TW202126106A - 薄膜加熱器 - Google Patents

Abstract

描述了一種製造薄膜加熱器之方法。該方法包括從相反的兩個側面蝕刻金屬片材以提供平面加熱元件之第一步驟；以及將加熱元件附接到柔性電絕緣背襯膜之第二步驟。該方法允許製造一種薄膜加熱器，該薄膜加熱器提供更均勻加熱，並且允許更大範圍地選擇柔性電絕緣背襯膜之特性以及蝕刻過程之參數。還描述了包含薄膜的加熱器組件及氣溶膠產生裝置。

Description

薄膜加熱器

本發明關於一種薄膜加熱器及一種用於製造薄膜加熱器之方法。

薄膜加熱器被用於廣泛應用中，該等應用通常需要可以符合待加熱表面或物體之柔性低型面加熱器。一種這樣的應用係在氣溶膠產生裝置之領域中，例如風險降低的尼古丁遞送產品，包括電子煙和煙草蒸氣產品。這樣的裝置對加熱腔室內的氣溶膠產生物質進行加熱以產生蒸氣，並且因此可以採用符合加熱腔室的表面的薄膜加熱器以確保腔室內的氣溶膠產生物質的高效加熱。

薄膜加熱器通常包括電阻加熱元件，該電阻加熱元件被包圍在柔性電絕緣薄膜的密封的封套中，具有與加熱元件的接觸點以用於連接到電源，該等接觸點通常被焊接到加熱元件的暴露部分上。

這種薄膜加熱器通常藉由以下方式製造：將一層金屬沈積在電絕緣薄膜支撐件上，將支撐在薄膜上的金屬層蝕刻成所需的加熱元件形狀，將第二層電絕緣薄膜施加到蝕刻的加熱元件上，並且進行熱壓以用電絕緣薄膜封套將加熱元件密封。然後對電絕緣薄膜進行沖切以產生用於觸點之開口，該等觸點被焊接到加熱元件的藉由開口暴露之部分上。

金屬層的蝕刻通常藉由以下方式實現：將抗蝕劑網版印刷到金屬箔的表面上，施加可以在CAD中設計的電阻圖案，並且藉由選擇性地暴露抗蝕劑而將電阻圖案轉印到箔上，然後用適當的蝕刻劑噴塗金屬層的暴露表面，以優先蝕刻金屬層，從而將所需的加熱元件圖案支撐在薄膜上。

儘管這種常規的薄膜加熱器成本相對較低並且可廣泛獲得，但是具有許多缺點。特別地，蝕刻的加熱器圖案的厚度的精度受到限制，從而導致加熱器軌道上電阻精度之相應限制。在使用期間，這可能導致加熱元件的局部溫度發生不希望之變化。蝕刻過程的參數的選擇還受到電絕緣背襯膜的有限選擇之約束，並且在某些情況下還受到蝕刻劑可能損壞膜的事實之約束。此外，由於蝕刻圖案受到支撐膜的尺寸和化學蝕刻過程的限制，因此這種已知的過程不允許加熱器結構發生顯著變化。

本發明之目標係在解決該等問題方面取得進展，以提供一種改進的薄膜加熱器及製造薄膜加熱器之方法。

根據本發明之第一方面，提供了一種製造薄膜加熱器之方法，該方法包括：從相反的兩個側面蝕刻金屬片材以提供平面加熱元件；以及將加熱元件附接到柔性電絕緣背襯膜。

換句話說，該方法關於蝕刻金屬片材以形成加熱元件，隨後將加熱元件附接到柔性電絕緣背襯膜，使得金屬片材的蝕刻獨立於加熱元件與背襯膜的附接而進行。

由於金屬片材的蝕刻係在附接到背襯膜上之前進行的，即，金屬片材的兩個平面表面都暴露，因此與金屬片材在被支撐在表面上時進行蝕刻之方法相比，可以在金屬片材的兩個相反的平面表面上進行蝕刻過程以實現使加熱元件的尺寸之精度增加。加熱元件的加熱器軌道的寬度和/或厚度的這種增加的精度導致電阻的精度增加，並且因此在加熱元件的加熱區域上的加熱溫度的均勻性更高。金屬片材的兩個側面的蝕刻由於隨後的與柔性背襯膜的附接而是特別有利的。儘管單側蝕刻可能適合於與剛性表面附接的通用表面加熱元件，但是柔性背襯膜可能是易損的，因此加熱元件的蝕刻中的缺陷更容易損壞膜並降低加熱器的結構穩定性。藉由從金屬箔的兩個側面進行蝕刻並隨後附接到柔性膜，提供了更堅固的薄膜加熱器。

此外，由於蝕刻過程和隨後的與背襯膜的附接係單獨的獨立步驟，因此蝕刻過程參數之選擇不受所使用的特定背襯膜的影響。同樣地，背襯膜的比如材料和厚度等特性的選擇不受所用的蝕刻過程之影響，因此可以根據最終應用要求對該等選擇進行優化。

