一种布满微通道结构的MEMS硅基雾化芯的制作方法

一种布满微通道结构的mems硅基雾化芯
技术领域
1.本实用新型属于发热雾化芯领域，尤其涉及一种布满微通道结构的mems硅基雾化芯。


背景技术：

2.发热雾化芯作为液体雾化产品的核心部件，对液体进行加热，使其变为雾状气溶胶形态散发出来，雾化元件加热雾化液体时要做到快速、均匀、一致、细腻且尽量减少有害物质产生。
3.现有液体加热雾化芯主要有以下两种类型：包棉雾化芯和多孔陶瓷雾化芯。包棉雾化芯中金属发热丝和棉芯直接接触，在高温下，发热丝中的金属成分以及棉芯材料的碎屑可能会被雾化形成的气溶胶携带而被使用者吸入，造成潜在的健康危害。同时，棉芯与金属发热丝非均匀接触，受热不均匀，以及高温碳化也会引起发热丝电阻变化，进而引起发热丝温度变化，使得雾化均匀性、稳定性、一致性较差。多孔陶瓷雾化芯由多孔陶瓷和发热电极两部分构成。多孔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，由陶瓷微孔散发。由于微米级蜂窝孔的存在，其雾化出的气溶胶更加细腻。并且通过调整微孔的大小、孔隙率，可以控制陶瓷芯的锁液、储液能力，还可以调节雾化气溶胶的干湿度。
4.现有陶瓷雾化芯，采用多孔陶瓷烧结技术制备，导致雾化芯存在以下问题：
5.一、雾化芯虽具有一定的吸液、储液能力，但是其导热性差，且热量分布不均匀，存在糊芯现象；
6.二、陶瓷雾化芯多孔并且质地较松软，导致金属加热丝难以加工到陶瓷芯上，必须加厚金属加热电极，以保证在陶瓷芯不破坏的情况下和外接电极柱接触；
7.三、陶瓷烧结工艺使得雾化芯中含有害物质。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的在于：提供一种布满微通道结构的mems硅基雾化芯，相较于现有硅基雾化芯技术，降低硅基雾化芯的纵向热传导能力，提高表面热效率；相比现有陶瓷雾化芯技术，雾化芯表面导热性好，热量分布均匀可调，有效避免加热时的糊芯现象。
9.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种布满微通道结构的mems硅基雾化芯，包括：硅衬底和加热丝，硅衬底上设置有阵列排布的雾化微通道，硅衬底的一相对侧表面上设置有对称布置的第一氧化层，雾化微通道的侧壁上设置有第二氧化层，加热丝制作在第一氧化层表面，加热丝的端部设置有接触电极。
10.作为上述技术方案的进一步描述：
11.第一氧化层为氧化硅层。
12.作为上述技术方案的进一步描述：
13.第二氧化层为氧化硅层。
14.作为上述技术方案的进一步描述：
15.雾化微通道的横向尺寸为2-200微米。
16.作为上述技术方案的进一步描述：
17.硅衬底的厚度为100-1000微米。
18.本实用新型提供的一种布满微通道结构的mems硅基雾化芯，制造步骤如下：
19.s1、准备硅衬底；
20.s2、在硅衬底上沉积蚀刻掩膜，并用干法或湿法刻蚀工艺加工出雾化微通道；
21.s3、使用干法或湿法刻蚀工艺去除硅衬底表面的掩膜；
22.s4、在硅衬底表面氧化一层氧化硅，形成第一氧化层，且在雾化微通道的内表面氧化一层氧化硅，形成第二氧化层；
23.s5、在第一氧化层表面沉积金属材质的加热丝，并通过干法蚀刻工艺或湿法腐蚀工艺做出特定图形，完成雾化芯加工。
24.作为上述技术方案的进一步描述：
25.在步骤s2中，掩膜的材料为光刻胶，氧化硅或氮化硅中的一种。
26.作为上述技术方案的进一步描述：
27.在步骤s5中，加热丝的材质包括但不限于以下材质的一种，如ai、ti/au、 ti/pt、ti/tin/au、ti/tin/pt、ta/au、ta/pt、ta/tan/au、ta/tan/pt等。
28.综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
29.1、本实用新型中，雾化芯的衬底采用硅材料，易于在上面加工出微通道结构，微通道内外表面包覆一层氧化层，用来降低硅基雾化芯的纵向热传导能力，提高表面热效率，增强雾化能力。
