JPH05503640A - センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 □ この発明はセンサに関し、特にガスセンサ及びｐ）Ｉセンサに関する。又、この 発明は、センサ及び電気的７′電子的装置の製造方法にも関する。

特に、この発明は、排他的に適用不可能だが、血液中の物質交代のガス（例んば ２０．及びＣＯ２＞の測定に関する。血液中の物質交代のガスをモニタすること は、肺臓又は呼吸制御機能の発達が不十分であることから酸素摂取量が不十分と なり得る早産幼児において特に重要である。もし、動脈の酸素（Ｐａｄ、：プロ トアクチニウムの酸素化合物）の部分的圧力が脳障害又は死に至るほど短い間に 極度に低下すると５しかし、もし、治療処理された酸素の結果としてＰａｄ、が 上昇すると、両眼に対する障害が起こり得る。

又、動脈の二酸化炭素（Ｐ　ａ、　ＣＯ２）の部分的圧力を測定することは、脳 内血管の破裂が結果としてＰａＣＯ，の変化により部分的に引き起こされた脳血 流の変動となり得るという証拠があるので、重要である。

ＰａＯ２及びＰａＣＯ２の両方の測定に用いられてきた１つの技術は、経皮技術 として知られている。この方法において、皮膚に適用されたセンサは、皮膚の酸 素の部分的圧力（Ｐｓｉ２）、及び７、′又は、皮膚における二酸化炭素の部分 的圧力（ＰｓＣＯ２）を測定する。通常の温度において、ＰＳＯ，はほぼＯて′ ある。しかし、もし皮膚温度が上昇すると、Ｐ　ｓ　Ｏ２はＰ　ａ　Ｏ＝に到達 でき、センサの選択及び〈偶発的な誤差相殺による）皮膚温度により、ＰＳＯ， の測定はＰａｄ２に一致し得る。新生児において、４３５立０．５℃のセンサ温 度は、二の目的に対して最適と見なされてきた。ＣＯ，は、同様の態様で測定さ れ得るが、この場合、ＰｓＣＯ）はＰａＣＯ２と一致せず、らし、４３５立０５ °Ｃ（Ｐａ、０２の測定に対する最適温度）で測定されると、ＰｓＣＯ，＝ｍ　 ＰａＣＯ２’−ｃ となる。但し、ｍ及びＣは成るセンサ形状に対して決定さｉｚる定数である。

Ｐｓｉ、及びＰｓＣＯ，に対して現在用いられているセンサは、機構において異 なるが、１つの装置内に含まれ得る。このような装置は、ジャーナル　オブ・フ ィジックス　イー（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｅ）ｆ１９８７） の第１１０３頁〜第１１１２頁に記載されている和学用計測器（Ｓｃｉｅｎｔｉ ｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｒｔｓ）　２０の発明者のうちの１人により調査され てきた。この調査書内に記載された周知の結合された○、’ｃｏ、センサは、 白金ワイヤのカソード及びＡ　ｇ　、−’Ａ、ｇＣ＋のアノードを有するポーラ ログラフの（ｐｏｌａｒｏ８ｒａｐｈｉｃ）０２センサと、ガラスのｐｌ（電極 と、 電解質と、 膜と、 を備えている。

これら全ての電極（白金ワイヤのカソード、Ａｇ／’ＡｇＣｌのアノード及びｐ Ｈ電極）は、膜によって保有された；解質に接触している。膜を通して０２及び ＣＯ２が電解質内に拡散するように、膜は皮膚に対して位！され且つ封止され得 る。０２は、電解質内に分解された０２に比例した電流を与えるポーラログラフ の０２センサによって消耗される。ＣＯ２は、電解質と反応して、基ｉ１！！電 極として使用されるＡｇ、′ＡｇＣ１のアノードと共にｐＨ電極を用いて測定さ れる炭酸を生成する。

