TWI838739B - 連續量測電化學資訊的自動化系統 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種連續量測電化學資訊的自動化系統，其包含一儲存模組、一混和模組、一陣列電路板、一操控模組以及一電化學模組；陣列電路板包括複數獨立檢測區，各獨立檢測區具有一量測部以及一電極單元；操控模組具有一取樣單元以及一檢測連接單元，取樣單元能夠在儲存模組、混和模組以及陣列電路板之間來回移動，以將樣品溶液與一活化試劑混和以形成之待測液注入其中一量測部，檢測連接單元能夠與對應有待測液的電極單元進行電性連接；電化學模組能夠對待測液進行電化學檢測；藉此，能夠連續且快速的取得製程所需溶液之檢測結果，以達到更佳的即時監控之效果。
Description
本發明係關於一種電化學檢測相關技術，尤指一種連續量測電化學資訊的自動化系統。
具有化學藥槽的工廠生產過程中，例如半導體製造廠、液晶顯示器面板製造場，一般來說會需監控製程所需之生產槽體內特定化學成分的含量，以確保製程過程的穩定性，確保產出的產品品質，為了避免因為在製程的後端才得知是否有缺陷，導致已產出許多廢品而造成浪費與大規模損失的問題，大多數廠商必須對對生產槽液體進行即時監控以解決所述問題。
生產槽液體的即時監控指標大致上分為溶液溫度、溶液酸鹼度以及溶液導電度三種指標，由於所述指標在針對複雜溶液系統的監控上明顯不足，因此工廠多會成立化學分析實驗室，對槽內溶液定期進行化驗。
分析實驗室設備多以光學或質譜分析監測技術為主，而光學以及質譜分析方法必須先經過複雜的前處理，將待測溶液處理為較單純的狀態後，才能夠上機分析，在檢測結果的取得上耗費許多時間，難以立即得知生產槽液體的變化。
本發明主要目的在於提供一種連續量測電化學資訊的自動化系統，能夠連續且快速的取得製程所需溶液之檢測結果，以達到更佳的即時監控之效果。
為達上述目的，本發明之一項實施例提供一種連續量測電化學資訊的自動化系統，其包含一儲存模組、一混和模組、一陣列電路板、一操控模組以及一電化學模組；儲存模組具有一容置空間，容置空間用以暫存一樣品溶液；混和模組設置位置相異於儲存模組；陣列電路板設置位置相異於儲存模組以及混和模組，陣列電路板包括複數獨立檢測區，各獨立檢測區具有一量測部以及一電極單元；操控模組具有一取樣單元以及一檢測連接單元，取樣單元能夠在儲存模組、混和模組以及陣列電路板之間來回移動，以將樣品溶液注入混和模組，使樣品溶液與一活化試劑混和以形成一待測液，取樣單元將待測液注入其中一獨立檢測區之量測部，檢測連接單元能夠移動至對應有待測液的獨立檢測區，並與獨立檢測區的電極單元進行電性連接；電化學模組耦接操控模組，電化學模組能夠對待測液進行電化學檢測，以取得待測液之檢測資訊。
藉此，本發明之自動化系統，透過包括有複數獨立檢測區的陣列電路板，配合能夠在儲存模組、混和模組以及陣列電路板之間來回移動的操控模組，能夠在不需複雜的前處理步驟的情況下，對待測液進行連續的分析，且能節省清洗容器以及電極所需的時間，有效提升電化學分析的速率，而能夠對待測液進行即時監控，進而達到更佳的製程良率控制。
為便於說明本發明於上述發明內容一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達。實施例中各種不同物件係按適於說明之比例、尺寸、變形量或位移量而描繪，而非按實際元件的比例予以繪製，合先敘明。
請參閱圖1至圖10所示，本發明提供一種連續量測電化學資訊的自動化系統100，圖1係本發明自動化系統100之方塊連結示意圖；圖2係本發明自動化系統100之外觀示意圖。
自動化系統100包含一儲存模組10、一混和模組20、一陣列電路板30、一檢測平台40、一操控模組50、一電化學模組60、一第一偵測模組70、一第二偵測模組80；其中，儲存模組10連結至一工作槽1，混和模組20設置位置相異於儲存模組10，陣列電路板30設於檢測平台40，且設置位置相異於儲存模組10以及混和模組20，電化學模組60、第一偵測模組70以及第二偵測模組80耦接操控模組50。
