(57)【要約】  イオン移動度分光法の用途のために、センサ構造体の所望の形状は、窒化アルミニウムなどのセラミック材料から所望の形状に形成することで作製してもよい。様々な実施形態において、センサ構造体は、個別のセラミックシートを用いて形成し、及び／又は、予備形成されたセラミック管から形成してもよい。ＩＭＳドリフト管の効率的な回路構成を提供するために、及び／又は、ドリフト管の内面部と外面部との電気的接続を提供するために、ビアホールがセンサ構造体に形成されている。
2016511404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ構造体を作製する方法であって、
高温非導電性のセラミック材料からなる成形構造体を形成することと、
前記成形構造体に少なくとも１つのビアホールを形成することと、
前記成形構造体上に回路特徴部を形成することと、
センサ構造体を得るために前記成形構造体を処理することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記セラミック材料は窒化アルミニウム又はアルミナである、請求項１に記載の方法
【請求項３】
前記センサ構造体はイオン移動度分光ドリフト管である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記成形構造体の形成は、高温非導電性のセラミック材料からなる少なくとも２つの個別シートを重ね合わせて所望の形状を有する構造体に形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記成形構造体の少なくとも１つのビアホールは、前記成形構造体の内面部と外面部とを接続するビアホールを有するように形成される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記成形構造体の形成は、高温非導電性のセラミック材料の中実管を予備形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つのビアホールは前記中実管に機械加工される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記回路特徴部の形成は、インク堆積処理を用いて前記成形構造体上に導電性又は抵抗性の特徴部を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
センサ構造体であって、
高温非導電性のセラミック材料からなる成形構造体と、
前記成形構造体上に形成された回路特徴部と、
前記成形構造体に形成された少なくとも１つのビアホールと、
を備えるセンサ構造体。
【請求項１０】
前記セラミック材料は窒化アルミニウム又はアルミナである、請求項９に記載のセンサ構造体。
【請求項１１】
前記センサ構造体はイオン移動度分光ドリフト管である、請求項９に記載のセンサ構造体。
【請求項１２】
前記成形構造体は、高温非導電性のセラミック材料の少なくとも２つの個別シートを重ね合わせて所望の形状を有する構造体に形成することによって形成される、請求項９に記載のセンサ構造体。
【請求項１３】
前記成形構造体の少なくとも１つのビアホールは、前記成形構造体の内面部と外面部とを接続するビアホールを有するように形成される、請求項１２に記載のセンサ構造体。
【請求項１４】
前記成形構造体は、高温非導電性のセラミック材料の予備形成された中実管である、請求項９に記載のセンサ構造体。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのビアホールは前記中実管に機械加工されている、請求項１４に記載のセンサ構造体。
【請求項１６】
前記回路特徴部は、インク堆積処理を用いて前記成形構造体上に導電性又は抵抗性の特徴部により形成される、請求項９に記載のセンサ構造体。
【請求項１７】
イオン移動度分光計デバイスであって、
イオン発生源と、
分析器コンポーネントと、
前記イオン発生源と前記分析器コンポーネントとの間を結合するドリフト管と、を備え、
前記ドリフト管は、
高温非導電性のセラミック材料からなる成形構造体と、
前記成形構造体上に形成された回路特徴部と、
前記成形構造体に形成された少なくとも１つのビアホールと、を有するイオン移動度分光計装置。
【請求項１８】
前記セラミック材料は窒化アルミニウム又はアルミナである、請求項１７に記載のイオン移動度分光計デバイス。
【請求項１９】
前記成形構造体は、高温非導電性のセラミック材料の少なくとも２つの個別シートを重ね合わせて所望の形状を有する構造体に形成することによって形成され、前記成形構造体の少なくとも１つのビアホールは、前記成形構造体の内面部と外面部とを接続するビアホールを有するように形成される、請求項１７に記載のイオン移動度分光計デバイス。
