TW438624B - Chemical microreactors and method for producing the same - Google Patents

Description

經濟部中央標準局只工消費合作社印农 4386 2 4 A7 _B7_ 五、發明说明（l.) 本發明係關於一種化學微反應器及其製造方法，以及 此微反應器的基本應用。此化學微反應器在化學工業上， 主要是應用在合成方法上。 幾年前’文獻上就曾經針對化學微反應器做過報導， 相對於傳統用來製造化學化合物的生產設備而言，其具有 很多的優點。當化學方法轉變到大型技術量產規模時，會 出現一個基本的問題’即生產設備之尺寸將會比在實驗室 規模裡用來發展這種方法時所使用的器械要大上好幾倍。 舉例來說，如果要觀察一個化學合成法時，那麼彼此會產 生反應的化學種類，就可以經由其分子大小，通常是從低 於一個毫微米到數個毫微米的範圍之間，來確定其所對應 的規模。對於擴散及熱傳導現象而言，所對應的長度是從 幾毫米到微米範圍。由於大型技術上所需的產物容積，化 學反應器之尺寸大小通常位在數公分到幾公尺之際，所以 在實驗室規模下、反應容積為數公升到約100公升可獲得 之製程知識，至少對於均一的化學反應而言，不可能直接 轉化為大型技術規模。光是在液體的混合上，攪拌器最需 要的就是要藉此擴大物質運送，以便能縮小不同濃度範圍 之間的距離。在不同規模的反應器之下，也會產生所謂的 升級問題。一個在實驗室規模下被最佳化的的化學反應， 並不能立刻被轉移到生產設備上，而是在最後被應用在大 型技術的生產之前’先行轉移到一個規模在實驗室和量產 規模（技術上的規模）之間的試驗性設備上問題是，這 種方法發展的每個步驟都需要一個個別的最佳化循環，而 本紙ίΜϋ/η中關家縣（CNS)A4^( 21QX297公着） I I I I 裝— I I I ^ n ^ (誚先鬩讀背面之注意事項再C,本頁) A7 B7 43 86 2 4 五、發明説明（2.) (請先閱1«背面之注意^項再〆、本頁) 每個循環在過程引導時所需的發展期上係逐漸增加，相反 地’在一個異質性的催化作用中，觸媒粒子經常被盛裝在 一個多孔性的容器裡’而其孔徑大小在一個物質運送所對 應的範圍内（毫米至微米的範圍内）。 在一個只是根據實驗室規模所得知識之非最佳化製程 中，舉例來說，其化學合成之收獲量可能會很小，因為有 太多我們所不希望的副產物，由於一些反應情況較佳的副 反應而產生。 經濟部中央標準局員工消費合作社印* 為了解決前述將製程方法從實驗室規模轉移到量產規 模的問題’所以在多年以前’所謂的微反應器觀念就已經 被發展出來了 β其係關於一種將若干反應胞室並聯在一起 的設計方式，其尺寸為幾個微米到幾個毫米之間。這種反 應胞室的構造，是要讓物理、化學或電化學反應，能夠在 其内部進行。相對於傳統的多孔式系統而言（異質性催化 作用）’其胞室尺寸就被定義成一個微反應器，亦即平面 式地製造一個技術性製程.各個反應胞室在整個反應器上 的配置方式’也是以同樣的方式配置，尤其是週期性地將 其排列成一維或二維β廣義上的微反應器，還必須考慮到 所需的流體（液體和氣體）輸入及排出管道，以及感應器 和作用子，例如閥門、冷卻和加熱元件，這些將會控制或 影響各個胞室裡的物質流和熱流。 每個反應胞室都有一個橫句範圍，其大小在一個最有 利於物質及熱傳送的範圍内。因為流經每個反應胞室的容 積流量極小’所以整個反應器在經過此基礎胞室的並聯複 -6 - A7 438624 __B7___ 五、發明説明（3·) 製之後’就可以被放大到一個技術上所必需的規模（升級）。 利用此小型尺寸，就可以讓流體的濃度及溫度之區域性差 異，被縮減成一個最小的量。如此一來，過程就可以更加 精準地被調到最佳的反應條件之下，而使反應器裡的化學 反應轉換率，能夠在同樣的反應媒介停留時間下被放大。 除此之外，其所合成物質之純度和收獲量，都可以經由此 近乎最佳反應條件之調節，而達到最佳情形。如此一來， 就算是以傳統方式無法進行的此類化學轉換，例如準確地 將其中間產物攔下的情形，也就能夠被實現了。 有一系列用來製造此化學微反應器之建議。 其中之一，是微反應器可以以例如堆疊少許銅薄片之 方式加以製造，其係利用一種鑽石工具鑿出刻痕之方式來 建造其流體渠道。在1995年2月20至21日於Mainz舉行 的微系統技術研討會中，在DECHEMA專文第132卷第93 至107頁’ D. Hfinicke和G. Wiesmeier的論文「微反應器 裡的異質性觸媒反應（Heterogeneous Catalyzed Reactions in a Microreactor)」中，有述及一種此類的微反應器，其被 用來將丙烯部分氧化成丙烯酸。各個反應器基座是藉擴散 融接及隨後的電子束焊接之方式彼此相互連接β要進行此 種化學反應時，必須將所形成渠道内之銅，以部分氧化之 方式轉化成氧化銅（Ϊ)。 為了要能夠精確而又重覆地筚造此細微結構，需要一 種適用於此目的之微定位桌。各個反應胞室基本上是連績 地並因此以耗費時間及成本之方式加以製造。 本紙張尺度適用中國國家標準< CNS ) Α4規格（210X297公釐) ----------^------ir------線’ (讀先閱讀背面之注意事項再r、本I) ‘ 經濟部中央標準局員工消费合作社印聚 438624 A7 B7 五、發明説明（4.) 經濟部中央標準局員工消费合作社印* 應用 LIGA 方法（Lithographie，Galvano-Formung， Abformung平版印刷術，電鍍成型，製模），就可以將塑 膠層一通常是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)—以同步加速 輻射線加以曝光，然後顯像。以此方式所產生之結構，將 會以電鍍方式來填一層金屬上去。然後此金屬結構可以在 其次的方法步驟中，利用一種塑膠複製方式加以製模。W. Ehrfeld 和 H Lehr 在 Radiat· Phys. Chem.第 45 冊（1995) 第 349 至 365 頁，W. Menz 在 Spektrum der Wissenschaft» 1994 年2月’第92至99頁，以及W. Menz在自動化技術實作 (AutomatisierungstechnisdiePraxis)第 37 冊（1995)第 12 至22頁中，皆有述及此類方法。根據上述Spektrum der Wissenschaft這份專業文件之敘述’分開製造的各個元件或 次系統，係以適當的填補技術彼此相互連接β 有一種和LIGA方法相關，而無須使用極昂貴的同步 加速輻射線的技術’是一種所謂的雷射LIGA法。在這裡， 由ΡΜΜΑ所構成的塑膠層，將藉一種大功率的紫外線雷射 加以結構化，然後如同LIGA方法一般，以電鍛方式來製模（DECHEMA 專文第 132 卷第 1 至 29 頁，W. Ehrfeld et al. 「微反應器的潛力及其實現方式（P〇tentiais細如沾㈣⑽ of Microreactors)」）。 W. Menz在上述自動化技術實作中，也有提到一種衍 生出來的方法。根據此方法，在一片裡面已經以傳統方法 建造微電子電路的硬基底上，先塗上一層保護層，然後再 其上方塗上一整面的金屬化層，最後在上面再塗上一層塑