このようなセンサは広く用いられてきたが、それらは以下のようにいくつかの欠 点を有する。即ち、 ｉ）ガラスのｐＨ’に極は、衝撃に弱く容易に損傷を受ける。

ｉｉ）電解質は、使用された水成電解質の休止寿命が、水の消耗のために、短い ので、周期的に交換されなければならない。

ｉｉｉ　）　を解質の交換は、−貫した且つ正確な結果を得るために気泡から解 放されなければならないので、熟練を要する仕事である。

１つの０．センサは、米国特許第４．５３４，３５６号明細書に記載されており 、セラミｌり基板上に堆積された一対の電極と、これら電極を覆う絶縁膜と、露 出されたままの電極の一部と、酸素透過性のボＩＪマ；解實とからなる。この電 極は、いくつかの重要な欠点を有する。即ち、 ｉ）比較的大きいカソード領域（第１例では９０ｍｍ’　、第２及び第３例では ２４．２ｏ＋ｍ’）が露出される。二のような大きい電極を用いることによる問 題は、それらが多大の酸素？消耗し、従って、電解質内の大きい酸素１度が電極 上を覆う酸素濃度と一致することを想定することかて゛きない二とである。

１１）再生成可能のために、覆っている絶縁膜は、電極領域が一定状態のままで あり続けるように、その完全性を維持しなければならない。このことは、特に、 電極に対するリードがそれら自身電極として基板の同一面上にｆｉ置されている ので、米国特許第４，５３４，３５６号明細書の構成を用いて保■するのは困難 である。

ｉｉｉ　）カソードの回りの大きい拡散領域のために、長い安定維持時間（約１ ・７２時間）が要求される。

ｉｖ）このような；瘉は、そのような大きい電極領域に結果として生じる大きい 電流が電解質のｐＨを変更するであろう水酸イオンを生成するので、結合された ○、／Ｃｏ２のプローブに用いることができない。

又、酸素センサとして知られるのは、英国特許２０５５４７１１ｒＡ号に記載さ れたような装置である。こｆ）センサは、ヒータと使い捨て組立体に電流を供給 する手段とを備えた再使用可能な基板組立体と有する。使い捨て組立体はガス透 過膜を含み、；解質は、膜を通した；解質の透過により、あるいは膜と使い捨て 部品の本体との間に配置された電解質塩のコーティングと共に；解Ｗｅ構成する 膜を通した水の透過により、ガス透過膜と使い捨て組立体との間に配置される。

更に知られたセンサは、英国特許２０７３８９１−Ｂ号に記載されている。これ は、１つの実施例において、電極、ヒータ及びその上に形成された接点を有する アルミナ本体からなり、この本体は、エポキシマウント内に固定されている。膜 は、○リングにより、（電解質を膜と本体との開に封止するために）＄極上に固 定され得る。

上記センサの両方は、ユーザが；解質溶液を適用する必要があるという大きな欠 点を有する。英国特許２０７３８９１　Ｂ号に示されたセンサの場合、これは、 センサに電解質を適用し、その上に○リングで膜を固定することである。これは 上記欠点を有する。英国特許２０５５４７６号に示されたセンサの場合、；解質 が膜に浸透しなければならないかくこの場合、膜は水蒸気をも透過可能て゛あり 、電解質組成の不確実性を招く）、又は、水が膜に浸透しなければならなず、長 い準備時間（２０〜５０分）並びに電解質組成に関して不確実性を与える。

発明者は、これら問題点のいくつか又は全てを解決する方法と発見した。従って 、二の発明（シ、以下の構成からなるガス１度測定装置″！：提供する。即ち、 １）セラミ’／り基板の一方の面に配置され、１つ又はそれ以上のポーラログラ フ電解槽又は電気ｆヒ学的電池のための複数の電極、セラミック基板を貫通して このセラミック基板の他方の面上に配置された電気接点に通過するリード、 セラミック基板の一方の面上のｔｌｌｉｉ　”覆うように固定され、化学種又は その派生種に対して透過性の膜、及び、 膜とセラミック基板の一方の面との間に設けられた電解質媒質、を含む使い捨て センサ組立体と、 ｉｉ）前記使い捨てセンサ組立体上の電気接点と噛み合う相補的な電気接点を含 む再使用可能なベース部品と、 分備えている。

この発明の更なる特徴はクレーム中に述べられると共に、結きされた０２°、’ ｃｏ。

センサ及びその製造方法の２形式の以下の図式的説明で述べられている。記載さ れた各センサの構造技術及び設計の特徴は、記載された基板の代わりに、交換可 能に用いられ得る。

