WO2020169501A1 - Evaporator device for an inhaler, consumption unit, inhaler, and production method - Google Patents

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WO2020169501A1
WO2020169501A1 PCT/EP2020/054020 EP2020054020W WO2020169501A1 WO 2020169501 A1 WO2020169501 A1 WO 2020169501A1 EP 2020054020 W EP2020054020 W EP 2020054020W WO 2020169501 A1 WO2020169501 A1 WO 2020169501A1
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WO
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evaporator
liquid
electrical
carrier
inhaler
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Application number
PCT/EP2020/054020
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German (de)
French (fr)
Inventor
Lasse CORNILS
Niklas ROMMING
Jan Jaklin
Gunnar Niebuhr
Tim Ullner
Thomas Müller
Original Assignee
Hauni Maschinenbau Gmbh
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Publication date
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Definitions

  • Vaporizer device for an inhaler, consumption unit, inhaler and manufacturing method
  • the present invention relates to a vaporizer device for an inhaler, comprising at least one electric vaporizer fer for vaporizing liquid supplied by the vaporizer, the liquid being transported by capillary forces from an inlet side through at least one liquid channel to an outlet side, where evaporated liquid is supplied to an air stream.
  • a carrier that holds the evaporator, and at least one electrical line electrically contacting the evaporator.
  • the invention also relates to a consumption unit, an inhaler and a manufacturing method.
  • wick coil technology Conventional inhalers and electronic cigarette products are based on wick coil technology.
  • the liquid is transported from a liquid reservoir along a wick by capillary forces until the liquid is heated by an electrically heated coil and thus evaporated.
  • the wick serves as a fluid-conducting connection between the fluid reservoir and the heating coil serving as an evaporator.
  • the electrical contacting of the vaporizer is simple thanks to the wick technology.
  • the filament only needs to be supplied with an electrical current. This heats the filament and the liquid can evaporate.
  • wick coil technology A disadvantage of the wick coil technology is that a lack of liquid supply leads to local overheating, which can result in pollutants. This so-called “Dry Puff ”should be avoided.
  • evaporator units are often leaky due to the manufacturing process, so that liquid can escape in an undesired manner, for example via the air supply and / or vapor discharge.
  • evaporators In order to avoid the problems of the wick coil technology, generic evaporators are used which use the technology disclosed in DE 10 201 7 1 1 1 1 1 9 A1.
  • the liquid is transported by capillary forces from an inlet side through a liquid channel to an outlet side, where the vaporized liquid can be added to an air stream as vapor and / or aerosol.
  • the evaporator can be electrically connected to an energy source via an electrical line.
  • the connection of the evaporator to the electrical line is not described in the cited prior art.
  • the evaporator and the electrical line are electrically connected to each other with at least one bonding wire in order to ensure a reproducible and effectively producible electrical connection between the evaporator and the electrical line.
  • the invention has recognized that the electrical connection of the evaporator to the bonding wire can also reduce the heat input from the evaporator into the carrier, since no large-area electrical and, in particular, metallic contacts are provided between the electrical conductor and the evaporator.
  • the bonding wire which is typically thin in contrast to the electrical conductor the evaporator is thermally decoupled as much as possible from the carrier.
  • the bonding wire is advantageously connected to the vaporizer on the inlet side or the outlet side in order to enable a compact design of the vaporizer device and to be able to effectively arrange the bonding wire due to the simple geometry.
  • the connection of the evaporator with the bonding wire on the outlet side has the advantage that the outlet side, where evaporation advantageously takes place, is heated by the electrical resistance of the evaporator on the outlet side.
  • the electrical line preferably has a contact area, and the bonding wire is connected to the electrical line in the contact area.
  • the contact area is advantageously designed so that the bonding wires can be connected in the contact area.
  • the contact areas are areas of the electrical line provided for electrically conductive connection.
  • the contact area and / or the bonding wire made of gold is advantageous in order to provide an electrically highly conductive contact area and / or bonding wire which is suitable for an electrically conductive connection to the evaporator.
  • the contact area and / or the bonding wire made of gold is chemically stable with respect to the liquid to be evaporated or the aerosol or vapor and can be reliably produced and processed by methods known per se.
  • the carrier for holding the evaporator preferably comprises a ceramic substrate in order to make the carrier for holding the evaporator thermally stable and / or, if necessary, to thermally decouple the evaporator from the carrier.
  • the ceramic See substrate is chemically and mechanically stable against temperatures of up to 300 ° C, for example, and thermal load changes that occur during operation of the evaporator, which occur for example about 200-2000 times in the life cycle of the evaporator.
  • the carrier is in contact with the liquid and / or the aerosol or vapor and must therefore be food-safe or biocompatible, especially at the temperatures occurring during evaporation, which is favored by the ceramic substrate.
  • the ceramic substrate forms a vaporizer receptacle, wherein the remaining carrier can be made of a plastic, for example.
  • the ceramic substrate can form the carrier.
  • an adhesive bond is provided for holding the evaporator on the carrier in order to be able to hold the evaporator in a stable manner in or on the carrier.
  • the adhesive advantageously has a low thermal conductivity in order to minimize the thermal coupling between the evaporator and the carrier.
  • the adhesive is advantageously electrically non-conductive in order to avoid influencing the electrical contacting of the evaporator.
  • the evaporator preferably has a metallization layer in order to be able to be prepared with electrical contact areas which can be connected to the electrical line in the contact area.
  • the evaporator can, for example, essentially comprise a silicon block, in particular doped, which has the metallization layer on the surface.
  • the metallization layer simplifies the electrical contacting of the electrical line with the evaporator through the bonding wire.
  • the metallization layer comprises nickel, gold and / or palladium in order to be able to prepare an electrically conductive surface of the evaporator that can be effectively processed using known methods.
  • a primer for example a seed layer made of aluminum, on which the advantageously electrolessly deposited metallization layer is applied, is preferably arranged between the evaporator and the metallization layer.
  • the evaporator advantageously has a particularly rectangular base area with two opposite edge sections, and each of the opposite edge sections is connected to an electrical line in order to be able to use the base area of the evaporator effectively and between the edge sections an electrical resistance and thus heating and evaporation to cause the liquid to act.
  • a plurality of bonding wires is provided, and the carrier has a through opening between the bonding wires.
  • the evaporator can be arranged, for example, in such a way that the through opening is arranged on the inlet side of the evaporator on the carrier.
  • the through-opening enables a wick structure to contact the inlet side of the evaporator over a large area for the supply of liquid.
  • the passage opening can, however, also be arranged on the outlet side of the evaporator on the carrier so that the liquid evaporated by the evaporator can be added to the air stream flowing over the outlet side.
  • the electrical connection between the evaporator and the electrical line via the bonding wire has an electrical resistance of 5 mfl to 20 mQ in order to keep the undesired conversion of electrical energy into heat low compared to the heat generated for evaporation, and the evaporator to be able to supply enough electrical energy at the same time.
  • a consumption unit for an Inhala tor comprises the previously described vaporizer device and a liquid reservoir, the vaporizer device being connected to the liquid reservoir.
  • the inlet side of the evaporator is connected to the liquid reservoir in a liquid-conducting manner, for example via a wick structure.
  • An inhaler according to the invention comprises the consumption unit and a base unit.
  • the compact design of the evaporator device achieved by the bonding wire means that the consumable unit or the inhaler can be effectively manufactured.
  • a method for producing the evaporator device described above comprises the following steps: providing the electrical evaporator, the carrier and the electrical lines, electrical connection of the electrical line to the evaporator by attaching a bonding wire (wire bonds). The connection of the electrical line to the evaporator is thus carried out by means of wire bonding. The contact area of the electrical line is provided as a counterpart for the evaporator.
  • the vaporizer is preferably glued to the carrier prior to the electrical connection in order to make the vaporizer effective and reliable to be able to hold on the carrier.
  • the evaporator is preferably seen with a metallization layer.
  • a suitable metal coating can be applied to the contact surfaces of the evaporator provided on a wafer basis.
  • FIG. 1 is an exploded view of an evaporator device with a wick structure
  • Fig. 2 shows a perspective illustration of an evaporator device in the assembled state
  • FIG. 3 is a schematic view of an inhaler
  • FIG. 4 shows a perspective section through an evaporator device.
  • FIG. 1 shows an evaporator device 1 for an inhaler 10 with a wick structure 19 (see FIG. 3).
  • the vaporizer device 1 comprises an electric vaporizer 60 for vaporizing liquid 50 supplied to the vaporizer 60.
  • the vaporizer 60 In the assembled state (see FIG. 2), the vaporizer 60 is held by the carrier 4.
  • the evaporator 60 has an outlet side 64 and an inlet side 61 as well as liquid channels 62 located between them and is explained in more detail with reference to FIG.
  • the carrier 4 has an essentially plate-shaped base surface 121, see FIG. 1.
  • the carrier 4 is made, for example, of a plastic, in particular a high-temperature plastic such as PEEK, which is chemically and mechanically stable at the temperatures of up to 300 ° C. that occur during evaporation.
  • the carrier 4 has a bulge 109, within which the carrier 4 forms an air duct 130 for guiding the air flow 34.
  • the bulge 109 can also serve to be able to hold the carrier 4 in a base part 83 of an evaporator insert 100.
  • the vaporizer device 1 can thus be mounted in an external part, for example a consumption unit 17 or an inhaler 1 0.
  • the shape or geometry of the carrier 4 is advantageously adapted so that the necessary air guidance is integrated. Corresponding recesses and / or formations, for example the bulge 109, can direct both the supply air to the evaporator 60, the flow over the evaporator 60 and / or the guidance of the aerosol or steam.
  • the evaporation can thus be optimized by adjusting the air flow 34 on the outlet side 64 of the evaporator 60 in such a way that a desired amount of droplets of the appropriate size is added to the air flow 34.
  • the inlet side 61 is advantageously connected to a wick structure 19 in a fluid-conducting manner.
  • the wick structure 19 is explained with reference to FIGS. 3 and 4 and advantageously extends through a through opening 104 of the carrier 4.
  • the through opening 104 is advantageously dimensioned such that the wick structure 19 extends through the Through opening 104 can extend.
  • the wick structure 19 can be supported and held in the through opening 104.
  • the evaporator 60 can extend through the through opening 104 in order to be contacted by the wick structure 19 on the inlet side in a liquid-conducting manner.
  • the wick structure 19 can thus have a larger cross section than the through opening 104.
  • a ceramic substrate 103 for holding the evaporator 60 is arranged around the through opening 104.
  • the ceramic substrate 103 can for example consist of zirconium oxide and / or a low-temperature fired ceramic (LTCC).
  • the substrate 103 advantageously has a low thermal conductivity and / or a low thermal capacity in order not to dissipate the heat provided for evaporation from the evaporator 60 and / or to store it in the carrier 4.
  • the evaporator 60 is thus thermally decoupled from the carrier 4 and / or from external components.
  • the advantageously low thermal inertia of the evaporator 60 is not adversely affected by a low thermal conductivity and / or thermal capacity of the substrate 1 03 and / or carrier 4.
  • the vaporizer 60 can be heated precisely in terms of time and in particular quickly and / or cool down again in order to promote a high aerosol quality and a precise setting of the aerosol amount.
  • the ceramic substrate 103 advantageously forms a Verdampferauf acquisition 203 which is designed to hold the evaporator 60.
  • the evaporator receptacle 203 is arranged around the through opening 1104.
  • the evaporator can be placed in the evaporator receptacle 203 60 are used and held.
  • the evaporator 60 can be glued into the evaporator receptacle 203.
  • the vaporizer device 1 comprises two electrical lines 105a, 105b, which are connected to the vaporizer 60 in an electrically conductive manner.
  • the electrical lines 105a, 105b can comprise copper, for example.
  • the electrical lines 105a, 105b can be arranged and held in a line receptacle 209 of the carrier 4, for example.
  • the electrical lines 105a, 105b can also be applied to the carrier 4 and / or connected to the carrier 4 in a materially bonded manner.
  • the electrical lines 105a, 105b have a contact area 1 31 suitable for wire bonding.
  • the contact area 131 can for example consist of gold, advantageously of a layer of gold of preferably 5-50 ⁇ m, more preferably 8-20 ⁇ m, for example 10 ⁇ m.
  • the electrical lines 105a, 105b can in particular consist of a different material, for example copper, outside the contact area 1 31.
  • FIG. 2 shows the evaporator device 1 in the assembled state.
  • the outlet side 61 of the evaporator 60 is connected in an electrically conductive manner to the electrical lines 105a, 105b in the contact area 131 with bonding wires 230.
  • the evaporator 60 is held in the evaporator receptacle 203 on the inlet side 64 and / or on at least one side of the evaporator 60 that is perpendicular to the inlet side 61 and / or the outlet side 64.
  • the evaporator 60 can be glued into the evaporator receptacle 203 with an adhesive. The evaporator 60 is thus connected to the carrier 4 and held by the carrier 4.
  • the evaporator 60 has a rectangular base area with two opposite edge sections 1 32a, 1 32b.
  • the evaporator 60 is connected to one of the electrical lines 105a, 105b in one of the edge sections 132a, 132b.
  • the electrical lines 105a, 105b each run from the contact area 131 to an end section 205a, 205b.
  • the evaporator device 1 for supplying the evaporator 60 with electrical energy can be contacted from an external part, for example a heating voltage source 71.
  • the end sections 205a, 205b are advantageously designed for soldering with a contacting of the external part or together with the carrier 4 as a plug connector.
  • the end sections 205a, 205b are advantageously arranged at an end 122 of the carrier 4 located upstream of the evaporator 60 for supplying the evaporator 60 with electrical energy.
  • the end 122 located upstream of the evaporator 60 is the end which is set up by the electrical contact for mechanical and / or electrical connection to an external part, for example a base part 16 of the inhaler 10.
  • the electrical lines 105a, 105b preferably run parallel to the air duct 130.
  • the bonding wires 230 are connected to the evaporator 60 on the outlet side 64 of the evaporator 60 in the contact regions 1 31 of the electrical lines 105a, 1 05b.
  • the evaporator 60 has a metallization layer 1 33 in the edge sections 1, 32a, 1, 32b.
  • the contact area 1 31, the bonding wires 230 and the metallization layer 1 33 made of gold are advantageous.
  • at least one bonding wire 230 is electrically connected to the evaporator 60 at each of the opposite edge sections 132a, 132b so that the evaporator 60 can be heated by an electric current between the edge sections 132a, 132b.
  • the carrier has the through opening 104 between the electrical lines 105a, 105b.
  • the through opening 1 04 is advantageously arranged between the contact areas 131 of the electrical lines 105a, 1 05b.
  • the through opening 104 is arranged between the bonding wires 230.
  • the electrical connection of the vaporizer 60 to the electrical lines 105a, 1 05b with wire bonds 230 allows reliable electrical contacting of the vaporizer 60 with simultaneously low heat conduction from the vaporizer 60 to the carrier 4.
  • the electrical connection between the vaporizer 60 and the electrical line 105a, 1 05b has an electrical resistance of 5 mu to 20 m ⁇ .
  • the evaporator 60 is advantageously a particularly chip-like flat heater.
  • the evaporator 60 is block-shaped, and the outlet side 64 is flat in the assembled state. chig connected to the electrical lines 1 05a, 105b in the planar contact area 1 31.
  • the evaporator 60 can be present in a wafer composite from which a plurality of evaporators 60 are manufactured.
  • the plurality of evaporators 60 is produced, for example, by various etching and coating processes, in particular by structuring the wafer composite by producing liquid channels 62.
  • the evaporator 60 can be provided with a metallization layer 133 in preparation for the wire bonding.
  • the metallization layer 133 can be applied directly to the evaporator 60 or to a primer, for example a seed layer made of aluminum.
  • the metallization layer 1 33 can consist of electrolessly deposited nickel, gold and / or palladium or a material structure thereof. This can happen simultaneously for a plurality of evaporators 60, for example a wafer composite, in order to parallelize the process.
  • the electrical lines 1 05a, 1 05b can, for example, be introduced into the line receptacle 209 provided for this purpose.
  • the electrical lines 105a, 105b are held in the line receptacle 209.
  • the electrical lines 105a, 105b can be clamped and / or glued in the line receptacle 209.