^ ,^，訂------^ (請先閱讀背面之注意事項再V-本頁} - P 表紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格（2丨〇><297公廣 經濟部中央榡率局員工消費合作杜印« 4386 24 A7 _B7____ 五、發明説明（5·) 膠模塊。然後利用一個根據liga方法所製造的金屬陣列， 將流體渠道的結構圏案壓鑄在模塊上。然後，將在所形成 的凹槽内覆蓋在金屬層上方的殘餘模塊，以電漿蝕刻方式 加以去除。而且在凹槽會被鐘上一層電化學性的金屬。塑 膠結構隨後會被去除，而基礎金屬層裸露出來的金屬區域 係以蚀刻方式加以去除。 無論是傳統的LIGA方法還是雷射LIGA方法都非常 昂貴，因為其在為塑膠層進行結構化時，都需要非常昂貴 的設備（同步加速輻射源）。 此外，從前述W. Ehrfeki et al.「微反應器的潛力及其 實現方式（Potentials and Realization of Microreactors)」之 論文中，可以得知一種用來製造化學微反應器之方法，其 中，其使用一種感光玻璃，例如FOTURAN® (Schott Glaswerke，Mainz )。所要產生的結構圖案，就可以經由紫 外線轉移至玻璃本體上。緊接著再經過一個熱處理之後， 除了被照射到的區域之外，玻璃上會產生結晶。這些結晶 隨後可以利用氫氟酸溶液優先加以去除。此方法具有一個 優點，即反應渠道可以經由平行曝光及蝕刻程序快速地加 以重製 '然而只可以使用一些特定的玻璃，所以此種製造 方式一方面昂貴，而且特別只限用於某些應用情形而已。 甚至在半導體工業上用來將矽的表面加以顯像之方 法，也被引用來製造微反應器。舉例來說，在DECHEMA 專文第132卷第51至69頁’IJ.Lerouet. al.的專業論文「微 型製程製造的迷你化學系統：技術上的可行性（Micr〇_ 本紙張尺度制中關家料（CNS) A4^( 21Gx297公藿) — -9- ,-----------裝------iT------Μ (讀先聞讀背面之注意事項再r^,本頁〕 . 經濟部中央標率局貝工消費合作社印农 438624 A7 s__—_B7___ 五、發明说明（6·) fabricated Minichemical Systems: Technical Feasibility )」中， 就有述及一種方法，其中，有三片被蝕刻過的矽晶片及兩 片末端晶片從外緣彼此相互連接。此外還使用一種填滿多 晶銀粒子的熱交換器，其同樣也構成微反應器。此種方法 之應用也是有限的，因為只能應用在矽而已。 在EP 0 212 878 A1中，述及一種用來製造平板狀熱交 換器之方法。其中，熱交換器所需的渠道結構，係利用一 種置於鋼板、不鏽鋼板、黃銅板、銅板、音銅板或鋁板上 之面罩（絲網印刷、光學印刷）所製成，而渠道本身則是 在面罩沒有覆蓋的表面區域上，利用一種化學蝕刻方法來 製成。一些此類的平板隨後以一種擴散式融接法彼此相互 連接。由擴散式融接法將彼此相互焊接的平板所構成的此 類熱交換器，也公開在EP 0 292 245 A1之中。 至目前為止’用來製造微反應器之習知方法都具有多 重的缺點，其中最主要的是，只能使用一種耗費時間及/ 或成本之方法’在反應器裡面製造出結構化的金屬表面， 或僅能使用不適合一些特定應用場合的玻璃或梦。 根據EP 0 212 245 A1及EP 0 292 245 A1所製造的反 應器則具有其他的缺點，亦即在所示的組態下，只有熱交 換器能夠被製造出來而已，因此，化學微反應器的多重應 用性就完全不可能實現。尤其是除了渠道之外，還具有半 導體電子電路、光導體以及其他俸作用子及感應器這類元 件的複雜反應器’是不可能以此種方法來實現。 因此，本發明之基本問題，就是要製造出能夠適用於 本紙張尺度適用中@财樣準（CNS )以祕（21()><297公教） -10- (請先閱讀背面之注意事項再〆本頁) 裝.

*1T 線 4386 24 A7 B7 經濟部中央標準局負工消费合作社印« 五、發明説明（？·） 許多不同應用場合之化學微反應器，而且可以由不同的、 甚至複雜的元件一例如電子迴路、光導體、作用予及感應 器、以及渠道内的觸媒層、防鏽層或其他功能的鍵層〜來 組成。此製造方法應該姜便宜，而且能夠快速地進行。尤 其是此類微反應器也必須能夠大量製造才行。 此問題係根據申請專利範圍第1至3項所述之方法， 以及申請專利範圍第16項所述之化學微反應器加以解決。 為了解決此問題而發明了三種化學微反應器之製造方 法，其至少包含一個具有流體渠道及流體之輸入和排出管 道的基底。此方法不必應用塑膠製模方法，其方法步驟如 下： 蝕刻法： a，在基底上面之金屬表面上’利用光阻層或絲網印刷 漆覆層來建造流體渠道結構’以便使金屬表面部分 地被這些覆層覆蓋住； b. 至少部分地將金屬從基底上所暴露出來的表面上， ,以無電流法及/或電化學法蝕刻掉； c. 完全將光阻層或絲網印刷漆覆層去除； d建造黏貼及/或焊接層； e·將基處和一個將流體渠道密封的密封條重疊，然後 藉黏貼及/或焊接方式將基底和密封條相互連接。 倒裝法： a.在基底上面之金屬表面上’利用光阻層或絲網印刷 漆覆層來建造流體渠道結構，以便使金屬表面部分 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4洗格（2丨OX”7公釐） •11- 0¾ (請先閱讀背面之注意事項再^-¾本頁) 4t 438624 A7 B7 五 、發明説明（8·) 經漪部中央標準局貝工消费合作社印¾ 地被這些覆層覆蓋住； b·在基底上所暴露出來的表面上，以無電流法及/或 電化學法鍍上一層金屬層； c. 完全將光阻層或絲網印刷漆覆廣去除； d. 至少部分地將基底上之金屬，以無電流法及/或電 化學法蝕刻掉，以便建造流體渠道； e，建造黏貼及/或焊接層； f.將基底和一個將流體渠道密封的密封條重疊，然後 藉黏贴及/或焊接方式將基底和密封條相互連接。 疊加法： a. 在基底上面’利用光阻層或絲網印刷漆覆層來建造 流體渠道結構’以便使基底表面部分地被這些覆層 覆蓋住； b. 在基底上所暴露出來的表面上鍍上一層金屬層； c. 完全將光阻層或絲網板印刷漆覆層去除； d·建造黏貼及/或烊接層； e. 將基底和一個將流體渠道密封的密封條重叠，然後 藉黏貼及/或焊接方式將基底和密封條相互連接。 本發明之化學微反應器具有下列特徵： a. 至少位在一個階層平面上的流體渠道； b. 流體之輸入和排出管道； c. 流體渠導係由彼此對立的金屬壁面以及在這兩個壁 面之間所延伸的其他金屬或塑膠壁面所包圍； d. 不同的流體渠道階層平面彼此間係利用適當的焊接 . ^^-- (請先閲讀背面之注意事項再；.：'*'·.本頁) 訂 線 表纸張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格< 210X297公嫠） -12- 經濟部中央標车局貝工消费合作社印聚 ^3 86 2 4 A7 ---- B7 · — 五、發明説明（9.) 及/或黏貼層，及/或與一個將開放流體渠道密封 的密封條相互連接。 此種化學微反應器的一種優良的應用方式係列於申請 專利範圍第20項中。此種反應器係適合用來製造具有毒性 的、不穩定的、或具有爆炸性的化學產物，尤其是氯化氰、 光乳'環氧乙燒、涵化合物、硫醇、氯甲燒、蛾〒虎、硫 酸甲酯、氣乙埽和磷。 