專利名稱：高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于物質(zhì)成分測(cè)定的高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移譜儀領(lǐng)域，特別涉及一 種高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管及其制作方法。
背景技術(shù)：
高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移譜儀(FAIMS)是一種快速高靈敏的分析檢測(cè)儀器，在戰(zhàn) 場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、碼頭、車站等軍事和民用領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管是 FAIMS的核心部件，遷移管結(jié)構(gòu)和制作工藝的復(fù)雜程度將直接影響到FAIMS的加工成本，遷 移管需保持在一定的溫度以免檢測(cè)物質(zhì)殘留在電極或者基片上，而溫度的精確控制需要一 個(gè)加熱器件和溫度信號(hào)采集的溫度傳感器。美國(guó)查爾斯斯塔克布料實(shí)驗(yàn)室公司的拉安安·Α·米勒等人申請(qǐng)的專利 (CN1390361A)”縱向場(chǎng)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)致非對(duì)稱離子遷移過濾器和檢測(cè)系統(tǒng)”提供了一種微型化的 遷移管結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外觀小巧，但其中未集成加熱器件和溫度傳感器，若要維持遷移管 的溫度穩(wěn)定在所需要的值，必須采用分立的加熱器件和溫度傳感器，增加了遷移管的體積 和成本。而拉安安·Α·米勒等發(fā)表在雜志《Sensors andActuators))A91 (2001)雜志的文獻(xiàn) ((A MEMS radio-frequency ion mobilityspectrometer for chemical vapor detection)) 提出的離子遷移管制作方法為先在硼硅玻璃基片上甩光刻膠，經(jīng)曝光顯影形成所需圖形， 接著濺射上金屬薄膜(Ti/Au)，Lift-off工藝剝離后形成所需的金屬電極圖形，劃片打孔 后與硅條靜電鍵合制作成遷移管；但是硼硅玻璃價(jià)格高，經(jīng)劃片打孔后邊緣有毛刺，易碎， 且其制作工藝耗時(shí)長(zhǎng)，成本高，不適合大批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管及其制作方法， 同時(shí)集成有加熱電阻和溫度傳感器，使得離子遷移管結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，成本更低。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管，包括有上、下基片和支撐上、下基片的支撐梁，其特征在于所述上、下基片和支撐梁之間的通道構(gòu)成氣流通道，所述上、下基片的內(nèi)側(cè)面 沿著氣流的方向通過燒結(jié)固化方式依次附著有相對(duì)應(yīng)的上、下遷移電極，上、下輔助屏蔽電 極和上、下檢測(cè)電極，所述上、下基片的外側(cè)面通過燒結(jié)固化方式依次附著有相對(duì)應(yīng)的上、 下加熱電阻和上、下主屏蔽電極，所述上、下基片的內(nèi)側(cè)面或外側(cè)面還通過燒結(jié)固化方式相 對(duì)應(yīng)的附著有上、下溫度傳感器；所述上、下遷移電極后方的氣流通道構(gòu)成離化區(qū)，上、下遷 移電極之間的氣流通道構(gòu)成遷移區(qū)，所述上、下檢測(cè)電極之間的氣流通道構(gòu)成檢測(cè)區(qū)?！N高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管的制作方法，其特征在于其方法具體包括以下 步驟(1)、按照所需尺寸裁剪兩片陶瓷基片作為上、下基片，并將上、下基片的表面清洗 干凈；
