用于制造蒸发器装置的方法、蒸发器装置和吸入器、优选电子香烟产品
阅读说明：本技术 用于制造蒸发器装置的方法、蒸发器装置和吸入器、优选电子香烟产品 (Method for producing a vaporizer device, vaporizer device and inhaler, preferably an electronic cigarette product ) 是由 S·博內 A·博恩 H·K·赵 于 2020-03-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于制造蒸发器装置(1)的方法,所述蒸发器装置用于吸入器(10)、优选用于电子香烟产品,具有至少一个电的蒸发器(60)、至少一个用于向所述蒸发器(60)提供电流的电管道(105a、105b)以及用于承载所述蒸发器(60)的载体(4),所述方法包括在所述蒸发器(60)和所述载体(4)之间施加有电传导能力的粘合剂(2),以便建立所述蒸发器(60)与所述电管道(105a、105b)的电连接,其中,执行附加的完全加热步骤,用于在所述蒸发器(60)和所述粘合剂(2)之间实现共晶连接。(The invention relates to a method for producing a vaporizer device (1) for an inhaler (10), preferably for an electronic cigarette product, having at least one electrical vaporizer (60), at least one electrical line (105 a, 105 b) for supplying current to the vaporizer (60), and a carrier (4) for carrying the vaporizer (60), comprising applying an electrically conductive adhesive (2) between the vaporizer (60) and the carrier (4) in order to establish an electrical connection of the vaporizer (60) to the electrical line (105 a, 105 b), wherein an additional full heating step is carried out for achieving a eutectic connection between the vaporizer (60) and the adhesive (2).)
技术领域
本发明涉及用于制造蒸发器装置的方法，该蒸发器装置用于吸入器、优选用于电子香烟产品，具有至少一个电的蒸发器、至少一个用于向该蒸发器提供电流的电管道以及用于承载该蒸发器的载体。本发明还涉及蒸发器装置和吸入器、优选电子香烟产品。
背景技术
常规的电子香烟产品或者说吸入器基于芯线圈技术（Docht-Wendel-Technologie）。通过毛细力将液体从液体存储器沿芯运输，直至液体通过可电加热的线圈加热进而蒸发。芯被用作液体存储器和作为蒸发器使用的加热线圈之间的传导液体的连接。
芯线圈技术的缺点在于，液体提供的不足导致局部的过热，从而可能产生有害物质。这种所谓的“干吸（Dry Puff）”正需要避免。另外，这类蒸发器单元因制造条件决定经常是非密封的，使得液体可能以不希望的方式溢出，例如经由空气导入和/或蒸汽导出而溢出。