以下、図面について参照がなされる。ここで、図１は、この発明で用いられるセ ラミンク基板の断面図１ａ及び平面図１ｂを示す。

（２１２は、図１の基板に対するマウントの断面図２ａ及び平面図２ｂを示す。

区３は、適用された電気接点を有する図１の基板の底面図と示す。

（２Ｉ４は、適用されたアノードを有する図３の基板の上面図を示す。

図５は、アノードから接点までのリードを示した図４の基板の断面図を示す。

図６は、カソードリードの挿入用のジグ内に載置された図５の反転された基板の 平■図を示す。

図７は、図６の、Ａ、　−Ａ線によるｒ面図である。

図８及び図９は、図７の基板並びにガラスペーストによる穴封止を示す。

〕１０は、ハンダ付は用並びに銅リングの最終的マウン１〜用に印刷（プリント ）された基板分示す。

図１１及び図１２は、結合に先立つリング上及び基板上のガラス材料のそれぞれ の堆積を示す。

［２１１３は、ジグ並びに基板及びリングの組立体を示す。

図１４は、処理の後工程において組立てられた基板及びリングを示す。

［２Ｉ１５は、最終的な基板、リング、電解質及び腹の組立体を示す。

図１６は、基板及びマウントに対する交互の羊−構造を示す。

血液のＯ，及びＣＯ，に対する、この発明によるセンサは、２つの部品で構成し てもよい、即ち、 Ａ〉使い捨て部品に対する電気接点並びにケーブル及びプラグと共に、ヘッドの 前面まで延びた熱負荷内に載置された加熱要素及びサーミスタ温度センサからな る非使い捨てへ／ド（これは図面に示されていない）と、Ｂ）非使い捨てヘッド に対し、使い捨て要素が取付けられ且つ一緒に用いられるようにするハウジング と共に、０２及びＣＯ２検知要素、電解質並びに膜からなる使い捨て部品とであ る。

上記部品Ａの構造は、従来の材料及び技術によるもので、ここでは大きくされな いだろう。

使い捨て要素は、その構造として、電子産業において現在用いられているハイブ リッド技術による、セラミック材料、ガラス及び貴金属を用いる。材料の不活性 は、副生用を最小にすることにより周知の電極よりも電極の安定性を著しく改善 し、このことは、更に均一な生産方法と共に、現在知られたセンサによる場合よ りも１つの電極から池の′Ｓ８ｉへの更に再生産可能な性能を生じる。

「ガ、ス検知」電価は−０２を定量的に検出可能なポーラログラフの酸素電極と 、；解質を含む重炭酸塩と共に、ＣＯ２と定量的に検出可能なｐＨ検出電極とか らなる。

これらの’；ｆｉの両方は、ディスク形状のアルミナ基板１上に載置され、又、 このアルミナ基板は、ｐＨ’：Ｓ極に対する基準電極として且つ酸素カソードに 対するアノードとして作用する銀膜二を保持する。アルミナ基板は、例えば１、 英ロストアボート・オンセベン（Ｓｔｏｕｒｐｏｒｔ−ｏｎ−５ｅｖｅｒｎ）の モーガン・マトロ・／り　リミノテド（Ｍｏｒｇａｎ　Ｍａｊｒｏｃ　Ｌｉｌｌ １ｉｔｅｄ）によって供給される高富度焼結された９６０ｇのアルミナからなる Ｈ　ｉ　ＬＯＸ９６１　（商標）でｔｌｌ成され得る。ディスクの適切な大きさ は、直径８■、厚さ１．、Ｏ＋＋ｖ＋、土０．０１ｍｍて゛ある。

アルミナ基板はリング３内に載１され、リング３は、ディスクに対するマウンテ ィングを形成すると共に、膜載Ｗリング４を保持する。リング３は、ディスク１ と同一の材料であってもよい。

使い捨てセンサの多くの部品の生産は、３つの電極を生産するために、アルミナ 基板１の処理と関連する。セラミック材料上の動作手順は、各段階で引き起こさ れる処理温度によってほとんどが決定される。

第１ステ・ｌプは、アルミナディスクの裏面上に図３に示された；気接点５．６ ．７を印刷することである。これは、米国ニュージャージ（Ｎｅｕ＋　Ｊｅｒｓ ｅｙ＞の電子科学研究所（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｌａｂｏｒａｔｏ ｒｉｅｓ）により供給される銀パラジウムインクのＥＳＬ９６３５Ｂ（商標）を 用いて行われ、スクリーンプリンタの使用が適用される。これは、手動でもよく 、又は従来より知られているように部品の機械供給により自動化されてらよい。

