TW200534331A - Non-porous adherent inert coatings and methods of making - Google Patents

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200534331 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種非多孔附著之惰性塗佈及其製造方 法。 【先前技術】

為了開發成本較低且尺寸較小但以高可靠性、高敏感度 及高線性為特徵的壓力感測器、化學感測器以及封裝材 料，人們作出了不懈的努力。例如，可使用半導體製程而 在單一矽晶圓上製作具有感測隔膜、凹穴及電阻元件之 夕個壓力感測器、溫度及光感測器。在對此類單元進行處 理日守’優先採取化學蝕刻而在一矽晶圓上形成感測器元 件例如壓力感測之薄隔膜。然後使用離子植入及擴 散技術以將摻雜元件驅動進入該隔膜，從而形成電阻隨應 變：變化之電阻橋接電路元件。從而，該隔膜之變形引起 :等壓阻式元件電阻值之變化，因此，可使得此電阻值之 變化與向該隔膜施加的壓力大小相關。 使用標準的I晶石夕晶圓及標準半導體器件製程允許由一 單：晶圓製造出許多此類單元’從而提高_定的規模經濟 :盈。但是’聚矽氧易受到化學侵襲、粒子產生及各種介 、肖蝕之衫響’尤其係在欲感測高壓、高溫及腐蝕 =用巾，例如，半導體製造、長期植入的醫療器材以 =應用。積體電路、半導體及金屬電極有 而，感的應用係在人體或動物體内植入電性或電子哭件之 叶。軀體内的細胞外液含鹽分，且常包含若干其他離子或 99832.doc 200534331 其他電解質。在體溫下，爵番而也 卜嚴重而快速的腐蝕可能致徒哕哭 件很快而不適時地出現故障。對於此類應用，與該些= 接觸之一壓力、溫度或化學感測器及流體處置器件(即， 導尿管、泵、熱交換器或導管）同樣必須具有很高的化學 純度、物理上堅固耐用且對所感 州姝體之不利環境具有阻 抗。有利的係，微機電矽感測器單元包括特定的保護形 式，從而令其在化學方面不利的環境中擁有卓越的操作特 徵。當前，用於製造介質相容的高壓感測器之方法包括， 將一梦感測晶片封閉於一條性六 h丨生机體（例如，一聚矽氧油或 凝膠）中，而然後進一步將今六丨曰 ^將忒感測晶片與欲藉由一金屬隔 膜來感測的媒體分離以致必須經由該金屬隔膜及流體將壓 力發运到該感測晶片。冑管獲得石夕壓力轉換器單元的某些 操作優點，但該些感測器之製程相對較貴而且複雜。/'一 壓電及電容壓力感測器一般係薄的陶瓷板或隔膜，該等 薄的陶瓷板或隔膜可能塗佈有厚膜電極或橋接元件以形成 电谷裔或應變感測元件。但是，該些器件中的每一器件亦 具有特定的缺點，例如，偵測電容變化之複雜電路，對陶 瓷與陶瓷的黏接之要求，以及一般不超過約1〇〇〇 psi(約7 MPa)之最大壓力耐受力。對於更高的壓力，已經將金屬隔 膜用作該感測元件，但是，該些隔膜在腐蝕性的水性溶液 中一般不適用。在給定的厚度及壓力下，金屬隔膜一般會 產生比陶瓷隔膜更大的變形。對於金屬隔膜，可將橋接元 件或電極沈積到該金屬上面之一介電絕緣層上，接下來將 薄膜多晶矽或金屬沈積於該金屬隔膜上，以形成該等橋接 99832.doc 200534331 或電極九才冓。例如，將一薄膜多晶石夕層沈積於該介電質上 以形成該橋之壓阻器，接下來藉由薄膜金屬化來提供電性 互連。如同傳統方法一樣，一般係藉由諸如化學或物理汽 相沈積之類的程序來沈積該等薄膜I。該些程序所需要的 e又備很貴’且沈積速度極為緩慢而難以用於複雜結構以 及較大的結構，比如外罩、風箱及導管。該等薄膜層之沈 積需要多個圖案化、曝光、顯影及剝離步驟以獲得所需要 的薄膜光阻及金屬t，而且必須在一受控制的環境下實施 以確保在欲塗佈的表面上不存在載有空氣的粒子。此外， 由於此類程序沈積的薄膜厚度_般不超過ig，刪埃，因 此，該金屬隔膜之表面必須極為平滑才能避免粗链的表面 特徵：透沈積的薄膜或使得沈積的薄膜中產生不連續之 處。取後，所產生的多晶石夕薄膜塵阻器之電阻可能隨溫度 而發生顯者變化。 :又也感測為係包含於一有化學及機械保護作用的 :罩内〗外罩基本上圍繞該感測器及用於感測器激發及 =唬處理之任何相關的電子元件。儘管此情形為該感測器 機械保護，但還必須提供對該媒體中的危險化學物質 及污染物之防護。在一 _茂★ a 隹頡壓力感測器組件中，將一聚砍氣 凝膝、氟石夕酮凝膠或聚石夕氧油塗敷於一麼力感測器之外表 並基本上部分填充其中安裝有該壓力感測器之外罩。 昂貴。 §亥些早凡之製造τ能又麻煩又 已開發出各種材料以力一 . 一基板上獒供電性絕緣的水氣阻 99832.doc

200534331 障。其中尤其顯眼的材料有芳香聚醯亞胺，例如，杜邦公 司的產品(銷售商標名稱為「Kevlar」）。但是，聚醯亞胺 極具黏性而難以沈積，且容易混入氣泡而引起膜缺陷。夢 由蒸發-㈣二甲苯（dl(p劝lene)二聚物，使該蒸氣孰 =以產生聚對二甲苯自由基，以及從該蒸汽凝結-聚合募 聚物於-基板上，該基板係保持於—相對較低的溫度卜 般為環境溫度或低於環境溫度），從而產生聚對二曱苯_ ，。聚對二甲苯N係由di(p_xylylen伸生，然:而聚對二甲 苯C係由二（單氯-聚對二甲苯）(di⑽峨hl〇r〇_p_xylylene)) t生’而聚對二甲苯D係由二（二氯-聚對二甲 本）（di(dichloro-p-xylyiene))衍生。 儘官聚對：甲苯—般具有有利的電性、化學阻抗及水氣 阻，特性，但已發現該些聚合寡聚物並不能报好地附著於 4多基板表面，尤其係在濕潤條件下。儘管該些聚合寡聚 :在：多數條件下對液態水有相當的阻抗，但其易：水蒸 氣所牙透’水蒸氣可能凝結於該聚對二甲苯膜與該基板之 間的介面處而形成往往使該膜與該基板分層之液態水。汽 相沈積的聚對二甲苯膜—般亦極似水晶而容易破裂以致亦 可產生供水氣穿透至該基板表面之路徑。已使用聚對二甲 苯來保護器件及更大的基板，或使用—熱接合的敦化聚合 物外殼。已發現此二者在關鍵應用中提供的性能皆相對較 差。該等聚對二甲苯塗佈受到高擴散率之不利影響，且該 等熱接合器件已知會經歷黏接接縫處的機械應力破裂（只 要該等器件或基板能容許該等處理條件）。 99832.doc 200534331 可單獨使用或與氟矽酮凝膠—起使用該些有機塗佈。氟 石夕_凝膠係用來保護該感測器器件、導線焊接、封裝之部 分以及引線。氟矽酮凝膠之若干缺點中包括與燃料（例 如，膨脹）之不相容性。 【發明内容】 本兔明係關於感測器基板、光學基板、外罩或流體處置 基板上之保護性塗佈，其提供_堅硬的附著之絕緣塗佈以 組成-抵抗流體及離子穿透至感測器、電極、沈積於該基 板上的其他結構之表面的阻障。亦可將保護性塗佈塗敷於 外罩表面或與流體接觸之其他結構（如葉輪）、撓性風箱部 件及混合器。 月之具體g %例包括具有_有效厚度的保護性非多 孔塗佈之結構或基板，塗佈係附著並係化學鍵結至結構與 -，體接觸之—表面。所塗佈的結構可能係但不限於：感 j益、、導管、容11 (例如小玻璃管或氣體採樣單元）、風 相、流體處置設備表面、或欲與化學處理期間的一流體接 觸（而較佳的係與欲對其特性進行測量、定性或傳輸之一 μ體接觸）之透明窗。附著之保護性塗佈具有化學情性且 對流體、離子及氣體之滲透性較低。該結構之-表面上的 附:非多孔塗佈使得腐韻、粒子產生、分層及膨脹現象減 广或者保護該結構以及形成於該結構上的結構（例如，電 =電性結構）避免腐韻、粒子產生、分層及膨服。結構 之\上的㈣可能減小或防止由於與底層基板接觸的流體 、面影響而引起的回應、敏感度或性能之變化。塗佈係 99832.doc -10- 200534331 由包括一溶劑及一聚合寡聚物（或稱為「聚合的寡聚物」） 之一塗佈材料製備而成，聚合寡聚物包含氟與用以將該聚 - 合养聚物的一部分化學鍵結至遠感測裔表面之反應基。可 «· / 藉由從沈積至該感測器表面上之一定體積的無氣泡塗佈材 * 料進行溶劑蒸發來形成一非多孔膜，從而形成該附著塗 佈。可將該非多孔膜固化以形成該保護性非多孔塗佈；塗 佈附著於該基板表面且至少一部分係化學鏈結至該感測器 _ 之表面。固化較佳的係在不會對底層基板有不利影響且可 能低於該（等）塗佈材料溶劑沸點且低於聚合募聚物膜的Tg 之/jnL度下發生。固化可能包括一升溫動作以讓該溫度遞 增至高於該溶劑沸點且高於該聚合寡聚物材料的Tg之一 值，以移除任何殘餘溶劑以及促進該塗佈與該陶瓷基板之 附著。經固化的膜之密度、厚度及質量允許該基板或感測 器在一器件中發揮作用或針對能量輸入而產生一可測量的 物理回應。塗佈保護底層基板或感測器件或減小腐蝕性流 φ ϋ對底層基板或感測器件之影響，並保護底層基板或感測 益件以防產生粒子、劣化、膨脹或腐蝕（尤其係在高純度 的腐蝕性流體中）。 本發明之具體實施例包括與流體接觸而具有一有效厚度 ； 賴性非多孔塗佈之流體接觸結構，該塗佈係附著並： ·、 料結至該結構與—流體接觸之—表面。該非多孔塗佈保 護：等底層結構以防腐蝕、膨脹、產生粒子、分層或產生 亏卞k佈有非多孔附著之塗佈而與一流體接觸之結構可 能包括但不限於·式说丨抑 、、. Γ万、·感測為、導管、容器（例如，小玻璃 99832.doc 200534331 吕）泵外罩、此合裔、授拌器、葉輪、氣體採樣單元、 風箱、材㈣置設備（如旬、流量計、或欲與化學處理期 間的*體接觸之流^控制器或透明窗。該外罩可能係由 -化學性質合適的材料製成，較佳的係對該流體具有化學 1*月f生之才才料。某些外罩材料可能包括向該等外罩表面之 邛刀或王部塗敷之一聚合募聚物材料之塗層。該附著之 保護性塗佈具有化學惰性且對流體、離子及氣體之滲透性 較低。各種基板表面上的❹錢著塗㈣護該基板以防 腐蝕、產生粒子、分層或因該流體而引起化學及/或物理 變化。該塗佈係由包括一溶劑與一聚合寡聚物(或稱為 「聚合的募聚物」）之一塗佈材料製備而A，該聚合募聚 物包含氟與用以將該聚合寡聚物的一部分化學鏈結至該基 板表面之反應基。可藉由從沈積至該感測器表面上之一2 體積的無氣泡塗佈材料進行溶劑蒸發來形成一非多孔膜， k而形成該附著塗佈。可將該非多孔膜固化以形成該保護 陡非多孔塗佈；該塗佈附著於該基板表面且至少一部分係 化學鏈結至該基板之表面。該固化較佳的係在低於該（等） 塗佈材料溶劑沸點且低於聚合募聚物膜的Tg之溫度下發 生。该固化可能包括一升温動作以讓該溫度遞增至高於該 谷Μ /弗點且大於該聚合募聚物材料的Tg之一值，以移除任 何殘餘溶劑以及促進該塗佈與該基板之附著。經固化的膜 之饴度、厚度及質量允許該基板在一材料或流體處置器件 中操作或發揮作用。該非多孔附著之塗佈保護該材料處置 物叩之該部分以防產生粒子、劣化及腐蝕（尤其係在高純 99832.doc -12- 200534331 度的腐蝕性流體以及諸如漿料之類的材料中）。 : 本發明之一項具體實施例係-感測器具有一表面，表面 ；在感測器之用以接觸欲測量的流體之表面上具有-有效厚 ··度之附著保護性塗佈。欲測量的流體之特性可能包括但不 ，限於：塵力、流量、溫度、化學成分、化學純度或該些特 性之一組合。塗佈較佳的係該感測器的一表面上之一非多 孔附著之塗佈’塗佈保護該感測器以及形成於該感測器上 ，的結構以防腐蝕、產生粒子、分層或因該流體而發生感測 器回應及敏感度之變化。塗佈包括一含氟的可溶性聚合寡 聚物，聚合寡聚物係化學鏈結至該感測器表面以形成一附 著的保護性塗佈。可藉由固化形成於或放置於該感測器表 面上之塗佈材料的非多孔蒸發膜來形成該附著塗佈。固 化較‘的係在低於該塗佈材料溶劑沸點且低於聚合募聚物 膜的Tg之溫度下發生。固化可能包括一升溫動作以讓該溫 度遞增至高於該溶劑沸點且大於該聚合寡聚物材料的、之 > 一值，以移除任何殘餘溶劑以及促進該塗佈與該陶瓷基板 之附著。器件及感測器可能包括多個結構以藉由電能、光 月匕機械能或化學元素相互作用來探查該感測器及構件或 結構之狀態以測量該感測器對該激發的物理回應。感測器 h 表面之一或多個表面上的此類結構可能包括但不限於電 、阻、電容、電晶體、電接點、光學接點或該些結構之一組 合。感測器包括一陶瓷材料。較佳的係，形成於或放置於 该感測器表面上的塗佈材料之非多孔膜在沈積於該基板上 的塗佈材料中包括10%以上的聚合募聚物以形成該非多孔 99832.doc