  • a ceramic substrate 103 can be used.
  • the contact area 1 31 can optionally be applied to the electrical lines 105a, 105b.
  • a layer of gold can be applied to the electrical lines 105a, 105b, which are in particular copper.
  • the electrical line 105a, 1 05b can consist of gold, which can make preparation of the contact area 1 31 unnecessary.
  • an advantageously electrically non-conductive adhesive is applied to the side on which no bonding wires 230 are arranged.
  • the adhesive can be applied by jetting, dispensing, screen, stencil and / or pad printing.
  • the assembly of carriers 4, electrical lines 105a, 105b and evaporators 60 is then provided with wire bonds 230 (wire bonds) by means of a wire bonder.
  • wire bonds 230 wire bonds
  • at least one bonding wire 230 is advantageously drawn between the metallization layer 1 33 in the edge section 1 32a, 1 32b of an evaporator 60 and an electrical line 1 05a, 105b.
  • the bonding wire 230 is connected in an electrically conductive manner in the edge section 132a, 132b to the evaporator 60 and in the contact area 1 31 to the electrical lines 1 05a, 105b.
  • FIG. 1 shows schematically an inhaler 10 or an electronic cigarette product.
  • the inhaler 10 comprises a housing 11, in which an air flow channel 30 is provided between at least one air inlet opening 231 and an air outlet opening 24 at a mouth end 32 of the inhaler 1 0.
  • the mouth end 32 of the inhaler 10 denotes the end at which the consumer pulls for the purpose of inhalation, thereby applying a negative pressure to the inhaler 10 and generating an air flow 34 in the air flow channel 30.
  • the inhaler 10 advantageously consists of a base part 16 and a consumption unit 17 or vaporizer-tank unit, which comprises the vaporizer device 1 and the liquid reservoir 18 and is designed in particular in the form of an exchangeable cartridge.
  • the air sucked in through the air inlet opening 231 is conducted in the air flow channel 30 to or through the at least one evaporator device 1.
  • the evaporator device 1 is connected or can be connected to the liquid reservoir 1 8, in which at least one liquid 50 is stored.
  • the evaporator device 1 evaporates liquid 50, which is advantageously supplied to the evaporator device 1 from the liquid reservoir 18 by a wick or a wick structure 19 by means of capillary forces, and supplies the evaporated liquid as an aerosol / vapor at an outlet side 64 into the air flow 34.
  • the porous and / or capillary, liquid-conducting wick structure 19 is advantageously arranged on an inlet side 61 of the evaporator 60, as shown schematically in FIG. A liquid interface and / or a plurality of liquid lines between the liquid reservoir 18 and the wick structure 19 can be provided.
  • the liquid reservoir 18 can therefore also be arranged at a distance from the wick structure 19.
  • the wick structure 19 makes contact with the inlet side 61 of the evaporator 60 advantageously over a large area and covers all of the liquid channels 62 of the evaporator 60 on the inlet side.
  • the wick structure is connected in a fluid-conducting manner to the fluid reservoir 18.
  • the dimensions of the liquid reservoir 18 can be larger than the wick structure 19.
  • the wick structure 19 can for example be inserted into an opening of a housing of the liquid reservoir 18.
  • a plurality of evaporator devices 1 can also be assigned to a liquid reservoir 18.
  • the wick structure 19 can generally be in one piece or in several pieces.
  • the wick structure 1 9 consists of porous and / or capillary material which, due to capillary forces, is able to passively convey liquid evaporated by the evaporator 60 in sufficient quantities from the liquid reservoir 18 to the evaporator 60 in order to empty the liquid channels 62 and prevent problems that arise therefrom.
  • the wick structure 19 advantageously consists of an electrically non-conductive material in order to avoid undesired heating of the liquid in the wick structure 19 through current flow.
  • the wick structure 19 advantageously has a low thermal conductivity.
  • the wick structure 19 advantageously consists of one or several of the materials cotton, cellulose, acetate, glass fiber fabric, glass fiber ceramic, sintered ceramic, ceramic paper, aluminosilicate paper, metal foam, metal sponge, another heat-resistant, porous and / or capillary material with a suitable delivery rate, or a composite of two or more of the above named materials.
  • the wick structure 19 can comprise at least one ceramic fiber paper and / or a porous ceramic.
  • the volume of the wick structure 19 is preferably in the range between 1 mm A 3 and 10 mm A 3, more preferably in the range between 2 mm A 3 and 8 mm A 3, even more preferably in the range between 3 mm A 3 and 7 mm A 3 and is, for example, 5 mm A 3.
  • wick structure 19 consists of an electrically and / or thermally conductive material
  • an insulating layer made of an electrically and / or thermally insulating material, for example glass, ceramic or plastic, is advantageously between the wick structure 19 and the evaporator 60 with it Insulating layer extending, with the liquid channels 62 corresponding openings provided.
  • An advantageous volume of the liquid reservoir 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 further comprises 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 consumption unit 1 7 is arranged between the energy store 14 and the mouth end 32.
  • the electronic control device 1 5 comprises at least one digital data processing device, in particular a microprocessor and / or microcontroller, in the base part 16 (as shown in FIG. 3) and / or in the consumption unit 17 or an evaporator insert 100.
  • 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 at the mouth end 32 of the inhaler 10 pulls to inhale.
  • the control device 15 controls the vaporizer device 1 in order to add liquid 50 from the liquid reservoir 18 as an aerosol / vapor into the air flow 34.
  • the vaporizer device 1 or the at least one vaporizer 60 is arranged in a part of the consumption unit 17 facing away from the M and end 32. Effective electrical coupling and control of the evaporator device 1 is thus possible, please include.
  • the air flow 34 advantageously leads through an air flow channel 30 running axially through the liquid reservoir 18 to the air outlet opening 24.
  • the liquid 50 to be dosed stored in the liquid reservoir 18 is, for example, a mixture of 1,2-propylene glycol, glycerine, water, at least one flavor and / or at least one active ingredient, in particular nicotine.
  • the specified components of the liquid 50 are not mandatory.
  • aromas and / or active ingredients, in particular nicotine can be dispensed with.
  • the consumption unit or cartridge 17 or the base part 16 advantageously comprises a non-volatile data memory for storing information or parameters relating to the consumption unit or cartridge 17.
  • the data memory can be part of the electronic control device 1 5.
  • the data memory is in front ge geous information on the composition of the liquid stored in the liquid keits acknowledged 18, information on the process profile, in particular power / temperature control; Data for condition monitoring or system testing, for example leak testing; Data relating to copy protection and forgery protection, an ID for unambiguous identification of the consumption unit or cartridge 1 7, serial number, date of manufacture 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 1 5.
  • inhaler 10 and / or in an external memory which can be connected to the inhaler 10 in a suitable and known manner, at least temporarily, for communication purposes, user-related data, in particular about smoking behavior, could also be stored and preferably also can be used to control and regulate the inhaler.
  • An evaporator insert 100 is provided for insertion into the liquid reservoir 18.
  • the liquid reservoir has at least one insertion opening into which the evaporator insert 100 can be inserted, in particular pushed.
  • the evaporator insert 100 comprises a base part 83 for receiving the carrier 4 or the evaporator device 1.
  • the reason- Part 83 has a shell side 31 which encloses the air flow channel 30 through which the air flow 34 can flow.
  • the base part 83 is liquid-tight and does not allow any liquid 50 to penetrate into the interior of the evaporator insert 100 in order to prevent an undesired escape of liquid 50 from the air flow channel 30 and / or the consumption unit 17.
  • the sealing device of the evaporator insert 100 is designed so that liquid speed 50 can only take its way through the wick structure 19 and then through the evaporator 60 and is added to the air stream 34 in the evaporated state.
  • the air channel 130 formed by the carrier 4 in the area of the evaporator 60 merges into the air flow channel 30 downstream of the evaporator 60.
  • the air channel 130 can be understood as the flow section of the air flow channel 130 formed by the carrier 4.
  • Additional channels in particular at least one secondary air channel 101, which meet the air channel 130 and / or the air flow channel 130 downstream of the evaporator 60, can ensure that the gas / aerosol mixture is mixed with fresh air from a secondary air stream 102 and / or processes of the Regulate post-treatment and / or recondensation.
  • the vaporizer device 1 comprises a block-shaped, preferably monolithic heating element or vaporizer 60, preferably made of an electrically conductive material, in particular a semiconductor material, preferably silicon, and a carrier 4 with a through opening 104 for the liquid-conducting connection of the vaporizer 60 and a liquid -
  • a wick structure 19 is advantageously arranged in the through opening 104.
  • the entire evaporator 60 it is not necessary for the entire evaporator 60 to consist of an electrically conductive material.
  • the surface of the evaporator 60 is electrically conductive, for example metallic, coated or preferably suitably doped.
  • the entire surface does not have to be coated, for example metallic or preferably non-metallic or non-metallic laminated metallic conductor tracks can be provided on a non-conductive or semiconductive base body.
  • the evaporator 60 advantageously has a metallization layer 133 on at least one contact surface which is provided for electrical contact with bonding wires 230.
  • the evaporator 60 is provided with a plurality of microchannels or liquid channels 62, which connect an inlet side 61 of the evaporator 60 to an outlet side 64 of the evaporator 60 in a liquid-conducting manner.
  • the inlet side 61 is connected to the liquid reservoir 18 in a liquid-conducting manner via a wick structure 19 not shown in FIG.
  • the wick structure 19 is used to passively convey liquid from the liquid reservoir 18 to the evaporator 60 by means of capillary forces.
  • the mean diameter of the liquid channels 62 is preferably in the range between 5 ⁇ m and 200 ⁇ m, more preferably in the range between 30 gm and 150 gm, even more preferably in the range between 50 gm and 100 gm. Due to these dimensions, a capillary effect is advantageously generated so that liquid penetrating into a liquid channel 62 on the inlet side 61 through the liquid channel 62 upwards increases until the liq syerskanal 62 is filled with liquid.
  • the volume ratio of liquid channels 62 to evaporator 60 which can be referred to as the porosity of the evaporator 60, is, for example, in the range between 10% and 50%, advantageously in the range between 15% and 40%, even more advantageously in the range between 20%. and 30%, and is for example 25%.
  • the edge lengths of the surfaces of the evaporator 60 provided with liquid channels 62 are, for example, in the range between 0.5 mm and 3 mm, preferably between 0.5 mm and 1 mm.
  • the dimensions of the surfaces of the evaporator 60 provided with liquid channels 62 can be, for example: 0.95 mm ⁇ 1.75 mm or 1.9 mm ⁇ 1.75 mm or 1.9 mm ⁇ 0.75 mm.
  • the edge lengths of the evaporator 60 can for example be in the range between 0.5 mm and 5 mm, preferably in the range between 0.75 mm and 4 mm, more preferably in the range between 1 mm and 3 mm.
  • the area of the evaporator 60 (chip size) can be, for example, 1 mm x 3 mm, 2 mm x 2 mm or 2 mm x 3 mm.
  • the width b of the evaporator 60 is preferably in the range between 1 mm and 5 mm, more preferably in the range between 2 mm and 4 mm, and is, for example, 3 mm.
  • the height h of the evaporator 60 is preferably in the range between 0.05 mm and 1 mm, more preferably in the range between 0.1 mm and 0.75 mm, even more preferably in the range Range between 0.2 mm and 0.5 mm and is, for example, 0.3 mm. Even smaller evaporators 60 can be manufactured, provided and operated properly.
  • the number of liquid channels 62 is preferably in the range between four and 1000. In this way, the heat input into the liquid channels 62 can be optimized and a guaranteed high evaporation capacity and a sufficiently large vapor outlet surface can be achieved.
  • the liquid channels 62 are arranged in the form of a square, rectangular, polygonal, round, oval or other shaped 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. In this way, an effective and easily producible arrangement of the liquid channels 62 can be realized with a guaranteed high evaporation capacity.
  • the cross section of the liquid channels 62 can be square, rectangular, polygonal, round, oval or otherwise shaped, and / or change in sections in the longitudinal direction, in particular increase, decrease or remain constant.
  • the length of one or each liquid channel 62 is preferably in the range between 100 pm and 1000 pm, more preferably in the range between 150 pm and 750 pm, even more preferably in the range between 180 pm and 500 pm and is, for example, 300 pm. In this way, optimal fluid absorption can be achieved. would take and realize portioning with sufficiently good heat input from evaporator 60 into liquid channels 62.
  • the distance between two liquid channels 62 is preferably at least 1.3 times the clear diameter of a liquid keitskanals 62, the distance being based on the central axes of the two liquid channels 62.
  • the distance can preferably be 1.5 to 5 times, more preferably 2 to 4 times, the clear diameter of a liquid channel 62. In this way, an optimal introduction of heat into the evaporator 60 and a sufficiently stable arrangement and wall thickness of the liquid channels 62 can be achieved.
  • the evaporator 60 can also be referred to as a volume heater.
  • the vaporizer device 1 has a meat voltage source 71, preferably controllable by the control device 1 5, which is connected to the vaporizer 60 via electrical lines 105a, 1 05b in a contact area 131 (not shown in Figure 4) at opposite edge sections 1 32a, 1 32b of the evaporator 60 is, so that an electrical voltage Uh generated by the heating voltage source 71 leads to a current flow through the evaporator 60. Because of the ohmic resistance of the electrically conductive evaporator 60, the flow of current leads to heating of evaporator 60 and therefore to evaporation of liquid contained in liquid channels 62. Vapor / aerosol 6 generated in this way escapes to the outlet side 64 from the liquid channels 62 and is mixed with the air flow 34.
  • bonding wires 230 are only shown schematically. It is conceivable that in advantageous embodiments a different number of bonding wires 230 than six is provided as shown. For example, 1, 2 or 10 to 100 bonding wires 230 can be provided.
  • a voltage curve Uh (t) adapted to the liquid mixture used is preferably stored in the data memory of the inhaler 1 0. This makes it possible to specify the voltage curve Uh (t) adapted to the liquid used, so that the heating temperature of the evaporator 60, and thus also the temperature of the capillary liquid channels 62, are controlled over time via the evaporation process according to the known evaporation kinetics of the respective liquid leaves, whereby optimal evaporation results can be achieved.
  • the evaporation temperature is preferably in the range between 100 ° C and 400 ° C, more preferably between 150 ° C and 350 ° C, even more preferably between 190 ° C and 290 ° C.
  • the evaporator 60 can advantageously be produced from sections of a wafer using thin-film layer technology, which has a layer thickness of preferably less than or equal to 1,000 ⁇ m, more preferably 750 ⁇ m, even more preferably less than or equal to 500 ⁇ m. Surfaces of the evaporator 60 can advantageously be hydrophilic.
  • the outlet side 64 of the evaporator 60 can advantageously be microstructured or have micro grooves.
  • the vaporizer device 1 is set so that an amount of liquid preferably in the range between 1 pl and 20 mI, more preferably between 2 mI and 10 mI, even more preferably between 3 mI and 5 mI, typically 4 mI per puff of the consumer, is added .
  • the vaporizer device 1 can, in terms of the amount of liquid / vapor per puff, i.e. H . can be set from 1 s to 3 s for each pulling time.
  • the voltage source 71 or the energy store 14 is switched off for the heating process.
  • the voltage Uh is set so that the evaporation temperature in the evaporator 60 and thus in the liquid channels 62 is adapted to the individual evaporation behavior of the liquid mixture used. This prevents the risk of local overheating and the creation of pollutants.
  • the heating voltage source 71 is deactivated. Since the Liquidei properties and quantity are advantageously known exactly and the Ver evaporator 60 has a measurable temperature-dependent resistance this point in time can be determined or controlled very precisely.
  • the liquid channels 62 are predominantly or completely emptied.
  • the heating voltage 71 is then kept switched off until the liquid channels 62 are refilled by means of replenishing liquid through the wick structure 19. As soon as this is the case, the next heating cycle can be started by switching on the heating voltage 71.
  • the control frequency of the evaporator 60 generated by the heating voltage source 71 is generally advantageously in the range from 1 Hz to 50 kHz, preferably in the range from 30 Hz to 30 kHz, even more advantageously in the range from 100 Hz to 25 kHz.
  • the frequency and the duty cycle of the heating voltage Uh for the United evaporator 60 are advantageously adapted to the natural vibration or natural frequency of the bubble vibrations during the bubble boiling.