为了避免芯线圈技术的问题，采用了类属的蒸发器，该蒸发器使用了在DE 102017 111 119 A1中公开的技术。在此，液体通过毛细力由芯结构从液体存储器被运输到蒸发器的入口侧。蒸发器使液体蒸发且被蒸发的液体可作为蒸汽和/或气溶胶添入空气流。蒸发器为了提供电能可与能量存储器经由电管道相连接。然而在引用的现有技术中没有描述蒸发器在例如电管道和/或载体上的电联接和/或机械联接或者说接触。
发明内容
本发明的任务在于提供改进的、尤其是高温稳定的且尽可能低欧姆的蒸发器接触。
本发明利用独立权利要求的特征解决该任务。
根据本发明，该方法包括在蒸发器和载体之间施加有电传导能力的粘合剂，以便建立蒸发器与电管道的电连接，其中，执行附加的完全加热步骤（Ausheizschritt），用于在蒸发器和粘合剂之间形成共晶连接。本发明认识到，蒸发器和载体之间的有电传导能力的粘合剂不仅在热交变应力情况下也支持或者说提供蒸发器到载体上的机械联接，且同时与电管道建立电连接。在此，有电传导能力的粘合剂实现了蒸发器装置的有效制造。
通过根据本发明的附加的完全加热步骤，粘合剂在与蒸发器的接触区域中达成共晶连接，该共晶连接比仅通过粘合和可能的硬化所建立的连接更低欧姆。蒸发器和粘合剂之间的共晶连接是一种连接，在该连接中，形成蒸发器和粘合剂的材料彼此构成共晶合金。共晶连接的电阻可以经由其组成有针对性地进行调整，这实现了将蒸发器可重复性地电联接到电管道上（加热器芯片键合（Heizerchipbondig））。根据本发明的完全加热步骤尤其可以附加于用于硬化粘合剂的典型加热步骤。
优选地，在至少400℃、优选地至少550℃、进一步优选地至少700℃的温度下执行附加的完全加热步骤，使得可以可靠地建立共晶连接，该共晶连接的共晶点对应一温度，该温度高于在蒸发时呈现的温度且同时又足够低，使得在该完全加热步骤中没有蒸发器装置的部件受到损害。在一具有含硅蒸发器和含银粘合剂的实施例中，在至少800℃、例如大约845℃的温度下执行附加的完全加热步骤。在完全加热步骤中使用的、对应于用于形成共晶连接的共晶点的温度可以通过在蒸发器上施加的金属层来影响。
优选地，在附加的完全加热步骤之前，以至少30分钟、优选地至少60分钟和/或在150℃和290℃之间的范围中的温度下进行粘合剂的热硬化，使蒸发器可以与电管道电连接或者说可以在建立共晶连接之前准备蒸发器与电管道之间的电连接。由此尤其可以在建立共晶连接前确保蒸发器的定位。这样可以最小化由温度条件决定的机械应力，该机械应力在蒸发器装置的制造中可能在蒸发器、载体和/或电管道之间产生。相对于完全加热步骤而言，针对硬化所使用的温度可根据粘合剂和/或蒸发器材料而定以及从有利实施方式中获悉而清楚地划限。
本发明还涉及用于吸入器、优选用于电子香烟产品的蒸发器装置，包括至少一个电的蒸发器，用于蒸发由该蒸发器输送的液体，至少一个电管道，用于向该蒸发器提供电流，以及载体，该载体保持该蒸发器且在载体中或在载体上布置所述电管道。
根据本发明提出，在蒸发器和载体之间设置有电传导能力的粘合剂，该粘合剂建立蒸发器与电管道的电连接。设置在蒸发器和载体之间的粘合剂减小了通过蒸发器和电管道或载体之间由温度条件决定的机械应力的问题，该机械应力可能由于蒸发器、电管道或载体所基于的不同材料的不同热膨胀系数在蒸发器被加热到运行温度和冷却到室温时产生。
根据本发明，在蒸发器和粘合剂之间形成共晶连接。由此，蒸发器和电管道之间的电连接为低欧姆的，而通过没有共晶连接的粘合剂在蒸发器和电管道之间的电接触可能是高欧姆的。通过共晶连接可以避免蒸发器和粘合剂之间高欧姆的接触电阻或者说过渡电阻。相较于液体蒸发时电子香烟中呈现的温度，共晶连接是高温稳定的，因为共晶连接的对应于共晶点的温度高于液体的蒸发温度。