本發明之優良實施形式係列於附屬申請專利範圍中。 利用電鍍技術方法來製造個別的反應器階層平面，就 可以讓我們在階層平面上選擇適當的材質組合，而很有彈 性地來適應各種應用場合。 此種方式也開啟可能性，能夠將這些具有結構圖案的 反應器階層平面之連接，整合在一個完整的製程内，以便 能夠製造重疊的反應器。並不會像應用銅箔時那樣，使用 一種對反應器元件具有高度溫度負荷的擴散式焊接法，或 是像應用發晶片時那樣’使用一種陽極式的焊黏法。各個 反應器階層平面’大多是利用焊接或黏貼方式，將其彼此 相互連接》如此一來’僅需利用基底的中級溫度負荷，便 可以將反應器的各個階層平面疊合在一起，而使一些對溫 度敏感的基底及在其被接合前就很敏感的反應器元件一例 如半導想電路或會膨脹的膠—能夠被應用在作用子的製造 上。焊接溫度也可以經由特殊焊接劑之選用而下降至微小 的值，或是疊層間的堅固性經由特殊硬焊接劑之選用而達 到高的值》選用低熔點的焊接劑或利用黏著劑，也可以使 本紙張纽制巾S目家樣準（CNS } ( 210G297公楚） -13- Ί----------^------、1T------'^ (諳先Μ讀背面之注意事項再14ί本頁) A7 B7 438624 五、發明説明（i〇.) 對溫度敏感的基底表面，在化學合成的應用時，能夠在反 應器階層平面接合前預先製備好》 本發明之反應器内表面可以在接合之後，再改變其化 學性或結構性’因此可根據特定化學方法的要求而被最佳 化。除了金屬層之外’還可以將任何塑膠層整合在反應器 之中’因為金屬和塑膠之間的接合材料，有近乎無限數量 的資源可供使用。因此，所使用的材料就可以配合其應用 場合的特殊要求。 可製造之渠道，可以被製作得非常均勻，不會出現一 種類似於銅箔上機械式刻痕般的稜角及一種工具上的磨 痕。流體渠道的尺寸主要是在1mm或其下的範園内。舉例 來說，流體渠道也可以被製成約矩形的截面，其寬度為 ΙΟΟμιη，高度為40μπι。在本發明一個特別優良的實施形式 中’其流體梁道具有一個300μιη以下的結構高度。如果渠 道的截面不是矩形的話，其寬度的值就應該是渠道一半高 度時所量得的寬度之值。舉例來說，截面也可以製成如半 圓形或凹面狀的渠道。另一個主要的優點是，所有的反應 器階層平面都可以同時製造，並不需要一個接一個地進行 個別的方法步驟《由於各個渠道階層平面或模組，基本上 都可以同時被產生，所以整個反應器就可以以較小的公差 被製造出來。因此，基本結構能夠具有一個高重製性。 所製造出來的反應器是取便宜的，因為在製造程序中 並不需要任何特別昂貴的裝置。由LIGA法所製造出來的 光阻結構除了有一個極像是棱角的坡度之外，還有一個極 f紙張尺度適用中國(21〇>< 297公着 (請先閲讀背面之注意事項再4 本頁) .裝 -訂 經潢部中央橾準局男工消资合作社印製 -14- 4386 2 4 A7 B7 經濟部中央標率扃黃工消費合作社印* 五、發明説明（11.) 大的縱深b這些特性對於微機械元件的製造而言（此方 法原本就是為麵發展）是_必要的，但是對化學微反 應器的製糾讀是鋒的。刊顧歧㈣術，甚至 利用絲網印刷方式加以製造結構，其可滿足中度尺寸的微 反應器需求’並魏昂貴的同步輻射或昂貴的紫外線雷射 裝置以及所必需的昂貴面罩。 >相對於EP 〇 212 878 A1及EP 〇 292 245 A1中所述之 熱父換方法或其製时法’本發狀反應n及製造方法具 有此優點’亦即可以使用對溫度祕的材料，因為不需使 用擴教式熔接法《尤其是還可以在接合之前，將半導體電 路、光導體、作用子、感應器以及對溫度敏感的覆層，先 行整合至反應器内。基本上，其可拓展可能的應用範圍， 並減輕反應器在設計上及製造計劃的負擔。 基於前述理由，本發明之方法可非常有彈性地應用β 每個元件都可以大量、便宜並高度精準地被製造出來， 所謂的化學反應器是具有由一個以上的反應站所構成 的流體渠道的裝置，除了原有的反應區之外，其還可視情 形而有一些辅助區，用來混合、摻合、加熱、冷卻，或做 為中間產物或末端產物此種輸出材料的分析之用。每個區 域都是利用一個能適應其需要的架構來表示其特性。當加 熱或冷卻區是利用熱交換器，或配備電阻式電熱絲或電力 冷卻元件的反應器分支所構成時，分析區上就會有相應的 感應器，摻合區舉例來說就會含有微型閥門，而混合區舉 例來說就具有適當形狀結構的渠道，用來擾動所匯集的流 本紙張尺度適用中國困家標隼（CNS ) Α4规格（210Χ29?公釐） -15- . ^------ΐτ------^ (請先閲讀背面之注意事項再产本頁) 438624 A7 B7 五、發明説明（l2.) 體《在一些特定的應用情形下，本發明之微反應器構造也 可以如此構想出：僅有熱量從流體物質被傳送出或被傳送 至流體物質内，舉例來說，熱量是在要加熱或要冷卻的物 質及另一個加熱或冷卻物質之間進行交換》在各個反應站 的流體渠道通常都是經過幾層疊合之後，於最後一層利用 一個密封條密封住。 在製造微反應器時，可以使用不同的基底：其Ψ—種 是金屬薄片，例如鋼、不鏽鋼、銅、鎳或鋁箔。其厚度應 在5μιη至lmm之間。厚度在5μιη以下的薄片不太合適， 因為無法製造出寬度足夠的渠道。如果使用一片純金屬薄 片作為基底時，此種很小的金屬層厚度還會產生出其他問 題，即此種薄片特別難以處理。相反地，厚度超過lmm的 薄片，將會產生一個很厚的反應器塔。 除此之外，也可以使用單面或雙面鍍有金屬的塑膠、 陶瓷或玻璃薄片作為基底。舉例來說，黏合了銅箔的環氧 樹脂或聚醯亞胺層積板就很合適。還有一種用來產生覆有 金屬的塑膠薄片的方法，就是利用習知之化學方法將其金 屬化。對此而言，薄片首先必須以化學或物理方法預先處 理表面’例如置於蝕刻溶液中，或運用適當的氣體以一種 電漿放電方式使其變糙。然後經過其他適當的預先處理— 例如清潔、潤濕和催化一之後，以無電流法及^/或電化學 法加以金屬化。此塑膠層的穩定性’尤其是對環氧樹脂而 言’經常是以舖設玻璃纖維或芳香族聚醯胺類纖維的方式 加以強化》另一種可行的方法，是將塑膠和金屬薄片以加 A4说格（210X297公釐） -16- .^ΐτ,^ (請先聞讀背面之注意事項再β /本頁) 經濟部中央樣準局員工消费合作社印來 438624 五、發明説明（l3·) 壓和溫度效應使其相互壓合（積層法）。 另一種耐化學性材料，主要是聚四氟乙烯或經過鹵化 的聚鏈燒。此類耐化學性材料’舉例來說，係利用一種以 電漿為基礎的化學氣相沈積法（PECVD)加以催化。例如 附著性強的鎳/磷或銅覆層’就可經由無電流金屬電鍍形 成於此類被催化的表面上。根據習知之方法，即使是附著 性強的玻璃或陶瓷工作材料上的覆層，仍然可以在被催化 之前，例如以鹼加以蝕刻，並以無電流法加以金屬化。此 種耐化學性塑膠在鍍上金屬層之後，這些材料彼此之間就 會略微相互附著。沒有被金屬化的聚四氟乙烯薄片層不可 能有此種附著性。 要建造此種流體渠道，可以使用許多不同的方法。有 一種方法是從整面覆有金屬一例如銅—的基底上面開始。 在此適合用來建造渠道的方法’之前已經以示意圖表示過。 根據另一種方法的變化，渠道也可以利用金屬層的叠加式 構造’使其只在基底和渠道結構無關的部分上被建造。本 發明之方法同樣能夠被應用在此。 要獲得一個足夠深的流體渠道結構時，要被蝕刻或被 電鍍的金屬層就必須夠厚。