交叉指型微電極和制造交叉指型微電極的方法

專利名稱：交叉指型微電極和制造交叉指型微電極的方法
技術領域：
本發明涉及交叉指型微電極，以及制造交叉指型微電極的方法。 交叉指型微電極可以用作電化學傳感器，例如以用于感測水中特性的 水傳感器件的形式。
背景技術：
交叉指型微電極用作電化學傳感器是眾所周知的。電化學傳感器 用在氧化還原循環電化學反應的研究中，并且用于測量^f匕學物種，其 中第一電極上產生的物種的存在增強了第二電極上的信號。化學物種 測量的一個這樣的例子是溶解氧的測量，其中在第一電極上產生并且
降低pH值的質子的存在減少了檢測氧需要的電位。化學物種測量的 另一個例子是水中氯的測量。在已知的電化學傳感器的大多數中，微 電極利用昂貴的微電子工藝制造在硅基底上。由于這些孩吏電子工藝的 復雜性和它們伴隨的費用，第一和第二微電極由同樣的金屬制作。這 意味著如果一種期望的反應必須發生在特殊類型的電極上，另一個電 極的有效性可能被折衷。

發明內容
本發明的一個目的是避免或減少上述問題。
因此，在本發明的一個非限制性實施例中，提供了一種交叉指型 微電極，包括襯底、村底上的第一金屬的第一層和襯底上的第二金屬
的第二層，第一層包括多個在第一端連接而在第二端^:有連接的線形 微電極，第二層包括多個在第一端連接而在第二端沒有連接的線形微 電極，第一層的線形微電極和第二層的線形微電極延伸到彼此但是彼 此不接觸，從而形成交叉指型微電極陣列，并且第一金屬與第二金屬
不同。
在本發明的另 一個非限制性實施例中，提供了 一種制造交叉指型
微電極的方法，包括提供襯底，在襯底上提供第一金屬的第一層， 和在襯底上提供第二金屬的第二層，第一層包括多個在第一端連接而
在第二端沒有連接的線形微電極，第二層包括多個在第一端連接而在 第二端沒有連接的線形微電極，第一層的線形微電極和笫二層的線形
微電極延伸到彼此但是彼此不接觸，從而形成交叉指型孩史電極陣列， 并且第一金屬與第二金屬不同。
本發明的交叉指型微電極能夠通過與已知的制造方法相比更少 費用和更小復雜性的方法制造。這使得第一和第二金屬能夠彼此不同， 從而克服伴隨第一和第二電極使用同樣金屬而產生的問題。
本發明的交叉指型微電極和方法可以包括提供用于確保第一層 的線形微電極和第二層的線形微電極彼此不接觸的配準(registration) 裝置。可以提供第二層的線形微電極以致它們正確地對齊。配準裝置 可以是在襯底上提供的第一和第二結構。優選地，配準裝置，例如第 一和第二結構，在提供第一金屬的第一層時提供在襯底上。
本發明的交叉指型微電極和方法可以包括提供用于第一金屬的 第一層的第一電連接裝置。第一電連接裝置可以是通孔。通孔可以是 鍍通孔。可以使用其它類型的第一電連接裝置。
本發明的交叉指型微電極和方法可以包括提供用于第二金屬的 第二層的第二電連接裝置。第二電連接裝置可以是通孔。通孔可以是 鍍通孔。可以使用其它類型的第二電連接裝置。
第一金屬的第一層優選地是厚膜印刷的第一層。厚膜印刷的第一 層可以通過絲網印刷提供。
第二金屬的第二層優選地是厚膜印刷的第二層。厚膜印刷的第二 層可以通過絲網印刷提供。
第二層的線形微電極的線寬可以在襯底上淀積第二層之后被減 小。優選地，該線寬通過光刻和蝕刻減小。該線寬可以減小至小于25 微米。
本發明的交叉指型微電極和方法可以包括提供密封交叉指型微 電極的部分但不密封交叉指型微電極陣列的密封層。密封層可以是電 介質密封層。可以使用其它類型的密封層。
優選地，第一金屬是鉑。可以使用其它第一金屬。優選地第二金 屬是金。可以使用其它第二金屬。優選地襯底是陶瓷襯底，例如硅襯 底或燒結的氧化鋁。可以使用其它襯底。襯底可以是上釉的或無釉的。
本發明也延伸到通過本發明的方法制造的交叉指型孩走電極。
本發明也延伸到包括交叉指型微電極的電化學傳感器。該電化學 傳感器優選地具有用來感測水中特性的水傳感器件的形式。該水傳感 器件可以用來感測單獨的水、水溶液中的水、空氣中的水或油中的水 中的特性。