在施加到背襯膜之前對加熱元件的蝕刻還允許加熱元件之形狀具有更大設計自由度。當首先將金屬片材沈積在背襯膜上時，金屬片材的大小受到背襯膜之限制，因此加熱元件的大小受到該區域的限制。藉由獨立於背襯膜而蝕刻金屬片材，加熱器元件圖案的大小和複雜性不受限制。

蝕刻步驟較佳的是包括：例如藉由在金屬片材的兩個側面施加光敏抗蝕劑來對金屬片材進行光刻；

選擇性地使金屬片材的兩個側面的一部分曝光，以將對應於加熱元件的圖案轉印到光敏抗蝕劑；以及將蝕刻劑施加到片材的兩個側面，以根據轉印圖案選擇性地蝕刻金屬片材。選擇性地使金屬片材的兩個側面的一部分曝光可以關於使用雷射直接成像將金屬片材暴露於紫外光。該過程允許將錯綜複雜的加熱元件圖案以高精度和可再現性從例如CAD文檔轉印到金屬片材上，從而導致加熱元件之間的變化很小。

較佳的是，使用黏合劑（例如，矽黏合劑）將加熱元件附接到柔性電絕緣背襯膜之表面。這提供了將加熱元件可靠地固定到背襯膜的簡單手段。柔性電絕緣背襯膜可以包括一層黏合劑，例如,柔性電絕緣背襯膜可以是具有一層Si黏合劑的聚醯亞胺膜。可以藉由隨後的對柔性電絕緣背襯膜、黏合劑層和已定位的加熱元件進行加熱來附接加熱元件，以使用黏合劑將加熱元件黏合至表面。

蝕刻步驟可以包括蝕刻金屬片材以提供兩個或更多個相連的加熱元件。蝕刻步驟還可以包括蝕刻金屬片材，以便提供由支撐結構支撐的兩個或更多個相連的加熱元件，例如加熱元件被懸置在支撐框架內。兩個或更多個相連的加熱元件可以呈包括多個相連的加熱元件的陣列之形式。這允許同時製備多個加熱元件，從而提高了該方法之效率。相連的加熱元件可以容易地作為整體結構來處理。

當蝕刻金屬片材以提供兩個或更多個相連的加熱元件時，該方法可以進一步包括：分離每個加熱元件，即，從兩個或更多個相連的加熱元件的陣列中移除加熱元件，並且將每個加熱元件附接到相對應的一片柔性電絕緣背襯膜。以此方式，相連的加熱元件容易地作為整體結構來處理，其中單個加熱元件在製造過程中以直接的方式脫離並且附接到一片柔性電絕緣背襯膜。相連的加熱元件可以藉由截面減小的連接部分（例如，可斷裂部分）來連接，該等連接部分使加熱元件彼此連接和/或將加熱元件連接到支撐框架，使得可以藉由使連接部分斷裂或切割連接部分來脫離。

替代性地，當蝕刻金屬片材以提供兩個或更多個相連的加熱元件時，該方法可以進一步包括：將相連的加熱元件附接到公共柔性電絕緣背襯膜，以及在加熱元件之間切割柔性電絕緣背襯膜以提供多個包括與柔性背襯膜附接的單個加熱器元件之組件。以此方式，可以同時組裝多個薄膜加熱器，從而提高製造效率。當相連的加熱器元件被支撐在支撐框架內時，支撐框架可以包括多個對準孔，該等對準孔被佈置為允許相連的加熱元件相對於柔性電絕緣背襯膜對準。該方法可以包括：將一行的兩個或更多個相連的加熱元件定位在一條柔性電絕緣背襯膜的黏合表面上，附接第二片柔性膜以便將兩個或更多個相連的加熱元件至少部分地包圍在柔性電絕緣背襯膜與第二柔性膜之間；以及在相連的加熱元件之間切割，以使兩個或更多個密封的薄膜加熱元件脫離。

較佳的是，該方法包括蝕刻金屬片材以形成平面加熱元件，該平面加熱元件包括：加熱器軌道，該加熱器軌道遵循迂回路徑，從而覆蓋該加熱元件的平面內的加熱區域；以及用於連接到電源的兩個延伸的接觸腳。當在裝置中採用薄膜加熱器時，接觸腳可以足夠長，以允許直接連接到電源。例如，接觸腳的長度可以基本上等於或大於限定加熱區域的尺寸中的一個或兩個。迂回路徑可以被配置為在加熱區域內留下空置區。加熱區域可以是由加熱元件的最大長度和最大寬度限定的區域。該方法還可以包括將溫度感測器定位在空置區中。

較佳的是，該方法還包括附接第二柔性膜層，以便將加熱器軌道包圍在背襯膜與第二柔性膜層之間。較佳的是，加熱器軌道被包圍在背襯膜與第二柔性膜層之間的同時使接觸腳暴露以允許連接到電源。第二柔性膜層可以包括熱收縮材料。藉由使用熱收縮材料，第二柔性膜可以用於將薄膜加熱器附接到加熱腔室之表面。更特別地，已附接的熱收縮膜層包括沿包繞方向延伸超出柔性背襯膜的附接區，其中，該附接區可以被包繞在加熱腔室的外部表面上以將薄膜加熱器保持在該表面上；然後可以對組件進行加熱以使熱收縮膜收縮，從而將薄膜加熱器固定到加熱腔室之表面。

