CN1330806A - 利用面积匹配电极的静电检测吸盘 - Google Patents

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Abstract

提供一种静电检测吸盘,用来把颗粒吸引到沉积电极附近颗粒接触面的一部分,静电检测吸盘包括象素,后者包括:沉积电极(DE),用来选择性地在颗粒接触面上建立引力场(Ea);屏蔽电极(SE),加有与沉积电极相反的偏压;电荷检测电路,用来测量积累在每一个沉积电极和屏蔽电极上的电荷,其中电荷检测电路把它从沉积电极上检测到的第一电荷减去它在屏蔽电极上检测到的第二电荷,以此求出由屏蔽电极上的累积电荷平衡的沉积电极上的累积电荷。

Description

利用面积匹配电极的静电检测吸盘
本申请要求享受1999年4月26日提交的美国临时申请系列号60/130,985和1998年10月14日提交的美国临时申请系列号60/104,234的优先权。
本发明涉及以空间分解方式以电气方式拾取和分发带电粉末或珠粒用的设备。具体地说，本公开描述新型的电极配置和控制电路以及静电吸盘的操作和制造技术，所述静电吸盘拾取、处理、输送、然后卸下或放置用于建立医药成份或化学成份或用于进行化验或化学分析的颗粒、粉末、珠粒或物体。本发明通过在试图利用吸盘检测电极附近的离子或可极化性高的物质测量聚集电荷时提供一种抵消产生误差的效应的途径，解决与进行粉末沉积检测的检测吸盘有关的某些问题。尽管这里强调专为粉末沉积测量和标定用的电荷检测吸盘，但是，所给出的技术可以用来改进所有进行操作和/或提供电场以便协助珠粒从原来的电极或源位置向目标电极或位置的移动、交换、平移或对其进行处理的静电吸盘。
静电吸盘可以用来拾取、处理、输送然后卸下或放置用于建立医药或化学成份或用于进行化验或化学分析的颗粒、粉末、珠粒或物体。
静电吸盘工作起来像夹子一样夹持或吸持一个或多个物体，并能在诸如固相合成用的组合化学(Combinatorial Chemistry)等的化学合成中或利用PCR(聚合酶链反应)进行的化验中或其他过程中，处理典型直径为100-300微米的颗粒或合成珠粒时提供优异的性能。在组合化学中、诸如微量滴定板等多阱阵列允许同时筛选或合成多种化合物。
例如，静电吸盘比微量移液管更快更可靠地把珠粒沉积在阵列上。静电吸盘的另一种用途是药物成份合成，尤其是用来把多种化合物结合形成准备包装成人或畜服用形式的成份。
含有一种或多种活性成份的聚集颗粒可以沉积在众所周知的载体或衬底(substrate)上，以便制成药物剂型。这样的颗粒可以采取以下形式，例如，[1]粉末或气溶胶，诸如喷气粉磨过程制造的干燥微粒化形式等，其中总的颗粒尺寸可以在，例如，对药物干粉末吸服有用的1至10微米范围内，最好4-8微米；[2]珠粒或微球体；[3]极小的结构，包括福勒烯(fullerene)、螯合物、纳管(nanotuBEs)；或[4]由脂质或细胞膜形成的脂质体和小脂肪滴；等等。
静电吸盘的使用提供一种用于配制药物成份的订制的和精确的方法。该种吸盘可以用在汇合承载活性成份的相邻衬底、以形成多剂量包装的时候，其中可以从一个单独单元到下一个减或增剂量，就像在基于激素的(避孕)药物或抗生素药物中。利用带有沉积检测的静电吸盘，可以通过分配在每一个药物载体上的珠粒数目和/或类型或粉末或颗粒的数量、或者利用单独的或外部的电气的、光学的或机械的剂量检测来建立或确定剂量。利用静电吸盘把活性成份放置入药物成份中可以达到高的重复性，而且在活性成份不兼容、诸如载体对活性成份溶解度差时、或者在配方或载体对活性成份的生物效力有不利影响时也是有利的。
尽管在本公开中强调为了吸留和/或释放颗粒而施加电场的静电输送吸盘，但是在颗粒/或衬底的控制方面，这里所传授的可以应用于诸如利用压缩气体或真空或电气/化学可交换的粘结剂等利用其他现象的吸盘。然而，尤其是在其时最好最大限度地减少或消除破碎、污染或氧化损坏的处理生物活性化合物的地方，对于敏感的珠粒或颗粒结构来说，静电或准静电吸留机制的吸盘比起传统的机械方法好得多。
一般，准备输送或处理的颗粒是通过与摩擦带电物质摩擦和碰撞而摩擦带电、感应带电方法带电或电晕带电方法带电的。
有些静电吸盘提供能够每一个吸盘或静电吸盘的每一个阱、象素或单个空间元件吸起、输送和放下仅仅一个珠粒或颗粒的精确度。每一个象素往往可以看作是一个细小的静电吸盘，可以选择性地和独立地被控制，诸如具有可一个一个单独地寻址的坐标x和y的平面吸盘。这包括用于不同(多个)珠粒或颗粒类型的可一个一个单独地寻址的象素。
静电吸盘往往不是沉积单个颗粒或珠粒，而是用来吸住包含活性成份的多个粉末颗粒并将其放置在诸如用作药物剂型的可吃基质等衬底上。
吸引珠粒用的电极在结构和构造上可以有很大的变化。颗粒吸引电极可以例如是直接暴露的或用介质覆盖来防止在空气中离子击穿(发生火花)、并利用介质的性质来增强珠粒电荷吸持能力的。为了控制可以被吸引的带电颗粒的数量，也可以使用间接的方法，其中吸引颗粒的电极利用耦合到衬垫或浮空电极的电容间接吸引颗粒。本发明可以应用于任何数目的静电吸盘设计，但为举例说明起见，这里只示出简单的吸盘，后者通过一个或多个直接加偏压的电极(非浮空电极)直接吸引颗粒。
可以应用于本发明各个方面的装置和方法包括，例如以下专利或专利申请中用于传送器吸盘、声学珠粒分配器和其他处理颗粒的装置：1998年8月4日授予Sun的美国专利No.5,788,814“衬底上多目标定位用的吸盘和方法”；1999年1月12日授予Sun等人的美国专利No.5,858,099“静电吸盘”；1998年2月3日授予Pletcher等人的美国专利No.5,714,007“用静电方法把药物粉末沉积在衬底预定区域上的设备”；1998年12月8日授予Sun等人的美国专利No.5,846,595“利用静电吸盘制造药物的方法”；Sun等人在1998年5月19日提交的美国专利No.5,753,302“声学分配器”；Sun在1998年2月19日提交的美国专利申请09/026,303“利用斥力场引导的珠粒输送吸盘”；Sun在1998年3月25日提交的美国专利申请09/047,631“带珠粒尺寸选择器的珠粒处理吸盘”；Sun在1998年5月22日提交的美国专利申请09/083,487“珠粒处理吸盘用的聚焦声学珠粒带电器/分配器”；Sun等人在1998年6月10日提交的美国专利申请09/095,425“珠粒处理吸盘用的AC波型偏置”；Sun等人在1998年6月10日提交的美国专利申请09/095,321“夹持平面衬底用的设备”；Poliniak等人在1998年6月10日提交的美国专利申请09/095,246“干粉沉积设备”和1998年6月10日提交的美国专利申请09/095,616“药物制品及其制法”提出的输送用吸盘；声学珠粒分配器和其他操作颗粒的装置。另外，Sun等人在与本发明同时提交的美国专利申请(律师行档案号DEL 13100)“用于流态化粉末分散和带电的装置”描述了用于颗粒带电、分级和处理的各种设备和方法。
