CN101360992B - 使用挠性电路技术形成参考电极通道的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
形成传感器的方法,其可以包括在衬底的第一部分之上应用第一传导材料以形成参考电极和在衬底上放置第一掩模,第一掩模具有暴露参考电极和衬底之第二部分的开口。该方法还包括将第二传导材料放置第一掩模中的开口里,第二传导材料直接与参考电极接触,以及将第二掩模放置在第二传导材料之上,第二掩模在衬底的第二部分之上具有开口,开口暴露第二传导材料之一部分,其形成工作表面以接受目标流体。
Description
根据35U.S.C.§119的优先权要求【0001】本专利申请要求于2006年2月27日提交并转让给其受让人的美国临时申请60/777,133的优先权权益,并且在本文明确地引入以作参考。发明领域
本发明总体上涉及挠性电路技术(flex circuit technology)。更加具体地,本发明涉及使用挠性电路技术形成参考电极通道(referenceelectrode channel)。发明背景
挠性电路技术被应用在微电子工业很多年。在近几年,挠性电路被用于设计在体内应用的微电极。一个挠性电路设计包括在柔软电介质衬底(dielectric substrate)(例如:聚酰亚胺)上的叠片——传导箔片(例如,铜)。使用掩模(masking)和光刻(photolithography)技术,在传导箔片上形成挠性电路。由于挠性电路的低生产成本,易于设计集成以及在移动应用上的灵活性,因此其为期望的。发明概述
本发明涉及形成传感器的方法,其可以包括在衬底(substrate)的第一部分(first portion)上应用第一传导材料(first conductive material)以形成参考电极(reference electrode)并且在衬底之上放置第一掩模(firstmask),第一掩模具有暴露参考电极和衬底的第二部分的开口(opening)。方法还可以包括将第二传导材料(second conductive material)放置进第一掩模中的开口里,第二传导材料直接与参考电极相接触并且将第二掩模(second mask)放置在第二传导材料之上,第二掩模在衬底的第二部分(second portion)之上具有开口,开口暴露一部分的第二传导材料,其形成工作表面(working surface),以接受目标流体(a fluid ofinterest)
本发明涉及形成传感器(sensor)的方法,其可以包括在衬底的第一部分上应用第一传导材料以形成参考电极和在衬底的第二部分上应用第一传导材料以形成工作电极,以及在衬底之上放置第一掩模(mask),第一掩模具有暴露参考电极、工作电极和在参考电极和工作电极之间的区域的开口。方法可以还包括将第二传导材料放置在参考电极之上以及在参考电极和工作电极之间的区域之中,并且在第二传导材料之上放置第二掩模。附图简述
当将下面进行的详细描述与附图协同使用时,本发明的特征、目标、和优点将变得越发清晰,其中:
图1为参考电极通道的剖面图,参考电极通道是根据本发明的实施方式使用挠性电路而形成的。
图2为根据本发明的实施方式的挠性电路的俯视图。
图3为掩模的俯视图;根据本发明的实施方式,该掩模被用于覆盖在图2中显示的挠性电路。
图4为俯视图,其显示被放置在根据本发明的实施方式的掩模开口之中的传导材料。
图5为掩模的俯视图,该掩模被用于覆盖一部分传导材料和根据本发明的实施方式在图4中显示的掩模。
图6为流程图,其显示了根据本发明的实施方式形成图1的参考电极通道的方法。
图7为参考电极通道的剖面图,该参考电极通道是根据本发明的实施方式使用挠性电路而形成的。
图8为根据本发明的实施方式的挠性电路的俯视图。
图9为掩模的俯视图,该掩模被用于覆盖根据本发明的实施方式在图8中显示的挠性电路。
图10为俯视图,其显示被放置在根据本发明的实施方式的掩模开口之中的传导材料。
图11为掩模的俯视图,该掩模被用于覆盖传导材料的掩模和根据本发明的实施方式在图10中显示的掩模。