200534331 膜。感測器可用來測量一或多個流體 — 1 j >但不限於 溫度、k Ϊ、化學純度、壓力或該些特性之— 、 ?且 〇 $尤 或塗敷於該感測器表面之聚合寡聚物塗佈材料可能包括一、 有機矽烷附著促進劑。附著之保護性塗佈可能係：：於： 感測器之-或多個表面上。較佳的係’附著之保護性塗： 厚度超過50微米。可將感測器表面處理成將聚合寡聚物π 學鏈結至感測器表面。可將聚合募聚物鍵結至，包括作不 限於··活性胺、氫氧録、§|、胺基或硫醇基:表= 團，用以將包含聚合寡聚物的氟鍵結至感測器表面。 本發明之另一項具體實施例係一種用以測量（例如）一流 體樣本或導管中的流體之一流體特性（例如，壓力、流 里、溫度、化學成分、化學純度或該些特性之一組合）之 方法。方法包括讓流體與一感測器接觸，且感測器具有用 以接觸欲測量的流體之一表面，在表面上具有一有效厚度 之附著保護性塗佈。附著塗佈包括一含氟的可溶性聚合募 聚物，其中聚合募聚物之一部分係化學鏈結至該感測器表 面以形成一附著的保護性塗佈。可藉由固化形成於或放置 於該感測器表面上之一塗佈材料的非多孔膜來形成該附著 塗佈。較佳的係，固化在低於該塗佈材料溶劑沸點且低於 聚合券聚物膜的玻璃轉換溫度T g之溫度下發生。固化可能 包括一升溫動作以讓該温度遞增至高於該溶劑海點且大於 違聚合券聚物材料的Tg之一值’以移除任何殘餘溶劑以及 促進該塗佈與該陶瓷基板之附著。向經附著塗佈之感測器 件施加能量，測量該感測器之物理反應，並將該物理反應 99832.doc -14- 200534331 與一標準關係相比，從而允許將經塗佈的感測器之物理反 應與該流體之一特性（例如但不限於··壓力、溫度、純 . 度、流量或該些特性之一組合）相關。可使用一壓阻、壓 V 電或熱阻材料之經塗佈的感測器來實行該方法。可使用在 ’ 電容感測器中包括一或多個板之一經塗佈的感測器來實行 β亥方法’ 3亥感測裔有^一板以及一定位於該等板表面中之一 與該流體接觸的表面上之非多孔附著之敗化塗佈。 Φ 本發明之另一項具體實施例係製作一經塗佈的感測器之 一方法，其包括形成沈積於一感測器之一可化學鏈結的流 體接觸表面上之一塗佈材料非多孔膜。塗佈材料非多孔膜 包括一含氟的可溶性聚合寡聚物與該聚合募聚物上之反應 基。讓聚合募聚物反應基中的至少一部分與感測器表面上 之多個基團化學反應，以將聚合募聚物中的至少一部分鍵 結至該感測器之可化學鏈結的流體接觸表面。感測器的可 化學鏈結流體接觸表面上之非多孔膜包括10%以上的聚合 _ *聚物以沈積形成該非多孔膜，而較佳的係塗佈材料的浪 費極少或沒有浪費。可藉由對來自沈積於該感測器上的塗 佈材料之溶劑進行蒸發而形成該非多孔膜，替代性的係$ .將一非多孔材料膜放置於該感測器表面。藉由將該等聚合 :s聚物反應基化學鏈結至該感測器表面之可化學鏈結表面 ; 來進行固化而將該塗佈材料之非多孔膜固化於一感測器之 可化孥鏈結的流體接觸表面上，從而在感測器之表面上形 . 附著之保護性塗佈。藉由從與感測器表面接觸之一聚 合寡聚物溶液移除溶劑而在感測器的可化學鏈結流體接觸 99832.doc 200534331 表面上形成塗佈材料之非多孔膜。固化步驟較佳的係發生 於一臨界溫度，若低於此溫度則可能對電阻結構（例如， 電容器、電晶體、電接點、光學接點或該些結構之一組 合）造成損壞。較佳的係，固化在低於該塗佈材料溶劑沸 點且低於聚合寡聚物膜的Tg之溫度下發生，並包括另一升 溫動作以讓該溫度遞增至高於該溶劑沸點且高於該聚合募 聚物材料的玻璃轉換溫度Tg之一值，以移除任何殘餘溶劑 並促進該塗佈與該陶兗基板之附著。更佳的係，固化發i 於低於約120〇C之溫度了。若含敦的聚合寡聚物在該聚合 寡聚物鏈中包括一脂族醚環，則可實行該方法。在該方法 中’可藉由一選定的處理（例如但不限於··電裝姓刻、藉 由一附著促進劑來進行化學修改、氧化、 4 一衣面之經 化）來清潔該流體接觸表面或使得該流體接觸表面變成可 ^匕學鏈結。方法中所使用的感測器可能在其表面中的一或 夕個表面上包括多個結構，例如但不限於：電阻器挎、電 阻器、電容器、電極、電晶體、電接點、光學接點：焊墊 或該些結構之-組合。塗佈材料可能不僅包括一有機石夕烷 附著促進劑以與該感測器表面反應，而且還在該聚合寡^ 物中包括該等反應基以將該等聚合寡聚物中的至少一部分 鍵結至該感測器表面以在該感測器表面上形成—附著之二 濩性膜。方法可用於在該感測器 ,,^ ^ 成—附著之保護 性主佈，該塗佈可能具有大於5〇微米 ^ 丁之7子度、大於100微 度、大於2,5。。微米之厚度。可將多個塗佈沈積於 «板上並固化。塗佈方法可用於塗佈—感測器隔膜。、方 99832.doc -16-

測器表面以形成一附著的保護性塗佈。可藉由固化形成於 200534331 法可旎在塗佈之前以及在藉由該塗佈材料來固化之前，在 感測器之一表面上形成感測構件或結構，例如但不限於： 電極、電阻橋接結構、電阻器、光學及電性輸人及輸出連 接。方法可能包括，從塗敷在該感測器表面的塗佈材料移 除/合劑以形成該非多孔膜，其中在一抗靜電環境中進行蒸 發。方法可能使用固化，包括但不限於：化學固化、熱固 化、光化學固化或該些固化之一組合。 本發明之另一項具體實施例係一感測器件，其係用於測 量一流體之特性，例如但不限於··壓力、流量、化學純 度化學成分或該些特性之一組合。該器件包括一感測 器，其在感測器之用於接觸欲測量的流體之表面上具有一 有效厚度之附著保護性塗佈。塗佈包括一含氟的可溶性聚 合募聚物，其中聚合寡聚物之至少一部分係化學鏈結至感 或塗敷於該感測器的流體接觸表面上之一塗佈材料的非多 孔蒸發膜來形成該附著塗佈。器件包括用以向感測器件施 加旎s來進行激發之結構或構件，以及用以測量該感測器 對该激發及該流體的物理回應之構件或結構。器件包括一 外罩，其將該感測器之經塗佈的流體接觸側與該外罩的内 邛離。外罩防止形成於該感測器的流體接觸表面上之塗 佈材料的非多孔附著膜與該感測器之一第二流體隔離表面 (其上面可能沈積有電路元件、焊墊及其他結構）之間的流 體連通。器件可能具有一感測器，感測器具有一表面能量 於30 dynes/cm之已形成的附著保護性塗佈。用於安裝〆 99832.doc -17- 200534331 或多個感測器之外罩可能包括流體入口 器件可能包括多個感測器材料，其中包括但不出:二 :、：：:熱阻或該些特性之-組合。較佳的^ 有一感測器，JL φ形士、认a、，〇 士 丨卞〆、 在沈積於感測器上以形成該膜的塗佈材=

