CN105628757A - 基于mems的orp传感芯片及其制造方法 - Google Patents

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韩泾鸿
王晋芬
李洋
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张虹
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Abstract

本发明公开了基于MEMS的ORP传感芯片及其制造方法。基于MEMS的ORP传感芯片包括衬底、工作电极、工作电极引线、参比电极、参比电极引线、封装胶条、固态电解质和离子导通层，工作电极、工作电极引线、参比电极和参比电极引线位于衬底的表面上，工作电极与工作电极引线相连，参比电极与参比电极引线相连；封装胶条覆盖于工作电极和参比电极的表面，且在工作电极的上端和参比电极上端各具有一个开口；固态电解质置于封装胶条的位于参比电极上端的开口中，离子导通层覆盖在封装胶条的位于参比电极上端的开口上，将固态电解质密封。其体积小、可大批量制造，成本较低。

Description

基于MEMS的ORP传感芯片及其制造方法
技术领域
本发明涉及传感芯片，尤其涉及基于MEMS的ORP传感芯片及其制造方法。
背景技术
氧化还原电位(Oxidation-ReductionPotential,ORP)用来反映水溶液中所有物质表现出来的宏观氧化-还原性，用Eh表示，单位为mV。氧化还原电位越高，氧化性越强，电位越低，氧化性越弱。电位为正表示溶液显示出一定的氧化性，为负则说明溶液显示出还原性。这一指标虽然不能作为某种氧化物质与还原物质浓度的指标，但有助于了解水体的电化学特征，分析水体的性质，是一项综合性指标。ORP传感芯片目前主要用于测量游泳池水、矿泉水及饮用水的杀菌消毒效果，因为水中的大肠菌的杀菌效率与氧化还原电位有关，因此一定的ORP值可以表示出水体的含菌量程度。另外，ORP传感芯片也用于特殊水质(如氧化性水、碱性离子水)的氧化还原特性的测量。
目前传统的ORP传感芯片都采用铂片作为工作电极，银-氯化银丝作为参比电极，且银-氯化银丝浸泡在饱和氯化钾溶液中用来保证参比电极的长期稳定工作，但由于饱和氯化钾的泄漏问题，需要定期补充氯化钾。目前传统的ORP传感芯片尺寸大、价格昂贵、维护成本较高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供基于MEMS的ORP传感芯片及其制造方法。
(二)技术方案
根据本发明的第一方面，提供一种基于MEMS的ORP传感芯片，包括衬底1、工作电极2、工作电极引线3、参比电极4、参比电极引线5、封装胶条6、固态电解质7和离子导通层8，
其中，工作电极2、工作电极引线3、参比电极4和参比电极引线5位于衬底1的表面上，工作电极2与工作电极引线3相连，参比电极4与参比电极引线5相连；封装胶条6覆盖于工作电极2和参比电极4的表面，且在工作电极2的上端和参比电极4上端各具有一个开口；固态电解质7置于封装胶条6的位于参比电极4上端的开口中，离子导通层8覆盖在封装胶条6的位于参比电极4上端的开口上，将固态电解质7密封。
优选地，固态电解质7的材质为饱和氯化钾溶液与琼脂的混合物，固化后呈固态。
优选地，离子导通层8的材质为环氧胶，固化后呈固态。
优选地，封装胶条6的材质为能够图形化的聚合物。
优选地，工作电极2的材质为金或铂。
优选地，工作电极引线3的材质可为铝、铜、金、铂中的至少一种。
优选地，参比电极4的材质为银。
优选地，参比电极引线5的材质为铝、铜、金、铂中的至少一种。
优选地，衬底1的材质为表面不导电的材料。
根据本发明的第二方面，提供一种基于MEMS的ORP传感芯片的制造方法，所述ORP传感芯片包括衬底1、工作电极2、工作电极引线3、参比电极4、参比电极引线5、封装胶条6、固态电解质7和离子导通层8，所述方法包括以下步骤：
在清洁的衬底1表面采用溅射法或蒸发-剥离法制备参比电极4；
掩膜保护参比电极4与参比电极引线5的连接处，并将参比电极4浸入饱和氯化铁溶液中浸泡2-5小时；
在衬底1表面分别沉积并剥离制备工作电极2、工作电极引线3和参比电极引线5；
在制备好工作电极2、工作电极引线3、参比电极4和参比电极引线5的衬底1表面旋涂并光刻能够图形化的胶，在光刻胶中位于工作电极2和参比电极4表面的位置形成两个开口，以制备封装胶条6；
将饱和氯化钾溶液与琼脂混合并加热，形成溶胶，注入到封装胶条6的参比电极4上方的开口中，自然冷却后形成固态电解质7；以及
在封装胶条6上位于参比电极4上方的开口外涂覆环氧胶，自然冷却完成固化以制备离子导通层8，将固态电解质7封闭到所述开口中。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明的传感芯片采用MEMS微加工技术制备而成，具有体积小、可大批量制造的特点，成本较低。由于采用固态饱和氯化钾琼脂作为电解质，可以避免定期的电解质补充过程，可长期使用。该ORP传感芯片可与便携式设备(如手机)相集成，形成便携式检测系统；也可以集成在微小型仪器中，实现连续在线监测。
附图说明
图1是根据本发明的一种基于MEMS的ORP传感芯片的分解结构示意图。
图2是根据本发明的一种基于MEMS的ORP传感芯片的整体结构示意图。
图3是根据本发明的一种基于MEMS的ORP传感芯片的俯视结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。在本发明的附图中，相同的标号表示相同的部件。
图1是根据本发明的一种基于MEMS的ORP传感芯片的分解结构示意图。
图2是根据本发明的一种基于MEMS的ORP传感芯片的整体结构示意图。
图3是根据本发明的一种基于MEMS的ORP传感芯片的俯视结构示意图。
如图1-3所示，根据本发明的一种基于MEMS的ORP传感芯片，包括衬底1、工作电极2、工作电极引线3、参比电极4、参比电极引线5、封装胶条6、固态电解质7和离子导通层8。其中，工作电极2、工作电极引线3、参比电极4和参比电极引线5位于衬底1的表面上，工作电极2与工作电极引线3相连，参比电极4与参比电极引线5相连；封装胶条6覆盖于工作电极2和参比电极4的表面，且在工作电极2的上端和参比电极4上端各具有一个开口；固态电解质7置于封装胶条6的位于参比电极4上端的开口中，离子导通层8覆盖在封装胶条6的位于参比电极4上端的开口上，将固态电解质7密封。
优选地，固态电解质7的材质为饱和氯化钾溶液与琼脂的混合物，固化后呈固态。优选地，固态电解质7固化后呈固态胶状物。优选地，固态电解质7厚度为1-200μm。
优选地，离子导通层8的材质为环氧胶，固化后呈固态。优选地，离子导通层8厚度为10nm-200μm。离子导通层8的环氧胶所特有的纳米通道可导通离子。