儲存模組10具有一容置空間11、一樣品進入口12、一進水口13以及一排放口14，一樣品進入口12、一進水口13以及一排放口14連通容置空間11；其中，容置空間11用以暫存一樣品溶液2，樣品進入口12用以使樣品溶液2流入容置空間11，進水口13用以使一清水流入容置空間11，排放口14用以排空容置空間11內的液體。
儲存模組10利用幫浦收集工作槽1內欲分析的樣品溶液2，於本實施例中，容置空間11可分隔為不同隔間，以同時自不同工作槽1收集不同的樣品溶液2。
儲存模組10若欲更換待分析的樣品溶液2，需要對容置空間11進行清洗，以避免前次樣品溶液2所造成的汙染，儲存模組10能夠利用排放口14排空容置空間11內之樣品溶液2，並以重複利用進水口13引入清水以及利用排放口14排空清水的方式，清洗容置空間11。
於本實施例中，儲存模組10每間隔一取樣時間利用樣品進入口12自工作槽1引入樣品溶液2，藉此可隨時檢測工作槽1內的化學液體濃度，以維持工作槽1內化學液體的濃度恆定。
陣列電路板30包括複數獨立檢測區31，如圖4所示，各獨立檢測區31具有一量測部311以及一電極單元312，量測部311經由導線(圖中未示)連結至電極單元312；於本實施例中，量測部311以及電極單元312之間具有一最短距離d，最短距離d小於0.5公分，以縮減獨立檢測區31之長度，而避免陣列電路板30佔用過大的面積。
量測部311包含一工作電極3111、一對電極3112以及一參考電極3113，電極單元312為3個電極接點3121，各電極分別連接至一電極接點3121，其中，量測部311內之工作電極3111、對電極3112以及參考電極3113可設計為不同構造(如圖4所示)，以因應不同的樣品溶液2而進行不同的電化學量測。
如圖3至4所示，檢測平台40具有一定位部41，陣列電路板30之周緣更具有一防呆部32，防呆部32能夠用以辨別不同檢測用途之陣列電路板30，以及供定位部41穿伸以將陣列電路板30定位於檢測平台40。以圖4舉例來說，左邊的陣列電路板30a右邊僅有三個防呆部32可供定位部41定位設置；而右邊的陣列電路板30b右邊有四個防呆部32可供定位部41定位設置，藉此使用者於置放時便不會搞錯置放的位置，避免錯置問題的發生。
操控模組50具有一取樣單元51、一檢測連接單元52以及一位移控制單元53，其中，取樣單元51及檢測連接單元52設於位移控制單元53。
取樣單元51能夠在儲存模組10、混和模組20以及陣列電路板30之間來回移動，以將樣品溶液2注入混和模組20，使樣品溶液2與一活化試劑混和以形成一待測液3，接著將待測液3注入陣列電路板30其中一獨立檢測區31之量測部311。
進一步說明，樣品溶液2以及活化試劑需先在混和模組20中進行如稀釋、化學反應、變更酸鹼度或增加導電度等反應，接著才將反應完成而形成的待測液3注入獨立檢測區31之量測部311，藉以避免反應過程對量測部311表面造成汙染，而影響到後續量測。
此外，取樣單元51能夠在每一次將待測液3注入陣列電路板30時，配合各獨立檢測區31的排列位置而移動，依序將待測液3注入不同的獨立檢測區31。
取樣單元51具有一定量吸管組511，定量吸管組511能夠抽取及釋放液體，定量吸管組511分為一第一定量吸管5111以及一第二定量吸管5112，第一定量吸管5111用以自儲存模組10抽取樣品溶液2，並將樣品溶液2注入混和模組20，第二定量吸管5112用以將待測液3注入獨立檢測區31之量測部311。
其中，第二定量吸管5112更能夠用以混和樣品溶液2以及活化試劑，取樣單元51能夠重複按壓第二定量吸管5112，利用抽吸方式以混和樣品溶液2以及活化試劑而形成待測液3。
於本實施例中，第一定量吸管5111與第二定量吸管5112所吸取的容量不相同，第一定量吸管5111之容量約為2至20µL，第二定量吸管5112之容量則為20至200µL，第二定量吸管5112以較大的容量抽吸混和樣品溶液2以及活化試劑，能夠令所形成之待測液3較為均勻。