=:r物超過，在沈積及非多孔膜形二 間相失的塗佈材料極少或沒有。更佳的係，沈積於感測器 上::：：塗佈膜的塗佈材料中超過70%而更佳的係她% 物保留於該感測器表面上；不需要對責重的氟 旦材料或輕合劑等進行回收或再循環，亦不會排出過 里的=廢料串流相關之揮發性氟化溶劑。器件及所安裝的 感測：可用來測量一或多個流體特性，例如但不限於溫 度、流置、純度、化學成分、壓力或該些特性之一組合。 在一項較佳具體實施例中之該器件具有_塗佈有聚合寡聚 物之感測器，聚合寡聚物在該聚合寡聚物鏈中包括含氟的 脂族環結構。 本t明之另一項具體實施例係一種用以測量一流體流量 感Jσσ件，其包含··一或多個感測器，每-感測器皆具 有表面，且在該等感測器之一用於接觸欲測量的流體之 表面上有-有效厚度之附著保護性膜。塗佈包括一含氟的 可命11 ♦合券聚物，聚合寡聚物係化學鏈結至感測器表面 而开乂成I1付著保言蒦性塗佈。可藉由固化沈積於該等感測器 表面上之一塗佈材料的非多孔膜來形成附著塗佈。器件可 月b b括導管以導引流體而使得該流體接觸經塗佈之感測 99832.doc -18- 200534331 為表面。在感測器之一表面上可能存在施加能量之結構或 ' 構件，其施加能量來（例如）激發用於測量來自該等感測器 、 的物理回應之感測器件及構件或結構。該器件包括一外 : 罩，外罩係配置成防止形成於該等感測器的流體接觸表面 . 上之塗佈材料的非多孔附著膜與該等感測器之一第二流體 隔離表面之間的流體連通。器件之每一感測器皆係藉由流 體而密封至該外罩並係藉由一流體導管而彼此分離。較佳 • 的係，器件中的感測器在該等感測器之表面上形成有一塗 佈材料膜，該膜在沈積於該等感測器上以形成該膜的塗佈 材料中包括超過10%的聚合募聚物。器件中的感測器在其 表面上具有一表面能量小於30 dynes/cm之附著保護性塗 佈。器件可能具有多個感測器，其中包括但不限於從由壓 阻C電、陶究、金屬或邊些材料之一組合所組成的群組 中選擇之一材料。將器件中的上述感測器分離之流體導管 可能係一管，而該等感測器係壓力感測器。將器件中的上 _ 述感測為分離之流體導管可能係一 ventruri，而該等感測 裔係壓力感測器。將裝置中的感測器分離之流體導管可能 係一孔，而感測器可能係壓力感測器。將裝置中的感測器 分離之流體導管可能係一管，而感測器可能係壓力感測 - 裔。流體導管可能係來自一熱質量流量計之一層流元件， 广 其中導管在其流體接觸之内直徑上塗佈有塗佈材料以在感 測器用以接觸欲測量的流體之表面上形成一有效厚度之附 著保護性塗佈；熱流量感測器之電阻式加熱及溫度感測元 件係纏繞或沈積於該管之外側上。 99832.doc -19- 200534331 。。本發明之另-項具體實施例係_種包括—感測器之感測 •益件，感測器之-表面具有-有效厚度之附著保護性塗 二㈣包括-可溶性的聚合募聚物，聚合寡聚物在該聚 • 2募來物鏈中具有-含氟的脂族醚環結構。聚合寡聚物化 予鏈結至-感測器表面以形成一附著塗佈。可藉由固化形 f於❹U積於該感測器之欲塗佈表面上之—塗佈材料的非 夕孔療發膜來形成該附著塗佈。較佳的係，固化在低於塗 籲㈣料溶劑沸點且低於聚合募聚物膜的Tg之溫度下發生。 可肖b匕括升/皿動作以讓該溫度遞增至高於該溶劑沸 且大於忒♦合养聚物材料的Tg之一值，以移除任何殘餘 劑並促進該塗佈與該感測器表面之附著，感測器表面較 佳的係-陶莞基板。形成於器件中的感測器表面上之塗佈 材料的非多孔膜較佳的係在沈積於基板上以形成非多孔膜 k佈材料中包括丨0%以上的聚合寡聚物。感測器件較佳 2係在該感測||上具有—有效厚度之塗佈以保護底層感測 、防腐蝕、知蝕、分層或產生粒子，且該附著保護性塗 佈允許該感測器針對一流體特性而產生一可測量的物理: 應。 , 本I明之另一項具體實施例係一種製作一經塗佈的感測 去其包括在一感測裔之一可化學鏈結的流體接觸 表面上塗敷或沈積不混入氣泡之一定量的塗佈材料。塗佈 材料包括一溶劑、一具有含氟基且在聚合寡聚物鏈中包含 一脂族醚環之可溶性的聚合寡聚物，且聚合寡聚物具有反 應基。聚合寡聚物上的反應基係用於將聚合寡聚物化學鏈 99832.doc -20- 200534331 結至該感測器的可化學鏈結之流體接觸表面。方法中採用 ' 一移除步驟以從向該感測器之可化學鏈結的流體接觸表面 二 k敷之k佈材料移除溶劑以形成一塗佈材料之非多孔膜。 • 所幵y成的非多孔膜在一開始向該感測器之流體接觸表面塗 - 敷之塗佈材料中包括超過10%的聚合募聚物。該方法採用 一固化步驟以固化在該感測器之可化學鏈結的流體接觸表 面上之1佈材料的非多孔膜。固化將該聚合募聚物之反應 # 基中的至少一部分化學鏈結至該感測器表面之可化學鏈結 表面以在該感測器之可化學鏈結之流體接觸表面上形成一 非夕孔附著之保護性塗佈。方法可用於該感測器之可化學 鏈〜的机體接觸表面，該表面可能係但不限於：陶瓷、礦 物、聚合寡聚物、金屬或該些材料之一組合。固化在低於 該塗佈材料溶劑沸點且低於該聚合募聚物膜的。之溫度下 凡 並可此包括5襄该溫度遞增至高於該溶劑沸點且高於 該聚合寡聚物材料的Tg之一值，以移除任何殘餘溶劑並促 ’豸該塗佈與該陶瓷基板之附著。較佳的係，該固化步驟發 生；界/JDL度，若低於該臨界溫度，則可能發生對該感 測器的其他表面上之電子結構之損害，固化溫度甚至更佳 •的係低於12() c。可對該非多孔膜使用化學及光化學處理 以將汶非多孔膜固化於該感測器表面。可藉由一附著促進 d或有機石夕义元來處理在方法中使用的感測器之可化學鏈 結的流體接觸表面，以形成感測器之可化學鏈結的流體接 觸表面。可使用方法來塗佈一或多個感測器，每一感測器 皆具有一可化學鏈結的流體接觸表面。可藉由一具有一或 99832.doc -21 - 200534331 多個喷嘴之分注器，將該塗佈材料塗敷至每一感測哭。方 ..法中使用的感測器之化學鏈結的流體接觸表面可包括一陶 \ £材料或一上面具有一塗佈之陶究材料。方法較佳的係使 得在該感測器之一表面上產生一右4 m也 L * 有效厚度之非多孔附著塗 •佈，該塗佈保護該感測器及其上面形成的結構以防腐钮、 產生粒子、分層、膨脹或因該流體而發生感測器回庫及敏 感度變化，而塗佈甚至更佳的係具有大於5〇微米之厚度而 φ *至更佳的係大於或等於100微米。塗佈方法可用於一包 括一隔膜之感測器。方法中的溶劑移除步驟可在一抗靜電 環境中實行。該方法中的固化步驟可包括但不限於化學、 光化學、熱固化或該些操作之一組合。藉由方法來塗佈之 感測器可包括在其-或多個表面上之結構，該結構係從由 電阻、電容、電晶體、電接點、光學接點或該些結構之一 組合所組成的群組中選擇。 本發明之優點包括能夠在一單一的沈積步驟中於各種基 φ 4反上形成非多孔的厚保護性塗佈。本發明允許在腐钱性的 不利環境中塗佈及使用各種感測器、小玻璃管、可撓性風 相部件、氣體單元、光學窗、材料處置器件及外罩。較佳 的係，非多孔之附著塗佈保護底層結構以防腐蝕、產生粒 • 子、分層或因該流體而引起感測器回應及敏感度之變化。 : 在某些情況下，不太昂貴而更敏感版本的感測器可能塗佈 有保護性的附著膜而用於腐蝕性的不利環境中，從而使得 成本降低而性能提高。該塗佈程序較簡單並產生塗敷於一 基板且經處理能形成適合於固化的聚合寡聚物非多孔膜之 99832.doc -22- 200534331 μ體。该程序使得浪費及化學消耗最小化並減少總體成 ' 本，同時保持甚至提高經由使用低成本的感測器而獲得之 總體性能。有利的係，能夠藉由使用一低溫固化程序來塗 • 佈夕個感測益或其他流體接觸結構並因可塗佈已經在該等 結構上形成有引線、電子元件及焊墊之器件而使得該製程 簡化器件。 藉由本發明製造的無缺陷而附著之厚塗佈提供的化學及 • 機械阻抗高於向類似結構塗敷的較薄之塗佈，因為擴散及 化學滲透性隨著塗佈厚度增加而減小。因能在一單一步驟 中製作此類塗佈而使得此類塗佈使用起來具有優點，此係 由於此類塗佈易於製造且因可塗佈多個感測器而具有較高 的成本效益並使得材料浪費最小化。 【實施方式】 在對本說明書及方法進行說明之前，應瞭解本發明並不 限於所說明的特定分子、成分、方法或協定，因為該些方 翁自均可能發生變化。還應瞭解，說明中使用術語之目的僅 係為說明特定版本或具體實施例，本發明之範疇並不希望 文此等術語限制而僅將受限於隨附申請專利範圍。 、· 還必須注意，本文及隨附申請專利範圍中所使用的單數 ’ 形式 」與「该」均包括複數形式之指示，除非文中明 ; 顯地指示其他情形。因此，例如，所提到的「塗佈聚合寡 聚物分子」係指一或多個塗佈聚合寡聚物分子及其為熟習 • 此項技術者所知的等效物，等等。除另有定義外了本=二 使用的所有技術及科學術語的含義均與熟習此項技術者一 99832.doc •23- 200534331 般轉的含義相同。儘管在實施或測試本發 時7使用與本文所說明者類似或等效之任何方法:: 現在將說明較佳的方法、器件及材料。本文中提到 的所有出版物均μ用的方式併入。本文中的任何内= 解釋為承認本發明由於先前之發明而無權優先提出此 寻揭示内容。 :而要」《「可選」表示隨後所說明的事項或情況可 :二必出現’而且表示該說明包括發生該事項之實例盥 不發生該事項之實例。 、^ 本發明之具时施例可包括感測器及其 的高純度聚合寡聚物之附著塗佈。於相二 又下將該等塗佈塗敷並固化於該感測器或其他基板上，從 而允許對熔點較低、具磁特性或者具有 性轉換成電子信號的敏感電子元件之、、4基板特 1千之/皿度破感基板實行該 土布知序。本發明之結構中的有些結構具有—有效厚戶之 :護性非多孔塗佈’該塗佈係附著並化學鏈結至該基二 :流體接觸之-表面。結構可能分別包括但不限於：感測 ::導官、熱交換導管、容器(例如小玻璃管或氣體採樣 =、混合器、風箱、葉輪、隔膜、流體材料處置或晶 Η處置設備、或欲在化學處理、運輸、處置或定性期間盘 一流體接觸之透明窗、或該些結構之級合。該流體可能係 惠將受測量或定性之流體。該保護性的附著塗佈呈有 化^隋性且對流體、離子及氣體之滲透性較低。該咸測哭 的-表面上之一有效厚度的非多孔附著塗佈保護該感測器 99832.doc -24- 200534331 以及形成於該等基板上面或 -内一之、、、σ構（例如，磁體、電 極及電性結構）以防出現腐蝕、 座生粒子、分層、膨脹或 可能對該底層經塗佈基板之性 【生此或刼作有不利影響之其他 物理及化學變化。 圖1說明具有一塗佈流體〗 篮124之一感測器或基板表面 120 ’該塗佈流體124係從_哈峻】9 ^ 赁鳴128而分注到該基板表面 12 0上且無液滴或氣泡u 6。顯干；鱼妓$ —甘 -貝不連接至该基板之可選的電 性或光學饋通104。 底或背板108及112，

