TWI596328B - 微粒子偵測器及篩選元件之製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種粒子偵測器，特別是關於一種微粒子偵測器適於微型化。
依據世界衛生組織的預估，在2020年時，全球肺癌死亡率將攀升到第五位。肺癌目前是透過X光機檢查得知，但發現的時間通常是末期。引起肺癌的原因除吸煙外尚有空氣懸浮粒(Particulate Matter)污染。
傳統監控懸浮粒子濃度的儀器體積大，例如秤重量測機台是連續24小時收集空氣中懸浮微粒子，收集於濾紙上並秤重微粒子重量值轉換為濃度值。
氣旋式(Cyclone)微粒子篩選器是另一種利用固定空氣流速篩選出正確尺寸的微粒子。篩選器體積大且定期清理以維持固定空氣流速是一大問題。撞擊式(Impactor)微粒子篩選器是空氣經過數道大、中、小孔徑的孔口以及位於孔口下方的擋板來收集微粒子。龍捲風式(Cyclone Design)微粒子篩選器亦是利用氣旋方式收集微粒子。除了上述方式，其它尚有C14量測、光學量測、TEOM (Tape Element Oscillator Measurement)等方式，原理是篩選正確的微粒子再進行質量量測。這些篩選器體積大，不易攜帶，無法即時監控，價格昂貴。
本發明提供一種微粒子偵測器以篩選元件之製造方法，其適於微型化。
本發明的一實施例提供一種微粒子偵測器，其包括：一篩選元件，具有多數個孔；及一偵測元件，對應地設置於篩選元件的下方，偵測元件具有一偵測區用以偵測至少一微粒子濃度。
本發明的另一實施例提供一種篩選元件之製造方法，其包括：提供一基板；塗佈或平版印刷一光阻材料於基板上；蝕刻出多個開口於基板上，其中開口為一直筒狀或漸縮狀或漸擴狀；自基板上移除光阻材料；貼合一承載板於基板的開口面上；研磨基板直至開口露出形成導通孔；及切開基板並包含多個導通孔。
本發明的又一實施例提供一種微粒子偵測器，其包括篩選元件、偵測元件、第一電極以及第二電極。篩選元件具有多個孔。偵測元件配置於篩選元件下方，且偵測元件具有一偵測區。第一電極具有多個指向偵測元件的尖端放電結構，且尖端放電結構適於使微粒子帶有電荷。偵測元件配置於第一電極與第二電極之間，而第一電極與第二電極適於產生一電場，且第一電極與第二電極之間的電場至少施加於篩選元件與偵測元件之間，以牽引帶電荷的微粒子從篩選元件往偵測元件移動並且附著於偵測元件的偵測區上。
基於上述，在本發明的範例實施例中，微粒子偵測器可達到利用黃光顯影蝕刻製程製作TSV 篩選元件，可大幅縮小尺寸選擇入口的尺寸。搭配小型化的偵測器，如MEMS 的震盪器或石英震盪器，使小型化模組。利用可抽換功能可以讓無法過濾的篩選元件與過飽和的偵測元件更換。可批量進行大量生產組裝降低價格。模組化的產品可以導入攜帶式產品，例如手機。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
請參閱第1A圖為本發明微粒子偵測器之第一實施例剖面示意圖，本發明微粒子偵測器10包括一篩選元件12及一偵測元件14，該篩選元件12具有多數個孔16，而該偵測元件14對應地設置於該篩選元件12的下方，該偵測元件14具有一偵測區142用以偵測至少一微粒子濃度。在一實施例中，該孔16為一直筒狀，該孔16為一導通孔(TSV，Through silicon via)。在一實施例中，該偵測元件14與該篩選元件12間於近邊緣處以一膠材18結合或密封。
請參閱第1B圖為本發明微粒子偵測器之第二實施例剖面示意圖，本發明結構基本如第一實施例所述，不同處在於全部或部分孔16係形成一漸縮狀或漸擴狀，該孔16為一導通孔(TSV，Through silicon via)。在此，漸縮狀定義為一孔16的第一端截面積大於第二端截面積，亦即入口端(第二端)面積小於出口端(第一端)面積。漸擴狀的定義為一孔16的第一端截面積大於第二端截面積，亦即入口端(第一端)面積小於出口端(第二端)面積。在一實施例中，本發明之篩選元件12的孔16可部分地形成漸縮狀或漸擴狀，該漸縮狀或漸擴狀的孔16可規則地或不規則地與直筒狀的孔16混合配置。
請參閱第1C圖為本發明微粒子偵測器之第三實施例剖面示意圖，本發明結構基本如第一實施例所述，不同處在於該偵測元件14的偵測區142兩側分別設置有一氣流孔144。在一實施例中，該偵測元件14可為一IC晶片。