优选地，封装胶条6的材质为能够图形化的聚合物。优选地，能够图形化的聚合物为SU-8胶、PMMA。优选地，封装胶条6的厚度为1-200μm。
优选地，工作电极2的材质为金或铂。优选地，工作电极2的厚度为10nm-10μm，宽度为10-2000μm。
优选地，工作电极引线3的材质可为铝、铜、金、铂中的至少一种。优选地，工作电极引线3的厚度为10nm-10μm，宽度为10-2000μm。
优选地，参比电极4的材质为银。优选地，参比电极4的厚度为10nm-10μm，宽度为10-2000μm。
优选地，参比电极引线5的材质为铝、铜、金、铂中的至少一种。优选地，参比电极引线5的厚度为10nm-10μm，宽度10-2000μm。
优选地，衬底1的材质为表面不导电的材料。优选地，衬底1的材质为可为玻璃片、带有绝缘层的硅片、或陶瓷片、或塑料片等表面不导电的材料。
在使用的过程中，将该ORP传感芯片浸入到待测溶液中，保持工作电极引线3和参比电极引线5在溶液外，测量工作电极引线3和参比电极引线5之间的电位值(工作电极引线接电位计的正输入端、参比电极引线接电位计接地端)，得出的电位值与银-氯化银电极的标准电极电位相加，即得到待测溶液的ORP数值。
根据本发明的一个优选实施例，提供一种基于MEMS的ORP传感芯片的制造方法。所述ORP传感芯片包括衬底1、工作电极2、工作电极引线3、参比电极4、参比电极引线5、封装胶条6、固态电解质7和离子导通层8。该方法包括以下步骤：
在清洁的衬底1表面采用溅射法或蒸发-剥离法制备参比电极4；
掩膜(如光刻胶)保护参比电极4与参比电极引线5的连接处，并将参比电极4浸入饱和氯化铁溶液中浸泡2-5小时；
在衬底1表面分别沉积并剥离制备工作电极2、工作电极引线3和参比电极引线5；
在制备好工作电极2、工作电极引线3、参比电极4和参比电极引线5的衬底1表面旋涂并光刻能够图形化的胶，在光刻胶中位于工作电极2和参比电极4表面的位置形成两个开口，以制备封装胶条6；优选地，能够图形化的胶是SU-8胶；
将饱和氯化钾溶液与琼脂混合并加热(例如加热到80摄氏度)，形成溶胶，注入到封装胶条6的参比电极4上方的开口中，自然冷却后形成固态电解质7；以及
在封装胶条6上位于参比电极4上方的开口外涂覆环氧胶，自然冷却(例如自然冷却24小时)完成固化以制备离子导通层8，将固态电解质7封闭到所述开口中。
本发明具有以下有益效果：
本发明的传感芯片采用MEMS微加工技术制备而成，具有体积小、可大批量制造的特点，成本较低。由于采用固态饱和氯化钾琼脂作为电解质，可以避免定期的电解质补充过程，可长期使用。该ORP传感芯片可与便携式设备(如手机)相集成，形成便携式检测系统；也可以集成在微小型仪器中，实现连续在线监测。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于MEMS的ORP传感芯片，其特征在于，包括衬底(1)、工作电极(2)、工作电极引线(3)、参比电极(4)、参比电极引线(5)、封装胶条(6)、固态电解质(7)和离子导通层(8)，
其中，工作电极(2)、工作电极引线(3)、参比电极(4)和参比电极引线(5)位于衬底(1)的表面上，工作电极(2)与工作电极引线(3)相连，参比电极(4)与参比电极引线(5)相连；封装胶条(6)覆盖于工作电极(2)和参比电极(4)的表面，且在工作电极(2)的上端和参比电极(4)上端各具有一个开口；固态电解质(7)置于封装胶条(6)的位于参比电极(4)上端的开口中，离子导通层(8)覆盖在封装胶条(6)的位于参比电极(4)上端的开口上，将固态电解质(7)密封。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS的ORP传感芯片，其特征在于，固态电解质(7)的材质为饱和氯化钾溶液与琼脂的混合物，固化后呈固态。
3.根据权利要求1所述的基于MEMS的ORP传感芯片，其特征在于，离子导通层(8)的材质为环氧胶，固化后呈固态。
4.根据权利要求1所述的基于MEMS的ORP传感芯片，其特征在于，封装胶条(6)的材质为能够图形化的聚合物。
5.根据权利要求1所述的基于MEMS的ORP传感芯片，其特征在于，工作电极(2)的材质为金或铂。
6.根据权利要求1所述的基于MEMS的ORP传感芯片，其特征在于，工作电极引线(3)的材质可为铝、铜、金、铂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的基于MEMS的ORP传感芯片，其特征在于，参比电极(4)的材质为银。
8.根据权利要求1所述的基于MEMS的ORP传感芯片，其特征在于，参比电极引线(5)的材质为铝、铜、金、铂中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的基于MEMS的ORP传感芯片，其特征在于，衬底(1)的材质为表面不导电的材料。
10.一种基于MEMS的ORP传感芯片的制造方法，其特征在于，所述ORP传感芯片包括衬底(1)、工作电极(2)、工作电极引线(3)、参比电极(4)、参比电极引线(5)、封装胶条(6)、固态电解质(7)和离子导通层(8)，所述方法包括以下步骤：
在清洁的衬底(1)表面采用溅射法或蒸发-剥离法制备参比电极(4)；
掩膜保护参比电极(4)与参比电极引线(5)的连接处，并将参比电极(4)浸入饱和氯化铁溶液中浸泡2-5小时；
在衬底(1)表面分别沉积并剥离制备工作电极(2)、工作电极引线(3)和参比电极引线(5)；
在制备好工作电极(2)、工作电极引线(3)、参比电极(4)和参比电极引线(5)的衬底(1)表面旋涂并光刻能够图形化的胶，在光刻胶中位于工作电极(2)和参比电极(4)表面的位置形成两个开口，以制备封装胶条(6)；
将饱和氯化钾溶液与琼脂混合并加热，形成溶胶，注入到封装胶条(6)的参比电极(4)上方的开口中，自然冷却后形成固态电解质(7)；以及
在封装胶条(6)上位于参比电极(4)上方的开口外涂覆环氧胶，自然冷却完成固化以制备离子导通层(8)，将固态电解质(7)封闭到所述开口中。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110006969A (zh) * 2019-04-18 2019-07-12 哈尔滨理工大学 一种基于电化学检测技术的多参数水环境集成微传感器及其制备方法
CN111739803A (zh) * 2020-07-03 2020-10-02 清华大学 石墨烯场效应管及其制造方法
CN114740065A (zh) * 2022-03-16 2022-07-12 杭州凯米斯物联传感科技有限公司 一种用于检测自来水的mems余氯电极

