一种基于硅衬底的梳齿状通道热雾化器及其制造方法与流程

1.本发明属于热雾化器芯片领域，尤其涉及一种基于硅衬底的梳齿状通道热雾化器及其制造方法。


背景技术：

2.现有技术中雾化器多基于陶瓷芯片，陶瓷雾化器主要由陶瓷和发热膜两部分构成，陶瓷经过高温烧结制成碗状结构，发热膜设计成特定形状附着在陶瓷表面，在工作过程中，发热膜通过均匀发热，把液体加热形成雾气，由陶瓷蜂窝孔散发。
3.现有陶瓷雾化器中陶瓷微孔尺寸的加工难度大，均匀性难以保证，导致雾化均匀性不佳，因此市场上还有一种硅衬底雾化器。现有硅衬底雾化器中在硅衬底上制造小孔径气孔，但是在硅衬底上加工高深宽比的圆孔状雾化通道，刻蚀效率低下。此外，硅衬底上电极热量容易通过硅导出散失，造成功率浪费。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：提供一种基于硅衬底的梳齿状通道热雾化器及其制造方法，提高雾化通道的加工效率，减少硅衬底上电极热量损失，提高热雾化器芯片的雾化效率。
5.为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种基于硅衬底的梳齿状通道热雾化器，包括：硅衬底和电极，电极制作于硅衬底表面，电极呈环状结构，电极内侧的硅衬底表面上设置有若干个第一条形孔，电极两侧的硅衬底表面上设置有若干个梳齿型雾化通道，梳齿型雾化通道包括第二条形孔和若干个第三条形孔，若干个第三条形孔平行等距布置，第二条形孔设置在第三条形孔远离电极一端，第三条形孔连通至第二条形孔。
6.作为上述技术方案的进一步描述：
7.相邻两个梳齿型雾化通道之间设置有至少一个第四条形孔，第四条形孔平行于第三条形孔。
8.作为上述技术方案的进一步描述：
9.相邻两个梳齿型雾化通道之间设置有两个第四条形孔。
10.作为上述技术方案的进一步描述：
11.硅衬底的电阻率1-100ω
·
cm。
12.作为上述技术方案的进一步描述：
13.硅衬底的厚度为100-500微米。
14.另一方面，本发明还提供了一种基于硅衬底的梳齿状通道热雾化器制造方法，包括以下步骤：
15.s1、在硅衬底上生长10-2000nm的ti/au材料；
16.s2、对生长了ti/au材料金属层的硅衬底进行匀胶光刻；
17.s3、用等离子体刻蚀或者化学腐蚀液方式将硅衬底上裸露的金属蚀刻干净，形成电极；
18.s4、对硅衬底进行第二次光刻，采用反应离子刻蚀方法将微通道加工通孔加工完成；
19.85、去除硅衬底上多余光刻胶并清洗干净，得到雾化器。
20.作为上述技术方案的进一步描述：
21.在步骤s1中，在硅衬底上通过电子束蒸镀或者反应溅射方式生长ti/au材料。
22.作为上述技术方案的进一步描述：
23.在步骤s4中，微通道加工通孔包括第一条形孔、梳齿型雾化通道和第四条形孔。
24.作为上述技术方案的进一步描述：
25.在步骤s5中，采用化学清洗结合氧气等离子体清洗方式，去除硅衬底上多余光刻胶。
26.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
27.1、本发明中，采用半导体制造工艺中的微纳加工手段，选用硅材料做雾化衬底，结合等离子刻蚀、金属沉积等加工手段，制造出梳齿状通道热雾化器。热雾化器上大面积电极设计，确保雾化加热均匀性。
28.2、雾化器功率一定，产生的热量为q＝i*i*r*t，为了提高雾化效率就不能将过多的热量传导给芯片外壳边缘。热传递的基本公式为：φ为热流量，k为总导热系数，a为：传热面积，可见接触面积与导热成正比，降低了传递面积的同时就降低了热量损失。本发明中，梳齿型雾化通道的第二条形孔形成热隔断设计，保证加热电极升温的热量不会到处到芯片外端，保证一定的电压电流条件下产生更多的雾化效果，有效的提高芯片雾化效率。