在上述各實施例中，該孔16的孔徑提供一帶有至少一種PM2.5(Particle matter 2.5)粒子的氣流通過。或者含有欲偵測的微粒子通過。在一實施例中，該孔16的截面積大的一端面對該偵測區142，使氣流可攜帶微粒子146通過該孔16的截面積小的一端(預設的孔徑)篩選進入該偵測區142，而自該孔16的截面積大的一端發散自該偵測區142上。因此，本發明利用半導體先進的製程製作TSV wafer(Through silicon via wafer)作為微粒子146的篩選元件12，並配合孔16的孔徑與孔型的設計，降低篩選微粒子
146時堵塞的現象。
在一實施例中，該偵測元件14設置於一電路板28(如第2A圖)上，且位於該偵測元件14兩側分別設置有一氣流孔144。如第1C圖所示。
在一實施例中，該偵測區142包括有一震盪器141及一電路143，該震盪器141與該電路143電性連接，使利用該震盪器141附著有該微粒子146時，震盪頻率下降，使震盪頻率轉換成質量變化以偵測該微粒子146濃度。
請參閱第1D圖為本發明震盪器之立體示意圖，該震盪器141係包括一震盪元件145及分別設置於該震盪元件145兩側的彈簧147，該彈簧147係連接在該電路143。該電路143係設置於一電路板28上並電性連接。在一實施例中，該電路143係位於該偵測區142下方位置。亦即位於該震盪器141下方位置。在一實施例中，該偵測元件14具有至少一導體148與一電路板28連接，且該電路143可為一IC電路。其中該振盪器141為一MEMS(Microelectromechanical Systems)振盪器或石英震盪器。
請參閱第1E、1F圖為本發明震盪器工作原理之示意圖，如1E圖所示，縱軸為震盪次數，橫軸為頻率。公式如下所示：
如1F圖所示，縱軸為頻率，橫軸為時間。當該震盪器141附著有該微粒子146時，震盪頻率下降，使震盪頻率轉換成質量
變化以偵測該微粒子146濃度。
請參閱第2A圖為本發明微粒子偵測器之立體分解示意圖，本發明微粒子偵測器10除了第1圖所示的元件外，本發明更包括一中間元件26、一頂蓋22及一底蓋29，該中間元件26具有一第一通孔262，該中間元件26設置於該篩選元件12與該偵測元件14間，亦即該中間元件26設置於該承載板24與該電路板28間，使該第一通孔262對準該多數個孔16以及該偵測元件14，方便氣流通過。該中間元件26、該頂蓋22及該底蓋29可為一相同幾何形狀，在一實施例中，可為圓形，方便組成模組或拆卸模組。
該篩選元件12設置於該頂蓋22及該中間元件26間，該頂蓋22具有一氣流入口222。該電路板28設置於該底蓋29與該中間元件26間，該底蓋29具有一氣流出口292。在一實施例中，該頂蓋22之內側具有一第一凹部224(如第6圖所示)，且該底蓋29之內側具有一第二凹部294，使分別連通該氣流入口222與該氣流出口292。
請參閱第2B圖為本發明篩選元件之立體示意圖，該篩選元件12設置於一承載板24上，該承載板24具有一凹槽242，供該篩選元件12嵌入於該凹槽242內固定。該承載板24上具有一第五通孔244(如第6圖所示)連通該篩選元件12。
如第2A及2B圖所示，該頂蓋22、承載板24、中間元件26、電路板28及該底蓋29上對應地設置有多數個鎖孔220，供多數個鎖件210使該頂蓋22、承載板24、中間元件26、電路板28及該底蓋29固定為一模組20。
請參閱第3圖為本發明微粒子偵測器之第四實施例立體分解示意圖，該中間元件26的兩側表面分別設置有一第一溝槽264圍繞著該第一通孔262，供一第一密閉元件266嵌入該第一溝槽264內；以及該頂蓋22與該底蓋29相對應地內側設置有一第二溝槽(圖中未示)與一第三溝槽296，供一第二密閉元件(圖中未示)與一第三密閉元件298分別地嵌入該第二溝槽與該第三溝槽296內。該等密閉元件266、298提供密閉效果，使氣流通過該篩選元件12與該偵測元件14不會外洩。本發明可利用治具設計可以更換篩選元件12或偵測元件14，讓偵測器10可以重複使用。
請參閱第4圖為本發明微粒子偵測器之第五實施例立體分解示意圖，其中該頂蓋22、承載板24、中間元件26、電路板28及該底蓋29彼此間分別設置有一墊片21、23、25、27以供密閉與緩衝用，且該每一墊片21、23、25、27對應該頂蓋22、承載板24、中間元件26、電路板28及該底蓋29的鎖孔220設置有多數個鎖孔212、232、252、272。
請參閱第5A圖為本發明微粒子偵測器之第六實施例立體剖視示意圖，在一實施例中，一治具30包括有一入口32與一出口34。在治具30內設置有一第一承載板302及一第二承載板304，該第一承載板302位於該第二承載板304的上方。該第一承載板302具有一第三通孔306，並於該第三通孔306上設置有該篩選元件12。該第二承載板304具有一第四通孔308，並於該第四通孔308上設置有該偵測元件14。該偵測元件14具有至少一或多數個氣流孔144。