本发明针对静电吸盘电荷检测，其中因为准备测量的参数的敏感性质而由准备吸引和吸留颗粒的颗粒接触面附近各种离子形式和可极化材料(例如，水蒸汽、粉尘)的作用引起的某些问题。
在许多材料中很容易由于不同原子和分子电荷移动过程而出现极化现象。分子中永久偶极矩造成定向极化，只有在高的激发频率下，分子没有足够的时间响应快速变化的电场而重新改变其取向，才会失去定向极化。除了所加的场引起原子核位置的畸变引起的畸变极化的弱作用以外，还存在随电场而产生的原子电子分布畸变引起的极化作用，称为电子极化。
为简单起见，这里假定，静电吸盘颗粒接触面附近的介质，或用作吸盘一部分的介质是具有线性、各向同性和匀质的分子极化的所谓A级介质的介质。但是，本发明不限于这里给出的实例，利用采用A级介质以外的介质的吸盘也可以实践本发明，其中分子极化α是一个张量(tensor)并且可能还是介质内部位置的函数。另外，本发明不限于这里或者在本公开其他地方列举的不同的理论要素。本发明涉及这样的观察结果，亦即抗漂移的检测或读出电路(或多个检测电路)可以包括在静电吸盘中，它利用既对带电颗粒吸引电极，又对反向偏置的屏蔽电极进行的累积电荷的基于电容的检测，该屏蔽电极适当配置和偏置，以便产生减小漂移的作用。本申请人提出了相关参数的估计和理论，但是，本发明可以根据适当的经验控制而存在并加以实施，与这些相关的参数和理论无关。
在A级介质中，由局部电场E产生的电极化矢量P是线性的，其中
P＝αE                         (1)
而α是可用的介电常数的简单函数：
α＝ε0(K-1)E                 (2)
式中ε0是真空介电常数，而K是介电常数。
利用吸引电极或颗粒沉积电极来拾取和放下颗粒的静电吸盘的设计和操作在试图检测积累在颗粒沉积电极上的电荷时在某些条件下会遇到电压漂移和测量误差的问题，因为各种离子形式、可极化材料或具有改变极化的物质存在，因为所检测的电荷移动到一个不与实际积累的或沉积的颗粒成正比或反映它的数值。当在静电吸盘上利用DC(直流)偏置电压时，不希望出现的电荷移动或迁移会引起测量误差。例如，加了负偏压的电极将从空气吸引正离子，而同时加了正偏压的电极将从空气吸引负离子。同时，像水等可极化材料将被分别地吸引到施加正偏压和负偏压的电极上，引起检测电极实际电容量不可预测的改变。这些现象在检测微量的积累颗粒电荷量时，引入电压漂移误差，并影响各个吸盘之间或各批次之间颗粒沉积的一致性。于是难以制备剂型，因为包含活性成分的沉积颗粒数量发生变化。
记住以下一点很重要：在任何导电表面附近，所处理的带电颗粒受到强大的静电镜像力的作用。当带电颗粒接近诸如粉末分配器或容器内部的沉积电极等任何金属或导电表面时，极性相反的镜像电荷将在该导电表面上积累。这发生在导电表面内可移动的电荷载体被颗粒电荷吸引或排斥的时候。导电表面中电荷响应附近带电颗粒而发生的这种移动建立潜影电荷诱导的吸持力或静电镜像力。静电镜像力往往使颗粒紧紧吸引至导电表面，而且以后往往会与之紧密接触。应该指出，与导电表面固定地紧密接触的绝缘珠粒或粉末颗粒有长期，常常是几天保持其电荷的趋势。对于非常接近(例如，接触)任何导体的颗粒，所产生的静电镜像力往往大于原来用来使颗粒加速奔向静电吸盘而施加的任何电场造成的力，而且可以大约是重力的几百倍。
一般说来，为了吸引和吸留颗粒，总电场矢量Etotal在质量为m、电荷为q、受重力加速度g作用的颗粒上产生的总电力Felec必须等于或大于关于该颗粒的重力Fgrav，使得颗粒可以加速奔向一个或多个吸引电极：
Felec＝Etotalq～Fgrav＝mg
在沉积电极(DE)上施加电压时，可以建立颗粒吸引电场Ea。这个吸引电场Ea可以引致颗粒在向着所述电极或相关颗粒吸留区的方向上被加速，并随后被该电极或相关颗粒吸留区吸留。
根据叠加原理，总的电场矢量Etotal是由若干个电场分量形成的。一般，在颗粒处理现场(theatre)，任何一点上的总的电场矢量Etotal是以下各种电场的矢量和：任何施加在静电吸盘和诸如粉末供料管等远隔的网孔或其他电极或表面之间的鉴别(discrimination)场Ediscrim；颗粒处理现场中存在的粉末或其他物体内部的内部电荷极化引起的任何极化场Ep；诸如通过给一个或多个电极或导电表面施加排斥偏压建立的阻止颗粒被吸引到选定的区域或排斥颗粒的任何斥力场Er；通过给一个或多个粉末沉积或吸引电极施加吸引偏压而建立的任何颗粒吸引场Ea；以及由静电吸盘上或颗粒处理现场内的各导电表面建立的所有静电镜像场Eimage：
Etotal＝Ediscrim＋Ep＋Er＋Ea＋Eimage    (4)
分配器或容器内部颗粒运动和与障碍物的—和彼此的---相互作用或碰撞往往使其运动随机化，这影响当颗粒被加速奔向预期的电极或颗粒吸留区时的颗粒输送特性。但是，尽管如此，诸如吸引电极附近带电颗粒产生的静电镜像力等局部产生静电镜像力的拉力仍旧起作用，而且是难以消除的。
静电吸盘附近，对于与该吸盘任何导电表面相距d处一个带电颗粒，镜像电荷造成的静电镜像力Fimage，随着颗粒接近吸盘而可以变得比珠粒吸引电场Ea产生的力Fa＝Eaq大得多：
Fimage＞＞Fa    (5)
粗略地说，利用固定点电荷的库伦定律，对于颗粒上的给定电荷q在距离d上的静电镜像力的关系如下： F imag = q ^ 2 4 π ϵ 0 d ^ 2 ( π d partlel e ^ 3 / 6 ) pg - - - ( 6 )
在分母中，ε0是真空介电常数；(πdparticle ＾3/6)是颗粒体积；ρ是颗粒质量密度，单位kg/m3；而g是重力加速度。这个公式给出以g为单位的静电镜像力。这种静电镜像力在短距离上可以变为强大(potent)的力，但实际上，仍旧需要粉末引力场Ea来使带电颗粒处于它的影响范围内。
为了增强静电吸盘的有效性，尤其是为了提高从起点到目标电极或颗粒吸留区颗粒处理的精度和重复性，可以同时采用几种技术。这包括以声学方法由传统的扬声器提供的周期性空气流或液流的使用。这样的扬声器(未示出)可以处在与颗粒处理现场某些部分连通的液体中，使之能够定向发射声能，以便使被静电镜像力吸留到分配器表面的颗粒脱离，或者在把颗粒下卸到预期的目标(例如，剂型)过程中使被静电镜像力吸留到吸盘本身的珠粒脱离。但应指出，把颗粒送达沉积用的静电吸盘的优选的设备和方法包括Poliniak等人在1998年6月10日提交的序列号为09/095,246的专利申请“干粉末沉积设备”和Sun等人与此同时提交的专利申请“流态化粉末分散和带电用的设备”(律师行档案号DEL 13100)描述的设备和方法。