  • the period duration 1 / f of the heating voltage can therefore advantageously be in the range between 5 ms and 50 ms, further advantageously between 10 ms and 40 ms, even more advantageously between 15 ms and 30 ms and, for example, be 20 ms.
  • frequencies other than those mentioned can be optimally adapted to the natural oscillation or natural frequency of the bubble oscillations.
  • the maximum heating current generated by the heating voltage Uh is preferably not more than 7 A, more preferably not more than 6.5 A, even more preferably not more than 6 A and optimally in the range between see 4 A and 6 A should be in order to ensure concentrated steam while avoiding overheating.
  • the delivery rate of the wick structure 19 is in turn optimally adapted to the evaporation rate of the evaporator 60, so that sufficient liquid 50 can be fed at any time and the area in front of the evaporator 60 is avoided.
  • the evaporator device 1 is preferably made on the basis of MEMS technology, in particular from silicon, and is therefore advantageously a micro-electro-mechanical system.
  • a layer structure is advantageously proposed consisting of an evaporator 60 based on Si, advantageously planar at least on the inlet side 61, and one or more underlying capillary structures 19 with advantageously different pore sizes.
  • the wick structure 1 9 arranged directly on the inlet side 61 of the evaporator 60 prevents the formation of bubbles on the inlet side 61 of the evaporator 60, since gas bubbles prevent any further conveying effect and at the same time lead to (local) overheating of the evaporator 60 due to the lack of cooling by inflowing Lead liquid.

Abstract

The invention relates to an evaporator device (1) for an inhaler (10), comprising at least one electric evaporator (60) for evaporating liquid (50) supplied to the evaporator (60), wherein the liquid (50) is transported from an inlet side (61) to an outlet side (64) through at least one liquid channel (62) using capillary forces, and evaporated liquid (50) is added to an air flow (34) on the outlet side; a support (4) which holds the evaporator (60); and at least one electric line (105a, 105b) which electrically contacts the evaporator (60). The evaporator (60) and the electric line (105a, 105b) are electrically connected together by at least one bonding wire (230).

Description

Verdampfervorrichtung für einen Inhalator, Verbrauchseinheit, I nhalator und Herstellungsverfahren Vaporizer device for an inhaler, consumption unit, inhaler and manufacturing method
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdampfervorrichtung für einen I nhalator, umfassend mindestens einen elektrischen Verdamp fer zum Verdampfen von dem Verdampfer zugeführter Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit durch Kapillarkräfte von einer Einlassseite durch wenigstens einen Flüssigkeitskanal zu einer Auslassseite transportiert wird, wo verdampfte Flüssigkeit einem Luftstrom zu- gebbar ist, einen Träger, der den Verdampfer hält, und wenigstens eine den Verdampfer elektrisch kontaktierende elektrische Leitung. Die Erfindung betrifft auch eine Verbrauchseinheit, einen I nhalator und ein Herstellungsverfahren . The present invention relates to a vaporizer device for an inhaler, comprising at least one electric vaporizer fer for vaporizing liquid supplied by the vaporizer, the liquid being transported by capillary forces from an inlet side through at least one liquid channel to an outlet side, where evaporated liquid is supplied to an air stream. can be given, a carrier that holds the evaporator, and at least one electrical line electrically contacting the evaporator. The invention also relates to a consumption unit, an inhaler and a manufacturing method.
Herkömmliche Inhalatoren beziehungsweise elektronische Zigaret tenprodukte basieren auf der Docht-Wendel-Technologie. Durch Kapillarkräfte wird die Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsspeicher entlang eines Dochts so weit transportiert, bis die Flüssigkeit durch eine elektrisch beheizbare Wendel erhitzt und somit verdampft wird. Der Docht dient als flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsspeicher und der als Verdampfer dienenden Heizwendel. Conventional inhalers and electronic cigarette products are based on wick coil technology. The liquid is transported from a liquid reservoir along a wick by capillary forces until the liquid is heated by an electrically heated coil and thus evaporated. The wick serves as a fluid-conducting connection between the fluid reservoir and the heating coil serving as an evaporator.
I n herkömmlichen I nhalatoren ist die elektrische Kontaktierung des Verdampfers durch die Docht-Wendel-Technologie simpel. Die Wendel muss lediglich mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden. Dadurch wird die Wendel erhitzt und Flüssigkeit kann ver dampfen. In conventional inhalers, the electrical contacting of the vaporizer is simple thanks to the wick technology. The filament only needs to be supplied with an electrical current. This heats the filament and the liquid can evaporate.
Ein Nachteil der Docht-Wendel-Technologie ist, dass eine mangeln de Versorgung mit Flüssigkeit zu einer lokalen Überhitzung führt, wodurch Schadstoffe entstehen können. Diesen sogenannte„Dry Puff“ gilt es zu vermeiden. Zudem sind derartige Verdampfereinhei ten fertigungsbedingt oft undicht, so dass Flüssigkeit auf unge wünschte Weise, zum Beispiel über die Luftzuführung und/oder Dampfabführung austreten kann. A disadvantage of the wick coil technology is that a lack of liquid supply leads to local overheating, which can result in pollutants. This so-called “Dry Puff ”should be avoided. In addition, such evaporator units are often leaky due to the manufacturing process, so that liquid can escape in an undesired manner, for example via the air supply and / or vapor discharge.
Um die Probleme der Docht-Wendel-Technologie zu vermeiden, wird auf gattungsgemäße Verdampfer zurückgegriffen, die sich der in DE 10 201 7 1 1 1 1 1 9 A1 offenbarten Technologie bedienen. Dabei wird die Flüssigkeit durch Kapillarkräfte von einer Einlassseite durch ei nen Flüssigkeitskanal zu einer Auslassseite transportiert, wo ver dampfte Flüssigkeit als Dampf und/oder Aerosol einem Luftstrom zugebbar ist. Der Verdampfer ist elektrisch mit einer Energiequelle über eine elektrische Leitung verbindbar. Die Anbindung des Ver dampfers an die elektrische Leitung ist im zitierten Stand der Technik jedoch nicht beschrieben. In order to avoid the problems of the wick coil technology, generic evaporators are used which use the technology disclosed in DE 10 201 7 1 1 1 1 1 9 A1. The liquid is transported by capillary forces from an inlet side through a liquid channel to an outlet side, where the vaporized liquid can be added to an air stream as vapor and / or aerosol. The evaporator can be electrically connected to an energy source via an electrical line. However, the connection of the evaporator to the electrical line is not described in the cited prior art.
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Verdampfervorrichtung mit einer zuverlässigen und effektiven elektrischen Verbindung zu dem Verdampfer bereitzustellen. It is the object of the invention to provide an evaporator device with a reliable and effective electrical connection to the evaporator.
Erfindungsgemäß sind der Verdampfer und die elektrische Leitung mit wenigstens einem Bonddraht miteinander elektrisch verbunden, um eine reproduzierbare und effektiv herstellbare elektrische Ver bindung zwischen dem Verdampfer und der elektrischen Leitung zu gewährleisten. Die Erfindung hat erkannt, dass zudem durch die elektrische Anbindung des Verdampfers mit dem Bonddraht der Wärmeeintrag vom Verdampfer in den Träger reduziert werden kann, da keine großflächigen elektrischen und insbesondere metallischen Kontakte zwischen dem elektrischen Leiter und dem Verdampfer vorgesehen sind. Durch die Verwendung von dem typi scherweise im Gegensatz zum elektrischen Leiter dünnen Bonddraht ist der Verdampfer thermisch insbesondere vom Träger möglichst entkoppelt. According to the invention, the evaporator and the electrical line are electrically connected to each other with at least one bonding wire in order to ensure a reproducible and effectively producible electrical connection between the evaporator and the electrical line. The invention has recognized that the electrical connection of the evaporator to the bonding wire can also reduce the heat input from the evaporator into the carrier, since no large-area electrical and, in particular, metallic contacts are provided between the electrical conductor and the evaporator. By using the bonding wire, which is typically thin in contrast to the electrical conductor the evaporator is thermally decoupled as much as possible from the carrier.
Vorteilhaft ist der Bonddraht mit dem Verdampfer auf der Einlasssei te oder der Auslassseite verbunden, um einen kompakten Aufbau der Verdampfervorrichtung zu ermöglichen und durch die einfache Geometrie den Bonddraht effektiv Anordnen zu können. Die Verbin dung des Verdampfers mit dem Bonddraht an der Auslassseite hat den Vorteil, dass die Auslassseite, wo vorteilhaft die Verdampfung stattfindet, durch den elektrischen Widerstand des Verdampfers der Auslassseite erhitzt wird. The bonding wire is advantageously connected to the vaporizer on the inlet side or the outlet side in order to enable a compact design of the vaporizer device and to be able to effectively arrange the bonding wire due to the simple geometry. The connection of the evaporator with the bonding wire on the outlet side has the advantage that the outlet side, where evaporation advantageously takes place, is heated by the electrical resistance of the evaporator on the outlet side.
Vorzugsweise weist die elektrische Leitung einen Kontaktbereich auf, und der Bonddraht ist mit der elektrischen Leitung im Kontakt bereich verbunden. Der Kontaktbereich ist vorteilhaft dazu ausgebil det, dass in dem Kontaktbereich die Bonddrähte angebunden werden können. Die Kontaktbereiche sind zur elektrisch leitendenden Verbindung vorgesehene Bereiche der elektrischen Leitung. The electrical line preferably has a contact area, and the bonding wire is connected to the electrical line in the contact area. The contact area is advantageously designed so that the bonding wires can be connected in the contact area. The contact areas are areas of the electrical line provided for electrically conductive connection.
Vorteilhaft ist der Kontaktbereich und/oder der Bonddraht aus Gold, um ein elektrisch gut leitenden Kontaktbereich und/oder Bonddraht bereitzustellen, der sich für eine elektrisch leitende Verbindung zu dem Verdampfer eignet. Der Kontaktbereich und/oder der Bonddraht aus Gold ist gegenüber der zu verdampfen Flüssigkeit bzw. dem Aerosol bzw. Dampf chemisch stabil und lässt sich zuverlässig durch an sich bekannte Verfahren herstellen und bearbeiten. The contact area and / or the bonding wire made of gold is advantageous in order to provide an electrically highly conductive contact area and / or bonding wire which is suitable for an electrically conductive connection to the evaporator. The contact area and / or the bonding wire made of gold is chemically stable with respect to the liquid to be evaporated or the aerosol or vapor and can be reliably produced and processed by methods known per se.
Vorzugsweise umfasst der Träger zur Halterung des Verdampfers ein keramisches Substrat, um den Träger zur Halterung des Ver dampfers thermisch stabil auszubilden und/oder gegebenenfalls den Verdampfer thermisch von dem Träger zu entkoppeln. Das kerami- sehe Substrat ist chemisch und mechanisch stabil gegenüber den im Betrieb des Verdampfers auftretenden Temperaturen von beispiels weise bis zu 300 °C und thermischen Lastwechseln, die beispielsweise ca. 200 - 2000 - mal im Lebenszyklus des Verdampfers auf- treten. Der Träger steht im Kontakt zu der Flüssigkeit und/oder dem Aerosol bzw. Dampf und muss deshalb insbesondere bei den während der Verdampfung auftretenden Temperaturen lebensmitteltaug lich bzw. biokompatibel sein, was durch das keramische Substrat begünstigt ist. Vorteilhaft bildet das keramische Substrat eine Ver dampferaufnahme aus, wobei der restliche Träger beispielsweise aus einem Kunststoff sein kann . Alternativ kann das keramische Substrat den Träger ausbilden . The carrier for holding the evaporator preferably comprises a ceramic substrate in order to make the carrier for holding the evaporator thermally stable and / or, if necessary, to thermally decouple the evaporator from the carrier. The ceramic See substrate is chemically and mechanically stable against temperatures of up to 300 ° C, for example, and thermal load changes that occur during operation of the evaporator, which occur for example about 200-2000 times in the life cycle of the evaporator. The carrier is in contact with the liquid and / or the aerosol or vapor and must therefore be food-safe or biocompatible, especially at the temperatures occurring during evaporation, which is favored by the ceramic substrate. Advantageously, the ceramic substrate forms a vaporizer receptacle, wherein the remaining carrier can be made of a plastic, for example. Alternatively, the ceramic substrate can form the carrier.
I n einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Klebung zur Halte rung des Verdampfers am Träger vorgesehen , um den Verdampfer stabil in beziehungsweise auf dem Träger halten zu können. Vorteilhaft weist der Kleber eine niedrige Wärmeleitfähigkeit auf, um die thermische Kopplung zwischen dem Verdampfer und dem Träger zu minimieren. Der Kleber ist vorteilhaft elektrisch nicht leitfähig, um eine Beeinflussung der elektrischen Kontaktierung des Verdampfers zu vermeiden. In a preferred embodiment, an adhesive bond is provided for holding the evaporator on the carrier in order to be able to hold the evaporator in a stable manner in or on the carrier. The adhesive advantageously has a low thermal conductivity in order to minimize the thermal coupling between the evaporator and the carrier. The adhesive is advantageously electrically non-conductive in order to avoid influencing the electrical contacting of the evaporator.
Bevorzugt weist der Verdampfer eine Metallisierungsschicht auf, um mit elektrischen Kontaktflächen vorbereitet werden zu können, die in dem Kontaktbereich mit der elektrischen Leitung verbunden werden können . Der Verdampfer kann beispielsweise im Wesentlichen einen insbesondere dotierten Siliziumblock umfassen, der an der Oberfläche die Metallisierungsschicht aufweist. Die Metallisierungsschicht vereinfacht die elektrische Kontaktierung der elektrischen Leitung mit dem Verdampfer durch den Bonddraht. In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Metallisierungsschicht Nickel, Gold und/oder Palladium , um eine elektrisch leitende und mit bekannten Verfahren effektiv zu verarbeitende Oberfläche des Verdampfers vorbereiten zu können. The evaporator preferably has a metallization layer in order to be able to be prepared with electrical contact areas which can be connected to the electrical line in the contact area. The evaporator can, for example, essentially comprise a silicon block, in particular doped, which has the metallization layer on the surface. The metallization layer simplifies the electrical contacting of the electrical line with the evaporator through the bonding wire. In an advantageous embodiment, the metallization layer comprises nickel, gold and / or palladium in order to be able to prepare an electrically conductive surface of the evaporator that can be effectively processed using known methods.
Vorzugsweise ist zwischen dem Verdampfer und der Metallisie rungsschicht eine Grundierung angeordnet, beispielsweise ein seed- layer aus Aluminium , auf dem die vorteilhaft stromlos abgeschiede ne Metallisierungsschicht aufgebracht ist. A primer, for example a seed layer made of aluminum, on which the advantageously electrolessly deposited metallization layer is applied, is preferably arranged between the evaporator and the metallization layer.
Vorteilhaft weist der Verdampfer eine insbesondere rechteckige Grundfläche mit zwei gegenüberliegenden Randabschnitten auf, und jeder der gegenüberliegenden Randabschnitte ist mit einer elektrischen Leitung verbunden, um die Grundfläche des Verdampfers ef- fektiv nutzen zu können und zwischen den Randabschnitten einen elektrischen Widerstand und somit eine Erwärmung und Verdamp fung der Flüssigkeit hervorrufen zu können. The evaporator advantageously has a particularly rectangular base area with two opposite edge sections, and each of the opposite edge sections is connected to an electrical line in order to be able to use the base area of the evaporator effectively and between the edge sections an electrical resistance and thus heating and evaporation to cause the liquid to act.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Bond- drähten vorgesehen, und der Träger weist zwischen den Bonddräh ten eine Durchgangsöffnung auf. Der Verdampfer kann beispielsweise so angeordnet werden, dass die Durchgangsöffnung auf der Einlassseite des Verdampfers am Träger angeordnet ist. Die Durch gangsöffnung ermöglicht, dass eine Dochtstruktur die Einlassseite des Verdampfers zur Versorgung mit Flüssigkeit flächig kontaktieren kann. Die Durchgangsöffnung kann jedoch auch auf der Auslasssei te des Verdampfers am Träger angeordnet sein, damit die vom Ver dampfer verdampfte Flüssigkeit dem die Auslassseite überströmenden Luftstrom zugebbar ist. Vorteilhaft weist die elektrische Verbindung zwischen dem Verdampfer und der elektrischen Leitung über den Bonddraht einen elektrischen Widerstand von 5 mfl bis 20 mQ auf, um die unerwünschte Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme im Vergleich zu der zur Verdampfung erzeugten Wärme gering zu halten und den Ver dampfer gleichzeitig mit genügend elektrischer Energie versorgen zu können. In a preferred embodiment, a plurality of bonding wires is provided, and the carrier has a through opening between the bonding wires. The evaporator can be arranged, for example, in such a way that the through opening is arranged on the inlet side of the evaporator on the carrier. The through-opening enables a wick structure to contact the inlet side of the evaporator over a large area for the supply of liquid. The passage opening can, however, also be arranged on the outlet side of the evaporator on the carrier so that the liquid evaporated by the evaporator can be added to the air stream flowing over the outlet side. Advantageously, the electrical connection between the evaporator and the electrical line via the bonding wire has an electrical resistance of 5 mfl to 20 mQ in order to keep the undesired conversion of electrical energy into heat low compared to the heat generated for evaporation, and the evaporator to be able to supply enough electrical energy at the same time.
