JP2019537027A - 電気化学センサ - Google Patents
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Abstract
Description
[0005]米国特許第6,464,940(B1)号が、微量の測定媒体、すなわち一滴の大きさを判定するように設計されるpH測定セルの設計、製造および測定原理を記載している。測定媒体のための貯留部として、パイレックス(登録商標)ガラスの環状壁が、半導体基板に塗布された絶縁体層に配置され、そして測定媒体に金属電極が接触するように、後者で被覆される。貯留部に面する基板の表面は同様に、金属電極で被覆される。したがって、1MHz程度の周波数で、使用中に測定媒体と接触する電極と半導体基板の裏面に取り付けられた電極との間で容量電圧特性が測定されることができ、この特性は測定媒体のpH値に応じて異なる。
[0014]測定要素および絶縁体要素は、必ずしもそれ自体が均質であるわけではない。それらは多層であってもよく、例えば、測定要素は、1つまたは複数の感応層を備えてもよい。
[0016]測定または洗浄媒体に対して電気化学センサのセンサ軸の内部を封止するために封止要素が使用され、それによってセンサの一端部が使用中に浸漬される。封止要素は、耐薬品性かつ耐熱性ポリマーまたはエラストマ材料を有する。
[0018]本発明に係る電気化学センサの設計は、ウエハ技術を使用することによる、センサ素子の大規模製造の他に、センサ軸への設置に適する形状を見込む。特に、絶縁体要素は、測定媒体との接触の領域で測定要素と不可分に接続されるが、その範囲の点で正確に画定され、そして使用中に測定媒体と接触する、すなわち媒体接触面である、測定面を確保する。更には、絶縁体要素は、環状の封止要素と共に、測定媒体が封止要素と測定面との間に入るのを防止することによって良好な封止を提供する。最終結果は、改善されたセンサ勾配および向上された長期安定性である。
[0024]開口の配置に応じて、したがって露出領域および/または凹部がセンサ軸の端面にあるかまたは円筒外装の偏平領域にあるかに応じて、測定要素の測定面は異なる形状にされてもよい。それは、円形、楕円形または矩形であってもよい。測定面が、一般にセンサ軸の端面に設置されるセンサ素子の場合であるような、円形の測定面より大きいための要件が、測定面の楕円または矩形状を支持してもよい。しかしながら、封止と作動中の測定面との間の直接接触を回避するために、露出面が封止面よりわずかに小さいことが常に要件である。
・少なくとも2層のウエハを形成するための、感応材料から成るウエハの絶縁体材料との不可分の接合の製造のステップと、
・感応材料および該当する場合は、それに接合された絶縁体材料を処理することによって所定の厚さを生成するステップと、
・1つまたは複数の測定要素を形成するために、感応材料において測定面を露出させながら絶縁体材料を構造化するステップと、
・接合された感応材料および構造化された絶縁体材料の少なくとも2層のウエハを現存の絶縁体材料の領域で、絶縁体要素が設けられたセンサ素子へ切断するステップと、
・このように生産されたセンサ素子の軸への設置のステップであり、これによって使用中に測定媒体に面するセンサ軸の端部で絶縁体要素とベゼルとの間に封止要素が密封して導入されるステップとを含む。
[0028]本方法の有利な実施形態において、感応材料は電気化学的に活性なpHガラスを有し、そして絶縁体材料は、感応材料に適合された熱膨張係数、特に同一の熱膨張係数を持つ耐熱性かつ耐薬品性絶縁体ガラスを有し、ここでは少なくとも2層のウエハを形成するために、絶縁体材料が「直接接合」または「融着」を用いて感応材料に不可分に接合される。
[0031]本発明は、極めて概略的な図面を参照しつつ以下に説明される。
[0034]図1は、極めて概略的な図で電気化学センサ1を図示する。図示される電気化学センサ1は、基準電極16と関連して使用されて測定媒体のpHを求める測定ロッドを形成する。センサ1および基準電極16は、電線(破線として図に示される)を介して送信器17に接続される。
2、102 測定要素
3 センサヘッド
4、104 センサ軸
5 測定媒体
6 接点
7 電線
8、108 測定面
9、109 封止要素
10、110 絶縁体要素
11、111 ベゼル
112 センサ軸104の偏平領域
13、113 開口
14 取付装置
15、115 センサ素子
16 基準電極
17 送信器
20 ウエハ接合
30 ウエハ厚調節
40 構造化
50 分離
60 設置
Claims (15)
- 使用中に測定媒体(5)に面する測定面(8、108)を持つセンサ素子(15、115)であり、平面の測定要素(2、102)を備えるセンサ素子(15、115)と、
使用中に前記測定媒体(5)に面するその端部に、ベゼル(11、111)を持つ開口(13、113)を含むセンサ軸(4、104)であり、内部で、前記開口(13、113)の領域に前記センサ素子(15、115)が設置される、センサ軸(4、104)と、
