[发明专利]PH传感器及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种pH传感器，所述pH传感器包括感测装置和参考电极。本发明还涉及一种制造这种pH传感器的方法。

背景技术

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：

E=E0-RTFlnaCl-]]>

在这个方程中，E⁰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a_Cl-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。

发明内容

本发明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。

本发明还试图提供一种制造这种pH传感器的方法。

根据本发明的一个方面，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a_CL-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。