薄膜加热器的制作方法

1.本发明涉及一种薄膜加热器以及一种用于制造薄膜加热器的方法。


背景技术：

2.薄膜加热器被用于广泛的应用中，这些应用通常需要可以符合待加热的表面或物体的柔性低型面加热器。一种这样的应用是在气溶胶产生装置的领域中，例如风险降低的尼古丁递送产品，包括电子烟和烟草蒸气产品。这样的装置对加热腔室内的气溶胶产生物质进行加热以产生蒸气，并且因此可以采用符合加热腔室的表面的薄膜加热器以确保腔室内的气溶胶产生物质的高效加热。
3.薄膜加热器通常包括电阻加热元件，该电阻加热元件被包围在柔性介电薄膜的密封的封套中，具有与加热元件的接触点以用于连接到电源，这些接触点通常被焊接到加热元件的暴露部分上。
4.这种薄膜加热器通常通过以下方式制造：将一层金属沉积在介电薄膜支撑件上，将支撑在薄膜上的金属层蚀刻成所需的加热元件形状，将第二层介电薄膜施加到蚀刻的加热元件上，并且进行热压以用介电薄膜封套将加热元件密封。然后对介电薄膜进行冲切以产生用于触点的开口，这些触点被焊接到加热元件的通过开口暴露的部分上。具有硅粘合剂层的聚酰亚胺薄膜的片材是易于获得的，并且经常用于形成介电封套。
5.金属层的蚀刻通常通过以下方式实现：将抗蚀剂丝网印刷到金属箔的表面上，施加可以在cad中设计的电阻图案，并且通过选择性地暴露抗蚀剂而将电阻图案转印到箔上，然后用适当的蚀刻剂喷涂金属层的暴露表面，以优先蚀刻金属层，从而将所需的加热元件图案支撑在聚酰亚胺膜上。
6.这种传统的薄膜加热器具有许多缺点。特别地，用于介电层的现有材料(例如聚酰亚胺)没有最佳的介电和机械特性，这意味着需要更厚的介电层。这样导致热质量增加，并且因此导致向加热腔室的次优热传递。此外，聚酰亚胺相对昂贵，从而增加了合并有薄膜聚酰亚胺加热器的装置的制造成本。还需要确定聚酰亚胺的替代材料以增加制造薄膜装置的灵活性并提供选择材料的更多选项。
7.本发明的目标是在解决这些问题方面取得进展，以提供一种改善的所用薄膜加热器以及制造薄膜加热器的方法。


技术实现要素：

8.根据本发明的第一方面，提供了一种用于包绕气溶胶产生装置的加热腔室的薄膜加热器，该薄膜加热器包括：柔性加热元件；支撑该加热元件的柔性电绝缘背衬膜；其中，该背衬膜包括含氟聚合物或聚醚醚酮中的一种或两种。
9.含氟聚合物和/或聚醚醚酮(peek)提供了基于聚酰亚胺的薄膜加热器的低成本替代方案，同时在很宽的温度范围内提供了改善的介电特性和良好的机械特性，因此可用于薄膜加热器。因此，本发明提供了具有改善的特性的聚酰亚胺薄膜加热器的替代方案。
10.优选地，背衬膜包括聚四氟乙烯(ptfe)、全氟烷氧基聚合物(pfa)、氟化乙烯丙烯(fep)、乙烯四氟乙烯(etfe)、聚氯三氟乙烯(pctfe或ptfce)和聚醚醚酮中的一种或多种。这样的材料在很宽的温度范围内具有适当的特性，以允许应用于薄膜加热器中。特别地，这些材料中的每一种都具有高熔点，使得它们在高温下保持其机械特性，从而使其用作加热元件的绝缘支撑件。这些材料的特定熔点不同，决定了在薄膜加热器中使用时可以使用的最高加热温度，因此也决定了可以使用它们的特定应用。但是，所有材料都适合在某些温度范围内应用于受控温度的气雾生成设备(或“加热不燃烧式(heat-not-burn)”装置)。
11.含氟聚合物具有许多其他特性，这使其特别适合于在柔性加热膜中使用，并且与用于这种设备的常规材料相比具有许多优点。例如，含氟聚合物(尤其是ptfe)与聚酰亚胺相比非常柔软，可以拉伸和压缩，从而在用作密封层时可以围绕加热元件成型。该特性还使它们更贴近待加热物体(例如加热室)的表面，从而改善了热传递。含氟聚合物具有低得多的表面摩擦力(除非经过表面处理)，这在多层加热器组件中使用时是有利的，其中各层的滑动可以提供更好的加热器压缩和成型效果。含氟聚合物(尤其是ptfe)具有更好的抗撕裂性，这在组装过程中是有益的，这意味着基于这些材料的薄膜加热器的损坏风险降低。
12.优选地，薄膜加热器是用于气雾产生装置的薄膜加热器。含氟聚合物和聚醚醚酮提供适当的温度特性，使得它们可以用于气雾剂产生装置中使用的薄膜加热器，例如对加热室进行加热。
13.优选地，薄膜加热器被配置为使其可以顺应管状加热室的外表面，即，薄膜加热器具有足够的柔性以允许其被包裹成闭合环。优选地，薄膜加热器被配置为允许将其缠绕成管状构型，例如圆柱形构型。以此方式，它可以附接到气雾剂产生装置的加热室的外表面，以向加热室提供高效热传递。
14.优选地，薄膜加热器是用于加热不燃烧式热气溶胶产生装置的薄膜加热器。这种装置在受控温度下加热物质以释放蒸气而不燃烧材料，因此限制了最高加热温度。含氟聚合物和聚醚醚酮的熔点以及相应地其相对应的工作温度范围意味着它们非常适合用于可控温度的气溶胶产生装置(或“加热不燃烧式”装置)。