部品は、従来のように、乾燥された陵、流れ（ベルト）溶鉱炉内で、８５０’Ｃ 〜９００℃で点火される。これは、再び、１回オフの又は連続の処理であり得る 。

その後、アノード電１２は、ディスクの前面内の、例えば直径が３ｍ＋ａて゛深 さが０５１１１１の円形凹部８内に形成される。電極科学研究所（Ｅｌｅｃｔｒ ｏｄｅ　５ｃｉｅｎｃｅＩ−ａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）によって供給される純銀 インクのＥＳＬ９６０１（商標）は、ベージ・ブレシスマ・インダストリー・イ ンク（Ｐａｇｅ　ＰｒｅｃｉｓＩＩａ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ　Ｔｎｃ、）によ り作られたような、例えば１１１ＩＩのノズルを用いた従来実施している機械に 用いられる。１回オフの手動処理において単一ノズルを用いることは、ディスク 当り約５秒を要するが、多数ノズル分実施しているヘッドを用いれば、この処理 は、わずかに早くなり自動化が可能になるだろう。この処理は、図４に示したよ うに、中央穴９（これは、テーパが付けられ、例えば前面で３■の直径を有し、 裏面て・０６Ｉｕ＋の直径を有する）の回りの凹部内に湿式の銀／′ガラスペー スト膜を置く、このペーストが点火される前に、図５に示したように、中央穴９ を介し、又、接点５の周囲を越えて湿式のペーストを引き落とすため、ディスク が減圧される。この処￥ち又、操作文び灰埋時闇に数杉を要する。接続を達成す るためにペース１〜に対１−て減圧した後、ディスクは乾燥され且つ８５０″Ｃ で点火され、前面のアノード及び（２１５に示した環状導体１０−５生成する。

こ、′）逅埋を手動で用いて処理される典型的な２５個のディスクのパッチのう ち、２５個の全てのアノードは最初にデ仁スクを通して接続された。アノード２ に対する接点５の抵抗は、０．１〜０２Ωのオーダて夕）る。

次のステップは、アルミナディスクの２つの外側の穴１３．１４内に金ワイヤ１ １゜１２の形態でリードを置くことである。これは−例えば、００２５ＩＩＩＩ ａ、７）金ワイヤを用いて、自動供給部を有するワイヤポンディ〉グ機械で行わ れる。適切な機械は、カリフォルニアのヒユーズ・エアクラフトオブ・カールス パッド（Ｈｕｓｈｅｓ＾１ｒｃｒａｆｔｏｒ　Ｃａｒｌｓｂａｄ）により供給さ れるＴＳＢ４６０（商標）である、この機械の制御シーケニスは、第１ボンドを バイパスして、第２ボンドの前に導通するように修正される。ディスクは、その ディスクの前面に＃開（図６黍照）ひ与えるために、円周ジグ５内の橘械上にフ ェースダウンで位置される。各穴１３．１４に対して、最初の動作は、約２１１ １１のワイヤを（そのようなボンディング機械が通常行うように、第１ボシトを ｆトるよりもむしろ）供給することである。又、このワイヤ１１．１２は、その 陵、適切な穴１３．１４（例えば０．６１１１１１１の直径を有する）を介して アルミナディスク内に位置され、ワイヤ１１．１２は、その後、適切な穴に近接 した電極６．７にポジディジグされる。その後、ワイヤ１１．１２は、従来通り にカットオフされる。図７は位１決めされた金ワイヤの導体を示す。