該基板表面可能係安裝於一或多個基 或者可能係由一單一基板機械加工而 成或由一單一基板形成。 圖2(A)以斷面圖說明經分注後沈積至—感測器或基板表 面208上之疋體積的無氣泡之聚合募聚物塗佈材料2〇4。 該感測器或基板208可能係安裝成、形成或經機械加工成 一或多個基底結構2丨2及216。顯示可選的電性或光學饋通 220。圖2(B)顯示在經步驟228的溶劑蒸發後覆蓋本發明的 感測器或基板208之一非多孔膜塗佈224。該非多孔膜224 適合於固化，且在某些具體實施例中係該基板2〇8上之一 保形塗佈。该感測器或基板208可能係安裝成或經機械加 工成或夕個基底結構212及2 16。顯示可選的電性或光學 饋通220。 圖3顯示有及無本發明之非多孔附著塗佈之一感測器在 不同時間的校準資料。校準曲線之斜坡幾乎相同而指示未 經塗佈的感測器與塗佈後的感測器之敏感度幾乎相同，而 經塗佈的感測器之敏感度在整個時間週期内不發生變化。 99832.doc -25- 200534331 圖4顯不用以塗佈在一移動平臺4〇8上的多個基板之一塗 佈輊序及裝置之一項具體實施例。可移動的平臺4〇8在該 平臺上安裝有一或多個未經塗佈的基板412，可藉由從一 为注喷嘴424輸送到該等基板表面416上而無液滴或氣泡的 塗佈材料420來塗佈該或該等等基板。顯示塗佈有聚合寡 t物之基板404處於該可移動平臺408上。經塗佈的基板 4〇4沒有氣泡並可能經處理而從該塗佈蒸發該溶劑。 圖5以斷面顯示並說明在一外罩5〇4内配置有多個感測器 之一器件500，且該等多個感測器在該感測器之一表面上 具有一非多孔附著塗佈。經塗佈的感測器可用於測量一流 體之特性。该外罩504可能係安裝於一流體流動電路中並 可能具有入口埠508與出口埠562以連接至一流體流動路 徑。該外罩504可能具有一或多個埠554及558以允許在一 流體（未顯示）與該等感測器之間產生接觸。該外罩之表面 可能塗佈有本揭示内容之一非多孔附著塗佈。可使用一或 多個化學相容且適應的墊片514及534而對著該外罩或主體 504以體岔封方式黏接至該等感測器的非多孔惰性塗佈 層5 16及536。埠554允許流體與感測器接觸，該感測器在 一安裝至基底540之基板532上具有一非多孔附著塗佈 5 36。可藉由固定器544而將基底540固持於外罩或主體 504。埠558允許流體與感測器接觸，該感測器在一安裝至 基底520之基板512上具有一非多孔附著塗佈516。可藉由 固定器524而將基底520固持於外罩504。還說明供電性連 接用的饋通或用於每一感測器528及548光纖。 99832.doc -26- 200534331 圖6A說明在一感測器基板608之外表面610上具有一含氟 . 聚合寡聚物的非多孔附著塗佈604之一感測器基板6〇8。在 某些具體實施例中，該保護性塗佈604未覆蓋用於測量將 t 接觸一流體的感測器表面608的物理回應之結構602。在某 * 些具體實施例中，一保護性塗佈604可能覆蓋用於測量該 感測态表面608的物理回應之結構602。可將用於測量該感 測器的物理回應之結構602黏接至該基板6〇8，並藉由光學 • 或電性元件614經由該基底612而連接該等結構6〇2。可將 该感測為基板6 0 8的内表面6 0 6之一部分黏接至一基底 612。顯示5亥感測斋基底612具有一通風孔616。圖6 B說明 一基板642，在該基板642中形成有一隔膜626。該隔膜626 之表面630具有一含氟聚合寡聚物的非多孔附著塗佈624。 可將該基板642黏接至一第二基板632，顯示該第二基板 632具有一通風口。在一項具體實施例中，該等基板6〇8及 基底612之邊緣可能塗佈有該塗佈材料6〇4以向該基底6〇8 • 與基板612之間的黏接區域提供对餘力及保護。 圖7說明處置或調節一流體之一器件7〇2之俯視圖。該流 體處置為件的流體接觸表面之一或多個部分可能塗佈有一 δ氟χκ合券聚物的非多孔附著塗佈。該流體處置器件包括 • 一基底704、接觸該流體之一外罩内部730。如前面之說 : 明，該器件702可能係用於藉使用一具有葉片712與葉輪磁 體740之葉輪708而將一流體從該入口 732傳輸至該出口 728。替代性的係，可使用管、齒輪、隔膜或其他結構來 傳輸或調節該流體。該等葉片712或其他結構可能塗佈有 99832.doc -27- 200534331 非多孔附著塗佈。該器件702具有一出口 728及一入口 732 來接觸該流體並可用於連接至-流體流動電路中的導管。 視需要，該器件可包括塗佈有一含敗聚合募聚物的非多孔 附著塗佈一或多個感測器724。具有引線之感測器724 可此係安裝至-埠716且可用於測量由該器件複來處置或 調節的流體之一特性。 忒外罩或基底704具有與一流體入口 732及一流體出口 7 2 8流體連通之至少_ ^ ^ ▲ 芏夕/爪體至736。該外罩或基底704具有 可能與該室内之—流體相互作用之-或多個結構712或 724忒外罩704之一或多個表面或與該流體相互作用之結 構712及724可能具有附著於該等表面的至少—部分上之一 有效厚度的非多孔含氟聚合寡聚物塗佈。 可將該塗佈錄於包括—外罩之各㈣件，該外罩具有 至少一，體室，即與流入該外罩之一流體入口形成流體連 通=至以及與流出該外罩之一流體出口形成流體連通之 一至。該室可能包括能夠與該室中的流體相互作用之一或 2結構，例如流量感測器、導管、外罩、流體泵元件、 流量計或流量控制器之元件、諸如風箱之類的可撓性部 件、或一葉輪。該器件甲多個結構之一或多個表面（例如 二不限：外罩、室、入口及出口、風箱、葉輪、屢力感测 器、導管及該些結構之組合）可能在一表面之至少一部分 上具有有效厚度的非多孔附著保護性塗佈，該塗佈保護 該f面不受一流體之影響，該塗佈包括一含氟的可溶性聚 口寡♦物且係化學鏈結至該表面。該器件可能具有與該室 99832.doc -28- 200534331 内的流體相互作用之結構， 以專、、、吉構可能係隔膜、風箱、 茱輪、感測器或該些結構 5。該等器件外罩、室及結 構可相互作用以形成泵、 濟治旦扯& π 崎、、體流量計、熱交換器或流 體々丨L里匕制态。該等外罩、 閥。該等外罩、室及处構了/結構可相互作用以形成 & 及、、、。構可相互作用以形成一流體流量 计。该态件之外罩、室及处 旦讼幻^ 叹、、、口構可相互作用以形成一流體流 皇控制裔。 風相可用於在一移動邱八 〇P刀（例如，垂直驅動器）周圍產生 雄封，並可用在各種器件（ (J ★，栗、閥及自動臂）中。例 如，在泵中，當藉由一龆 ,,^ 4而牙過一弟一導管將受壓空氣導 Λ ”―活塞（該活塞為多個風箱所包圍）接觸之一汽缸内 。”夺，升高該等風箱並可使用該等風箱之延伸來經由一止 回閥而穿過一屮〇八、^ — 刀液體並經由一連接而將液體傳輸 :弟-液體室。然後，可藉由該閥將該受摩空氣導引進 :第二導管從而釋放對該汽缸内部的壓力，並可使用該受 〔工耽來使该等風箱降低或收縮以排出該液體室内的液體 以及藉由該連接而將流體從一流體源沒取進 «第二液體室係與該第一液體室分離可重複將受壓空 氣導引進該等第一及第二導管之此循環以抽吸-液體。藉 由製造該外罩内之一閥座以及該等風箱端上之-桿，亦可 使用类員似的循環來開閉一閥。風箱可能具有較大的表面 積，而其運動可能捕獲污染物’需要較長的淨化時間，在 該等風箱内產生應力。進一步，該等風箱之腐麵可二導致 產生粒子。風箱可能塗佈有一非多孔附著塗佈。該附著盡 99832.doc -29- 200534331 ^包括γ含氟的可溶性聚合募聚物，纟中該聚合寡聚物之 、、I5刀係化學鏈結至s亥感測器表面以形成一附著的保護性 塗佈。可藉由固化形成於或放置於該等風箱表面上之一塗 佈材料的非多孔膜來形成該附著塗佈。 其他物件，例如，裝進容器的磁性授拌器、磁性栗葉 輪、磁性漂浮的葉輪、錢交換表面，在用於—超純淨但 具腐姓性的環境中時，需要—化學阻抗極高、非滲透性且