Erfindungsgemäß umfasst eine Verbrauchseinheit für einen Inhala tor die zuvor beschriebene Verdampfervorrichtung und einen Flüssigkeitsspeicher, wobei die Verdampfervorrichtung flüssigkeitslei tend mit dem Flüssigkeitsspeicher verbunden ist. Die Einlassseite des Verdampfers ist flüssigkeitsleitend mit dem Flüssigkeitsspeicher verbunden, beispielsweise über eine Dochtstruktur. Ein erfindungsgemäßer I nhalator umfasst die Verbrauchseinheit und eine Basiseinheit. Der durch den Bonddraht erzielte kompakte Aufbau der Ver dampfervorrichtung führt dazu, dass die Verbrauchseinheit bezie hungsweise der Inhalator effektiv herzustellen ist. According to the invention, a consumption unit for an Inhala tor comprises the previously described vaporizer device and a liquid reservoir, the vaporizer device being connected to the liquid reservoir. The inlet side of the evaporator is connected to the liquid reservoir in a liquid-conducting manner, for example via a wick structure. An inhaler according to the invention comprises the consumption unit and a base unit. The compact design of the evaporator device achieved by the bonding wire means that the consumable unit or the inhaler can be effectively manufactured.
Ein Verfahren zur Herstellung der zuvor beschriebenen Verdampfer vorrichtung umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen des elektrischen Verdampfers, des Trägers und der elektrischen Leitungen, elektrisches Verbinden der elektrischen Leitung mit dem Verdampfer durch Anbringen eines Bonddrahts (Wirebonds) . Das Verbinden der elektrischen Leitung mit dem Verdampfer erfolgt somit mittels Drahtbonding (Wirebonding). Als Gegenstück für den Verdampfer ist der Kontaktbereich der elektrischen Leitung vorgesehen. A method for producing the evaporator device described above comprises the following steps: providing the electrical evaporator, the carrier and the electrical lines, electrical connection of the electrical line to the evaporator by attaching a bonding wire (wire bonds). The connection of the electrical line to the evaporator is thus carried out by means of wire bonding. The contact area of the electrical line is provided as a counterpart for the evaporator.
Vorzugsweise wird der Verdampfer vor dem elektrischen Verbinden auf den Träger geklebt, um den Verdampfer effektiv und zuverlässig auf dem Träger halten zu können. The vaporizer is preferably glued to the carrier prior to the electrical connection in order to make the vaporizer effective and reliable to be able to hold on the carrier.
Bevorzugt wird der Verdampfer mit einer Metallisierungsschicht ver sehen. Als Vorbereitung für die Verbindung des Verdampfers mit dem Bonddraht kann bereits auf Wafer-Basis eine geeignete Metal lisierung auf vorgesehene Kontaktflächen der Verdampfer aufgebracht werden. The evaporator is preferably seen with a metallization layer. In preparation for connecting the evaporator to the bonding wire, a suitable metal coating can be applied to the contact surfaces of the evaporator provided on a wafer basis.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungs formen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt The invention is explained below using preferred embodiment forms with reference to the accompanying figures. It shows
Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer Verdampfervorrichtung mit einer Dochtstruktur; 1 is an exploded view of an evaporator device with a wick structure;
Fig . 2 eine perspektivische Darstellung einer Verdampfervorrichtung im montierten Zustand; Fig. 2 shows a perspective illustration of an evaporator device in the assembled state;
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Inhalators; und 3 is a schematic view of an inhaler; and
Fig. 4 einen perspektivischen Schnitt durch eine Verdampfervorrichtung. 4 shows a perspective section through an evaporator device.
Figur 1 zeigt eine Verdampfervorrichtung 1 für einen I nhalator 10 mit einer Dochtstruktur 19 (siehe Figur 3). Die Verdampfervorrichtung 1 umfasst einen elektrischen Verdampfer 60 zum Verdampfen von dem Verdampfer 60 zugeführter Flüssigkeit 50. Im montierten Zustand (siehe Figur 2) ist der Verdampfer 60 von dem Träger 4 gehalten . Der Verdampfer 60 weist eine Auslassseite 64 und eine Einlassseite 61 sowie sich dazwischen befindliche Flüssigkeitskanäle 62 auf und ist mit Bezug zu Figur 4 näher erläutert. Der Träger 4 weist eine im Wesentlichen plattenförmigen Grundfläche 121 auf, siehe Figur 1 . Der Träger 4 ist beispielsweise aus ei nem Kunststoff gefertigt, insbesondere einem Hochtemperaturkunst stoff wie PEEK, der bei den bei der Verdampfung auftretenden Temperaturen von bis 300 °C chemisch und mechanisch stabil ist. FIG. 1 shows an evaporator device 1 for an inhaler 10 with a wick structure 19 (see FIG. 3). The vaporizer device 1 comprises an electric vaporizer 60 for vaporizing liquid 50 supplied to the vaporizer 60. In the assembled state (see FIG. 2), the vaporizer 60 is held by the carrier 4. The evaporator 60 has an outlet side 64 and an inlet side 61 as well as liquid channels 62 located between them and is explained in more detail with reference to FIG. The carrier 4 has an essentially plate-shaped base surface 121, see FIG. 1. The carrier 4 is made, for example, of a plastic, in particular a high-temperature plastic such as PEEK, which is chemically and mechanically stable at the temperatures of up to 300 ° C. that occur during evaporation.
Der Träger 4 weist eine Auswölbung 1 09 auf, innerhalb derer der Träger 4 einen Luftkanal 1 30 zum Führen des Luftstroms 34 ausbil det. Die Auswölbung 109 kann zudem dazu dienen, den Träger 4 in einem Grundteil 83 eines Verdampfereinsatzes 100 halten zu kön nen. Damit kann die Verdampfervorrichtung 1 in ein externes Teil, beispielsweise eine Verbrauchseinheit 17 oder einen I nhalator 1 0 montiert werden. The carrier 4 has a bulge 109, within which the carrier 4 forms an air duct 130 for guiding the air flow 34. The bulge 109 can also serve to be able to hold the carrier 4 in a base part 83 of an evaporator insert 100. The vaporizer device 1 can thus be mounted in an external part, for example a consumption unit 17 or an inhaler 1 0.
Die Ausformung beziehungsweise Geometrie des Trägers 4 ist vorteilhaft so angepasst, dass die nötige Luftführung integriert ist. Entsprechende Aussparungen und/oder Ausformungen , beispielsweise die Auswölbung 109, können sowohl die Zuluft zum Verdampfer 60, die Überströmung des Verdampfers 60 und/oder die Führung des Aerosols beziehungsweise Dampfes lenken. So kann die Verdampfung optimiert werden, indem an der Auslassseite 64 des Verdampfers 60 der Luftstrom 34 so eingestellt wird, dass eine gewünschte Menge an Tröpfchen mit entsprechender Größe dem Luftstrom 34 zugegeben wird. The shape or geometry of the carrier 4 is advantageously adapted so that the necessary air guidance is integrated. Corresponding recesses and / or formations, for example the bulge 109, can direct both the supply air to the evaporator 60, the flow over the evaporator 60 and / or the guidance of the aerosol or steam. The evaporation can thus be optimized by adjusting the air flow 34 on the outlet side 64 of the evaporator 60 in such a way that a desired amount of droplets of the appropriate size is added to the air flow 34.
Die Einlassseite 61 ist vorteilhaft flüssigkeitsleitend mit einer Dochtstruktur 1 9 verbunden. Die Dochtstruktur 1 9 wird mit Bezug zu Figur 3 und 4 erläutert und erstreckt sich vorteilhaft durch eine Durchgangsöffnung 104 des Trägers 4. Die Durchgangsöffnung 104 ist vorteilhaft so bemessen, dass sich die Dochtstruktur 1 9 durch die Durchgangsöffnung 104 erstrecken kann. Die Dochtstruktur 1 9 kann in der Durchgangsöffnung 104 abgestützt und gehalten sein. Alter nativ kann sich der Verdampfer 60 durch die Durchgangsöffnung 104 erstrecken, um von der Dochtstruktur 19 einlassseitig flüssig keitsleitend kontaktiert zu werden. Damit kann die Dochtstruktur 19 beispielsweise einen größeren Querschnitt als die Durchgangsöffnung 1 04 aufweisen. The inlet side 61 is advantageously connected to a wick structure 19 in a fluid-conducting manner. The wick structure 19 is explained with reference to FIGS. 3 and 4 and advantageously extends through a through opening 104 of the carrier 4. The through opening 104 is advantageously dimensioned such that the wick structure 19 extends through the Through opening 104 can extend. The wick structure 19 can be supported and held in the through opening 104. Alternatively, the evaporator 60 can extend through the through opening 104 in order to be contacted by the wick structure 19 on the inlet side in a liquid-conducting manner. The wick structure 19 can thus have a larger cross section than the through opening 104.
Um die Durchgangsöffnung 104 ist ein keramisches Substrat 103 zur Halterung des Verdampfers 60 angeordnet. Das keramische Substrat 1 03 kann beispielsweise aus Zirkoniumoxid und/oder einer Niedertemperatur-Einbrand-Keramik (LTCC) bestehen. A ceramic substrate 103 for holding the evaporator 60 is arranged around the through opening 104. The ceramic substrate 103 can for example consist of zirconium oxide and / or a low-temperature fired ceramic (LTCC).
Vorteilhaft weist das Substrat 103 eine geringe thermische Leitfä higkeit und/oder eine geringe Wärmekapazität auf, um die zur Ver dampfung vorgesehene Wärme nicht von dem Verdampfer 60 abzuleiten und/oder im Träger 4 zu speichern. Damit ist der Verdampfer 60 thermisch von dem Träger 4 und/oder von externen Bauteilen entkoppelt. Durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit und/oder Wärme kapazität des Substrats 1 03 und/oder Trägers 4 wird die vorteilhaft niedrige thermische Trägheit des Verdampfers 60 nicht beeinträchtigt. Dadurch kann der Verdampfer 60 zeitlich präzise und insbeson dere schnell erhitzt werden und/oder sich wieder abkühlen, um eine hohe Aerosolqualität und eine präzise Einstellung der Aerosolmenge zu begünstigen. The substrate 103 advantageously has a low thermal conductivity and / or a low thermal capacity in order not to dissipate the heat provided for evaporation from the evaporator 60 and / or to store it in the carrier 4. The evaporator 60 is thus thermally decoupled from the carrier 4 and / or from external components. The advantageously low thermal inertia of the evaporator 60 is not adversely affected by a low thermal conductivity and / or thermal capacity of the substrate 1 03 and / or carrier 4. As a result, the vaporizer 60 can be heated precisely in terms of time and in particular quickly and / or cool down again in order to promote a high aerosol quality and a precise setting of the aerosol amount.
Das keramische Substrat 103 bildet vorteilhaft eine Verdampferauf nahme 203 aus, die zur Halterung des Verdampfers 60 ausgebildet ist. Die Verdampferaufnahme 203 ist um die Durchgangsöffnung 1 04 angeordnet. In die Verdampferaufnahme 203 kann der Verdampfer 60 eingesetzt und gehalten werden. Insbesondere kann der Ver dampfer 60 in die Verdampferaufnahme 203 eingeklebt werden. The ceramic substrate 103 advantageously forms a Verdampferauf acquisition 203 which is designed to hold the evaporator 60. The evaporator receptacle 203 is arranged around the through opening 1104. The evaporator can be placed in the evaporator receptacle 203 60 are used and held. In particular, the evaporator 60 can be glued into the evaporator receptacle 203.
Die Verdampfervorrichtung 1 umfasst zwei elektrische Leitungen 105a, 1 05b, die mit dem Verdampfer 60 elektrisch leitend verbunden werden. Die elektrischen Leitungen 1 05a, 105b können beispielsweise Kupfer umfassen . Die elektrischen Leitungen 105a, 1 05b kön nen beispielsweise in einer Leitungsaufnahme 209 des Trägers 4 angeordnet und gehalten werden. Alternativ können die elektrischen Leitungen 105a, 1 05b auch auf den Träger 4 aufgebracht sein und/oder mit dem Träger 4 stoffschlüssig verbunden sein. The vaporizer device 1 comprises two electrical lines 105a, 105b, which are connected to the vaporizer 60 in an electrically conductive manner. The electrical lines 105a, 105b can comprise copper, for example. The electrical lines 105a, 105b can be arranged and held in a line receptacle 209 of the carrier 4, for example. Alternatively, the electrical lines 105a, 105b can also be applied to the carrier 4 and / or connected to the carrier 4 in a materially bonded manner.
Die elektrischen Leitungen 105a, 105b weisen einen zum Drahtbonden geeigneten Kontaktbereich 1 31 auf. Der Kontaktbereich 1 31 kann beispielsweise aus Gold bestehen, vorteilhaft aus einer Schicht Gold von vorzugsweise 5 - 50 pm , weiter vorzugsweise 8 - 20 pm, beispielsweise 10 pm . Die elektrischen Leitungen 105a, 105b können insbesondere außerhalb des Kontaktbereichs 1 31 aus einem anderen Material, beispielsweise Kupfer bestehen. The electrical lines 105a, 105b have a contact area 1 31 suitable for wire bonding. The contact area 131 can for example consist of gold, advantageously of a layer of gold of preferably 5-50 μm, more preferably 8-20 μm, for example 10 μm. The electrical lines 105a, 105b can in particular consist of a different material, for example copper, outside the contact area 1 31.
Figur 2 zeigt die Verdampfervorrichtung 1 im montierten Zustand. I n dieser Ausführungsform ist die Auslassseite 61 des Verdampfers 60 mit den elektrischen Leitungen 105a, 105b in dem Kontaktbereich 131 mit Bonddrähten 230 elektrisch leitend verbunden. An der Einlassseite 64 und/oder an wenigstens einer Seite des Verdampfers 60, die senkrecht zu der Einlassseite 61 und/oder der Auslassseite 64 ist, ist der Verdampfer 60 in der Verdampferaufnahme 203 gehalten. Der Verdampfer 60 kann mit einem Kleber in die Verdampfer aufnahme 203 geklebt werden. Damit ist der Verdampfer 60 mit dem Träger 4 verbunden und von dem Träger 4 gehalten. Der Verdampfer 60 weist eine rechteckige Grundfläche mit zwei gegenüberliegenden Randabschnitten 1 32a, 1 32b auf. Der Verdampfer 60 ist jeweils in einem der Randabschnitte 132a, 132b mit einer der elektrischen Leitungen 105a, 105b verbunden. Die elektrischen Leitungen 105a, 105b verlaufen jeweils von dem Kontaktbereich 1 31 bis zu einem Endabschnitt 205a, 205b. An den Endabschnitten 205a, 205b ist die Verdampfervorrichtung 1 zur Versorgung des Verdampfers 60 mit elektrischer Energie von einem externen Teil kontaktierbar, beispielsweise einer Heizspannungsquelle 71 . Die Endabschnitte 205a, 205b sind vorteilhaft zum Verlöten mit einer Kontaktierung des externen Teils oder zusammen mit dem Träger 4 als ein Steckverbinder ausgebildet. Figure 2 shows the evaporator device 1 in the assembled state. In this embodiment, the outlet side 61 of the evaporator 60 is connected in an electrically conductive manner to the electrical lines 105a, 105b in the contact area 131 with bonding wires 230. The evaporator 60 is held in the evaporator receptacle 203 on the inlet side 64 and / or on at least one side of the evaporator 60 that is perpendicular to the inlet side 61 and / or the outlet side 64. The evaporator 60 can be glued into the evaporator receptacle 203 with an adhesive. The evaporator 60 is thus connected to the carrier 4 and held by the carrier 4. The evaporator 60 has a rectangular base area with two opposite edge sections 1 32a, 1 32b. The evaporator 60 is connected to one of the electrical lines 105a, 105b in one of the edge sections 132a, 132b. The electrical lines 105a, 105b each run from the contact area 131 to an end section 205a, 205b. At the end sections 205a, 205b, the evaporator device 1 for supplying the evaporator 60 with electrical energy can be contacted from an external part, for example a heating voltage source 71. The end sections 205a, 205b are advantageously designed for soldering with a contacting of the external part or together with the carrier 4 as a plug connector.