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1514234A (zh) * 2002-12-31 2004-07-21 中国科学院电子学研究所 与微机电系统工艺兼容的参比电极的制备方法
CN1595133A (zh) * 2004-06-29 2005-03-16 西安理工大学 测定pH值用穿刺复合传感器的制备方法及其传感器
CN101609063A (zh) * 2009-07-16 2009-12-23 复旦大学 一种用于电化学免疫检测的微电极陈列芯片传感器
CN101881748A (zh) * 2010-06-30 2010-11-10 西安建筑科技大学 一种氧化还原电位微电极及其制备方法
CN101915794A (zh) * 2010-07-23 2010-12-15 浙江大学 一种全固态参比电极及其制备方法
CN102495119A (zh) * 2011-11-23 2012-06-13 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种多参数水质监测集成微阵列电极及制备方法
KR20130034337A (ko) * 2011-09-28 2013-04-05 한국전자통신연구원 Ｍｅｍｓ형 전기화학식 가스 센서
CN103627631A (zh) * 2013-04-27 2014-03-12 中国科学院电子学研究所 聚吡咯/石墨烯修饰的双模神经微电极阵列芯片及制备方法
CN104049008A (zh) * 2014-06-16 2014-09-17 安徽省农业科学院农产品加工研究所 一种微型氧化还原电位传感器的制备方法
US20140318960A1 (en) * 2013-04-25 2014-10-30 Wisenstech Inc. Micromachined oxygen sensor and method of making the same