(2)、在上、下基片的內(nèi)側(cè)面印刷導(dǎo)體料漿，并通過燒結(jié)固化的方式在上、下基片的 正面分別依次形成上、下遷移電極，上、下輔助屏蔽電極和上、下檢測(cè)電極；(3)、在上、下基片的外側(cè)面印刷導(dǎo)體料漿，并通過燒結(jié)固化的方式在上、下基片的 正面分別形成上、下主屏蔽電極；(4)、在上、下基片的外側(cè)面印刷厚膜介質(zhì)漿料并燒結(jié)固化；然后在燒結(jié)固化有厚 膜介質(zhì)的上、下基片的外側(cè)面印刷厚膜電阻料漿，并通過燒結(jié)固化的方式在上、下基片的外 側(cè)面分別形成加熱電阻；(5)、在上、下基片的內(nèi)側(cè)面或外側(cè)面印刷厚膜熱敏料漿，并通過燒結(jié)固化的方式 在上、下基片的內(nèi)側(cè)面分別形成上、下溫度傳感器；(6)、在上、下基片之間用填充漿料進(jìn)行填充，并通過燒結(jié)固化的方式在上、下基片 之間形成支撐梁，上、下基片與支撐梁之間形成氣流通道。所述的高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管，其特征在于所述上、下主屏蔽電極的長(zhǎng)度分 別大于或等于所述上、下檢測(cè)電極的長(zhǎng)度；所述上、下加熱電阻的長(zhǎng)度分別小于或等于所述 上、下基片的長(zhǎng)度。所述的高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管的制作方法，其特征在于所述導(dǎo)體漿料為銀、 金、鉬、鈀、鎢、鈀銀、鈀金、金鉬、鉬錳或鋁銀漿料；所述介質(zhì)漿料為陶瓷粉、玻璃體、有機(jī)溶 劑混合組成的混合物漿料或聚合物漿料；所述電阻漿料為厚膜鈀銀、鉬族、釕系、硅化鉬系、 銅系或氧化錫系電阻漿料；所述熱敏漿料為鈦酸鋇、鉬或銦熱敏電阻漿料。所述的高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管的制作方法，其特征在于所述填充漿料為導(dǎo) 體漿料或厚膜介質(zhì)漿料。本發(fā)明的有益效果(1)、本發(fā)明高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管同時(shí)集成有加熱電阻和溫度傳感器，相對(duì) 于帶有分立加熱器件和溫度傳感器的遷移管，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單；(2)、本發(fā)明高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管的基片采用陶瓷材料，而不是易碎的硼硅 玻璃，減少了劃片和打孔兩個(gè)工藝步驟，加工邊緣沒有毛刺，提高了器件的力學(xué)可靠性；(3)、本發(fā)明的制作方法均采用現(xiàn)有厚膜工藝，制作方法簡(jiǎn)單，成本低，周期短，較 適合于高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管的大批量生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為主視圖，(b)為 側(cè)視圖。圖2為本發(fā)明高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管的制作方法流程圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1、2，一種高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管，包括有上、下基片1、13和支撐上、 下基片1、13的支撐梁11，上、下基片1、13和支撐梁11之間的通道構(gòu)成氣流通道12，上、下 基片1、13的內(nèi)側(cè)面沿著氣流的方向通過燒結(jié)固化方式依次附著有相對(duì)應(yīng)的上、下遷移電 