低擴散的塗佈。用於諸如上述及其他需要36〇度塗佈的器 件之塗佈方法可能係液滴塗佈、浸人塗佈或在磁性懸浮於 適當位置時進行塗佈。在液滴或浸入塗佈之情況下，若在 該第一塗佈中使用支撐物以確保最終塗佈無缺陷，則可能 需要一第二塗佈。 為獲得表面粗糙度較低之濕式化學塗佈，可能最好在一 清潔室内實施該塗佈並過濾該塗佈液體。對於移除可能影 響塗佈附著之油脂、表面污染物及其他粒子，對該等基: 進行適當清潔亦很重要。 可使用浸人塗佈技術來以該含氟的塗佈溶液來塗佈各種 基板。在此程序中，在受控的溫度及空氣條件下將欲塗佈 的基板或該基板之部分浸入一液體中，然後以經良好定義 的取出速度取出。該等條件係選擇成減少或消除該塗佈中 的氣體或氣泡捕獲現象。該塗佈厚度主要係藉由該取出速 度、塗佈濃度(單體、固體、凝膠、寡聚物)及該液體之黏 度來定義。在一項具體實施例中，該塗佈厚度主要係由該 取出速度、-含氟的可溶性聚合寡聚物之塗佈濃度以及包 99832.doc -30- 200534331 括一含氟的可溶性聚合募聚物之液體黏度來定義。在产 ••塗佈程序中受到塗佈的基板之取出速度範圍可能從低至約 ；:0·1 mm/分鐘至最高達3 cm/秒鐘，但亦可能在其他範圍 内。欲塗佈的物件（導管、感測器、風箱、外罩、葉輪、 攪拌器、混合器、該些物件之部分、以及該些物件之組 合）之取出速度可能係選擇成使得該塗佈組成物之剪切率 令泫系統保持為層流機制。在該些條件下，可使用 • Undau-Levich等式及常規實驗來估計所需的塗佈厚度。亦 可藉由改變該塗佈溶液之黏度及/或該溶液密度而實現塗 佈厚度之變化。所塗佈的物件周圍空氣控制該溶劑蒸發率 並影響最後的膜之形成。欲塗佈的基板或物件附近的溶劑 蒸氣壓力之增加、移除或改變亦可用來控制該塗佈厚度。 可使用一與角度相關的浸入塗佈程序來塗佈該等物件戈 基板。在此程序中，可藉由改變該基板與該液體表面之間 的角度來改變該塗佈厚度。在此程序中，可在一包含該塗 春佈材料之谷裔中以一角度旋轉該基板或物件。可使用緩慢 旋轉來消除塗敷於該物件的塗佈中氣泡之捕獲現象。層厚 度及均勻度可由計算得出並係與該基板之浸入角度、取出 . 速度及旋轉率相關。可改變該些塗佈變數以獲得該物件上 之一含氟材料的非多孔附著塗佈，可將該塗佈進一步固化 ' 以形成非多孔且化學鏈結至該基板之一層。該非多孔附著 層保護底層物件表面不受流體之影響，否則該流體將會對 ，底層基板表面有不利影響（腐蝕、分層、產生粒子、膨 脹、弱化、產生污染物）。 99832.doc -31 - 200534331 可藉由低溫塗佈程序而將該塗佈材料沈積、塗敷或分注 至該基板上，該等程序較佳的係使得該塗佈材料之浪費最 小化或得以消除。此類塗佈方法之範例可能包括但不2 於：滾筒塗佈上的刀片、晶粒壓鑄塗佈、浸入塗佈、幕式 塗佈及氣刀塗佈。若該基板之塗佈使用一喷嘴，㈣㈣ 可能係定位於該基板上並接近該基板以使得來自言亥喷嘴之 塗佈材料以一連續串流接觸該基板之表面。一種用以避免 在沈積於-基板上的塗佈材料中產生氣泡之方法可能係·· ，由仔細的吸液或噴嘴分注技術’在將該塗佈溶液:吸液 管或噴嘴傳輸至-基板（例如，隔膜）時使該塗佈溶液之速 度最小化。可使用分注系（例如，Mykrolis公司的 Int^lhgen®)、注射栗（例如此㈣22型）或自動化的微吸 液管，以將流體分注至基板上。未形成液滴的流體串流亦 提供厚塗佈膜並使該等膜中氣泡的捕獲現象最小化；液滴 可能使得該塗佈中產生空隙及腐韻路徑。可為塗佈多個基 板而使用多個晶粒，或者可在—移動或旋轉的臺面（如圖4 所不)或-傳送帶上讓該等基板在該晶粒下移動。該塗佈 沈積至該基板上的速度可能使得該液體在該基板上形成一 新月形液體；此係藉由基板2〇8上的塗佈體積⑽(如圖Μ 所示）來說明。 較佳的係，藉由使在該㈣程序期間損失或浪f的塗佈 材料數量最小化或消除之—方法或程序而 該基板。例如’在將塗佈材料塗敷至一平面電極時，可將 β塗佈材料以一單一的連續串流從一喷嘴分注至一固定的 99832.doc •32- 200534331 或緩’1¾旋轉之電極上直至該基板為該塗佈材料所覆蓋。替 . 代性的係，可使用一浸入塗佈程序或一流動塗佈程序。允 ...許該液體蒸發以在該基板上留下該塗佈之-非多孔的保形 ;M。經比較，一旋塗程序儘管可用於將分注的塗佈材料分 佈於整個基板，但其並不太理想，因為在旋轉起來後，分 注到該塗佈表面的塗佈流體之損失高達約99%。 可在一流動塗佈程序中塗佈基板，其中實質上係將該液 籲冑塗佈組成物傾倒於欲塗佈之基板上。該塗佈厚度取決於 該基板相對於該液體塗佈組成物分注串流之傾斜角度、塗 佈液體黏度及溶劑蒸發率。可使用流動塗佈程序來重新捕 獲不附著於該基板之塗佈材料並減少塗佈浪費。可控制具 有该物件及浴的室之空氣，並可添加溶劑或氣體來控制蒸 發。使用該流動塗佈程序，可相當容易地塗佈非平面的大 基板。作為此程序之一變化，塗佈後基板之旋轉可能有助 於獲得更均勻的塗佈。 I 較佳的係，在欲接觸經塗佈的基板之流體中可能被視為 污染物的材料中，含氟的高純度聚合募聚物或由該聚合募 聚物而製成之塗佈不占任何數量。較佳的係，在經塗佈基 - 板所接觸的流體中被視為污染物之材料中，該等塗佈材料 或經固化的塗佈所占數量不超過1000 ppb ν/ν。此類污染 物之範例可能包括離子、水或有機溶劑或粒子。可溶性塗 佈材料或所形成的塗佈可能係分解為純樣本或經採取分光 技術、元素分析、HPLC或其他技術之提煉而分解。若難 以獲得南純度可溶性塗佈材料，則可對已沈積的塗佈實行 99832.doc -33- 200534331 離子交換或提煉以製作純度等級可接受之塗佈。在某此具 體只G例巾&括但不限於碳氫化合物、金屬離子及陰^ 子之塗佈材料的純度係選擇成防止在本發明之一經塗=的 感測器所測量的流體中出現有害污染物。亦可能(例如)藉 由化學提煉或真空烘烤及除氣來清潔沈積膜以使得製成= 膜具有較高的純度。 5亥保濩性的附著塗佈具有化學惰性且對流體、離子及氣 體之滲透性較低。該感測器的一表面上之一有效厚度的非 多孔附著塗佈保護該感測器以及形成於該等基板上面或内 部之結構（例如，磁體、電極及電性結構）以防腐蝕、產生 粒子、分層、膨脹或可能對該底層經塗佈基板之性能或操 作有不利影響之其他物理及化學變化。在一項具體實施例 中’有效厚度之塗佈保護該基板以防在高於25 〇C時出現腐 蝕。在另一項具體實施例中，有效厚度之塗佈保護該基板 以防在約50°C或更高溫度時出現腐蝕。對於向一基板表面 塗敷之一非多孔含氟聚合寡聚物的塗佈，可藉由將塗佈曝 露於腐餘性流體來測試其保護底層基板免受損害之能力。 可將塗佈有不同厚度塗佈之基板曝露於該腐蝕性流體且該 流體因來自該基板材料之離子、化學物質或粒子而分解。 可在室溫或在更高溫度下對該流體及經塗佈的基板進行測 試。可使用粒子計數器、ICP質量光譜法或HPLc來分析該 腐蝕性流體。可使用顯微鏡檢查及重量測定分析來檢查該 基板。 該塗佈材料係一具有化學惰性的聚合募聚物材料，其具 99832.doc -34- 200534331 有低於約40 dynes/cm之較低的表面能量，對溶解的離子、 ' 液體及氣體具有較低的化學滲透性，質量變化較低，而且 基本上不可壓縮。該聚合寡聚物鏈具有含氟並可溶解於溶 ^ 劑中之成對基團。該等保護性膜較佳的係可定性為針對一 測試氣體（例如氧或氮）之氣體滲透性低於Tefl〇n af⑧之 膜。可按照溫度、流體特性或膜厚度，而就以下二方面來 定性本發明之非多孔附著膜：經由一與體積受溫度控制的 • 流體接觸之薄膜樣本之滲透；以及，經由受測量的膜之擴 散。可藉由將該薄膜之外側連接至一偵測系統（比如， FTIR光譜儀或APIMS)來進行偵測。 丈于墊可能係該基板之一或多個表面並用於經由導線或光 纖從該基板向處理器、放大器之輸入及輸出提供電性及/ 或光學信號。在該背板中填充有玻璃或環氧樹脂之孔618 可能將導線或光纖614連接至該感測器元件6〇2。此一感測 器之一範例係一應變計，其中將該等電阻元件施加於該感 • 測器（例如602)與欲測量的流體不接觸之表面。可在圖6a 之隔膜表面606或在圖6B之表面626(未顯示的元件）上製造 該元件602。在一光學壓力感測器之情況下，例如，該基 板之表面上不存在焊墊及/或電子元件。在此情況下，該 基板表面本身或具有一反射塗佈之表面可能係用於測量。 在某些具體實施例中，該基板係可構建為一具有一感測 隔膜的壓阻或電容感測器之一壓力感測器。該感測隔膜可 能係由經蝕刻的矽、陶瓷、金屬或藍寶石製成。該感測器 可能具有一背板、感測隔膜、該背板與隔膜之間的矽玻璃 99832.doc -35- 200534331 黏接’以及連接至感測元件之電性引線。 ^ -壓力感測器可能包括-背板、-非多孔隔膜、與該隔 膜之-内表面相鄰之一感測元件、以及一高強度材料之玻 ^ 璃層（其係藉由鑲玻璃而黏接至該背板及該非多孔隔膜）。 該背板使該結構具有剛性。該背板之剛性抵抗從該外罩發 迗至該感測器隔膜上的感測元件之應力。儘管該背板並不 直接接觸處理媒體’但其具有機械穩定性並能適應高溫處 • 理。忒月板之熱膨脹率可能幾乎接近該感測隔膜之熱膨脹 率。iiL |可對熱效應作出補償，但大的失配可能在製造中 產生應力而可忐致使二物件之間隨時間而產生黏接。熟習 此項技術者將明白該非多孔隔膜可包括分別作為一壓阻或 電容型感測器的部分而形成於其上之一惠斯登電橋或一導 電層。 為形成一壓阻感測器，在該隔膜之一内表面上可形成一 石夕層，在5亥隔膜中形成諸如一惠斯登電橋之類的應變計。 除該背板包括穿過其而延伸之孔徑，該等孔徑經調適而可能 包含耦合至該感測元件之光學及/或電性引線。可藉由該 感測元件來偵測該隔膜附近的壓力變化。對該隔膜壓力之 • 增加及減小引起該隔膜之變形，進而改變該應變計之阻 抗。電阻變化與該隔膜附近的壓力相關。該壓力感測器之 構造可能使得該感測元件可偵測一絕對壓力或表壓力。 該壓力感測器可能包括在沈積於該隔膜上的壓阻感測元 件上形成之焊塾。在一項替代具體實施例中，該隔膜及感 測元件係修改成產生一電容而非一壓阻感測器。當施加壓 99832.doc -36- 200534331 力時會彎曲之薄感測隔膜在該感測隔膜之内表面上形成有 .· -電容板而在該背板之内表面上形成另一電容板。將一電 〉性引線連接至形成於該感測隔膜的内表面上之電容板，而 ^將另一引線電性搞合至該背板之内表面。隨著該隔膜與該 板之間的間隔隨壓力而變化，該等板之電容發生改變。可 藉由具有已知的合適構造之一電性連接的電路元件來偵測 此電容變化。 籲 在另工員替代性具體實施例中，該隔膜及感測元件係修 改成接受一光纖。當該隔膜之形狀隨壓力而變化時，該光 纖測量此隔膜形狀之變化。此隔膜形狀之變化係藉由來自 該光纖而從該隔膜與流體隔離之側反射的光能來偵測，並 與流體壓力相關。 說明用以激發感測器並偵測一回應之方法、構件及結 構。以下美國專利案中揭示此類方法、構件及結構之範 例·· 6,681，787，「數位質量流量控制器之操作系統及方 法」，由Tmsley等人所著；6,64〇,822，「數位質量流量控制 器之操作系統及方法」，由Tinsley等人所著；6,617,〇79， 「用以決定流體分注之可接受性之程序及系統」，pim〇n , 等人所著，6,596，148，「電鍍浴之再生及其系統」， 、.Bel〇gnia等人所著；6,575,02?，「質量流量感測器介面電 路」，Larsen等人所著；6,527,862，「流量控制器」，

McLoughlin等人所著；6,449,571，「用於感測器回應線性 化之系統及方法」，Tarig等人所著；6,445,98〇，「用於可 變增益比例積分（PI)控制器之系統及方法」，”以8著，·其 99832.doc -37- 200534331 中每-專利案之全部内容皆以引用的方式併入於此。 ' 可用作塗佈材料之含氟可溶性聚合募聚物之範例包括第 :.6’2。1，〇85说美國專利案中所揭示者，該案之全部内容以弓1 〔帛的方式併人於此。該些塗佈材料中的有些材料係藉由全 .^鏈烯基乙烯基_)的環聚合募聚反應而獲得之全氟聚合 券承物。该些含氟的聚合募聚物由於其非晶結構而可溶於 有機命Μ ’並可塗佈至一基板上。在一項具體實施例中， 籲將該可溶性含敦聚合寡聚物塗佈至一基板上而不混入氣 泡。在另一項具體實施例中，將該可溶性含敦聚合寡聚物 塗佈至-基板上而不混入氣泡，且其中在該塗佈程序期間 該可溶性聚合募聚物自沈積於該基板上的數量中產生的損 失小於90%或小於1〇%。該基板可能係可藉以形成—附著 膜之任何材料。例如，可藉由一附著促進劑（例如，氨基 石夕燒麵合劑）來處理該基板而然後藉由該全氣聚合寡聚物 來塗佈該基板。替代性的係，將該全敦聚合寡聚物之端基 修改成提供化學基圏以提供與該基板之附著，如第 5,498,657號美國專利案中所揭示，該案之全部内容以引用 2方式併人於此。例如’可藉由有機我來修改該聚合寡 .^物鏈之端基’該有㈣斜詩將經修改的全氟聚合寡 聚物鍵結至該基板。使用與該基板或感測器反應之一附著 促D或1^化學修改之聚合寡聚物，可將該聚合寡聚物附 者於该基板。藉由與基板表面反應，該等基團可有助於減 少該基板表面之腐蝕。用於塗佈之其他有用的可溶性含氟 聚合募聚物可能包括French等人在「氟化學期刊」第122 99832.doc -38- 200534331 山03年)中所揭示者。可用化學方法將該些聚合寡聚物 之端基，改成促進與該基板表面之鍵結或可將該些端基圏 與一附著促進劑組合以形成與該基板之附著膜。