有利地，粘合剂包含金属，以提供有电传导能力和具体成本效益的粘合剂。尤其银在此是有利的。含银或含金属的粘合剂是温度稳定的，这针对用于蒸发器的应用是有利的，因为蒸发器在运行中为了蒸发液体而被加温。金属且尤其是银促进共晶连接的形成且可以有效地与尤其是含塑料的粘合剂基体作为有电传导能力的粘合剂被提供和被施用。
优选地，共晶连接具有多于50重量百分比、有利地多于65重量百分比、更进一步有利地多于80重量百分比的金属，因为共晶连接随着金属份额的升高而更低欧姆。共晶连接也可以包括多于95重量百分比的金属，例如由银和硅组成的共晶连接包括大约97重量百分比的银，这意味着大约89％银的粒子数份额。
优选地，电管道至少部分地由有传导能力的粘合剂构成，从而以有效的方式给载体配备电管道。尤其是电管道朝向蒸发器的区段可以由有传导能力的粘合剂构成，且尤其是设置用于接触外部零件、例如能量存储器的背离蒸发器的区段可以由不同于有传导能力的粘合剂的物质构成。优选地，背离蒸发器的区段可以由金、铜和/或其他金属或由其组成的合金构成且与电管道的由粘合剂构成的、朝向蒸发器的区段电传导地相连接。载体和/或尤其是其表面可以被预先结构化，使得用于构造电管道的粘合剂可以被施用。
在有利的实施方式中，在蒸发器和电管道之间的接触区域中施加附加的金属层、例如基于铝的金属层到蒸发器上，使得可以给蒸发器准备电的接触面，该电的接触面可以在接触区域中特别有效地与电管道相连接。蒸发器例如可以基本上包括尤其是被掺杂的硅块，该硅块在表面上具有金属层。金属层可以促进共晶连接和/或简化蒸发器与粘合剂和/或电管道的电接触和/或材料配合接触。可以通过在接触区域中将金属沉积到尤其是包括硅的蒸发器上来进行金属层的施加。
优选地，载体由陶瓷的原料构成，以热稳定地构造出用于保持蒸发器的载体和/或可能地最小化蒸发器和载体之间的热耦合。陶瓷的载体相对于在蒸发器运行中呈现的例如直至300℃的温度和在蒸发器寿命周期中出现的例如大约200至100000次的热负载变化而言是化学稳定的和机械稳定的。载体与液体和/或气溶胶或者说蒸汽处于接触中且因此尤其在蒸发期间呈现的温度下必须是适用于食物的或者说生物相容的，这可以通过陶瓷的原料加以促进。载体至少在蒸发器的区域中可以由陶瓷的基体制成。载体的其他不保持和/或不接触蒸发器的区段可以由其他材料、例如由塑料制成。
附图说明
接下来借助于参考附图的优选实施方式详述本发明，其中：
图1示出吸入器的示意图；
图2示出通过蒸发器储箱单元的透视剖面；
图3示出蒸发器的示意透视图；
图4示出具有金属镀层的蒸发器的示意透视图；
图5示出载体的示意透视图；
图6示出蒸发器装置的示意透视图；和
图7示出在本发明另一实施方式中载体的示意透视图。
具体实施方式
图1示意性示出吸入器10或者说电子香烟产品。吸入器10包括壳体11，在壳体中在香烟产品10的嘴端部32处在至少一个空气入口开口231和空气出口开口24之间设置空气通道30或者说烟囱。吸入器10的嘴端部32在此表示一端部，消费者为了吸入而在该端部处抽动，且由此向吸入器10加载负压，并在空气通道30中产生空气流34。
吸入器10有利地由基础部件16和蒸发器储箱单元20组成，该蒸发器储箱单元包括具有蒸发器60的蒸发器装置1和液体存储器18，且尤其是可以被构造为可更换弹筒的形式。液体存储器18可以由吸入器10的使用者重新填充。通过空气入口开口231被吸入的空气在空气通道30中向至少一个蒸发器60导引。蒸发器60与液体存储器18相连接或可连接，在该液体存储器中存储至少一种液体50。为此，在蒸发器60的入口侧61处有利地布置多孔的和/或毛细的、传导液体的芯结构19。
蒸发器60将液体50蒸发，该液体从液体存储器18由灯芯结构19借助于毛细力被输送给蒸发器60，且将被蒸发的液体作为气溶胶/蒸汽在出口侧64处添加给空气流34。
