CN111165903A - 发热元件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发热元件，其包括相互连接的基板和底板，基板上设置有至少两个通孔，基板的至少部分外表面和通孔的内壁上设置有镀膜层，基板上表面的镀膜层上设置有电极，底板上设置有凹槽，凹槽的内壁与基板共同围合形成液体通道，液体通道与通孔流体连通。本发明提供的发热元件，在基板内部设置至少两个通孔，利用通孔吸收和存储烟液，烟液均匀分散在各个通孔内，同时在基板表面的镀膜层上设置电极，电极与镀膜层形成导电通路，镀膜层的电阻受温度影响波动较小，使得镀膜层通电加热通孔内的烟液时雾化产生的烟雾量稳定，同时烟液受热均匀，避免发热元件局部干烧。本发明还提供了一种发热元件的制备方法。

Description

发热元件及其制备方法

技术领域

本发明涉及模拟吸烟技术领域，特别地，涉及一种用于气溶胶发生装置的发热元件及其制备方法。

背景技术

电子烟或加湿器等液体雾化装置中设置有发热元件，现有技术的发热元件通常由金属丝和导油棉构成，利用金属丝通电后产生的热量将导油棉内的液体加热，达到雾化液体的目的。但此类结构的发热元件容易受到金属丝的构型、导油棉各部分存储液体不均匀等因素影响，会遇到液体受热不均匀、液体雾化量少、发热元件局部干烧以及导油棉受热碳化等一系列问题。因此，需要开发一款液体受热均匀同时不易干烧的发热元件及其制备方法。

发明内容

基于此，有必要提供一种液体受热均匀、不易干烧的发热元件及其制备方法。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种发热元件，所述发热元件包括相互连接的基板和底板，所述基板上设置有至少两个通孔，所述基板的至少部分外表面以及和所述通孔的内壁上设置有镀膜层，所述基板上表面的镀膜层上设置有电极，所述底板上设置有凹槽，所述凹槽的内壁与所述基板共同围合形成液体通道，所述液体通道与所述通孔流体连通。

进一步地，所述基板位于至少部分相邻所述通孔之间的下表面上设置有镀膜层和/或所述基板位于至少部分相邻所述通孔之间的上表面上设置有镀膜层。

一种如上述发热元件的制备方法，包括以下步骤：

S1：准备基板和底板，在所述基板上刻蚀至少两个通孔，在所述底板上刻蚀凹槽；

S2：利用镀膜工艺在每个所述通孔的内壁和所述基板的至少部分外表面设置镀膜层；

S3：在所述基板表面的镀膜层上设置电极；

S4：利用键合工艺将S3制得的所述基板与S1制得的所述底板键合，所述基板与所述凹槽的内壁共同围合形成液体通道，所述液体通道与所述通孔流体连通，即得所述发热元件。

进一步地，所述基板的上表面与所述镀膜层之间设置有钝化保护层，所述钝化保护层上设置有两个空白区域，两个所述空白区域分别与两个所述电极一一对应，每个所述电极设置在对应的所述空白区域内，所述电极由铝、铂、钛、钨或金中的任意一种或几种材料制成。。

进一步地，所述通孔的内壁与所述镀膜层之间依次设置有绝缘层和种子层，所述基板的外表面与所述镀膜层之间依次设置有绝缘层和种子层，所述绝缘层由氧化硅、碳化硅或氮化硅中的任意一种或几种化学性质稳定的电绝缘材料制成。

进一步地，所述通孔的尺寸为1μm-10000μm。

进一步地，所述通孔的尺寸为30μm-200μm。

进一步地，所述通孔的数量为10-10000。

进一步地，所述镀膜层的厚度为1～100μm。

进一步地，所述钝化保护层的厚度为0.2～10μm。

进一步地，所述绝缘层的厚度为0.2～10μm。

进一步地，所述镀膜层由铜、镍、金、氧化铜或者氧化镍中的一种或几种材料制成。

进一步地，所述基板的材料为玻璃或硅中的任意一种，所述底板的材料为硅、玻璃或高分子聚合物材料中的任意一种。

进一步地，所述高分子聚合物材料为PDMS(polydimethylsiloxane聚二甲基硅氧烷)或PMMA(Polymethyl methacrylate有机玻璃)中任意一种。