使用j附著促進劑可避免形成分離的阻障/鈍化層及分 離的附著層錢即帶來的缺¥卜依據本發明，可採用各種 可購得之附著促進劑中的任何促進劑，例如但不限於以石夕 烷為主的有機附著促進劑。合適而可購得之以矽烷為主的 附進促進劑包括3_Aps(3·氨基丙基三乙氧基矽烷）或 M〇ePS(3·甲基丙烯氧丙基三甲基氧錢）。亦可採用其他可 購得之錢附著促進劑，該等促進劑含乙絲、氯丙基、 環氧樹脂、二胺、氫硫基及/或陽離子苯乙稀有機㈣ 基。若化學上可接受，則可使用非矽附著促進劑，其含有 (例如）銘、鎵或其他元素。 該塗佈材料溶解於一溶劑中。該塗佈材料可能包括在其 主鏈中具有脂環族結構（而較佳的係在其主鏈中具有含氟 脂族醚環結構）之含氟聚合寡聚物。該塗佈材料中的聚合 :聚：之鏈可能具有反應基以鍵結至該基板。該塗佈材料 ♦ 口券聚物可能具有多個分子，例如但不限於：可黏接至 該基板的塗佈材料中所溶解之胺功能化的有機矽烷；以 及，該等聚合募聚物鏈上用以將該聚合募聚物鍵結至該基 板之反應基。該塗佈材料聚合寡聚物可能具有用以黏接至 該基板以及與其他聚合募聚物鏈鍵結之反應基。 該塗佈材料中的聚合募聚物之分子量可用於針對表面覆 盍、附著、強度及化學滲透性而訂制該塗佈。對於沈積於 99832.doc -39- 200534331 上之給定數量的塗佈材料，該塗佈溶液中所使用的 ' * °募*物之濃度將影響該塗佈溶液之分注、黏度以及形 ' 膜之厚度。該溶液中聚合寡聚物之濃度取決於該聚合 ' 7 K物之刀子里，但依重量計可能小於約50〇/〇而較佳的係 J於、力25%。可藉由該塗佈溶液中該聚合寡聚物之濃度以 及藉由其^子量來控制該基板上的非多孔附著塗佈膜之密 度亦可糟由增加該聚合寡聚物濃度、使用含氣聚合募聚 籲物之w a物、或增力口該分子量來改變膜密度。 該塗佈材料包㈣合寡聚物分子並可用於指二聚合分子 ^或夕個父連的募聚分子。可藉由寡聚分子或寡聚物與 聚合募聚物之-混合物來實施本發明。可使用的寡聚物包 括遠些具有反應基之含氟分子，該些反應基類似於本文所 揭示的聚合募聚物或聚寡聚分子中存在的反應基，尤其係 類似於可用於在對一募聚塗佈材料進行熱、化學或光化學 固化後旋即形成較高分子量的聚合寡聚物種之該些反應 ，基。 〜 用以塗佈本發明之基板（而較佳的係感測器基板）之材料 可能包括如下所述之材料：藉由化學鍵結至該基團而固化 並附著、形成足夠厚度的無缺陷（例如，無裂縫、空隙或 . 氣泡）膜以向該基板提供化學保護且在其塗敷時不削弱或 明顯削弱該感測器之敏感度或該基板之物理特性。在某此 具體實施例，該塗佈與流體之相互作用最小，例如，沒有 會修改該感測器回應之膨脹或吸收現象；該塗佈向該感測 器基板提供化學保護以防腐蝕或劣化。器件對於具有形成 99832.doc -40- 200534331 於-部分基板上的電子電路或具有其他對溫度敏感的元件 (比如磁體）之感測器及基板可在與該等感測器及基板相容 之溫度及處理條件下塗敷該等材料。該非多孔膜之固化較 佳的係在低於該塗佈材料溶劑沸點且低於聚合募聚物膜的 Tg之溫度下發生。視需要，在此固化發生後，接著可能讓 具有該塗佈的基板之溫度遞增至大於該溶劑濟點且大於該 聚合寡聚物材料的Tg之-值，以移除任何殘餘溶劑並促進 该塗佈附著於該基板（較佳的係一陶£基板）。冑好，該塗 ㈣成在低於約2(KrC而更佳的係低於約12()γ之溫度下附 著於該感測器基板之一均勻膜。 可依據該基板之耐熱性來選擇心乾燥該含氟溶劑或從 該含氟聚合寡聚物移除該含敦溶劑之溫度，而該溫度可在 從15〇C至約15G°C之範圍内；而較佳的係低於例。在-項具體實施例中，蒸發期間的溫度可能在從約15^至約 5〇°C之範圍内並使得在該感測器基板上形成未固化的聚合 寡聚物之-無裂縫的膜。可藉由對處於不同溫度及氣體流 動條件下的塗佈材料進行熱重量分析，來決定形成該非多 ，膜之蒸發參數。蒸發時間將取決於材料數量、溶劑之蒸 氣壓f、表面積、該基板及周圍環境之溫度及氣體之流 率。熟習此項技術者會明白’可修改該些因素，但是所形 成的膜並無缺陷(裂縫、空隙、氣泡)。為防止膜厚度不規 則，可在-抗靜電環境中移除該溶劑。從該塗佈材料組成 物之洛劑热發使得由該基板上之塗佈材料形成一聚合寡聚 物之非多孔膜。在圖2A與圖2B之間標記為咖之步驟中示 99832.doc -41 - 200534331 意性顯示此操作。較佳的係，該基板上的塗佈材料膜係非 •彡孔而使得流體或粒子除藉由滲透作用或擴散外皆不能穿 過該膜。該基板上的塗佈材料膜（而較佳的係一非多孔膜） ；Y能係固化而在該基板表面上形成-塗佈材料的非多孔附 著膜。可能使用較長的固化時間使得該附著促進劑在較低 的溫度下發生反應。較低的固化溫度允許直接及處理塗佈 具有沈積的電子元件之基板，從而提供低成本之製造方法 • 並允許使用不太昂貴之電子元件。 在來自塗敷於該基板的塗佈材料之溶劑分注及隨後蒸發 期間’可控制圍繞該基板及塗佈的空氣成分。此舉可包括 但不限於控制以下因素··溫度、整個經塗佈基板上之氣體 流率、氣體成分（係控制成包括活性氣體以及溶劑蒸氣卜 抗靜電環境之使用，或者該些因素中任何因素之一組合。 一旦該聚合寡聚物已在該基板上形成一自我支撑的膜 (例如圖2B中的224)，便可將該自我支撐的膜固化成促進 邊聚合募聚物附著於該基板。最好，該塗佈形成在低於約 2〇〇°C而更佳的係低於約丨2〇〇c之溫度下附著於該感測器基 板之均句膜。可讓該固化溫度緩慢遞增至該固化溫度以 • 避免溶劑之快速除氣及形成氣泡。藉由讓該溫度遞增至高 • 於4 ’谷劑沸點且高於該含氟聚合募聚物的U之一值，來移 • 除該膜中的殘餘溶劑，並可用來讓該含氟聚合寡聚物之尾 端基進一步與該陶瓷基板反應以促進附著或内部交連並增 強化學阻抗。可在能夠以約5°c/小時或約10cC/小時或更 南之速度來增加處理溫度之一烤箱中實施此程序，只要在 99832.doc -42- 200534331 溫度高於該溶劑沸點並超過聚合募聚物玻璃轉換溫度時該 ' 膜中不士成裂縫便可。在將該基板上的非多孔膜加熱至高 ·' 於該溶劑彿點及聚合寡聚物玻璃轉換溫度之一溫度後，允 ’ 午在隶、；/JnL度下將該基板浸泡約2小時或足夠的時間以將 該膜化學鏈結至該基板。將該膜充分黏接至該基板表面所 而的日守間可能依據該基板、最終溫度及該等附著促進基團 之反應性而變化，但可能在加熱的各種溫度及時間後以一 鲁標準條測試測量該非多孔膜之附著。在該等蒸發及熱處理 私序期間可對惰性氣體進行淨化。 ^水蒸氣或任何其他可懕縮的蒗盔炎_ :w .

範圍很廣的各種基板可能具有依據本發明 明之一非多孔附 者塗佈。

實施例中，含有溫度敏感成分及材料

板’其中包括金屬、玻璃、陶養 成樹脂。在一項具體實施例中， 之基板係基 電子及光學 99832.doc -43- 200534331 料’可挽性的、模制的或成形的物件。尤其有用的係該些 ‘ 具有諸如但並不限於氫氧羥基及羧酸基團的反應基之基 >. 板’氣氧經基及羧酸基團可用於與該塗佈材料中或一所添 - 加的附著促進劑中之含氟聚合寡聚物分子之一部分產生化 學反應或鍵結。本發明之程序亦適用於電極及電子組件之 封裝。與該等基板之一部分流體接觸的非多孔附著膜塗佈 會黏接至該表面並減少或不滲透流體及流體中會劣化或腐 鲁*虫底層基板的離子。該劣化可能影響底層基板之物理或化 學特性，從而影響到所期望的基板使用。該基板上的非多 孔含氟聚合募聚物塗佈可用於防止將劣化產物（例如但不 限於粒子、为子及粒子）從底層基板釋放進該處理流體。 可藉由本發明之材料及方法來塗佈之感測器較佳的係， 可在該些感測器上面塗敷一聚合寡聚物層以在該感測器上 形成該聚合寡聚物之一無氣泡厚膜，例如但不限於：晶粒 壓鑄、喷霧噴塗、浸入塗佈或該些方法之一組合。可採取 一單一步驟來塗佈該等基板，但是為了獲得一所需的膜厚 度或為了在採取一單一步驟來塗佈整個物件不可行之情況 下塗佈多個基板而可以採取多個塗佈步驟。若該等基板係 •平坦的’則其可能包括在其表面上的通道或凸起的結構。 ,該等感測器基板可能具有一表面，該表面可能具有反應基 或可能經化學處理（例如，藉由電裝、預先塗佈或化學方 法）而在該感測器表面形成多個基團，該等反應基或所形 成的多個基團能夠進-步與該塗佈材料中的聚合寡聚物分 子上之反應基反應，從而將該聚合寡聚物之一部分或全部 99832.doc -44- 200534331 黏接至該基板。該等聚合募聚物分子除與該基板表面黏接 外’還可在彼此之間發生反應以形成一交連結構。可能藉 由熱、光化學或化學處理來啟動該聚合寡聚物的反應基彼 此間或與该表面間的反應。例如，對該基板及聚合寡聚物 膜之熱處理可能引起該基板與該聚合寡聚物上的反應基之 間的水解反應。

該塗佈亦可能藉由在經塗佈的基板存在一機械故障之情 況下保持一流體密封而有助於保護一流體系統之物理完整 性。例如，若將一表型的陶瓷壓力感測器曝露於一超過其 壓力等級之壓力條件，則脆弱的感測隔膜有可能出現故障 而允許該處理流體經由該感測器之空氣通風孔逃逸出該流 體系統，從而可能對附近的設備造成損害或威脅到區域内 的人身女全。若如圖6所說明，該感測器隔膜6〇8係塗佈有 可撓性及延伸性的無缺陷附著材料，則可在隔膜出 現故障及經由該通風孔616出現流體損失之情況下保持流 體系統之完整性。該塗佈還可在經塗佈的組件出現故障之 情況下防止該流體系統受到污染。 若該基板包括介於不同材料之間的一或多個材料介面， 則可向該等基板及一或多個介面塗敷一聚合募聚物塗佈材 料以使得該等基板及介面具有化學及機械優點。較佳的 係，該等表面中的每一表面皆能夠或已經處理成與一附著 促進劑或該聚合寡聚物塗佈材料中的聚合募聚物分子反應 以實現該塗佈材料與該基板之附著。熱、光化學或化學反 應或該些反應之-組合可用於讓該等表面與塗佈反應以實 99832.doc -45- 200534331 現附著。 對於透光的聚合募聚物膜，可將一化學敏感材料併入該 等聚合寡聚物分子之一部分，或可將該化學敏感材料併入 該聚合寡聚物膜之表面。例如，可藉由從該塗佈吸收或反 射的光來偵測色彩或吸收之變化以指示該流體中是否存在 需要的或有害的分子。可藉由含氟聚合寡聚物塗佈材料組 成物來塗佈光學窗以向該窗提供化學及物理保護。 該聚合寡聚物所塗佈的基板可包括但不限於：包括應變 計之壓力感測器；基於電容之壓力感測器；以及，基於光 纖或雷射二極體之壓力感測器，其係用以測量造成特性變 化之因素，例如從該隔膜表面反射的光或電磁能量強度。 該基板可充當該聚合募聚物膜及併入於其上面的任何化學 敏感材料之-支撐物。對於光學應用，該基板及膜可能在

之一聚合募聚物材料塗佈。 斗塗佈。可使用熟習此項技術 不限於使用0型環、墊片及熔 而^佈有聚合募聚物之感測 、器或安裝於該外罩或容器内 者已知的方法及材料（包括但巧 焊），將處於一外罩或容器内 器或光學窗安裝至該外罩或容 99832.doc -46- 200534331 部。可藉由浸入而將該外罩放置成與該流體接觸，或該外 罩可能具有流體人π或出口埠以將該感測器安裝成虚一導 管内的流體形錢體料。料窗可錢處在料

體化學成分的氣體單元中，今#夕 、 /;IL 产σ 干π τ忒非多孔附者塗佈保護該等窗 及氣體單元以防腐钕及產生粒子。 可組合經塗佈的感測器以形成流量計及其他測量器件，

例如但不限於：溫度補償壓力m、流量計及流率補償 化學感測器。 將參考以下非限制性範例來解說本發明之各方面。 範例1 本範例說明藉由一含氟聚合募聚物來塗佈一感測器基板 以在該感測器上形成一非多孔附著塗佈。該塗佈不影響該 感測器之敏感度。 θ 將可從Asahi玻璃公司購得之cγτ〇ρ⑧塗佈到MetaUux陶 瓷壓力感測器上。CYT0P⑧係在其主鏈中含有一脂族醚環 結構之一含氟聚合物。該Metallux陶瓷壓力感測器上的 CYTOP®塗佈形成一整體塗佈並包括：將該聚合寡聚物溶 液塗敷到ό亥感測裔上而不混入空氣氣泡，以及緩慢遞增至 該固化溫度以避免溶劑快速除氣及形成氣泡。 來自一單一 Metallux壓力感測器之校準資料；未經塗 佈、2.5 mil(0.0063 cm)的 CYTOP 塗佈以及 5 mil(0.013 cm) 的CYTOP塗佈表示對於其中任一條件（未經塗佈、25 mil 或5 mil)，敏感度並無明顯差異，如圖3所示。