电子香烟10此外包括电的能量存储器14和电子控制装置15。能量存储器14一般来说被布置在基础部件16中且尤其可以是电化学的一次性电池或者可再充电的电化学蓄电池，例如锂离子蓄电池。蒸发器储箱单元20被布置在能量存储器14和嘴端部32之间。在基础部件16（如图1所示）中和/或在蒸发器储箱单元20中，电子控制装置15包括至少一个数字的数据处理设备，尤其是微处理器和/或微控制器。
在壳体11中有利地布置传感器，例如压力传感器或压力开关或流体开关（Strömungsschalter），其中，控制装置15可以在由传感器给出的传感器信号的基础上确定，消费者在香烟产品10的嘴端部32处抽动，以进行吸入。在这种情况中，控制装置15操控蒸发器60，使液体50从液体存储器18中作为气溶胶/蒸汽被添加到空气流34中。
至少一个蒸发器60被布置在蒸发器储箱单元20的背离嘴端部32的部分中。由此可以实现有效地电耦合和操控蒸发器60，尤其是以基础部件16。空气流34通过轴向地穿过液体存储器18走向的空气通道30有利地向空气出口开口24引导。
存储在液体存储器18中的、待计量分配的液体50是例如由1, 2-丙二醇、甘油、水和优选地至少一种芳香剂（调味剂：Flavour）和/或至少一种有效物质尤其是尼古丁组成的混合物。给出的液体50的组成成分然而不是强制的。尤其是可以放弃芳香剂和/或有效物质，尤其是尼古丁。
在图2中示出通过示意的蒸发器储箱单元20的透视剖面。蒸发器储箱单元20包括块状的、优选单片的加热体或者说优选由电传导材料、尤其是半导体材料、优选硅制成的蒸发器60。不需要整个蒸发器60都由电传导材料构成。例如蒸发器60表面进行电传导地或者金属性地涂层或者优选地适当地掺杂就可以足够。在这种情况下，不必整个表面都进行涂层，例如可以在非传导的、或者说半传导的基体上设置金属性的、或优选非金属性的、或非金属性层压的金属性的导体电路。也不是强制要求整个蒸发器60都要发热；例如蒸发器60的区段或者加热层在排出侧64的区域中发热就可以足够。蒸发器60通过电能借助于其电阻被加温且因此可以被称为电阻加热器。
蒸发器60有利地配备多个微型通道或者说液体通道62，这些微型通道或者说液体通道将蒸发器60的入口侧61与蒸发器60的出口侧64传导液体地相连接。
液体通道62的平均直径优选位于5μm和200μm之间的范围内、进一步优选地位于30μm和150μm之间的范围内、更进一步优选地位于50μm和100μm之间的范围内。基于该尺寸有利地产生毛细作用，使得在入口侧61处渗入液体通道62中的液体通过液体通道62向上升起，直到液体通道62以液体填充。液体通道62的数量优选位于四和1000之间的范围内。以这种方式可以优化输入到液体通道62中的热量并实现可靠的、高的蒸发功率和足够大的蒸汽排出面积。
液体通道62有利地以阵列的形式布置。该阵列可以被构造为具有s列和z行的矩阵的形式，其中s有利地位于2和50之间的范围内、进一步有利地位于3和30之间的范围内和/或z有利地位于2和50之间的范围内、进一步有利地位于3和30之间的范围内。以这种方式可以实现具有可靠地高的蒸发效率的液体通道62的有效的且能以简单的方式建立的布置形式。
蒸发器储箱单元20包括具有穿通开口104的载体4，该穿通开口用于传导液体地连接蒸发器60和液体存储器18。载体4和蒸发器60是蒸发器装置1的组成部件，该蒸发器装置实现了蒸发器60的电联接和机械联接。为了向蒸发器60提供液体50，在穿通开口104中布置芯结构19。
蒸发器60的入口侧61经由芯结构19传导液体地与液体存储器18相连接。芯结构19用于使液体50借助于毛细力被动地从液体存储器18向蒸发器60输送。芯结构19有利地面式地接触蒸发器60的入口侧61且在入口侧将蒸发器60全部的液体通道62遮盖住。在与蒸发器60相对置的侧面，芯结构19传导液体地与液体存储器18相连接。