Die Endabschnitte 205a, 205b sind vorteilhaft an einem sich strom aufwärts des Verdampfer 60 befindlichen Ende 122 des Trägers 4 zur Versorgung des Verdampfers 60 mit elektrischer Energie ange ordnet. Das sich stromaufwärts des Verdampfers 60 befindliche En de 122 ist das Ende, das durch die elektrische Kontaktierung zur mechanischen und/oder elektrischen Verbindung mit einem externen Teil, beispielsweise einem Basisteil 16 des Inhalators 10, eingerich tet ist. Die elektrischen Leitungen 1 05a, 105b verlaufen vorzugsweise parallel zum Luftkanal 1 30. The end sections 205a, 205b are advantageously arranged at an end 122 of the carrier 4 located upstream of the evaporator 60 for supplying the evaporator 60 with electrical energy. The end 122 located upstream of the evaporator 60 is the end which is set up by the electrical contact for mechanical and / or electrical connection to an external part, for example a base part 16 of the inhaler 10. The electrical lines 105a, 105b preferably run parallel to the air duct 130.
Die Bonddrähte 230 sind mit dem Verdampfer 60 auf der Auslass seite 64 des Verdampfers 60 in den Kontaktbereichen 1 31 der elektrischen Leitungen 105a, 1 05b verbunden. Für die elektrischen Anbindung der Bonddrähte 230 mit dem Verdampfer 60 weist der Verdampfer 60 in den Randabschnitten 1 32a, 1 32b eine Metallisierungsschicht 1 33 auf. Vorteilhaft sind der Kontaktbereich 1 31 , die Bonddrähte 230 und die Metallisierungsschicht 1 33 aus Gold. Jeweils wenigstens ein Bonddraht 230 ist an jeder der gegenüber liegenden Randabschnitte 132a, 132b mit dem Verdampfer 60 elektrisch verbunden, damit der Verdampfer 60 zwischen den Rand abschnitten 1 32a, 132b durch einen elektrischen Strom erhitzt werden kann. The bonding wires 230 are connected to the evaporator 60 on the outlet side 64 of the evaporator 60 in the contact regions 1 31 of the electrical lines 105a, 1 05b. For the electrical connection of the bonding wires 230 to the evaporator 60, the evaporator 60 has a metallization layer 1 33 in the edge sections 1, 32a, 1, 32b. The contact area 1 31, the bonding wires 230 and the metallization layer 1 33 made of gold are advantageous. In each case at least one bonding wire 230 is electrically connected to the evaporator 60 at each of the opposite edge sections 132a, 132b so that the evaporator 60 can be heated by an electric current between the edge sections 132a, 132b.
Zwischen den elektrischen Leitungen 105a, 105b weist der Träger die Durchgangsöffnung 104 auf. Vorteilhaft ist die Durchgangsöffnung 1 04 zwischen den Kontaktbereichen 131 der elektrischen Lei tungen 105a, 1 05b angeordnet. Insbesondere ist die Durchgangs öffnung 1 04 zwischen den Bonddrähten 230 angeordnet. The carrier has the through opening 104 between the electrical lines 105a, 105b. The through opening 1 04 is advantageously arranged between the contact areas 131 of the electrical lines 105a, 1 05b. In particular, the through opening 104 is arranged between the bonding wires 230.
Die elektrische Anbindung des Verdampfers 60 an die elektrischen Leitungen 105a, 1 05b mit Drahtbonds 230 erlaubt eine zuverlässige elektrische Kontaktierung des Verdampfers 60 bei gleichzeitig geringer Wärmeleitung vom Verdampfer 60 zum Träger 4. Die elektri sche Verbindung zwischen dem Verdampfer 60 und der elektrischen Leitung 105a, 1 05b weist einen elektrischen Widerstand von 5 mü bis 20 mQ auf. Durch eine Anpassung von Querschnitt und/oder Länge beziehungsweise Dicke der Drahtbonds 230 ist die aus der Wärmeleitung vom Verdampfer 60 und der am elektrischen Wider stand zwischen der elektrischen Leitung 105a, 105b und dem Ver dampfer 60, insbesondere der Drahtbonds 230, entstehende Wärme die in den Träger 4 eingebracht wird, minimal. Der Querschnitt und die Länge der Drahtbonds 230 kann beim Drahtbonden entsprechend eingestellt werden . The electrical connection of the vaporizer 60 to the electrical lines 105a, 1 05b with wire bonds 230 allows reliable electrical contacting of the vaporizer 60 with simultaneously low heat conduction from the vaporizer 60 to the carrier 4. The electrical connection between the vaporizer 60 and the electrical line 105a, 1 05b has an electrical resistance of 5 mu to 20 mΩ. By adapting the cross-section and / or length or thickness of the wire bonds 230, the heat resulting from the heat conduction from the evaporator 60 and the electrical resistance between the electrical line 105a, 105b and the evaporator 60, in particular the wire bonds 230, is the heat generated in the carrier 4 is introduced, minimal. The cross section and the length of the wire bonds 230 can be adjusted accordingly during wire bonding.
Wie in Figuren 1 und 2 zu sehen ist der Verdampfer 60 vorteilhaft ein insbesondere chipartiger Flachheizer. Der Verdampfer 60 ist blockförmig, und die Auslassseite 64 ist im montierten Zustand flä- chig mit den elektrischen Leitungen 1 05a, 105b in dem planaren Kontaktbereich 1 31 verbunden. As can be seen in FIGS. 1 and 2, the evaporator 60 is advantageously a particularly chip-like flat heater. The evaporator 60 is block-shaped, and the outlet side 64 is flat in the assembled state. chig connected to the electrical lines 1 05a, 105b in the planar contact area 1 31.
Zur Herstellung der in Figuren 1 und 2 gezeigten Verdampfervorrichtungen 1 werden der Träger 4, die elektrischen Leitungen 1 05a,To produce the vaporizer devices 1 shown in FIGS. 1 and 2, the carrier 4, the electrical lines 1 05a,
105b und der Verdampfer 60 bereitgestellt. 105b and the evaporator 60 are provided.
Der Verdampfer 60 kann in einem Wafer-Verbund vorliegen , aus dem eine Mehrzahl von Verdampfern 60 gefertigt wird . Die Mehrzahl von Verdampfern 60 wird beispielsweise durch verschiedene Ätz- und Beschichtungsverfahren hergestellt, insbesondere indem der Wafer-Verbund durch Herstellung von Flüssigkeitskanälen 62 strukturiert wird. The evaporator 60 can be present in a wafer composite from which a plurality of evaporators 60 are manufactured. The plurality of evaporators 60 is produced, for example, by various etching and coating processes, in particular by structuring the wafer composite by producing liquid channels 62.
Der Verdampfer 60 kann als Vorbereitung für das Drahtbonden mit einer Metallisierungsschicht 133 versehen werden. Die Metallisierungsschicht 133 kann direkt auf den Verdampfer 60 oder auf eine Grundierung, beispielsweise einen Seed-Layer aus Aluminium auf gebracht werden. Die Metallisierungsschicht 1 33 kann aus stromlos abgeschiedenen Nickel, Gold und/oder Palladium oder einem Materialgefüge daraus bestehen. Dies kann für eine Mehrzahl von Ver dampfern 60, beispielsweise einem Wafer-Verbund, gleichzeitig passieren, um den Prozess zu parallelisieren. The evaporator 60 can be provided with a metallization layer 133 in preparation for the wire bonding. The metallization layer 133 can be applied directly to the evaporator 60 or to a primer, for example a seed layer made of aluminum. The metallization layer 1 33 can consist of electrolessly deposited nickel, gold and / or palladium or a material structure thereof. This can happen simultaneously for a plurality of evaporators 60, for example a wafer composite, in order to parallelize the process.
Die elektrischen Leitungen 1 05a, 1 05b können beispielsweise in die dafür vorgesehene Leitungsaufnahme 209 eingebracht werden. In der Leitungsaufnahme 209 sind die elektrischen Leitungen 105a, 105b gehalten. Beispielsweise können die elektrischen Leitungen 105a, 1 05b in der Leitungsaufnahme 209 verklemmt und/oder verklebt werden. Optional kann ein keramisches Substrat 103 einge- setzt werden und/oder ein Verdampferaufnahme 203 ausgebildet werden. The electrical lines 1 05a, 1 05b can, for example, be introduced into the line receptacle 209 provided for this purpose. The electrical lines 105a, 105b are held in the line receptacle 209. For example, the electrical lines 105a, 105b can be clamped and / or glued in the line receptacle 209. Optionally, a ceramic substrate 103 can be used. is set and / or an evaporator receptacle 203 can be formed.
Als Vorbereitung für das Drahtbonden kann auf die elektrischen Lei tungen 105a, 105b optional der Kontaktbereich 1 31 aufgebracht werden. Beispielsweise kann eine Schicht Gold auf die insbesondere kupfernen elektrischen Leitungen 105a, 105b aufgebracht werden . Alternativ kann die elektrische Leitung 105a, 1 05b aus Gold bestehen, was eine Vorbereitung des Kontaktbereichs 1 31 entbehrlich machen kann. In preparation for the wire bonding, the contact area 1 31 can optionally be applied to the electrical lines 105a, 105b. For example, a layer of gold can be applied to the electrical lines 105a, 105b, which are in particular copper. Alternatively, the electrical line 105a, 1 05b can consist of gold, which can make preparation of the contact area 1 31 unnecessary.
I n die Verdampferaufnahme 203 des Trägers 4 und/oder vorteilhaft auf die Einlassseite 64 beziehungsweise die Rückseite des Verdampfers 60, d. h. die Seite, auf der keine Bonddrähte 230 angeord net werden, wird ein vorteilhaft elektrisch nicht-leitender Kleber ap pliziert. Beispielsweise kann der Kleber durch Jetten, Dispensen, Sieb-, Schablonen- und/oder Tampondruck appliziert werden. In the evaporator receptacle 203 of the carrier 4 and / or advantageously on the inlet side 64 or the rear side of the evaporator 60, i. H. an advantageously electrically non-conductive adhesive is applied to the side on which no bonding wires 230 are arranged. For example, the adhesive can be applied by jetting, dispensing, screen, stencil and / or pad printing.
Der Verbund aus Trägern 4, elektrischen Leitungen 1 05a, 105b und Verdampfern 60 wird anschließend durch einen Drahtbonder (Wire- bonder) mit Drahtbonds 230 (Wirebonds) versehen. Dabei wird vorteilhaft jeweils zwischen der Metallisierungsschicht 1 33 im Randabschnitt 1 32a, 1 32b eines Verdampfers 60 und einer elektrischen Leitung 1 05a, 105b wenigstens ein Bonddraht 230 gezogen. Der Bonddraht 230 wird in dem Randabschnitt 132a, 132b mit dem Verdampfer 60 und im Kontaktbereich 1 31 mit den elektrischen Leitungen 1 05a, 105b elektrisch leitend verbunden. The assembly of carriers 4, electrical lines 105a, 105b and evaporators 60 is then provided with wire bonds 230 (wire bonds) by means of a wire bonder. In this case, at least one bonding wire 230 is advantageously drawn between the metallization layer 1 33 in the edge section 1 32a, 1 32b of an evaporator 60 and an electrical line 1 05a, 105b. The bonding wire 230 is connected in an electrically conductive manner in the edge section 132a, 132b to the evaporator 60 and in the contact area 1 31 to the electrical lines 1 05a, 105b.
Die Verdampfervorrichtungen 1 beziehungsweise die Verbünde aus Verdampfer 60 und Träger 4 werden dann optional zwischen vorteilhaft zwei Schalen platziert, die eine Trägerstruktur ausbilden. Die Trägerstruktur kann die Dochtstruktur 1 9 halten und dann in einen Verdampfereinsatz 1 00, eine Verbrauchseinheit 1 7 und/oder einen Inhalator 1 0 eingebaut werden. Figur 3 zeigt schematisch einen Inhalator 1 0 beziehungsweise ein elektronisches Zigarettenprodukt. Der Inhalator 10 umfasst ein Ge häuse 1 1 , in dem ein Luftstromkanal 30 zwischen mindestens einer Lufteinlassöffnung 231 und einer Luftauslassöffnung 24 an einem Mundende 32 des I nhalators 1 0 vorgesehen ist. Das Mundende 32 des Inhalators 10 bezeichnet dabei das Ende, an dem der Konsu ment zwecks I nhalation zieht und dadurch den I nhalator 10 mit einem Unterdrück beaufschlagt und einen Luftstrom 34 in dem Luft stromkanal 30 erzeugt. Der I nhalator 10 besteht vorteilhaft aus einem Basisteil 16 und einer Verbrauchseinheit 1 7 beziehungsweise Verdampfer-Tank-Einheit, die die Verdampfervorrichtung 1 und den Flüssigkeitsspeicher 18 umfasst und insbesondere in Form einer auswechselbaren Kartusche ausgebildet ist. Die durch die Lufteinlassöffnung 231 ange- saugte Luft wird in dem Luftstromkanal 30 zu der, oder durch die mindestens eine Verdampfervorrichtung 1 geleitet. Die Verdampfer vorrichtung 1 ist mit dem Flüssigkeitsspeicher 1 8 verbunden oder verbindbar, in dem mindestens eine Flüssigkeit 50 gespeichert ist. Die Verdampfervorrichtung 1 verdampft Flüssigkeit 50, die der Verdampfervorrichtung 1 aus dem Flüssigkeitsspeicher 18 vorteilhaft von einem Docht beziehungsweise einer Dochtstruktur 1 9 mittels Kapillarkräften zugeführt wird, und gibt die verdampfte Flüssigkeit als Aerosol/Dampf an einer Auslassseite 64 in den Luftstrom 34 zu. An einer Einlassseite 61 des Verdampfers 60 ist vorteilhaft die po röse und/oder kapillare, flüssigkeitsleitende Dochtstruktur 1 9 angeordnet, wie schematisch in Figur 3 gezeigt. Es können eine Flüssig keitsschnittstelle und/oder mehrere Flüssigkeitsleitungen zwischen Flüssigkeitsspeicher 18 und Dochtstruktur 19 vorgesehen sein. Der Flüssigkeitsspeicher 18 kann daher auch beabstandet von der Dochtstruktur 19 angeordnet sein . Die Dochtstruktur 19 kontaktiert die Einlassseite 61 des Verdampfers 60 vorteilhaft flächig und deckt sämtliche Flüssigkeitskanäle 62 des Verdampfers 60 einlassseitig ab. An der dem Verdampfer 60 gegenüberliegenden Seite ist die Dochtstruktur flüssigkeitsleitend mit dem Flüssigkeitsspeicher 1 8 verbunden . Der Flüssigkeitsspeicher 1 8 kann in seinen Abmessungen größer als die Dochtstruktur 19 sein . Die Dochtstruktur 1 9 kann beispielsweise in eine Öffnung eines Gehäuses des Flüssigkeits speichers 1 8 eingesetzt sein. Es kann auch eine Mehrzahl von Verdampfervorrichtungen 1 einem Flüssigkeitsspeicher 1 8 zugeordnet sein. Die Dochtstruktur 1 9 kann generell einteilig oder mehrteilig sein. The evaporator devices 1 or the assemblies of evaporator 60 and carrier 4 are then optionally placed between advantageously two shells which form a carrier structure. The The carrier structure can hold the wick structure 19 and then be installed in an evaporator insert 100, a consumption unit 17 and / or an inhaler 10. Figure 3 shows schematically an inhaler 10 or an electronic cigarette product. The inhaler 10 comprises a housing 11, in which an air flow channel 30 is provided between at least one air inlet opening 231 and an air outlet opening 24 at a mouth end 32 of the inhaler 1 0. The mouth end 32 of the inhaler 10 denotes the end at which the consumer pulls for the purpose of inhalation, thereby applying a negative pressure to the inhaler 10 and generating an air flow 34 in the air flow channel 30. The inhaler 10 advantageously consists of a base part 16 and a consumption unit 17 or vaporizer-tank unit, which comprises the vaporizer device 1 and the liquid reservoir 18 and is designed in particular in the form of an exchangeable cartridge. The air sucked in through the air inlet opening 231 is conducted in the air flow channel 30 to or through the at least one evaporator device 1. The evaporator device 1 is connected or can be connected to the liquid reservoir 1 8, in which at least one liquid 50 is stored. The evaporator device 1 evaporates liquid 50, which is advantageously supplied to the evaporator device 1 from the liquid reservoir 18 by a wick or a wick structure 19 by means of capillary forces, and supplies the evaporated liquid as an aerosol / vapor at an outlet side 64 into the air flow 34. The porous and / or capillary, liquid-conducting wick structure 19 is advantageously arranged on an inlet side 61 of the evaporator 60, as shown schematically in FIG. A liquid interface and / or a plurality of liquid lines between the liquid reservoir 18 and the wick structure 19 can be provided. The liquid reservoir 18 can therefore also be arranged at a distance from the wick structure 19. The wick structure 19 makes contact with the inlet side 61 of the evaporator 60 advantageously over a large area and covers all of the liquid channels 62 of the evaporator 60 on the inlet side. On the side opposite the evaporator 60, the wick structure is connected in a fluid-conducting manner to the fluid reservoir 18. The dimensions of the liquid reservoir 18 can be larger than the wick structure 19. The wick structure 19 can for example be inserted into an opening of a housing of the liquid reservoir 18. A plurality of evaporator devices 1 can also be assigned to a liquid reservoir 18. The wick structure 19 can generally be in one piece or in several pieces.