30.2、本实用新型中，采用成熟的半导体加工工艺将金属加热丝直接加工在硅基衬底上，良品率高，并且雾化芯质地坚硬，和外接电极柱接触不受破坏。金属加热丝和金属电极沉积覆盖在硅基衬底表面(氧化层上)，不会覆盖住雾化微通道，在提高热分布均匀性的同时增加雾化面积，其热量的均匀分布以及微通道的均匀分布，有效避免了雾化芯的糊芯现象。
附图说明
31.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的某些实施例，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。
32.图1为一种布满微通道结构的mems硅基雾化芯的结构示意图。
33.图例说明：
34.1、硅衬底；11、第一氧化层；2、加热丝；21、接触电极；3、雾化微通道； 31、第二氧化层。
具体实施方式
35.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新
型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
36.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
37.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
38.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
39.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
40.请参阅图1，本实用新型提供了一种布满微通道结构的mems硅基雾化芯，包括：硅衬底1和加热丝2，硅衬底1上设置有阵列排布的雾化微通道3，硅衬底1 的一相对侧表面上设置有对称布置的第一氧化层11，雾化微通道3的侧壁上设置有第二氧化层31，加热丝2制作在第一氧化层11表面，加热丝2的端部设置有接触电极21。第一氧化层11为氧化硅层，第二氧化层31为氧化硅层。在硅衬底 1的表面以及微通道(雾化微通道3)的内外表面包覆氧化层(氧化硅层)，有效降低硅基雾化芯的纵向热传导能力，提高表面热效率，增强雾化能力。
41.雾化微通道3的横向尺寸为2-200微米，微通道口可以是圆形、方形或其它形状。硅衬底1的厚度为100-1000微米。
42.本实用新型提供的一种布满微通道结构的mems硅基雾化芯，制造步骤如下：
43.s1、准备硅衬底1，厚度为几百微米至1毫米；
44.s2、在硅衬底1上沉积蚀刻掩膜，并用干法或湿法刻蚀工艺加工出雾化微通道3，通道大小为几微米至几百微米，通道间距为几微米至几十微米，掩膜材料包括光刻胶，氧化硅、氮化硅；
45.s3、使用干法或湿法刻蚀工艺去除硅衬底1表面的掩膜；
46.s4、在硅衬底1表面氧化一层氧化硅，形成第一氧化层11，且在雾化微通道3的内表面氧化一层氧化硅，形成第二氧化层31，第一氧化层11和第二氧化层 31的厚度为几百纳米至两微米；
47.s5、在第一氧化层11表面沉积金属材质的加热丝2和金属电极(接触电极 21)，并通过干法蚀刻工艺或湿法腐蚀工艺做出特定图形，完成雾化芯加工。
48.在步骤s2中，掩膜的材料为光刻胶，氧化硅或氮化硅中的一种。
49.在步骤s5中，加热丝2的材质包括但不限于以下材质的一种，如ai、ti/au、 ti/pt、ti/tin/au、ti/tin/pt、ta/au、ta/pt、ta/tan/au、ta/tan/pt等，对人体无害。
50.工作原理：雾化芯的衬底采用硅材料，易于加工，上面加工出微通道结构。微通道的横向尺寸大小为几微米至几十微米不等，通道间距为几个微米，几微米大小的通道可以提高对液体的锁液能力。雾化芯的微通道内外表面包覆一层氧化层，降低硅基雾化芯的纵向热传导能力，提高表面热效率，增强雾化能力。金属加热丝和金属电极沉积覆盖在硅衬底1表面，不会覆盖住雾化微通道，在提高热分布均匀性的同时增加雾化面积。金属加热丝实现热量的均匀分布，配合微通道的均匀分布，有效避免了雾化芯出现糊芯现象。硅基衬底质地较坚硬，和金属电极结合，可以承受外接电极柱的直接接触而不被损坏，整个雾化芯材料(及制备工艺)对人体无害。
51.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。