Metallux資料顯示在2,〇〇〇,〇〇〇 F.S.壓力循環後之一偏移 99832.doc -47- 200534331 <0.2% ’而在820C下110小時過後之一偏移<0.05%。 範例2 本範例顯示該含氟聚合寡聚物塗佈可提供高純度的塗 佈，而可使用該塗佈之厚度來減少對來自一經塗佈基板的 污染物之過濾。該塗佈保護底層基板以防該流體之腐蝕。 對塗佈有Cytop®樹脂的Metallux壓力感測器之化學相容 性之評估。從使用HC1、四曱基氫氧化銨（TMAH)及DI水之 測試，獲取可提煉物之資料。 從藉由DI水來進行的測試獲取之該等可提煉物之位準皆 很低。從TMAH及HC1測量獲得之結果顯示高位準的鋁， 而TMAH顯示高位準的鉛。在二化學物質中，相對於塗佈 有5 mil(0.013 cm)厚的Cytop®層之感測器，該等鋁及鉛在 塗佈有2.5 mil(0.〇〇63 cm)厚的Cytop®層之感測器中具有更 高的位準。來自二化學物質的鋁位準在塗佈有5 mil厚的 Cytop®層之鋁釦狀物中最高。 使用十個鐵氟龍（Teflon)外罩來進行該些測試，其中每 一外罩皆係設計成固持二Metallux壓力感測器。藉由所安 裝的感測器，每一單元皆固持約L5 ml之流體。在安裝 後’ 4寺一感測為、中每一感測器之表面皆與該流體接觸。 測試四個不同材料：鐵氟龍虛設感測器，其尺寸與該等 壓力感測器相同而係用作一基線；鋁釦狀物，其尺寸與塗 佈有一5 mil(0.013 cm)的Cytop®層之壓力感測器相同；塗 佈有一 5 mil(0.013 cm)的 Cytop® 層之 Metallux 壓力感測 器；以及塗佈有一 2.5mil(0.0063 cm)的Cytop⑧層之 99832.doc •48- 200534331

Metallux壓力感測益。使用三個不同的化學物質：去離子 水、10%的鹽酸以及2.5%的四甲基氫氧化銨（TMAH)。表j 顯示說明每一單元中受測試的材料及化學物質。

在實驗開始之前，在10%的HCL中經一整夜時間預先提 煉鐵氟龍封裝、用於密封該等單元中的感測器之以如〇 型環以及該等鐵氟龍虛設感測器。—旦將該等材料及化學 物質安裝於每一單元中，便將該等十個單元放置於一5〇〇C 的烤箱中-個月。在該—個月期間，對含有該等紹知狀物 之單，進行週期性的電阻測試。使用一萬用表來測試橫跨 該些單元中的每-單元内二個心狀物之電阻。在該等測 量中任何測量期間皆觀察不到電阻之增加，此情形指示離 子渗透穿過該等膜並未產生可測量數量之離子。在該月末 長:父所有化學樣本以作可提煉物測試。 在10%的HC1中對感測器進行為期30天的提練。提練體 積為1.5 mL。使用ICPMS對樣本進行金屬分析。在TMAH 中對感測器進行為期3〇天的提煉。提煉體積為Μ虹。製 備TMAH提煉物以藉由加熱板蒸發及在贿^中重新组成來 進行分析。使用ICPMS對樣本進行金屬分析。在水中對感 測器進行為期30天的提煉。提煉體積為i5 mL。使用 ICPMS對樣本進行金屬分析。 以ug/單元為單位來報告可提煉物之結果，其中一單元 係包含二感測ϋ之-料。藉由DI水來進行的測試所^生 之可提煉物位準皆低於i ug/單元。從塗佈有cy_⑧的銘 扣狀物可發現位準最高的可提煉物，其中納位準為ο·。 99832.doc -49- 200534331

Ug/單元，鉀位準為0.59 ug/單元，而鈣位準為〇·24 %/單 元。 對HC1水進行的測試所產生之可提煉物位準皆低於丨以岁 單兀（鋁除外）。來自塗佈有Cyt〇p⑧的鋁扣狀物的鋁位準最 南（5·41 叩/單元）。來自塗佈有 2.5 mil(〇.〇〇63 Cm)Cyt〇P®

的感測器之！呂位準（3.51 ug/單元）比來自、塗佈有5mii(〇•⑴ cm)Cyt〇P⑧的感測器之鋁位準（〇15 ug/單元）高得多。來自 塗佈有5iml(〇.〇13 cm)Cyt〇p⑧的感測器之鋁位準比來自鐵 氟龍扣狀物之鋁位準（0·42 ug/單元）更低。 對TMAH進行的測試所產生之可提煉物位準皆低於1叫/ 單το (銘及&除外）。$自塗佈有Cyt。^⑧的紹扣狀物之紹位 來自塗佈有2.5 mil(〇.〇〇63 準最高（6.59 ug/單元 cm)Cyt0p®的感測器之紹位準（2」8心單元）比來自塗佈有 5 mil(0.013 cm)Cyt〇_的感測器之鋁位準（θα吨/單元）高 出五倍。來自塗佈有5 mil(GG13 em)Cyt—的感測器之紹 位準接近來自鐵氟龍扣狀物之紹位準（G 3l⑽單元）。在該 «龍扣狀物及塗佈gytQp⑧的紹扣狀物中的純準很小 (0.01 ug/早兀）。來自塗佈有2 5 mil(〇 〇〇63 ⑧的 感測器之純準（2.19 ug/單元）比來自塗佈有5 mii(〇 〇i3 Cm)Cyt0p®的感測器之鋁位準（〇 69 —單元）高出三倍。 99832.doc -50- 200534331 表1 測試 單元 材料 塗佈 厚度 (mil) 塗佈缺陷 化學物質 1 鋁#1 5 外部邊緣上的小點 DI水 鋁#2 5 無 2 感測器#C02482/l-8 5 外部邊緣上的小點 DI水 感測器#C02482A-12 5 外部邊緣上的小點 3 鐵氟龍 缺 缺 HC1 鐵氟龍 缺 缺 4 鋁#6 5 無 HC1 鋁#4 5 無 5 感測器#C02482/1-13 5 外部邊緣上的小點 HC1 感測器#C02482/l-9 5 邊緣附近的小纖維瑕疵 6 感測器#C02482/1-16 2.5 無 HC1 感測器#C02482A-15 2.5 無 7 鐵氟龍 缺 缺 TMAH 鐵氟龍 缺 缺 8 鋁#3 5 無 TMAH 鋁#5 5 無 9 感測器#C02300/1-10 5 外部邊緣上的小點 TMAH 感測器 #C02300/1-11 5 無 10 感測器#0)2482/1-14 2.5 無 TMAH 感測器#C02482/M7 2.5 無 99832.doc -51 - 200534331 範例3 本範例說明一種用於藉由一定體積的無氣泡之含氟聚合 募聚物來塗佈一基板之方法。 使用體積大於約200 μΐ之Cytop⑧塗佈材料，可將該塗佈 材料溶液塗敷於整個感測器表面，該感測器表面係一八角 形且一橫跨該感測器之邊緣至邊緣長度約為〇·654英寸 (1.66 cm)而面積約為〇·35平方英寸（2·26 cm2)。

為避免在向該感測器表面塗敷的Cyt〇p⑧塗佈中產生小氣 泡，該些氣泡一經加熱便膨脹而產生空隙或多孔膜，在分 注後該吸液管並不爆裂。該吸液管尖端係固持於恰好高於 感測器/塗佈表面以讓塗敷於該表面上的溶液液滴不:生 氣泡且最好仍不產生會㈣該基板上的塗佈主體上之個別 液滴。在於一烤箱中加熱之前，允許對該溶劑進行至少％ 分鐘的蒸發1於第：塗佈及後續塗佈可能㈣更長的基 發時間。 '

本範例說明多個塗佈基板，其係具有—含氟聚合寡聚物 (該含氟聚合募聚物在其主鏈中具有1旨朗環結構）的非 多孔塗佈之壓力感測器。 k佈有可從Asahi玻璃公司 ° cyt〇ptm係藉由全氟（烯 全氟聚合物並包含鍵結 METALLUX 501陶瓷感測器 購得之Cytop®全氟聚合募聚物 基乙稀醚）的環聚作用而獲得之 至該碳鏈之氟。 陶瓷壓力感測器 藉由CYTOP®全氟聚合寡聚物來塗佈一 99832.doc -52- 200534331 的潮濕表面之目yr μ 增強該些表面的化學阻抗，從而 使得接觸到該感測器之處理流體受污染之風險最小。該些 感測器使用及製造故办 來不如用於壓力感測器的藍寶石隔膜 昂貴。 、 、 此範例中的塗佑0 # A , 、 佈秸序包括以下步驟：清潔並將欲塗佈的 表面脫水，向該咸、、目丨〇〇· I. 戊測為表面塗敷一 CYTOP®全氟聚合物溶 液的無氣泡塗佈，允許該溶劑之主體在室溫下蒸發，在低 於該塗佈材料溶劑沸點且低於CYTQP附輯之溫度下對 该感測11 ^行軟_以移除大部分殘餘溶劑，以及讓該溫 U θ至π於為，合劑沸點且高於該c γτορ PFP材料的Tg之 、私除任何殘餘溶劑並促進該塗佈附著於該陶竞基 板田對於;錢佈來錄於歸蚊較厚、塗佈，可 在取、、:t、烤或固化循環之前按需要重複塗敷、蒸發及固化 之步驟以獲得所需的厚度。 對欲塗佈的表面者r、主 只仃h 4及脫水可確保該感測器與該 、”、、〇 土佈之間良好的附I，應ϋ由濕的丙酉同擦拭來擦 =欲塗佈的表面（感測器隔膜）以移除任何有機材料且然後 W i ml)來進行沖洗以移除任何殘餘的粒子材 料…、後，可在U〇°C烤箱中烘烤60分鐘該感測器以驅除 a :。氣在。亥烘烤循裱結束時，可將熱的感測器放置於 乾u々部’並一直保留於該乾燥器中直至受到塗佈。 t該隔膜塗敷一 CYT0P⑧PFP(全氟聚合寡聚物）溶液之 無乳泡塗佈。該塗佈材料係「CTL_職」，其係As也的 M」CYTOP全氟聚合寡聚物(低分子量等級)在 99832.doc -53- 200534331 1〇〇(-全氣鏈維要係全氟丙_))中之—7%(依重量物 溶液。 該塗佈程序使用安裝於一夾具（fixture)中的感測器（隔膜 向上），该炎具具有-直徑為18賴之凹陷來定位該器件。 該凹陷中d直徑為15·25 mm的導通孔為該等電性連接 器/電緵提供空隙。該凹陷係水平以提供均勻的塗佈厚 度。若該感測H具有-電纜，則該電缓之f量中心落在該

