用于离子迁移谱仪的微型传感器结构的制作方法
【专利说明】用于离子迁移谱仪的微型传感器结构
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2013年2月26日申请的、题为“制造用于离子迀移谱仪的微型漂移管”的美国临时申请61/769，320的优先权，其通过引用组合于此。
技术领域
[0003]本申请涉及化学分析领域，尤其涉及离子迀移谱。
【背景技术】
[0004]离子迀移谱(IMS)利用相对低的电场推进离子通过漂移气体室并根据它们的漂移速度分离这些离子。在MS中，离子漂移速度与场强成正比，因而离子的迀移率(K)独立于所施加的电场。在MS中，被分析物和背景分子通常使用放射性α或β发射器电离，及离子被注入具有恒定低电场(300V/cm或更低)的漂移管内，离子在漂移管内基于其漂移速度因而基于其迀移率进行分离。迀移率受控于与按相反方向流动的漂移气体分子的离子碰撞。离子-分子碰撞截面取决于大小、形状、电荷、及相对于漂移气体分子质量的离子质量。所得的色谱图与已知图库进行比较以鉴别所收集的物质。由于碰撞截面取决于一个以上离子特性，峰鉴别并不唯一。IMS系统测量目标分子的次要及不太特有的性质一离子化分子在电场下漂移通过充满粘性气体的管所花的时间一分子的身份从强度-时间谱进行推导。
[0005]其他基于迀移率的分离技术包括高场不对称波形离子迀移谱(FAMS)，也称为差分迀移谱(DMS)。FA頂S或DMS是可在大气压力下运行以分离和检测离子的检测技术。相比于传统的离子迀移，FA頂S/DMS在高得多的电场下运行(?10，000V/cm)，其中离子迀移率与所施加的电场有关。FAIMS/DMS装置可在具有多级的迀移谱仪中结合頂S漂移管装置运行。对于离子检测和化学分析仪器的特征和使用的特定描述，包括结合一个或多个FAMS/DMS装置使用的IMS漂移管装置及其他元件的特征，参考下述申请或专利:授予Boumsellek等的题为“Real-Time Trace Detect1n by High Field and Low Field 1n Mobilityand Mass Spectrometry” 的美国专利 8，173，959B1、Ivashin 等申请的题为 “ChemicalAnalysis Using Hyphenated Low and High Field 1n Mobility” 的美国公开专利申请 2012/0273669A、及 Ivashin 等申请的题为 “1n Mobility Spectrometer Device withEmbedded FA頂S”的美国公开专利申请2012/0326020A1，这些申请和专利通过引用组合于此。
[0006]已知的頂S装置构建技术包括使用金属环和绝缘环的交替堆叠生产传感器结构。这些传感器结构如IMS漂移管用在大气压力或近乎大气压力下的离子转运和分析应用中。此外，使用陶瓷材料滚压工艺生产IMS传感器结构的其它技术已知。例如，授予Peterson等的题为“Method for Producing a Tube”的美国专利7，155，812B1，其通过引用组合于此，公开了在进行多次旋转的一构型周围滚压柔韧未熟(即预先焙烧过的)陶瓷片的工艺，其中电导体位于陶瓷片表面上。滚压陶瓷片遭受压力和焙烧以生产MS漂移管。陶瓷可以是低温共烧陶瓷(LTCC)。应注意，在一些情形下，连续滚压片工艺的使用可限制頂S漂移管的电路或传感器元件的功能和复杂性。用于生产三维陶瓷电路结构的其他技术在下面的专利中描述:授予Briscoe等的美国专利6，527，890、授予Vitr1l等的美国专利5，028, 473、授予Kanai等的美国专利4，475, 967、和授予Muckelroy等的美国专利3，755, 891，这些专利通过引用组合于此。
[0007]因而，希望提供一种有利及有效率的、用于大规模生产用于頂S装置的高性能、低成本、微型漂移管或其他传感器结构的技术。