柔性電絕緣背襯膜可以包括聚醯亞胺、比如聚四氟乙烯（PTFE）等含氟聚合物、或聚醚醚酮（PEEK）。柔性電絕緣背襯膜的厚度較佳的是小於50 µm，更較佳的是小於30 µm。例如，背襯膜可以包括單面25 µm PI，具有37 µm Si黏合劑。熱收縮材料還可以包括聚醯亞胺、比如聚四氟乙烯（PTFE）等含氟聚合物、或聚醚醚酮（PEEK）。背襯膜較佳的是不透液體的。設置厚度小於50 µm的柔性電絕緣背襯膜提供了對於將薄膜加熱器應用於氣溶膠產生裝置而言最佳的熱傳遞特性。特別地，這允許通過背襯膜的良好熱傳遞，同時確保足夠的結構穩定性以支撐加熱元件。藉由提供最小厚度為5 µm的背襯膜，可以進一步提高結構穩定性。

根據本發明之另一方面，提供了一種根據以上或所附請求項限定之方法製造的薄膜加熱器。特別地，根據本發明之薄膜加熱器包括與柔性電絕緣背襯膜之表面附接的平面加熱元件。平面加熱元件從金屬片材從相反的兩個側面進行蝕刻，以提供平面加熱元件。較佳的是，平面加熱元件包括：加熱器軌道，該加熱器軌道遵循迂回路徑，從而覆蓋該加熱元件的平面內的加熱區域；以及用於連接到電源的兩個延伸的接觸腳。較佳的是，接觸腳的長度基本上等於或大於加熱區域的尺寸。較佳的是，薄膜加熱器還包括第二柔性膜層，以便將加熱器軌道包圍在背襯膜與第二柔性膜層之間，較佳的是使接觸腳暴露。較佳的是，第二柔性膜層包括熱收縮材料。

根據本發明之另一方面，提供了一種平面加熱元件組件，該平面加熱元件組件包括兩個或更多個相連的加熱元件，其中，該平面加熱元件從金屬片材從相反的兩個側面進行蝕刻。較佳的是，加熱元件組件進一步包括支撐框架，並且兩個或更多個相連的加熱元件被支撐在支撐框架內。較佳的是，每個加熱元件包括：加熱器軌道，該加熱器軌道遵循迂回路徑，從而覆蓋該加熱元件的平面內的加熱區域；以及用於連接到電源的兩個延伸的接觸腳。

根據本發明之另一方面，提供了一種加熱器組件，該加熱器組件包括根據所附請求項限定之方法製造的薄膜加熱器以及加熱腔室；其中，薄膜加熱器被包繞在加熱腔室的外部表面上。

根據本發明之另一方面，提供了一種氣溶膠產生裝置，該氣溶膠產生裝置包括根據所附申請專利範圍限定之方法製造的薄膜加熱器。

本發明提供了一種製造薄膜加熱器之方法，該方法包括如下步驟：如圖1所示，從相反的兩個側面蝕刻金屬遮罩件，以便提供如圖2A所示的平面加熱元件；以及，如圖3A所示，將加熱元件附接到柔性電絕緣背襯膜。

圖1示意性地展示了從相反的兩個側面11、12蝕刻金屬片材10以提供平面加熱元件20之示例性方法。可以使用各種可能的技術來蝕刻金屬片材10，重要的共同方面係獨立於柔性背襯膜30進行金屬片材之蝕刻，從而允許從兩個側面11、12蝕刻金屬片材10，導致精度提高、加熱元件20的特定形狀之設計自由度更大、以及蝕刻過程特定參數之選擇更大。

該方法開始於為薄金屬片材（或金屬「箔」）10選擇合適的材料。厚度約為50微米的不銹鋼片材（例如，18 SR或SUS 304）在製成加熱元件時具有適當的特性，同時根據需要相對地易於處理和蝕刻。金屬片材10的特定金屬和厚度被選擇為使得所得到的加熱元件20係柔性的，使得其可以與支撐柔性薄膜30一起變形，以便符合待加熱的表面的形狀。

金屬箔10可以首先被清潔和去油污以去除製造過程中的比如蠟和軋製油等任何污垢或殘留物，以改善光致抗蝕劑的施加和蝕刻劑之功效。下一個步驟，如圖1B所示，係將光敏抗蝕劑13施加到金屬片材10的兩個側面11、12。可以在清潔條件下使用自動化層壓過程來施加光致抗蝕劑13，以確保光致抗蝕劑層黏附至金屬片材10之表面11、12。

接下來，如圖1C中所示，對應於加熱元件20的圖案14藉由將兩個側面11、12的一部分選擇性地暴露於紫外線光15而被轉印到金屬片材10的兩個側面上的光致抗蝕劑層13。較佳的是藉由使用電腦控制的雷射器15來轉印圖案，以使用雷射器15將（例如，如保存在CAD檔中的）加熱器元件設計圖案14轉印到光致抗蝕劑13。雷射直接成像（LDI）可以被用於使用雷射器的紫外線光將錯綜複雜的加熱元件圖案準確地轉印到光致抗蝕劑。