【請求項２０】
前記成形構造体は、高温非導電性のセラミック材料の予備形成された中実管であり、
前記少なくとも１つのビアホールは前記中実管に機械加工されている、請求項１７に記載のイオン移動度分光計デバイス。
【請求項２１】
前記回路特徴部は、インク堆積処理を用いて前記成形構造体上に導電性又は抵抗性の特徴部により形成されている、請求項１７に記載のイオン移動度分光計デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１３年２月２６日に出願された米国仮出願第６１／７６９，３２０号（発明の名称：「Ｍａｋｉｎｇ  Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  Ｄｒｉｆｔ  Ｔｕｂｅｓ  ｆｏｒ  Ｉｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｓ」）に対して優先権を主張するものであり、その米国仮出願の内容は本明細書中に参照により組み込まれる。
【０００２】
技術分野
本出願は、化学分析、特に、イオン移動度分光法の分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
イオン移動度分光法（ＩＭＳ）では、ドリフトガスチャンバー内を通るようにイオンを移動させ、そのイオンのドリフト速度に応じてイオンを分離するために、比較的強度が低い電界が利用される。ＩＭＳでは、イオンのドリフト速度が電界強度に比例し、その結果、イオン移動度（Ｋ）は印加電界に関係しない。また、ＩＭＳでは通常、放射性のアルファ放射体又はベータ放射体を用いて分析物及びバックグラウンド分子の両者がイオン化され、そのイオンは一定の低電界（３００Ｖ／ｃｍ以下）が形成されたドリフト管に注入され、そのドリフト速度ひいてはその移動度に基づいて分離される。移動度は、イオンとは逆方向に流れるドリフトガス分子とイオンとの衝突によって決まる。そのイオン・分子間の衝突断面積は、イオンのサイズ、形状、電荷、及び、ドリフトガス分子の質量に対するイオンの質量の大きさによって決まる。そして、得られたクロマトグラムを既知のパターンのライブラリと比較して、収集した物質を同定する。衝突断面積がイオンの複数の特性によって決まることから、ピークは一意的に同定できない。ＩＭＳシステムは、粘性ガスを充填した管内を電界印加状態でイオン化分子がドリフトするのに要する時間という対象分子の二次的であって特異的でない特性が測定され、その分子の同定は強度−時間のスペクトルから推定される。
【０００４】
他の移動度ベースの分離技術には、差分移動度分光法（ＤＭＳ）としても知られている高電界非対称波形イオン移動度分光法（ＦＡＩＭＳ）がある。ＦＡＩＭＳ又はＤＭＳは、大気圧下で動作してイオンを分離して検出することができる検出技術である。従来のイオン移動度と比較して、ＦＡＩＭＳ／ＤＭＳ装置は、イオン移動度が印加電界に依存するようになるかなり高い強度の電界（〜１０，０００Ｖ／ｃｍ）で動作する。ＦＡＩＭＳ／ＤＭＳ装置は、複数のステージを有する分光計においてＩＭＳドリフト管装置に連結されて動作することができる。数ある他のコンポーネントの中で、１つ又は複数のＦＡＩＭＳ／ＤＭＳ装置を接続して用いられるＩＭＳドリフト管装置の特徴を含めてイオンの検出及び化学分析を行う機器の特徴及び使用の具体的な説明については、Ｂｏｕｍｓｅｌｌｅｋらの米国特許第８，１７３，９５９Ｂ１号（発明の名称：「Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ  Ｔｒａｃｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｈｉｇｈ  Ｆｉｅｌｄ  ａｎｄ  Ｌｏｗ  Ｆｉｅｌｄ  Ｉｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」）、であるＩｖａｓｈｉｎらの米国特許出願公開第２０１２／０２７３６６９Ａ１号（発明の名称：「Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｈｙｐｈｅｎａｔｅｄ  Ｌｏｗ  ａｎｄ  Ｈｉｇｈ  Ｆｉｅｌｄ  Ｉｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ」）及びＩｖａｓｈｉｎらの米国特許出願公開第２０１２／０３２６０２０Ａ１号（発明の名称：「Ｉｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  Ｅｍｂｅｄｄｅｄ  ＦＡＩＭＳ」）が参照可能であり、これらの内容はすべて本明細書中に参照により組み込まれる。