極3、15，上、下輔助屏蔽電極5、17和上、下檢測(cè)電極7、19，上、下基片1、13的外側(cè)面通過燒 結(jié)固化方式依次附著有相對(duì)應(yīng)的上、下加熱電阻4、16和上、下主屏蔽電極6、18，上、下基片1、13的內(nèi)側(cè)面或外側(cè)面還通過燒結(jié)固化方式相對(duì)應(yīng)的附著有上、下溫度傳感器2、14;上、 下遷移電極3、15后方的氣流通道構(gòu)成離化區(qū)8，上、下遷移電極3、15之間的氣流通道構(gòu)成 遷移區(qū)9，上、下檢測(cè)電極7、19之間的氣流通道構(gòu)成檢測(cè)區(qū)10。上、下主屏蔽電極6、18的長(zhǎng)度分別大于或等于上、下檢測(cè)電極7、19的長(zhǎng)度；上、下 加熱電阻4、16的長(zhǎng)度分別小于或等于上、下基片1、13的長(zhǎng)度。
待檢測(cè)氣體在載氣的帶動(dòng)下進(jìn)入離化區(qū)8，在離化區(qū)8內(nèi)被離化為離子，然后隨載 氣進(jìn)入遷移區(qū)9，經(jīng)選擇性過濾后只有一種離子能通過，其余的離子則撞擊到上、下遷移電 極3、15上被中和掉，通過遷移區(qū)9的離子到達(dá)檢測(cè)區(qū)10，并在檢測(cè)區(qū)電場(chǎng)作用下撞擊到上、 下檢測(cè)電極7、19上形成電流信號(hào)輸出；上、下加熱電阻4、16對(duì)遷移管進(jìn)行加熱，上、下溫 度傳感器2、14將遷移管的溫度信號(hào)實(shí)時(shí)的反饋到相應(yīng)的溫度控制電路，使得遷移管維持 在一個(gè)恒定的溫度，避免待檢測(cè)氣體殘留在上、下基片1、13上，上、下輔助屏蔽電極5、17和 上、下主屏蔽電極6、18構(gòu)成屏蔽系統(tǒng)，作用是降低遷移區(qū)9電場(chǎng)對(duì)上、下檢測(cè)電極7、19的 干擾。一種高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管的制作方法具體包括以下步驟(1)、按照所需尺寸裁剪兩片陶瓷基片作為上、下基片，并將上、下基片的表面清洗 干凈；(2)、在上、下基片的內(nèi)側(cè)面印刷導(dǎo)體料漿，并通過燒結(jié)固化的方式在上、下基片的 正面分別依次形成上、下遷移電極，上、下輔助屏蔽電極和上、下檢測(cè)電極；(3)、在上、下基片的外側(cè)面印刷導(dǎo)體料漿，并通過燒結(jié)固化的方式在上、下基片的 正面分別形成上、下主屏蔽電極；(4)、在上、下基片的外側(cè)面印刷厚膜介質(zhì)漿料并燒結(jié)固化；然后在燒結(jié)固化有厚 膜介質(zhì)的上、下基片的外側(cè)面印刷厚膜電阻料漿，并通過燒結(jié)固化的方式在上、下基片的外 側(cè)面分別形成加熱電阻；(5)、在上、下基片的內(nèi)側(cè)面或外側(cè)面印刷厚膜熱敏料漿，并通過燒結(jié)固化的方式 在上、下基片的內(nèi)側(cè)面分別形成上、下溫度傳感器；(6)、在上、下基片之間用填充漿料進(jìn)行填充，并通過燒結(jié)固化的方式在上、下基片 之間形成支撐梁，上、下基片與支撐梁之間形成氣流通道。導(dǎo)體漿料為銀、金、鉬、鈀、鎢、鈀銀、鈀金、金鉬、鉬錳或鋁銀漿料；介質(zhì)漿料為陶瓷 粉、玻璃體、有機(jī)溶劑混合組成的混合物漿料或聚合物漿料；電阻漿料為厚膜鈀銀、鉬族、釕 系、硅化鉬系、銅系或氧化錫系電阻漿料；熱敏漿料為鈦酸鋇、鉬或銦熱敏電阻漿料；填充 漿料為導(dǎo)體漿料或厚膜介質(zhì)漿料。
權(quán)利要求
一種高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管，包括有上、下基片和支撐上、下基片的支撐梁，其特征在于所述上、下基片和支撐梁之間的通道構(gòu)成氣流通道，所述上、下基片的內(nèi)側(cè)面沿著氣流的方向通過燒結(jié)固化方式依次附著有相對(duì)應(yīng)的上、下遷移電極，上、下輔助屏蔽電極和上、下檢測(cè)電極，所述上、下基片的外側(cè)面通過燒結(jié)固化方式依次附著有相對(duì)應(yīng)的上、下加熱電阻和上、下主屏蔽電極，所述上、下基片的內(nèi)側(cè)面或外側(cè)面還通過燒結(jié)固化方式相對(duì)應(yīng)的附著有上、下溫度傳感器；所述上、下遷移電極后方的氣流通道構(gòu)成離化區(qū)，上、下遷移電極之間的氣流通道構(gòu)成遷移區(qū)，所述上、下檢測(cè)電極之間的氣流通道構(gòu)成檢測(cè)區(qū)。