在一實施例中，在該治具30的出口34處設置有一泵浦36，使氣流可經過該治具30入口32進入該篩選元件12篩選微粒子146後，可通過該篩選元件12的微粒子146則會附著於該偵測元件14的偵測區142，進而得到微粒子146濃度。
在一實施例中，該第一承載板302與該第二承載板304係將治具30內部切割出三個空間，因此利用泵浦36可驅動氣流自該治具30入口32流經該篩選元件12、偵測元件14、氣流孔144、治具30出口34流出。
在一實施例中，本發明各實施例的該篩選元件12與該偵測元件14經模組化後，該篩選元件12與該偵測元件14是可以拆卸替換的。
請參閱第5B圖為本發明微粒子偵測器之第七實施例立體剖視示意圖，基本上與第5A圖類似，不同處在於：該第二承載板304上設置有一印刷電路板31(PCB, printed circuit board)且該印刷電路板31可突出於該治具30外，與其它晶片33或基板等連接。而該偵測元件14設置在該印刷電路板31上並電性連接。在一實施例中，該偵測元件14具有至少一或多數個氣流孔(圖中未示)。在該治具30的出口34處設置有一泵浦36，以驅動氣流流動。在一實施例中，該印刷電路板31具有多個氣流孔312。因此，使氣流可經過該治具30入口32進入該篩選元件12篩選微粒子146後，可通過該篩選元件12的微粒子146則會附著於該偵測元件14的偵測區142，進而得到微粒子146濃度。接著，經過氣流孔312自該出口34排出。
請參閱第5C圖為本發明微粒子偵測器之第八實施例立體剖視示意圖，在一實施例中，可將如第1C圖所示的實施例設置在一印刷電路板31上，並將該偵測元件14之氣流孔144貫通該印刷電路板31，因此氣流可從該治具30入口32進入經該篩選元件12、偵測元件14而由該氣流孔144自該治具30出口34流出。在該治具30的出口34處設置有一泵浦36，以驅動氣流流動。
請參閱第5D圖為本發明微粒子偵測器之第九實施例立體剖視示意圖，在一實施例中，可將如第1C圖所示的實施例設置在該治具30內壁上。該氣流可由該治具30入口32進入經該篩選元件12、偵測元件14、氣流孔144、治具30出口34而流出。在該治具30的出口34處設置有一泵浦36，以驅動氣流流動。如第1C圖所示，在一實施例中，第5D圖的該篩選元件12與該偵測元件14間設置有一膠材18可結合該篩選元件12與該偵測元件14。
請參閱第5E圖為本發明微粒子偵測器之第十實施例立體剖視示意圖，在一實施例中，可將如第1C圖所示的實施例設置在該治具30內部上。該氣流可由該治具30入口32進入經該篩選元件12及該治具30內部空間、偵測元件14、治具30出口34而流出。在一實施例中，該偵測元件14可不用設置氣流孔。在一實施例中，在該治具30的出口34處設置有一泵浦36，以驅動氣流流動。
請參閱第6圖為本發明微粒子偵測器之組合剖視示意圖，當模組化後，該頂蓋22與該承載板24間設有一墊片21，該頂蓋22具有一氣流入口222，且該頂蓋22內側具有一第一凹部224與該氣流入口222相通。該承載板24上設置有一篩選元件12，並對應該承載板24上的第五通孔244，使氣流可通過該篩選元件12與該第五通孔244。該中間元件26與該承載板24間設置有一墊片23。該中間元件26與該電路板28間設置有一墊片25，該電路板28上設置有一偵測元件14，該電路板28設有一第二通孔282對應該偵測元件14之震盪器141。亦即該電路板28對應於該偵測元件14上設置有一第二通孔282，以供氣流通過該偵測元件14之震盪器141後進入該第二通孔282。該電路板28上於該偵測元件14兩側亦可設置至少一第一氣流孔284。其中該中間元件26的第一通孔262分別連通該承載板24的第五通孔244及該第一氣流孔284與第二通孔282。該底蓋29之內側具有一第二凹部294，使分別連通該氣流出口292與該第一氣流孔284與第二通孔282。該底蓋29與該電路板28間設置有一墊片27。該中間元件26與該電路板28間亦設有一墊片25。該頂蓋22、承載板24、中間元件26、電路板28及該底蓋29以多數個鎖件鎖入該鎖孔內固定。本發明經模組化後，可大量生產，也可以微小化，攜帶方便，可即時的進行微粒子偵測。
請參閱第7圖為本發明篩選元件之製程示意圖，本發明篩選元件之製造流程包括提供一基板40；塗佈或平版印刷一光阻材料42於該基板40上；蝕刻出多個開口44於該基板40上，其中該開口44為一直筒狀或漸縮狀或漸擴狀；自該基板40上移除該光阻材料42；貼合一第一承載板46於該基板40的開口44面上；研磨該基板40直至該開口44露出形成導通孔48；及切開該基板40並包含多個導通孔48。