接下來，如圖1D中所示，去除未暴露的光致抗蝕劑以暴露金屬片材之表面。光致抗蝕劑13的已經暴露於UV光以使光致抗蝕劑硬化的部分在蝕刻期間保護金屬片材的其餘部分。在該顯影步驟期間施加適當的化學製劑16，該化學製劑去除未暴露的抗蝕劑，但是對暴露於UV光的已硬化的光致抗蝕劑沒有影響。

在顯影步驟之後，將適當選擇的蝕刻劑17施加到金屬片材10的兩個側面11、12，以蝕刻金屬片材10的暴露部分14，從而將蝕刻的加熱元件20從金屬片材10上釋放。根據用於金屬片材10的特定材料和厚度來選擇蝕刻劑17。最後，如圖1F所示，施加其他化學製劑以從金屬片材10上去除殘留的光致抗蝕劑13，以露出從金屬片材10上釋放的經蝕刻的加熱元件20。

藉由從兩個側面蝕刻金屬片材10，與在基板上對沈積的金屬層進行蝕刻的先前技術方法相比，提供了如圖2A所示的獨立式蝕刻的金屬加熱器元件20或者如圖2B所示的多個相連的金屬加熱器元件20。如圖2A所示，加熱器元件20包括加熱器軌道21和兩個延伸的接觸腳23，加熱器軌道遵循迂回路徑以基本上覆蓋加熱元件20的平面內的加熱區域22，並且兩個延伸的接觸腳用於將加熱元件20連接到電源。加熱元件20被配置為當接觸腳23被連接到電源並且電流通過加熱元件20時，加熱器軌道21中的電阻導致加熱元件20升溫。加熱器軌道21較佳的是被成形成為加熱區域22上提供基本上均勻的加熱。特別地，加熱器軌道21被成形為使其不包含尖銳拐角，並且具有均勻的厚度和寬度，並且加熱軌道的相鄰部分之間的間隙基本上恒定，以使加熱器區域22上的特定區域中的增加的加熱最小化。加熱器軌道21在符合上述標準的同時遵循加熱器區域22上的曲折路徑。在圖2A的示例中的加熱器軌道21被分成兩個平行的加熱器軌道路徑21a和21b，這兩個平行的加熱器軌道路徑各自遵循加熱器區域22上的蜿蜒路徑。可以在連接點24處焊接加熱器腳23，以允許電線連接以將加熱器附接到PCB和電源。

與藉由首先將金屬片材施加到電絕緣基板、隨後從暴露的側面進行蝕刻以提供設置在基板上的加熱器圖案的常規方法製備的加熱元件相比，藉由本發明之方法製備的加熱元件20具有若干優點。特別地，藉由從金屬片材10的平坦的兩面11、12進行蝕刻，就加熱器軌道21的寬度而言，可以實現提高的精度。這樣導致沿加熱器軌道21的電阻的相應精度提高（與厚度有關），並且因此在加熱區域22上提供了更均勻的溫度。此外，由於獨立於電絕緣基板而對金屬片材10進行蝕刻，因此在選擇蝕刻過程中使用的各種化學製劑時，不需要考慮電絕緣基片材之特性。在常規方法中，當在蝕刻之前首先將金屬片材沈積在基板上時，電絕緣基板的特性會限制所使用的特定蝕刻步驟中之選擇。同樣地，可以限制用於電絕緣背襯膜的材料的選擇，因為該材料對於蝕刻過程而言必須是堅固的。因此，在先前技術之方法中，必須選擇可以承受蝕刻過程的化學製劑的電絕緣層，並且其必須具有適當的厚度，以使得其在蝕刻過程中不會明顯劣化。顯然，藉由提供厚度增加的電絕緣層，熱傳遞效率由於圍繞加熱元件20的更大量的材料而受到限制。藉由在單獨的步驟中蝕刻金屬片材10，在附接至電絕緣背襯膜之前，可以使用更薄的電絕緣背襯膜，使得最終的加熱元件提供更大的熱傳遞效率。

如上所述，本技術的優點之一在於在選擇加熱器元件的特定形狀時允許更大設計自由度。圖2B展示了可以藉由蝕刻單個金屬片材10製造的相連的加熱元件20的陣列。圖2B中繪出的加熱元件的特定陣列包括各自被支撐在周圍的支撐框架41內的三條各六個加熱元件20，其中，這樣的整個複合結構係使用圖1所示之方法從單個金屬片材10進行蝕刻的。顯然，該方法不受加熱元件20的數量或佈置或支撐框架結構41的特定形式的限制。

藉由蝕刻金屬片材以形成多個相連的加熱元件20，將加熱元件組裝到最終的薄膜加熱器100中的過程可以被大大地簡化並且更加有效。此外，以這種方式一起製備的加熱元件20的特性可以更加一致。如果藉由手動組裝，則加熱元件可以藉由斷裂或切割加熱器片材的材料的將加熱元件20與框架41的相鄰支撐支柱42連接的易碎可斷裂的連接部分而簡單地從支撐框架上脫離。然後，脫離的加熱元件20可以簡單地附接到相對應柔性電絕緣背襯膜。