但是，一般不可能把不希望有的离子或诸如水蒸汽和粉尘等可极化材料从颗粒检测电极移走，不管通过扬声器、液流等的使用获得的任何颗粒布置精度，这还是会引起测量误差。
因此最好不仅要获得高的分辨率、克服各种离子形式和可极化材料使沉积检测发生偏差趋向的定向颗粒沉积检测，而且要提供一种方法，它允许自动基质(matrix)运动操作，后者允许精确而可重复的定向颗粒沉积检测，而不会对颗粒处理现场内颗粒向预期的颗粒沉积电极和吸留区的吸引发生不利影响。
阅读本说明书时对本发明寻求和达到的其他目的将变得一目了然。例如，本发明的另一目的是采用一种驱动电路，它把这样的离子或可极化材料引起的所有或大部分“误差”电荷自动去掉，同时可以进行不受约束(unfettered)的灵敏的颗粒电荷检测。这与某些改进的吸盘制造技术相结合，使精确和可重复的颗粒沉积检测更加容易得多地达到。
在吸引和处理颗粒的过程中，静电镜像电荷、电极化和颗粒质量和传输起一定作用。
发明概要
本发明就是针对这些问题，它利用一些方法，它们在通过测量沉积电极附近积累的颗粒电荷来进行颗粒沉积检测时，减小颗粒接触点附近不希望有的各种离子形式和可极化材料的产生误差的作用。这允许更容易、更精确、重复性更好的颗粒沉积检测。
在一个实施例中，本发明提供一种静电检测吸盘，用来把颗粒吸引到沉积电极附近颗粒接触面的一部分，所述静电检测吸盘包括象素，后者包括：沉积电极(DE)，用来选择性地在颗粒接触面上建立引力场(Ea)；屏蔽电极(SE)，加有与所述沉积电极相反的偏压；电荷检测电路，用来测量积累在沉积电极和屏蔽电极中每一个上的电荷，其中所述电荷检测电路把它从所述沉积电极上检测到的第一电荷减去它在所述屏蔽电极上检测到的第二电荷，以此求出由(相反极性的)屏蔽电极上的累积电荷平衡的沉积电极上的累积电荷。
换句话说，本发明提供一种静电检测吸盘，用来把粉末吸引到存在至少一种可极化材料的颗粒接触面(PCS)上的沉积电极(DE)附近，并且用来当粉末被吸引和吸留在沉积电极附近时对其进行电荷检测。所述静电检测吸盘包括：沉积电极(DE)，用来选择性地在颗粒接触面上建立引力场(Ea)；屏蔽电极(SE)，加有与沉积电极相反的偏压，而且屏蔽电极具有这样的相对于沉积电极的位置、尺寸和方向，使得沉积电极附近任何可极化材料中极化建立的电荷分布与屏蔽电极附近的以类似方法建立的极性或方向相反的电荷分布至少部分地匹配。这样，所述电荷分布和所述以类似方式建立的极性相反的电荷分布中各电荷的总和趋近于0。所述屏蔽电极不必紧靠所述沉积电极。在另一个实施例中，所述屏蔽电极可以处在紧靠所述沉积电极的位置。
本发明包括这样的实施例，其中这种匹配大部分是通过使屏蔽电极的有效面积(ASE)与沉积电极的有效面积(ADE)匹配来实现的。在这个实施例中，最好根据需要调整表面积，以便实现漂移和误差的消除。所述吸盘还包括介质层(D)，它或者位于沉积电极附近或者位于屏蔽电极附近。在另一个实施例中，各象素包括一个或多个后援电极(BE)，其尺寸、位置和方向设置成使之占有这样的面积，它在颗粒接触面上投影处在不被沉积电极或屏蔽电极对着或覆盖的位置上。所述一个或多个后援电极(BE)具有这样的尺寸、位置和方向，以便允许调节沉积电极或屏蔽电极上的场强来增强去掉第二电荷所实现的误差校正作用。或者，所述吸盘还可以包括位于后援电极和沉积电极与屏蔽电极中任一个之间的介质层。沉积电极和屏蔽电极任选地可以是共平面的。
本发明可以包括驱动电路，用来驱动静电检测吸盘的各电极并与它们相联接其接口，所述驱动电路本身包括：[a]双线AC(交流)耦合电路，具有第一和第二连线；[b]惠斯登电桥，它连接到所述交流耦合电路的第一连线和第二连线，所述惠斯登电桥具有提取DC用的低极点和高极点，低极点和高极点中的每一个可用来单独地连接到沉积电极和屏蔽电极中的一个；[c]检测电容，它连接到AC耦合电路的第一连线和第二连线中的任一根；其中在所述电荷分布中和在用类似方法建立的极性相反的电荷分布中检测到的各个电荷的总和是平衡的(例如，趋向于0)，以减小检测误差或漂移。任选地，AC耦合电路包括屏蔽变压器，后者具有由AC偏压源驱动的初级绕组和设有所述第一和第二连线的次级绕组。
本发明还提供利用静电检测吸盘沉积和输送颗粒用的方法，它包括：[a]把第一电位加到所述静电检测吸盘的沉积电极上，以建立引力场(Ea)；[b]以相对于第一电位反向偏置的方式把第二电位加到屏蔽电极上；[c]用第一电位建立的电场把颗粒吸引和吸留到颗粒接触面的区域。另外，所述方法还包括：[d]利用检测电路检测一组积累颗粒电荷数量之后，通过减小第一电位来停止沉积电极附近的颗粒沉积。
任选地，把第三电位加到一个或多个后援电极(BE)上，以增强去掉第二电荷所实现的误差校正作用，或者帮助平衡所示电荷分布和以类似方式建立的极性相反的电荷分布中各个电荷的总和。
另外，可以：[e]减小加在沉积电极上的第一电位；以及[f]卸下所述粉末。另外，可以：[g]将静电吸盘对准所需要的位置。
本发明还包括减小不平衡误差电荷Qunbalanced的方法，它包括：[a]把第一电位加到静电吸盘的沉积电极上，以建立引力场(Ea)；[b]以相对于第一电位反向偏置的方式把第二电位加到屏蔽电极上；[h]调整包括第一电位、第二电位和加在后援电极(BE)上的第三电位的一组电位中选出的至少一个电位，以降低不平衡电压漂移Vdrift，使得Qunbalanced＝Cchuck *Vdrift，其中Cchuck是静电吸盘用的沉积电极的有效电容。步骤[h]可以允许例如容差小于20微库伦的不平衡电荷Qunbalanced。
另外，提供一种操作权利要求A.1的静电吸盘的方法，它包括：在静电吸盘中至少设置4个象素，后者包括带有相关的沉积电极的颗粒吸留区，其中象素中的至少4个是电荷检测象素，所述电荷检测象素适合于监视总起来确定静电吸盘所有的颗粒收集面积的4个代表性区域中的每一个的沉积；操作静电吸盘把颗粒吸在静电吸盘的颗粒吸留区；根据由所述电荷检测象素提供的数据去掉或反转施加在沉积电极上的颗粒吸引偏压。
另外还提供一种在大气中工作的静电吸盘，它包括：由固体介质形成的第一层；在所述第一层上形成的第二层，后者包括至少一个沉积电极和至少一个屏蔽电极，前者的沉积面面向离开第一层的方向，所述屏蔽电极基本上通过大气与所述沉积电极隔离，其与沉积相关的表面面向离开第一层的方向。包括沉积面和与沉积相关的表面的假想面最好是平面或者是平滑的曲面，以便平滑地与柔性平衬底一致[最好不必伸展衬底]。
图1表示静电吸盘一个示例的部分剖面图，示出沉积电极和屏蔽电极，并示出由施加工作电压产生的典型的电场和所选择的电荷；
图2表示图1静电吸盘一个示例的部分剖面图，示出所选择的可以用来吸引颗粒的净电荷；
图3表示图2静电吸盘一个示例的部分剖面图，现在用符号示出颗粒接触面附近不希望有的可极化材料的影响；
图4表示图2的部分剖面图，现在用符号示出颗粒接触面附近不希望有的离子的影响；