感測器的O.D·之垂直延伸内以防該感測器在該夾具中傾 ^ N -旦正確固定該感測器，便使用一精確的微升吸液器向 該隔膜塗敷足夠體積的CYTOP⑧溶液以覆蓋整個隔膜表 面，但此體積並不足以克服該隔膜邊緣處的表面張力，且 允許該溶液溢出該等邊緣。用實驗方法決定，至少需要 200 μΐ的溶液來完全覆蓋該隔膜表面。（使用更稀的CYT〇p 1〇7Μ溶液使得該隔膜之作用表面[最小熱質量]區域上的塗 佈厚度因蒸發冷卻效應而出現明顯變化）。 從該隔膜上的溶液排除或立即移除任何氣泡，因為該等 氣泡將在該塗佈令形成缺陷（針孔或細點）。避免產生氣泡 之-方法係使得在藉由仔細的吸液技術而將該溶液從吸液 管傳輸至隔膜時該溶液之速度最小化。同樣，言 中所使用的i ml吸液器尖端在該尖端内有一很小的開口， 此開口能產生較高的溶液分注速度以及使得該塗佈中混入 空氣氣泡。藉由將該錐形吸液器尖端往後切割約5，使 得該尖端開口之直徑增加至足以使得由於較高分注速度而 99832.doc -54- 200534331 導致的氣泡產生情況最小化。可藉由該吸液管尖端而將該 液體塗佈中的可見氣泡移動至該隔膜之邊緣或吸進該吸液 管，但是，該些動作可能導致形成不能目測的小氣泡而該 些小氣泡最終將成為塗佈缺陷。 允許該溶劑主體於R.T·下蒸發。在已向該感測器隔膜涂 敷CYTOPd) PFP溶液之無氣泡塗佈後，在移除該感測器前 允許該CT SOLV-100之主體於忆丁.下蒸發約3〇分鐘。此舉 將使得感測器具有可安全地傳輪至該「軟烘烤」或固化烤 箱中之一物理上穩定的塗佈先驅物。 在低於該溶劑沸點且低於CYT〇p⑧的以之溫度下對該感 測器進行「軟」烘烤以移除大部分溶劑。該CT_S0LVH 溶劑之沸點約為l〇〇〇c ’而該CYT〇p聚合募聚物之Tg為 1〇8〇C。此處理步驟之目的係移除該塗佈中大部分溶劑而 不必在為額外塗佈或最終烘烤步驟作準備時啟動該等聚合 寡聚物的端基之進-步反應。此步驟較佳的係對處在與: ㈣程序中所使用的夾具相同（或類似）之夾具中之感測器 來貝把，以使該感測器在於—6G分鐘週期内從仙。C之 遞增至60。(：之溫度時基本上保持水平。 ’皿又 可按需要重複該等二個| a H 士 寻—個先則的塗佈、蒸發及軟烘烤步 驟，以獲得所需的最終塗佈厚度。 藉由讓該溫度遞增至高於該：劑彿點且高於cyt〇p的τ =值|來移除該膜中的殘餘溶劑並促進該塗佈臈附著於g :二反。此步驟之目的係，從該隔膜之塗佈移除任何殘餘 浴劑並促使該CYT〇P「M」聚合募《之⑼基進_ = 99832.doc -55- 200534331 。亥陶瓷基板反應以促進附著或内部交連並增加化學阻抗。 此程序係實施於—烤箱卜該烤箱能夠以約州小時之速 度將處理溫度從60。(：提高到〗25。〇，接下來在125。〇下進行 2小時的「浸泡」。 此吸液管範例說明用於傳輪流體且具有—或多個塗佈有 -非多孔附著塗佈的結構之一材料處置器件之一範例。該 器件包括可用於安或多個光學感測器並包括流體入口 及流體出口連接之一外罩。 该材料處置器件可能經塗佈並用在不利的腐蚀性環境 中。向该益件塗敷之非多孔附著塗佈保護底層結構以防腐 蝕、產生粒子、分層或改變由該流體引起的操作。藉使用 -低溫固化處理條件而能约塗佈多個流體接觸結構，並簡 化該製程，因為能塗佈在該等結構内已經存在或在結構上 已、4成引線電子兀件、焊塾及温度敏感磁性元件之多 個器件。可使用成本較低的材料(例如)來製作可因此而以 該含氟塗佈來塗佈之—葉輪。可在低溫下製備完全封裝的 葉輪。 圖7所說明的材料處置器件 心， 茱輪泵。以一含鼠寡聚 物的非多孔附著塗佈來塗佈之葉輪 '、輪泵、、、σ構可此包括但不限 於：安裝於該外殼7〇4之—或多個可選的感測器724、—入 口 732或一出口導管728之内部 °亥外罩容器736之内表面 以及〉瓜體處置葉輪712。該等葉於 、 /、㊣了此係固定或可挽性 的0 99832.doc 56- 200534331 可塗佈該葉輪結構或其部分(例如， 體740之葉片及支撐結構。 、有兹 理該葉輪表面。可藉由在一Γντ付者促進劑來預先處 曰 CYTOP® PFP(全氟聚合募聚 物）溶液中一採用緩慢旌鏟 句一 對δ亥葉輪在葉輪旋轉軸（圖7未 顯示旋轉軸）以下的部分進行與角度相關的浸入塗佈，來

塗佈該葉輪。該塗佈材料可能係CTL_i〇7M，其係A 二二氣聚合寡聚物(低分子量等級)在CT撕 *、王既鏈k (主要係全敦丙嗣））中之_ 7 % (依重量計）的 二液土佈之％轉率可能係選擇成防止在浸人該物件期間 二氣體，並輔助在該塗佈溶液中氣泡在該葉片上的聚結 =長。可使用具有用於該旋轉軸的導通孔之架子來固化 ::一塗佈。在一第二步驟中可於相同溶液中浸入塗佈該 旋轉軸。 n m於處置諸如漿料及腐韻性液體之類的流 體。此範例之塗佈方法可適用於其他材料處置器件，例 i:rt:面、風箱泵表面、混合刀片、金屬熱交換器 瓜-处置益件之其他表面（該些表面需要一低成本的保 護^塗佈來保護底層基板以防產生粒子、腐钱或劣化）。” :管已參考本發明之特定較佳具體實施例來詳盡地說明 ’但其他實施方案—樣可行。因此’隨附申請專利 乾一之精神及範缚不應受說明内容及本說明書中包含的較 佳貫施方案之限制。 乂 【圖式簡單說明】 、口 口以下說明、隨附申請專利範圍及附圖，將會在部分 99832.doc -57- 200534331 更月白本务明之其他方面、益處及優點，在該等圖 . 式中： )☆圖1說明具有—從一噴嘴分注到基板表面上而無氣泡的 ' 土佈材料之一感測器或基板，還顯示連接至該基板之電性 ♦ 或光學饋通； 圖2(A)說明沈積到一基板表面上之一定體積的無氣泡材 料’（B)顯示在蒸發溶劑後塗佈保形覆蓋本發明之一感測 鲁器基板以形成適合於固化之一非多孔膜； 圖3顯示有及無本發明之非多孔附著塗佈的感測器在不 同時間的校準資料； 圖4顯示用以藉由從一噴嘴分注到該基板上之一塗佈材 料來塗佈在一可旋轉平臺上的多個基板以在該等基板上形 成非多孔附著塗佈之一程序及裝置； 圖5以斷面圖來顯示說明配置於一外罩内並具有非多孔 附著塗佈之感測器；該外罩可能係安裝於一流體流動電路 中並具有入口及出口埠以連接至該流體流動路徑； 圖6A至B說明在與該感測器基底相對之表面上具有一非 多孔附著塗佈之一基板。 圖7說明具有一或多個感測器之一流體處置器件，該感 測裔及/或流體處置益件的多個表面之多個部分可能塗佈 有一非多孔附著之惰性塗佈。 【主要元件符號說明】 104 電性或光學饋通 108 基底或背板 99832.doc •58- 200534331 112 基底或背板 116 液滴或氣泡 120 感測器或基板表面 124 塗佈流體 ’ 128 噴嘴 204 聚合寡聚物塗佈材料 208 感測器或基板表面 _ 212 基底結構 216 基底結構 220 電性或光學饋通 224 非多孔膜塗佈 228 步驟 404 基板 408 移動平臺 412 未經塗佈的基板 • 416 基板表面 420 塗佈材料 424 分配喷嘴 500 具有多個感測器的器件 504 外罩或主體 ' 508 入口瑋 512 基板 514 墊片 516 非多孔附著塗佈 99832.doc -59- 200534331 520 基底 524 固定器 528 感測器 532 基板 534 墊片 536 非多孔附著塗佈 540 基底

544 固定器 548 感測器 554 埠 558 琿 562 出口埠 602 測量物理回應之結構 604 含氟聚合寡聚物的非多孔附著塗佈 606 内表面 608 感測器基板 610 外表面 612 基底 614 光學或電性器件/導線或光纖 616 通風孔 618 孔 624 含氟聚合寡聚物的非多孔附著塗佈 626 隔膜 630 隔膜626之表面 99832.doc -60- 200534331 632 第二基板 642 基板 702 處置或調節一流體之一器件 704 基底 708 葉輪 712 葉片/結構 716 埠 720 引線 724 感測器/結構 728 出口 732 入口 736 外罩/容器 740 葉輪磁體

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Claims (1)

1. 200534331 十、申請專利範圍·· 1 · 種物品，其包含： 一基板，其在該基板的一表面之一部分上包括非多孔 附f保護性塗佈，該塗佈保護該基板以防與該塗佈_ 之一流體的腐蝕，該塗佈包括化學鏈結至該基板表面之 一含氟聚合寡聚物。 2·如明求項i之物品，其中該塗佈保護該基板以防 25〇C時之腐蝕。 货 3 · 士明求項1之物品，其包括一附著促進劑。 4·如請求項1之物品，其中該塗佈材料包括具有脂環族結 構的含氟聚合寡聚物。 w 士月长項1之物品，其中該基板進一步包括磁體、一感 測元件或一流量元件。 6·如明求項丨之物品，其中該基板包括一可旋轉的軸或一 可撓性部件。 7·如明求項1之物品，其中該塗佈之厚度超過50微米。 8 · 一種物品，其包含： 一外罩，其具有至少一流體室，該室與一流體入口及 一流體出口形成流體連通； 一或多個結構，其與該室内之一流體相互作用；以及 。亥外罩或該等結構之一或多個表面，其與該流體相互 作用並在該等表面的至少一部分上附著有一有效厚度的 非多孔含氟聚合募聚物塗佈。 9 · 士明求項8之物品’其中與該室内的該流體相互作用之 99832.doc 200534331 該等結構係一隔膜、一風箱、一葉輪、一感測器或該些 . 結構之組合。 .· 10·如請求項8之物品，其中與該流體相互作用之該等外 : 罩、室及結構形成一泵、閥、一流體流量計或一流體流 • 量控制器。 11 ·如請求項8之物品，其中與該流體相互作用之該等外 罩、室及結構形成一泵。 # 12·如請求項8之物品，其中與該流體相互作用之該等外 罩、室及結構形成一流體流量控制器。 13 ·如請求項8之物品，其中與該流體相互作用之該等外 罩、室及結構形成一流體流量計。 14.如請求項8之物品，其中該蜜佈材料包括具有脂環族結 構的含氟聚合募聚物。 15· —種物品，其包含： 一感測器，其在該感測器接觸一流體之一表面上具有 ® —有效厚度之非多孔附著塗佈，該塗佈包括化學鏈結至 該感測器表面之一含氟聚合寡聚物。 16.如請求項15之物品，其中該基板包括探測結構，用以探 測该荨感測器及結構以測量與該流體接觸的該感測器之 . 物理回應。 1 7 °如請求項1 5之物品，其中該感測器基板係一陶瓷感測材 料。 1 8.如請求項1 5之物品，其中該感測器係一溫度感測器、一 流量感測器、一化學純度感測器、一壓力感測器或該些 99832.doc -2 - 200534331 感測盗之一組合。 19·如請求項15之物品，其中該塗佈保護該基板以防高於 2 5 C時之腐名虫。 20. —種方法，其包含·· 從在基板之一可化學鏈結的流體接觸表面上塗敷一 定數量之一無氣泡塗佈材料移除溶劑以形成一非多孔 膜，該塗佈材料包括-溶劑與可溶性含氟聚合寡聚物， 該含敦聚合S㈣具有將該聚合寡聚物化學鏈結至該基 板的該表面之反應基。 21·如請求項20之方法，其中該非多孔膜在向該基板之該表 面塗敷的該塗佈材料中包括1〇%以上的該聚合寡聚物。 22·如明求項20之方法，其進一步包括固化動作，以固化處 於該基板之該可化學鏈結的流體接觸表面上之該塗佈材 料的該非多孔膜，該固化將該聚合寡聚物之該等反應基 化學鏈結至該基板之可化學鏈結的表面以在該基板之該 T化；鏈結的流體接觸表面上形成一非多孔附著塗佈。 23·如请求項20之方法，其中該基板之該可化學鏈結的流體 接觸表面係一感測器、一導管、一外罩、一泵之一元件 或該些結構之一組合。 24·如請求項22之方法，其中該固化較佳的係在低於該塗佈 材料溶劑的沸點且低於聚合寡聚物的Tg之一溫度下發 生。 25.如請求項22之方法，其進一步包括升溫動作，以將該膜 之溫度升鬲至咼於該溶劑的該沸點且高於該聚合募聚物 99832.doc 200534331 材料的T g之一值。 26. 如請求項20之#法’ λ中該感測器之該可化學鍵結的流 體接觸表面包括能夠與該含氟聚合募聚物反應之_有: 矽烷。 27. 如請求項20之方法，其中該溶劑移除發生於一抗靜電環 境中。 28·如請求項20之方法，其中該塗佈材料包括一附著促進 劑。 29·如請求項20之方法，其中該感測器之該表面上的該附著 保護性塗佈具有大於50微米之厚度並保護該基板以防腐 音fe 〇

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