替代性地，如以下所述，在將獨立的加熱元件20和與其附接的背襯膜的相應各區從背襯膜片材上切下之前，可以將加熱元件20的陣列40一起附接到單片公共背襯膜30。這樣允許以簡化且高效的過程同時生產多個薄膜加熱器100。為了有助於這種過程，支撐支柱42可以包括多個對準孔43，該等對準孔可以用於在製造設備中將加熱元件40的陣列對準，以用於使該陣列相對於其貼附的電絕緣層正確定向。

圖2B進一步展示了當使用根據本發明之方法製造加熱元件20時如何可以優化加熱元件20之特定形狀。例如，加熱器腳23的長度可以延伸，使得在最終組裝的裝置中，可以將接觸加熱器腳23直接連接到PCB而無需焊接觸點24，如圖2A中所示，並且隨後利用纜線將加熱器腳23連接到PCB。這係因為，如先前技術方法那樣，加熱元件圖案的尺寸不受金屬片材所施加的支撐膜的尺寸之限制。

如圖3A所示，接著將蝕刻的加熱元件20附接到柔性電絕緣背襯膜30以形成薄膜加熱器100。用於柔性背襯膜30的合適的材料包括聚醯亞胺、比如聚四氟乙烯（PTFE）等含氟聚合物、或聚醚醚酮（PEEK），可以在薄膜的一個表面上將加熱元件20附接到該等材料。藉由使用黏合劑（例如，矽黏合劑）來附接加熱元件20，以將平面加熱元件黏附到柔性背襯膜30。該方法允許使用更薄的背襯膜，因為背襯膜不會暴露於蝕刻過程。例如，可以使用25微米的聚醯亞胺和37微米的矽黏合劑的膜，其中，加熱元件20被黏附到聚醯亞胺膜上的黏合劑層。同樣地，根據本發明之方法允許使用替代的背襯膜材料，否則該背襯膜材料將會在蝕刻過程中劣化。例如，柔性電絕緣背襯層30可以是PTFE或其他可能的耐熱電絕緣聚合物材料，例如以上明確的那些。

利用黏合劑將加熱元件20附接到背襯膜30的過程可以用多種不同方式來實現。首先，如圖3A所示，單個加熱元件20可以簡單地放置在聚醯亞胺膜的黏合劑側上。替代性地，如果如圖2B所示以包括多個相連的加熱元件20的佈置40來製備加熱元件20，則可以在附接到聚醯亞胺背襯膜30之前使加熱元件獨立地從支撐框架41上脫離。然後可以藉由將薄膜加熱器包繞在加熱腔室上而將圖3A所示的所得到的薄膜加熱器100施加到加熱腔室的外部表面。在附接到加熱腔室之前，可以藉由將脫離層31施加到背襯膜30的表面來儲存薄膜加熱器100，如圖3B中所示，該背襯膜支撐加熱元件20。由於黏合劑層暴露在加熱元件20周圍的區域中，因此脫離層可以簡單地黏附到該矽黏合劑層以及以該狀態儲存的加熱器。

圖4展示了使用第二柔性膜50將薄膜加熱器100附接到加熱腔室60之方法。首先，如果使用的話，將脫離層31去除以暴露支撐在聚醯亞胺背襯膜30的矽黏合劑側上的加熱元件20。第二柔性膜50被定位成在背襯膜30與第二膜50之間包圍加熱元件的加熱區域22，同時使加熱器腳23暴露以用於連接到電源。在該示例中，第二柔性膜50係熱收縮材料，其允許薄膜加熱器100緊密且牢固地附接到管狀加熱腔室60的外表面。特別地，熱收縮膜50包括優先在一個方向上收縮的熱收縮帶，例如熱收縮聚醯亞胺帶（例如，由Dunstone製造的208x）。藉由將一層優先熱收縮帶包繞在薄膜加熱器100上以在優先熱收縮方向與包繞方向對準的情況下將該薄膜加熱器固定到加熱腔室，熱收縮層在加熱時縮小以使薄膜加熱器保持緊密抵靠加熱器腔室60。

在圖4的示例中，熱收縮膜50被定位在薄膜加熱器100的表面上的加熱元件20的加熱區域22上方。在與加熱器組件100被包繞在加熱器杯60上的方向相對應的方向51上（並且也在熱收縮膜50的優先收縮方向上），熱收縮50延伸超出柔性電絕緣背襯膜30的區域。特別地，在大致與加熱元件接觸腳23從加熱區域22延伸的方向垂直的方向51上，熱收縮膜50延伸超過背襯膜30以及被支撐的加熱器元件20。這對應於包繞方向51，使得當包繞在加熱腔室60上時，加熱區域被適當地對準以圍繞加熱腔室的周邊延伸，而熱收縮膜50的延伸部分第二次包繞在加熱腔室60的周邊上以覆蓋加熱區域22。

