기(60), 상기 캐리어(4), 및 상기 적어도 하나의 전기 라인(105a, 105b)을 제공하는 단계, 및
    상기 증발기(60)의 평면형 접촉 지역 내에서 상기 증발기(60)와 상기 전기 라인(105a, 105b)을 재료적으로 그리고 전기 전도적으로 결합시키는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 결합시키는 단계가 열압축 프로세스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 결합시키는 단계가 초음파의 인가를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 결합시키는 단계가, 특히 압력이 없이, 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제19항에 있어서,
    복수의 동시에 프로세스되는 증발기들(60)이 결합시키는 단계 전에 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제19항에 있어서,
    복수의 땜납 범프(150)가, 결합시키는 단계 전에 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제19항에 있어서,
    상기 결합시키는 단계가 특히 비-전도적 접착제로 접착 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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