【０００５】
既知のＩＭＳデバイスの組み立て技術では、センサ構造体を製造するために金属のリング及び絶縁体のリングを交互に重ね合わせることが使用されている。このＩＭＳドリフト管のようなセンサ構造体は、大気圧又は大気圧に近い気圧におけるイオンの輸送及び分析の用途で用いられる。更に、他の製造技術としては、セラミック材料の圧延処理を用いたＩＭＳセンサ構造体の製造方法が知られている。例えば、Ｐｅｔｅｒｓｏｎらの米国特許第７，１５５，８１２Ｂ１号（発明の名称：「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ａ  Ｔｕｂｅ」）には、複数回転させるための型の周囲で軟らかいグリーン（すなわち、焼成前の）セラミックシートを圧延し、そのセラミックシートの表面に電気伝導体を設ける処理が開示され、この文献の内容は本明細書中に参照により組み込まれる。圧延されたセラミックシートは、ＩＭＳドリフト管を製造するために圧力が加えられて焼成される。このセラミックは、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）であってもよい。なお、場合によっては、連続的な圧延シートプロセスの使用は、ＩＭＳドリフト管の回路又はセンサーコンポーネントの機能性及び複雑性を制限するかもしれない。３次元セラミック回路構造体の他の製造技術は、Ｂｒｉｓｃｏｅらの米国特許第６，５２７，８９０号、Ｖｉｔｒｉｏｌらの米国特許第５，０２８，４７３号、Ｋａｎａｉらの米国特許第４，４７５，９６７号及びＭｕｃｋｅｌｒｏｙらの米国特許第３，７５５，８９１号に記載され、これらの文献の内容は本明細書中に参照により組み込まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上から、ＩＭＳデバイスの大量生産のため、高性能で低コスト及び小型のドリフト管又は他のセンサ構造体を製造するための有利で効率の良い技術の提供が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
本明細書に記載のシステムによれば、センサ構造体の製造方法は、高温非導電性のセラミック材料からなる成形構造体を形成することを含む。この成形構造体には少なくとも一つのビアホールが形成される。回路特徴部は、前記成形構造体上に形成される。前記成形構造体は、センサ構造体を得るために処理される。前記セラミック材料は窒化アルミニウム又はアルミナであってもよく、前記センサ構造体はイオン移動度分光ドリフト管であってもよい。前記成形構造体の形成は、高温非導電性セラミック材料からなる少なくとも２つの個別シートを重ね合わせて所望の形状を有する構造体を形成することを含んでもよく、また、前記成形構造体の少なくとも一つのビアホールは、その成形構造体の内面部と外面部とを接続するようなビアホールを備えるように形成してもよい。また、前記成形構造体の形成は、高温非導電性のセラミック材料からなる中実管を予備形成することを含んでもよく、前記少なくとも一つのビアホールは前記中実管内に機械加工してもよい。前記回路特徴部の形成は、インク堆積処理を用いて前記成形構造体上に導電性又は抵抗性の特徴部を形成することを含んでもよい。
【０００８】
更に、本明細書に記載のシステムによれば、センサ構造体は、高温非導電性のセラミック材料からなる成形構造体を含む。回路特徴部は、その成形構造体上に形成される。その成形構造体内に少なくとも一つのビアホールが形成される。前記セラミック材料は窒化アルミニウム又はアルミナであってもよく、前記センサ構造体はイオン移動度分光ドリフト管であってもよい。前記成形構造体は、高温非導電性のセラミック材料からなる少なくとも２つの個別シートを重ね合わせて所望の形状を有する構造体を形成することによって形成してもよく、前記成形構造体の少なくとも一つのビアホールは、その成形構造体の内面部と外面部とを接続するようなビアホールを備えるように形成してもよい。また、前記成形構造体は、予備形成された高温非導電性のセラミック材料からなる中実管を含んでもよく、前記少なくとも一つのビアホールはその中実管内に機械加工してもよい。前記回路特徴部は、インク堆積処理を用いて前記成形構造体上に形成された導電性又は抵抗性の特徴部を含んでもよい。
【０００９】