ディスクは、穴を封止する次の段階が完了するまで、前面に隙間を与えるジグ１ ５内に残る。ディスク内の３つの全ての穴は、英国ゲンブリンジのＥＭＣ，’ｔ 　オブソーストン（ＥＭＣＡ　ｏｆ　Ｓａｗｓｔｏｎ）からのＲ２５０（商標） のガラスで満たされ封止される。これは、アルミナと互換性のあるビトレアス（ ｖｉｔｒｅｏｕｓ）ガラスである。存在するガラスは、乾燥フリット（ｆｒｉｔ ）として得られ、これは誘電性コーテイシダイシクとして一般に用いられる。し かし、結き媒体の量は、現在の適用に対しであまりに高く、これらの目的のため に、乾燥ガラス杓に修正された組織７Ｓ液を加えることにより、その量を修正し て結合媒体のレベル（及びガラスの点火中ての気泡の可能性）分低減させる。二 の溶液は、適切な一貫性のペースｌ−３得るための１＼２？Ｊのコロジオン（エ ーテル及びアルコール内のニトロセルロース及びビロキシリンの溶液）を含む炭 酸ブロピトシ溶液である。ガラスは、アノードの堆積に用いたものと同一の機械 を用いて、例えば］■又は０．３ｍｍのノズルで、ディスクの裏面から量が制御 されて注入される。これは前述の動作と同し側であり、ディスクを裏返す必要は ない。

その後、封止部は乾燥され点火されなければならないが、ガラスの厚さのため必 要な時間は延長される。乾燥時間は、４０″Ｃで一晩中であるが、多分これは低 減され得る。乾燥時、ディスクは、２６０’Ｃ〜２８０’Ｃで１時間だけ焼かれ 、７５０℃で１５分間だけ点火される。これらのディスクは、ガラスがディスク の前面に固定されること、並びに、いかなるガラスの気泡がそれほど重要でない ディスクの裏面で起きることを保証するために、これらの全処理にわたって、フ ェースダウンのままであるべきである。上記動（ヤは、２つの穴内に金ワイヤ導 体を有するアルミナディスクと、凹部内の中央の銀アノードとを生成する。これ は図９内の断面に示される。

吸引で堆積された厚膜を用いる代わりとして、ワイヤボンディングにより裏面の 接点パ／ドからアノードに対する電気的接続が作られ得る。ワイヤボンディング は、カソード及びＣＯ，検知接続を行うために用いられ、アノードに対する金ワ イヤは同一段階中に溶接される。これも又、第１ボンドを省略した修正されたボ ンディングサイクル登用い、ワイヤ導体３生成して、その後、第２ボンドを行い 引き離す（ｐｕｌｌ　ｏｆｆ）、アノードに対する接続は、中央穴の回りの環状 接点リング上のいずれの位置で行ってもよい。０２及びＣＯ２の接続を用いてい るので、これは、穴を通して突出したワイヤの長さを残し、ワイヤボンディング のためのアルミナディスク保持用のいずれのジグも、これらのワイヤに対して空 間を残すべきて′ある。

その後、ディスクは裏返され、即ち、３つの穴から金ワイヤの終端が突出してく るような、フェースアップ状πとなる。アノードは、既に堆積／印刷されており 、この段階で点火される。又、アノード穴を通して突出している金ワイヤは、銀 アノード堆積にボンディングされなければならない。これは、ワイヤボンダの容 易性及びＩＲ構ｔ！−必要とするが、余分の金ワイヤを必要としない。基板は加 熱され、金ワイヤはその面に対して押圧され、超音波振動は数秒間だけ印加され る。

実験のみにより判定可能て゛ある正確な状態において、これは、金ワイヤを銀ア ノ−ドにポジディングするだろう。これは、ノズルから除去された金ワイヤを有 する金ワイヤボンダを用いて行われる。し力化、これは、穴の取り囲む銀を覆う ように曲げて配置された後に、突出している金ワイヤ上に正確にノズルを配置す る必要がある。大量生産のためには、非常に大きいヘッド（直径２ｍｍ）が更に 実用的であろう。

金ワイヤが位置されたとき、ガラスフリ７トで講なし、乾燥及び点火することに より、ディスク内の３つの穴は封止される。アノード接続のこの方法により、金 ワイヤも又、電解質を有する接点から封止される。これは、金ワイヤの溶接され た終端を覆うために、同一のガラスフリ・ｌトを用いて最も簡単に行われる。こ れは、アノード穴の回りに浅い円形凹部（直径１．５〜２ａ＋ｍ）を有し、この 凹部内で第２の溶接が開始され、ウェル及び下部配■穴がガラスフリットで満た されるようにすることにより援助される。収縮にもかかわらず、これは、金ワイ ヤを封止し続けるだろう。

