一种多级给油的MEMS电子烟雾化芯片
技术领域
本实用新型涉及电子烟雾化技术领域，具体来说是一种多级给油的MEMS电子烟雾化芯片。
背景技术
近年来，随人民对健康生活的关注及各国禁烟措施的加强，传统卷烟市场增长乏力。以年轻人群为消费主力的电子烟市场在市场上呈现显着上升的趋势。据数据统计，中国是电子烟的最大生产地，电子烟的生产制造已经形成成熟的产业链体系，行业前景广阔。
现有的电子烟多为被动给油，如专利(CN108514158A)报道的一种带起雾器的电子烟，它的优点是通过毛细作用将烟油吸入到加热通道中，使得烟油的加热可以更均匀充分，这种方式虽然一定程度上提供了吸入烟油的均匀性，但仍然属于被动给油，如果通道不够平整或者有一些杂质颗粒则容易产生气泡；另外，随着烟油的消耗，储油腔里面的烟油液面会下降，会影响到接触面的表面张力，液面进一步下降的话烟油液面会与毛细通道分离，导致毛细作用的失效，不能再吸上烟油。
综上，被动给油会出现给油量不可控，无法满足烟民在不同时间、环境下，对气溶胶的不同需求。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种多级给油的MEMS电子烟雾化芯片，解决现有技术中电子烟进油量不可控、雾化强度单一的问题。
本实用新型通过以下技术方案来解决上述技术问题：
一种多级给油的MEMS电子烟雾化芯片，包括
支撑膜；
第一半导体衬底；在第一半导体衬底的底壁沉积所述支撑膜，在第一半导体衬底的上表面构造出多个第一微腔体，第一微腔体的底壁为支撑膜，所述支撑膜的下表面设置有引线焊盘；
加热组件；所述加热组件包括与第一微腔体数量相同的加热器，每个加热器竖向对应一个第一微腔体固定在所述支撑膜的下表面；所述加热组件通过引线焊盘引出与电源连接；
盖板；所述盖板覆盖在第一半导体衬底上表面，使第一微腔体形成加热腔，所述盖板对应第一微腔体位置为多孔结构；
每个所述加热腔的腔体壁上均开设有至少一个进油孔；
给油装置，所述给油装置输出端数量与加热腔数量相等，每个给油装置的输出端分别与一个加热腔的进油孔连通，输入端与油箱连通；
控制开关，控制多个给油装置输出端独立供油。
本实用新型雾化芯片上有多个加热腔，结合外部相应数量的的给油装置，可以根据吸烟者的喜好和需求选择给不同数量的加热腔供油，以达到不同强度的雾化效果，工作模式可切换，雾化强度、效率可控可调。
优选的，多个所述加热器串联，在加热器外覆盖有绝缘层。
优选的，每个所述加热器平面面积大致等于对应的第一微腔体底面积。
优选的，所述盖板为平板结构，所述进油孔开设在第一半导体衬底上。
优选的，所述盖板包括第二半导体衬底和沉积在其上表面的过滤膜；第二半导体衬底构造有与第一半导体衬底上第一微腔体位置、数量相对应的下方敞口的第二微腔体；所述盖板与第一衬底固定配合后，对应位置的第一微腔体与第二微腔体组合体形成加热腔；所述多孔结构构造在第二微腔体底壁上。
优选的，所述进油孔开设在第一半导体衬底上或第二半导体衬底上。
优选的，在每个加热腔的至少两个不同方向上开设有进油孔。
优选的，所述给油装置包括与加热腔数量相等的微油泵，每个微油泵通过所述控制开关与电源连接。
优选的，所述控制开关包括与微油泵数量相对应的控制按钮，每个按钮控制相对应微油泵启闭。
优选的，所述第一半导体衬底和第二半导体衬底均为硅衬底。
本实用新型的优点在于：
(1)本实用新型雾化芯片上有多个加热腔，结合外部相应数量的的给油装置，可以根据吸烟者的喜好和需求选择给不同数量的加热腔供油，以达到不同强度的雾化效果，工作模式可切换，雾化强度、效率可控可调。
(2)多个加热器串联，线路连接简单，便于加工，芯片体积更小；
(3)加热器面积大致等于加热腔底面积，以保证加热面积足够大，雾化响应快；
(4)每个加热腔开设至少2个进油孔，多个进油孔同时进油，保证进油量，满足雾化效果；兼容性好，如果其中的某一个或某几个通道堵塞或损坏，只要不是全部通道都有问题，则雾化芯片还能继续工作；
(5)每个加热腔对应一个微油泵，通过控制开关控制每个微油泵的独立启闭，满足多级进油的需求；
(6)本实用新型结构简单，且与基于硅的MEMS工艺完全兼容，结构简单，易于批量制造，成本低。
附图说明
图1为本实用新型实施例中雾化芯片的整体结构示意图；
图2为图1中底座的结构示意图；
图3为图2中4个加热器的结构示意图；
图4为图2中4个第一微腔体的结构示意图；
图5为图1中盖板的结构示意图；
图6为图5的俯视结构示意图；
图7为图5的仰视结构示意图；
图8为本实用新型实施例中控制开关的控制原理框图。
具体实施方式
为使对本实用新型的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
如图1所示，一种多级给油的MEMS电子烟雾化芯片，雾化芯片底座1，盖板2、微油泵5、控制开关6。