更に、本明細書に記載のシステムによれば、イオン移動度分光計デバイスは、イオン発生源と、分析器コンポーネントと、前記イオン発生源と前記分析器コンポーネントとを接続するドリフト管とを含む。前記ドリフト管は、高温非導電性のセラミック材料からなる成形構造体を含む。その成形構造体上に回路特徴部が形成される。また、前記成形構造体内に少なくとも一つのビアホールが形成される。前記セラミック材料は窒化アルミニウム又はアルミナであってもよく、前記センサ構造体はイオン移動度分光ドリフト管であってもよい。前記成形構造体は、高温非導電性のセラミック材料からなる少なくとも２つの個別シートを重ね合わせて所望の形状を有する構造体を形成することによって形成してもよく、前記成形構造体内の少なくとも一つのビアホールは、その成形構造体の内面部と外面部とを接続するようなビアホールを備えるように形成してもよい。また、前記成形構造体は、予備形成された高温非導電性のセラミック材料からなる中実管を含んでもよく、前記少なくとも一つのビアホールはその中実管内に機械加工してもよい。前記回路特徴部は、インク堆積処理を用いて前記成形構造体上に形成された導電性又は抵抗性の特徴部を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
以下の簡単に説明する図面における複数の図を参照して、本明細書に記載のシステムの実施形態を説明する。
【００１１】
【図１】図１は、本明細書に記載のシステムの一実施形態に係る、セラミック材料を用いた高性能で低コストの小型センサ構造体の大量生産規模の製造に関して用いることができる個々のセラミックシートを示す概略図である。
【図２】図２は、ＩＭＳドリフト管等のＩＭＳセンサ構造体の製造に関する筒状マンドレルのような型の周りに互いに積層された多層のセラミックシートの端面を示す概略図である。
【図３】図３は、ＩＭＳドリフト管等のＩＭＳセンサ構造体の製造に関する筒状マンドレルのような型の周りに互いに積層された多層のセラミックシートの、図２と比較される他の実施形態の端面を示す概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本明細書に記載のシステムの一実施形態に係るＩＭＳドリフト管の代替的な組み立て構成を示す概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本明細書に記載のシステムの一実施形態に係るＩＭＳドリフト管の代替的な組み立て構成を示す概略図である。
【図５】図５は、本明細書に記載のシステムの一実施形態によって製造されたＩＭＳドリフト管を示す概略図である。
【図６】図６は、本明細書に記載のシステムの一実施形態によって製造されたＩＭＳデバイスの一例を示す概略斜視図である。
【図７】図７は、本明細書に記載のシステムの一実施形態に係るセンサ構造体を作製する処理を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本明細書に記載のシステムの他の実施形態に係るセンサ構造体を作製する処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本明細書に記載のシステムの一実施形態に係る、セラミック材料を用いた高性能で低コストの小型センサ構造体の大量生産規模の製造に関して用いることができる個々のセラミックシート１０１を示す概略図１００である。センサ構造体は、その一部又は全部が、シート１０１のように複数の個々の個別シートから形成されていてもよく、そのシート１０１はグリーン状態のセラミック材料１１０の平らで柔軟なシートであってもよい。様々な実施形態において、前記センサ構造体は、例えば、本明細書の他で更に検討しているように、イオンガイド及び／又はＩＭＳドリフト管であってもよい。
【００１３】
一実施形態において、セラミック材料１１０は、窒化アルミニウム、アルミナ及び／又は他の高温非導電性材料であってもよい。特に、窒化アルミニウムは、高熱伝導性、例えば、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）の１００倍に達する熱伝導性を有する点で有利であり、その高熱伝導性により窒化アルミニウムを用いるとＩＭＳデバイスをより早く昇温できるため、ＩＭＳドリフト管や他のセンサ構造体において有利に用いてもよい。更に、窒化アルミニウムの使用は、ドリフト管に試料を導入した後に動作不能時間を明らかに広げるような低温部分が存在する場合に、その低温部分を低減及び／又は排除する。
【００１４】
