硅基雾化芯及其制作方法与流程

1.本发明涉及雾化器领域，尤其涉及一种硅基雾化芯及其制作方法。


背景技术：

2.雾化器是指将存储的可雾化的物质(例如电子烟油)通过加热形成雾化状态的装置，随着近几年电子烟市场的火爆，电子雾化器及雾化芯的研发也受到越来越多人的关注。
3.当前市场雾化器的雾化芯材质主要为陶瓷结构材料，陶瓷雾化芯在使用中会存在如下问题点：
4.1、烧结结构在高温下易析出颗粒物质以及重金属，影响身体健康；
5.2、陶瓷微孔一致性无法管控，雾化均匀性不佳；
6.3、整体的体积大，占用空间大；
7.4、制造工艺传统，批量生产流程复杂，成本高；
8.5、长时间使用过程中，材料会碳化造成糊芯，进而影响雾化效果。
9.虽然已有相关企业研发玻璃基材雾化芯，其选用石英玻璃材质，通过采用半导体加工工艺，具体为通过脉冲激光诱导玻璃产生连续的变性区，相比未变性区域的玻璃，变性玻璃在刻蚀液中刻蚀速率较快，基于这一现象可在玻璃上制作通孔。德国lpkf公司率先使用该技术，实现了玻璃通孔的制备，该公司的方法分为两步：首先使用皮秒激光在玻璃上产生变性区域；其次将激光处理过的玻璃放到氢氟酸溶液中进行刻蚀。但此材料结构也会存在如下问题点：
10.1、玻璃通孔较垂直，雾化液在雾化芯内不易储存和锁住，会导致雾化芯在受热雾化时，雾化液不能及时有效供给，进而导致干烧糊芯；
11.2、玻璃通孔结构由于打孔工艺制作的特殊性，只能单孔依次作业，特别是基材尺寸从4寸、6寸增大为8寸、12寸或者更大尺寸圆片或者方板，不利于大规模化生产，工艺成本较高；
12.3、所使用的玻璃基材成本较高。


技术实现要素：

13.本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种硅基雾化芯及其制作方法。
14.为了实现以上目的，本发明的技术方案为：
15.一种硅基雾化芯，包括硅基板，包括相对的第一表面及第二表面，至少部分所述第一表面用于形成所述硅基雾化芯的雾化面，至少部分所述第二表面用于形成所述硅基雾化芯的吸油面，所述硅基板上设有从所述第一表面延伸形成的一个或多个第一孔道以及从所述第二表面延伸形成的一个或多个第二孔道，其中，一个所述第二孔道与至少一个所述第一孔道的位置相对应并且互相贯通，所述第一孔道的孔径小于所述第二孔道的孔径，在所述第二孔道的表面上设有与最靠近该第二孔道的所述第一孔道的表面连接的至少一个台
阶结构，所述第一表面、第二表面、第一孔道和第二孔道的表面上设有钝化层，部分所述第一表面或至少部分所述第一表面与所述第一孔道的表面的钝化层上设有加热层。
16.在一些实施例中，所述第一孔道的长度小于所述第二孔道的长度。
17.在一些实施例中，所述第一孔道的孔径范围为2微米到50微米，所述第二孔道的孔径范围为20微米到10毫米。
18.在一些实施例中，所述台阶结构中最高的台阶面设置在所述第一孔道的表面。
19.在一些实施例中，所述第一孔道和第二孔道的表面均设有由多个弧形连接构成的波纹结构。
20.在一些实施例中，所述钝化层为无机介质层，所述无机介质层为氧化硅或氮化硅，所述钝化层的厚度为0.1微米到10微米。
21.在一些实施例中，所述加热层为ti、au、al、pt、ta或者其氮化物或者叠层组合中的任意一种，所述加热层的厚度为10纳米到5微米。
22.在一些实施例中，在所述第一表面的加热层上设置有平面焊盘或者引线。
23.在一些实施例中，所述加热层覆盖在所述第一表面与所述第一孔道的表面的钝化层的整个表面或者局部区域，在局部区域上所述加热层的形状为线条状或多种线条的组合。
24.一种基于上述的硅基雾化芯的制作方法，包括以下步骤：