現在將僅作為例子并且參考附圖描述本發明的實施例，其中 圖1顯示交叉指型微電極；
圖2顯示如何能夠標記襯底板材以形成襯底的多個不同片，該多
個不同片接著可以被分割成獨立片的襯底；
圖3顯示從圖2得到的放大形式的一片襯底，圖2中顯示的該片
襯底是圖l中顯示的襯底；
圖4顯示擁有第一金屬的第一層和配準裝置的圖3的襯底； 圖5顯示另外還擁有第二金屬的第二層的圖4的產品；以及 圖6顯示第二層中的線形微電極的線寬如何被減小的一個放大的視圖。
具體實施例方式
參考附圖，其中顯示包括襯底4的交叉指型微電極2。第一金屬 的第一層6在襯底4上。第二金屬的第二層8也提供在襯底4上。第 一層6包括多個在第一端12連接而在第二端14沒有連接的線形微電 極10。第二層8包括多個在第一端18連接而在第二端20沒有連接的線形微電極16。
如從圖1中可以看到的，第一層6的線形^:電極10和第二層8 的線形微電極16延伸到彼此。它們彼此不接觸。它們形成交叉指微電 極陣列22。第一層6的第一金屬與第二層8的第二金屬不同。
交叉指型微電極2包括配準裝置24,用于確保第一層6的線形微 電極10和第二層8的線形微電極16彼此不接觸。配準裝置24包括第 一方形結構26和第二并且較小的方形結構28。
交叉指型微電極2包括用于第一金屬的第一層6的第一電連接裝 置30。第一層6的第一端12通過線32連接到具有鍍敷有第一金屬的 鍍通孔形式的第一電連接裝置30上。類似地，交叉指型孩吏電極2包括 用于第二金屬的第二層8的第二電連接裝置36。第二電連接裝置36 是通過線38和帶40連接到第二層8的鍍通孔。線38和帶40形成第 二層8的部分。第一金屬的第一層6和第二金屬的第二層8是通過絲 網印刷提供的厚膜印刷層。
如圖6中所示，線形微電極16的線寬42在襯底4上淀積第二層 8之后被減小。通過光刻和蝕刻將線寬42減小到所要求的寬度尺寸。 如圖6中所示，線寬小于25微米。
如圖1中所示，交叉指型微電極2擁有密封交叉指型微電極2的 外周部分46、但是不密封交叉指型微電極陣列22的密封層44。
交叉指型微電極2中，密封層44是電介質密封層，第一金屬是 鉑，第二金屬是金，并且襯底是硅形式的陶瓷襯底。
可以從顯示了形成交叉指型微電極2時的順序的各個階段的圖2 -6理解制造圖1中所示的交叉指型微電極2的方法。優選的制造方 法如下。這個優選的制造方法可以總結為下面的步驟。
1. 加工陶殼襯底l，形成孔3并且激光劃片成獨立襯底的形狀， 如圖2中所示，以形成如圖3中所示的獨立襯底4。
2. 與配準裝置24對準地印刷第一金屬的第一層6，如圖4中所示。
3. 與第一金屬的第一層6對準地印刷第二金屬的第二層8，如
圖5中所示。
4. 利用光刻來蝕刻第二金屬的第二層8以達到要求的分辨率和 線寬，如圖6中所示。
5. 如果需要，貫通地鍍敷形成配準裝置24的連接孔。
6. 為了使交叉指型微電極2的需要的地方防水，印刷密封的密 封電介質材料的密封層44，使得只有交叉指型微電極陣列22的薄部 分被暴露。
在本發明的方法中，第一層6的尺寸可以是5mmx5mm,并且它 可以被印刷在厚度為0.625mm的村底4上。印刷可以是利用鉑共振墨 水(resonate ink )的絲網印刷的厚膜印刷。鉬共振墨水典型地被干燥 和烘烤，并且可以被重新印刷以增加電極軌道厚度。如上所述，第一 和第二方形結構26、 28具有不同尺寸。如果需要，可以只使用一個結 構，那么在這種情況下，它可以是0.1-3mm寬。第一層6的線形微電 極10的線寬可以由提供第一層6的印刷設備的性能限制。線寬可以是 從50 - 250nm到2-5mm長。當然可以使用其它尺寸。鍍通孔連接(或 其它合適的電連接裝置)能夠用來進行與交叉指型微電極2背面的電 連接，如圖1中所示。