各センサ構造体の所望の形状は、個々のシートを所望の形状になるように重ね合わせ、成形し、結合することによって形成してもよく、例えば、本明細書の他で更に検討しているように、筒状マンドレルや他の型等の雄型工具又は雌型工具のいずれかの周りにシートを層状に重ね合わせて形成してもよい。シート１０１がグリーン状態の間、個別の又は連続した金属表面のような導電性特徴部１２０は、スクリーン印刷又は他の堆積法によって個々のセラミックシート１０１に形成してもよい。その特徴部１２０は、イオン移動の制御のための電極、電流ベースのヒータ、電子シールド、二次的な取り付けのためのボンディング面、及び／又は、他の適当な回路構造体又は他のセンサ特徴部として用いてもよい。様々な実施形態において、前記層は、シート１０１の片面、両面、及び／又は、必須の回路構造体を作るために必要な又は望ましい表面のいずれでもない表面に、導電性特徴部１２０を有してもよい。１つ又は複数のビアホール１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃは、本明細書の他で更に検討しているように、シート１０１に形成してもよい。
【００１５】
図２は、ＩＭＳドリフト管等のＩＭＳセンサ構造体の製造に関する筒状マンドレルのような型の周りに互いに積層された多層のセラミックシート２０１，２０２，２０３の端面を示す概略図２００である。セラミックシート２０１，２０２，２０３はそれぞれ、ＩＭＳドリフト管の所望の回路構成を作成するために必要とされるような特定の導電性特徴部及び回路特徴部を有していれば、図１に記載したようなセラミックシートであってもよい。３つのシート２０１〜２０３が図示されているが、所望の構造体のために適当な任意の層のシートを用いてもよい。本明細書に記載のシステムによれば、セラミックシート２０１，２０２，２０３の設計及び階層化は、所望の形状に形成するときに、所望の回路構成に従って各シートを配置するように行ってもよい。例えば、セラミックシート２０１，２０２，２０３は、積層されるときに、所定の回路構成のために各シート端部の接合端部が単一の合わせ目に沿って位置して重ね合わせられるように設計してもよい。前記シート２０１，２０２，２０３はそれぞれ、１つ又は複数のビアホール２１１，２１２，２１３を含んでもよい。ビアホール２１１，２１２，２１３は、所望の回路構造体を形成する層２０１，２０２，２０３の間で、その後に続く電気接続を容易にするような位置に設けてもよい。例えば、図２に図示した実施形態において、各シートに設けられたビアホール２１１，２１２，２１３は、ＩＭＳドリフト管のドリフト領域の内側からＩＭＳデバイスの外側に貫通する１つ又は複数の貫通孔で形成してもよい。セラミックシート２０１，２０２，２０３はそれぞれ、窒化アルミニウム、アルミナ及び／又は他の高温非導電性材料で作製してもよい。ビアホール２１１，２１２，２１３は、本明細書で更に検討しているように金属で被膜してもよく、また、本明細書に記載されているシステムの様々な実施形態に係るシート２０１，２０２，２０３の回路特徴部の間で電気接続できるようにするためのコンタクトパッドを使用してもよい。その構造体は、ＩＭＳドリフト管のようなモノリシック融合センサ構造体を製造するために高圧及び高温の環境下に置いてもよい。
【００１６】
図３は、ＩＭＳドリフト管等のＩＭＳセンサ構造体の製造に関する筒状マンドレルのような型の周りに互いに積層された多層のセラミックシート３０１，３０２，３０３の、図２と比較される他の実施形態の端面を示す概略図３００である。図示する実施形態では、ビアホール３１１，３１２，３１３は互いに位置をずらしてＩＭＳドリフト管の幅全体にわたって形成されている。ビアホール３１１，３１２，３１３の互いに位置をずらした配置は、ＩＭＳドリフト管に適した回路構成を提供するものであってもよい。セラミックシート３０１，３０２，３０３はそれぞれ、窒化アルミニウム、アルミナ及び／又は他の高温非導電性材料で作製してもよい。なお、シート３０１，３０２，３０３自体は、シートの重ね合わせの後に、ビアホール３１１，３１２，３１３を用いて電気的に接続されるシート３０１，３０２，３０３上の回路特徴部の設計された回路構成に応じて、シートの接合端部をドリフト管の円周の周りで互いに位置をずらして配置するように積層してもよい。また、図２及び３に関して記載されている実施形態の様々な組み合わせは、本明細書に記載されているシステムについて適宜用いてもよい。
【００１７】
図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ、本明細書に記載のシステムの一実施形態に係るＩＭＳドリフト管の代替的な組み立て構成を示す概略図４００，４００’である。図４Ａは、代替的な組み立て構成技術においてアルミナ又は特に窒化アルミニウムなどの高温非導電性材料で予備形成することができる中実管４１０の概略図である。図４Ｂは、その中実管４１０の端面の概略図である。１つ又は複数のビアホール４１１，４１２，４１３は、管４１０のドリフト領域の内面部から外面部への連続した電気的接続を容易にするために、シート１０１の所定の位置にドリル加工又は他の機械加工で貫通させて形成してもよい。内部のドリフト領域は、金属インク堆積処理を用いるなどにより、管４１０への電極リング形成をサポートするように層４２０で金属被膜してもよい。