25.1)提供硅基板，所述硅基板具有相对的第一表面和第二表面，在所述第一表面和第二表面上分别采用干法蚀刻工艺制作一个或多个第一孔道和一个或多个第二孔道，一个所述第二孔道与至少一个所述第一孔道的位置相对应并且互相贯通，所述第一孔道的孔径小于所述第二孔道的孔径，并在所述第二孔道的表面上形成与最靠近该第二孔道的所述第一孔道的表面连接的至少一个台阶结构；
26.2)于所述第一表面、第二表面、第一孔道和第二孔道的表面沉积钝化层；
27.3)于部分所述第一表面或至少部分所述第一表面和第一孔道的钝化层上沉积加热层。
28.在一些实施例中，所述步骤1具体包括：
29.于所述第一表面或第二表面上涂覆光刻胶，经过曝光、显影形成多个第一显开窗口；
30.对所述第一显开窗口内的硅基板采用bosch工艺蚀刻形成第一孔道或第二孔道，蚀刻终点在所述硅基板内部，并去除光刻胶；
31.于另一表面涂覆光刻胶，经过曝光、显影形成多个第二显开窗口；
32.对所述第二显开窗口内的硅基板采用bosch工艺蚀刻形成与至少一个所述第一孔道或第二孔道连通的另一孔道，去除光刻胶。
33.在一些实施例中，所述第一孔道和第二道孔制作时采用的bosch工艺的刻蚀与钝化的周期为0.1秒到20秒以在所述第一孔道和第二孔道表面形成由多个弧形连接构成的波纹结构。
34.在一些实施例中，所述钝化层为无机介质层，所述无机介质层为氧化硅或氮化硅，所述钝化层的厚度为0.1微米到10微米，所述加热层为ti、au、al、pt、ta或者其氮化物或者叠层组合中的任意一种，所述加热层的厚度为10纳米到5微米。
35.一种雾化器，包括上述的硅基雾化芯。
36.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
37.(1)本发明采用硅基的材质制作雾化芯微孔结构，可以以阶梯通孔的方式形成微孔通道，结构中的大孔径可以用于储油，小口径用于输油，可有效解决微孔玻璃因单一直孔输油导致的干烧糊芯问题。
38.(2)本发明的硅基雾化芯内的孔道侧壁由于采用bosch工艺蚀刻而具备独特的波纹结构，此独特的结构使得通孔结构在具备传输雾化液功能时，还能更好的储存锁住雾化液，在非工作状态下可有效防止漏液，从而更优于玻璃微孔设计。
39.(3)本发明的硅基雾化芯相比微孔陶瓷基雾化芯，体积可以大幅压缩，更有利于雾化器产品的小型化，同时可以解决微孔陶瓷碳化糊芯和可靠性的问题。
40.(4)本发明的硅基雾化芯相比微孔玻璃基雾化芯，其材料成本更低；同时便于大批量生产，工艺生产成本亦更低。
附图说明
41.图1为本技术的实施例的硅基雾化芯的结构一的示意图；
42.图2为本技术的实施例的硅基雾化芯的结构二的示意图；
43.图3为本技术的实施例的硅基雾化芯的结构三的示意图；
44.图4a-4c为本技术的实施例的硅基雾化芯的制作方法的流程示意图。
具体实施方式
45.以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。本发明的各附图仅为示意以更容易了解本发明，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系以及正面/背面的定义，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。