請參閱第8A、8B、8C圖為本發明篩選元件之篩選元件之TSV照片示意圖，本發明利用黃光顯影可以把開口的尺寸蝕刻出來，且利用蝕刻方式把特定的角度孔蝕刻出來，如第8A圖所示。第8A圖為利用蝕刻做出來的TSV，深度45 um。第8B與8C圖可看到頂部的CD 2.79 um與底部的CD 2.06 um，晶圓(Wafer)再經過研磨切割後，即可得到篩選元件。
第9A圖至第9C圖為本發明第十一實施例之微粒子偵測器的剖視示意圖。請同時參照第1A圖至第1C圖以及第9A圖至第9C圖，本實施例之微粒子偵測器（第9A圖至第9C圖）分別與第一實施例至第三實施例（第1A圖至第1C圖）之微粒子偵測器類似，惟差異之處在於：本實施例之微粒子偵測器進一步包括第一電極E1與第二電極E2，其中第一電極E1具有多個指向偵測元件14的尖端放電結構T，且這些尖端放電結構T適於使微粒子146帶電荷。此外，由於偵測元件14配置於第一電極E1與第二電極E2之間，第一電極E1與第二電極E2適於產生一電場，且第一電極E1與第二電極E2之間的電場至少施加於篩選元件12與偵測元件14之間，以牽引帶電荷的微粒子146從篩選元件12往偵測元件14移動並且附著於偵測元件14的偵測區142上。
如第9A圖至第9C圖所示，在本實施例中，篩選元件12與偵測元件14位於第一電極E1與第二電極E2之間，以使第一電極E1與第二電極E2之間的電場能夠施加於篩選元件12與偵測元件14之間。在本實施例中，第一電極E1例如係電性連接至一負電壓，且位於篩選元件12的上方，而第二電極E2例如係電性連接至一正電壓，且位於偵測元件14的下方。舉例而言，第一電極E1上的尖端放電結構T例如為具有尖端的導電凸塊，而前述的尖端放電結構T（即導電凸塊）例如是藉由焊線製程(wire-bonding process)所形成的圖釘狀凸塊(stud bumps)。此外，前述的尖端放電結構T例如為金凸塊或其他材質之導電凸塊。
然而，第一電極E1與第二電極E2的設置位置並不限於如第9A圖至第9C圖所示，第一電極E1與第二電極E2的設置以能夠使第一電極E1與第二電極E2之間的電場施加於篩選元件12與偵測元件14之間為原則。以下將搭配第10A圖至第10C圖針對第一電極E1與第二電極E2的另一種設置方式進行描述。
第10A圖至第10C圖為本發明第十二實施例之微粒子偵測器的剖視示意圖。請參照第9A圖至第9C圖以及第10A圖至第10C圖，本實施例之微粒子偵測器（第10A圖至第10C圖）分別與第十一實施例（第9A圖至第9C圖）之微粒子偵測器類似，惟差異之處在於：本實施例之第一電極E1設置於篩選元件12的下表面上。換言之，第一電極E1位於篩選元件12與感測元件14之間，而第一電極E1與第二電極E2之間的電場會產生於第一電極E1與偵測元件14，且電場對於微粒子146的影響不及於篩選元件12的上方。
在第10A圖至第10C圖中的微粒子偵測器中，由於第一電極E1的製作可被整合於篩選元件12的製作中，因此，微粒子偵測器的體積可更進一步的縮小。
承上述，第十一實施例與第十二實施例中所記載的第一電極E1與第二電極E2亦可被應用於前述的第六實施例至第十實施例（第5A圖至第5E圖）中，以下將搭配第11A圖至第11E圖針對第一電極E1與第二電極E2的多種不同設置方式進行描述。
第11A圖為本發明第十三實施例之微粒子偵測器的剖視示意圖。請同時參照第5A圖以及第11A圖，本實施例之微粒子偵測器（第11A圖）與第六實施例（第5A圖）之微粒子偵測器類似，惟二者差異之處在於：本實施例中之微粒子偵測器進一步包括第一電極E1與第二電極E2，其中第一電極E1具有多個指向偵測元件14的尖端放電結構T，且這些尖端放電結構T適於使微粒子146帶電荷。此外，如第11A圖所示，在本實施例中，第一承載板302具有一上表面302a與一下表面302b，篩選元件12配置於第一承載板302的上表面302a上，而第一電極E1則配置於第一承載板302的下表面302b上。第二承載板304適於承載偵測元件14，且第二電極E2配置於第二承載板304的任一表面（上表面或下表面）上。
在本實施例中，第一電極E1的設置位置並不侷限於第一承載板302的下表面302b，且第二電極E2的設置位置並不拘限於第二承載板304的下表面。舉例而言，第一電極E1可設置於篩選元件12的上方，而第二電極E2可設置於偵測元件14的底面上或者是偵測元件14下方的治具30上。