液体存储器18的有利的容积位于0.1ml和5ml之间、优选地0.5ml和3ml之间、进一步优选地0.7ml和2ml或1.5ml之间的范围内。
蒸发器储箱单元20优选地与可由控制装置15控制的加热电压源71相连接和/或可连接，该加热电压源经由电管道105a、105b在蒸发器60的相对置的边缘区段处的接触区域131中与蒸发器相连接，使得由加热电压源71产生的电压Uh引发通过蒸发器60的电流。基于电传导的蒸发器60的欧姆电阻，电流导致蒸发器60加热且因此导致包含在液体通道62中的液体蒸发。以这种方式产生的蒸汽/气溶胶从液体通道62向出口侧64逸出并与空气流34混合。在确定有由消费者抽动造成的空气流34通过空气通道30时，控制装置15更准确地操控加热电压源71，其中，位于液体通道62中的液体通过自发地加热以蒸汽/气溶胶的形式被驱出液体通道62。
蒸发温度优选位于100℃和400℃之间、进一步优选地150℃和350℃之间、更进一步优选地190℃和290℃之间的范围内。
有利地，蒸发器60可以利用薄膜层技术由晶片分段制成，该晶片具有优选小于或等于1000μm、进一步优选750μm、更进一步优选地小于或等于500μm的层厚。有利地，蒸发器60的表面可以是亲水的。
蒸发器储箱单元20如此设置，即，针对消费者每次抽动，计量配入优选1μl和20μl之间、进一步优选地2μl和10μl之间、更进一步优选地3μl和5μl之间的范围内、典型地4μl的液体量。优选地，蒸发器储箱单元可关于每次抽动的液体量/蒸汽量、即每1s到3s的抽动时长的液体量/蒸汽量进行调节。
有利地，由加热电压源71产生的蒸发器60的操控频率一般位于1Hz到50kHz范围内、优选地30Hz到30kHz范围内、更进一步有利地100Hz到25kHz范围内。
优选地，蒸发器60基于MEMS技术、尤其是由硅制成且因此有利地是微型电子机械系统。
图3示出了蒸发器60的示意透视图。蒸发器60具有入口侧61和出口侧64。在入口侧61和出口侧64之间延伸多个液体通道62。有利地，液体通道62被布置在蒸发器60的彼此间隔的边缘区段之间，在这些边缘区段中设置尤其用于电接触和/或机械接触蒸发器60的接触区域131。蒸发器60是块状的或方形的且液体通道62进而被布置在两个接触区域131之间，这两个接触区域被设置在方形的蒸发器60侧面中的一个侧面上并构成边缘区段。接触区域131在该例中在边缘区段中被设置在入口侧61上。由此，蒸发器60可以在入口侧61与载体4相连接和/或与电管道105a、105b建立电连接。在其他实施例中，接触区域131然而也可以被设置在蒸发器60的其他侧面上，尤其是在与该例中入口侧61相对置的出口侧64上。将接触区域131设置在垂直于入口侧61和/或出口侧64的一个或多个侧面上也是可以考虑的。
图4示出了具有金属镀层133的蒸发器60的示意透视图。图4中示出的实施方式鉴于图3中示出的实施方式予以解释。在接触区域131中蒸发器具有金属层133，以改善与图4中未示出的粘合剂2的连接，提高接触区域131的电传导能力和/或促进在后续方法步骤中待形成的共晶连接。金属层133可以在制造过程中沉积到蒸发器60的表面上。由此，蒸发器60和电管道105a、105b之间的电连接可以更低欧姆地且更有效地可重复地建立。
图5示出了载体4的示意透视图。在载体4上布置电管道105a、105b。电管道105a、105b被如此布置，即，蒸发器60在安装状态下在接触区域131中与电管道105a、105b相连接。在该实施例中，电管道105a、105b被布置在载体4上。在其他实施例中，电管道105a、105b也可以至少部分地在载体4的内部走向，其中，电管道105a、105b在此在被设置用于接触蒸发器60的区段中必须被布置在载体4的表面处。