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1514234A (zh) * 2002-12-31 2004-07-21 中国科学院电子学研究所 与微机电系统工艺兼容的参比电极的制备方法
CN1595133A (zh) * 2004-06-29 2005-03-16 西安理工大学 测定pH值用穿刺复合传感器的制备方法及其传感器
CN101609063A (zh) * 2009-07-16 2009-12-23 复旦大学 一种用于电化学免疫检测的微电极陈列芯片传感器
CN101881748A (zh) * 2010-06-30 2010-11-10 西安建筑科技大学 一种氧化还原电位微电极及其制备方法
CN101915794A (zh) * 2010-07-23 2010-12-15 浙江大学 一种全固态参比电极及其制备方法
KR20130034337A (ko) * 2011-09-28 2013-04-05 한국전자통신연구원 Ｍｅｍｓ형 전기화학식 가스 센서
CN102495119A (zh) * 2011-11-23 2012-06-13 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种多参数水质监测集成微阵列电极及制备方法
US20140318960A1 (en) * 2013-04-25 2014-10-30 Wisenstech Inc. Micromachined oxygen sensor and method of making the same
CN103627631A (zh) * 2013-04-27 2014-03-12 中国科学院电子学研究所 聚吡咯/石墨烯修饰的双模神经微电极阵列芯片及制备方法
CN104049008A (zh) * 2014-06-16 2014-09-17 安徽省农业科学院农产品加工研究所 一种微型氧化还原电位传感器的制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110006969A (zh) * 2019-04-18 2019-07-12 哈尔滨理工大学 一种基于电化学检测技术的多参数水环境集成微传感器及其制备方法
CN111739803A (zh) * 2020-07-03 2020-10-02 清华大学 石墨烯场效应管及其制造方法
CN111739803B (zh) * 2020-07-03 2021-11-12 清华大学 石墨烯场效应管及其制造方法
CN114740065A (zh) * 2022-03-16 2022-07-12 杭州凯米斯物联传感科技有限公司 一种用于检测自来水的mems余氯电极

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