第11B圖為本發明第十四實施例微粒子偵測器之剖視示意圖。請同時參照第5B圖以及第11B圖，本實施例之微粒子偵測器（第11B圖）與第七實施例（第5B圖）之微粒子偵測器類似，惟二者差異之處在於：本實施例中之微粒子偵測器進一步包括第一電極E1與第二電極E2，其中第一電極E1具有多個指向偵測元件14的尖端放電結構T，且這些尖端放電結構T適於使微粒子146帶電荷。此外，如第11B圖所示，在本實施例中，第一承載板302具有一上表面302a與一下表面302b，篩選元件12配置於第一承載板302的上表面302a上，而第一電極E1則配置於第一承載板302的下表面302b上。此外，第二承載板304適於承載偵測元件14以及印刷電路板31，且第二電極E2配置於第二承載板304的任一表面（上表面或下表面）上。
在本實施例中，第一電極E1的設置位置並不侷限於第一承載板302的下表面302b，且第二電極E2的設置位置並不拘限於第二承載板304的下表面。舉例而言，第一電極E1可設置於篩選元件12的上方，而第二電極E2可設置於印刷電路板31與偵測元件14之間、印刷電路板31的底面上或是印刷電路板31下方的治具30上。
第11C圖為本發明第十五實施例微粒子偵測器之剖視示意圖。請同時參照第5C圖與第11C圖，本實施例之微粒子偵測器與第八實施例之微粒子偵測器類似，惟二者差異之處在於：本實施例中之微粒子偵測器進一步包括第一電極E1與第二電極E2，其中第一電極E1具有多個指向偵測元件14的尖端放電結構T，且這些尖端放電結構T適於使微粒子146帶電荷。此外，如第11C圖所示，在本實施例中，第一電極E1設置於篩選元件12的下表面上，而第二電極E2設置於印刷電路板31的底面上。
在本實施例中，第一電極E1的設置位置並不侷限於篩選元件12的下表面，而第二電極E2的設置位置並不拘限於印刷電路板31的下表面上。舉例而言，第一電極E1可設置於篩選元件12的上方，而第二電極E2可設置於印刷電路板31與偵測元件14之間或是印刷電路板31下方的治具30上。
第11D圖為本發明第十六實施例微粒子偵測器之剖視示意圖，而第11E圖為本發明第十七實施例微粒子偵測器之剖視示意圖。請同時參照第5D圖至第5E圖與第11D圖至第11E圖，本實施例之微粒子偵測器（第5D圖至第5E圖）與第九實施例至第十實施例之微粒子偵測器（第11D圖至第11E圖）類似，惟差異之處在於：本實施例中之微粒子偵測器進一步包括第一電極E1與第二電極E2，其中第一電極E1具有多個指向偵測元件14的尖端放電結構T，且這些尖端放電結構T適於使微粒子146帶電荷。此外，如第11D圖與圖11E所示，在本實施例中，第一電極E1設置於篩選元件12的下表面上，而第二電極E2設置於偵測元件14的底面上。
在本實施例中，第一電極E1的設置位置並不侷限於篩選元件12的下表面，而第二電極E2的設置位置並不拘限於偵測元件14的下表面上。舉例而言，第一電極E1可設置於篩選元件12的上方，而第二電極E2可設置於偵測元件14下方的治具30上。
第12A圖至第12D圖為本發明第十八實施例之微粒子偵測器的剖視示意圖。請參照第12A圖與第12B圖，本實施例的微粒子偵測器包括篩選元件12、偵測元件14、第一電極E1、第二電極E2、頂蓋22以及電路板31。篩選元件12具有多個孔16。偵測元件14配置於篩選元件12下方，且偵測元件14具有一偵測區142。第一電極E1具有多個指向偵測元件14的尖端放電結構T，且尖端放電結構T適於使微粒子146帶有電荷。偵測元件14配置於第一電極E1與第二電極E2之間，而第一電極E1與第二電極E2適於產生一電場，且第一電極E1與第二電極E2之間的電場至少施加於篩選元件12與偵測元件14之間，以牽引帶電荷的微粒子146從篩選元件12往偵測元件14移動並且附著於偵測元件14的偵測區142上。此外，頂蓋22配置於篩選元件12上方，其中第一電極E1配置於頂蓋22上，且第一電極E1位於頂蓋22與篩選元件12之間。電路板31用以承載偵測元件14，而第二電極E2配置於電路板31上，且第二電極E2位於電路板31與偵測元件14之間。
如第12A圖與第12B圖所示，頂蓋22具有一朝向篩選元件12的內表面22a、一與內表面22a相對的外表面22b、一第一導電通孔22c以及一位於外表面22b上的第一接墊22d，而第一電極E1配置於頂蓋22的內表面22a上，且第一電極E透過導電通孔22c與第一接墊22d電性連接。在本實施例中，導電通孔22c與第一接墊22d的數量可依據實際設計而變動。此外，頂蓋22與篩選元件12之間例如是透過一第一膠材18a結合，以於頂蓋22與篩選元件12之間形成一第一空間S1，而篩選元件12與電路板31之間例如是透過一第二膠材18b結合，以於篩選元件12與電路板31之間形成一第二空間S2。前述之第一空間S1與第二空間S2藉由篩選元件12的孔16連通。