熱收縮膜50較佳的是沿包繞方向在垂直於加熱器接觸腳的方向51上充分延伸，使得當薄膜加熱器100被包繞在加熱腔室60上時包繞部分可以圍繞加熱腔室的周邊延伸。聚醯亞胺背襯膜30上的黏合劑可以在對熱收縮膜與黏合劑接觸的區域進行加熱時影響熱收縮膜的緊縮，因此應當提供足夠的沒有黏合劑層的延伸區域51，其可以包繞在加熱腔室上以確保薄膜100在熱收縮之後被牢固且緊密地附接到加熱腔室。

熱收縮膜50還較佳的是在與加熱器接觸腳的延伸方向相反的方向52上向上（在與加熱器腔室60的伸長軸線相對應的方向上）延伸超出加熱元件20。藉由在熱收縮膜在加熱區域22上方延伸的方向52上測量該距離，可以根據需要沿著加熱腔室60的長度將加熱區域22以正確的高度對準。特別地，藉由確保熱收縮件在方向52上延伸的長度係正確的，並且將熱收縮件的向上延伸部分的這個頂部邊緣與加熱腔室的頂部邊緣62對準，在加熱器110的組裝期間，加熱區域22可以沿著加熱腔室60的長度被可靠地定位在正確的點處。

如圖4B中所示，可以在聚醯亞胺背襯膜30與熱收縮層50之間引入溫度感測器，作為示例在下文被稱為熱敏電阻器61。熱敏電阻器61較佳的是與加熱器軌道21相鄰地附接到背襯膜30之矽黏合劑層上。加熱器軌道21可以被蝕刻為一定圖案，使得加熱器軌道所遵循的路徑使加熱器區域22v的區留空，從而可以將熱敏電阻器61施加在這個緊鄰加熱器元件20的區域中。在這個示例性方法中，熱收縮膜50可以被定位成使得背襯膜30的自由邊緣區32與加熱區域20相鄰。背襯膜的這個自由區32可以在加熱器區域20的與熱收縮材料50的延伸包繞部分51相對的一側。然後可以將這個黏合邊緣部分32折疊，以將熱收縮層50以及被包圍的熱敏電阻器61固定到背襯膜30。

可以藉由多種不同的方式來實現薄膜加熱器組件100與加熱器腔室60的外表面的初步附接。在圖4展示之方法中，將多條黏合帶55附接到薄膜加熱器組件100的每一側（在熱收縮件50在包繞方向上的每個遠邊緣處）。然後，如圖4D中所示，利用與熱敏電阻器61相鄰的黏性帶55a將薄膜加熱器組件100附接到加熱腔室60，其中與加熱腔室60的外表面和熱收縮膜50接觸的電絕緣背襯膜30面向外。藉由使電絕緣膜的延伸對準部分52的頂側與加熱腔室60的頂部邊緣對準來定位加熱區域20。可以將保持在熱收縮件60與背襯膜30之間的熱敏電阻器61對準成使其定位在設置在加熱腔室60外表面上的凹部內。可以在加熱腔室60的周邊周圍設置長形的凹部，該等凹部突出到內部體積中，以增強裝置中的在使用期間朝向消耗品之熱傳遞。藉由設置熱敏電阻器61以使其位於這樣的凹部內，可以獲得加熱腔室的內部溫度的更準確之讀數。

然後將薄膜加熱器組件100包繞在加熱腔室60之周邊上，使得加熱區域20位於加熱腔室60的整個周邊之周圍。熱收縮膜50的延伸部分51包繞在加熱腔室60上，以便利用其外表面上的附加層來覆蓋加熱元件20。然後使用黏性帶55b的相應附接部分來附接熱收縮材料50之延伸的包繞部分51。然後對圖4E中所示的包繞的加熱器組件110進行加熱，以使薄膜加熱器熱收縮到加熱腔室60之外表面。最後，可以在加熱器組件110的外表面周圍施加比如聚醯亞胺膜等電絕緣薄膜56，以形成一個或若干附加電絕緣層。膜可以包括內部黏合劑（例如，Si黏合劑）層，以將經包繞的膜保持在適當位置。

因此，圖4之方法提供了一種特別有效之方法，其中熱收縮膜提供了許多功能，即將加熱元件密封在背襯膜30上、提供對準特徵以允許加熱元件20相對於加熱腔室60對準、以及提供將加熱器組件100附接到加熱腔室60之手段。在其他示例中，熱收縮件50可以用其他方式進行附接。例如，可以首先藉由第二電絕緣膜來密封加熱元件20以形成包含加熱元件20的密封之電介質封套。然後可以藉由將熱收縮件包繞在薄膜加熱器組件上以至少特別地與其重疊並且將其附接到腔室60而將該組件與熱收縮件附接。在這種情況下，由於加熱元件20已經被密封在兩個電絕緣膜之間，所以熱收縮件不必覆蓋加熱區域22，如圖4所示。例如，熱收縮件50膜的邊緣可以被附接到密封的薄膜加熱器的邊緣，且然後被用於將其包繞到加熱器腔室60。熱收縮件50可以呈螺旋形式包繞；可以使用多個熱收縮件以例如僅使薄膜加熱器的邊緣抵靠加熱腔室60固定；或者該熱收縮件可以是在熱收縮之前套在加熱腔室60和薄膜加熱器上的熱收縮管。