如图2、图3、图4所示，底座1为雾化芯片的加热部分，由第一硅衬底11，支撑膜12构成；支撑膜12沉积在硅衬底11的下表面，第一硅衬底11的上表面刻蚀有多个凹形第一微腔体31，第一微腔体31将支撑膜12裸露出来。本实施例以4个第一微腔体31为例进行说明。支撑膜12的下表面固定有4个加热器4。4个加热器4由完全一样的金属丝折线形绕线区域串联而成，每个绕线区域上方正对第一微腔体31，绕线区域的平面面积大致与第一微腔体31的底面积相等，以实现最大加热面积，形成加热区域51、52、53和54；加热器4上覆盖一层绝缘隔离膜13，加热器4的输入端和输出端通过两个焊盘引出与电源电性连接。加热腔3和加热区域51、52、53和54的数量不局限于四个。本实施例中所用的金属丝为铂丝。
如图5、图6、图7所示，雾化芯片盖板2，由第二硅衬底21，过滤膜22构成；过滤膜22沉积在第二硅衬底的上表面，第二硅衬底21下表面刻蚀有四个第二微腔体32和四组分立的进油孔，进油孔将加热腔与油箱连通；第二微腔体32正上方的过滤膜22设有多孔结构，形成烟雾通道23，烟雾通道23将加热腔3内的气溶胶导出。
雾化芯片底座1的上表面和雾化芯片盖板2的下表面粘合在一起，底座上的第一微腔31和盖板上的第二微腔体32共同构成雾化芯片的加热腔3，形成完整的雾化芯片。
盖板2还可以为板状结构(图中未示出)，即在第一硅衬底11上表面直接覆盖一层硅板，在硅板上开设刻蚀多孔结构即可。那么底座1和盖板2键合固定后，第一微腔体31即形成加热腔。
进油孔24与加热腔3相连；每个加热腔3可与一个微油泵5连通，或者多个加热腔通过多个支管与一个微油泵5连通，在多个支管上分别设置阀门。通过控制单个的微油泵5，或者单个阀门，实现进油孔24可独立供油；供油方式有四种：只给一个加热腔3供油，给其中的两个加热腔3供油，给其中的三个加热腔3供油，同时给四个加热腔3供油；四种供油方式可以获得四种不同的雾化强度。
如图8所示，控制开关6为集成有多个启动按钮的开关，每个按钮对应一个级别的加热强度，如一级打开1个微油泵5，二级打开2个微油泵5，依次类推，或一级打开1个控制阀门，或二级打开两个控制阀门，依次类推。用户根据不同需求，通过控制开关选择不同级别的进油量，实现不同数量加热腔进油，从而获得所需的烟雾量。当然，控制开关6还可以为多级旋转开关等可实现多级选择的开关。
本实施例中，第一硅衬底11和第二硅衬底22为晶向<100>，厚度400-600微米的高阻单晶硅，高阻单晶硅的电阻率大于10Ω·cm；支撑膜12为氧化硅/氮化硅的单层膜或复合膜；过滤膜22为氧化硅/氮化硅的单层膜或复合膜；支撑膜12的厚度为2-5微米；过滤膜22的厚度为1-2微米；金属加热器4的厚度为200-400纳米；金属加热器4的材料为铂/钛(Pt/Ti)、金/钛(Au/Ti)、铂/铬(Pt/Cr)、金/铬(Au/Cr)中的一种或几种；隔离膜13为氧化硅/氮化硅的单层膜或复合膜；隔离膜13的厚度为300-500纳米；多孔结构23的孔径为为100-1000纳米。
本实施例还提供了多级给油的MEMS电子烟雾化芯片的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、雾化芯片底座1的制备：
a在第一硅衬底(高阻硅片衬底)上通过等离子体增强化学气相沉积PECVD或低压化学气相沉积LPCVD沉积氧化硅/氮化硅的单层或复合膜(支撑膜)，总厚度为2-5微米；
b在正面进行光刻，然后采用磁控溅射镀膜或者电子束蒸发镀膜沉积200-400纳米的金属，去胶剥离之后形成金属加热丝；
c在金属加热丝上通过等离子体增强化学气相沉积PECVD或低压化学气相沉积LPCVD沉积氧化硅/氮化硅的单层或复合膜(绝缘层)，总厚度为300-500纳米；
d在硅片背面进行光刻，然后通过硅的各向异性腐蚀液KOH溶液或TMAH溶液释放出封闭悬膜并形成凹形微腔体(第一微沉槽)，即为雾化芯片底座1；
步骤2、雾化芯片盖板2的制备：
e在第二硅衬底(高阻硅片衬底)上通过等离子体增强化学气相沉积PECVD或低压化学气相沉积LPCVD沉积氧化硅/氮化硅的单层或复合膜(过滤膜)，总厚度为1-2微米；
f在正面进行光刻，然后采用反应离子刻蚀RIE刻蚀出微孔阵列(烟雾通道)，孔径为100-1000纳米；
g在硅片背面进行光刻，然后通过深反应离子刻蚀DRIE或感应耦合等离子体刻蚀ICPE刻蚀出加热腔，通过硅的各向异性腐蚀液KOH溶液或TMAH溶液刻蚀出进油孔，即为雾化芯片盖板2；
步骤3、MEMS电子烟雾化芯片的制备：
h将上述雾化芯片底座与雾化芯片盖板紧密接触，通过键合工艺粘合在一起；
i采用划片机将步骤h得到的圆片进行划片，得到单个的芯片；
本实施例的多级给油的MEMS电子烟雾化芯片的使用方法为：
烟油通过外部的微油泵5由雾化芯片多孔盖板上的进油孔注入到加热腔中。根据吸烟者的喜好和需要，设置好油量模式(摁下相应数量的按钮)，在对应的模式下，相应的微油泵工作，会有烟油注入到一个或多个进油孔，进入到加热腔中，然后雾化芯片底座上的金属加热丝对烟油进行加热，形成对应浓度的雾化气溶胶，孔径小于雾化芯片多孔盖板上多孔阵列的气溶胶从雾化芯片中散发出来而被吸烟者吸入。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