在本實施例中，第一膠材18a與第二膠材18b例如為絕緣膠材或導電膠材，但並不以此實施例材料為限。
在第12A圖與第12B圖中，設置於電路板31上的第二電極E2例如是從第二空間S2內延伸至第二空間S2之外，且第二電極E2具有一位於第二空間S2外的第二接墊P。從第12A圖示意，可透過第一接墊22d以及第二接墊P分別對第一電極E1與第二電極E2施加適當的電壓，且第一接墊22d以及第二接墊P位於不同的水平高度上。
此外，本實施例的頂蓋22具有氣流入口222，篩選元件12則具有位於氣流入口222下方的收集凹槽11以收集粒徑大於孔16的較大微粒子，以降低粒徑較大之微粒子阻塞孔16的機率。如第12A圖所示，收集凹槽11例如是對應於篩選元件12的中間部分而分佈於篩選元件12的孔16之間，而對應於收集凹槽11的氣流入口222例如是位於頂蓋22的中間部分。
如第12B圖所示，收集凹槽11例如是分佈於篩選元件的12的邊緣部分或角落處。換言之，收集凹槽11例如是分佈於孔16的一側，而對應於收集凹槽11的氣流入口222例如是位於頂蓋22的邊緣部分或角落處。
請參照第12A圖至第12D圖，第12C圖至第12D圖中的微粒子偵測器與第12A圖至第12B圖中的微粒子偵測器類似，惟差異在於：在第12C圖至第12D圖中的微粒子偵測器中，頂蓋22更包括至少一第二導電通孔22e以及至少一位於外表面22b上的第二接墊22f，篩選元件12具有至少一第三導電通孔13，而第一膠材18a與第二膠材18b皆為導電膠材，且第二電極E2透過第二膠材18b、第三導電通孔13、第一膠材18a以及第二導電通孔22e與第二接墊22f電性連接。從12C圖至第12D圖中可知，第二接墊22f透過第二導電通孔22e與第一膠材18a電性連接，第一膠材18a透過第三導電通孔13與第二膠材18b電性連接，而第二膠材18b則設置於第二電極E2上，並且與第二電極E2電性連接。
從第12C圖與第12D圖示意，可透過第一接墊22d以及第二接墊22f分別對第一電極E1與第二電極E2施加適當的電壓，且第一接墊22d以及第二接墊22f位於相同水平高度（即頂蓋22的外表面22b）上。
本發明上述之不同實施例可包括如下特點： 1. 利用黃光顯影蝕刻製程製作TSV 篩選元件，可大幅縮小尺寸選擇入口的尺寸。 2. 搭配小型化的偵測器，如MEMS 的震盪器或石英震盪器，使小型化模組。 3. 利用可抽換功能可以讓無法過濾的篩選元件與過飽和的偵測元件更換。 4. 可批量進行大量生產組裝降低價格。 5. 模組化的產品可以導入攜帶式產品，例如手機。
現今量測系統過大不易攜帶也不即時，且價格昂貴，如果利用本發明可以達到小型化，開發微粒子偵測模組，並可廣泛應用於攜帶式產品，廣泛的監控，遠離微粒子污染源，且找出汙染源，降低肺癌的發生。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧微粒子偵測器
12‧‧‧篩選元件
14‧‧‧偵測元件
141‧‧‧震盪器
142‧‧‧偵測區
143‧‧‧電路
144‧‧‧氣流孔
145‧‧‧震盪元件
146‧‧‧微粒子
147‧‧‧彈簧
148、55‧‧‧導體
16‧‧‧孔
18‧‧‧膠材
20‧‧‧模組
210‧‧‧鎖件
22‧‧‧頂蓋
220‧‧‧鎖孔
222‧‧‧氣流入口
224‧‧‧第一凹部
24‧‧‧承載板
242‧‧‧凹槽
244‧‧‧第五通孔
26‧‧‧中間元件
262‧‧‧第一通孔
264‧‧‧第一溝槽
266‧‧‧第一密閉元件
28‧‧‧電路板
282‧‧‧第二通孔
284‧‧‧第一氣流孔
29‧‧‧底蓋
292‧‧‧氣流出口
294‧‧‧第二凹部
296‧‧‧第三溝槽
298‧‧‧第三密閉元件
21、23、25、27‧‧‧墊片
212、232、252、272‧‧‧鎖孔
30‧‧‧治具
302‧‧‧第一承載板
304‧‧‧第二承載板
306‧‧‧第三通孔
308‧‧‧第四通孔
31‧‧‧印刷電路板
312‧‧‧氣流孔
32‧‧‧入口
33‧‧‧晶片
34‧‧‧出口
36‧‧‧泵浦
40‧‧‧基板
42‧‧‧光阻材料
44‧‧‧開口
46‧‧‧第一承載板
48‧‧‧導通孔
E1‧‧‧第一電極
E2‧‧‧第二電極
T‧‧‧尖端放電結構
302a‧‧‧上表面
302b‧‧‧下表面
22a‧‧‧內表面
22b‧‧‧外表面
22c‧‧‧第一導電通孔
22e‧‧‧第二導電通孔
13‧‧‧第三導電通孔
22d‧‧‧第一接墊
P、22f‧‧‧第二接墊
18a‧‧‧第一膠材