图5表示具有匹配表面积的沉积电极和屏蔽电极的大致的平面图；
图6表示与本发明静电吸盘配合使用的简单的示范性驱动电路的电路图；
图7举例说明静电吸盘的最佳形式。
定义
以下定义在本文全文中应用：
“AC”(交流)是指任何一种通常是周期性地反转方向的电流；或任何一种所施加的改变极性的电位。交流波形是指这种交变电流的任何部分或分量，诸如包含重复的单极性脉冲(见以下脉冲)的包含或不包含直流分量的整流的方波。
“声学”可以指空气中的声波，更一般地说，可以包括珠粒分配器或珠粒处理现场中用的任何弹性介质性能的的任何变化。可能的弹性介质包括干燥氮或其他气体；水；油；丙二醇；诸如带有商标Freon(含有碳、氟和诸如氯等的卤素和氢等元素的脂肪族有机化合物)的冷冻剂；砂等。可以改变的性能包括压力、颗粒或分子位移或密度。最一般地，这是利用弹性介质中由扬声器(见以下定义)纵向压缩波达到的，但也可以利用弹性介质的射流或流动达到。
“偏压”应该指施加在导体上的平均直流(DC)电压。这应该包括当在时间上求平均时呈现施加的非零DC总电压的交流(AC)、AC波形或脉冲。
“导体”或“电极”应该包括可以承载电流的连续的或不连续的一个或一组表面。
“DC”(直流)应该指只沿着一个方向流动的任何准静态电流，或具有单一不变极性的任何施加的电位。
“介质”应该指其中的电场可以以最小功率输入维持的诸如电绝缘子等任何介质材料；该术语的应用是广泛的，因此，如果例如施加射频电压来处理固态金属，那么，按照这个定义，固体金属也可以认为是介质材料。这种介质材料不必是实心的(例如，可以是空心的)，它可以由子结构或不同组分介质子部件或材料类型构成。
“沉积电极”应该指可以用来在颗粒接触面上吸引、吸留或以电的方式影响材料，诸如粉末、珠粒、物体或颗粒的任何电极。
“浮空电极”应该指电气上与地或其他电极隔离的，并且电容性地耦合到一个或多个珠粒电极的任何电极，所述珠粒电极用来把珠粒吸引到一个或多个颗粒吸留区。
“匹配的”应该指选择诸如两个单独的电极表面积等任何两个量，以便使诸如控制信号等第三个量达到最小或最大。
“附近”应该指紧靠着所考虑的结构或离它最近，诸如在衬底上形成的电荷分布最靠近沉积电极的投影所在的位置。
“颗粒”用在本申请上，是分子的集合，一般具有至少约3nm(毫微米)平均直径，诸如至少约500nm或800nm平均直径，最好从约100nm至约5mm，例如约100nm至约500μm，或1μm至40μm。颗粒例如是微细化粉末的颗粒或可以称作珠粒的聚合物结构。珠粒可以是涂有涂层的、具有吸附分子、具有捕获的分子的或以其他方式携带其他物质的。
“颗粒接触面”应当包括静电吸盘的所有表面，这些表面容易接近以便与颗粒碰撞、接触或暴露在颗粒之下，而与这种接近在物理上受到鼓励或阻止无关。但是，当具体讨论所述颗粒颗粒吸留区时(见下面的定义)，那么，可以把颗粒吸留区与颗粒接触面分开来考虑，以便于描述其在静电处理吸盘中的布置。如本文中讨论的，颗粒接触面可以用来保留或容纳衬底。
“颗粒吸留区”应该包括颗粒接触面的其上由沉积电极产生颗粒引力场的表面，用来吸引或有利于颗粒吸留。颗粒吸留区可以存在于颗粒接触面的孔中、开孔或凹面中，或者其他位置。
“可极化材料”应该包括会发生比完全真空所呈现更大的电极化的材料。对后附的权利要求书来说，这个术语还包括由离子的迁移、诸如向颗粒吸留区的迁移引起的所有效应。
“脉冲”应该指所施加的电位快速变化，不然就是恒定或接近恒定的电位。这种变化相对于衬底上电荷的衰减或电荷泄漏应该具有有限的时间长度。在形状上，脉冲或一连串脉冲可以类似于尖峰或AC波形的部分或分量。
“减小”诸如在减小施加在珠粒电极上的电位以便把珠粒卸下或减小吸留力的情况下，应该包括减小所施加的电位或力和将其极性或符号反转，诸如从+500V到-500V，或反过来。
“屏蔽电极”指邻近或包围沉积电极的任何电极，它在沉积检测过程中在某个时刻通过施加与沉积电极相反的偏压来用于本发明的目的。屏蔽电极可以用作用于颗粒接触面或其附近的聚焦电极，以(至少部分地)屏蔽带电颗粒，使之免受颗粒吸留区上沉积电极产生的引力场的影响，和/或限定这样的局部引力电场和使之成形(狭窄的形状)，以促使形成所需要的颗粒吸留。
“扬声器”可以指任何扬声器、换能器、机器或装置，诸如压电装置，它能够提供声能，诸如通过压力调制；更一般地说，这是任何能够改变颗粒处理现场中用的弹性介质特性的装置。
“衬底”应该指任何静电吸盘使用过程中接收和容纳颗粒的任何材料体。它可以包括、例如、其中可以以粉末形式吸引和吸留粉末的药物剂型。衬底可以、例如、被固定在或设置在静电吸盘的颗粒接触面上，以便在每一个颗粒吸留区的投影的附近或在每一个颗粒吸留区的投影上面接收粉末。
“趋向于0”应该指一个减小的量，而且应该包括迫使一个量变为0的任何变化，或者以渐近线的方式、或者利用任何其他方法，包括具有“过冲”的方法，只要使该量的平均值趋向于0就行。
关于电极取向，本发明有时利用“接近”一词来定义，使得其中沉积电极的取向接近于屏蔽电极的取向。在这种情况下，接近一词看上下文的情况，可以指靠近、紧接着、或只是附近。
指出以下一点是很重要的，尽管这里使用了静电这一术语，就本发明中使用的电极上或导体上电荷随时间变化而言，不意味着或不打算加以限制。正如所描述的，为了根据需要施加或去除电荷，在使用颗粒处理吸盘过程中电流可以并将流动。尽管电一词也可以用“静电”一词代替，但是为了便于区别，要说清楚，在用电力或静电力吸引珠粒的同时，所施加的电位的频率是相对较低的，就是说，不是指射频或微波频率的数量级。电位指电位或所加的电压。本发明的详细描述
参见图1，2，3和4，其中示出可以按照本发明使用的静电检测吸盘的部分剖面图，给出的结构是一个象素或颗粒吸留区，并吸留着衬底。所示的静电检测吸盘只是举例说明而已，只是给出一个示例以便描述。这是许多典型静电吸盘和可以用来实施本发明的替代的吸盘配置中的一种。
所示的静电吸盘包括沉积电极DE，它可以用来提供选择性地施加的颗粒引力场。还示出聚焦电极或屏蔽电极SE，用气隙(或必要时用其他介质材料)与沉积电极DE分开。屏蔽电极不必紧靠着沉积电极。沉积电极和屏蔽电极都粘贴在平面的介质层D的底面上，或与之接触。介质层D可以利用诸如叠层；粉末淀积；或诸如磁控溅射或电子束蒸镀等薄膜淀积法等任何种类先有技术粘贴在沉积电极DE和屏蔽电极SE两者上或其中之一上。可以使用的介质材料包括通常可以购到的材料，诸如Corning Pyrex 7740玻璃(Corning Inc，Corning，NY)、陶瓷、聚酰亚胺树脂；典型的厚度是千分之10-20英寸，或其他公认的介质。介质层D为用户的安全服务，它把操作者与高压隔离。