第二定量吸管5112在將待測液3注入獨立檢測區31之量測部311後，取樣單元51能夠控制一吸管尖4以水平方向繞圈方式接觸位於量測部311的待測液3，以使待測液3均勻分布佈滿於量測部311而形成電化學檢測迴路，以利於後續檢測。
檢測連接單元52能夠移動至對應有待測液3的獨立檢測區31並與所述獨立檢測區31的電極單元312進行電性連接。
於本實施例中，檢測連接單元52具有一檢測頂針521以及一彈性件522，彈性件522設於檢測頂針521之垂直上方，檢測頂針521用以接觸電極單元312，彈性件522用以在檢測連接單元52透過檢測頂針521接觸電極單元312時增加緩衝，避免檢測頂針521在垂直方向移動而加壓至接觸電極單元312時過於壓迫，而損壞到接觸電極單元312的問題；除此之外亦可以透過下壓力道的緩衝調整，增加檢測頂針521與接觸電極單元312的接觸面積，進一步避免阻抗過大的問題。
檢測頂針521為3個針體5211，針體5211能夠分別接觸3個電極接點3121以與量測部311之工作電極3111、對電極3112以及參考電極3113導通。
於本實施例中，位移控制單元53具有一供取樣單元51設置的第一移動臂531以及一供檢測連接單元52設置的第二移動臂532，而使取樣單元51及檢測連接單元52獨立進行移動，藉此加速電化學檢測的進行。
在其他實施例中，取樣單元51以及檢測連接單元52亦可共同設置於位移控制單元53上而同步進行移動。
電化學模組60能夠在檢測連接單元52電連接電極單元312後，對待測液3進行電化學檢測，以取得待測液3之檢測資訊，藉此即時確認工作槽1內樣品溶液2的狀況，以便進行工作槽1樣品溶液2的管理。舉例來說，可以使用循環伏安法(Cyclic Voltammetry, CV)、線性掃描伏安法(Linear Sweep Voltammetry, LSV)、脈衝伏安法(Differential Pulse Voltammetry,DPV)、安培法(Amperometry ,IT)或電化學阻抗頻譜法(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)等分析方法。
第一偵測模組70用以確認吸管尖4裝配至定量吸管組511，取樣單元51在透過定量吸管組511吸取液體之前，能夠在定量吸管組511上裝套吸管尖4，並移動至第一偵測模組70而確認吸管尖4確實套於定量吸管組511；於本實施例中，第一偵測模組70為紅外線感測器。
第二偵測模組80用以進行待測液3於量測部311的分佈確認，以確保待測液3均勻分布於量測部311，以利於後續電化學檢測；於本實施例中，第二偵測模組80為攝影機，而可透過自動光學檢查（Automated Optical Inspection, AOI）進行待測液3的分布確認。
於本實施例中，更進一步包括一震動模組90，震動模組90連接混和模組20，震動模組90能夠利用震盪或搖晃混和模組20之方式以混和樣品溶液2與一活化試劑。
上述內容，為說明本發明所提供一種連續量測電化學資訊的自動化系統100之一具體實施例，以下進一步說明自動化系統100之自動化檢測方法，如圖5所示，係本發明自動化系統100之量測步驟流程圖。
一準備步驟S1：將樣品溶液2由工作槽1引入至儲存模組10之容置空間11，將活化試劑注入混和模組20，以及將陣列電路板30放置於檢測平台40。其中，可以將多個不同工作槽1與該儲存模組10以連通管連接，避免人工取樣的麻煩與不便。更進一步的，不同工作槽1可以連接至儲存模組10的相同容置空間11，而在不同時間取樣；或者也可以連接至儲存模組10中不同的容置空間11，而避免樣品溶液2混雜污染的問題。進一步的，可透過儲存模組10所具有之進水口13以及排放口14進行該容置空間11的清洗，避免不同樣品溶液2之間的污染。