29.3、本发明中，梳齿状雾化通道的设计，使得刻蚀气体f离子刻蚀硅衬底时，相对于高深宽比的深孔，可以更好的进入硅衬底底部，反应充分，提高刻蚀效率，且工艺成品良率大于圆孔状雾化通道，保证充分均匀雾化通道。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
31.图1为一种基于硅衬底的梳齿状通道热雾化器的俯视角度结构示意图。
32.图2为图1中b处的局部放大图。
33.图3为一种基于硅衬底的梳齿状通道热雾化器的a-a向剖视图。
34.图例说明：
35.1、硅衬底；11、第一条形孔；12、梳齿型雾化通道；121、第二条形孔；122、第三条形孔；13、第四条形孔；2、电极。
具体实施方式
36.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
37.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一方面，本发明提供了一种基于硅衬底的梳齿状通道热雾化器，包括：硅衬底1和电极2，电极2制作于硅衬底1表面，电极2呈环状结构，电极2内侧的硅衬底1表面上设置有若干个第一条形孔11，电极2两侧的硅衬底1表面上设置有若干个梳齿型雾化通道12，梳齿型雾化通道12包括第二条形孔121和若干个第三条形孔122，若干个第三条形孔122平行等距布置，第二条形孔121设置在第三条形孔122远离电极2一端，第三条形孔122连通至第二条形孔121。
39.相邻两个梳齿型雾化通道12之间设置有两个第四条形孔13，第四条形孔13平行于第三条形孔122。第四条形孔13的设置，一方面可以提高雾化效果，另一方面，相较于多个梳齿型雾化通道12紧密排列，可以有效提高硅衬底1的强度，防止硅衬底1损坏。
40.硅衬底1的电阻率1-100ω
·
cm，有效保证电极热量的传导效果。
41.硅衬底1的厚度为100-500微米，根据需求灵活设置。
42.另一方面，本发明还提供了一种基于硅衬底的梳齿状通道热雾化器制造方法，包括以下步骤：
43.s1、在硅衬底1上通过电子束蒸镀或者反应溅射方式生长10-2000nm的ti/au材料；
44.s2、对生长了ti/au材料金属层的硅衬底1进行匀胶光刻；
45.s3、用等离子体刻蚀或者化学腐蚀液方式将硅衬底1上裸露的金属蚀刻干净，形成电极2；
46.s4、对硅衬底1进行第二次光刻，采用反应离子刻蚀方法将微通道加工通孔加工完成，微通道加工通孔包括第一条形孔11、梳齿型雾化通道12和第四条形孔13；
47.s5、采用化学清洗结合氧气等离子体清洗方式去除硅衬底1上多余光刻胶，并清洗干净，得到雾化器。
48.工作原理：采用半导体制造工艺中的微纳加工手段，选用硅材料做雾化衬底，结合等离子刻蚀、金属沉积等加工手段，制造出梳齿状通道热雾化器。热雾化器上大面积电极设计，确保雾化加热均匀性。雾化器功率一定，产生的热量为q＝i*i*r*t，为了提高雾化效率就不能将过多的热量传导给芯片外壳边缘。热传递的基本公式为：φ为热流量，k为总导热系数，a为：传热面积，可见接触面积与导热成正比，降低了传递面积的同时就降低了热量损失。本发明中，梳齿型雾化通道的第二条形孔形成热隔断设计，保证加热电极升温的热量不会到处到芯片(硅衬底1)外端，保证一定的电压电流条件下产生更多的雾化效果，有效的提高芯片雾化效率。
49.梳齿状雾化通道12的设计，使得刻蚀气体f离子刻蚀硅衬底1时，相对于高深宽比的深孔(圆形孔雾化通道)，可以更好的进入硅衬底底部，反应充分，提高刻蚀效率，且工艺成品良率大于圆孔状雾化通道，保证充分均匀雾化通道。
50.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。