利用配準裝置24與第一層6對準地印刷第二層8為金層。金具 有被設計成被蝕刻且在高溫下再烘烤的金墨水的形式，同時維持與襯 底4的好的粘附力。第一和第二層6、 8的厚膜淀積分別是在襯底4 上提供第一和第二層6、 8的低成本方法。金層8可以用來在水中檢測 氯。金層8利用光刻加工，以減小線寬，如圖6所示。這個線寬的減 小可以利用薄膜工藝實現。配準裝置24能夠被用來使對準誤差最小 化，如果用來減小線寬的薄膜工藝發生在獨立位置(separate site ), 這是有利的。薄膜光刻是與厚膜網印刷相比更精確的工藝，并且為了 獲得要求的線寬可以要求更精確的工藝。
交叉指型微電極2的最后的加工包括加入密封層44。密封層44 保護交叉指型微電極2的不要求有化學活性的部分。
作為具有鍍通孔形式的電連接裝置30、 36的一個可供選擇的方
案，電連接可以在交叉指型微電極2的邊緣或上表面上。在這個連接 中，它可以優選地保持交叉指型微電極2的上表面無任何障礙。
使用的金墨水優選地是由ESL歐洲提供的ESL 8886A。使用的 鉑墨水優選地是由ESL歐洲提供的ESL 5051。陶資襯底優選地是帶 GS-40釉面的Maruwa HA-96-2。這是上釉的陶乾襯底，但是也可以 使用無釉的陶瓷襯底。
交叉指型微電極2具有用于水質測量的電化學傳感器的形式是特
別有利的。例如可以測量水中的氯。或者，特別在飲用水中可以測量
一氯胺和溶解氧。
與用來制造交叉指型微電極的已知的昂貴的微電子方法相比，使 用厚膜印刷技術和材料使得能夠更經濟和成本有效地制造交叉指型微
電極2的構造。
當使用第二金屬為金的交叉指型微電極2時，那么能夠檢測水中 的氯。為了測量存在的所有氯分子，需要在第二電極上產生質子。在 包括其它污染物例如鐵和錳的存在的應用中，在產生質子所要求的電 位(超過1.0伏，取決于環境的pH值和溫度)下，金電極可以被金 屬氧化物沉淀污染或者被氧化，嚴重地限制了交叉指型微電極2的壽 命。在這種情況下，具有第一層6所使用的不同材料的形式的其它更 穩定的材料能夠用于驅動反應以產生質子，從而避免了如果制造的交 叉指型微電極2的第一和第二金屬都是金的話將會發生的問題。
應當理解，上面參考附圖描述的本發明的實施例只是作為例子而 給出的，并且可以對其進行修改。
權利要求
1.一種交叉指型微電極，包括襯底、襯底上第一金屬的第一層、以及襯底上第二金屬的第二層，第一層包括多個在第一端連接而在第二端沒有連接的線形微電極，第二層包括多個在第一端連接而在第二端沒有連接的線形微電極，第一層的線形微電極和第二層的線形微電極延伸到彼此但是彼此不接觸，從而形成交叉指型微電極陣列，并且第一金屬與第二金屬不同。
2. 根據權利要求1的交叉指型微電極，包括用于確保第一層的線形 微電極和第二層的線形微電極彼此不接觸的配準裝置。
3. 根據權利要求1或者權利要求2的交叉指型微電極，包括用于第 一金屬的第一層的第一電連接裝置。
4. 根據權利要求3的交叉指型微電極，其中第一電連接裝置是通孑L。
5. 根據權利要求4的交叉指型微電極，其中通孔是鍍通孔。
6. 根據上述任何一項權利要求的交叉指型微電極，包括用于第二金 屬的第二層的第二電連接裝置。
7. 根據權利要求6的交叉指型微電極，其中第二電連接裝置是通孔。
8. 根據權利要求7的交叉指型微電極，其中通孔是鍍通孔。
9. 根據上述任何一項權利要求的交叉指型微電極，其中第一金屬的 第一層是厚膜印刷的第一層。
10. 根據上述任何一項權利要求的交叉指型微電極，其中第二金屬的笫二層是厚膜印刷的第二層。
11. 根據上述任何一項權利要求的交叉指型微電極，其中第二層的線 形微電極的線寬在襯底上淀積第二層之后被減小。
12. 根據權利要求11的交叉指型微電極，其中通過光刻和蝕刻減小 所述線寬。
13. 根據權利要求12的交叉指型微電極顯示器，其中所述線寬被減 小到小于25微米寬。