46.参考图1，本技术的实施例提出了一种硅基雾化芯，包括硅基板1，硅基板1的厚度范围为200微米到5毫米。该硅基板1包括相对的第一表面11及第二表面12，至少部分所述第一表面11用于形成所述硅基雾化芯的雾化面，至少部分所述第二表面12用于形成所述硅基雾化芯的吸油面，所述硅基板1上设有从所述第一表面11延伸形成的一个或多个第一孔道4以及从所述第二表面12延伸形成的一个或多个第二孔道5。其中，一个所述第二孔道5与至少一个所述第一孔道4的位置相对应并且互相贯通，在本技术的实施例中，一个所述第二孔道5与一个所述第一孔道4的位置相对应并且互相贯通，第一孔道4与第二孔道5相连，方便雾化液的输送。第一孔道4的孔径与第二孔道5的孔径不同，具体地，所述第一孔道4的孔径小于所述第二孔道5的孔径。所述第一孔道4的孔径范围为2微米到50微米，所述第二孔道5的孔径范围为20微米到10毫米。雾化液从吸油面输入硅基板1的内部并且在存储在第二孔道5内，第一孔道4用于输送雾化液，经过第一孔道4上方加热雾化并从雾化面散发出去。
47.在具体的实施例中，所述第一孔道4的长度小于所述第二孔道5的长度，具体地，第一孔道4和第二孔道5的长度根据硅基板1的厚度以及相应的比例或实际情况进行调整。在所述第二孔道5的表面上设有与最靠近该第二孔道5的所述第一孔道1的表面连接的至少一个台阶结构6，所述台阶结构6中最高的台阶面设置在所述第一孔道4的表面，所述台阶结构
6中最低的台阶面设置在所述第二孔道5的表面，两者之间存在至少一个连接面，台阶结构6的存在将第一通孔4与第二通孔5连接起来。由于第一孔道4和第二孔道5两者的孔径不一样，可以以阶梯通孔的方式形成微孔通道，因此可有效解决微孔玻璃基雾化芯因单一直孔输油导致的干烧糊芯问题。
48.在具体的实施例中，所述第一表面11、第二表面12、第一孔道4和第二孔道5的表面上设有钝化层2，部分所述第一表面11或至少部分所述第一表面11与所述第一孔道4的表面的钝化层2上方设有加热层3。所述钝化层2为无机介质层，所述无机介质层为氧化硅或氮化硅，所述钝化层2的厚度为0.1微米到10微米，所述加热层3为金属、金属氮化物或者两种混合物，所述加热层3为ti、au、al、pt、ta或者其氮化物或者叠层组合中的任意一种，所述加热层3的厚度为10纳米到5微米。所述加热层3覆盖在所述第一表面11与所述第一孔道4的表面的钝化层2的整个表面或者局部区域，在局部区域上所述加热层3的形状为线条状或多种线条的组合。钝化层2对硅基板1起到保护作用，避免硅基板1在加热过程中受到氧化等影响；同时便于雾化面聚集热量，提升雾化效果，防止纯硅散热过快，降低雾化效果。加热层3均匀覆盖在第一表面11与第一通道4的表面，采用电阻加热的原理均匀产生热量，因此可以对输入到第一通道4内的雾化液进行均匀加热，并且存在较大的雾化面积。在第一表面11的加热层3上设置有平面焊盘或者引线，平面焊盘或者引线作为电极被通入电源以对加热层3进行通电加热。
49.在具体的实施例中，所述第一孔道4和第二孔道5的表面均设有由多个弧形连接构成的波纹结构。波纹结构的存在使得本技术的硅基雾化芯具有良好的锁液功能，该波纹结构中的弧形的弧度大小均可以调节。在优选的实施例中，所述第一孔道4上的波纹结构为小波纹，所述第二孔道5上的波纹结构为大波纹，所述第一孔道4上的波纹结构的弧形弧度比所述第二孔道5上的波纹结构的弧形弧度大，和/或所述第一孔道4上的波纹结构的弧形半径比所述第二孔道5上的波纹结构的弧形半径小，此时，第一孔道4的表面的波纹结构更突出，而第二孔道5的表面的波纹结构更平坦。也可以根据实际需求来调整第一孔道4和第二孔道5的表面的波纹结构的大小，硅基板1的微孔通道侧壁由于其具备独特的波纹结构，更有利于锁住雾化液，进一步加工调整波纹结构中弧形的弧度大小，在有利于第二孔道5储存传输雾化液的同时，有利于第一孔道4在非工作状态下便于锁液，防止泄露。相比于微孔陶瓷基雾化芯，本技术的硅基雾化芯可制作得到大面积雾化区域，并且有很好的均匀性，雾化效果佳，另外体积也可以大幅减小，实现器件的小型化。