15.优选地，柔性电绝缘背衬膜包括聚四氟乙烯(ptfe)、全氟烷氧基聚合物(pfa)、氟化乙烯丙烯(fep)、乙烯四氟乙烯(etfe)、聚氯三氟乙烯(pctfe或ptfce)中的一种或多种。这种含氟聚合物在很宽的温度范围内具有有利的电绝缘和机械特性。ptfe是特别优选的，因为其具有2.1的介电常数和通常高于10
18
ohm.cm的体积电阻率。ptfe也在很宽的温度范围内具有良好的机械特性，熔点为327℃，可以用于范围广泛的加热器应用。这种材料相对于常用介电薄膜的改善的电绝缘特性改善了加热元件的绝缘性，从而进一步增强了薄膜加热器的性能。
16.优选地，柔性电绝缘背衬膜包括聚醚醚酮(peek)。peek提供了另一优选的选项，因为其具有3.2的介电常数以及大于10
16
ohm.cm的体积电阻率，因此具有良好的电绝缘特性。
17.当柔性电绝缘背衬膜包括含氟聚合物时，柔性电绝缘背衬膜的一侧优选地包括至少部分脱氟的表面层。优选地通过蚀刻含氟聚合物背衬膜的一个表面来提供脱氟表面层。可以使用等离子体蚀刻或化学蚀刻中的一种或两种来蚀刻背衬膜。可以使用ar、cf4、co2、h2、h2o、he、n2、ne、nh3和o2或混合气体(例如，ar o2、he h2o、he o2和n2 h2)进行等离子体蚀刻。化学蚀刻可以包括使用比如氨钠等含钠溶液。含氟聚合物通常具有极低的摩擦系数，
并且是化学惰性的，这意味着必须对含氟聚合物膜进行处理，以使该薄膜粘附到表面。通过处理膜以提供脱氟表面层，可以将表面官能化，使得其可以粘接到另一表面。以这种方式，柔性加热元件以及可能的其他薄膜层可以附接到含氟聚合物膜的脱氟表面。
18.优选地，通过钠氨蚀刻提供脱氟表面层，这提供了使用钠和氨的混合物来快速且有效地产生可粘接表面的低成本方法。
19.优选地，在背衬膜的表面上提供粘合剂层以保持柔性加热元件。
20.因此，薄膜可以包括设置在peek背衬膜的与加热元件接触的表面上的粘合剂层。
21.对于含氟聚合物层，粘合剂层设置在蚀刻的表面层上，其中，粘合剂优选地是硅粘合剂。优选地，加热元件被支撑在背衬膜的脱氟表面上并且通过粘合剂附接到脱氟表面层。以这种方式，可以用低成本和简单的方法将加热器可靠地固定到电绝缘背衬膜的蚀刻表面。在本发明的一些示例中，可以通过随后的对柔性电绝缘背衬膜、粘合剂层和已定位的加热元件进行加热来附接加热元件，以使用粘合剂将加热元件粘接至表面。
22.薄膜加热器优选还包括第二柔性电绝缘膜，该第二柔性电绝缘膜与柔性电绝缘背衬膜相对，以将加热元件至少部分地包封在柔性电绝缘背衬膜与第二柔性电绝缘膜之间。以这种方式，加热元件可以在介电封套内绝缘，以允许将加热元件施加在装置中。优选地，薄膜加热器包括两个接触点，以允许将电源连接到加热元件，例如，接触点可以通过电绝缘膜中的一个被焊接到加热元件的暴露部分。
23.在一个模式中，第二柔性膜与第一柔性膜重叠并且在包绕方向上延伸超过第一柔性膜。
24.优选地，柔性加热元件是平面加热元件，包括：加热器轨道，该加热器轨道遵循迂回路径，从而覆盖该加热元件的平面内的加热区域；以及用于连接到电源的两个延伸的接触脚。当在装置中采用薄膜加热器时，接触脚可以足够长，以允许直接连接到电源。例如，接触脚的长度可以基本上等于或大于限定加热区域的尺寸中的一个或两个。迂回路径可以被配置为在加热区域内留下空置区。薄膜加热器可以进一步包括定位在空白区域内或与加热元件接触的温度传感器。优选地，薄膜加热器包括第二柔性电绝缘膜，该第二柔性电绝缘膜与柔性电绝缘背衬膜相对，以将加热器轨道包封在柔性电绝缘背衬膜与第二柔性电绝缘膜之间。优选地，加热器轨道被包封在背衬膜与第二柔性膜层之间的同时使接触脚暴露以允许连接到电源。这样还允许第二柔性膜的延伸部分用于将加热元件和支撑背衬膜附接到表面。还可以通过使用延伸部分中的一个来允许加热元件相对于加热腔室对准，其中这些部分延伸超过加热元件预定距离。
25.优选地，第二柔性膜直接附接抵靠加热元件。以此方式，加热元件直接密封在柔性介电背衬膜与第二柔性膜之间，使得不需要附加的密封层。换句话说，热收缩膜既提供密封层又提供附接手段。
26.优选地，使用设置在支撑加热元件的柔性介电层的表面上的粘合剂来附接第二柔性膜。粘合剂可以是例如硅粘合剂。粘合剂提供了将加热元件可靠地固定到背衬膜的简单手段。柔性介电背衬膜可以包括一层粘合剂，例如，柔性介电背衬膜可以是具有一层si粘合剂的聚酰亚胺膜。可以通过随后的对柔性介电背衬膜、粘合剂层和已定位的加热元件进行加热来附接加热元件，以使用粘合剂将加热元件粘接到表面上。随后的加热可以是用于使热收缩膜收缩以将薄膜加热器附接到加热腔室的加热步骤。
27.第二柔性膜可以与第一柔性膜重叠，并且优选地在包绕方向上延伸超过第一柔性膜。结果，可以以高效率和高电绝缘将薄膜加热器包绕在加热腔室上。
28.优选地，第二柔性膜在包绕方向上至少是第一柔性膜的长度的大约两倍。结果，可以将第二柔性膜的厚度保持足够低，从而在确保高介电强度和机械特性的同时便于包绕操作。
29.优选地，第二柔性膜包括对准区，该对准区在与加热器的延伸的接触脚的方向相反的方向上(即在垂直于包绕方向的方向上，即沿着附接薄膜加热器的管状加热腔室的长度方向)延伸超过加热元件预定距离。特别地，第二柔性膜延伸超过加热元件的顶部边缘。特别是在向上的方向上，即在附接时对应于朝向加热腔室的顶部开口端的方向。通过提供延伸超过加热元件和/或背衬膜选定距离的对准区，该对准区可以用于将加热器的加热区域定位在所需位置。例如，该方法可以进一步包括将对准区的顶部界缘与加热腔室的端部对准，并且使用第二柔性膜将薄膜加热器附接到腔室。以这种方式，加热区域从加热腔室的端部沿着加热腔室的长度定位在已知位置，而不必仔细地测量或调整加热元件以使其正确对准。优选地，从加热区域的与接触脚相反的一侧到对准区的外周边缘测量预定距离。
30.优选地，第二柔性膜包括延伸超过柔性背衬膜的附接区域。优选地，附接区域在包绕方向(即，与延伸的接触脚的方向大致垂直的方向)上延伸超过背衬膜。特别地，第二柔性膜的宽度可以使其在与加热器接触脚的延伸方向垂直的一个或两个方向上延伸超过加热元件和柔性介电背衬膜。这个方向可以被称为包绕方向，并且是当薄膜加热器被附接到加热器腔室时与加热器腔室的伸长轴线大致垂直的方向。第二柔性膜的附接部分优选地被布置为在附接时围绕加热腔室延伸以将加热元件固定到加热腔室。
31.优选地，第二柔性膜的附接区域可以充分地延伸，使得其可以周向包绕在加热腔室的外表面上。例如，附接区域可以延伸至少对应于加热区域的宽度(即，与接触脚的延伸方向垂直的尺寸)的距离。
32.第二柔性膜可以包括热收缩材料。通过使用热收缩材料，第二柔性膜可以用于将薄膜加热器附接到加热腔室的表面。更特别地，已附接的热收缩膜层可以包括沿包绕方向延伸超出柔性背衬膜的附接区，其中，该附接区可以被包绕在加热腔室的外部表面上以将薄膜加热器保持在该表面上；然后可以对组件进行加热以使热收缩膜收缩，从而将薄膜加热器固定到加热腔室的表面。热收缩膜可以是管状热收缩膜，该管状热收缩膜被布置为在被加热以使管状热收缩膜收缩到加热腔室的外表面上之前套在加热腔室上。
33.特别地，热收缩膜可以优选地包括优先在一个方向上收缩的热收缩带，比如热收缩聚酰亚胺带或管(例如，由dunstone制造的208x)。包绕方向优选地与优先收缩方向对准。替代地，热收缩膜可以包括热收缩ptfe膜或管或peek膜或管。当使用热收缩管时，优先收缩方向可以至少与热收缩管的圆周大致对准。
34.在本发明的其他示例中，第二柔性膜不是热收缩膜，而是另一种电绝缘膜。例如，第二柔性膜可以包括比如ptfe或peek等含氟聚合物。第二柔性膜可以通过其与柔性背衬膜之间的加热元件而附接到柔性背衬膜。柔性背衬膜和第二柔性膜可以形成包封加热元件的全部或一部分的密封的封套。
35.薄膜加热器可以进一步包括第三柔性膜、优选地为热收缩膜，该第三柔性膜定位在第二柔性电绝缘膜上，以便至少部分地与第二柔性电绝缘膜重叠。例如，背衬膜和第二柔
性膜可以定位在加热元件的任一侧，而第三柔性膜定位在第二柔性膜上。以这种方式，第三柔性膜(优选地为热收缩膜)不与加热元件接触。
36.在一些示例中，柔性电绝缘背衬膜和第二柔性电绝缘膜可以包封加热元件的至少一部分，并且热收缩膜可以定位在背衬膜或第二膜上，使得热收缩膜可以用于将薄膜加热器附接到加热腔室。背衬膜和第二膜都可以包括比如ptfe或peek等含氟聚合物，并且在一些示例中，背衬膜和第二膜形成对加热元件进行包封的密封电绝缘封套，并且将热收缩膜层附接到电绝缘封套，从而允许通过热收缩将薄膜加热器附接到加热腔室。
37.薄膜加热器可以包括一个或多个密封层，该一个或多个密封层围绕柔性背衬膜和加热元件布置以密封柔性背衬膜和加热元件。以这种方式，如果膜的温度超过材料分解的温度，则可以密封背衬膜以防止释放或一种或多种副产物。在一些示例中，密封层可以由热收缩层提供。在柔性背衬膜为含氟聚合物的情况下，如果含氟聚合物膜的温度超过释放氟的温度，则密封可能对于防止氟的释放特别有用。
38.在一些示例中，薄膜加热器的各层被配置为在一个方向上提供来自加热元件的增加的热传递。例如，以下中的一项或多项的厚度和/或材料特性：选择柔性电绝缘背衬膜、第二柔性电绝缘膜以及一个或多个密封层，以在使用期间在对应于朝向加热腔室的方向上提供增加的热传递。例如，相对于第二柔性电绝缘层和/或密封层，绝缘背衬膜可以具有增加的热导率。以此方式，促进了向加热腔室的热传递，并且减少了离开加热腔室的热传递以减轻热损失。优选地，薄膜加热器的被布置为与加热腔室接触的一侧被配置为具有比相反的外侧更高的热导率。优选地，密封层具有比背衬膜更低的热导率。
39.优选地，柔性电绝缘背衬膜具有小于80μm、优选地小于50μm的厚度，并且具有优选地大于20μm的厚度。以此方式，含氟聚合物或peek膜具有减小的热质量，以允许在同时保持机械稳定的同时有效地将热量传递到比如加热腔室等待加热物体。
40.在本发明的另一方面，提供了一种气溶胶产生装置，该气溶胶产生装置包括：如权利要求所述的薄膜加热器；以及管状加热腔室；其中，薄膜加热器附接到加热腔室的外表面，并且被布置为向加热器腔室供热。与使用常规薄膜加热器的气溶胶产生装置相比，以这种方式提供了具有降低的制造成本以及改善的特性的气溶胶产生装置。特别地，加热器具有改善的介电特性，并且可以具有减小的厚度和相关的热质量，以允许有效地将热传递到加热腔室。
41.优选地，薄膜加热器包括热收缩膜，该热收缩膜与背衬膜相对，以将加热元件至少部分地包封在柔性电绝缘背衬膜与热收缩膜之间；其中，热收缩膜围绕薄膜加热器和加热腔室延伸，以将薄膜加热器的柔性电绝缘背衬膜附接抵靠加热腔室的外表面。通过使用热收缩材料，第二柔性膜可以用于将薄膜加热器附接到加热腔室的表面。更特别地，已附接的热收缩膜层包括沿包绕方向延伸超出柔性背衬膜的附接区，其中，该附接区可以被包绕在加热腔室的外部表面上以将薄膜加热器保持在该表面上；然后可以对组件进行加热以使热收缩膜收缩，从而将薄膜加热器固定到加热腔室的表面。优选地，热收缩膜具有比柔性电绝缘背衬膜更低的热导率。
42.特别地，热收缩膜可以包括优先在一个方向上收缩的热收缩带，例如热收缩聚酰亚胺带(例如，由dunstone制造的208x)。通过将一层优先热收缩带包绕在薄膜加热器上以在优先热收缩方向与包绕方向对准的情况下将该薄膜加热器固定到加热腔室，热收缩层在
加热时缩小以使薄膜加热器保持紧密抵靠加热器腔室。热收缩膜可以包括热收缩管，该热收缩管套在加热腔室上并且被加热以使热收缩管收缩以将薄膜加热器固定到加热腔室。
43.优选地，加热元件包括：具有密封端和开口端的管状侧壁；其中，该装置被布置为使得空气流入和流出加热腔室的开口端，使得通过装置的空气流被限制在加热腔室内。以这种方式，薄膜加热器不会与进入加热腔室的空气接触，这样即使在加热温度超过最高温度的情况下使含氟聚合物膜释放副产物，这些副产物也无法到达进出装置的空气流路。即，薄膜加热器被密封在装置内并且与空气流路分开。
44.优选地，气溶胶产生装置还包括：电源，该电源连接到薄膜加热器的加热元件；以及控制电路系统，该控制电路系统被配置为控制从该电源到该薄膜加热器的电功率供应；其中，电源和/或控制电路系统被配置为将薄膜加热器的最高温度限制为预定义温度值，其中该预定义的温度值优选地低于电绝缘背衬膜的熔化温度。以这种方式，加热温度被限制在含氟聚合物或peek材料的可工作范围内。优选地，预定义的最大温度值在150℃至270℃的范围内。
45.例如，特定含氟聚合物的最高温度值可以如下表所示。
[0046][0047]
优选地，气溶胶产生装置进一步包括：密封层，该密封层布置在薄膜加热器的外表面周围，以将薄膜加热器密封在密封层与加热腔室之间；其中，该密封层的热导率低于该柔性电绝缘背衬膜。
[0048]
在本发明的另一方面，提供了一种制造用于气溶胶产生装置的薄膜加热器的方法，该方法包括：提供包括含氟聚合物的柔性薄膜背衬层；蚀刻背衬层的一侧以提供脱氟表面层；在脱氟表面层上施加粘合剂；使用粘合剂将柔性加热元件附接到背衬层的蚀刻侧。
附图说明
[0049]
现在将参考附图仅以举例的方式描述本发明的实施例，在附图中：
[0050]
图1展示了根据本发明的薄膜加热器；
[0051]
图2展示了根据本发明的薄膜加热器，该薄膜加热器包括第二电绝缘膜，该第二电绝缘膜形成包封加热元件的密封的封套；
[0052]
图3a至图3f展示了使用根据本发明的薄膜加热器的加热器组件的组装；
[0053]
图4a至图4d展示了根据本发明的薄膜加热器，该薄膜加热器合并了第二柔性膜层和附加热收缩层。
[0054]
图5展示了根据本发明的气溶胶产生装置。
具体实施方式
[0055]
图1示意性地展示了薄膜100，该薄膜包括柔性加热元件20以及支撑加热元件20的柔性电绝缘背衬膜30，其中，背衬膜30包括含氟聚合物或peek。含氟聚合物和peek具有在较宽的工作温度范围内保持的一系列有利的特性，并且因此可以用作薄膜加热器100中的介电层。特别地，这些材料具有高于常规材料的改善的电绝缘性能，这意味着可以减小膜的厚度以减少热质量并增强热量从加热元件到待加热结构(例如气溶胶产生装置的加热腔室)的传递。
[0056]
含氟聚合物和peek是表征为具有高度的耐溶剂性、耐酸性和耐碱性、并且具有良好的介电特性并在很宽的温度范围内保持其机械特性的材料。因此，它们可以应对薄膜加热器所要求的高温，特别是当用于气溶胶产生装置(其中，加热器用于对加热腔室进行加热)中时所需要的高温。在以下表中提供了可以用于根据本发明的薄膜加热器的柔性电绝缘背衬膜中的含氟聚合物的具体示例，具有其相关的熔点以及加热器可能采用的最高温度的近似值。还提供了peek的值。
[0057][0058]
表1
[0059]
这些值意味着peek和含氟聚合物的这些示例均可以用于多种应用。特别地，该材料可以用于比如加热不燃烧装置等气溶胶产生装置，该装置将比如烟草等气溶胶产生物质加热到物质释放出蒸气的高温、但不超过该物质将燃烧的温度。以此方式，可以释放出蒸气以用于吸入，该蒸气不包含已知对健康有害的范围广泛的不想要的燃烧副产物。这种受控的加热装置通常具有约150至260℃的最高操作温度，并且从以上表中提供的值可以看出，这些是在此类薄膜加热器中为这些应用提供电绝缘背衬膜的理想材料。
[0060]
图1所示的薄膜加热器100使用ptfe作为电绝缘背衬膜，鉴于背衬膜具有大约327℃的高熔点并且因此可以在高达约260℃的最高加热温度下操作，因此具有特别理想的特性。从烟草中释放出蒸气的最佳温度为200℃至260℃之间，并且因此上述材料为此类应用提供了理想的候选材料，特别是ptfe和peek能够使用高达此范围上限(其中蒸气释放得到增强)。
[0061]
如图1所示，平面加热元件20设置在柔性电绝缘背衬膜30的一个表面31上。柔性加热元件20可以由例如不锈钢等金属层蚀刻，该金属层首先沉积在柔性背衬膜30上，或者替代地，加热元件20可以从独立金属片的两侧蚀刻以提供单独的加热元件30(或所连接的加热元件30的阵列)，然后可以将加热元件随后附接到背衬膜30。
[0062]
含氟聚合物的一个特性是其具有非常低的摩擦系数，并且不像大多数材料那样易受范德华力的影响。这为其提供了不粘性和减少摩擦的特性，这些特性在范围广泛的应用中得到利用，但是在本发明的薄膜加热器中防止柔性加热元件附接到未处理表面。因此，对柔性电绝缘含氟聚合物背衬膜30的一侧进行蚀刻以提供脱氟表面层。通过以此方式处理柔性电绝缘背衬膜30的表面，使该表面官能化以允许薄膜加热器例如通过施加粘合剂(该粘合剂将粘附到蚀刻的脱氟表面层，而不粘附到含氟聚合物膜的未处理表面)被附接。含氟聚合物膜的表面的蚀刻可以通过各种已知的工艺(例如等离子体或化学蚀刻)进行。特别有利的方法是通过使用氨钠的化学蚀刻，其既快速又有效地产生了可粘接表面层。
[0063]
化学蚀刻工艺导致材料表面的氟分子与钠溶液之间发生反应。氟分子从含氟聚合物的碳主链上剥离，这在碳原子周围留下了电子不足的地方。一旦暴露在空气中，氢气、氧气分子及水蒸气会还原碳原子周围的电子。这样得到了一组导致允许发生粘附的有机分子。替代方案是在低压等离子体中使用氢气对工艺气体进行等离子体处理。氢离子和自由基与氟原子反应形成氢氟酸并留下不饱和碳结合，这样为涂层物质的有机分子提供了完美的连结。
[0064]
在进行表面处理以提供至少部分脱氟的表面层之后，可以将粘合剂施加到表面层，并且加热元件20可以与粘合剂附接并且将会保持固定到蚀刻的表面层。粘合剂优选地是硅粘合剂，并且加热元件可以被施加到硅粘合剂层并且随后被加热，这样将加热元件粘接到蚀刻的脱氟表面层上。
[0065]
如图2所示，加热器元件20包括加热器轨道21和两个延伸的接触脚23，加热器轨道遵循迂回路径以基本上覆盖加热元件20的平面内的加热区域22，并且两个延伸的接触脚用于将加热元件20连接到电源。加热元件20是电阻加热元件，即，其被配置为当接触脚23被连接到电源并且电流通过加热元件20时，加热器轨道21中的电阻导致加热元件20升温。加热器轨道21优选地被成形成为加热区域22上提供基本上均匀的加热。特别地，加热器轨道21被成形为使其不包含尖锐拐角，并且具有均匀的厚度和宽度，并且加热轨道21的相邻部分之间的间隙基本上恒定，以使加热器区域22上的特定区域中的增加的加热最小化。加热器轨道21在符合上述标准的同时遵循加热器区域22上的曲折路径。在图2的示例中的加热器轨道21被分成两个平行的加热器轨道路径21a和21b，这两个平行的加热器轨道路径各自遵循加热器区域22上的蜿蜒路径。可以在连接点24处焊接加热器脚23，以允许电线连接以将加热器附接到pcb和电源。替代地，加热元件可以被制造为具有延伸的接触脚，该接触脚可以直接连接到装置内的pcb或电源。
[0066]
如图2所示，将加热元件20密封在柔性背衬膜30与第二柔性电绝缘膜50之间，使得加热元件被密封在电绝缘封套内。各脚23的一部分在焊点24处保持暴露，以允许加热元件连接到电源。加热元件20与第二柔性电绝缘膜50的密封可以以多种不同方式实现。在图2的示例中，第二柔性电绝缘膜50是另一层含氟聚合物或peek膜，相对应的膜的相反两侧被蚀刻以允许硅粘合剂与加热元件之间的粘附。特别地，图2的密封加热元件可以由两片含氟聚
合物背衬膜形成，每片背衬膜具有施加有粘合剂的脱氟表面(或两片peek背衬膜、或一个含氟聚合物和一个peek背衬膜)。然后将加热元件20放置在相对的膜之间，并且将其加热密封以形成图2所示的密封的薄膜加热器100。然后，可以将图2的薄膜加热器100用另外几片粘合剂膜附接到加热腔室60的外表面，以便使加热元件20的加热区域22沿着在使用期间施加热量的腔室长度保持抵靠加热腔室的外表面的适当位置。
[0067]
在图3的附接方法中示出了第二柔性电绝缘膜50的替代方案。在此，薄膜加热器100并未密封在两层含氟聚合物或peek膜中并进行冲切以提供如图2所示的加热元件，而是一片热收缩膜50提供了第二电绝缘膜，其直接将第二电绝缘膜施加到薄膜加热器的具有暴露的加热元件的表面，如图1所示。这样减少了加热元件与加热腔室之间的膜的层数，以减少热质量并增强向加热腔室的热传递。
[0068]
图3展示了使用热收缩膜50将图1的薄膜加热器100附接到加热腔室60的方法，该方法允许将薄膜加热器100紧密且牢固地附接到加热腔室60的外表面。首先，第二柔性膜50被定位成在背衬膜30与热收缩膜50之间包围加热元件的加热区域22，同时使加热器脚23暴露以用于稍后连接到电源。在此示例中，热收缩膜50包括优先在一个方向上收缩的热收缩带，比如热收缩聚酰亚胺带(例如，由dunstone制造的208x)或甚至优选地是peek带。通过将一层优先热收缩带包绕在薄膜加热器100上以在优先热收缩方向与包绕方向对准的情况下将该薄膜加热器固定到加热腔室，热收缩层在加热时缩小以使薄膜加热器100保持紧密抵靠加热器腔室60。
[0069]
如图3a所示，热收缩膜50定位在薄膜加热器100的表面上的加热元件20的加热区域22上方。热收缩膜50的尺寸和位置被设置为沿方向51和52延伸超出柔性电绝缘背衬膜30的区域预定距离。附接部分51在与加热器组件100包绕加热器杯60的方向(以及热收缩膜50的优选收缩方向)相对应的方向上延伸超过加热元件。特别地，在大致与加热元件接触脚23从加热区域22延伸的方向垂直的方向51上，热收缩膜50延伸超过背衬膜30以及被支撑的加热器元件20。当包绕在加热腔室60上时，加热区域被适当地对准以围绕加热腔室的周边延伸，而热收缩膜50的延伸附接部分51第二次包绕在加热腔室60的周边上以覆盖加热区域22并将薄膜加热器固定到腔室60。
[0070]
热收缩膜50优选地沿包绕方向51充分延伸，使得当薄膜加热器100被包绕在加热腔室60上时附接部分51围绕加热腔室的周边延伸。含氟聚合物或peek背衬膜30上的粘合剂会影响热收缩膜在热收缩膜与粘合剂接触的区域中的收缩，因此应当提供足够的没有粘合剂层的延伸区域51，该延伸区域可以包绕在加热腔室上以确保热收缩膜50在加热期间正确收缩，以将薄膜加热器100牢固地附接到加热腔室60。
[0071]
热收缩膜50还优选地在与加热器接触脚的延伸方向相反的方向52上向上(在与加热器腔室60的伸长轴线相对应的方向上)延伸超出加热元件20和背衬膜30，以形成对准区52。通过测量在方向52上从加热元件到对准区的边缘的距离，对准区可以用作参考，以根据需要将加热区域22正确地沿着加热腔室60的长度放置在正确的位置。特别地，通过将热收缩膜50的对准区52的这个顶部边缘对准加热腔室的顶部边缘62，可以在组装期间将加热区域22可靠地沿着加热腔室60的长度定位在正确的点上。
[0072]
如图3b中所示，可以在含氟聚合物背衬膜30与热收缩层50之间引入热敏电阻器70。热敏电阻器70可以与加热轨道21相邻地附接在背衬膜30的硅酮粘合剂层上，或者可以
定位在加热轨道21的表面上。可以沿一定图案蚀刻加热器轨道21，使得加热器轨道21所遵循的路径留出了加热器区域22的空余区域22v。热敏电阻器70可以附接有温度感测头，该温度感测头定位在此空余区域22v中，紧邻相邻的加热器轨道21。在组装方法的这个示例中，热收缩膜50可以被定位成使得背衬膜30的自由边缘区32与加热区域20相邻。这个自由边缘区域32定位在加热元件20的与热收缩材料50的延伸的附接部分51相反的一侧。然后可以将这个粘合边缘部分32折叠，以将热收缩层50以及被包围的热敏电阻器70固定到背衬膜30。
[0073]
可以通过多种不同的方式来实现薄膜加热器组件100与加热器腔室60的外表面的附接。在图3展示的方法中，如图3c所示，将多片胶带55a、55b附接到薄膜加热器组件100的每一侧(在热收缩膜50的沿包绕方向的每个相反的周向边缘处)。然后，如图3d中所示，利用与热敏电阻器70相邻的胶带55a将薄膜加热器组件100附接到加热腔室60，其中与加热腔室60的外表面和热收缩膜50接触的电绝缘背衬膜30面向外。通过使电绝缘膜的延伸对准区52的顶侧与加热腔室60的顶部边缘对准来定位加热区域20。可以将保持在热收缩件60与背衬膜30之间的热敏电阻器70对准成使其落在设置在加热腔室60外表面上的凹部61内。可以在加热腔室60的周边周围设置这些长形的凹部61，这些凹部突出到内部体积中，以增强在使用期间朝向插入到腔室60中的消耗品的热传递。通过设置热敏电阻器70以使其位于这样的凹部内61，可以获得加热腔室60的内部温度的更准确的读数。
[0074]
然后将薄膜加热器组件100包绕在加热腔室60的周边上，使得加热区域20位于加热腔室60的整个周边的周围。热收缩膜50的延伸部分51包绕在加热腔室60上，以便利用其外表面上的附加层来覆盖加热元件20。然后使用胶带55b的第二附接部分来附接热收缩材料50的延伸的包绕部分51。然后对图3e中所示的包绕的加热器组件110进行加热，以使薄膜加热器100热收缩到加热腔室60的外表面。最后，可以在加热器组件110的外表面周围施加附加薄膜层56，例如另一个含氟聚合物膜或peek膜或聚酰亚胺膜56。附加薄膜层56进一步将薄膜加热器组件固定到加热腔室以提供附加强度。如下所述，其还可以提供许多附加益处，比如对背衬膜进行密封并提供改善的绝缘。
[0075]
这个附加膜层56可以是除含氟聚合物之外的材料、例如聚酰亚胺，并且用于将含氟聚合物膜密封在加热腔室上。含氟聚合物可能会在某些高温下分解，并释放出这种分解过程中不想要的副产物，这些副产物应密封在装置内，以防止它们进入所产生的蒸气中而被使用者吸入。因此，可以在附接到加热腔室之前(如图1和图2所示)、或者在附接到加热腔室以将所有含氟聚合物膜密封在密封层内之后，将一个或多个密封层56包绕在加热器上。可能有用的是，选择用于密封层的相对于背衬膜具有降低的热导率的材料，以便进一步隔离加热器并促进从加热元件20到腔室60的热传递。一旦已经施加了外部绝缘层56，就可以再次加热组件110。这个第二加热步骤允许对介电膜56的外层以及其他层进行进一步的除气。例如，在第二加热阶段中，可以将加热温度升高到比热收缩阶段更高的温度、更接近装置的操作温度。这允许例如si粘合剂进一步脱气，这可能不会在较低温度下的热收缩步骤期间发生。在装置的首次使用期间，在加热之前将热收缩膜暴露在更接近操作温度的温度也是有益的。
[0076]
在图4a和图4b中展示了根据本发明的薄膜加热器100的其他示例。在这两个示例中，加热元件20都包封在柔性电绝缘背衬膜30与相对的第二电绝缘膜50之间。这两个层30、50均包含有含氟聚合物或peek，在这种情况下，两个膜30、50都是一侧具有粘合剂层的膜，
其中粘合剂表面粘接在加热元件20周围，从而在加热元件20周围形成密封的绝缘封套。在一些示例中，第二柔性膜50和背衬膜30可以覆盖不同程度的加热元件20，例如，背衬膜可以延伸以完全覆盖加热元件，而第二相对膜50可以仅覆盖加热区域22。然而，在这种情况下，两个膜都覆盖整个加热元件20以完全包封并隔离加热元件，同时将背衬膜切割到加热元件的周边附近以提供密封的薄膜加热器。
[0077]
图4a和图4b中的薄膜加热器100还都包括呈附加热收缩膜90形式的附加的第三薄膜90。因此，这些示例与图3的示例的不同之处在于，热收缩件不直接施加到加热元件和背衬膜30的粘合表面，而是附接到由加热器周围形成的背衬膜和第二ptfe或peek膜所形成的密封的封套，使得热收缩膜90不与加热元件20接触。
[0078]
在图4a的情况下，将热收缩膜90定位在密封的薄膜加热器上方，以延伸超过第二膜层50的区域。然后可以使用热收缩膜将薄膜附接到加热腔室的外表面。特别地，可以将背衬膜30的外表面包绕在加热腔室60上，将热收缩层90包绕在第二薄膜层50的外表面上并附接在加热腔室60的外表面周围。热收缩膜90和/或由密封在背衬膜30与第二膜50之间的加热元件形成的薄膜加热器可以在组件被加热以使热收缩膜收缩以固定薄膜加热器之前首先用多片胶带附接。
[0079]
尽管在图4a中，热收缩膜在多个方向上延伸超过背衬膜30和第二膜50，但是在本发明的其他示例中，热收缩膜90可以用其他方式放置。例如，在图4b中，热收缩膜90首先通过胶带35附接到密封的薄膜加热器的边缘区域，以便远离密封加热元件20延伸。然后，对加热元件20进行密封的密封介电封套30、50的一侧(热敏电阻器70的旁边)附接到加热腔室，使得热敏电阻器如上所述位于凹口中。然后将加热元件并随后将热收缩膜90包绕在加热腔室60上，使得热收缩膜与密封的加热元件20重叠，从而在执行热收缩将薄膜加热器100粘接到腔室60之前在薄膜30、50和加热元件90周围形成外周层。
[0080]
可以用任何方式定位热收缩膜，以将加热元件附接到腔室60。例如，热收缩膜90可以仅与加热区域22的顶部重叠，或者可以将其螺旋地缠绕在加热腔室60上。在其他示例中，使用多个热收缩膜90来将薄膜加热器100附接到加热腔室60，例如在加热元件20的顶部的周向条带以及在加热元件的底部的周向条带，使得加热器脚23暴露以与pcb连接。
[0081]
一旦薄膜加热器已经与热收缩层90附接，则加热器被加热以粘接薄膜加热器，如图4c所示。在图4d中示出了制备好的加热器组件的截面。可以看出，因为加热元件20被包封在背衬膜30与第二相对膜50之间，所以外热收缩膜90不与加热元件20接触。
[0082]
可以通过优先热收缩聚酰亚胺带90来提供附加热收缩膜90，其中背衬膜30和相对的第二膜层50支撑由比如ptfe等含氟聚合物提供或由peek提供的包封的加热元件20。厚度和/或特定材料可以被配置为优化到加热腔室60的热传导。例如，如图4d中所示，背衬膜30可以更薄以促进到加热腔室的热传递，而第二膜层50和热收缩膜90可以更厚以使加热元件20隔热。
[0083]
包括根据本发明的方法的包绕在加热腔室60的外表面上的薄膜加热器100的加热器组件110可以被用于许多不同的应用中。图5示出了根据本发明的方法组装的薄膜加热器100的应用，该薄膜加热器被应用于加热不燃烧式气溶胶产生装置200。这样的装置200在加热腔室60中可控地加热气溶胶产生消耗品210，以便产生用于吸入的蒸气而不燃烧消耗品的材料。图5展示了被容纳在装置200的加热腔室60中的消耗品210。装置200的加热器组件
110包括基本上呈圆柱形的导热腔室60，该导热腔室具有根据本发明的包绕在外表面上的薄膜加热器100。该装置还包括包绕在薄膜加热器的外表面上的外密封层，该外密封层相对于背衬膜具有减小的热导率，以使薄膜加热器隔热。如上所述，一旦外密封层已经被附接，可以将组件再次加热至接近操作温度，以确保发生有效的除气。
[0084]
图5的气溶胶产生装置200还包括电源201和控制电路系统202，该控制电路系统被配置为控制从电源201到薄膜加热器100的电力供应。电源201和控制电路系统202被配置为将薄膜加热器100的最高温度限制为预定义温度值。可以根据所使用的材料来选择这个预定义温度值，并且可以从以上的表1中所示的值中选择。以此方式，加热温度可以被限制为最佳温度以从消耗品210释放蒸气并将背衬膜30保持在其工作温度范围内以防止背衬膜30分解。气溶胶产生装置200进一步优选地被配置为使得空气流动路径f流入腔室的开口端，并且经由消耗品210从消耗品的嘴部端抽出。特别地，加热腔室60具有封闭的底端63，使得空气必须流入和流出加热腔室60的开口端。以此方式，空气流动路径不会通过装置200的壳体和/或位于含氟聚合物背衬膜30附近，使得即使在背衬膜30超过其工作温度并可能释放出不想要的分解过程的副产物的情况下，它们也不会到达进出气溶胶产生装置的气流路径f。
[0085]
对于根据本发明的薄膜100，提供了用于薄膜加热器的背衬膜的另外的替代方案，其特别适合用于气溶胶产生装置。特别地，含氟聚合物和peek在很宽的温度范围内提供了良好的机械特性和热特性，并且提供了增强的电绝缘特性，这样可以减小确保加热元件20绝缘所需的电绝缘背衬膜的厚度，从而减少所需材料的量，使得从加热元件到消耗品210的热传递得以增强。这些材料也比常规材料(比如聚酰亚胺)更具抗撕裂性，因此降低了组装过程期间损坏的风险。
[0086]
作为示例，用于背衬层的peek膜可以是具有以下特性的vitrex
tm peek膜。
[0087]
密度(iso 1183)：1.3
[0088]
50微米厚度的介电强度(iec 60243-1)：200kv.mm-1
。