一実施形態において、その金属被覆には厚膜金属被覆を使ってもよく、ビアホール４１１〜４１３は、付随する接続パッドとともに、内部のドリフト領域の金属被覆された表面からＩＭＳデバイスの外面部に電気的に接続するように金属で被膜してもよい。なお、ビアホール４１１〜４１３に加えて、電気的な接続は、セラミック材料の表面又は端縁部に沿ったトレース部を追加することによって達成されてもよい。本明細書の他で更に記載されているように、前記デバイスの外面部は、電気的なトレース部、シールド又は発熱回路、及び／又は、本明細書中で検討した他の特徴部を形成するために金属で被覆してもよい。金属被覆は、その表面でのニーズを用途に一致させるように互いに異なる複数の金属を使って達成してもよい。例えば、ドリフト領域上の金属は、低い化学反応性を有するように選択してもよく、一方、ビア内の金属や付随するパッドの金属は、充填、ろう付け、はんだ付けなどのその後の二次的な作業をサポートするように選択してもよい。
【００１８】
前記金属被覆処理は不正確な場合があるので、必要に応じて、センサ構造体の構成のために不必要な金属被覆を取り除いたり前記デバイスの内側及び外側の金属被覆領域の間の電気的な絶縁を回復させたりするため二次的な機械加工を行ってもよい。ＩＭＳの構成において、ドリフト領域の内側に残った金属被覆は、１つ又は複数の金属被覆されたビアホールによって各々接続された、互いに分かれた同心のリング形状であってもよい。ビアホールの気密シールは、はんだ付けに限らず、充填剤のプリフォームのろう付け、ガラスシーリング、接着剤など、多くの標準的な方法によって達成してもよい。管４１０は、本明細書の他の部分で更に検討されているように、ＩＭＦデバイスのドリフト領域のキャップ構造体を取り付けることによって密閉してもよい。そのキャップ構造体は、容易に分解できるように機械的に取り付けてもよく、あるいは、はんだ付け、プリフォームのろう付け、ガラスシーリング、接着剤などによってより永久に取り付けてもよい。
【００１９】
追加的に及び／又は代替的として、他の実施形態において、前述の二次的な機械加工が不要になる金属インク堆積のより精度の高い方法を用いてもよい。例えば、曲面の内側及び外側のいずれにも抵抗性及び／又は導電性のインクを堆積できるようにインク堆積先端部が制御されるコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）を使用できる技術が知られている。Ｍｉｃｒｏｐｅｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの一部門であるＯｈｍｃｒａｆｔの技術と製品が参照可能である。このような製品と技術は、本明細書に記載されたシステムの実施形態によれば、アルミナ、窒化アルミニウム又は他の高温電気絶縁材料で作製されたドリフト管の内面部と外面部との間の抵抗性及び導電性の要素部分を作製するために用いてもよい。例えば、Ｂａｒｇｅらの米国特許第７，２２４，２５８Ｂ２号（発明の名称：「Ｆｉｎｅ  Ｌｉｎｅ  Ｔｈｉｃｋ  Ｆｉｌｍ  Ｒｅｓｉｓｔｏｒｓ  ｂｙ  Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」）、Ｇｒａｎｄｅらの米国特許第７，７３６，５９２Ｂ２号（発明の名称：「Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｂｙ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｔｈｉｃｋ  Ｆｉｌｍ  Ｗｒｉｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｔｈｅｒｅｏｆ」）、Ｓｈａｗ−Ｋｌｅｉｎの米国特許第８，４７９，５８５Ｂ２号（発明の名称：「Ｆｕｌｌ−Ｔｅｘｔ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  ｏｒ  Ｆｏｒｃｅ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ」）が参照可能であり、これらの内容はすべて本明細書中に参照により組み込まれる。
【００２０】
図５は、本明細書に記載のシステムの一実施形態によって製造されたＩＭＳドリフト管５００を示す概略図である。ドリフト管５００の管形状部分は、窒化アルミニウム及び／又はアルミナのような高温電気絶縁材料５１０で形成してもよい。電気的なコンポーネント及び構造体５２０は、抵抗ヒータートレースのようにドリフト管５００の外周面に形成してもよい。パッドからビアホールを介して接続ポイントに通じている導電性トレース５３０ａ〜ｄを形成してもよい。内部コンポーネント５４０を形成して管５００のドリフト領域を設けてもよい。例えば、様々な実施形態において、内部コンポーネント５４０は、堆積法で形成された電極リングであってもよいし、及び／又は、例えば、個別電極及び外部の抵抗回路網に置き換えて用いられる抵抗性のインクからなる連続した螺旋部であってもよい。