进一步地，所述硅为晶体硅晶圆、含硼或磷离子的低阻晶体硅晶圆以及绝缘上晶体硅晶圆(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)中的任意一种。

进一步地，所述钝化保护层由氮化硅或氧化硅中的任意一种或两种材料制成。

进一步地，所述电极由铝、铂、钛、钨或金中的任意一种或几种材料制成。

进一步地，所述键合工艺为阳极键合、金硅键合、金属键合、硅硅键合、硅-PDMS键合或硅-PMMA键合中的任意一种。

本发明的有益效果是：本发明提供的发热元件，在基板内部设置至少两个通孔，利用通孔吸收和存储烟液，烟液均匀分散在各个通孔内，通过在通孔内以及基板的外表面设置镀膜层，在基板上表面的镀膜层上设置电极，电极与镀膜层形成导电通路，镀膜层的电阻受温度影响波动较小，使得镀膜层通电加热通孔内的烟液时雾化产生的烟雾量稳定，同时烟液受热均匀，改善了烟液受热不均的问题，解决了发热元件局部容易干烧产生有害气体的现象。而且由于镀膜层的宽度调节方便，使得相邻两个通孔之间的间隙可以减小，这样，通孔的数量可以增加，从而提高了发热元件储存烟液的效率，同时基板下表面的镀膜层还能够直接对液体通道中的烟液进行预加热，提高雾化效率。

本发明的发热元件，在基板上表面的镀膜层上设置电极，操作方便，工艺简单，同时在底板上设置凹槽，凹槽的内壁与基板的底部之间围合形成与通孔流体连通的液体通道，便于生产操作。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明制备发热元件的工艺流程图；

图2是图1制备发热元件的工艺流程图中S1加工过程中的结构示意图；

图3是图1制备发热元件的工艺流程图中S1加工过程中的结构示意图；

图4是图1制备发热元件的工艺流程图中S2加工过程中的结构示意图；

图5是在S2制备的发热元件的外部设置钝化保护层的结构示意图；

图6是图1制备发热元件的工艺流程图中S3加工过程中的结构示意图；

图7是图1制备发热元件的工艺流程图中S4加工过程中的结构示意图；

图8是本发明其中一种实施方式中发热元件的结构示意图；

图9是本发明又一实施方式中发热元件的结构示意图；

图中零部件名称及其编号分别为：

发热元件100 基板10 底板20

通孔11 钝化保护层12 镀膜层13

电极14 空白区域15 底板20

凹槽21 液体通道22

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图7所示，本发明提供了一种如图1所示制备发热元件的工艺流程图中S4加工过程中的发热元件100，发热元件100包括相互连接的基板10和底板20。

基板10上设置有两个通孔11，两个通孔11形成通孔阵列，基板10位于两个通孔11相对两侧的上表面、基板10位于两个通孔11之间的下表面以及每个通孔11的内壁上设置有镀膜层13，镀膜层13的外表面设置有钝化保护层12，位于基板10外表面的钝化保护层12上设置有至少两个空隙，每个所述空隙形成空白区域15，本实施方式中，空白区域15的数量为两个，空白区域15设置在基板10的上表面，每个空白区域15上设置有电极14，电极14与镀膜层13接触，其中一个电极14为正电极，另外一个电极14为负电极，本实施方式中，电极14与镀膜层13之间为欧姆接触；可以理解地，在其它未示出的实施方式中，空白区域15的数量可以是四个、六个或更多个，对应的，电极14的数量也可以是四个、六个或更多个。可以理解地，在其它未示出的实施方式中，通孔11的数量还可以是三个、四个甚至更多个。

