PH传感器及制造方法技术

公开了一种pH传感器，包括：载体(10)，所述载体包括多个导电迹线和外露的导电区域(40)，所述外漏的导电区域定义了与所述导电迹线之一相连的参考电极；感测装置(30)，安装在所述载体上并且与其他导电迹线中的至少一个相连；覆盖所述载体的封装(20)，所述封装包括使所述感测装置的表面(32)外露的第一腔体(22)以及使所述外露的导电区域外露的第二腔体(24)，所述第二腔体包括参考电极材料(42)和与所述参考电极材料共享至少一种离子类型的离子储存材料(44)，所述参考电极材料夹在所述外露的导电区域与所述离子储存材料之间。还公开了一种制造这种pH传感器的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种pH传感器，所述pH传感器包括感测装置和参考电极。本专利技术还涉及一种制造这种PH传感器的方法。
技术介绍
·在许多应用领域中，出于各种原因对溶液或者物质的pH测量是重要的。在医疗应用领域中，患者血液的PH测量可以对患者的医疗状况给出宝贵的见解，因为偏离预期值的PH值可以指示患者正在遭受某些医疗状态。在这种应用领域中的pH传感器通常是昂贵的，因为它们必须遵守健康和安全法规，特别是当所述血液样本返回患者时，也必须是高度精确的。在食品工业中，通常使用例如乳制品和肉类之类的食品的pH测量，因为所述pH指示所述食品的状态。在这些应用领域中，因为大量的食物或者因为食物存储期的持续时间，需要进行高容量测量。在这些应用领域中，可能需要大量的(一次性)传感器，因此需要所述传感器便宜。如迄今为止已知的，关于pH传感器稳定性的主要问题之一是所述参考电极电势可能随时间推移是不稳定的，例如因为为了维持所述参考电极电势的缓冲溶液中的离子浓度泄露。例如可以采用这种缓冲溶液来保护所述参考电极免受待分析介质中相同离子的浓度变化。例如，常用的参考电极是氯化银电极，其中所述参考电势E由能斯脱(Nernst)方程定义Lffl·: 二: Z-;'1 — In ( (_ 一 /■在这个方程中，E°是标准电极电势，R是理想气体常数，T是温度，F是法拉第常数，以及aa_是氯离子的活度或者有效浓度。将立即认识到，有效氯离子浓度的变化对所述参考电极电势E具有直接的影响。许多氯化银参考电极包括含有Cl—离子的溶液，需要周期性地补充所述溶液以便维持稳定的参考电势。这种方法可能不适用于由没有经过训练补充所述参考电极或者执行重新校准的人员来操作所述传感器的应用领域。此外，对于特定的工艺应用，例如在运输期间监测食物质量，重新校准和回填(refilling)可能太昂贵或者根本不能执行。包括参考电极在内的微型pH传感器是迄今为止已知的。例如，已经公开了集成电路，其中包括PH传感器和参考传感器的多个传感器已经被集成在单个芯片上。然而，这种IC的制造工艺相当复杂，使得这种装置的成本对于诸如食品工业的低端应用领域是望而生畏(prohibitive)的。
技术实现思路
本专利技术试图提供一种带有提高使用寿命的集成参考电极的低成本PH传感器。本专利技术还试图提供一种制造这种pH传感器的方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种pH传感器，包括载体，所述载体包括多个导电迹线和外露的导电区域，所述外露区域定义了与所述导电迹线之一相连的参考电极；感测装置，安装在所述载体上并且与其他导电迹线中的至少一个相连；覆盖所述载体的封装，所述封装包括使所述感测装置的表面外露的第一腔体以及使所述外露的导电区域外露的第二腔体，所述第二腔体包括参考电极材料和与所述参考电极材料共享至少一种离子类型的离子储存层(ion reservoir)材料,所述参考电极材料夹在所述外露的导电区域与所述离子储存材料之间。由于不需要增加所述感测装置的占地面积，可以以低成本的方式制造这种pH传感器，因为所述参考电极是合并在封装而不是所述感测装置中，同时所述参考电极同时提供稳定的参考电极电势，因为所述离子储存材料，例如包含了氯化物盐溶液诸如氯化银、氯化钾或者氯化钠溶液的凝胶，为所述参考电极材料提供了氯离子储存层，所述参考电极材料定义了所述参考电极例如Ag/AgCl膏(paste)的参考电势，从而保证了氯离子活度aa_为所述参考电极保持恒定，所述参考电极由参考电极材料和诸如键合焊盘(bond pad)、接触焊盘(contact pad)、平台(landing)或者安装焊盘(mounting pad)等外露的导电区域组成。当然也可以使用其他合适的参考电解液。