Die Dochtstruktur 1 9 besteht aus porösem und/oder kapillarem Material, das aufgrund von Kapillarkräften in der Lage ist, von dem Verdampfer 60 verdampfte Flüssigkeit in ausreichender Menge von dem Flüssigkeitsspeicher 1 8 zu dem Verdampfer 60 passiv nachzu fördern, um ein Leerlaufen der Flüssigkeitskanäle 62 und sich dar aus ergebende Probleme zu verhindern. The wick structure 1 9 consists of porous and / or capillary material which, due to capillary forces, is able to passively convey liquid evaporated by the evaporator 60 in sufficient quantities from the liquid reservoir 18 to the evaporator 60 in order to empty the liquid channels 62 and prevent problems that arise therefrom.
Die Dochtstruktur 1 9 besteht vorteilhaft aus einem elektrisch nicht- leitenden Material, um eine unerwünschte Erwärmung von Flüssig keit in der Dochtstruktur 1 9 durch Stromfluss zu vermeiden. Die Dochtstruktur 1 9 weist vorteilhaft eine geringe thermische Leitfähig keit auf. Die Dochtstruktur 1 9 besteht vorteilhaft aus einem oder mehreren der Materialien Baumwolle, Cellulose, Acetat, Glasfasergewebe, Glasfaserkeramik, Sinterkeramik, keramisches Papier, Alumosilikat-Papier, Metallschaum , Metallschwamm , einem anderen hitzebeständigen, porösen und/oder kapillaren Material mit geeigne ter Förderrate, oder einem Verbund von zwei oder mehr der vorge nannter Materialien. In einer vorteilhaften praktischen Ausführungsform kann die Dochtstruktur 1 9 mindestens ein Keramikfaserpapier und/oder eine poröse Keramik umfassen. Das Volumen der Docht struktur 19 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1 mmA3 und 10 mmA3, weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 2 mmA3 und 8 mmA3, noch weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 3 mmA3 und 7 mmA3 und beträgt beispielsweise 5 mmA3. The wick structure 19 advantageously consists of an electrically non-conductive material in order to avoid undesired heating of the liquid in the wick structure 19 through current flow. The wick structure 19 advantageously has a low thermal conductivity. The wick structure 19 advantageously consists of one or several of the materials cotton, cellulose, acetate, glass fiber fabric, glass fiber ceramic, sintered ceramic, ceramic paper, aluminosilicate paper, metal foam, metal sponge, another heat-resistant, porous and / or capillary material with a suitable delivery rate, or a composite of two or more of the above named materials. In an advantageous practical embodiment, the wick structure 19 can comprise at least one ceramic fiber paper and / or a porous ceramic. The volume of the wick structure 19 is preferably in the range between 1 mm A 3 and 10 mm A 3, more preferably in the range between 2 mm A 3 and 8 mm A 3, even more preferably in the range between 3 mm A 3 and 7 mm A 3 and is, for example, 5 mm A 3.
Falls die Dochtstruktur 1 9 aus einem elektrisch und/oder thermisch leitenden Material besteht, ist zwischen der Dochtstruktur 19 und dem Verdampfer 60 vorteilhaft eine Isolierschicht aus einem elek trisch und/oder thermisch isolierenden Material, beispielsweise Glas, Keramik oder Kunststoff, mit sich durch die Isolierschicht erstreckenden, mit den Flüssigkeitskanälen 62 korrespondierenden Öffnungen vorgesehen. If the wick structure 19 consists of an electrically and / or thermally conductive material, an insulating layer made of an electrically and / or thermally insulating material, for example glass, ceramic or plastic, is advantageously between the wick structure 19 and the evaporator 60 with it Insulating layer extending, with the liquid channels 62 corresponding openings provided.
Ein vorteilhaftes Volumen des Flüssigkeitsspeichers 1 8 liegt im Be reich zwischen 0, 1 ml und 5 ml, vorzugsweise zwischen 0, 5 ml und 3 ml, weiter vorzugsweise zwischen 0, 7 ml und 2 ml oder 1 ,5 ml. An advantageous volume of the liquid reservoir 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.
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. Die Verbrauchseinheit 1 7 ist zwischen dem Energiespeicher 14 und dem Mundende 32 angeordnet. Die elektronische Steuerungsvorrichtung 1 5 umfasst min destens eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere Mikroprozessor und/oder Microcontroller, in dem Basisteil 16 (wie in Figur 3 gezeigt) und/oder in der Verbrauchseinheit 17 beziehungs weise einem Verdampfereinsatz 1 00. The electronic cigarette 10 further comprises 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 consumption unit 1 7 is arranged between the energy store 14 and the mouth end 32. The electronic control device 1 5 comprises at least one digital data processing device, in particular a microprocessor and / or microcontroller, in the base part 16 (as shown in FIG. 3) and / or in the consumption unit 17 or an evaporator insert 100.
I n dem Gehäuse 1 1 ist vorteilhaft ein Sensor, beispielsweise ein Drucksensor oder ein Druck- oder Strömungsschalter, angeordnet, wobei die Steuerungsvorrichtung 1 5 auf der Grundlage eines von dem Sensor ausgegebenen Sensorsignals feststellen kann, dass ein Konsument am Mundende 32 des I nhalators 10 zieht, um zu inhalie ren. In diesem Fall steuert die Steuerungsvorrichtung 15 die Verdampfervorrichtung 1 an , um Flüssigkeit 50 aus dem Flüssigkeitsspeicher 1 8 als Aerosol/Dampf in den Luftstrom 34 zuzugeben. 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 at the mouth end 32 of the inhaler 10 pulls to inhale. In this case, the control device 15 controls the vaporizer device 1 in order to add liquid 50 from the liquid reservoir 18 as an aerosol / vapor into the air flow 34.
Die Verdampfervorrichtung 1 beziehungsweise der mindestens eine Verdampfer 60 ist in einem dem M undende 32 abgewandten Teil der Verbrauchseinheit 17 angeordnet. Damit ist eine effektive elektri sche Kopplung und Ansteuerung der Verdampfervorrichtung 1 mög lich. Der Luftstrom 34 führt vorteilhaft durch einen axial durch den Flüssigkeitsspeicher 18 laufenden Luftstromkanal 30 zu der Luftaus lassöffnung 24. The vaporizer device 1 or the at least one vaporizer 60 is arranged in a part of the consumption unit 17 facing away from the M and end 32. Effective electrical coupling and control of the evaporator device 1 is thus possible, please include. The air flow 34 advantageously leads through an air flow channel 30 running axially through the liquid reservoir 18 to the air outlet opening 24.
Die in dem Flüssigkeitsspeicher 1 8 gespeicherte, zu dosierende Flüssigkeit 50 ist beispielsweise eine Mischung aus 1 ,2-Propylen- glykol, Glycerin , Wasser, mindestens einem Aroma (Flavour) und/oder mindestens einem Wirkstoff, insbesondere Nikotin. Die angegebenen Bestandteile der Flüssigkeit 50 sind jedoch nicht zwingend. Insbesondere kann auf Aroma- und/oder Wirkstoffe, ins besondere Nikotin, verzichtet werden. Die Verbrauchseinheit bzw. Kartusche 1 7 oder das Basisteil 16 umfasst vorteilhaft einen nichtflüchtigen Datenspeicher zum Speichern von die Verbrauchseinheit bzw. Kartusche 1 7 betreffender I nforma tion bzw. Parameter. Der Datenspeicher kann Teil der elektronischen Steuerungsvorrichtung 1 5 sein. I n dem Datenspeicher ist vor teilhaft I nformation zur Zusammensetzung der in dem Flüssig keitsspeicher 1 8 gespeicherten Flüssigkeit, I nformation zum Pro zessprofil, insbesondere Leistungs-/Temperatursteuerung; Daten zur Zustandsüberwachung bzw. Systemprüfung , beispielsweise Dichtigkeitsprüfung; Daten betreffend Kopierschutz und Fälschungs sicherheit, eine ID zur eindeutigen Kennzeichnung der Verbrauchseinheit bzw. Kartusche 1 7, Seriennummer, Herstelldatum und/oder Ablaufdatum , und/oder Zugzahl (Anzahl der Inhalationszüge durch den Konsumenten) bzw. der Nutzungszeit gespeichert. Der Datenspeicher ist vorteilhaft elektrisch mit der Steuereinrichtung 1 5 ver bunden oder verbindbar. The liquid 50 to be dosed stored in the liquid reservoir 18 is, for example, a mixture of 1,2-propylene glycol, glycerine, water, at least one flavor and / or at least one active ingredient, in particular nicotine. However, the specified components of the liquid 50 are not mandatory. In particular, aromas and / or active ingredients, in particular nicotine, can be dispensed with. The consumption unit or cartridge 17 or the base part 16 advantageously comprises a non-volatile data memory for storing information or parameters relating to the consumption unit or cartridge 17. The data memory can be part of the electronic control device 1 5. I n the data memory is in front ge geous information on the composition of the liquid stored in the liquid keitsspeicher 18, information on the process profile, in particular power / temperature control; Data for condition monitoring or system testing, for example leak testing; Data relating to copy protection and forgery protection, an ID for unambiguous identification of the consumption unit or cartridge 1 7, serial number, date of manufacture 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 1 5.
In dem I nhalator 10 und/oder in einem externen Speicher, der in geeigneter und an sich bekannter Weise, zumindest zeitweilig, kommunikationstechnisch mit dem I nhalator 1 0 verbunden werden kann, könnten auch nutzerbezogene Daten, insbesondere über das Rauchverhalten, gespeichert und vorzugsweise auch zur Steuerung und Regelung des Inhalators genutzt werden. In the inhaler 10 and / or in an external memory which can be connected to the inhaler 10 in a suitable and known manner, at least temporarily, for communication purposes, user-related data, in particular about smoking behavior, could also be stored and preferably also can be used to control and regulate the inhaler.
Ein Verdampfereinsatz 100 ist zum Einsetzen in den Flüssigkeitsspeicher 18 vorgesehen. Der Flüssigkeitsspeicher weist dazu wenigstens eine Einsetzöffnung auf, in die der Verdampfereinsatz 100 eingesetzt, insbesondere eingeschoben werden kann. Der Verdampfereinsatz 100 umfasst ein Grundteil 83 zur Aufnahme des Träger 4 beziehungsweise der Verdampfervorrichtung 1 . Das Grund- teil 83 weist eine Mantelseite 31 auf, die den von dem Luftstrom 34 durchströmbaren Luftstromkanal 30 umschließt. An evaporator insert 100 is provided for insertion into the liquid reservoir 18. For this purpose, the liquid reservoir has at least one insertion opening into which the evaporator insert 100 can be inserted, in particular pushed. The evaporator insert 100 comprises a base part 83 for receiving the carrier 4 or the evaporator device 1. The reason- Part 83 has a shell side 31 which encloses the air flow channel 30 through which the air flow 34 can flow.
Das Grundteil 83 ist flüssigkeitsdicht und lässt keine Flüssigkeit 50 in den Innenraum des Verdampfereinsatzes 100 Vordringen , um einen ungewollten Austritt von Flüssigkeit 50 aus dem Luftstromkanal 30 und/oder der Verbrauchseinheit 1 7 zu verhindern. Die Abdich tung des Verdampfereinsatzes 1 00 ist so ausgebildet, dass Flüssig keit 50 nur den Weg durch die Dochtstruktur 1 9 und anschließend durch den Verdampfer 60 nehmen kann und im verdampften Zu stand dem Luftstrom 34 zugegeben wird. The base part 83 is liquid-tight and does not allow any liquid 50 to penetrate into the interior of the evaporator insert 100 in order to prevent an undesired escape of liquid 50 from the air flow channel 30 and / or the consumption unit 17. The sealing device of the evaporator insert 100 is designed so that liquid speed 50 can only take its way through the wick structure 19 and then through the evaporator 60 and is added to the air stream 34 in the evaporated state.
Der von dem Träger 4 im Bereich des Verdampfers 60 gebildete Luftkanal 130 geht stromabwärts des Verdampfers 60 in den Luft stromkanal 30 über. Der Luftkanal 130 kann als der vom Träger 4 gebildete Strömungsabschnitt des Luftstromkanals 1 30 aufgefasst werden. The air channel 130 formed by the carrier 4 in the area of the evaporator 60 merges into the air flow channel 30 downstream of the evaporator 60. The air channel 130 can be understood as the flow section of the air flow channel 130 formed by the carrier 4.
Zusätzliche Kanäle, insbesondere wenigstens ein Nebenluftkanal 101 , die stromabwärts vom Verdampfer 60 auf den Luftkanal 1 30 und/oder den Luftstromkanal 130 treffen, können für Durchmischung des Gas-/Aerosol-Gemisches mit Frischluft von einem Nebenluft strom 102 sorgen und/oder Prozesse der Nachbehandlung und/oder der Rekondensation regeln . Additional channels, in particular at least one secondary air channel 101, which meet the air channel 130 and / or the air flow channel 130 downstream of the evaporator 60, can ensure that the gas / aerosol mixture is mixed with fresh air from a secondary air stream 102 and / or processes of the Regulate post-treatment and / or recondensation.
Die Verdampfervorrichtung 1 gemäß Figur 4 umfasst einen block förmigen, vorzugsweise monolithischer Heizkörper beziehungsweise Verdampfer 60 vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Materi al, insbesondere einem Halbleitermaterial vorzugsweise Silizium , und einen Träger 4 mit einer Durchgangsöffnung 1 04 zur flüssig keitsleitenden Verbindung des Verdampfers 60 und einem Flüssig- keitsspeicher 18. Dafür ist vorteilhaft in der Durchgangsöffnung 104 eine Dochtstruktur 1 9 angeordnet. The vaporizer device 1 according to FIG. 4 comprises a block-shaped, preferably monolithic heating element or vaporizer 60, preferably made of an electrically conductive material, in particular a semiconductor material, preferably silicon, and a carrier 4 with a through opening 104 for the liquid-conducting connection of the vaporizer 60 and a liquid - For this purpose, a wick structure 19 is advantageously arranged in the through opening 104.