50.参考图2和图3，第二表面12上的第二孔道5与第一表面11上的两个或三个第一孔道4相对应，当然也可以与更多第一孔道4相对应。甚至台阶结构6的连接面的宽度也可以根据实际需求进行调整。
51.与上述的硅基雾化芯相对应的，本技术的实施例还提出了一种基于上述的硅基雾化芯的制作方法，包括以下步骤：
52.1)参考图4a和4b，提供厚度为200微米到5毫米的硅基板1，所述硅基板具有相对的第一表面11和第二表面12，于所述第二表面12上涂覆光刻胶，经过曝光、显影形成多个第二显开窗口，对所述第二显开窗口内的硅基板进行干法蚀刻形成一个或多个第二孔道5，蚀刻终点在所述硅基板1内部，蚀刻的深度为第一深度，第二孔道5的孔径为20微米到10毫米，并去除光刻胶，于所述第一表面11涂覆光刻胶，经过曝光、显影形成多个第一显开窗口；对所
述第一显开窗口内的硅基板1进行干法蚀刻形成与所述第二孔道5连通的一个或多个第一孔道4，第一孔道4的蚀刻深度为硅基板1的厚度减去第一深度，第一孔道4的孔径为2微米到50微米，最后去除光刻胶，最终在同一个硅基板1上制作形成互相连接的第一孔道4和第二孔道5。当然也可以先在硅基板1的第一表面11上制作一定深度的第一孔道4，再在硅基板1的第二表面12上制作与第一孔道5贯通的第二孔道5。一个所述第二孔道5与至少一个所述第一孔道4的位置相对应并且互相贯通，所述第一孔道4的孔径小于所述第二孔道5的孔径，并在所述第二孔道5的表面上形成与最靠近该第二孔道5的所述第一孔道4的表面连接的至少一个台阶结构6。由于第一孔道4和第二孔道5均是采用bosch工艺制作，由于bosch工艺具有波纹效应，因此在第一孔道4和第二孔道5的侧壁表面会形成由多个弧形连接组成的波纹结构，通过调节bosch工艺的工艺参数如刻蚀与钝化的周期，可以有效调节波纹结构的弧形弧度。作为示例，所述第一孔道4和第二孔道5的bosch工艺的刻蚀与钝化的周期为0.1秒到20秒，此时在所述第一孔道4和第二孔道5表面形成由多个弧形连接构成的波纹结构。第一孔道4或第二孔道5的蚀刻终点根据切片确认刻蚀深度，后续将工艺参数固化，以获得稳定的蚀刻参数。
53.2)参考图4c，于所述第一表面11、第二表面12、第一孔道4和第二孔道5的表面采用化学气相沉积或者热氧化工艺沉积氧化硅或氮化硅形成厚度为0.1微米到10微米的钝化层2，钝化层2完全覆盖在硅基板1上的所有表面，因此可以保护硅基板1不受氧化、污染等影响，同时可以便于雾化面热量聚集，提升雾化效果。
54.3)参考图1，于部分所述第一表面11或至少部分所述第一表面11和第一孔道4的钝化层上物理气相沉积或蒸镀工艺沉积ti、au、al、pt、ta或者其氮化物或者叠层组合中的任意一种形成厚度为10纳米到5微米的加热层3，加热层3覆盖在部分所述第一表面11或至少部分第一表面11和第一孔道4上，有效增加雾化面积，实现更好的雾化效果。
55.由于本技术的硅基雾化芯采用硅基板1，其材料成本更低，具体主要工艺为采用光刻、干法刻蚀、光刻掩膜剥离和氧化硅成膜等较为成熟的半导体工艺，便于大批量生产，工艺生产成本也更低。相比于陶瓷基雾化芯和玻璃基雾化芯具有更好的性能和雾化效果。
56.本技术的实施例还提出了一种雾化器，包括上述的硅基雾化芯。
57.上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种硅基雾化芯及其制作方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。