14. 根據上述任何一項權利要求的交叉指型微電極，包括密封交叉指 型微電極的部分但不密封交叉指型微電極陣列的密封層。
15. 根據權利要求14的交叉指型微電極，其中密封層是電介質密封 層。
16. 根據上述任何一項權利要求的交叉指型微電極，其中第一金屬是 鉑。
17. 根據上述任何一項權利要求的交叉指型微電極，其中第二金屬是 金。
18. 根據上述任何一項權利要求的交叉指型微電極，其中所述襯底是 陶瓷襯底。
19. 根據權利要求18的交叉指型微電極，其中所迷陶瓷襯底是硅或 燒結的氧化鋁。
20. —種制造交叉指型微電極的方法，包括 提供襯底；在襯底上提供第一金屬的第一層；以及 在襯底上提供第二金屬的第二層，第一層包括多個在第一端連接而在第二端沒有連接的線形微電極，第二層包括多個在第一端連接而在第二端沒有連接的線形微電極，第一層的線形微電極和第二層的線形微電極延伸到彼此但是彼 此不接觸，從而形成交叉指型微電極陣列，并且 第一金屬與第二金屬不同。
21. 根據權利要求20的方法，包括提供用于確保第一層的線形微電 極和第二層的線形微電極彼此不接觸的配準裝置。
22. 根據權利要求20或權利要求21的方法，包括提供用于笫一金屬 的第一層的第一電連接裝置。
23. 根據權利要求22的方法，其中第一電連接裝置是通孔。
24. 根據權利要求23的方法，其中通孔是鍍通孔。
25. 根據權利要求20-24中任何一項的方法，包括提供用于第二金 屬的第二層的第二電連接裝置。
26. 根據權利要求25的方法，其中第二電連接裝置是通孔。
27. 根據權利要求26的方法，其中通孔是鍍通孔。
28. 根據權利要求20 - 27中任何一項的方法，其中第一金屬的第一 層是厚膜印刷的第一層。
29. 根據權利要求20 - 28中任何一項的方法，其中第二金屬的第二 層是厚膜印刷的第二層。
30. 根據權利要求20 - 29中任何一項的方法，其中第二層的線形微 電極的線寬在襯底上淀積第二層之后被減小。
31. 根據權利要求30的方法，其中通過光刻和蝕刻減小所述線寬。
32. 根據權利要求31的方法，其中所述線寬被減小到小于25微米寬。
33. 根據權利要求20-32中任何一項的方法，包括提供密封交叉指 型微電極的部分但不密封交叉指型微電極陣列的密封層。
34. 根據權利要求33的方法，其中密封層是電介質密封層。
35. 根據權利要求20-34中任何一項的方法，其中第一金屬是鉑。
36. 根據權利要求20-35中任何一項的方法，其中第二金屬是金。
37. 根據權利要求20-36中任何一項的方法，其中所述襯底是陶瓷 襯底。
38. 根據權利要求37的方法，其中所述陶瓷襯底是硅或燒結的氧化 鋁。
39. —種通過根據權利要求20 -38中任何一項的方法制造的交叉指 型微電極。
40. —種電化學傳感器，包括根據權利要求1 _ 19和39中任何一項 的交叉指型微電極。
41. 根據權利要求40的電化學傳感器，其具有用于感測水中特性的 水傳感器件的形式。
全文摘要
一種交叉指型微電極(2)，包括襯底(4)、襯底(4)上的第一金屬的第一層(6)、和襯底(4)上的第二金屬的第二層(8)，第一層(6)包括多個在第一端(12)連接而在第二端(14)沒有連接的線形微電極(10)，第二層(8)包括多個在第一端(18)連接而在第二端(20)沒有連接的線形微電極(16)，第一層(6)的線形微電極(10)和第二層(8)的線形微電極(16)延伸到彼此但是彼此不接觸，從而形成交叉指型微電極陣列(22)，并且第一金屬與第二金屬不同。還公開了一種制造交叉指型微電極(2)的方法。
文檔編號G01N29/30GK101375155SQ200780003603
公開日2009年2月25日 申請日期2007年1月25日 優先權日2006年1月27日
發明者D·R·文森特 申請人:英特利泰克水有限公司