Es ist nicht erforderlich , dass der gesamte Verdampfer 60 aus einem elektrisch leitenden Material besteht. Es kann beispielsweise ausreichen, dass die Oberfläche des Verdampfers 60 elektrisch lei tend, beispielsweise metallisch, beschichtet oder vorzugsweise ge eignet dotiert ist. In diesem Fall muss nicht die gesamte Oberfläche beschichtet sein, beispielsweise können metallische oder vorzugs weise nichtmetallische oder nichtmetallisch kaschierte metallische Leiterbahnen auf einem nichtleitenden beziehungsweise halbleitenden Grundkörper vorgesehen sein . Es ist auch nicht zwingend erforderlich, dass der gesamte Verdampfer 60 heizt; es kann beispiels weise ausreichen, wenn ein Abschnitt oder eine Heizschicht des Verdampfers 60 im Bereich der Austrittsseite 64 heizt. It is not necessary for the entire evaporator 60 to consist of an electrically conductive material. For example, it may be sufficient that the surface of the evaporator 60 is electrically conductive, for example metallic, coated or preferably suitably doped. In this case, the entire surface does not have to be coated, for example metallic or preferably non-metallic or non-metallic laminated metallic conductor tracks can be provided on a non-conductive or semiconductive base body. It is also not absolutely necessary for the entire evaporator 60 to heat; it may be sufficient, for example, if a section or a heating layer of the evaporator 60 in the area of the outlet side 64 heats.
Vorteilhaft weist der Verdampfer 60 wenigstens auf einer Kontakt fläche, die zur elektrischen Kontaktierung mit Bonddrähten 230 vorgesehen ist, eine Metallisierungsschicht 133 auf. The evaporator 60 advantageously has a metallization layer 133 on at least one contact surface which is provided for electrical contact with bonding wires 230.
Der Verdampfer 60 ist mit einer Mehrzahl von Mikrokanälen bezie hungsweise Flüssigkeitskanälen 62 versehen, die eine Einlassseite 61 des Verdampfer 60 mit einer Auslassseite 64 des Verdampfer 60 flüssigkeitsleitend verbinden. Die Einlassseite 61 ist über eine nicht in Figur 4 gezeigte Dochtstruktur 19 flüssigkeitsleitend mit dem Flüssigkeitsspeicher 18 verbunden. Die Dochtstruktur 1 9 dient zur passiven Förderung von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicher 18 zum Verdampfer 60 mittels Kapillarkräften. The evaporator 60 is provided with a plurality of microchannels or liquid channels 62, which connect an inlet side 61 of the evaporator 60 to an outlet side 64 of the evaporator 60 in a liquid-conducting manner. The inlet side 61 is connected to the liquid reservoir 18 in a liquid-conducting manner via a wick structure 19 not shown in FIG. The wick structure 19 is used to passively convey liquid from the liquid reservoir 18 to the evaporator 60 by means of capillary forces.
Der mittlere Durchmesser der Flüssigkeitskanäle 62 liegt vorzugs weise im Bereich zwischen 5 pm und 200 pm, weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 30 gm und 1 50 miti , noch weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 50 gm und 1 00 gm. Aufgrund dieser Abmessungen wird vorteilhaft eine Kapillarwirkung erzeugt, so dass an der Einlassseite 61 in einen Flüssigkeitskanal 62 eindringende Flüssigkeit durch den Flüssigkeitskanal 62 nach oben steigt, bis der Flüs sigkeitskanal 62 mit Flüssigkeit gefüllt ist. Das Volumenverhältnis von Flüssigkeitskanälen 62 zu Verdampfer 60, das als Porosität des Verdampfers 60 bezeichnet werden kann, liegt beispielsweise im Bereich zwischen 1 0% und 50% , vorteilhaft im Bereich zwischen 1 5% und 40%, noch weiter vorteilhaft im Bereich zwischen 20% und 30% , und beträgt beispielsweise 25%. The mean diameter of the liquid channels 62 is preferably in the range between 5 μm and 200 μm, more preferably in the range between 30 gm and 150 gm, even more preferably in the range between 50 gm and 100 gm. Due to these dimensions, a capillary effect is advantageously generated so that liquid penetrating into a liquid channel 62 on the inlet side 61 through the liquid channel 62 upwards increases until the liq sigkeitskanal 62 is filled with liquid. The volume ratio of liquid channels 62 to evaporator 60, which can be referred to as the porosity of the evaporator 60, is, for example, in the range between 10% and 50%, advantageously in the range between 15% and 40%, even more advantageously in the range between 20%. and 30%, and is for example 25%.
Die Kantenlängen der mit Flüssigkeitskanälen 62 versehenen Flä chen des Verdampfer 60 liegen beispielsweise im Bereich zwischen 0,5 mm und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0.5 mm und 1 mm. Die Abmessungen der mit Flüssigkeitskanälen 62 versehenen Flächen des Verdampfers 60 können beispielsweise betragen: 0, 95 mm x 1 , 75 mm oder 1 ,9 mm x 1 , 75 mm oder 1 , 9 mm x 0, 75 mm . Die Kantenlängen des Verdampfers 60 können beispielsweise im Bereich zwischen 0,5 mm und 5 mm , vorzugsweise im Bereich zwischen 0,75 mm und 4 mm, weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 1 mm und 3 mm liegen. Die Fläche des Verdampfers 60 (chip size) kann beispielsweise 1 mm x 3 mm , 2mm x 2 mm oder 2 mm x 3 mm be tragen. The edge lengths of the surfaces of the evaporator 60 provided with liquid channels 62 are, for example, in the range between 0.5 mm and 3 mm, preferably between 0.5 mm and 1 mm. The dimensions of the surfaces of the evaporator 60 provided with liquid channels 62 can be, for example: 0.95 mm × 1.75 mm or 1.9 mm × 1.75 mm or 1.9 mm × 0.75 mm. The edge lengths of the evaporator 60 can for example be in the range between 0.5 mm and 5 mm, preferably in the range between 0.75 mm and 4 mm, more preferably in the range between 1 mm and 3 mm. The area of the evaporator 60 (chip size) can be, for example, 1 mm x 3 mm, 2 mm x 2 mm or 2 mm x 3 mm.
Die Breite b des Verdampfer 60 (siehe Figur 4) liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1 mm und 5 mm, weiter vorzugsweise im Be reich zwischen 2 mm und 4 mm, und beträgt beispielsweise 3 mm. Die Höhe h des Verdampfer 60 (siehe Figur 4) liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0, 05 mm und 1 mm , weiter vorzugsweise im Be reich zwischen 0, 1 mm und 0,75 mm, noch weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 0,2 mm und 0 ,5 mm und beträgt beispielsweise 0,3 mm. Auch noch kleinere Verdampfer 60 können gefertigt, vorge sehen und funktionsgerecht betrieben werden. The width b of the evaporator 60 (see FIG. 4) is preferably in the range between 1 mm and 5 mm, more preferably in the range between 2 mm and 4 mm, and is, for example, 3 mm. The height h of the evaporator 60 (see Figure 4) is preferably in the range between 0.05 mm and 1 mm, more preferably in the range between 0.1 mm and 0.75 mm, even more preferably in the range Range between 0.2 mm and 0.5 mm and is, for example, 0.3 mm. Even smaller evaporators 60 can be manufactured, provided and operated properly.
Die Anzahl der Flüssigkeitskanäle 62 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen vier und 1000. Auf diese Weise lässt sich der Wärmeein trag in die Flüssigkeitskanäle 62 optimieren und eine gesicherte hohe Verdampfungsleistung sowie eine ausreichend große Dampfaus trittsfläche realisieren. The number of liquid channels 62 is preferably in the range between four and 1000. In this way, the heat input into the liquid channels 62 can be optimized and a guaranteed high evaporation capacity and a sufficiently large vapor outlet surface can be achieved.
Die Flüssigkeitskanäle 62 sind in Form eines quadratischen, rechteckigen, vieleckigen, runden , ovalen oder anders geformten 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. Auf diese Weise lässt sich eine effektive und auf einfache Weise herstellbare Anordnung der Flüssigkeitskanäle 62 mit gesichert hoher Verdampfungsleistung realisieren. The liquid channels 62 are arranged in the form of a square, rectangular, polygonal, round, oval or other shaped 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. In this way, an effective and easily producible arrangement of the liquid channels 62 can be realized with a guaranteed high evaporation capacity.
Der Querschnitt der Flüssigkeitskanäle 62 kann quadratisch, recht eckig, vieleckig, rund, oval oder anders geformt sein, und/oder sich in Längsrichtung abschnittweise ändern, insbesondere vergrößern, verkleinern oder konstant bleiben. The cross section of the liquid channels 62 can be square, rectangular, polygonal, round, oval or otherwise shaped, and / or change in sections in the longitudinal direction, in particular increase, decrease or remain constant.
Die Länge eines oder jedes Flüssigkeitskanals 62 liegt vorzugswei se im Bereich zwischen 1 00 pm und 1 000 pm , weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 1 50 pm und 750 pm, noch weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 180 pm und 500 pm und beträgt beispielsweise 300 pm . Auf diese Weise lässt sich eine optimale Flüssigkeitsauf- nähme und Portionsbildung bei ausreichend gutem Wärmeeintrag von Verdampfer 60 in die Flüssigkeitskanäle 62 realisieren. The length of one or each liquid channel 62 is preferably in the range between 100 pm and 1000 pm, more preferably in the range between 150 pm and 750 pm, even more preferably in the range between 180 pm and 500 pm and is, for example, 300 pm. In this way, optimal fluid absorption can be achieved. would take and realize portioning with sufficiently good heat input from evaporator 60 into liquid channels 62.
Der Abstand zweier Flüssigkeitskanäle 62 beträgt vorzugsweise mindestens das 1 , 3-fache des lichten Durchmessers eines Flüssig keitskanals 62, wobei der Abstand auf die Mittelachsen der beiden Flüssigkeitskanäle 62 bezogen ist. Der Abstand kann bevorzugt das 1 , 5- bis 5-fache, weiter bevorzugt das 2- bis 4-fache des lichten Durchmessers eines Flüssigkeitskanals 62 betragen. Auf diese Wei se lässt sich ein optimaler Wärmeeintrag in den Verdampfer 60 und eine ausreichend stabile Anordnung und Wandstärke der Flüssig keitskanäle 62 realisieren. The distance between two liquid channels 62 is preferably at least 1.3 times the clear diameter of a liquid keitskanals 62, the distance being based on the central axes of the two liquid channels 62. The distance can preferably be 1.5 to 5 times, more preferably 2 to 4 times, the clear diameter of a liquid channel 62. In this way, an optimal introduction of heat into the evaporator 60 and a sufficiently stable arrangement and wall thickness of the liquid channels 62 can be achieved.
Aufgrund der vorbeschriebenen Merkmale kann der Verdampfer 60 auch als Volumenheizer bezeichnet werden. Due to the features described above, the evaporator 60 can also be referred to as a volume heater.
Die Verdampfervorrichtung 1 weist eine vorzugsweise von der Steu erungsvorrichtung 1 5 steuerbare Fleizspannungsquelle 71 auf, die über elektrische Leitungen 105a, 1 05b in einem Kontaktbereich 131 (nicht in Figur 4 gezeigt) an gegenüberliegenden Randabschnitten 1 32a, 1 32b des Verdampfers 60 mit diesem verbunden ist, so dass eine von der Heizspannungsquelle 71 erzeugte elektrische Span nung Uh zu einem Stromfluss durch den Verdampfer 60 führt. Auf grund des Ohm'schen Widerstands des elektrisch leitenden Ver dampfers 60 führt der Stromfluss zu einer Erhitzung des Verdamp fers 60 und daher zu einer Verdampfung von in den Flüssigkeitskanälen 62 enthaltener Flüssigkeit. Auf diese Weise erzeugter Dampf/Aerosol 6 entweicht zur Auslassseite 64 aus den Flüssig keitskanälen 62 und wird dem Luftstrom 34 beigemischt. Genauer steuert bei Feststellung eines durch Ziehen des Konsumenten verursachten Luftstroms 34 durch den Luftstromkanal 30 die Steue- rungsvorrichtung 1 5 die Heizspannungsquelle 71 an, wobei durch spontane Erhitzung die in den Flüssigkeitskanälen 62 befindliche Flüssigkeit in Form von Dampf/Aerosol aus den Flüssigkeitskanälen 62 getrieben wird. The vaporizer device 1 has a meat voltage source 71, preferably controllable by the control device 1 5, which is connected to the vaporizer 60 via electrical lines 105a, 1 05b in a contact area 131 (not shown in Figure 4) at opposite edge sections 1 32a, 1 32b of the evaporator 60 is, so that an electrical voltage Uh generated by the heating voltage source 71 leads to a current flow through the evaporator 60. Because of the ohmic resistance of the electrically conductive evaporator 60, the flow of current leads to heating of evaporator 60 and therefore to evaporation of liquid contained in liquid channels 62. Vapor / aerosol 6 generated in this way escapes to the outlet side 64 from the liquid channels 62 and is mixed with the air flow 34. More precisely, when an air flow 34 caused by pulling the consumer through the air flow channel 30 is detected, the control Approximation device 1 5 to the heating voltage source 71, whereby the liquid in the liquid channels 62 in the form of vapor / aerosol is driven out of the liquid channels 62 by spontaneous heating.
Eine elektronische beziehungsweise elektrische Anbindung des Verdampfers 60 an die elektrischen Leitungen 105a, 105b ist mit Bezug zu Figuren 1 und 2 erläutert. Insbesondere die Bonddrähte 230 sind nur schematisch gezeigt. Es ist denkbar, dass in vorteilhaf ten Ausführungsformen eine andere Anzahl von Bonddrähten 230 als sechs wie gezeigt vorgesehen ist. Es können beispielsweise 1 , 2 oder 10 bis 100 Bonddrähte 230 vorgesehen sein. An electronic or electrical connection of the evaporator 60 to the electrical lines 105a, 105b is explained with reference to FIGS. 1 and 2. In particular, the bonding wires 230 are only shown schematically. It is conceivable that in advantageous embodiments a different number of bonding wires 230 than six is provided as shown. For example, 1, 2 or 10 to 100 bonding wires 230 can be provided.
Vorzugsweise ist in dem Datenspeicher des Inhalators 1 0 eine dem verwendeten Flüssigkeitsgemisch angepasste Spannungskurve Uh(t) hinterlegt. Dies ermöglicht es, den Spannungsverlauf Uh(t) dem verwendeten Liquid angepasst vorzugeben, so dass sich die Heiztemperatur des Verdampfers 60, und damit auch die Tempera tur der kapillaren Flüssigkeitskanäle 62, gemäß der bekannten Ver dampfungskinetik des jeweiligen Liquids zeitlich über den Verdamp fungsvorgang steuern lässt, wodurch optimale Verdampfungsergebnisse erzielbar sind. Die Verdampfungstemperatur liegt vorzugswei se im Bereich zwischen 1 00 °C und 400 °C, weiter bevorzugt zwi schen 1 50 °C und 350 °C, noch weiter bevorzugt zwischen 190 °C und 290 °C. A voltage curve Uh (t) adapted to the liquid mixture used is preferably stored in the data memory of the inhaler 1 0. This makes it possible to specify the voltage curve Uh (t) adapted to the liquid used, so that the heating temperature of the evaporator 60, and thus also the temperature of the capillary liquid channels 62, are controlled over time via the evaporation process according to the known evaporation kinetics of the respective liquid leaves, whereby optimal evaporation results can be achieved. The evaporation temperature is preferably in the range between 100 ° C and 400 ° C, more preferably between 150 ° C and 350 ° C, even more preferably between 190 ° C and 290 ° C.