ディスク１及びリング３が組立られる前に、リング３がンルダリングのための基 板の堆積な受け、その目的を以下のこの記載で詳細に述べる。リング３は、図１ ０に示された裏面フランジ上でＥＳＬ９６３５Ｂと共に印刷され、アルミナディ スクの裏面上のＥＳＬ９６３５Ｂの印刷と同一のやり方で乾燥され、焼がれ且っ 点火される。これが行われてきたとき、リング内の凹部及びアルミナディスクの 裏面は、溶接のための準備ができ得る。

ディスク１は、前の穴の封止処理からジグ１５内にフェースダウンしたままであ る。電極科学研究所により供給されるガラスペーストのＥＳＬ４０３２（商標） のリングは、外側エツジの回りのディスクの裏面上に印刷される。環状リングは 、例えば０．６＋ａＩｌ＋の福である。印刷されたディスクは、その後、２５０ °Ｃて′１５分間だけ乾燥されて、４５０℃で１０分分開け点火され、これによ り、ディスクの裏面上に気泡の無いリングを生じる。ＥＳＬ−４０３２の堆積も 又、口１１に示されたリング３の内側の前面りｌプ上に１かれ、同様に点火され る。この場合、凹部内で通常のスクリーン印刷と達成する二とができないので、 ガラスは、分配システムにより、アノードに対して例えば上記のように位置され なければならない。生産目的のため、０４１の穴を有する正確な直径の環状分配 へ／ドが用いられるだろう。その陵、ディスク１及びリング３は組立てられ、ス テンレススチールのスプリングで負苛されたジグ（図１３）内に共に保持され、 このジグは、ガラスが柔軟になるにつれて２つの部品を一緒に押圧するだろう０ 組立体は４５０℃で再点火されて、組立体及びジグがその温度に達するのに十分 な時間（例えば１時間）が与えられ、又、ガラスが流れて、単一のセラミックユ ニットを与えるように再点火される。乾燥及び燃焼は、この再点火動作において は不要である。

セラミックリング及びディスクが組立てられる二とにより、次の段階は、金ワイ ヤ導体を露出するために組立体の前面を研磨することである。研磨の深さは、ア ルミナディスク内の２つの外部穴内のガラス上の平面を力ｌトするのに十分であ る。上記ガラス及び点火暁闇並びに所定の温度により、これは、ディスクの厚さ の約１／４を除去することを意味するだろう、要求される歯車のグレードは、２ ８０〜４００グリツド（ｇｒｉｔ）のダイヤモンド研磨歯車である。カットの深 さのため、多重通路動作が要求されるが、セラミック組立体は、バッチで行われ るだろう。

組立体は、ワックス又は両面粘着テープ等の適切な手段により平坦シートに載置 固定され、研磨処理中に動かないようにする。完了時に、全てのワックスは組立 体から完全に取り除かれなければならない、又、研磨処理後に、アルミナディス クの前面は、まだその面の下であるべきアノード凹部８を除いて平坦であること を留意すべきである。又、ディスクの前面は、周囲のセラミックリングの前面の 上に突出すべきである。その前面は、このダイヤモンド研磨以上の更なる影付は 動作又は責だし動作を必要としない。組立体は、この段階で図１４に示すように 処理される。

次のステップは、直径が２１のインジウム及び酸化インジウムのディスクを、外 部導体１１．１２の一方を覆うようにスパッタし、ワイヤの終端によって構成さ れる電極をｐＨ検知で・きるようにすることである。どちらのワイヤを検知可能 にするかの選択は任意ではあるが、明らかに非使い捨てヘッドの接点に一致しな ければならず、又、首尾一貫していなければならない。ディスクの前面は、粘着 テープでマスクされ得るが、成功裏に永久金属マスクが用いられてきた。セラミ ック組立体は、スパッタリン・グに対して完全に清潔でなければならず、最終洗 浄用に組ｒｔＸｉＳ剤を用いることは避けなければならない。ディスクは、チャ ンバ内に位置され、傷けけ易い痕跡物質含除去するために１０５トル（Ｔｏｒｒ ）まてポンプで引かれる。その紙、圧力は、アルゴン下で０．０１５１〜ルまて 戻され、マスクされたディスクは、酸化インジウム′インシ゛ウムの；瘉でスパ ッタされる。