图12为流程图,其显示了根据本发明的实施方式形成图7的参考电极通道的方法。发明详述
本发明关于使用挠性电路形成参考电极通道。挠性电路具有被掩盖并且被在衬底上形成图案的参考电极。第一掩模被放置在衬底之上。第一掩模可以具有开口,该开口具有暴露一部分参考电极的第一端和暴露一部分衬底的第二端。开口形成参考电极通道。传导材料可被放置在第一掩模的开口之中。第二掩模被放置在第一掩模和传导材料之上。第二掩模可以具有开口,该开口暴露一部分在衬底之上的传导材料。
图1为参考电极通道的剖面图,参考电极通道是根据本发明的实施方式使用挠性电路而形成的。挠性电路100可包括衬底110,迹线(trace)120,和参考电极125。迹线120和参考电极125可被掩盖并且在衬底105之上形成图案。例如,使用丝网印刷(screen printing)或油墨沉淀(ink deposition)技术,迹线120和参考电极125可在衬底105之上形成。迹线120和参考电极125可以由碳、铜、金、石墨、铂、银-氯化银、铑或钯材料制成。
第一掩模130可以被施加或放置在一部分衬底110和迹线120之上。第一掩模130可以具有开口135,其暴露一部分参考电级125和一部分衬底110。开口135形成参考电极通道。传导材料140被放置在开口135之中,以覆盖参考电级125的暴露部分和衬底110的暴露部分。第二掩模150可以被施加或放置在第一掩模130和传导材料140之上。第二掩模150可以具有位于传导材料140之上的开口160,传导材料140位于衬底110之上。开口135沿第一轴或平面被放置;以及,开口160沿第二轴或平面被放置。第一轴或平面与第二轴或平面并不一致。因此,第一轴或平面垂直地和/或水平地偏离第二轴或平面。
开口160是测量点并且允许目标流体(例如,血,尿,等)与传导材料140接触,从而和与同一目标流体接触的另一测量电极(未显示)形成测量回路。传导材料140以几种方式稳定参考电位。传导材料140可以提供熟知的银和氯离子活性——例如,(在银-氯化银参考设计的情况中)——以保持稳定的电位。传导材料140应提供足够的扩散阻力以抑制期望的离子流失到目标流体中,而同时抑制不想要的离子迁移到参考电极125的活性表面。开口160距参考电极125具有足够的距离——如图1中显示——增强了这种扩散阻力。最后,传导材料140可以与目标流体在界面处提供可以预料的接点电位(junction potential),这有利于使用参考电极125的精确电化学测量。
图2为根据本发明的实施方式的挠性电路100的俯视图。迹线120和参考电极125可以由传导材料组成,例如银-氯化银(Ag/AgCl)材料;和使用光刻(photolithography)或印刷技术(610)在衬底110之上形成。例如,迹线120和参考电极125可以使用丝网印刷或油墨沉淀技术在衬底110之上形成。衬底110可以是柔软电介质衬底,例如聚酰亚胺。迹线120可以被用于连接测量设备(未显示),例如稳压器。使用测量设备,迹线120被用于测量距参考电极125的电位。尽管图1显示挠性电路100具有一个迹线120和一个参考电极125,但是挠性电路可具有多于一个的迹线和多于一个的电极。
图3为掩模130的俯视图,掩模130被用于覆盖根据本发明的实施方式在图2中显示的挠性电路100。掩模130可以由电介质材料例如感光环氧材料或紫外线可固化环氧材料组成。掩模130被放置在衬底110之上并且具有矩形的开口135,开口135具有暴露一部分参考电极125的第一端135a和暴露一部分衬底110(620)的第二端135b。矩形开口135可具有在大约0.10-0.20英寸之间的长度和在大约0.010-0.020英寸之间的宽度。矩形开口135的长/宽比率可以在大约4∶1到12∶1之间。在一个实施方式中,掩模130覆盖了除去矩形开口135之外的全部挠性电路100的上表面。掩模130可具有在大约0.005英寸到大约0.02英寸之间的厚度。开口135的第一端135a正好位于电极125之上,因此电极125可以通过掩模130的开口135被暴露或可看见。平版印刷术可以被用于在挠性电路100上沉积或放置掩模130。