Der Verdampfer 60 kann vorteilhaft aus Teilstücken eines Wafers mit Dünnfilmschichttechnologie hergestellt werden, welcher eine Schichtdicke von vorzugsweise kleiner oder gleich 1 000 pm, weiter vorzugsweise 750 pm , noch weiter vorzugsweise kleiner oder gleich 500 pm aufweist. Oberflächen des Verdampfers 60 können vorteil- haft hydrophil sein. Die Ausiassseite 64 des Verdampfers 60 kann vorteilhaft mikrostrukturiert sein bzw. Mikroausnehmungen (micro grooves) aufweisen. The evaporator 60 can advantageously be produced from sections of a wafer using thin-film layer technology, which has a layer thickness of preferably less than or equal to 1,000 μm, more preferably 750 μm, even more preferably less than or equal to 500 μm. Surfaces of the evaporator 60 can advantageously be hydrophilic. The outlet side 64 of the evaporator 60 can advantageously be microstructured or have micro grooves.
Die Verdampfervorrichtung 1 ist so eingestellt, dass eine Flüssig keitsmenge vorzugsweise im Bereich zwischen 1 pl und 20 mI, weiter vorzugsweise zwischen 2 mI und 10 mI, noch weiter vorzugsweise zwischen 3 mI und 5 mI , typischerweise 4 mI pro Zug des Konsumenten, zudosiert wird. Vorzugsweise kann die Verdampfervorrichtung 1 hinsichtlich der Flüssigkeits-/Dampfmenge pro Zug, d. h . je Zugdauer von 1 s bis 3 s, einstellbar sein. The vaporizer device 1 is set so that an amount of liquid preferably in the range between 1 pl and 20 mI, more preferably between 2 mI and 10 mI, even more preferably between 3 mI and 5 mI, typically 4 mI per puff of the consumer, is added . Preferably, the vaporizer device 1 can, in terms of the amount of liquid / vapor per puff, i.e. H . can be set from 1 s to 3 s for each pulling time.
I m Folgenden wird beispielhaft der Ablauf des Verdampfungsvor gangs erläutert. The sequence of the evaporation process is explained below by way of example.
In einem Ausgangszustand ist die Spannungsquelle 71 beziehungs weise der Energiespeicher 14 für den Heizvorgang ausgeschaitet. In an initial state, the voltage source 71 or the energy store 14 is switched off for the heating process.
Zum Verdampfen von Flüssigkeit 50 wird die Spannungsquelle 14,To evaporate liquid 50, the voltage source 14,
71 für den Verdampfer 60 aktiviert. Die Spannung Uh wird dabei so eingestellt, dass die Verdampfungstemperatur in dem Verdampfer 60 und somit in den Flüssigkeitskanälen 62 an das individuelle Verdampfungsverhalten des eingesetzten Flüssigkeitsgemischs ange passt ist. Dies verhindert die Gefahr von lokaler Überhitzung und dadurch Schadstoffentstehung . 71 activated for the evaporator 60. The voltage Uh is set so that the evaporation temperature in the evaporator 60 and thus in the liquid channels 62 is adapted to the individual evaporation behavior of the liquid mixture used. This prevents the risk of local overheating and the creation of pollutants.
Sobald eine Flüssigkeitsmenge verdampft ist, die dem Volumen der Flüssigkeitskanäle 62 entspricht oder damit in Zusammenhang steht, wird die Heizspannungsquelle 71 deaktiviert. Da die Liquidei genschaften und -menge vorteilhaft exakt bekannt sind und der Ver dampfer 60 einen messbaren temperaturabhängigen Widerstand aufweist, kann dieser Zeitpunkt sehr genau bestimmt bzw. gesteuert werden. As soon as an amount of liquid has evaporated which corresponds to the volume of the liquid channels 62 or is related to it, the heating voltage source 71 is deactivated. Since the Liquidei properties and quantity are advantageously known exactly and the Ver evaporator 60 has a measurable temperature-dependent resistance this point in time can be determined or controlled very precisely.
Nach Abschluss des Heizvorgangs sind die Flüssigkeitskanäle 62 überwiegend oder vollständig entleert. Die Heizspannung 71 wird dann so lange ausgeschaltet gehalten, bis mittels Nachförderung von Flüssigkeit durch die Dochtstruktur 1 9 die Flüssigkeitskanäle 62 wieder aufgefüllt sind. Sobald dies der Fall ist, kann der nächste Heizzyklus durch einschalten der Heizspannung 71 begonnen wer den. After completion of the heating process, the liquid channels 62 are predominantly or completely emptied. The heating voltage 71 is then kept switched off until the liquid channels 62 are refilled by means of replenishing liquid through the wick structure 19. As soon as this is the case, the next heating cycle can be started by switching on the heating voltage 71.
Die von der Heizspannungsquelle 71 erzeugte Ansteuerfrequenz des Verdampfers 60 liegt im Allgemeinen vorteilhaft im Bereich von 1 Hz bis 50 kHz, bevorzugt im Bereich von 30 Hz bis 30 kHz, noch weiter vorteilhaft im Bereich von 100 Hz bis 25 kHz. The control frequency of the evaporator 60 generated by the heating voltage source 71 is generally advantageously in the range from 1 Hz to 50 kHz, preferably in the range from 30 Hz to 30 kHz, even more advantageously in the range from 100 Hz to 25 kHz.
Die Frequenz und der Tastgrad der Heizspannung Uh für den Ver dampfer 60 sind vorteilhaft an die Eigenschwingung bzw. Eigenfrequenz der Blasenschwingungen während der Blasensiedung angepasst. Vorteilhaft kann die Periodendauer 1 /f der Heizspannung da her im Bereich zwischen 5 ms und 50 ms, weiter vorteilhaft zwi schen 1 0 ms und 40 ms, noch weiter vorteilhaft zwischen 1 5 ms und 30 ms liegen und beispielsweise 20 ms betragen . Je nach Zusam mensetzung der verdampften Flüssigkeit 50 können andere als die genannten Frequenzen optimal an die Eigenschwingung bzw. Eigenfrequenz der Blasenschwingungen angepasst sein. The frequency and the duty cycle of the heating voltage Uh for the United evaporator 60 are advantageously adapted to the natural vibration or natural frequency of the bubble vibrations during the bubble boiling. The period duration 1 / f of the heating voltage can therefore advantageously be in the range between 5 ms and 50 ms, further advantageously between 10 ms and 40 ms, even more advantageously between 15 ms and 30 ms and, for example, be 20 ms. Depending on the composition of the vaporized liquid 50, frequencies other than those mentioned can be optimally adapted to the natural oscillation or natural frequency of the bubble oscillations.
Des Weiteren hat sich gezeigt, dass der durch die Heizspannung Uh erzeugten maximale Heizstrom vorzugsweise nicht mehr als 7 A, weiter vorzugsweise nicht mehr als 6,5 A, noch weiter vorzugsweise nicht mehr als 6 A betragen und optimalerweise im Bereich zwi- sehen 4 A und 6 A liegen sollten, um konzentrierten Dampf bei Ver meidung von Überhitzung zu gewährleisten. Furthermore, it has been shown that the maximum heating current generated by the heating voltage Uh is preferably not more than 7 A, more preferably not more than 6.5 A, even more preferably not more than 6 A and optimally in the range between see 4 A and 6 A should be in order to ensure concentrated steam while avoiding overheating.
Die Förderrate der Dochtstruktur 1 9 ist wiederum optimal an die an die Verdampfungsrate des Verdampfers 60 angepasst, so dass jederzeit ausreichend Flüssigkeit 50 nachgefördert werden kann und ein Leerlaufen des Bereichs vor dem Verdampfer 60 vermieden wird. Die Verdampfervorrichtung 1 ist vorzugsweise auf der Grundlage von MEMS-Technologie, insbesondere aus Silizium , gefertigt und daher vorteilhaft ein Mikro-Elektro-Mechanisches System. The delivery rate of the wick structure 19 is in turn optimally adapted to the evaporation rate of the evaporator 60, so that sufficient liquid 50 can be fed at any time and the area in front of the evaporator 60 is avoided. The evaporator device 1 is preferably made on the basis of MEMS technology, in particular from silicon, and is therefore advantageously a micro-electro-mechanical system.
Vorgeschlagen wird nach dem zuvor Gesagten vorteilhaft ein Schichtaufbau bestehend aus einem vorteilhaft mindestens auf der Einlassseite 61 planaren Verdampfer 60 auf Si-Basis und einer oder mehrerer darunter liegender Kapillarstrukturen 19 mit vorteilhaft un terschiedlicher Porengröße. Die direkt an der Einlassseite 61 des Verdampfers 60 angeordnete Dochtstruktur 1 9 verhindert die Bil- düng von Blasen an der Einlassseite 61 des Verdampfers 60, da Gasblasen eine weitere Förderwirkung unterbinden und gleichzeitig zu einer (lokalen) Überhitzung des Verdampfers 60 aufgrund fehlender Kühlung durch nachströmendes Liquid führen. According to what has been said above, a layer structure is advantageously proposed consisting of an evaporator 60 based on Si, advantageously planar at least on the inlet side 61, and one or more underlying capillary structures 19 with advantageously different pore sizes. The wick structure 1 9 arranged directly on the inlet side 61 of the evaporator 60 prevents the formation of bubbles on the inlet side 61 of the evaporator 60, since gas bubbles prevent any further conveying effect and at the same time lead to (local) overheating of the evaporator 60 due to the lack of cooling by inflowing Lead liquid.

Claims

Ansprüche: Expectations:
1 . Verdampfervorrichtung (1 ) für einen I nhalator ( 10), umfassend1 . Vaporizer device (1) for an inhaler (10), comprising
- mindestens einen elektrischen Verdampfer (60) zum Ver dampfen von dem Verdampfer (60) zugeführter Flüssigkeit (50), wobei die Flüssigkeit (50) durch Kapillarkräfte von einer Einlassseite (61 ) durch wenigstens einen Flüssigkeitskanal (62) zu einer Auslassseite (64) transportiert wird , wo verdampf te Flüssigkeit (50) einem Luftstrom (34) zugebbar ist, - At least one electric evaporator (60) for vaporizing liquid (50) supplied by the evaporator (60), the liquid (50) being driven by capillary forces from an inlet side (61) through at least one liquid channel (62) to an outlet side (64) is transported where evaporated liquid (50) can be added to an air stream (34),
- einen Träger (4), der den Verdampfer (60) hält, und - a support (4) holding the evaporator (60), and
- wenigstens eine den Verdampfer (60) elektrisch kontaktierende elektrische Leitung (105a, 1 05b), - At least one electrical line (105a, 1 05b) which makes electrical contact with the evaporator (60),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
- der Verdampfer (60) und die elektrische Leitung (105a, 1 05b) mit wenigstens einem Bonddraht (230) miteinander elektrisch verbunden sind. - The evaporator (60) and the electrical line (105a, 1 05b) are electrically connected to one another with at least one bonding wire (230).
2. Verdampfervorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekenn zeichnet, dass 2. evaporator device (1) according to claim 1, characterized in that
- der Bonddraht (230) mit dem Verdampfer (60) auf der Einlassseite (61 ) oder der Auslassseite (64) verbunden ist. - The bonding wire (230) is connected to the evaporator (60) on the inlet side (61) or the outlet side (64).
3. Verdampfervorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 3. evaporator device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that
- die elektrische Leitung (105) einen Kontaktbereich (1 31 ) auf weist, und - The electrical line (105) has a contact area (1 31), and
- der Bonddraht (230) mit der elektrischen Leitung (1 05a, - the bonding wire (230) with the electrical line (1 05a,
1 05b) im Kontaktbereich ( 1 31 ) verbunden ist. 1 05b) is connected in the contact area (1 31).
4. Verdampfervorrichtung ( 1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass - der Kontaktbereich (1 31 ) aus Gold ist. 4. evaporator device (1) according to claim 3, characterized in that - The contact area (1 31) is made of gold.
5. Verdampfervorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 5. evaporator device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that
- der Bonddraht (230) aus Gold ist. - The bonding wire (230) is made of gold.
6. Verdampfervorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 6. Evaporator device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that
- der Träger (4) ein keramisches Substrat (103) umfasst. - The carrier (4) comprises a ceramic substrate (103).
7. Verdampfervorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 7. evaporator device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that
- eine Klebung zur Halterung des Verdampfers (60) am Träger (4) vorgesehen ist. - An adhesive is provided for holding the evaporator (60) on the carrier (4).
8. Verdampfervorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 8. evaporator device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that
- der Verdampfer (60) eine Metallisierungsschicht (1 33) auf weist. - The evaporator (60) has a metallization layer (1 33).
9. Verdampfervorrichtung (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass 9. evaporator device (1) according to claim 8, characterized in that
- die Metallisierungsschicht ( 1 33) Nickel, Gold und/oder Palladium umfasst. - The metallization layer (1 33) comprises nickel, gold and / or palladium.
10. Verdampfervorrichtung (1 ) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass 10. evaporator device (1) according to claim 8 or 9, characterized in that
- zwischen dem Verdampfer (60) und der Metallisierungs schicht (1 33) eine Grundierung vorgesehen ist. - A primer is provided between the evaporator (60) and the metallization layer (1 33).
1 1 . Verdampfervorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 1 1. Evaporator device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that
- der Verdampfer (60) eine rechteckige Grundfläche mit zwei gegenüberliegenden Randabschnitten (1 32a, 1 32b) aufweist, und - The evaporator (60) has a rectangular base area with two opposite edge sections (1, 32a, 1, 32b), and
- jeweils wenigstens ein Bonddraht (230) an jeder der gegen überliegenden Randabschnitte (1 32a, 1 32b) mit dem Verdamp fer (60) verbunden ist. - In each case at least one bonding wire (230) is connected to the evaporator (60) on each of the opposing edge sections (1 32a, 1 32b).
12. Verdampfervorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 12. Evaporator device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that
- eine Mehrzahl von Bonddrähten (230) vorgesehen ist, und - A plurality of bonding wires (230) is provided, and
- der Träger (4) zwischen den Bonddrähten (230) eine Durch gangsöffnung (104) aufweist. - The carrier (4) between the bonding wires (230) has a through opening (104).
1 3. Verdampfervorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 1 3. Evaporator device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that
- die elektrische Verbindung zwischen dem Verdampfer (60) und der elektrischen Leitung ( 105a, 105b) über den Bonddraht (230) einen elektrischen Widerstand von 5 mO bis 20 mO aufweist. - The electrical connection between the evaporator (60) and the electrical line (105a, 105b) via the bonding wire (230) has an electrical resistance of 5 mO to 20 mO.
14. Verbrauchseinheit (1 7) für einen I nhalator (10), umfassend14. Consumption unit (1 7) for an inhaler (10), comprising
- eine Verdampfervorrichtung (1 ) nach einem der vorangehen- den Ansprüche und - An evaporator device (1) according to one of the preceding claims and
- einen Flüssigkeitsspeicher (18), wobei - A liquid reservoir (18), wherein
- die Verdampfervorrichtung (1 ) flüssigkeitsleitend mit dem Flüssigkeitsspeicher (18) verbunden ist. - The evaporator device (1) is connected to the liquid reservoir (18) in a liquid-conducting manner.
1 5. Inhalator (10) umfassend 1 5. Inhaler (10) comprising
- eine Verbrauchseinheit (17) nach Anspruch 14 und - eine Basiseinheit (16). - A consumption unit (17) according to claim 14 and - a base unit (16).
16. Verfahren zur Herstellung einer Verdampfervorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 1 3, umfas- send die folgenden Schritte: 16. A method for producing an evaporator device (1) according to one of the preceding claims 1 to 1 3, comprising the following steps:
- Bereitstellen des elektrischen Verdampfers (60), des Trägers (4) und der elektrischen Leitungen ( 1 05a, 105b) , - Provision of the electrical evaporator (60), the carrier (4) and the electrical lines (1 05a, 105b),
- elektrisches Verbinden der elektrischen Leitung (105a, 1 05b) mit dem Verdampfer (60) durch Anbringen eines Bonddrahts (230). - Electrical connection of the electrical line (105a, 1 05b) to the evaporator (60) by attaching a bonding wire (230).
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass17. The method according to claim 16, characterized in that
- der Verdampfer (60) vor dem elektrischen Verbinden auf den Träger (4) geklebt wird. - The evaporator (60) is glued to the carrier (4) before the electrical connection.
18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass 18. The method according to any one of the preceding claims 16 to 17, characterized in that
- der Verdampfer (60) mit einer Metallisierungsschicht (1 33) versehen wird. - The evaporator (60) is provided with a metallization layer (1 33).
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