圖5展示了使用相連的加熱元件的陣列40（如圖2B所示）來組裝薄膜加熱器100之替代方法。圖5之方法利用從單個金屬片材蝕刻的加熱元件陣列40，如上所述，以簡化製造過程並增加在給定量的時間內可以生產的薄膜加熱器之數量。陣列40包括多個相連的加熱元件20，該多個相連的加熱元件被懸置在包括長形支柱42的支撐框架40內。陣列40被放置在長度足以支撐一行多個加熱元件的聚醯亞胺/SI背襯膜30的單根公共條上。同樣地，可以使用比如PEEK含氟聚合物膜等其他電絕緣材料。可以使用真空床來精確地保持聚醯亞胺帶30，其中矽黏合劑面向上方。然後可以將經蝕刻的金屬加熱元件20的陣列40放置在背襯膜30的矽黏合劑表面上。金屬支撐支柱42中的孔43可以用於幫助將加熱器元件20的陣列精確地對準到背襯膜30上。

接下來，沿著背襯膜條30的每個側邊緣施加可剝離的離型材料（例如，聚酯）條31。當組裝薄膜加熱器以露出聚醯亞胺/矽帶的黏合劑層時，可以將該等可剝離的離型條剝離，從而代替圖4之方法的多條黏合帶55。可剝離的離型材料條31可以與金屬框架的支撐支柱42對準以幫助對準。例如，該等可剝離的離型材料條可以具有與支撐支柱42中的孔相對應的孔，該等孔可以藉由使用設置在比如真空床等對準夾具上的銷來對準。

接下來，可以將聚醯亞胺/SI膜的第二層33施加到組件的頂表面，以密封兩層聚醯亞胺帶之間的一個或多個加熱元件之加熱區域。較佳的是，如圖5所示，施加第二條33聚醯亞胺/Si帶以覆蓋兩個加熱元件的加熱區域，從而使接觸腳23暴露在第一片30背襯膜之頂表面上。然後兩片30、33聚醯亞胺/SI膜可以被真空壓緊，以密封兩片30、33電絕緣膜之間的相鄰加熱元件20的加熱區域22。然後藉由使將加熱元件20連接到支撐支柱42的可斷裂部分44斷裂，將支撐支柱42從加熱元件20上移除（支撐框架40可以在密封加熱元件20之前或之後被移除）。最後，如虛線34所示，對獨立的密封的加熱器進行沖切，以使獨立的密封的加熱元件20脫離。以此方式，每個獨立的密封的加熱元件包括兩條脫離帶31a、31b，可以將該等脫離帶從背襯膜的邊緣移除以暴露聚醯亞胺/SI膜33的黏合表面以允許附接到加熱腔室60。因此，該方法不需要將附加黏合帶55附接到背襯膜30以將加熱元件組件100初始附接到加熱腔室60。

密封的獨立的加熱元件的接觸腳23暴露，以易於連接到功率單元和PCB。一旦獨立的密封的加熱元件已經脫離，就可以使用多條熱收縮膜50將該等密封的加熱元件附接到加熱腔室。因此，該方法與圖4之方法的不同之處在於，加熱元件20在兩側均被密封在聚醯亞胺背襯膜之封套中，而圖4的組件僅具有單層聚醯亞胺/SI膜，加熱元件在施加熱收縮膜之前被附接在該單層聚醯亞胺/SI膜上。因此，在圖5之方法中，熱收縮膜不需要密封薄膜加熱器，而僅用於附接目的，因此可以用任何方式施加熱收縮件以將薄膜加熱器固定到加熱腔室60。因為根據本發明之方法（關於獨立於背襯膜的金屬片材的蝕刻）允許蝕刻更複雜和尺寸更大的結構，使得可以利用如圖5所示的加熱元件40的陣列，所以圖5之方法係可實現的。

包括藉由本發明之方法製造的包繞在加熱腔室60的外表面上的薄膜加熱器100的加熱器組件110可以被用於許多不同的應用中。圖6示出了根據本發明之方法組裝的薄膜加熱器100之應用，該薄膜加熱器被應用於加熱不燃燒式（heat not burn）氣溶膠產生裝置200中。這樣的裝置200在加熱腔室60中可控地加熱氣溶膠產生消耗品210，以便產生用於吸入的蒸氣而不燃燒消耗品的材料。圖6展示了被容納在裝置200的加熱腔室60中的消耗品210。裝置200的加熱器組件110包括基本上呈圓柱形的導熱腔室60，該導熱腔室具有根據本發明之包繞在外表面上的薄膜加熱器100。