由於問題經常是在製造厚度均 句金屬層時一尤其是在大表面的基底上一出現，所以最好 使用小的基底，將渠道建造在其上。 要利用:蝕刻技術來製造流體渠道時，抗蝕層（絲網印 刷抗姓層或光阻層）係覆在基底表面上，使流體渠道所形 成的表面區域不會被抗蝕層所覆蓋。 本紙张尺度ϋ中圉國家標¥ (CNS) △现^ (2丨0><297公着） -17- 4 3 8 6 2 4 A7 ______B7 五、發明説明（l4.) 要利用疊加法來產生流體渠道時，也可以從一片沒有 覆上金屬的薄片開始。在此情形下，首先將絲網印刷抗蚀 層或光阻層如下所述般覆在薄片表面上，即與流體渠道相 關的表面區域係由抗蝕層所覆蓋。同樣的情形也適用於倒 裝技術上。為了能在應用叠加技術時使用無電流金屬電鍍 法’必須先以適合的方法將薄片表面預先處理過。在此所 使用的方法和將薄片整面加以金屬化時相同。然後就可以 在光阻層未覆蓋的區域上，將金屬結構鍍在薄片表面上。 舉例來說’可以使用電路板技術上的典型方法β關於此點， 在「電路板技術手冊（Handbuch der Leiterplattentechnik) j 第二冊第 61 至 119 頁 ’ Hrgb_ G. Herrmann，Eugen G. Leuze Verlag，Saulgau，DE ’ 1993中有相關的說明。由於其中所 含製程技術之說明也可以被應用在此，因此也將其引進本 文之中。在經過金屬電鍍之後，光阻層將會全部被去除。 在製備完成的微反應器中運行的流體是液體和氣體。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 根據本發明之方法’流體渠道的結構會最先被建造在 基底上’而其所使用的是絲網印刷術或甚至是光版印刷術。 在此，薄片的單一或兩個表面上會覆上一層光阻層。圖一 的示意圖中所示的，就是一種用來建造其結構的方法實例 (倒裝技術）。光阻層2可以是疊在基底丨上的薄膜，或 是利用自轉塗佈技術、帷幕技術或利用電鍍方式來塗佈上 去的液體（圖一之方法步驟A)。然後，光阻層利用一個 即將被產生的流體渠道結構圖案加以曝光，緊接著再經由 一個顯像程序來製作其結構（方法步驟B) ^ 本紙張尺度適用中國囷家標準（CNS)A4ilt格（210X297公釐} -18- 438624 A7 B7 經潢部中央標準局負工消费合作社印* 五、發明説明（is.) 除了流體渠道的結構之外，基底上還可以設置其他的 機能。所謂的作用子和感應器可以被整合在微反應器上， 就是其中一例。作用子是指外部的或經由量測訊號可自動 控制的電路，例如閥門，其也可以是電阻電熱器或利用培 提爾效應來運作的冷卻元件。舉例來說，閥門可以利用會 膨脹的膠質軟塞來製成。在内部設有作用子及感應器的微 反應器上’當作用子及感應器為適當的調節技術所接合時， 就可以使微反應器達到局部性最佳化。感應器輸出端同時 也可以被應用在反應器狀態的外部監控上（例如催化器的 老化、毒性或類似的參數）。 對於作用子和感應器而言，也許也可以設有電路連接 導線’用來控制或攫取基底上的量測訊號。對於這些元件 而δ ’在光製程上就必須考慮合適的結構元件。 如果所使用的是覆有金屬的基底時，則微反應器的内 部也可以再整合其他的元件。舉例來說，用來控制作用子 及感應器的微晶片就可以被整合，其中，在一層塑膠積層 上就設有一個用來塞入微晶片的刻槽。連接到適當控制導 線及訊號導線上的電導線，可以利用融接或其他習知之連 接技術一例如焊接或利用導電膠來黏貼—加以製造。 除此之外，在建造結構圖案時’除了反應胞室之外， 同時還可以建造額外的反應器周邊元件，例如輸入管道、 混合區、加熱或冷卻循環，以便降低製造費用。因此這些 元件在光結構化時就會存在了。除此之外，通常會出現的 密閉性問題也會被減到最小。 各纸張X度进用中國國家榇準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -19- ^-----------^------1Τ------^ (請先聞讀背面之注意事項再r.i·本頁) . 438624 A7 A / ___ B7 五、發明説明（16.) 反應器的各個階層平面，主要可以多重利用之方式來 製造。對此而言’各個階層平面的圖案就會在一個較大的 平板或薄片上以並排的區塊來建造。這些元件在完工後會 被互相分離，並且可以緊接著被接合成一個塔。圖二所示 者’係一些彼此交錯排列、相同的流體渠道結構之階層平 面排列成塔的情形，其中下方的三層階層平面已彼此相連。 然後’沒有被抗蝕層覆蓋的裸露的金屬區域就可以繼 續被加工。在此可使用無電流或電化學法。尤其是金屬薄 片材料至少要被刮下一部分’以便建造渠道，不然薄片上 裸露的區域’就得利用無電流或電化學法，或利用這些方 法之組合，再艘上其他的金屬層（圖一）。在第一個被提 到的方法中’流體渠道結構是以如下所述般被建造，即渠 道相應的區域係在光阻劑顯像時被暴露出來。相反地，在 倒裝法中，這些區域是保持在被光阻劑所覆蓋的狀態下， 而其餘和渠道結構無關的區域，則是裸露的。 經濟部中央標隼局貝工消费合作社印笨 I——戋-- (請先闖讀背面之注意事項再V,·本頁) 在倒裝技術的一個變形方法中，金屬表面裸露的區域 塗布了一層和基礎金屬層不同的金屬抗蝕層3 (圖一之方 法步驟C)。尤其是塗布錫、鉛、鉛/錫合金、鉍、錫/ 鉍合金、鎳或鈷鍍層.，或一種由鎳和姑組成的合金，或是 這些元素和其他元素如硼或磷的合金。利用這些金屬，可 以使位在光阻層下面的金屬層，在光阻層被去除後被蝕刻， 而不會使金屬抗蝕層受到侵蝕。此種方法提供此優點，即 光阻層在面對蝕刻溶液時不必具有極佳的化學抗蚀性。 金屬層上裸露的區域，在經過蝕刻技術製程，而至少 本紙乐尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4坑格（210X297公釐) -20- 4386 2 4 Α7 _____ Β7 經濟部中央標準局員工消费合作社印架 五、發明説明（η.) 被蚀刻掉一部分之後，或經過倒裝技術而被塗布金屬抗蝕 層之後’光阻層就會被去除（圖一之方法步驟D)。在倒 裝技術中’基底隨後會被置於會腐蝕基底材料的蝕刻槽中 處理，但是並不會侵蝕金屬抗蝕面軍（方法步驟Ε)。在 蚀刻技術中，基底則是在光阻層中的流體渠道形成之後被 蚀刻。在這兩種情況中，基底上的結構都因此而被建造出。 經由金屬薄片或金屬覆層上的金屬去除程序，流體渠道就 會被建立。然後一些以此種方式被製造的反應器階層平面， 就可以彼此重疊，並相互連接（方法步驟F)。 如果金屬抗蝕層是使用一種能夠焊接的金屬時，利用 此種方法就可以同時獲得一種覆層’而此覆層會減輕隨後 將結構化區塊疊合成一個塔的組合工作。有一種可行的組 合方式是使用銅作為薄片材料或金屬覆層，以及使用錫或 錫/錯合金作為能夠焊接的金屬抗蝕層。同樣也可以利用 電鍍方式覆上含銀的焊劑，此焊劑也使用在硬洋接法上。 應用倒裝法時，有另一種方法可用以建造此類具有焊 接性的覆層’其係在金屬薄片或金屬覆層上面所裸露、沒 有被光阻層覆蓋的平面上，覆上一層錫覆層，然後上面再 鍍上一層鉍。在將各個反應器階層平面疊合在一起，而讓 這些有覆層的平面组合在一起，並且對此塔加熱時，鉍和 錫之間的介面就會形成一個低熔點且共晶的混合物。此混 合物中約含有58個重量百分比的鉍。此混合物具有一個低 於1WC的溶化溫度。這些階層平面在共晶結構的溶點下 會彼此融接在一起。此接面隨後會被退火，使鉍繼續擴散 不紙依尺及通用肀围躅冢標準（〔阳）八4規格（2〗0'犬297公釐） -21 - 438624 經濟部中央樣聿局負工消費合作社印«