【００２１】
図６は、本明細書に記載のシステムの一実施形態によって製造されたＩＭＳデバイス６００の一例を示す概略斜視図である。前記デバイス６００は、イオン化装置／イオン発生源６１０と、セラミックＩＭＳドリフト管６２０と、検知器及び／又は実行対象のＩＭＳ分析に適した又は望ましい１つ又は複数の追加の分析器コンポーネント（例えば、ＦＡＩＭＳ／ＤＭＳコンポーネント）のような他のコンポーネント等からなる分析器コンポーネント６３０と、を有していてもよい。イオン化装置／イオン発生源６１０は、動作モードに従い連続的な又はパルス状のイオン流を供給してもよい。一実施形態において、イオン化装置／イオン発生源６１０は、スパークイオン源のように周波数を変更することによって個々のイオンのパケット又は連続したイオンの流れを送り出すことができるパルス的なイオン源を含んでもよい。更に追加的又は代替的に、ＩＭＳドリフト管６２０の導入口に配置されたイオンゲートを介した直流コロナ又は放射線源を含む連続的なイオン源を用いてもよい。ＩＭＳドリフト管６２０は、セラミック材料を用いて形成してもよく、本明細書の他で検討している実施形態によるように、ドリフト管６２０を形成するために必要な回路及び電気的特徴部を含んでもよい。
【００２２】
本明細書に記載されているシステムは、ＩＭＳデバイスのセンサ構造体（例えば、ドリフト管）の製造において多くの有利な点がある。特に、個別コンポーネントを削減するにより製造コストは著しく低減されている。組み立てでは、高温動作可能な不活性材料を使用してもよい。窒化アルミニウムのようなセラミック材料の使用は、電気絶縁性を維持しながらアルミニウムのような熱伝導率を持たせ、急速且つ均一な加熱をサポートする。電極のより高い密度は、小型ドリフト管のために要求される小さい幅のトレースを使って提供される。本来備わっている優れた密封性は、シール接合部の数と全体のシール長を減らすことによって実現される。このコンセプトは、互いに異なるサイズのドリフト領域をサポートするように容易に拡張できる。金属被覆を形成することにより、単一の部分を多くの機能的且つ連結性を有する構成要素とすることが可能になる。
【００２３】
本明細書で更に記載されているシステムに係る方法及び材料選択は更に性能上の利点を提供する。特に、改善されたシステム信頼性は、簡略化されて自由度の高いデザインによって提供される。向上した分解能は、高密度の電極を使用することによって提供される。化学合成物の拡張された検知範囲は急速熱循環によって提供される。密封された管を使用することによって、汚染がなく、よりよい湿度管理が可能になる。温度設定の広い範囲にわたる急速熱循環は、互いに密接した加熱要素を使用することによって可能になる。化学的ノイズは、従来のセンサ組み立てにおいてしばしば必要とされる重合材料の除去によって低減できる。
【００２４】
図７は、本明細書に記載のシステムの一実施形態に係るセンサ構造体を作製する処理を示すフローチャート７００である。ステップ７０２では、１つ又は複数のグリーン状態のセラミック材料からなる個別シートが作製される。様々な実施形態において、セラミック材料は、窒化アルミニウム、アルミナ、及び／又は、他の高温非導電性のセラミック材料であってもよい。個別のセラミックシートは、ＩＭＳデバイスの所望の用途及び構成のために柔軟性を持たせて製造してサイズを設定してもよい。ステップ７０２の後、ステップ７０４では、所望のＩＭＳセンサ構造体のために個別のセラミックシートに回路特徴部が形成され、シートの所望の場所にビアホールが形成される。この回路特徴部は、本明細書の他で更に検討しているようにスクリーン印刷法又は他の堆積法で重ね合わせてもよい。
【００２５】
ステップ７０４の後、ステップ７０６では、導電性特徴部が配置された個別のセラミックシートは、筒状のマンドレルの周りにシートを重ね合わせる等によって所定の形状に形成される。様々な実施形態において、前記シートを重ね合わせた後、適切な回路を構成できるようにビアホールを互いに位置をずらして管の厚み方向に貫通させて形成してもよく、及び／又は、そのシートのビアホールは、管の内面部から外面部に貫通するビアホールを形成するためにシートの積層方向における同一線上に整列されるようにしてもよい。ステップ７０６の後、ステップ７０８では、ＩＭＳドリフト管のようなモノリシック融合センサ構造体を製造するために、前記構造体は、高圧及び高温の環境下に置かれる。ステップ７０８の後、ステップ７１０では、前記センサ構造体は、ＩＭＳデバイス及びその作動のために適したＩＭＳドリフト管への適切なキャップ構造体の取り付けなどのＩＭＳデバイスの組み立てに使用することができる。ステップ７１０の後、処理は完了する。