一般说来，介质层D较低的暴露表面以及电极DE和SE较低的暴露表面，如图所示，在珠粒分配器和容器(未示出)内形成可以受到轰击、接触或暴露于珠粒的颗粒接触面PCS。因为为了举例说明衬底连同一子组颗粒接触面PCS放在吸盘的表面上，其中颗粒被吸引、吸留，以后还会被卸下，在这里称作颗粒吸留区PRZ。为了在颗粒吸留区PRZ吸引和吸留颗粒，一个或多个沉积电极DE可以加偏压，使之对准备处理的颗粒产生吸引力。例如，利用引线、导体、电缆、透孔和总线(未示出)，可以把一个正电位或偏压加到沉积电极DE上，如图中所示，利用正号指示电荷。这种引力偏压提供如大体上表示的那样的引力场Ea，为带负的净电荷的颗粒加速奔向沉积电极b和颗粒吸留区PRZ准备了条件。类似地，可以向屏蔽电极SE施加极性相反的偏压形成所示斥力场Er，利用屏蔽电极SE上负号电荷表明这里为负。这个讨论举例说明可能的静电吸盘操作，这种操作吸引带负电荷的颗粒。为了吸引带正电荷的颗粒，可以反转这里和其他地方给出的极性。
图中示出介质层D的上平表面上的任选的后援电极BE，示出的后援电极BE处在不被沉积电极DE和屏蔽电极SE的在纸面上向上的对着的投影所覆盖的区域内。向后援电极BE施加电位，一般排斥准备吸引的颗粒，可以用来细调边缘效应和其他静电效应，以减小漂移并改进精度。
如图所示，沉积电极DE和屏蔽电极SE向颗粒接触面PCS或颗粒吸留区PCS暴露(尽管所示衬底将颗粒接触面PCS和颗粒吸留区PRZ向下移动。但是，可以设置附加的介质材料(未示出)，以便覆盖电极DE和SE。在这种情况下，由加在沉积电极DE和屏蔽电极SE上的各个电位产生的电场或由各个镜像电荷形成而产生的电场可以穿过附加的介质层发出，同时，介质中的净电场、依据其可能是各向异性的介电常数、由于电极化而减小。见Cassical Electrodynamics2nd Ed(经典电动力学第二版)JoHN David Jackson，1975，John Wiley& Son，New York。
在把正电位加到沉积电极DE、并把负电位加到屏蔽电极SE的情况下，衬底和介质材料D上出现极化。以介质层D平面上负和正表面电荷的半活化(half SEeDEd)行的形式表示这种极化。这形成一系列电耦极子-由隔开一段距离的正和负的电荷(这里是为举例说明而示出的)，抵消介质层b内一半电场。为了举例说明的目的，对于介质层D这相当于介电常数＝2(准确地)。为清楚起见，沉积电极DE上只示出衬底内出现的极化，再次利用电荷的半活化行。电极DE和SE的阻抗作为施加于其上的电位的函数是由电容定律控制的(参见：DavidHalliday和RoBErt Resnik所著Physics 3rd Edition(物理学，第三版)John Wiley & Sons，NY，1978)。有时在沉积电极b附近，上述的静电镜像力提供强的带电颗粒吸留，而且静电镜像场指向如Ea所示相同的总方向。
在图2中，再次示出静电吸盘，但为清楚起见，去掉了电场力线和底部的引用符号。示出了衬底表面上所有符号的电荷，包括衬底表面上所得的全活化(full SEeDEd)符号表面电荷，表示沉积电极DE附近的颗粒吸引电位(正)和屏蔽电极SE附近的颗粒排斥电位(负)。这些电荷表示为“净电荷”。
但不幸的是，衬底表面上的净电荷实际上并非不受环境污染物和衬底和颗粒接受表面上变量影响的。如图3中所示，粉尘、水蒸汽或其他可极化材料(利用电荷耦极子用符号“可极化材料”表示)有可能也冲向衬底表面，部分地中和图2中所示的净电荷，就好像有附加的新的介质材料位于颗粒接触面PCS。被吸引到颗粒吸留区PRZ(表示为“P”)的颗粒必须与这些可极化材料竞争，但更重要的是，这将影响沉积和积累颗粒电荷的关系。
电沉积监测一般取决于由沉积电极DE和积累颗粒的电荷、以及诸如衬底等任何插入的介质形成的电容。通过检测积累在颗粒吸留区PRZ上形成的有效电容上的电荷，在尝试和标定之后可以检测实际积累的颗粒质量的量度。一般说来，在某个限制和条件以内，在沉积电极DE上检测的电荷Q与积累的实际颗粒质量M成正比，只要图2所示的净电荷主要以可预测的方式吸引颗粒：
M＝βQ                      (7)
式中β是一个常数，对于给定的吸盘几何尺寸、颗粒和工作条件，通过尝试和标定确定。见Sun等人1998年6月10日提交的序列号为No.09/095,425的专利申请“关于珠粒处理吸盘的AC波形偏置”。
粉尘、水蒸气、污染物和大气中的一般气体也可能造成累积电荷对于实际颗粒质量关系的漂移和误差。如图4所示，颗粒P也与来自环境空气的离子或颗粒处理现场中其他介质竞争，负离子被吸引到沉积电极DE上的颗粒吸留区PRZ，而正离子被吸引到屏蔽电极SE上的颗粒接触面PCS。
离子和可极化材料降低颗粒吸留区PRZ的颗粒吸引能力的程度是无法预测的，引起β值的漂移，而这是无法预先补偿的。
理想的方法是，施加在颗粒处理现场两端的任何鉴别场Ediscrim(未示出)和在那里建立的任何极化场Ep(未示出)在颗粒吸留区PRZ附近是相对较小的，任何用来吸留颗粒的净电场或总电场Eretain实际上大致等于静电镜像场Eimage、任何引力场Ea和任何斥力场Er的总和。
Eretain～Eimage＋Ea＋Er    (8)
而电荷为q的任何吸留颗粒上所得的吸留力Fretain实际上是只是静电镜像力和施加在一个或多个沉积电极DE上的引力和斥力偏压的函数：
Fretain＝gEretain～q(Eimage＋Ea＋Er)    (9)
但是，当颗粒接触面PCS上发现离子和可极化材料时这种情况并不适用，另外，积累在颗粒吸留区PRZ上的有效离子和极化电荷还使电荷检测变成对累积颗粒质量的一种糟糕的预测。
已经发现的一种解决办法与上述电极的使用一致，给屏蔽电极SE加上与沉积电极DE相反的偏压。但是，现在屏蔽电极SE的位置、尺寸和方向相对于沉积电极DE是这样的、使得由沉积电极DE附近可极化材料的极化建立的电荷分布至少部分地与屏蔽电极附近极性相反的电荷以类似的方法建立的分布(未示出)匹配。在这种电荷分布中，与沉积电极DE和屏蔽电极SE相关的各自相反的电荷的总和往往趋向于0。
在图3中，这意味着，在实际上，屏蔽电极SE的位置、尺寸和方向是这样的、使得邻近屏蔽电极SE的可极化材料用符号表示的偶极矩的总和等于或大体上等于邻近沉积电极DE的可极化材料用符号表示的偶极矩的总和。结合下面描述的驱动电路，这意味着所得到的误差或背景分布将为0。
类似地，由在屏蔽电极SE附近颗粒接触面PCS上形成的离子电荷形成的电荷分布，在设计上，等于或大体上等于由在沉积电极DE附近形成的离子电荷形成的电荷分布，而极性相反。之所以选择可极化材料造成的电荷分布的匹配，是因为它容易通过空白或测试介质进行校验。与上述类似地，各种离子形式向电极DE和SE迁移引起的电荷分布可以用下述驱动电路来平衡，剩下积累的颗粒电荷就可以在没有相关漂移和误差的情况下进行检测。
对于平面吸盘，最容易实现这种电荷分布匹配的方法是使沉积电极DE的表面积ADE与屏蔽电极SE的表面积ASE匹配：
ADE～ASE                       (10)