前記センサ素子(15、115)と前記ベゼル(11、111)との間に配置される環状の封止要素(9、109)と、を備える電気化学センサ(1、101)であって、
前記センサ素子(15、115)が、前記測定面(8、108)を露出させながら前記測定要素(2、102)と堅固かつ不可分に接続される絶縁体要素(10、110)を備え、
前記封止要素(9、109)が、前記測定媒体(5)の進入から前記電気化学センサを保護し、前記絶縁体要素(10、110)と前記ベゼル(11、111)との間に密封して配置される、電気化学センサ。 - 前記測定要素(2、102)が、電気化学的に活性なpHガラスの扁平で平面の円板を備えることを特徴とする、請求項1に記載の電気化学センサ(1、101)。
- 前記測定要素(2、102)が、電気化学的に活性なpHガラスから成る扁平で平面の層または層構造を備えることを特徴とする、請求項1に記載の電気化学センサ(1、101)。
- 前記絶縁体要素(10、110)が、熱膨張係数が前記測定要素(2、102)のそれに適合され、特に前記測定要素の熱膨張係数と実質的に同一である耐熱性かつ耐薬品性絶縁体ガラスから成ることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の電気化学センサ(1、101)。
- 前記絶縁体要素(10、110)が、物理的または化学的析出工程を用いて塗布される、特に窒化ケイ素の絶縁体層を備えることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の電気化学センサ(1、101)。
- 前記センサ軸(4、104)が円筒状であること、および前記開口(13、113)が前記センサ軸(4、104)の端面に配置されることを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の電気化学センサ(1、101)。
- 前記センサ軸(4、104)が円筒状であること、および前記開口(13、113)が前記センサ軸(4、104)の円筒外装の偏平領域(112)に配置されることを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の電気化学センサ(1、101)。
- 前記測定要素(2、102)の前記測定面(8、108)が円または楕円または矩形形状であることを特徴とする、請求項7に記載の電気化学センサ(1、101)。
- 前記センサ軸(4、104)が耐熱性かつ耐薬品性金属材料または耐熱性かつ耐薬品性プラスチック材料でできることを特徴とする、請求項1から8のいずれかに記載の電気化学センサ(1、101)。
- 前記封止要素(9、109)が弾性ポリマー材料またはエラストマのリングを備えることを特徴とする、請求項1から9のいずれかに記載の電気化学センサ(1、101)。
- 使用中に測定媒体(5)に面する平面の測定面(8、108)を持つ電気化学センサ(1、101)を生産するための方法であって、
・少なくとも2層のウエハを形成するために、感応材料から成るウエハの絶縁体材料との不可分の接合を生産するステップ(20)と、
・前記感応材料および任意選択でそれに接合された前記絶縁体材料を処理することによって所定の厚さを生成するステップ(30)と、
・測定要素(2、102)を形成するために、前記感応材料において測定面を露出させながら前記絶縁体材料を構造化するステップ(40)と、
・接合された感応材料および構造化された絶縁体材料の前記少なくとも2層のウエハを現存の絶縁体材料の領域で、絶縁体要素(10、110)が設けられたセンサ素子(15、115)へ切断するステップ(50)と、
・このように生産されたセンサ素子のセンサ軸(4、104)への設置のステップ(60)であり、使用中に前記測定媒体(5)に面する前記センサ軸(4、104)の端部で前記絶縁体要素(10、110)とベゼル(11、111)との間に封止要素(9、109)が密封して導入されるステップとを含む、方法。 - 前記感応材料が電気化学的に活性なpHガラスを有し、かつ前記絶縁体材料が、前記感応材料に適合された熱膨張係数、特に同一の熱膨張係数を持つ耐熱性かつ耐薬品性絶縁体ガラスを有し、少なくとも2層のウエハを形成するために、前記絶縁体材料が「直接接合」または「融着」を用いて前記感応材料に不可分に接合される、請求項11に記載の方法。
- 前記絶縁体材料が、少なくとも2層のウエハを形成するために物理的または化学的析出工程を用いて前記感応材料に塗布されてそれと接合される、特に窒化ケイ素の絶縁体層を備える、請求項11に記載の方法。
- 物理的または化学的析出工程を用いて塗布される前記絶縁体層が、スクリーンによって析出中に直接かつ絶縁体要素の形態で構造化された様式で生産される、請求項13に記載の方法。
- 前記絶縁体材料が、エッチング技術を用いて、特にフッ化水素酸で湿式化学的にまたはプラズマエッチングを用いて前記感応材料上で構造化される、請求項11から13のいずれか一項に記載の方法。
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