【００２６】
図８は、本明細書に記載のシステムの他の実施形態に係るセンサ構造体を作製する処理を示すフローチャート８００である。ステップ８０２では、セラミック材料の予備形成された管などの成形体が作製される。様々な実施形態において、前記セラミック材料は、窒化アルミニウム、アルミナ、及び／又は、高温非導電性のセラミック材料であってもよい。ステップ８０２の後、ステップ８０４では、少なくとも１つのビアホールが、前記構造体から前記セラミック管内に形成される。その少なくとも１つのビアホールは、その管の外面部から内面部まで形成される。ステップ８０４の後、ステップ８０６では、回路特徴部が前記管上に形成される。その回路特徴部は、前記管の内面部及び外面部に形成される特徴部を含んでもよい。なお、ステップ８０４及び８０６の順序は適宜入れ替えてもよい。一実施形態においては、前記特徴部は金属覆処理で形成してもよい。例えば、前記管の内面部には、管のドリフト領域の電極リングを作製するために金属膜を形成してもよい。その後、より精密な回路特徴部を形成し、不要な金属膜を除去し、及び／又は、金属膜形成領域の間の電気的な絶縁を復元するために、二次的な作業を実行してもよい。他の実施形態では、上記二次的な機械加工が不要になるように成膜処理を用いてもよい。例えば、本明細書の他で検討しているように、インク堆積処理を用いて曲面の内側又は外側に抵抗性及び／又は導電性のインクを堆積することができるＣＮＣで制御されたインク堆積チップを使用可能な技術が知られている。
【００２７】
ステップ８０６の後、ステップ８０８では、ＩＭＳドリフト管のようなセンサ構造体を作製するために必要とされる堆積インクの焼成のような前記回路を完成させるための追加処理を、前記構造体に行ってもよい。ステップ８０８の後、ステップ８１０では、前記センサ構造体は、ＩＭＳデバイス及びその作動に適したＩＭＳドリフト管に適切なキャップ構造体を取り付けたりすることによって、ＩＭＳデバイスの組み立てに使用してもよい。ステップ８１０の後、処理は完了する。
【００２８】
本明細書で検討した様々な実施形態は、本明細書に記載のシステムと関連した適当な組み合わせにおいて互いに組み合わせてもよい。更に、場合によっては、フローチャート、フロー図、及び／又は、上述のフロー処理のステップの順序を適宜変更してもよい。更に、本明細書に記載のシステムの様々な態様は、ソフトウェア、ハードウェア、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、及び／又は、前述の特徴部を有して前述の機能を実行する他のコンピュータ実装モジュール又はデバイスを用いて実装してもよい。システムは、ユーザ及び／又は他のコンピュータとの間の適当なインターフェースを提供するために、更に、ディスプレイ及び／又は他のコンピュータコンポーネントを有していてもよい。
【００２９】
適用可能な制御処理に関して、本明細書に記載のシステムのソフトウェア実装は、コンピュータ読み取り可能な媒体に格納され１つ又は複数のプロセッサで実行される実行可能コードを含んでいてもよい。コンピュータ読み取り可能な媒体としては、揮発性メモリ及び／又は不揮発性メモリが挙げられ、また例えば、コンピュータのハードドライブ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、フラッシュドライブ若しくは、例えばユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インターフェース等を備えたその他ドライブ等の携帯用コンピュータ記憶媒体、並びに／又は、実行可能コードを格納してプロセッサで実行可能なその他任意の適当な有形の又は一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体又はコンピュータメモリが挙げられる。本明細書に記載のシステムは、任意の適当なオペレーティングシステムとの関係で使用してもよい。
【００３０】
本開示の発明の明細書又は実施例を考慮すれば、当業者には本発明のその他の実施形態も明らかになるであろう。本明細書及び実施例はほんの一例に過ぎず、本発明の正確な範囲及び趣旨については、以下の特許請求の範囲にて示される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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