图4为俯视图,其显示被放置在根据本发明的实施方式的掩模130开口135之中的传导材料140。传导材料140被放置在开口135中,以覆盖和与参考电极125的暴露部分和衬底110(630)的暴露部分直接接触。传导材料140可以是传导流体、传导溶液、传导胶体、含盐的胶体、含少量银离子(Ag+)的氯化钾(KCl)的传导聚合物,或具有传导性质的材料。对于银-氯化银参考电极125而言,加入微量的硝酸银溶液到含有氯化钾的基质(matrix)中,在传导基质中沉淀一些量的氯化银,但是根据氯化银产物的溶解度,保持银离子浓度为恒定量,其为1.56×1010。
图5为掩模150的俯视图,掩模150被用于覆盖一部分传导材料140和根据本发明的实施方式在图4中显示的掩模130。掩模150可以由介电材料例如感光环氧或紫外线固化环氧材料制成。掩模150具有暴露一部分传导材料140的开口160,其中传导材料140形成工作表面以接受目标流体(640)。平板印刷术可以被用于在掩模130和传导材料140之上沉淀或放置掩模150。
图7为参考电极通道的剖面图,参考电极通道是根据本发明的实施方式使用挠性电路而形成的。挠性电路200可以包括衬底210、迹线220和230,参考电极225,和工作电极235。迹线220和230,参考电极225,和工作电极235可以被遮盖并在衬底上形成图案。例如,迹线220和230,参考电极225,和工作电极235可以使用丝网印刷或者油墨沉淀技术在衬底210上形成。迹线220和230,参考电极225,和工作电极235可以由碳、铜、金、石墨、铂、银-氯化银、铑或钯材料制成。
第一掩模240可以在一部分衬底210之上和迹线220和230之上被应用或放置。第一掩模240可以具有开口250,其暴露一部分参考电极225,一部分工作电极235,和一部分衬底210。术语“通道(channel)”(如通道255显示)可以被用于指代在参考电极225与工作电极235之间的部分。因此,开口250可以形成参考电极通道。传导材料260被放置在开口250中,以覆盖和与参考电极225的暴露部分直接接触,并且直到衬底210的暴露部分的边缘。第二掩模265可以在第一掩模240和传导材料260之上被应用或放置。第二掩模265可以在一部分的工作电极235之上具有开口270。参考电极225沿第一轴或平面被放置,以及工作电极235沿第二轴或平面被放置。第一轴或平面与第二轴或平面并不一致。因此,第一轴或平面垂直和/或水平地偏离第二轴或平面。
开口270是测量点并且允许目标流体(例如,血,尿,等)与工作电极235和传导材料260接触,以得到更准确的测量。传导材料260以几种方式稳定参考电位。传导材料260可以提供熟知的银和氯离子活性——例如(在银-氯化银参考设计情况中)——以保持稳定的电位。传导材料260应该提供足够的扩散阻力,以抑制期望的离子流失到溶液中,而同时抑制不需要的离子向参考电极225的活性表面的迁移。开口270距参考电极225具有足够的距离——如图7中显示——增强了这种扩散阻力。此外,开口270与传导材料260的底端——在更小的开口275中——直接联系。更小开口275与工作电极235的临近性,使这种实施方式在位置上更为理想,其中在参考电极和工作电极之间的溶液阻力需要保持在最低,例如在3-电极安培计的电池的情况下。
图8为根据本发明的实施方式的挠性电路100的俯视图。迹线220和230,参考电极225和工作电极235可以由传导材料组成——例如铜材料,铂材料,银-氯化银(Ag-AgCl)材料;并且使用掩盖和光刻技术(1210)在衬底210之上形成。例如,迹线220和230、参考电极225和工作电极235,可以使用丝网印刷或油墨沉淀技术在衬底210之上形成。衬底210可以是柔软的电介质衬底,例如聚酰亚胺。迹线220和230可以被用于连接测量设备(未显示),例如稳压器。迹线220和230可以被用于从参考电极225和工作电极235输送电压或电流到测量装置。