A7 B7 五、發明説明（18·) 至錫中。如此一來，合金的成份比例就會改變，而使金屬 層的熔點提高。因此，以此方式製造的焊接接點，在經過 退火之後’就能夠耐受一個遠比原先的焊接溫度高的溫度。 對於之後的反應器塔之疊合而言，其因此有額外的優點， 即讓一個具有焊接性且耐溫度的覆層之塗布，能夠簡單地 被整合在整個製程之中。除此之外，也可以讓錫被塗布在 階層平面其中一面的某區域上，且讓叙被塗布在另一面堆 疊時彼此重疊的相應區域上，以便在加熱時再度形成低溶 點的共晶結構。當然也可以使用錫和叙之外能夠形成共晶 結構的其他金屬。 除此之外，如果各個應用情形有其特殊需求時，金屬 表面可以再鍍上其他金屬層。因此可利用電鍍法或無電流 法，鍍上一層例如特別耐磨的覆層，以對抗侵蝕和沖刷， 例如鉻、鎳/磷合金或鈀，或表面覆有具觸媒活性的金屬 或其化合物（例如銘、麵、錯、錄、銅、銀、鐵、錄、祐、 釩、鉻、鎢、鉬及其化合物，例如錯合物）。即使是磁性 覆層一例如鐵磁性的鎳//鈷合金一在特定的應用場合下— 例如在使用磁性的閥門作為作用子時—也是必需的。此外， 表面結構也可以經由蚀刻技術變縫或變光滑。 要在微反應器中，產生複雜的三維流體渠道結構時， 可能必須在不同的渠道階層平面之間建造接線。斛此，需 要^個貫穿基底材科的結構。此點可在各個階層平面被安 裝成—個塔之前，以-個序列式的製程-例如雷射觀— 或機械加以纽H種可行的方法，是在流體渠 ^ ^^II------.^ (請先«讀背面之注意事項再广K本頁) *22- 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 438624 - 五、發明説明（19.) 道形成之後的第二個光結構化製程上，讓反應器階層平面 上的位置裸露’而這些位置在第二個蚀刻程序時會繼續被 刮除’直到這個位置上的基底材料產生一個貫穿到基虎另 一面的連接通道為止。 圖三所示者’係貫穿基底材料的孔之成形示意圖。其 基底一例如一個金屬核心1—和由金屬構成的結構4，會覆 上一層光阻層2 (圖三之方法步驟B)。其將經由一個適 合的佈局圖加以曝光及顯像，使穿孔應被形成的位置上形 成金屬核心的裸露區域（方法步騾C)。然後金屬核心會 在穿孔5的形成下蚀刻（方法步驟D)，然後光阻層再被 去除（方法步驟E)。 要在一個由若干基底組成的微反應器之各個基座内， 利用敍刻將金屬從有限的區域内完全去除時，也可以使用 此類的蝕刻法。因此可以建造透光的窗戶，例如從一個光 源，經由流體渠道來導入光束。要利用此類主要由一個透 明的塑膠基座所構成的窗戶來防止液體滲出時，只要額外 設置一個適當的光感應器，就可以利用一個光吸收或光放 射測量法進行分析。此類感應器也可以利用階層平面内的 導光基座加以實現。 在使用純金屬薄片時所使用的蝕刻法，主要是化學及 電化學法。對於銅箔而言，舉例來說可以使用一種氯化銅 (0或氣化鐵（in)的鹽酸溶液。對於鋁箔而言，則適合 一種鹼性的溶液❶若使用的是塑膠載體，例如聚醯亞胺， 則可以使用一種含有鹼性蝕刻溶液的化學方法、一種電漿 本紙張尺度適用中國國家標準< CNS ) A4现格（210X297公嫠） -23- (讀先閲讀背面之注意事項再本頁) -裝· 打 (438624 Α7 Β7 經濟部中央標率局員工消费合作社印聚 五、發明説明（20.) 或雷射蝴法。較是反絲_平面之道，也可 以多重利用方式來建造’以將其在所有的穿孔上能節省時 間及^程序均勻的優點展現出來。相對於機械式的鑽孔 裝置而g，蝕刻裝置便能毫無困難地連續操作。由於一個 工具的損害所引起的生產中斷—像觀時f見般—就可免 除。 除此之外，光結構化可以產生基本上比機械鑽孔所產 生的渠道還小的連接紐。其可實現-個結構細微、三維 的連接網路結構。當反應器塔不僅由相同的反應室叠合而 成，而疋含有其他的元件，例如為化學分析或用於控制劑 量而5又的其他物質時，此點就是必需的。整體而言，如果 用來連結各個階層平面之間的技術，能夠彼此準確而且多 重的來運用這些相同的結構，就像在階層平面結構化時那 般’其便因此具有優點》 最好是使用較大的、具有一些反應器階層平面元件的 基底’其係以水平輸送方式在一個流水線設備上加工。此 類設備在電路板加工方面很出名。所有在輸送的基底可藉 此達成一個均勻又快速的處理。 為了要配合所需的流體流量，必須將適當數量的階層 平面疊合成一個塔。圖四所示者，係以三個元件來建造一 個塔。從獨立的基座1，和一個將流體渠道密封的密封條6， 就可以構成一個塔，其隨後例如經由加熱、利用焊接層3 焊接在一起（圖四之方法步驟Β) β然後這些塔可以再被 視為一個反應咨模组’並可能再被组合成較大的方塊。 本纸張尺度適用中國國家標準< CNS ) Α4说格（210Χ297公釐） •24- 裝 訂 I I I 線 {請先閱讀背面之注意事項再〆、本頁) 經濟部中央標準局負工消费合作社印掣 438624 A7 —_________B7 五、發明説明（21.) 當反應器階層平面被接合成一個塔時，必須要能夠滿 足兩個先決條件：其一是階層平面彼此被固定住，另一點 則是導管結構之間的密閉性。其有利的是，此塔係以面板 密封，面板之擺放方式可以將反應器運作時由於過壓力所 引起的作用力吸收掉。 一些階層平面係如此疊合成一個塔：即階層平面是彼 此精準地固定在一起，並被密封。在此將使用一些合適的 索引元件》特別合適的是由電路板及半導體加工業所習知 之技術’例如標貼及所謂工具孔或光學標籤的使用。 這些階層平面可以根據DIN 8593的規定，利用焊劑或 黏膠加以接合》其技術的選擇係根據微反器的操作參數而 定。重要的操作參數有溫度、壓力、機械負荷力及反應器 元件的化學成份。尤其是使用焊接法，因為在應用倒裝法 時，焊接程序的製備，可以利用鍍上合適焊接層的方式， 將其整合至製造方法中。 其黏貼層可以利用比如說絲網印刷法來塗布上去β這 些黏膠主要是以環氧樹脂、丙烯酸樹脂為基，也可例如為 氰基丙締酸樹脂、聚醋樹脂、聚胺基甲酸乙酿樹脂、氨基 塑料及酚樹脂《由於化學耐受性的緣故，所以環氧樹脂較 佳。在後續的流體渠道表面之預先處理，以及將這些表面 鍍上一層金屬層時，和流體面對面的黏貼層側面就會被密 封，因此流體的化學耐受性並不重要。 因為當微反應器在運作時，塔的側面會出現由壓力所 引起的作用力，其可能會超過最外一層微結構階層平面的 (210Χ297公釐） -25- ---------裝------訂------線 (請先59-讀背面之注意事項再厂义本頁) . 經濟部中央櫺準局貝工消费合作社印掣 4386 24 A7 ------ B7 五、發明説明（22.) 機械穩定限度’所以必須裝設將塔密封、尺寸適中的面板。 其會吸收此作用力。面板彼此之間的固定方式，可以藉比 如說適當的鎖螺絲方式加以實現。 S-個較_實_式中’反應器内表面的化學及形 態結構，在反應器組裝完畢之後都還可以被修改。因此適 當的流體（液體、氣體）會流經反應器。如果填補時使用 的製程參數和反應器最佳表面不相稱時，則此類程序就是 必需的。