18b‧‧‧第二膠材
S1‧‧‧第一空間
S2‧‧‧第二空間
第1A圖為本發明微粒子偵測器之第一實施例剖面示意圖。
第1B圖為本發明微粒子偵測器之第二實施例剖面示意圖。
第1C圖為本發明微粒子偵測器之第三實施例剖面示意圖。
第1D圖為本發明震盪器之立體示意圖。
第1E、1F圖為本發明震盪器工作原理之示意圖。
第2A圖為本發明微粒子偵測器之立體分解示意圖。
第2B圖為本發明篩選元件之立體示意圖。
第3圖為本發明微粒子偵測器之第四實施例立體分解示意圖。
第4圖為本發明微粒子偵測器之第五實施例立體分解示意圖。
第5A圖為本發明微粒子偵測器之第六實施例立體剖視示意圖。
第5B圖為本發明微粒子偵測器之第七實施例立體剖視示意圖。
第5C圖為本發明微粒子偵測器之第八實施例立體剖視示意圖。
第5D圖為本發明微粒子偵測器之第九實施例立體剖視示意圖。
第5E圖為本發明微粒子偵測器之第十實施例立體剖視示意圖。
第6圖為本發明微粒子偵測器之組合剖視示意圖。
第7圖為本發明篩選元件之製程示意圖。
第8A、8B、8C圖為本發明篩選元件之篩選元件之TSV照片示意圖。
第9A圖至第9C圖為本發明第十一實施例之微粒子偵測器的剖視示意圖。
第10A圖至第10C圖為本發明第十二實施例之微粒子偵測器的剖視示意圖。
第11A圖為本發明第十三實施例之微粒子偵測器的剖視示意圖。
第11B圖為本發明第十四實施例之微粒子偵測器的剖視示意圖。
第11C圖為本發明第十五實施例之微粒子偵測器的剖視示意圖。
第11D圖為本發明第十六實施例之微粒子偵測器的剖視示意圖。
第11E圖為本發明第十七實施例之微粒子偵測器的剖視示意圖。
第12A圖至第12D圖為本發明第十八實施例之微粒子偵測器的剖視示意圖。
10‧‧‧微粒子偵測器
12‧‧‧篩選元件
14‧‧‧偵測元件
143‧‧‧電路
146‧‧‧微粒子
16‧‧‧孔
142‧‧‧偵測區
144‧‧‧氣流孔
148‧‧‧導體
18‧‧‧膠材
Claims (33)
- 一種微粒子偵測器，包括：一篩選元件，具有多數個孔；及一偵測元件，對應地設置於該篩選元件的下方，該偵測元件具有一偵測區用以偵測至少一微粒子濃度，其中該偵測區包括有一震盪器及一電路，該震盪器與該電路電性連接，使利用該震盪器附著有該微粒子時，震盪頻率下降，使震盪頻率轉換成質量變化以偵測該微粒子濃度。
- 如申請專利範圍第1項所述的微粒子偵測器，其中該孔為一直筒狀，該孔為一導通孔(TSV，Through silicon via)。
- 如申請專利範圍第2項所述的微粒子偵測器，其中全部或部分孔係形成一漸縮狀或漸擴狀，該孔為一導通孔(TSV，Through silicon via)。
- 如申請專利範圍第2項所述的微粒子偵測器，其中該孔的孔徑提供一帶有至少一種PM2.5(Particle matter 2.5)粒子的氣流通過。
- 如申請專利範圍第1項所述的微粒子偵測器，其中該偵測元件設置於一電路板上，且位於該偵測元件兩側分別設置有一氣流孔。
- 如申請專利範圍第1項所述的微粒子偵測器，其中該電路係設置於一電路板上並電性連接。
- 如申請專利範圍第6項所述的微粒子偵測器，其中該偵 測元件具有至少一導體與一電路板連接。
- 如申請專利範圍第6項所述的微粒子偵測器，其中該電路為一IC電路。
- 如申請專利範圍第1項所述的微粒子偵測器，其中該振盪器為一MEMS(Microelectromechanical Systems)振盪器或石英震盪器。
- 如申請專利範圍第1項所述的微粒子偵測器，更包括：一中間元件，具有一第一通孔，該中間元件設置於該篩選元件與該偵測元件間，使該第一通孔對準該多數個孔以及該偵測元件；一頂蓋，設置於該篩選元件相對於該中間元件之另一側，該頂蓋具有一氣流入口；及一底蓋，設置於該偵測元件相對於該中間元件之另一側，該底蓋具有一氣流出口。
- 如申請專利範圍第10項所述的微粒子偵測器，其中該篩選元件設置於一承載板上，該承載板具有一凹槽，供篩選元件嵌入於該凹槽內。
- 如申請專利範圍第11項所述的微粒子偵測器，其中該頂蓋、承載板、中間元件、電路板及該底蓋上對應地設置有多數個鎖孔，供多數個鎖件使該頂蓋、承載板、中間元件、電路板及該底蓋固定為一模組。
- 如申請專利範圍第10項所述的微粒子偵測器，其中該 中間元件的兩側表面分別設置有一第一溝槽，供一第一密閉元件嵌入該第一溝槽內；以及該頂蓋與該底蓋相對應地內側設置有一第二溝槽與一第三溝槽，供一第二密閉元件與一第三密閉元件分別地嵌入該第二溝槽與該第三溝槽內。
- 如申請專利範圍第10項所述的微粒子偵測器，其中該頂蓋、承載板、中間元件、電路板及該底蓋彼此間分別設置有一墊片以供緩衝，且該每一墊片對應該頂蓋、承載板、中間元件、電路板及該底蓋設置有多數個鎖孔。