一取樣步驟S2：在取樣單元51之第一定量吸管5111上裝套吸管尖4，並藉由第一偵測模組70確認第一定量吸管5111上吸管尖4的裝配，取樣單元51接著移動至容置空間11抽取樣品溶液2(如圖6所示)，並將樣品溶液2注入混和模組20(如圖7所示)，接著將第一定量吸管5111上之吸管尖4丟棄。
一混和步驟S3：在取樣單元51之第二定量吸管5112上裝套吸管尖4，並藉由第一偵測模組70確認第二定量吸管5112上吸管尖4的裝配，接著以取樣單元51重複按壓第二定量吸管5112的抽吸方式，或是藉由震動模組90震盪或搖晃混和模組20的方式，將樣品溶液2與活化試劑進行混和以形成待測液3。
一待測液注入步驟S4：取樣單元51藉由第二定量吸管5112抽取待測液3，並移動至陣列電路板30，將待測液3注入其中一獨立檢測區31之量測部311(如圖8所示)，取樣單元51控制第二定量吸管5112之吸管尖4以水平方向繞圈方式接觸位於量測部311的待測液3，以使待測液3均勻分布於量測部311，並藉由第二偵測模組80進行待測液3於量測部311的分佈確認，接著取樣單元51將第二定量吸管5112上之吸管尖4丟棄。
一檢測步驟S5：將檢測連接單元52移動至對應有待測液3的獨立檢測區31並與所述獨立檢測區31的電極單元312進行電性連接(如圖9至圖10所示)，接著透過電化學模組60對待測液3進行電化學檢測，以取得待測液3之檢測資訊，並回到準備步驟S1，依此循環直到陣列電路板30上所有的獨立檢測區31檢測完畢，將檢測完成之廢液與陣列電路板30移除。
綜合上述，本發明之自動化系統100，透過包括有複數獨立檢測區31的陣列電路板30，配合能夠在儲存模組10、混和模組20以及陣列電路板30之間來回移動的操控模組50，能夠在不需複雜的前處理步驟的情況下，對待測液3進行連續的分析，且能節省習知電化學檢測清洗容器以及電極所需的時間，有效提升電化學分析的速率，而能夠對待測液3進行即時監控，進而達到更佳的製程良率控制。
以上所舉實施例僅用以說明本發明而已，非用以限制本發明之範圍。舉凡不違本發明精神所從事的種種修改或變化，俱屬本發明意欲保護之範疇。
1:工作槽 2:樣品溶液
3:待測液 4:吸管尖
100:自動化系統 10:儲存模組
11:容置空間 12:樣品進入口
13:進水口 14:排放口
20:混和模組 30:陣列電路板
30a:陣列電路板 30b:陣列電路板
31:獨立檢測區 311:量測部
3111:工作電極 3112:對電極
3113:參考電極 312:電極單元
3121:電極接點 32:防呆部
40:檢測平台 41:定位部
50:操控模組 51:取樣單元
511:定量吸管組 5111:第一定量吸管
5112:第二定量吸管 52:檢測連接單元
521:檢測頂針 5211:針體
522:彈性件 53:位移控制單元
531:第一移動臂 532:第二移動臂
60:電化學模組 70:第一偵測模組
80:第二偵測模組 90:震動模組
d:最短距離 S1:準備步驟
S2:取樣步驟 S3:混和步驟
S4:待測液注入步驟 S5:檢測步驟
圖1係本發明自動化系統之方塊連結示意圖。
圖2係本發明連自動化系統之外觀示意圖。
圖3係本發明陣列電路板放置於檢測平台之示意圖。
圖4本發明陣列電路板之示意圖。
圖5係本發明自動化系統之量測步驟流程圖。
圖6係本發明實施狀態示意圖(一)，用於表示取樣單元抽取樣品溶液。
圖7係本發明實施狀態示意圖(二)，用於表示取樣單元將樣品溶液注入混和模組。
圖8係本發明實施狀態示意圖(三)，用於表示取樣單元將待測液注入獨立檢測區。
圖9係本發明實施狀態示意圖(四)，用於表示檢測連接單元與電極單元進行電性連接。
圖10係本發明圖9之局部放大圖。
4:吸管尖
10:儲存模組
11:容置空間
20:混和模組
30:陣列電路板
40:檢測平台
50:操控模組
51:取樣單元
511:定量吸管組
5111:第一定量吸管
5112:第二定量吸管
52:檢測連接單元
521:檢測頂針
522:彈性件
53:位移控制單元
531:第一移動臂
532:第二移動臂