在沉积电极DE和屏蔽电极SE分别采用圆盘和圆环结构的情况下，这意味着：
ADE＝πr2 DE～π(R2SE_2－R2 SE_1)＝ASE    (11)
式中rDE是沉积电极DE的有效半径，而RSE_2和RSE_1分别是屏蔽电极SE的外和内半径。但是，本公开中任何东西都不妨碍任何电极形状的使用，方程式(10)更为一般。
因为边缘效应和几何上的考虑，沉积电极DE和屏蔽电极SE有效表面积的匹配只是一个准则而已，但作为用来吸引离子和极化电荷分布的电极DE和SE的有效阻抗匹配的起点是非常有用的。为了对这种效应进行细调，可以把电位加在后援电极BE上，以便使某些电荷移向或移离沉积电极DE和屏蔽电极SE两者。
或者，可以使沉积电极DE和屏蔽电极SE具有不同的有效表面积，后者可以通过具有补偿表面积差的幅度的相反的电压来补偿。沉积电极DE和屏蔽电极SE的取向也可以用相同的方法补偿，减小表面积的实际匹配的必要性。
不论调整后援电极BE上的电位，还是调整电极DE和SE上的相对(极性相反)电位(或者甚至电极面积或取向)，目的都是平衡由所吸引的离子和极化电荷分布产生的电压。在开始沉积过程之前，可以调整这些电位，使传感器误差或漂移为0，最好准备使用的任何衬底都已经就位，以便把误差减到最小。对于典型的静电吸盘，这种电位调整可以使传感器漂移保持在10pA(微微安)以下，一般为3-5pA。这相当于小于6mV/min(毫伏/分钟)漂移。这个想法是要以任何方式调整电位，以便使允许的不平衡误差电荷趋向0。对于电极DE和SE上允许的不平衡电荷Qunbalanced，允许的不平衡电压漂移Vdrift可以与之比较：
Vdrift＝Qunbalanced/Cchuck    (12)
式中Cchuck是吸盘沉积电极DE的有效电容，它是电极几何形状和周围介质、包括衬底的函数。为了举例说明，在荷/质比Q/M为-40mC/kg、要求在衬底上沉积50mg的情况下考虑带负电的颗粒。这相当于2微库仑的颗粒电荷Q。对于典型的10微法的有效吸盘电容，利用粉末电荷的关系式V＝Q/C，这相当于积累的颗粒电荷在电极DE上引起的传感器电压200mV。若选择允许不平衡(误差)电荷5％，利用方程式(12)Qunbalanced＝0.1微库仑，则允许电压漂移Vdrift将为10mV。在实践上，调整任何或所有电极DE，SE和BE上的电压，在开始颗粒沉积之前使初始检测到的传感器电压处于10mV下。
图5表示具有匹配表面积的沉积电极和屏蔽电极粗略的平面图。匹配表面积-实际上，颗粒接触面PCS上匹配的投影面积一，原则上提供以下结果：沉积电极DE和屏蔽电极SE将从造成问题的离子和极化物质吸引等量但极性相反的电荷，这些数量将由驱动电路抵消，从而提高准确度。对于半径rDE＝1cm的沉积电极DE，一个面积匹配的屏蔽电极的侯选方案是内径RSE_1＝1.5cm，而外径RSE_2＝1.8cm的圆环。
图6表示驱动电路一个实例，它可以用来抵消与吸引到匹配的沉积电极DE和屏蔽电极SE上的离子和可极化材料有关的漂移和误差。该驱动电路产生隔离的DC偏压点，用来向电极DE和SE馈电，而同时仍旧允许真实的累积颗粒电荷检测。屏蔽的升压变压器T形式的AC耦合电路用电感耦合到电荷检测电路。如图所示，变压器T具有馈以AC偏压的初级绕组。变压器T的次级绕组馈送到传统的惠斯登电桥WBR的输入端，惠斯登电桥的高和低DC输出端通过三线电缆(用“Triax”表示)馈送到沉积电极DE和屏蔽电极SE，选择相反的DC极性以便把所需要的极性的带电颗粒吸引到沉积电极DE。这种配置允许电流和沉积电极DE和屏蔽电极SE上相反极性的电荷将不会被检测到，但是由累积的带电颗粒引起的沉积电极DE上的总的“浮空的”或不平衡电荷将被检测到。这种不平衡电荷可以用耦合到原始(clean)地线的检测电容(用“检测电容”表示)来检测。诸如美国Keithley制造的6514型电量计等任何电荷测量装置或设备都可以代替所述检测电容。这样，把离子和可极化材料引起的不希望有的电荷分布平衡掉，只剩下颗粒吸留区PRZ上带电颗粒积累的电荷。有关包括检测电路适当的电子线路的描述详见Horowitz和HiLL著CambridgeUniversity Press出版的The Art of Electronics一书。
作为示例示出的电极DE，SE和BE各自可以包括单一的导电圆盘、导电带条、双带条、导电网格和允许产生所需要的电场的任何其他配置。在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以为其他目的添加电极。
为了吸留带负电荷的颗粒，例如可以给沉积电极DE建立正偏压，而给屏蔽电极SE加上负偏压。后援电极BE可以接地，以便帮助屏蔽其他电极，并引导颗粒奔向任何或所有颗粒吸留区PRZ上预期的目的地。这些偏压起以下作用：按照极性和荷/质比把颗粒分离出来，使某个荷/质比和正确极性的颗粒被激励而沉积在一个或多个颗粒吸留区上。若衬底是相对地绝缘的，则带电颗粒的沉积最后会产生一种使沉积电极DE附近的沉积被取消的电场。发生这种取消作用之前积累的沉积厚度将取决于衬底的电容，后者可以容易地预先通过测试尝试来测定。若衬底是相对地导电的，则将发生连续颗粒沉积直至颗粒本身的绝缘(电荷保留)性能使场宣告无效(annulment)为止。若颗粒略有导电性，则这种效应可能对沉积没有限制。衬底导电性应该足够低，以便不出现显著的加热效应，或实际上把电极“短路掉”，或在沉积的颗粒中引起不希望有的物理和化学变化。略呈导电性的衬底将呈现出刚才描述两种情况之间的特性。
颗粒可以在加到静电吸盘上之前，例如，利用等离子体或电晕带电、感应带电、或利用摩擦带电(摩擦或接触带电)等先有技术已知的方法带电。可以用于摩擦带电的材料包括聚四氟乙烯(TEFLON)和氯三氟乙烯、氯化丙烯、氯乙烯、氯化醚、4-氯苯乙烯、4-氯4-甲氧-苯乙烯、砜、表氯醇、苯乙烯、乙烯、碳酸酯、乙烯乙酸乙烯酯、异丁烯酸甲酯、乙烯基乙酸酯、乙烯基缩丁醛、2-乙烯基吡啶苯乙烯、尼龙和环氧乙烷的聚合物。参见，例如，在K.C.Frisch和A.Patsis所著Electrical Properties of Polymers(聚合物电气性能)(TechnomicPublication，Westport，CT)中“Triboelectrification of Polymers”(聚合物的摩擦带电)。另见Handbook of Electrostatic ProcesSEs(静电处理手册)，Jen-shih Chang，Arnold J.Kelly，and JoSEph M.Crowley，eds.，Marcel DEkker，Inc.，New York，1995。例如，变为带负电的聚四氟乙烯和聚乙烯和其他材料往往在珠粒和颗粒上建立正电荷。变为带正电的尼龙和其他材料往往在珠粒和颗粒上建立负电荷。
