[發明專利]PH傳感器及制造方法

有效

• 申請號: 201210339594.X
• 申請日: 2012-09-13
• 公開（公告）號: CN102998336A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 馬蒂亞斯·梅茲;科恩·塔克;羅曼諾·胡夫曼
• 申請（專利權）人: NXP股份有限公司
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術領域

本發明涉及一種pH傳感器，所述pH傳感器包括感測裝置和參考電極。本發明還涉及一種制造這種pH傳感器的方法。

背景技術

在許多應用領域中，出于各種原因對溶液或者物質的pH測量是重要的。在醫療應用領域中，患者血液的pH測量可以對患者的醫療狀況給出寶貴的見解，因為偏離預期值的pH值可以指示患者正在遭受某些醫療狀態。在這種應用領域中的pH傳感器通常是昂貴的，因為它們必須遵守健康和安全法規，特別是當所述血液樣本返回患者時，也必須是高度精確的。

在食品工業中，通常使用例如乳制品和肉類之類的食品的pH測量，因為所述pH指示所述食品的狀態。在這些應用領域中，因為大量的食物或者因為食物存儲期的持續時間，需要進行高容量測量。在這些應用領域中，可能需要大量的(一次性)傳感器，因此需要所述傳感器便宜。

如迄今為止已知的，關于pH傳感器穩定性的主要問題之一是所述參考電極電勢可能隨時間推移是不穩定的，例如因為為了維持所述參考電極電勢的緩沖溶液中的離子濃度泄露。例如可以采用這種緩沖溶液來保護所述參考電極免受待分析介質中相同離子的濃度變化。

例如，常用的參考電極是氯化銀電極，其中所述參考電勢E由能斯脫(Nernst)方程定義：

E=E0-RTFlnaCl-]]>

在這個方程中，E⁰是標準電極電勢，R是理想氣體常數，T是溫度，F是法拉第常數，以及a_Cl-是氯離子的活度或者有效濃度。將立即認識到，有效氯離子濃度的變化對所述參考電極電勢E具有直接的影響。許多氯化銀參考電極包括含有Cl^-離子的溶液，需要周期性地補充所述溶液以便維持穩定的參考電勢。

這種方法可能不適用于由沒有經過訓練補充所述參考電極或者執行重新校準的人員來操作所述傳感器的應用領域。此外，對于特定的工藝應用，例如在運輸期間監測食物質量，重新校準和回填(refilling)可能太昂貴或者根本不能執行。

包括參考電極在內的微型pH傳感器是迄今為止已知的。例如，已經公開了集成電路，其中包括pH傳感器和參考傳感器的多個傳感器已經被集成在單個芯片上。然而，這種IC的制造工藝相當復雜，使得這種裝置的成本對于諸如食品工業的低端應用領域是望而生畏(prohibitive)的。

發明內容

本發明試圖提供一種帶有提高使用壽命的集成參考電極的低成本pH傳感器。

本發明還試圖提供一種制造這種pH傳感器的方法。

根據本發明的一個方面，提供了一種pH傳感器，包括：載體，所述載體包括多個導電跡線和外露的導電區域，所述外露區域定義了與所述導電跡線之一相連的參考電極；感測裝置，安裝在所述載體上并且與其他導電跡線中的至少一個相連；覆蓋所述載體的封裝，所述封裝包括使所述感測裝置的表面外露的第一腔體以及使所述外露的導電區域外露的第二腔體，所述第二腔體包括參考電極材料和與所述參考電極材料共享至少一種離子類型的離子儲存層(ion?reservoir)材料，所述參考電極材料夾在所述外露的導電區域與所述離子儲存材料之間。

由于不需要增加所述感測裝置的占地面積，可以以低成本的方式制造這種pH傳感器，因為所述參考電極是合并在封裝而不是所述感測裝置中，同時所述參考電極同時提供穩定的參考電極電勢，因為所述離子儲存材料，例如包含了氯化物鹽溶液諸如氯化銀、氯化鉀或者氯化鈉溶液的凝膠，為所述參考電極材料提供了氯離子儲存層，所述參考電極材料定義了所述參考電極例如Ag/AgCl膏(paste)的參考電勢，從而保證了氯離子活度a_CL-為所述參考電極保持恒定，所述參考電極由參考電極材料和諸如鍵合焊盤(bond?pad)、接觸焊盤(contact?pad)、平臺(landing)或者安裝焊盤(mounting?pad)等外露的導電區域組成。當然也可以使用其他合適的參考電解液。