70:第一偵測模組
80:第二偵測模組
90:震動模組
Claims (14)
- 一種連續量測電化學資訊的自動化系統，其包含：一儲存模組，其具有一容置空間，該容置空間用以暫存一樣品溶液；一混和模組，其設置位置相異於該儲存模組；一陣列電路板，其設置位置相異於該儲存模組以及該混和模組，該陣列電路板包括複數獨立檢測區，各該獨立檢測區具有一量測部以及一電極單元；一操控模組，其具有一取樣單元以及一檢測連接單元，該取樣單元能夠在該儲存模組、該混和模組以及該陣列電路板之間來回移動，該取樣單元具有一定量吸管組，以將該樣品溶液注入該混和模組，使該樣品溶液與一活化試劑混和以形成一待測液，該取樣單元將該待測液注入其中一獨立檢測區之該量測部，該檢測連接單元能夠移動至對應有該待測液的該獨立檢測區，並與該獨立檢測區的該電極單元進行電性連接；一第一偵測模組，該第一偵測模組用以確認一吸管尖裝配至該定量吸管組；以及一電化學模組，其耦接該操控模組，該電化學模組能夠對該待測液進行電化學檢測，以取得該待測液之檢測資訊。
- 如請求項1所述之連續量測電化學資訊的自動化系統，其中，該定量吸管組分為一第一定量吸管以及一第二定量吸管，該第一定量吸管與該第二定量吸管所吸取的容量不相同。
- 如請求項2所述之連續量測電化學資訊的自動化系統，其中，該取樣單元能夠重複按壓該第二定量吸管，利用抽吸方式以混和該樣品溶液與該活化試劑。
- 如請求項1所述之連續量測電化學資訊的自動化系統，其中，該取樣單元在將該待測液注入該量測部後，該取樣單元控制該吸管尖以水平方向繞圈方式接觸位於該量測部的該待測液。
- 如請求項1所述之連續量測電化學資訊的自動化系統，更包含一第二偵測模組，該第二偵測模組用以進行該待測液於該量測部的分佈確認。
- 如請求項1所述之連續量測電化學資訊的自動化系統，其中，該檢測連接單元具有一檢測頂針以及一彈性件，該彈性件設於該檢測頂針之垂直上方，該檢測頂針用以接觸該電極單元，該彈性件用以在該檢測連接單元透過該檢測頂針接觸該電極單元時增加緩衝。
- 如請求項1所述之連續量測電化學資訊的自動化系統，其中，該儲存模組更具有一樣品進入口、一進水口以及一排放口，該樣品進入口、該進水口以及該排放口連通該容置空間，該樣品進入口用以使該樣品溶液流入該容置空間，該進水口用以使一清水流入該容置空間，該排放口用以排空該容置空間的液體。
- 如請求7所述之連續量測電化學資訊的自動化系統，其中，該儲存模組每間隔一取樣時間利用該樣品進入口自一工作槽引入該樣品溶液。
- 如請求項7所述之連續量測電化學資訊的自動化系統，其中，該儲存模組能夠利用該排放口排空該容置空間內之該樣品溶液，並利用該進水口引入該清水以清洗該容置空間。
- 如請求項1所述之連續量測電化學資訊的自動化系統，其中，該操控模組更具有一位移控制單元，該位移控制單元具有一供該取樣單元設置的第一移動臂以及一供該檢測連接單元設置的第二移動臂，而使該取樣單元及 該檢測連接單元獨立進行移動。
- 如請求項1所述之連續量測電化學資訊的自動化系統，其中，該操控模組更具有一位移控制單元，該取樣單元以及該檢測連接單元係共同設置於該位移控制單元上並同步進行移動。
- 如請求項1所述之連續量測電化學資訊的自動化系統，其中，更具有一與該混和模組連接的震動模組，該震動模組利用震盪或搖晃該混和模組之方式以混和該樣品溶液與該活化試劑。
- 如請求項1所述之連續量測電化學資訊的自動化系統，其中，該量測部以及該電極單元之間具有一最短距離，該最短距離小於0.5公分。
- 如請求項1所述之連續量測電化學資訊的自動化系統，更包含一檢測平台，其用以供該陣列電路板置放，該檢測平台具有一定位部，該陣列電路板之周緣具有一防呆部，該定位部穿伸該防呆部以定位該陣列電路板。
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2022
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