尽管图中所示在介质层D暴露部分上形成的颗粒吸留区PRZ是平的，但也可以是凹的、倾斜的、碗形、或具有任何其他断面形状，它有利于颗粒吸引、吸留和卸下，尤其是若探索诸如颗粒尺寸选择性等性能时。实践本发明须要作的只是如上所述地选择参数，以平衡不希望有的离子和极化电荷分布或电流。这种技术可以应用于多种颗粒吸留区PRZ，利用任何数量沉积电极和屏蔽电极。
可以使用空气或环境气体或真空作为介质或介质材料代替介质层D。这在诸如基于Kapton的材料的介质层D在静电吸盘运行或操作之后吸留不希望有的静电电荷的时候是有用的。在这种情况下，绝缘机械固定器(standoff)、环形圈和其他固定件可以用来把元件固定在要求的位置上。例如，可以用固定器来把沉积电极DE与屏蔽电极SE和其他附加元件固定在同一平面上，但彼此偏离。另外，为了使平表面易于清洁和几何兼容性，沉积电极DE和屏蔽电极SE可以通过研磨、抛光或其他技术在要求的任何程度上做成共平面的。也可以用真空来保持衬底和其他结构，而且很有好处。
尽管从图1开始表示的静电吸盘只是作为示例给出的，但是应该说，形成导电层和电极用的制造技术可以有很大变化，因为满足最现代化要求的任何已知技术都可以采用。例如，几乎任何金属都可以用来形成电极DE，SE和BE，它们可以各自包括热学的或电磁的淀积金属，诸如氧化铟锡、黄铜、铂、铜或金，所述淀积金属可以具有任何有用的厚度，但最好约1000埃至10微米(100,000埃)。对于介质层D亦是如此，所使用的材料可以是任何与周围的电极兼容的类型，并具有足够的绝缘强度来承受所施加的预期的电压，包括陶瓷材料；二氧化硅；氧化铝；聚酰胺树脂和片材或其他适当的聚合物；金属氧化物，诸如氧化铝和氧化钛；和钛酸钙和镁。介质层D厚度范围从10埃至1000微米或更大。若有必要，可以利用众所周知的粘结剂装配不同的层。
例如，可以提供一种具有优异绝缘强度和可加工陶瓷特性的陶瓷，其中沉积电极DE和屏蔽电极SE和任何其他电极都暴露于衬底或颗粒接触面，提供更强、更精细的电场。这样的吸盘可以有一些好处，诸如高度抛光的均匀的表面在衬底与电极之间提供良好的接触；较高的电击穿(绝缘)强度；电极之间以及板式传感器上任何东西和电极圆盘之间较低的漏电；对于卫生和医药的应用容易清洁的表面；通过研磨掉或腐蚀掉电极现有的图案，重新淀积蒸镀或溅射金属，重新布置出新的电极，因而容易重新配置；通过吸盘上的小孔真空吸持衬底；和通过以不同的图案安排电极或一组电极来分别控制沉积和检测电压以改进沉积均匀性的能力。这样的陶瓷静电吸盘可以用以下方法制造。取适当尺寸和几何形状的陶瓷(例如，石英或99.6％Al2O3)衬底，两面抛光。假定第一面是在制成品情况下进行颗粒沉积的面。以适当的几何图案钻一些0.5mm直径的孔。在与第一面相反的第二面上，这些孔是埋头孔，以便为淀积蒸镀/溅射金属提供适当的表面，修整任何尖锐的棱边。这样，利用传统的阴罩式掩模，把金属溅射或蒸镀在第一面和第二面至典型范围从100至500埃的厚度。这样的制造过程可以分成一个或两个工序完成。然后，任选地，可以用类似金刚石的碳(DLC)、氮化硅、teflon和其他适当的材料涂敷所述第一面。这样的设计几何上是紧密的，允许通过研磨或蚀刻掉已淀积的金属层、而同时保留陶瓷作为样板或基干进行改变。
一般说来，沉积电极DE和屏蔽电极SE可以包括x和y两个方向上任何数目可单独选址的象素和元件，每一个具有分别控制的颗粒吸留区。正如电学和电子学技术上已知的，任何数目众所周知的装置或结构可以用来简化选址。参见，例如，等离子体显示驱动器技术。
在利用带有沉积电极的静电吸盘过程中，可以使用若干种传统的操作方式。对于颗粒的拾取和吸留，或者暴露或者不暴露于颗粒接触面的沉积电极DE在电气上加上偏压来吸引颗粒，而同时把颗粒输送到静电吸盘的装置中的其他导电表面可以加上相反的偏压。为了达到本发明的优点，例如，屏蔽电极SE应该加上相反的偏压。可以给后援电极BE施加一个电位进行细调，以便把不希望有的离子和可极化材料引起的电荷平衡掉。例如，用包括衬底特性的局部因素，甚至只用与吸盘接触的衬底就可以在检测的“颗粒”电荷中引入正漂移。在这种情况下，例如，可以给后援电极BE施加一个正电位，以便帮助限制屏蔽电极SE上的电荷，并消除正漂移。可以使用任何数目的沉积电极DE，而且可以用已知的装置把它们各自分开连接，以便于进行一个一个单独的选择性的二维寻址。可以如上所述地进行沉积量检测，正如这里描述的，用驱动电路把颗粒吸留区PRZ上不希望有的离子和极化活性平衡掉和分离开。可以使用AC波形，叠加在所述DC电压上，而不脱离本发明的范围。
利用按照本发明的静电吸盘时，温度最好在-50℃和200℃之间，在约22℃和60℃之间更佳。相对湿度可以是0-100％，只要不出现冷凝；相对湿度约30％较佳。
这样，静电吸盘可以平衡掉、实际上可以抵消掉不希望有的电荷分布，允许颗粒电荷累积测量以更高的分辨率、可重复性和准确度进行。显然，按照以上传授，本发明可以作出许多改变和变化。因此，应该明白，在后附权利要求书的范围内，本发明可以以不同于具体描述和这里提示的方法实践。
本发明的电荷检测静电吸盘可以包括许多象素，每一个包括颗粒吸留区。这种静电吸盘还可以包括带有上述电荷检测电路的象素，其中这些象素、若它们不是象素的全部或大部分、分布成监测至少4，8，16或32[？]个代表性区域的沉积，并总起来确定静电吸盘所有的颗粒收集区。在这种情况下“代表性”区域应该指合理地适合于监测静电吸盘所有颗粒收集区。该静电吸盘以通过这些电荷检测象素监测的象素上的沉积或沉积率工作，同时确定象素上颗粒吸引偏压、以便覆盖预定的卸下或反转终点。应该指出，操作控制器的软件可以利用内插法或历史操作相关过程或两者同时使用，对来自一组代表性的象素的数据进行内插，以便确定其余象素上沉积或沉积率。
图7表示共平面吸盘10，其中沉积电极14通过介质(最好是大气)15与屏蔽电极13隔开，这些部件位于基底材料12中。沉积电极14最好用序列300不锈钢制成。沉积电极14包括针式插座16，用来连接电路板11。基底材料12由诸如Noryl聚合物(GE Plastics，Pittsfield，MA)等介质制成。Noryl工程塑料是改性聚亚苯基氧化物或聚亚苯基氧化物和聚亚苯基醚、树脂。这些改性树脂涉及与诸如聚苯乙烯或聚苯乙烯/丁二烯等的第二种聚合物混合。通过改变混合比和其他添加剂，可以生产不同等级的产品。不改性，这些聚合物的特征在于主分子链中规则的间隔很近的环形结构(苯基族)。这些特征加上分子间引力强，使之极其坚硬又缺少移动性。屏蔽电极13可以例如，用粘结剂或用双面橡胶基粘合带把导电材料(诸如300序列不锈钢)粘结在基底材料12上而制成。作为介质材料15的最佳实施例的环形缝隙可以通过在将形成屏蔽电极13的导电层上钻一系列孔而形成。沉积电极14可以例如压入或粘结到基底材料中。装配件最好进行研磨，以便例如在0.0002英寸的容差范围内建立共平面的平表面。在介质15是大气(静电吸盘在其中工作的大气)的地方，包括大气的电极介质分离部分最好足够大，使得在与介质15对齐的静电吸盘的上平面的使用中，各次沉积之间完全卸料。这样的介质分离量是“基本的”分离。