舉例來說，具有烊接性的中間覆層，就可以利用 無外部電流的塗布方式覆上一層耐化學性的鎳合金層7 (圖 四之方法步驟C) ^在填補時若出現昇溫問題的話，金屬 表面的表面形狀就會因為晶格的重排而變糟。在此情形下， 利用一種適當蝕刻溶液的流通一例如提高表面粗糙度或鍍 上其他金屬層一就可以將表面結構最佳化。即使是表面的 化學成份也會因為填補的程序而被破壞掉。舉例來說，一 層由幾種相態所構成的觸媒表面，就會因為相態的變化而 變糟。載體固定的觸媒同樣也對溫度變化非常敏感。 當微反應器的内表面經過填補技術之後，對於其液流 卻仍然只能達到一個不完全的密閉性時，可能特別需要後 續地補上一層額外的金屬層。液流通常都是加壓來輸送通 過渠道》在一個這樣的情況下，舉例來說，階層平面之間 密閉性不足的填補物’就可以後績地經由一層以無電波法 鍍上去的金屬層一例如一層銅或鎳鍍層一被密封。 如果一貫地利用所有可行的三維連接結構時，就可以’ 實現多功能的反應器類型。其中不同功能的區域係複雜地 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐} -26- ---^-------装------ir------線 (請先軋讀背面之注意事項再广、本頁) . 經濟部中央標羋局負工消费合作社印掣 43 86 2 4 at _B7 _ 五、發明説明（23.) 相互接合。因此可實現由混合區、熱交換區及反應區所串 接而成的多級合成反應器。在一個此類的模組中，渠道結 構的三維構造係由不同區域之間的最佳排列方式所建立》 一個模組可以像一個微電子元件般，以其輸入及輸出端加 以定義。達些模組可以再組合成一個新的反應器。 根據本發明之方法所製造出來的微反應器，可以特別 應用在習知之合成方法上，用來製造具有毒性、不穩定或 爆炸性的化學產物。因此要避免其化合物的分別製造以免 除一種危險的堆棧情形。如果其係關於特定中間產物的再 加工時，這些化合物將會在最終產物的生產位置上被製造 出來’然後立刻被導引到產物設備的反應器中。由於此類 的化合物經常不穩定，所以被製造出來的中間產物部分在 繼續被加工之前，並不會有再度分解的危險。除此之外， 危險的中間產物也不再需要分別加以處理，例如將其處理 完畢或堆棧。 以下為本發明之製造實例做進一步的說明。 實例一（利用蝕刻技術製造微反應器，以及利用焊接 方式連接各個反應器階層平面）： ‘ 使用蝕刻法以微結構技術製造微反應器/熱交換器。 圖五係三個相疊的銅薄片之擺設方式截面示意圖。 此微反應器係由一個六十層銅薄片1的塔所構成◦這 些薄片的結構疋讓一道氣流或液流，能夠以一個方向流通。 這些基座分別以彼此旋轉9〇。的方式相疊，藉此構成一個 又流式機構的平面式熱交換器。 本紙張尺度適用中國國家標率「CNS )六4洗格（2丨0 χ 公漦) - -27- ----------^.------ir------0 ·(請先«.讀背面之注意事項再X i本頁) . 438624 A7 B7 五、發明説明（24.) 經濟部中央榡準局負工消费合作社印策 用來製造這些熱交換器的基底材料，係使用125μηι厚、 尺寸分別為150mmxl50mm的銅薄片。在這些薄片上分別 製作四個熱交換用的平板。 第一個加X步驟’是將一面感光的、負相工作的乾式 光阻膜（例如 DuPont de Nemours Inc,，USA 的 Riston® 4630)覆上去。在利用佈局圖將抗蝕層加以曝光並顯像之 後’所裸露的部分在銅蝕刻溶液中，將會因為蝕刻效果而 均勻地被去除60μιη厚的銅。以此方式就會形成一個渠道 宽度約430μιη—此由佈局圖決定—渠道深度60μηι及狹橋 寬度70μιη的渠道結構。此光阻層隨後會完全地被去除。 在已被結構化的此銅薄片上，隨後將覆上一層4μιη厚 的錫/鉛鍍層。 然後銅薄片會被切成四塊，此即為整個反應器的各個 基座。這些小塊係相同地被結構化，並以前述方式疊合。 此塔的末端平板係使用一片5mm厚的不鏽鋼平板β此 塔是利用四根位在角落上的Μ8螺絲，將其彼此鎖在一起。 在此必需的孔8和所必備的氣體或液體導管9 一樣，都是 從銅薄片及不鏽鋼上面鑽出。最後的步驟是使銅薄片彼此 焊接在一起。其中，這個塔會被加熱到300。(：，以便使錫 /鉛鍍層在各個銅階層平面上變成液態。 以此方式完成的塔，其每個流動方向將具有264〇條截 面積分別為0.7cm2的渠道。整個内表面約3〇〇〇cm2。其内 表面利用一層4μηι厚的錫/鉛覆層將其覆蓋住。 當其被運用在一個化學合成的特殊應用上時，錫/鉛 張尺祕轉率{ CNS ) Α娜(' 210X297 公漦） 28- 請 先 聞· 讀 背 之 注 意 事 項 本 頁 裝 訂 線 A7 B7 4386 24 五、發明説明（25.) 覆層是以流經過的錫/船蚀刻溶液加以去除’並不會侵姓 到銅。在另一種方法步驟中，有一層極薄的纪覆層（例如 0.02μιη厚），是利用表面固化的金屬鍍層法鐘上。此時， 反應器就可以用來進行異質性的催化反應。由於各個階層 平面上都是分隔開來的銅薄片，都具有一個非常高的熱傳 導係數，所以此類的微反應器特別適合應用在強烈的吸熱 或放熱反應上。 實例二（利用倒裝技術製造微反應器，以及利用谭接 方式連接反應器階層平面）： 第一個加工步驟，是將一面感光的乾式光阻膜（M〇rt〇n

International GmbH，DE 的 Laminar®HG 2.0 MIL)覆在一片 銅基底上（相當於圖一之方法步驟A)。在利用佈局圖（要 被製造出流體渠遒的表面區域將不會被抗蚀層覆蓋住）將 抗蝕層加以曝光，然後顯像之後，所裸露的部分將以電鍍 方式鍍上一層6μιη厚的錫/鉛鍍層（相當於圖一之方法步 驟Β和C) »此鍍層不僅在隨後的結構化程序當申被用作 為抗姓層，其在各個基座被組合在一起時，也被用作為焊 接層。 經濟部中央標率局貝工¾费合作社印製 此面乾式的光阻膜，隨後將會完全地被去除（相當於 圖一之方法步驟D)。緊接著是銅蝕刻溶液的處理手續（氯 化鐵（III)/鹽酸），經由這道手續，那些沒有被錫/船 鍵層覆蓋住的區域，就會被腐蚀掉60μηι (相當於圖一之六 法步驟Ε)。 : ' 相 載有四重利用的鋼薄片隨後會被切成四塊結構完全 各紙張从賴t -29- 438624 A7 B7 五、發明説明（26·) 同的小塊。四十片此類的獨立基座將如同製造實例一般， 在加入穿越孔、監視孔及流穿孔之後，被疊起來（相當於 圖一之方法步驟F)，而且其會被鎖在兩片鍍有銅的不鏽 鋼板之間’其中一片是用來將最上層的流體渠道密封的密 封條’然後再經由一個約30()0^的加熱，使其彼此焊接在 一起。 以此方式製造的渠道内表面，並沒有被錫/鉛鍍層所 覆蓋住’所以在進行觸媒的化學反應時，就可以直接利用 表面固化的金屬鍍層方式鍍上一層很薄的鈀鍍層（利用一 種水性的PdSCVH2S04溶液）^ 實例三（利用疊加技術製造組合式的微反應器，以及 利用黏貼方式連接反應器階層平面）： 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 在第一個加工步驟中，有一面100μιη的乾式光阻膜被 覆在一片兩面都鍍上25μιη厚之銅箔的聚醯亞胺薄片上 (DuPont de Nemours Inc_，USA 的 Kapton®_H )。根據囷五 以佈局圖將抗蝕層加以曝光，然後顯像之後，銅表面裸露 的部分’也就是並非用來構成流體渠道的部分，會有一層 8〇Mm厚的銅鍍層，會經由電鍍方式被鍍在裸露的區域上。 