在其中一个实施方式中，通孔11的内壁与镀膜层13之间依次设置有绝缘层和种子层，基板10的外表面与镀膜层13之间依次设置有绝缘层和种子层，所述绝缘层的设置防止镀膜层13与通孔11的内壁以及镀膜层13与基板10的外表面之间电性导通，避免由于基板10的电阻太小造成短路，所述种子层的设置便于设置镀膜层13，种子层的材料根据镀膜层13的材料进行选择，本实施方式中，种子层由铜制成；本实施方式中，绝缘层由氧化硅制成，可以理解地，在其它未示出的实施方式中，绝缘层还可以是碳化硅或氮化硅中的任意一种绝缘材料制成。

底板20上设置有凹槽21，凹槽21的一端与外界连通，凹槽21的内壁与基板10的下表面共同围合形成液体通道22，液体通道22与通孔11连通。本实施方式中，基板10与底板20之间分体加工，然后通过键合工艺连接，便于设置凹槽21。

使用时，把发热元件100置于装有烟液的空间内，烟液通过液体通道22的一端进入液体通道22内，进而进入通孔11内；同时把发热元件100与与外部电源接通，具体地，其中一个电极14为正电极，该电极14与外部电源的正极连通，另外一个电极14为负电极，该电极14与外部电源的负极连通，此时，电流经过电极14、镀膜层13以及另一个电极14形成导电通路，通孔11内的镀膜层13和基板10下表面的镀膜层13通电发热，从而加热通孔11内和液体通道22内的烟液，产生烟雾，烟雾从通孔11散发至外部。

可以理解地，在其它未示出的实施方式中，如图8和图9所示，镀膜层13也可设置在至少部分相邻通孔11之间的上表面上，或者，镀膜层13设置在基板10的外表面，只需保证电极14与外部电源连通时，电流经过电极14、镀膜层13以及另一个电极14形成导电通路即可。

一种发热元件100的制备方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

如图2和图3所示，S1：准备基板10和底板20，在基板10上刻蚀至少两通孔11，在底板20上刻蚀凹槽21；

如图4所示，S2：利用镀膜工艺在每个通孔11的内壁以及基板10的至少部分外表面设置镀膜层13；

如图6所示，S3：在所述基板10表面的镀膜层13上设置电极14；

如图7所示，S4：利用键合工艺将S3制得的基板10与S1制得的底板20键合，基板10的下表面与凹槽21的内壁共同围合形成液体通道22，液体通道22与通孔11流体连通，即得发热元件100。

在其中一个实施方式中，如图5所示，S2中在基板10的外表面设置镀膜层13之后，在镀膜层13表面设置钝化保护层12，位于基板10上表面的钝化保护层12上设置有两个空隙，每个所述空隙形成空白区域15，每个空白区域15上设置有电极14。可以理解地，空白区域15的形成可通过在基板10上表面的镀膜层13的局部区域设置遮蔽件，此时在镀膜层13的表面设置钝化保护层12时，所述遮蔽件覆盖的区域为空白区域15，设置电极14时将遮蔽件移除即可。可以理解地，在其它未示出的实施方式中，空白区域15的数量可以是四个、六个或更多个，对应的，电极14的数量也可以是四个、六个或更多个。

在其中一个实施方式中，通孔11的内壁与镀膜层13之间还设置有绝缘层，基板10的外表面与镀膜层13之间设置有绝缘层，所述绝缘层的设置防止镀膜层13与通孔11的内壁之间以及镀膜层13与基板10的外表面之间电性导通，避免由于基板10的电阻太小造成短路，本实施方式中，绝缘层由氧化硅制成，可以理解地，在其它未示出的实施方式中，绝缘层还可以是碳化硅或氮化硅中的任意一种或几种化学性质稳定的电绝缘材料制成。

所述绝缘层与镀膜层13之间设置有种子层，所述种子层的设置便于设置镀膜层13，种子层的材料根据镀膜层13的材料进行选择，本实施方式中，镀膜层13由铜制成，种子层由铜制成。

本实施方式中，键合工艺为硅硅键合工艺，可以理解地，在其它未示出的实施方式中，所述键合工艺还可以为阳极键合、金硅键合、金属键合、硅-PDMS键合或硅-PMMA键合中的任意一种键合工艺。本实施方式中，通过电镀膜法工艺在通孔11内镀上一层镀膜层13，可以理解地，在其它未示出的实施方式中，所述镀膜工艺还可以是化学镀膜法。