由於根據本發明之薄膜加熱器100使用厚度減小的材料，所以朝向加熱腔室的熱傳遞比已知裝置更有效。特別地，由於獨立地蝕刻加熱元件20允許在背襯膜30的厚度和材料方面進行更大的選擇，因此可以使用熱質減小的背襯膜30來增強朝向加熱腔室60內的消耗品210的熱傳遞，從而改善裝置之性能。此外，由於本發明之方法使用從金屬加熱片材之兩個側面進行蝕刻，因此加熱元件可以被製造成更高的精度，其中加熱軌道21的寬度和厚度在加熱元件20的加熱區域22上是均勻的。這導致加熱腔室的加熱更加均勻，從而導致消耗品210的整個預期體積被更精確地加熱到所需的溫度以產生蒸氣。此外，由於該方法允許加熱元件20的特定形狀具有更大的設計自由度，因此可以產生具有延伸的接觸腳23之加熱元件20。以此方式，如圖6所示，接觸腳23可以直接延伸到其可以連接的PCB 201。由於不再需要在接觸腳23與PCB 201之間焊接的附加電纜，因此減少了製造步驟的數量和所需部件的數量。這使得裝置具有更高抗故障能力，並且更堅固。因此，根據本發明之方法製造的薄膜加熱器當在比如氣溶膠產生裝置等裝置中實施時帶來許多性能上之改進。

10:金屬片材 11:側面 12:側面 13:光敏抗蝕劑 14:圖案 15:雷射器 17:蝕刻劑 20:加熱元件 21:加熱器軌道 21a:加熱器軌道路徑 21b:加熱器軌道路徑 22:加熱區域 23:接觸腳 24:觸點 30:背襯膜 31:脫離層 32:自由邊緣區 33:第二條 40:加熱元件陣列 41:支撐框架 42:支撐支柱 43:對準孔 44:可斷裂部分 50:熱收縮膜 51:延伸部分 52:延伸對準部分 55:黏性帶 55a:帶 55b:帶 56:電絕緣薄膜 60:加熱腔室 61:熱敏電阻器 62:頂部邊緣 100:薄膜加熱器 110:加熱器組件 200:氣溶膠產生裝置 201:PCB 210:PCB

現在將參考附圖僅以舉例的方式描述本發明之實施方式，在附圖中：

[圖1A至圖1F]展示了從相反的兩個側面蝕刻金屬片材以提供平面加熱元件之方法；

[圖2A]展示了根據本發明之平面加熱元件；

[圖2B]展示了根據本發明之方法製造的多個相連的加熱元件；

[圖3A和圖3B]展示了根據本發明之方法製造的薄膜加熱器；

[圖4A至圖4F]展示了使用根據本發明之方法製造的薄膜加熱器來組裝加熱器組件之方法；

[圖5]展示了根據本發明之方法製造多個薄膜加熱器之方法；

[圖6]展示了包括根據本發明之方法製造的薄膜加熱器的氣溶膠產生裝置。

無

20:加熱元件

21:加熱器軌道

21a:加熱器軌道路徑

21b:加熱器軌道路徑

22:加熱區域

23:接觸腳

24:觸點

Claims (15)

1. 一種製造薄膜加熱器之方法，包括： 從相反的兩個側面蝕刻金屬片材以提供平面加熱元件；以及 將該加熱元件附接到柔性電絕緣背襯膜。
2. 如請求項1所述之方法，其中，該蝕刻步驟包括對該金屬片材進行光刻。
3. 如請求項1或請求項2所述之方法，其中，使用黏合劑將該加熱元件附接到該柔性電絕緣背襯膜之表面。
4. 如請求項1或請求項2所述之方法，其中，該蝕刻步驟包括蝕刻該金屬片材以提供兩個或更多個相連的加熱元件。
5. 如請求項4所述之方法，其中，該蝕刻步驟包括蝕刻該金屬片材以提供支撐在支撐框架內的兩個或更多個相連的加熱元件。
6. 如請求項4所述之方法，進一步包括： 分離每個加熱元件並且將每個加熱元件附接到相對應的一片柔性電絕緣背襯膜。
7. 如請求項4所述之方法，進一步包括： 將該等相連的加熱元件附接到公共柔性電絕緣背襯膜； 在該等加熱元件之間切割該公共柔性電絕緣背襯膜以提供多個組件，該多個組件包括附接到柔性背襯膜的單個加熱器組件。
8. 如請求項1或請求項2所述之方法，其中，該蝕刻步驟包括蝕刻該金屬片材以形成平面加熱元件，該平面加熱元件包括： 加熱器軌道，該加熱器軌道遵循迂回路徑，從而覆蓋該加熱元件的平面內的加熱區域；以及 用於連接到電源的兩個延伸的接觸腳。
9. 如請求項8所述之方法，其中，該等接觸腳的長度基本上等於或大於該加熱區域的尺寸。
10. 如請求項8所述之方法，進一步包括： 附接第二柔性膜層，以便將該加熱器軌道包圍在該背襯膜與該第二柔性膜層之間。
11. 如請求項10所述之方法，其中，該第二柔性膜層包括熱收縮材料。
12. 如請求項1或請求項2所述之方法，其中，該柔性電絕緣背襯膜包括聚醯亞胺。
13. 如請求項1或請求項2所述之方法，其中，該柔性電絕緣背襯膜包括PTFE。
14. 如請求項1或請求項2所述之方法，其中，該柔性電絕緣背襯膜具有小於50 µm之厚度。
15. 藉由前述請求項中任一項所述之方法製造的薄膜加熱器。

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