这样的静电吸盘可以简单地用上述技术加以修改，以便包括在电气上隔离的可以分开连接到控制电子线路的屏蔽电极，以便形成上述检测电路。尺寸A可以是，例如，0.01英寸；尺寸B可以是，例如0.157英寸；尺寸C可以是，例如0.236英寸；尺寸D，即象素之间的中心距可以是，例如0.3543英寸。静电吸盘可以以，例如施加在沉积电极上的±700伏或±1,400伏电压工作。
包括但不限于在本说明书中引用的专利和专利申请的所有公开和参考文献，都整个地包括在此作参考，就像是充分地提出的每一种公开和参考文献具体地和单独地表示包括在此作参考一样。本说明书声明优先权的任何专利申请也都以上述公开和参考文献的方式整个包括在此作参考。
尽管已经以强调最佳实施例的形式描述了本发明，但对于本专业技术人员来说，显然可以采用对最佳装置和方法的改变，并打算本发明可以以不同于这里具体描述的方式实践。因而，本发明包括在由后附权利要求书的定义的本发明的精神和范围内的所有修改。

Claims (16)

1.一种静电检测吸盘，用来把颗粒吸引到沉积电极附近颗粒接触面的一部分，所述静电检测吸盘包括象素，后者包括：
沉积电极(DE)，用来选择性地在所述颗粒接触面上建立引力场(Ea)；
屏蔽电极(SE)，加有与所述沉积电极相反的偏压；
电荷检测电路，用来测量积累在每一个所述沉积电极和所述屏蔽电极上的电荷，其中所述电荷检测电路把它从所述沉积电极上检测到的第一电荷减去它在所述屏蔽电极上检测到的第二电荷，以此求出由所述屏蔽电极上的累积电荷平衡的所述沉积电极上的累积电荷。
2.权利要求1的静电吸盘，其特征在于：所述屏蔽电极的有效面积(ASE)与所述沉积电极的有效面积(ADE)匹配。
3.权利要求1的静电吸盘，其特征在于：所述象素还包括后援电极(BE)，其尺寸、位置和取向设置成使之占有这样一个面积，即它在所述颗粒接触面上的投影处在不被所述沉积电极或所述屏蔽电极对着或覆盖的位置上。
4.权利要求1的静电吸盘，其特征在于：所述象素还包括一个或多个后援电极(BE)，其尺寸、位置和取向设置成能够调节所述沉积电极或所述屏蔽电极上的场强，以便增大去掉所述第二电荷所实现的误差校正作用。
5.权利要求1的静电吸盘，其特征在于：所述沉积电极或所述屏蔽电极是共平面的。
6.权利要求1的静电吸盘，其特征在于：所述电荷检测电路是一种驱动电路，用来驱动所述静电检测吸盘的各电极并与其联接，所述驱动电路包括：
[a]双线AC(交流)耦合电路，具有第一和第二连线；
[b]惠斯登电桥，它连接到所述交流耦合电路的所述第一连线和第二连线，所述惠斯登电桥具有用于DC提取的低极点和高极点，其中，所述高极点连接到所述沉积电极和所述屏蔽电极中的一个，而所述低级点连接到所述沉积电极和所述屏蔽电极中的另一个；
[c]检测电容，它连接到所述AC耦合电路的所述第一连线和所述第二连线中的任一个；其中在所述电荷分布中检测到的各电荷和在类似地建立的极性相反的电荷分布中检测到的各电荷的总和是平衡的，以便减小检测误差。
7.权利要求6的静电吸盘，其特征在于：所述AC耦合电路包括屏蔽变压器，后者具有由AC偏压源驱动的初级绕组和提供所述第一和第二连线的次级绕组。
8.一种利用静电吸盘沉积或输送颗粒的方法，它包括：
[a]把第一电位加到权利要求1的所述静电检测吸盘的所述沉积电极上，以建立引力场(Ea)；
[b]把第二电位加到相对于所述第一电位相反偏置的所述屏蔽电极上；
[c]借助于由所述第一电位建立的电场把颗粒吸引和吸留到所述颗粒接触面的区域。
9.权利要求8的方法，其特征在于还包括：
[d]通过在利用所述检测电路检测一组积累颗粒电荷数量之后减小所述第一电位来停止所述沉积电极附近的颗粒沉积。
10.权利要求8的方法，其特征在于：把第三电位加到一个或多个后援电极(BE)上，以增大去掉所述第二电荷所实现的误差校正作用[或者帮助平衡所述电荷分布中各相应电荷和以类似方式建立的极性相反的电荷分布中各相应电荷的总和]。
11.一种减小不平衡误差电荷Qunbalanced的方法，所述方法包括：
[a]把第一电位加到权利要求1的所述静电检测吸盘的所述沉积电极上，以建立引力场(Ea)；
[b]把第二电位加到所述屏蔽电极上，产生与所述第一电位相反的偏置；
[h]调整从包括所述第一电位、所述第二电位和加到后援电极(BE)上的第三电位的一组电位中选出的至少一个电位，以便降低不平衡电压漂移Vdrift，使得Qunbalanced＝Cchunk *Vdrift，其中Cchunk是所述静电检测吸盘的所述沉积电极的有效电容。
12.权利要求11的方法，其特征在于：步骤[h]的结果是，不平衡电荷Qunbalanced的允许误差小于20微库伦。
13.一种静电检测吸盘，用来把粉末吸引到沉积电极(DE)附近颗粒接触面(PCS)上，所述颗粒接触面处在有至少一种可极化材料存在的状态下，并且所述静电检测吸盘用来在所述颗粒被吸引和吸留在所述沉积电极附近时对其进行电荷检测，所述静电检测吸盘包括至少一个电荷检测象素，后者包括：
沉积电极(DE)，用来选择性地在颗粒接触面上建立引力场(Ea)；
屏蔽电极(SE)，加有与所述沉积电极相反的偏压，而且相对于所述沉积电极这样设置所述屏蔽电极的位置、尺寸和方向、使得由所述沉积电极附近所述至少一种可极化材料中极化建立的电荷分布与所述屏蔽电极附近以类似方法建立的极性相反的电荷分布至少部分地匹配；
其中所述电荷分布中各相应电荷和所述以类似方式建立的极性相反的电荷分布中各相应电荷的总和趋近于0。
14.操作权利要求1的静电吸盘的方法，它包括：
在所述静电吸盘中设置至少4个象素，后者包括带有相关的沉积电极的颗粒吸留区，其中所述各象素中的至少4个是电荷检测象素，所述电荷检测象素适合于监视总起来确定所述静电吸盘的所有颗粒收集面积的4个有代表性区域中的每一个的沉积；
操作所述静电吸盘把颗粒吸在所述静电吸盘的所述颗粒吸留区；
根据由所述电荷检测象素提供的数据去掉或反转加在所述沉积电极上的颗粒吸引偏压。
15.一种在大气中工作的静电吸盘，它包括：
由固体介质形成的第一层；和
在所述第一层上形成的第二层，后者包括至少一个沉积电极和至少一个屏蔽电极，所述沉积电极具有面向离开所述第一层的方向的沉积面，所述屏蔽电极通过大气基本上与所述沉积电极隔离并且具有面向离开所述第一层的方向的与沉积相关的面。
16.权利要求15的静电吸盘，其特征在于：包括所述沉积面和所述与沉积相关的面的设想面最好是平面或者是平滑的曲面，以便平滑地与柔性平衬底一致。
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