本实施方式中，镀膜层13由铜制成，可以理解地，在其它未示出的实施方式中，镀膜层13还可以由镍、金、氧化铜或者氧化镍中的一种或几种具有导电性的金属材料制成。

本实施方式中，基板10的材料为晶体硅晶圆，底板20的材料为玻璃，可以理解地，在其它未示出的实施方式中，所述基板10的材料还可为含硼或磷离子的低阻晶体硅晶圆和绝缘上晶体硅晶圆(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)等硅材料中的任意一种，或者，基板10的材料为玻璃；底板20的材料还可以是硅或高分子聚合物材料中任意一种，所述高分子聚合物材料为PDMS(polydimethylsiloxane聚二甲基硅氧烷)或PMMA(Polymethylmethacrylate有机玻璃)中的任意一种；本实施方式中，电极14由金制成，可以理解地，在其它未示出的实施方式中，电极14由铝、铂、钛、钨、氧化铜、氧化锌等导电金属材料中的任意一种或几种材料制成；

本实施方式中，通孔11的数量为两个，可以理解地，在其它实施方式中，通孔11的数量可以为一个、三个、四个或更多个；本实施方式中，通孔11的形状为圆形，可以理解地，在其它未示出的实施方式中，通孔11的形状还可以是方形或三角形，只需满足通孔11贯通基板10即可；可以理解地，通孔11的尺寸可以为1μm-10000μm，优选地，通孔11的尺寸为30μm-200μm，本实施方式中，通孔11的尺寸为200μm。可以理解地，在其它未示出的实施方式中，部分通孔11也可能被镀膜后的镀膜层13填满。

可以理解地，镀膜层13的厚度可以是1～100μm，本实施方式中，镀膜层13的厚度为2μm；可以理解地，钝化层12的厚度可以是0.2～10μm，本实施方式中，钝化保护层12的厚度为0.2μm；可以理解地，绝缘层的厚度可以是0.2～10μm，本实施方式中，绝缘层的厚度为0.2μm；可以理解地，种子层的厚度为1μm以下，本实施方式中，种子层的厚度为1μm。

本实施方式中，钝化保护层12由氮化硅制成，可以理解地，在其它未示出的实施方式中，钝化保护层12还可以由氧化硅或其它合适的材料制成，设置钝化保护层12可防止镀膜层13被氧化腐蚀。

本发明的发热元件100，在基板10内部设置多个通孔，利用通孔11吸收和存储烟液，烟液设置在各个通孔11内，通过在通孔11内和基板10的外表面设置镀膜层13，在基板10上表面的镀膜层13上设置两个电极14，电极14、镀膜层13以及另一个电极14形成导电通路，镀膜层13的电阻受温度影响波动较小，使得镀膜层13通电加热通孔11内的烟液时雾化产生的烟雾量稳定，同时烟液受热均匀，改善了烟液受热不均的问题，解决了发热元件100局部容易干烧产生有害气体的现象。基板10下表面的镀膜层13还能够直接对液体通道22中的烟液进行预加热，提高雾化效率。

本发明的发热元件100，在基板10上表面的镀膜层13上设置电极14，操作方便，工艺简单。在一个实施方式中，底板20上设置凹槽21，凹槽21的内壁与基板10的下表面之间围合形成与通孔11流体连通的液体通道22，便于生产操作。

本发明在镀膜层13的表面设置钝化保护层12，防止镀膜层13被氧化腐蚀，在钝化保护层12的两个空白区域15内设置电极14，操作方便，工艺简单，同时在底板20上设置凹槽21，凹槽21的内壁与基板10的下表面之间围合形成与通孔11流体连通的液体通道22，便于生产操作。