【发明内容】
[0008]根据在此描述的系统，生产传感器结构的方法包括形成由高温、不导电陶瓷材料制成的成形结构。在成形结构中形成至少一通路孔。电路部件形成在成形结构上。处理成形结构以获得传感器结构。陶瓷材料可以是氮化铝或氧化铝，及传感器结构可以是离子迀移谱漂移管。形成成形结构可包括施加至少两片分离的高温不导电陶瓷材料并将它们形成为具有所希望形状的结构，在成形结构中可形成至少一通路孔以提供连接成形结构的内部和外部的通路孔。形成成形结构可包括预成形高温不导电陶瓷材料的固体管，及至少一通路孔可通过机械加工形成在固体管内。形成电路部件可包括使用油墨沉积工艺在成形结构上形成传导或电阻部件。
[0009]进一步根据在此描述的系统，传感器结构包括由高温、不导电陶瓷材料制成的成形结构。电路部件形成在成形结构上。在成形结构中形成至少一通路孔。陶瓷材料可以是氮化铝或氧化铝，及传感器结构可以是离子迀移谱漂移管。成形结构可通过施加至少两片分离的高温不导电陶瓷材料并将它们形成为具有所希望形状的结构而形成，在成形结构中可形成至少一通路孔以提供连接成形结构的内部和外部的通路孔。成形结构可包括预成形的高温不导电陶瓷材料固体管，及至少一通路孔可通过机械加工形成在固体管内。电路部件可包括使用油墨沉积工艺沉积在成形结构上的传导或电阻部件。
[0010]进一步根据在此描述的系统，离子迀移谱仪装置包括离子源、分析器元件、及连接在离子源和分析器元件之间的漂移管。漂移管包括由高温、不导电陶瓷材料制成的成形结构。电路部件形成在成形结构上。在成形结构中形成至少一通路孔。陶瓷材料可以是氮化铝或氧化铝，及传感器结构可以是离子迀移谱漂移管。成形结构可通过施加至少两片分离的高温不导电陶瓷材料并将它们形成为具有所希望形状的结构而形成，在成形结构中可形成至少一通路孔以提供连接成形结构的内部和外部的通路孔。成形结构可包括预成形的高温不导电陶瓷材料固体管，及至少一通路孔可通过机械加工形成在固体管内。电路部件可包括使用油墨沉积工艺沉积在成形结构上的传导或电阻部件。
【附图说明】
[0011]在此描述的系统的实施例结合几个附图进行阐述，这些附图简要说明如下。
[0012]图1为根据在此描述的系统的实施例，在使用陶瓷材料大规模生产高性能、低成本、微型传感器结构时使用的单个陶瓷片的示意性图示。
[0013]图2为在生产頂S传感器结构如頂S漂移管时已在一形状如圆柱形心轴周围彼此层叠的多个陶瓷片的端视图的示意性图示。
[0014]图3为另一实施例的端视图的示意性图示，相较于图2，其中多个陶瓷片在生产IMS传感器结构如頂S漂移管时已彼此层叠在一形状如圆柱形心轴周围。
[0015]图4A和4B为根据在此描述的系统的实施例，頂S漂移管的备选结构的示意性图不O
[0016]图5为根据在此描述的系统的实施例生产的頂S漂移管的示意性图示。
[0017]图6为根据在此描述的系统的实施例生产的示例頂S装置的示意性透视图。
[0018]图7为根据在此描述的系统的实施例，用于生产传感器结构的处理的流程图。
[0019]图8为根据在此描述的系统的另一实施例，用于生产传感器结构的处理的流程图。
【具体实施方式】
[0020]图1为根据在此描述的系统的实施例，可在使用陶瓷材料大规模生产高性能、低成本、微型传感器结构时使用的单个陶瓷片101的示意性图示100。传感器结构可部分或完全由多个分离的像片101 —样的单片生成，这些片可以是平坦、柔韧的未熟态陶瓷材料片110。在多个不同的实施例中，传感器结构例如可以是离子引导器和/或頂S漂移管，如本说明书别处进一步所述。
[0021]在实施例中，陶瓷材料110可以是氮化铝、氧化铝和/或其他高温不导电材料。具体地，氮化铝具有有利地高导热性，例如高达低温共烧陶瓷(LTCC)的导热性的一百倍，从而可有益地用在MS漂移管或其他传感器结构中，因为氮化铝的使用使頂S装置产品能更快地达到温度。此外，氮化铝的使用减轻和/或消除冷点，如果存在冷点，其在