在图5所示的例子中，在两个电管道105a、105b上都施加了粘合剂2。电管道105a、105b在该例中被设置在载体4的表面上。由此，粘合剂2在安装状态下（见图6）被布置在载体4和蒸发器60之间。粘合剂2被如此布置在电管道105a、105b上，即，蒸发器60可以在接触区域131中与电管道105a、105b通过粘合剂2相连接。粘合剂2施用在载体4上的这些位置之间的间距，与蒸发器60的接触区域131的间距相对应。
在该实施例中，在电管道105a、105b之间且尤其是和载体4之间设置穿通开口104，该穿通开口使得尤其蒸发器60的入口侧61可以传导液体地被芯结构19接触。
粘合剂尤其可以是充银的、单组分的聚酰亚胺粘合剂，例如型号为PanacolEcolite 237。然而具有其他塑料以及利用其他金属填充的粘合剂也是可以考虑的。
电管道105a、105b可以被施加到载体4上或者载体4可以被设置成已经具有预先结构化在载体4上的电管道105a、105b。有利地预先结构化的电管道105a、105b可以由不同的材料或者不同材料的分层组合组成，使其为温度稳定的、惰性的、可引线键合的和/或可焊接的。优选使用由金制成的电管道105a、105b。
尤其是在穿通开口104的区域中和/或在载体4的区段中，该区段接触蒸发器60或在运行中通过蒸发器60被加温，载体4可以由陶瓷的基体制成。
图6示出了蒸发器装置1的示意透视图，包括关于图5所阐述的载体4和关于图3或4所阐述的蒸发器60。
电管道105a、105b通过有电传导能力的粘合剂2与蒸发器60电传导地相连接。
附加的完全加热步骤为此实现了共晶连接，以使蒸发器60和电管道105a、105b之间的电连接为低欧姆的。
例如设置含硅的蒸发器60和含银的粘合剂2。对于本领域技术人员已知的是，银和硅具有相图，该相图在大约845℃的温度和大约89原子百分比或89粒子数百分比的银含量、其对应大约97重量百分比的银含量下具有共晶点。因此，附加的完全加热步骤必须将粘合剂2加热到与共晶点对应的温度上，以在蒸发器60和粘合剂2之间建立共晶连接。
图7以本发明的另一实施方式示出了载体4的示意透视图，其中电管道105a、105b部分地由有传导能力的粘合剂2构成。载体4可以如此被预先结构化，方式为，载体4具有一个或多个凹陷107，用于构造电管道105a、105b的粘合剂4可以被施用在这些凹陷中。利用粘合剂2填充凹陷107且紧接着可以将蒸发器60安放在粘合剂2上。凹陷107可以促进蒸发器60的保持。凹陷107中的粘合剂2构成电管道105a、105b的接触蒸发器60的区段且与电管道105a、105b背离蒸发器60或者说不接触蒸发器60的区段电传导地相连接。电管道105a、105b的不接触蒸发器60的区段尤其可以伸出载体4，以提供例如用于蒸发器装置1与外部零件电连接的接触和/或插头（未示出）。
载体4的预先结构化在其他实施方式中可以包括表面处理，使得粘合剂2与载体4和/或电管道105a、105b达成更好的连接。在该实施方式中凹陷107不是必需的。
附图标记
1 蒸发器装置
2 粘合剂
4 载体
10 吸入器
11 壳体
14 能量存储器
15 控制装置
16 基础部件
18 液体存储器
19 芯结构
20 蒸发器储箱单元
24 空气出口开口
30 空气通道
32 嘴端部
34 空气流
50 液体
60 蒸发器
61 入口侧
62 液体通道
64 出口侧
71 加热电压源
104 穿通开口
105a、105b 电管道
107 凹陷
131 接触区域
133 金属层
231 空气入口开口
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