- 如申請專利範圍第1項所述的微粒子偵測器，其中該偵測元件與該篩選元件間於近邊緣處以一膠材結合。
- 如申請專利範圍第7項所述的微粒子偵測器，其中該電路板對應於該偵測元件上設置有一第二通孔，以供氣流通過該偵測元件之震盪器後進入該第二通孔。
- 如申請專利範圍第10項所述的微粒子偵測器，其中該頂蓋之內側具有一凹部，且該底蓋之內側具有一凹部，使分別連通該氣流入口與該氣流出口。
- 一種篩選元件之製造方法，包括：提供一基板；塗佈或平版印刷一光阻材料於該基板上；蝕刻出多個開口於該基板上，其中該開口為一直筒狀或漸縮狀或漸擴狀；自該基板上移除該光阻材料； 貼合一承載板於該基板的開口面上；研磨該基板直至該開口露出形成導通孔；及切開該基板並包含多個導通孔。
- 如申請專利範圍第18項所述的篩選元件之製造方法，其中該篩選元件使用黃光顯影濕蝕刻對該篩選元件進行蝕刻。
- 一種微粒子偵測器，包括：一篩選元件，具有多個孔；一偵測元件，配置於該篩選元件下方，該偵測元件具有一偵測區；一第一電極，具有多個指向該偵測元件的尖端放電結構，該些尖端放電結構適於使該微粒子帶電荷；以及一第二電極，其中該偵測元件配置於該第一電極與該第二電極之間，而該第一電極與該第二電極適於產生一電場，且該第一電極與該第二電極之間的該電場至少施加於該篩選元件與該偵測元件之間，以牽引帶電荷的該微粒子從該篩選元件往該偵測元件移動並且附著於該偵測元件的該偵測區上。
- 如申請專利範圍第20項所述的微粒子偵測器，其中該篩選元件位於該第一電極與該偵測元件之間，而該偵測元件位於該第二電極與該篩選元件之間，且該些尖端放電結構指向該篩選元件及該偵測元件以使位於該第一電極與該篩選元件之間的該微粒子帶電荷。
- 如申請專利範圍第21項所述的微粒子偵測器，更包 括：一頂蓋，配置於該篩選元件上方，其中該第一電極配置於該頂蓋上，且該第一電極位於該頂蓋與該篩選元件之間；以及一電路板，承載該偵測元件，其中該第二電極配置於該電路板上，且該第二電極位於該電路板與該偵測元件之間。
- 如申請專利範圍第22項所述的微粒子偵測器，其中該頂蓋具有一朝向該篩選元件的內表面、一與該內表面相對的外表面、一第一導電通孔以及一位於該外表面上的第一接墊，而該第一電極配置於該頂蓋的該內表面上，且該第一電極透過該導電通孔與該第一接墊電性連接。
- 如申請專利範圍第23項所述的微粒子偵測器，其中該頂蓋與該篩選元件之間透過一第一膠材結合以於該頂蓋與該篩選元件之間形成一第一空間，而該篩選元件與該電路板之間是透過一第二膠材結合以於該篩選元件與該電路板之間形成一第二空間，且該第一空間與該第二空間藉由該篩選元件的該些孔連通。
- 如申請專利範圍第24項所述的微粒子偵測器，其中配置於該電路板上的該第二電極從該第二空間內延伸至該第二空間外，且該第二電極具有一位於該第二空間外的第二接墊。
- 如申請專利範圍第24項所述的微粒子偵測器，其中該頂蓋更包括一第二導電通孔以及一位於該外表面上的第二接墊，該篩選元件具有一第三導電通孔，而該第一膠材與該第二膠材包括導電膠材，且該第二電極透過該第二膠材、該第三導電通孔、 該第一膠材以及該第二導電通孔與該第二接墊電性連接。
- 如申請專利範圍第20項所述的微粒子偵測器，更包括：一頂蓋，具有一氣流入口，其中該篩選元件位於該頂蓋與該偵測元件之間，且該篩選元件具有一位於該氣流入口下方的收集凹槽，以收集粒徑大於該些孔的粒子；以及一電路板，承載該偵測元件，其中該電路板具有至少一氣流孔。
- 如申請專利範圍第27項所述的微粒子偵測器，其中該收集凹槽分佈於該些孔的一側。
- 如申請專利範圍第27項所述的微粒子偵測器，其中該收集凹槽分佈於該些孔之間。
- 如申請專利範圍第20項所述的微粒子偵測器，其中該第一電極位於該篩選元件與該偵測元件之間，而該偵測元件位於該第一電極與該第二電極之間，且該些尖端放電結構指向該偵測元件以使位於該第一電極與該偵測元件之間的該微粒子帶電荷。
- 如申請專利範圍第30項所述的微粒子偵測器，更包括：一第一承載板，其中該第一承載板具有一上表面與一下表面，該篩選元件配置於該第一承載板的該上表面上，而該第一電極配置於該第一承載板的該下表面上。
- 如申請專利範圍第30項所述的微粒子偵測器，更包 括：一第二承載板，承載該偵測元件，其中該第二電極配置於該第二承載板上。
- 如申請專利範圍第20項所述的微粒子偵測器，其中該些尖端放電結構包括具有尖端的導電凸塊。
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