有利地，所述pH传感器还包括一个不可透过层，所述不可透过层对在所述第二腔体上的离子储存材料中的离子类型是不可透过的。这样保证了在所述参考电极中的氯离子浓度在较长的时间段上维持恒定，从而延长了所述PH传感器的使用寿命。在替代实施例中，所述封装还包括流体通道(fluid channel),所述流体通道从所述封装的边缘横向延伸至所述第二腔体，以便保持所述参考电极与所述样品接触。选择所述流体通道的尺寸，例如直径，使得来自所述离子储存材料即所述参考电解液的离子不能(容易地)通过所述流体通道逃离所述第二腔体，从而避免了氯离子从所述离子储存材料大量的向外扩散。例如可以通过保证所述离子储存材料具有足够大的粘度来防止其进入所述流体通道和/或通过确定所述流体通道的尺寸使得在所述离子储存材料与外部介质之间的接触面积被减小到相关离子(例如氯离子)的向外扩散被限制到很小数量的程度来实现。在另一个实施例中，所述封装还包括另一个流体通道，所述另一个流体通道从所述边缘横向延伸至所述第一腔体。这样在所述感测装置与所述参考电极之间建立了液体连接，防止由于维持在所述参考电极与感测装置的表面或者电极之间永久液体/流体连接造成的所述PH传感器的的浮置，因此例如防止在所述pH传感器插入到含有感兴趣分析物的物质中出现电压尖峰(voltage spike)。在实施例中，所述pH传感器还包括第一接触焊盘，经由另一个导电迹线与所述感测装置相连；以及第二接触焊盘，经由所述导电迹线与外露的导电区域相连。这样允许所述感测信号在传感器之外的(off-sensor)处理。替代地，所述感测装置包括收发器，所述pH传感器还包括在所述载体上的天线，所述天线与其他所述导电迹线中的至少一个相连。这样允许所述感测信号的片上(on-chip)处理，例如如果所述外露的导电区域焊盘经由所述第二导电迹线与所述感测装置相连。所述感测装置可以适用于将所述感测信号处理的结果发送至远程接收器，例如经由射频通信协议，例如所述感测装置是包括包括对PH敏感的表面的集成电路(IC)，例如其栅极外露于所述第一腔体的离子敏感场效应晶体管。在实施例中，所述载体是印刷电路板。其优势在于所述第一和第二导电迹线可以集成在所述印刷电路板中。所述pH传感器还可以包括锐利的尖端(sharp tip)，便于将所述pH传感器插入到诸如肉制品之类的物质中。如果这种锐利的尖端与所述第一流体通道的出现组合，那么相对于横轴移动所述第一流体通道通过所述锐利的尖端是优选的，从而减小了穿透时所述流体通道被所述物质堵塞的风险。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种制造这种pH传感器的方法，所述方法包括提供一个载体，在其表面上有多个导电迹线，与导电迹线之一相连的外露的导电区域以及另一个外露的导电区域，将集成电路管芯(die)固定至所述另一个外露的导电区域，所述集成电路管芯包括外露的对PH敏感的表面；将所得到的结构封装在保护性树脂中；在所述保护性树脂中形成第一腔体和第二腔体，所述第一腔体使所述对PH敏感的表面外露以及所述第二腔体使所述外露的导电区域外露；在所述外露的导电区域上沉积参考电极材料；以及在所述参考电极材料上沉积离子储存材料，所述离子储存材料与所述参考电极材料共享至少一种离子类型。这种方法的优势在于，以直接因而低成本的方式在所述pH传感器的封装工艺中提供参考电极。优选地，同时执行所述封装步骤和所述腔体形成步骤。这样提供了一种制造本专利技术所述PH传感器的非常低成本的方法，因为所述封装工艺不要求附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种pH传感器，包括：载体(10)，所述载体包括多个导电迹线和外露的导电区域(40)，所述外漏的导电区域定义了与所述导电迹线之一相连的参考电极；感测装置(30)，安装在所述载体上并且与其他导电迹线中的至少一个相连；覆盖所述载体的封装(20)，所述封装包括使所述感测装置的表面(32)外露的第一腔体(22)以及使所述外露的导电区域外露的第二腔体(24)，所述第二腔体包括参考电极材料(42)和与所述参考电极材料共享至少一种离子类型的离子储存材料(44)，所述参考电极材料夹在所述外露的导电区域与所述离子储存材料之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂亚斯·梅兹，科恩·塔克，罗曼诺·胡夫曼，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：