图9为掩模240的俯视图,掩模240被用于覆盖根据本发明的实施方式显示在图8中的挠性电路200。掩模240可以由电介质材料制成,例如感光环氧材料或紫外线固化环氧材料。掩模240被放置在衬底210之上并且具有矩形的开口250,开口250具有暴露一部分参考电极225的第一端250a,暴露一部分工作电极235的第二端250b,和在参考电极225和工作电极235之间的通道或区域255,通道或区域255暴露一部分衬底210(1220)。矩形开口250可具有在大约0.10-0.20英寸之间的长度和在大约0.010-0.020英寸之间的宽度。矩形开口250的长/宽比率可以在大约4∶1到12∶1之间。在一个实施方式中,掩模240覆盖了挠性电路210的除去矩形开口250之外的全部上表面。掩模240可具有在大约0.005英寸到大约0.02英寸之间的厚度。在一个实施方式中,开口250的第一端250a位于参考电极225的正上方,因此参考电极225可以通过掩模240的开口250被暴露或是可以看见的。在一个实施方式中,开口250的第二端250b位于工作电极235的正上方,因此工作电极235可以通过掩模240的开口250被暴露或可见。平版印刷术可以被用于沉淀或放置掩模240至挠性电路200上。
图10为俯视图,其显示被放置在根据本发明的实施方式的掩模240开口250之中的传导材料260。传导材料260被放置在开口250中,以覆盖和与参考电极225的暴露部分直接接触,并且也位于在参考电极225和工作电极235(即,衬底210的暴露部分之上)(1230)之间的区域中。在一个实施方式中,屏蔽胶体(screenable gel)或传导聚合物在开口250中被应用,以及与参考电极225的暴露部分直接接触;并且位于参考电极225和工作电极235之间的区域255中。传导材料260可以是传导流体、传导溶液、传导胶体、含盐胶体、带有少量银离子(Ag+)的含有氯化钾(KCl)的传导聚合物,或具有传导性质的材料。传导材料260可以形成盐通道或参考电极通道。
图11为掩模265的俯视图,掩模265被用于覆盖传导材料260和根据本发明的实施方式在图10中所显示的掩模240。掩模265可以由电介质材料例如感光环氧或紫外线固化环氧材料制成。掩模265具有暴露一部分工作电极235和传导材料260边缘的开口270,其形成一个空间以接受目标流体。平板印刷术可以被用于在掩模240和传导材料260(1240)之上沉淀或放置掩模265。
虽然一些代表性的实施方式被描述并且在所附的附图中被显示,但是将要理解到的是:这样的实施方式仅仅是本广度发明的示例并不限定本广度发明,以及本发明并不限于所描述和显示的具体的构造和排列,因为除了上述段落中所阐明的内容之外的多种其它变化、组合、省略、修正和置换是可能的。本领域的技术人员将理解:对于现描述的实施方式,多种改动和修正可以形成,而没有脱离本发明的范围和精神。因此,可以理解为,在所附权利要求的限定范围内,本发明可以被实践,不仅仅是如本文所具体描述的。
Claims (31)
1.形成传感器的方法,包括:
在衬底之第一部分上应用第一传导材料,以形成参考电极;
在衬底之上放置第一掩模,第一掩模具有开口,该开口暴露出参考电极和衬底之第二部分;
将第二传导材料放置到第一掩模中的开口里,第二传导材料直接与参考电极相接触;和
在第二传导材料之上放置第二掩模,第二掩模在第二部分衬底之上具有开口,该开口暴露第二传导材料之一部分,其形成工作表面以接受目标流体;
其中所述第一掩模中的开口沿第一轴被放置以及第二掩模中的开口沿第二轴被放置,第二轴与第一轴不一致。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一轴水平地偏离第二轴。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一轴垂直地偏离第二轴。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一传导材料选自碳、铜、金、石墨、铂、银-氯化银、铑或钯材料。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述第二传导材料选自传导流体、传导胶体、含少量银离子的氯化钾的传导聚合物。