此面抗蝕層隨後會完全地被去除。 依然是以四重利用方式製造的銅基底會被切成四塊結 構完全相同的小塊。二十片此類的獨立基座將如同製造實 例—般，在加入穿越孔、監視孔以流穿孔之後被疊起來。 有一個由氟化乙埽（FEP)構成的獨立基座，將根據 以下所述之預先處理，被整合到塔中： ( CNS ) A4iiyfr ( 210X297/^1 ) -30- 4386 2 4 A7 _ B7 五、發明说明（27·) 約lmm厚的FEP基座（和銅基座有相同的大小和銀 孔）’其係在應用金属有機添加物（π_缔丙基_π_環戊二締 基鈀（n))的情形下，以一個射頻電漿（PECVD)鍍上 一層鈀觸媒。此層觸媒鍍層將在一個無電流的鎳鍍槽中， 以次磷酸鈉為還原劑鍍上一層約1μιη厚的錄/鱗鍍層，然 後再以電鍍方式從一個含有硫酸的銅鍍槽中，鍍上一層約 30μιη厚的鋼鍍層。銅和鎳/磷鍍層將利用一個適當的電子 電路之佈局圖，以電路板技術上習知之方法進行結構化。 然後，一些像是半導體元件（微晶片）的電子元件，就會 被安裝到FEP的基座上，並且利用焊接或融接方式和控制 及訊號導線相連接。 在一十片已經被結構化的聚醯亞胺/銅基座上，以及 在FEP基座上，其渠道結構之外的邊緣區域，都會被塗上 一層薄薄的、以環氧樹脂為基的雙成份黏膠。銅基座和位 在中間的FEP基座會被m位在兩個鍍銅的不鏽鋼 平板之間的塔將會被旋緊，並且彼此膠合在一起。 所有公開的特徵及其組合，只要沒有明顯地被標註為 習知時’皆屬於本發明之物件。 , 7 <------IT------^ (請先Μ讀背面之注意事項再广本頁) · . 經满部中央標準局負工消资合作社印策 本紙张尺度逯用中國國家標準（CNS)八4说格（210x297公釐）-31 - 438624 ..泰1 -:·々；·夂· 吹U，1 s ; ' · i l ^圖式簡單說明 本發明係參照這些圖式詳加說明。圖式分別為： 圖一 製造微反應器之方法步驟A至F的連續示意圖； 圖二 許多反應器在組裝前及組裝後的透視圖； 一 團二 在一個反應器上’形成貫穿雄孔之方法步驟的連續 示意圖； 圖四 利用三個反應器及一條密封條來建造一個塔的方 法步驟之連續示意圖； 圖五 在反應器中疊在一起的三個銅薄片，其擺設方式的 透視圖8 圖一係以個別的方法步驟為例’所展示的示意圖，展示 了各個微反應器是如何做出其結構的方法，以便形成流體渠 道： 起點是一個基底例如一片銅箔，而銅箔上則覆有一 層光阻層2—例如以薄膜積層的方式、或是利用自轉塗佈 法、或是利用液態光阻的帷幕技術（curtain coating)(反應 步驟A)來覆上去。首先，其流體渠道係以曝光及顯影的方 式，在光阻層2上製做出來（反應步騾B)。其中，光阻層2 係以渠道的樣本來加以曝光，然後再把曝光過的光阻層2加 以顯影。這樣一來，光阻層2上面就會形成渠道。這些渠道 係對應於基底表面的某些區域，而這些區域就是未來必須形 成的流體渠道之側壁。 438624 根據方法步驟c，有一層金屬層3將會被鍍在基底表面 區域上，而這些區域就是未來必須形成的流體渠道之側壁3 舉例來說，我們可以鍍上一層錫/船合金鍍層3。 根據方法步驟D，這層光阻層2隨後將以適當的溶劑將其去 除。如果光阻層2是以鹼性可以將之顯影及剥除的光阻劑所 製成，那麼我們就可以採用鹼性的溶劑一例如氫氧化鈉溶 液。 在那些沒有被金屬層3覆蓋的區域上，基底就會緊接著 依據方法步驟E來被腐蝕，因而形成了流體渠道。舉例來 說’如果基底是由銅所製成，那麼蝕刻劑可以採用氣化銅 (Π)的鹽酸溶液。 最後，許多這一類具有流體渠遒的反應器就會疊在一 起’並以坪接或是黏合的方式，把它們彼此接合在一起（方 法步驟F)。 圖二所示的，是許多反應器的一種組合方式，它們將會 被疊合成一個塔，或是已經要合在一起了。這些反應器具有 彼此平行的流體渠道，而其每一側的位置都是彼此接合在一 起的。相鄰的流體渠道位置，係以彼此交錯的方式來設計 的，位在下方的三片基底，已經利用烊接或黏合的方式，將 它們彼此接合在一起 依據個別的方法步騾所述’圖三仍然是以示意圖為範 例，來展示反應器中貫穿其基底材料的1鑽孔是如何形成的： -2 - 438624 在一片由基底1 (金屬核心一例如銅箔）所製成、已經 具有流體渠道及流體渠道之側壁結構4 (方法步驟A)的反 應器上，將覆上一層光阻層2 (方法步驟B)。 然後，根據方法步騾C，這層光阻層將以一片與即將形 成的鑽孔一樣的樣本來加以曝光，然後再加以顯影。這樣一 來，光阻層2就會在這個即將形成鑽孔5的位置上形成凹洞。 然後，鑽孔5就會經由蝕刻（方法步驟D)而形成。如 果採用銅箔來做為基底1時，我們就可以採用氯化銅（Π) 的鹽酸溶液，來製做這個鑽孔5。 最後，根據方法步驟E，光阻層2就會從基底1上被去除 掉，這時最好是採用鹼性的溶液。 圖四又再度以示意圖展示了 一個塔的構造，該塔是由三 個反應器1、及一條密封條所6所構成： 採用圖一至圖三所示的方法步驟所製成的每一片基底 1 ’其側壁都有一層焊接層3。這層’焊接層3，是在比如說流 體渠道構造依圖一所示方法形成時，被加在這裡的，用來做 為基底材料的保護之用。 然後，這片基座1將會和一條密封條6疊在一起一例如另 一片銅箔，並加熱’讓這個焊點3熔化，而使各個基座丨彼此 接合在一起（方法步驟B八 根據方法步驟C，流體渠道的内壁將隨後再以無電流法 鑛上一廣鎳/轉合金覆層，以便反應器在開始使用之後，其 内壁能夠抵抗渠道内所輸送的化學物質之化學侵蝕。 43 86 2 4 此外’圖五所示的是一個構造在其組合之前的透視圖， 由三片互相疊在一起、厚度為Ι25μηι的反應器1銅片所構 成。這個反應器預定被用來做為熱交換器使用。 基座1具有深度為60μτη的渠道，而其結構的設計，則是 要讓氣流或液流，能夠在其個別的方向上流穿過去*各個基 座1係分別轉了90。之後’再疊起來的。在相鄰基座丨裡的流 體渠道，分別有一個要被加熱的液流在流動，以及一個要被 冷卻的液流在流動。其熱交換係經由各個基座1位在兩相鄰 渠道裡所流動的液流中間的金屬來達成。 在基座1的渠道侧壁上，有一層4μιη厚、由錫/錯合金所 構成的焊接層被設置在其額面上（沒有繪出來每一片基 座係採用一條由125μιη粗的（沒有設置流體渠道的）銅片所 構成的密封條來把它們疊起來（沒有繪出來此外，塔的 兩側還安裝了（同樣也沒有續出來）5mm厚、由惰性金屬所 構成的板子》 由基座1、密封條、以及底板所構成的塔，將利用螺絲 來把它們鎖在一起。此處的螺絲，將會穿在孔8裡面》最後， 這個塔大約會被加熱到300°C來進行焊接，讓錫/錯合金覆層 被熔成液態，並且讓各個基座1結合在一起。 此外’液體和氣體還可以流穿各個基座1之間的通道（孔， 而鄰近基座1之間的渠道，彼此並不相連。 元件符號說明 基底、銅薄膜、銅薄片、反應器基座 光阻層 金屬覆層、焊接層、錫/錯合金鍍層 壁面 孔 密封條 鑽孔 液體導管

Claims (1)