インジウム電極は、２５闘の空隙で用いられ、直径１０ｃｎの標的に対し１０ｍ ＡにてＤＣ１５００”ｖ”’：、又は、直径１０ｃｍノ標的に対し５０〜１００ Ｗ４．：テＡｃ１０００Ｖテ２時間にわたってスパッタされる。その役、雰囲気 は、上記と同一圧力で５０？。の０２．５０％のアルゴンガスに変化される。ス パッタリングは、直径１０ｃｍの標的毎に２０ｍＡにてＤ　Ｃ１５００Ｖで、又 は、直径が１０ｃ＋＊の標的に対し５０〜１００ＷにてＡＣｌｏｏＯＶで更に２ 時間にわたって継続する。

スパッタリングの後、その部品は、０．１％の亜流酸ナトリウム溶液内に浸され 、８時間にわたってエージングされてもよい。

スパッタリング及びエージングが完了したとき、セラミンク組立体は、銅ワッシ ャにハンダけけされ得る。このワッシャは、センサ全体の使い捨て部品に対する マウントとして作用し、又、センサの非使い捨て部品内に保持されたヒータに対 する良い熱接点として作用する。

リング３の裏面上に金属化されたパラジウム銀は、ロンドンのフライ　メタルス （Ｆｒｙ　Ｍｅｔａｌｓ）から得られるＦｒｙｓ２７０（商標）のような２％の Ａｇを含む鉛編ハンダで錫メッキされ、これはハンダが流れ易いフラックスド＜ ｆｌｕｘｅｄ）ワイヤ形態で得てもよい、自動生産のために、ハンダは、スクリ ーン印刷されて通常方法で扱われてもよい、ｆｊＡワッシャは同様に扱われ、部 品は、適切なジグ内でリフローハンダ付けにより組立てられる。

次のステップは、銀の中央アノード２を銀、／ハロゲン化銀に変換することであ る。今までセンサ電解質はこのために用いられてきたが、もっと簡潔な臭化物の みの；解質が用いられるだろう、＄気的接続は、裏面の接続バッド３介して、ア ノードに対して行われ、５分間、４００−〜′で１７：２ｍ’Ａの電流を流して もよい、その後、センサ面は洗浄され、稼働中の電解質内に湿気が銅イオンと運 び入れないようにする。その後、十分なこの電解質は、加えられ、ｐ、ｔ、ｆ、 ｅ、（プラスチックの一種）の２５μｍの膜が適用される。清潔なアルミナは、 電解質と共に非常に濡れ易いのて゛、気泡が間圧にならないことを留意されたい 。使用される電解質は、５°０のＨ２０′９５？、；のプロピレンクリコールｉ Ｓ液内の、０．０３ＭのＫＢｒ、Ｏ、Ｉ　ＭのＮａＨＣＯ２，０、ＩＭのＮａＮ ＣＯｘてあり得る。膜は、センサのセラミック前面の全体を覆うように適用され 、外部セラミ・ｌクリング上のテーバけき台座の回りの載置りジグと共に、張力 をもって２且つ適当な位置に保持される。この段階の組立体は図１５に示される 。超過した電解質は乾燥されるべきである。プロトタイ１においてナイロンが載 置されたリングが用いられてきたが、モールド生産のセラミノクリ〉グの次元的 耐性は、機械化されたプロトタイプと同等に堅くないだろう、これに適合させる ため、ＡＢＳグレード又は高富度ポリエチレン等の更にフレキシブルな材料が用 いられ得る。

ここで、膜組立体は、プラス千ンクハウジジグ内に挿入され得る。それは、銅ワ ／シャの外側の周囲を留めることによって保持され、中央部品がわずかに動くこ とを可能にする。従って、使い捨てセンサが非使い捨てヘッド上に積まれたとき 、離間したリングは、セラミック部品をサーマルブロックに平行に且つサーマル ブロックから正確にＭＨさせる。使い捨てセンサの外部のプラスチックハウジン グは、留められ且つ一緒に査閉された内部リング及び外部リングから組立てられ る。代わりに、ランチングフィツト（ｌａｔｃｈｉｎｇ　ｆｉｔ）を用いてもよ い。

セラミック部品は、非使い捨てヘッド内の接続ピンにより、尖った基台上に正確 に配列される。これらのピンは、非使い捨てