用于離子遷移譜儀的微型傳感器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】用于離子遷移譜儀的微型傳感器結(jié)構(gòu)
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求2013年2月26日申請的、題為“制造用于離子迀移譜儀的微型漂移管”的美國臨時(shí)申請61/769，320的優(yōu)先權(quán)，其通過引用組合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請涉及化學(xué)分析領(lǐng)域，尤其涉及離子迀移譜。
【背景技術(shù)】
[0004]離子迀移譜(IMS)利用相對低的電場推進(jìn)離子通過漂移氣體室并根據(jù)它們的漂移速度分離這些離子。在MS中，離子漂移速度與場強(qiáng)成正比，因而離子的迀移率(K)獨(dú)立于所施加的電場。在MS中，被分析物和背景分子通常使用放射性α或β發(fā)射器電離，及離子被注入具有恒定低電場(300V/cm或更低)的漂移管內(nèi)，離子在漂移管內(nèi)基于其漂移速度因而基于其迀移率進(jìn)行分離。迀移率受控于與按相反方向流動的漂移氣體分子的離子碰撞。離子-分子碰撞截面取決于大小、形狀、電荷、及相對于漂移氣體分子質(zhì)量的離子質(zhì)量。所得的色譜圖與已知圖庫進(jìn)行比較以鑒別所收集的物質(zhì)。由于碰撞截面取決于一個(gè)以上離子特性，峰鑒別并不唯一。IMS系統(tǒng)測量目標(biāo)分子的次要及不太特有的性質(zhì)一離子化分子在電場下漂移通過充滿粘性氣體的管所花的時(shí)間一分子的身份從強(qiáng)度-時(shí)間譜進(jìn)行推導(dǎo)。
[0005]其他基于迀移率的分離技術(shù)包括高場不對稱波形離子迀移譜(FAMS)，也稱為差分迀移譜(DMS)。FA頂S或DMS是可在大氣壓力下運(yùn)行以分離和檢測離子的檢測技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的離子迀移，F(xiàn)A頂S/DMS在高得多的電場下運(yùn)行(?10，000V/cm)，其中離子迀移率與所施加的電場有關(guān)。FAIMS/DMS裝置可在具有多級的迀移譜儀中結(jié)合頂S漂移管裝置運(yùn)行。對于離子檢測和化學(xué)分析儀器的特征和使用的特定描述，包括結(jié)合一個(gè)或多個(gè)FAMS/DMS裝置使用的IMS漂移管裝置及其他元件的特征，參考下述申請或?qū)＠?授予Boumsellek等的題為“Real-Time Trace Detect1n by High Field and Low Field 1n Mobilityand Mass Spectrometry” 的美國專利 8，173，959B1、Ivashin 等申請的題為 “ChemicalAnalysis Using Hyphenated Low and High Field 1n Mobility” 的美國公開專利申請 2012/0273669A、及 Ivashin 等申請的題為 “1n Mobility Spectrometer Device withEmbedded FA頂S”的美國公開專利申請2012/0326020A1，這些申請和專利通過引用組合于此。
[0006]已知的頂S裝置構(gòu)建技術(shù)包括使用金屬環(huán)和絕緣環(huán)的交替堆疊生產(chǎn)傳感器結(jié)構(gòu)。這些傳感器結(jié)構(gòu)如IMS漂移管用在大氣壓力或近乎大氣壓力下的離子轉(zhuǎn)運(yùn)和分析應(yīng)用中。此外，使用陶瓷材料滾壓工藝生產(chǎn)IMS傳感器結(jié)構(gòu)的其它技術(shù)已知。例如，授予Peterson等的題為“Method for Producing a Tube”的美國專利7，155，812B1，其通過引用組合于此，公開了在進(jìn)行多次旋轉(zhuǎn)的一構(gòu)型周圍滾壓柔韌未熟(即預(yù)先焙燒過的)陶瓷片的工藝，其中電導(dǎo)體位于陶瓷片表面上。滾壓陶瓷片遭受壓力和焙燒以生產(chǎn)MS漂移管。陶瓷可以是低溫共燒陶瓷(LTCC)。應(yīng)注意，在一些情形下，連續(xù)滾壓片工藝的使用可限制頂S漂移管的電路或傳感器元件的功能和復(fù)雜性。用于生產(chǎn)三維陶瓷電路結(jié)構(gòu)的其他技術(shù)在下面的專利中描述:授予Briscoe等的美國專利6，527，890、授予Vitr1l等的美國專利5，028, 473、授予Kanai等的美國專利4，475, 967、和授予Muckelroy等的美國專利3，755, 891，這些專利通過引用組合于此。
[0007]因而，希望提供一種有利及有效率的、用于大規(guī)模生產(chǎn)用于頂S裝置的高性能、低成本、微型漂移管或其他傳感器結(jié)構(gòu)的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)在此描述的系統(tǒng)，生產(chǎn)傳感器結(jié)構(gòu)的方法包括形成由高溫、不導(dǎo)電陶瓷材料制成的成形結(jié)構(gòu)。在成形結(jié)構(gòu)中形成至少一通路孔。電路部件形成在成形結(jié)構(gòu)上。處理成形結(jié)構(gòu)以獲得傳感器結(jié)構(gòu)。陶瓷材料可以是氮化鋁或氧化鋁，及傳感器結(jié)構(gòu)可以是離子迀移譜漂移管。形成成形結(jié)構(gòu)可包括施加至少兩片分離的高溫不導(dǎo)電陶瓷材料并將它們形成為具有所希望形狀的結(jié)構(gòu)，在成形結(jié)構(gòu)中可形成至少一通路孔以提供連接成形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部和外部的通路孔。形成成形結(jié)構(gòu)可包括預(yù)成形高溫不導(dǎo)電陶瓷材料的固體管，及至少一通路孔可通過機(jī)械加工形成在固體管內(nèi)。形成電路部件可包括使用油墨沉積工藝在成形結(jié)構(gòu)上形成傳導(dǎo)或電阻部件。
[0009]進(jìn)一步根據(jù)在此描述的系統(tǒng)，傳感器結(jié)構(gòu)包括由高溫、不導(dǎo)電陶瓷材料制成的成形結(jié)構(gòu)。電路部件形成在成形結(jié)構(gòu)上。在成形結(jié)構(gòu)中形成至少一通路孔。陶瓷材料可以是氮化鋁或氧化鋁，及傳感器結(jié)構(gòu)可以是離子迀移譜漂移管。成形結(jié)構(gòu)可通過施加至少兩片分離的高溫不導(dǎo)電陶瓷材料并將它們形成為具有所希望形狀的結(jié)構(gòu)而形成，在成形結(jié)構(gòu)中可形成至少一通路孔以提供連接成形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部和外部的通路孔。成形結(jié)構(gòu)可包括預(yù)成形的高溫不導(dǎo)電陶瓷材料固體管，及至少一通路孔可通過機(jī)械加工形成在固體管內(nèi)。電路部件可包括使用油墨沉積工藝沉積在成形結(jié)構(gòu)上的傳導(dǎo)或電阻部件。
[0010]進(jìn)一步根據(jù)在此描述的系統(tǒng)，離子迀移譜儀裝置包括離子源、分析器元件、及連接在離子源和分析器元件之間的漂移管。漂移管包括由高溫、不導(dǎo)電陶瓷材料制成的成形結(jié)構(gòu)。電路部件形成在成形結(jié)構(gòu)上。在成形結(jié)構(gòu)中形成至少一通路孔。陶瓷材料可以是氮化鋁或氧化鋁，及傳感器結(jié)構(gòu)可以是離子迀移譜漂移管。成形結(jié)構(gòu)可通過施加至少兩片分離的高溫不導(dǎo)電陶瓷材料并將它們形成為具有所希望形狀的結(jié)構(gòu)而形成，在成形結(jié)構(gòu)中可形成至少一通路孔以提供連接成形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部和外部的通路孔。成形結(jié)構(gòu)可包括預(yù)成形的高溫不導(dǎo)電陶瓷材料固體管，及至少一通路孔可通過機(jī)械加工形成在固體管內(nèi)。電路部件可包括使用油墨沉積工藝沉積在成形結(jié)構(gòu)上的傳導(dǎo)或電阻部件。
【附圖說明】
[0011]在此描述的系統(tǒng)的實(shí)施例結(jié)合幾個(gè)附圖進(jìn)行闡述，這些附圖簡要說明如下。
[0012]圖1為根據(jù)在此描述的系統(tǒng)的實(shí)施例，在使用陶瓷材料大規(guī)模生產(chǎn)高性能、低成本、微型傳感器結(jié)構(gòu)時(shí)使用的單個(gè)陶瓷片的示意性圖示。
[0013]圖2為在生產(chǎn)頂S傳感器結(jié)構(gòu)如頂S漂移管時(shí)已在一形狀如圓柱形心軸周圍彼此層疊的多個(gè)陶瓷片的端視圖的示意性圖示。
[0014]圖3為另一實(shí)施例的端視圖的示意性圖示，相較于圖2，其中多個(gè)陶瓷片在生產(chǎn)IMS傳感器結(jié)構(gòu)如頂S漂移管時(shí)已彼此層疊在一形狀如圓柱形心軸周圍。
[0015]圖4A和4B為根據(jù)在此描述的系統(tǒng)的實(shí)施例，頂S漂移管的備選結(jié)構(gòu)的示意性圖不O
[0016]圖5為根據(jù)在此描述的系統(tǒng)的實(shí)施例生產(chǎn)的頂S漂移管的示意性圖示。
[0017]圖6為根據(jù)在此描述的系統(tǒng)的實(shí)施例生產(chǎn)的示例頂S裝置的示意性透視圖。
[0018]圖7為根據(jù)在此描述的系統(tǒng)的實(shí)施例，用于生產(chǎn)傳感器結(jié)構(gòu)的處理的流程圖。
[0019]圖8為根據(jù)在此描述的系統(tǒng)的另一實(shí)施例，用于生產(chǎn)傳感器結(jié)構(gòu)的處理的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]圖1為根據(jù)在此描述的系統(tǒng)的實(shí)施例，可在使用陶瓷材料大規(guī)模生產(chǎn)高性能、低成本、微型傳感器結(jié)構(gòu)時(shí)使用的單個(gè)陶瓷片101的示意性圖示100。傳感器結(jié)構(gòu)可部分或完全由多個(gè)分離的像片101 —樣的單片生成，這些片可以是平坦、柔韌的未熟態(tài)陶瓷材料片110。在多個(gè)不同的實(shí)施例中，傳感器結(jié)構(gòu)例如可以是離子引導(dǎo)器和/或頂S漂移管，如本說明書別處進(jìn)一步所述。
[0021]在實(shí)施例中，陶瓷材料110可以是氮化鋁、氧化鋁和/或其他高溫不導(dǎo)電材料。具體地，氮化鋁具有有利地高導(dǎo)熱性，例如高達(dá)低溫共燒陶瓷(LTCC)的導(dǎo)熱性的一百倍，從而可有益地用在MS漂移管或其他傳感器結(jié)構(gòu)中，因?yàn)榈X的使用使頂S裝置產(chǎn)品能更快地達(dá)到溫度。此外，氮化鋁的使用減輕和/或消除冷點(diǎn)，如果存在冷點(diǎn)，其在