本发明提供的发热元件100的制备方法，通过在基板10上设置至少两个通孔11，利用镀膜工艺在通孔11内设置镀膜层13，最后利用键合工艺将基板10和底板20键合在一起，底板20上的凹槽21的内壁与基板10的下表面之间围合形成液体通道22，外界烟液通过液体通道22内进入通孔11内，镀膜层13通电加热烟液产生烟雾，工艺简单，操作方便；同时在通孔11内以及基板10的外表面设置镀膜层13，在基板10上表面的镀膜层13上设置电极14，电极14、与镀膜层13形成导电通路，镀膜层13的电阻受温度影响波动较小，使得镀膜层13通电加热通孔11内的烟液时雾化产生的烟雾量稳定。

本发明提供的发热元件100的制备方法，由于镀膜层13的宽度调节方便，使得相邻两个通孔11之间的间隙可以减小，这样，通孔11的数量可以增加，从而提高了发热元件100储存烟液的效率。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (13)

1.一种发热元件，其特征在于：所述发热元件包括相互连接的基板和底板，所述基板上设置有至少两个通孔，所述基板的至少部分外表面以及所述通孔的内壁上设置有镀膜层，所述基板外表面的镀膜层上设置有电极，所述底板上设置有凹槽，所述凹槽的内壁与所述基板共同围合形成液体通道，所述液体通道与所述通孔流体连通。

2.如权利要求1所述的发热元件，其特征在于：所述基板位于至少部分相邻所述通孔之间的下表面上设置有镀膜层和/或所述基板位于至少部分相邻所述通孔之间的上表面上设置有镀膜层。

3.如权利要求1所述的发热元件，其特征在于：所述镀膜层表面设置有钝化保护层，位于所述基板外表面的所述钝化保护层上设置有至少两个空白区域，一个所述空白区域与一个所述电极一一对应，每个所述电极设置在对应的所述空白区域内。

4.如权利要求1所述的发热元件，其特征在于：所述通孔的内壁与所述镀膜层之间依次设置有绝缘层和种子层，所述基板的外表面与所述镀膜层之间依次设置有绝缘层和种子层。

5.如权利要求1所述的发热元件，其特征在于：所述镀膜层的厚度为1～100μm。

6.如权利要求3所述的发热元件，其特征在于：所述钝化保护层的厚度为0.2～10μm。

7.如权利要求4所述的发热元件，其特征在于：所述绝缘层的厚度为0.2～10μm。

8.如权利要求5所述的发热元件，其特征在于：所述种子层的厚度为1μm以下。

9.如权利要求1所述的发热元件，其特征在于：所述通孔的尺寸为1μm-10000μm。

10.如权利要求1所述的发热元件，其特征在于：所述镀膜层由铜、镍、金、氧化铜或者氧化镍中的一种或几种材料制成。

11.一种如权利要求1-10任一项所述的发热元件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：准备基板和底板，在所述基板上刻蚀至少两个通孔，在所述底板上刻蚀凹槽；

S2：利用镀膜工艺在每个所述通孔的内壁和所述基板的至少部分外表面设置镀膜层；

S3：在所述基板表面的镀膜层上设置电极；

S4：利用键合工艺将S3制得的所述基板与S1制得的所述底板键合，所述基板与所述凹槽的内壁共同围合形成液体通道，所述液体通道与所述通孔流体连通，即得所述发热元件。

12.如权利要求11所述的发热元件的制备方法，其特征在于：在所述基板上表面的镀膜层表面设置钝化保护层，所述钝化保护层上设置有两个空白区域，两个所述空白区域分别与两个所述电极一一对应，每个所述电极设置在对应的所述空白区域内，所述电极由铝、铂、钛、钨或金中的任意一种或几种材料制成。

13.如权利要求12所述的发热元件的制备方法，其特征在于：所述通孔的内壁与所述镀膜层之间依次设置有绝缘层和种子层，所述基板的外表面与所述镀膜层之间依次设置有绝缘层和种子层，所述绝缘层由氧化硅、碳化硅或氮化硅中的任意一种或几种化学性质稳定的电绝缘材料制成，所述镀膜层由铜、镍、金、氧化铜或者氧化镍中的一种或几种材料制成，所述钝化保护层由氮化硅或氧化硅中的任意一种或两种材料制成。

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