1. 4 d b ^ μ 4 d b ^ μ 經濟部智慧財產局員H消費合作社印製 Aa D8 六、申請專利範圍 187102314號專利案申請皋利範圚修£太 1. 一種化學微反應器之製造方法，其至少包含一具有至少 一種由鋼、不鏽鋼、銅、鎳和銘所構成的組群中所選出 之金屬所構成的表面之基底，及具有流體渠道及流體之 輸入和排出管道的基底’而且不必應用塑膠製模方法， 其方法步驟如下： a·在基底上面之金屬表面上’利用光阻層或絲網印刷漆 覆層來建造流體渠道結構，此光阻層以流體渠道結構 之正片或負片加以曝光，然後顯像，以便使金屬表面 部分地被這些覆層覆蓋住； b. 至少部分地將金屬從基底上所暴露出來的表面上，以 無電流法及/或電化學法蝕刻掉； c. 完全將光阻層或絲網印刷漆覆層去除； d. 建造黏貼及/或坪接層； e. 將基底和一個將流體渠道密封的密封條重疊，然後藉 黏貼及/或焊接方式將基底和密封條相互連接。 2. —種化學微反應器之製造方法，其至少包含一具有至少 一種由鋼、不鏽鋼、銅、鎳和鋁所構成的组群中所選出 之金屬所構成的表面之基底，及具有流體渠道及流體之 輸入和排出管道的基底，而且不必應用塑膠製模方法， 其方法步驟如下： a‘在基底上面之金屬表面上，利用光阻層或絲網印刷漆 覆層來建造流體渠道結構，此光阻層以流體渠道結構 之正片或負片加以曝光，然後顯像，以便使金屬表面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -32- I 裝--------訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4386 2 4 頜 ____§___ 六、申請專利範圍 部分地被這些覆層覆蓋住； b. 在基底上所暴露出來的表面上，以無電流法及/或電 化學法鍍上一層金屬層； c. 完全將光阻層或絲網印刷漆覆層去除； d. 至少部分地將基底上之金屬，以無電流法及/或電化 學法蝕刻掉，以便建造流體渠道； e. 建造黏貼及/或焊接層； f. 將基底和一個將流體渠道密封的密封條重疊，然後藉 黏貼及/或焊接方式將基底和密封條相互連接。 3. —種化學微反應器之製造方法，其至少包含一具有至少 一種由鋼、不鏽鋼、銅、鎳和鋁所構成的組群中所選出 之金屬所構成的表面之基底，及具有流體渠道及流體之 輸入和排出管道的基底，而且不必應用塑膠製模方法， 其方法步驟如下： a_在基底上面之金屬表面上’利用光阻層或絲網印刷漆 覆層來建造流體渠道結構，此光阻層以流體渠道結構 之正片或負片加以曝光，然後顯像，以便使金屬表面 部分地被這些覆層覆蓋住： b. 在基底上所暴露出來的表面上鍍上一層金屬層； c. 完全將光阻層或絲網板印刷漆覆層去除； d. 建造黏貼及/或焊接層，· e. 將基底和一個將流體渠道密封的密封條重疊，然後藉 黏貼及/或焊接方式將基底和密封條相互連接。 4.根據申請專利範圍第2項所述之方法，其中，在方法步 本紙 1尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑽x 297公愛） '——— --— -33- *裝------.--^---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} A8B8C8D8 438624 六、申請專利範圍 騾b·中，至少有一由錫、鉛、鎳、鈷、鉍、銀、金以及 這些金屬的合金所構成的組群中所選出之金屬，藉無電 流法及/或電化學法被鍍上去。 5.根據申請專利範圍第4項所述之方法，其中，基底係經 由焊接方式相互連接’其中，錫、鉛、鉍或合金層，是 經由熱效應和金屬連接》 6’根據申請專利範圍第4項或第5項中任一項所述之方 法’其特徵為，在方法步驟b.中，在基底的一面鍍上一 層錫，而在基底的另外一面鍍上一層叙，並且讓基底像 這樣彼此重疊，即錫和鉍鍍層相互疊合，然後將其彼此 坪接在一起。 7.根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之方 法’其中，基底上面有建造一些穿越通道。 8·根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之方 法，其中’流體渠道的表面在基底被相互疊合並彼此焊 接在一起之後，還可以利用一種以上的方法來加以修 改，這些方法係由金屬電鍍、金屬蝕刻以及化學化合物 或其他化學品的吸附作用所構成的組群中所選出。 9·根據申請專利範圍第8項所述之方法，其中，流體渠道 的表面，可以再利用無電流法鍍上一層鈀及/或錄/墙 合金層作為防鏽層或形成一層觸媒表面之方式，來加以 修改。 1(>.根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之方 法’其中’反應器裡的閥門及/或其他作用予係以覆上 本^^^週用中國國石票準（cns)如規格⑽X视公爱^ ----- - - - - - - - - ----裝----III —tl:·!------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -34- 4 2 6 8 3 4 Α8Β8α08 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 六、申請專利範圍 鐵磁性金屬層之方式所構成。 根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之方 法’其中，用來測量其流動流體特性的感應器及/或電 導線，都是建造在反應器内。 12. 根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之方 法’其中，電阻式電熱絲及/或冷卻元件，都建造在反 應器内。 13. 根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之方 法’其中，在一由許多基底所组成的微反應器之各個基 座上’位在有限區域内之金屬，係利用蝕刻方法來完全 去除，以便構成透光的窗戶。 14. 一種化學微反應器，其具有至少位在一階層平面上的流 體渠道以及流體的輸入和排出管道，流體渠道係由彼此 對JL之壁面，至少是一種由鋼、不鏽鋼、銅、鎳和鋁所 構成的組群中所選出之金屬所構成，以及在此兩個壁面 之間所延伸的其他金屬或塑膠壁面所包圍，其中，階層 平面彼此間係利用適當的彈接及/或黏貼層，及/或與 一個將開放流體渠道密封的密封條相互連接》 15. 根據申請專利範圍第14項所述之微反應器，其中，焊接 層含有金屬合金，所含之金屬係由錫、鉛、秘、銻和銀 所構成的組群中所選出。 16. 根據申清專利範圍第14項及第15項中任一項所述之微 反應器，其中，壁面塗有觸媒用及/或防鏽用之功能性 塗層。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------1 ------.--------I--^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -35- A8B8C8D8 438624 ---------- 六、申請專利範圍 17. —種根據申請專利範圍第14項至第15項中任一項所述 微反應器用來製造具有毒性的、不穩定的、或具有爆炸 性的化學產物，尤其是氯化氰、光氣、環氧乙烷、硒化 合物、硫醇、氣甲烷、碘甲烷、硫酸甲酯、氣乙晞和磷。 -------------裝---------1?- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -36-