2.一種高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管的制作方法，其特征在于其方法具體包括以下步驟(1)、按照所需尺寸裁剪兩片陶瓷基片作為上、下基片，并將上、下基片的表面清洗干凈；(2)、在上、下基片的內(nèi)側(cè)面印刷導(dǎo)體料漿，并通過燒結(jié)固化的方式在上、下基片的正面 分別依次形成上、下遷移電極，上、下輔助屏蔽電極和上、下檢測(cè)電極；(3)、在上、下基片的外側(cè)面印刷導(dǎo)體料漿，并通過燒結(jié)固化的方式在上、下基片的正面 分別形成上、下主屏蔽電極；(4)、在上、下基片的外側(cè)面印刷厚膜介質(zhì)漿料并燒結(jié)固化；然后在燒結(jié)固化有厚膜介 質(zhì)的上、下基片的外側(cè)面印刷厚膜電阻料漿，并通過燒結(jié)固化的方式在上、下基片的外側(cè)面 分別形成加熱電阻；(5)、在上、下基片的內(nèi)側(cè)面或外側(cè)面印刷厚膜熱敏料漿，并通過燒結(jié)固化的方式在上、 下基片的內(nèi)側(cè)面分別形成上、下溫度傳感器；(6)、在上、下基片之間用填充漿料進(jìn)行填充，并通過燒結(jié)固化的方式在上、下基片之間 形成支撐梁，上、下基片與支撐梁之間形成氣流通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管，其特征在于所述上、下主屏蔽 電極的長(zhǎng)度分別大于或等于所述上、下檢測(cè)電極的長(zhǎng)度；所述上、下加熱電阻的長(zhǎng)度分別小 于或等于所述上、下基片的長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管的制作方法，其特征在于所述 導(dǎo)體漿料為銀、金、鉬、鈀、鎢、鈀銀、鈀金、金鉬、鉬錳或鋁銀漿料；所述介質(zhì)漿料為陶瓷粉、 玻璃體、有機(jī)溶劑混合組成的混合物漿料或聚合物漿料；所述電阻漿料為厚膜鈀銀、鉬族、 釕系、硅化鉬系、銅系或氧化錫系電阻漿料；所述熱敏漿料為鈦酸鋇、鉬或銦熱敏電阻漿料。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管的制作方法，其特征在于所述 填充漿料為導(dǎo)體漿料或厚膜介質(zhì)漿料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管及其制作方法，高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移管包括基片、支撐梁、遷移區(qū)電極、檢測(cè)電極、主屏蔽電極、輔助屏蔽電極、加熱電阻和溫度傳感器。主屏蔽電極和輔助屏蔽電極降低了遷移區(qū)電場(chǎng)對(duì)檢測(cè)電極的干擾，加熱電阻和溫度傳感器直接集成于遷移管上，在不增加遷移管體積的前提下實(shí)現(xiàn)了遷移管溫度的精確控制；制作方法采用絲網(wǎng)印刷漿料而后高溫?zé)Y(jié)的厚膜工藝，基片采用陶瓷材料，而不是易碎的硼硅玻璃材料，制作方法簡(jiǎn)單，工藝周期短，成本低，適合大批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G01N27/62GK101800150SQ20101013513
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者孔德義, 朱榮華, 李莊, 林丙濤, 梅濤, 殷世平, 王煥欽, 王電令, 程玉鵬, 趙聰, 郭攀, 陳池來 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院