6.根据权利要求5所述的方法,其中所述传导流体是传导溶液。
7.根据权利要求5所述的方法,其中所述传导胶体是含盐胶体。
8.传感器,包括:
衬底;
在衬底的第一部分上形成的参考电极,参考电极由第一传导材料制成;
位于衬底之上的第一掩模,第一掩模具有暴露参考电极和衬底的第二部分的开口;
位于第一掩模中的开口里的第二传导材料,第二传导材料直接与参考电极接触;和
位于第二传导材料之上的第二掩模,第二掩模具有位于衬底的第二部分之上的开口,该开口暴露第二传导材料的一部分,其形成工作表面以接受目标流体;
其中所述第一掩模中的开口沿第一轴被放置以及第二掩模中的开口沿第二轴被放置,第二轴与第一轴不一致。
9.根据权利要求8所述的传感器,其中所述第一轴水平地偏离第二轴。
10.根据权利要求8所述的传感器,其中所述第一轴垂直地偏离第二轴。
11.根据权利要求8所述的传感器,其中所述第一传导材料选自碳、铜、金、石墨、铂、银-氯化银、铑或钯材料。
12.根据权利要求8所述的传感器,其中所述第二传导材料选自传导流体、传导胶体、含少量银离子的氯化钾的传导聚合物。
13.根据权利要求12所述的传感器,其中所述传导流体是传导溶液。
14.根据权利要求12所述的传感器,其中所述传导胶体是含盐胶体。
15.形成传感器的方法,包括:
在衬底的第一部分上应用第一传导材料以形成参考电极,以及在衬底的第二部分上应用第一传导材料以形成工作电极;
在衬底之上放置第一掩模,第一掩模具有暴露参考电极、工作电极以及在参考电极和工作电极之间的区域的开口;
将第二传导材料放置到参考电极之上,以及在参考电极和工作电极之间的区域里;和
在第二传导材料之上放置第二掩模;
其中所述参考电极沿第一轴被放置以及所述工作电极沿第二轴被放置,第二轴与第一轴不一致。
16.根据权利要求15所述的方法,其中所述参考电极由银-氯化银材料制成和工作电极由铂材料制成。
17.根据权利要求15所述的方法,其中所述第一轴水平地偏离第二轴。
18.根据权利要求15所述的方法,其中所述第一轴垂直地偏离第二轴。
19.根据权利要求15所述的方法,其中所述第一传导材料选自碳、铜、金、石墨、铂、银-氯化银、铑或钯材料。
20.根据权利要求15所述的方法,其中所述第二传导材料选自传导流体、传导胶体、含少量银离子的氯化钾的传导聚合物。
21.根据权利要求20所述的方法,其中所述传导流体是传导溶液。
22.根据权利要求20所述的方法,其中所述传导胶体是含盐胶体。
23.传感器,包括:
衬底;
在衬底之第一部分上形成的参考电极和在衬底之第二部分上形成的工作电极;
位于衬底之上的第一掩模,第一掩模具有暴露参考电极、工作电极以及在参考电极和工作电极之间的区域的开口;
第二传导材料,位于参考电极之上,以及在参考电极和工作电极之间的区域中;和
位于第二传导材料之上的第二掩模;
其中所述参考电极沿第一轴被放置以及所述工作电极沿第二轴被放置,第二轴与第一轴不一致。
24.根据权利要求23所述的传感器,其中所述参考电极由银-氯化银材料制成和工作电极由铂材料制成。
25.根据权利要求23所述的传感器,其中所述第一轴水平地偏离第二轴。
26.根据权利要求23所述的传感器,其中所述第一轴垂直地偏离第二轴。
27.根据权利要23所述的传感器,其中所述参考电极由选自碳、铜、金、石墨、铂、银-氯化银、铑或钯材料的材料制成。
28.根据权利要23所述的传感器,其中所述工作电极由选自碳、铜、金、石墨、铂、银-氯化银、铑或钯材料的材料制成。
29.根据权利要求23所述的传感器,其中所述第二传导材料选自传导流体、传导胶体、含少量银离子的氯化钾的传导聚合物。
30.根据权利要求29所述的传感器,其中所述传导流体是传导溶液。
31.根据权利要求29所述的传感器,其中所述传导胶体是含盐胶体。
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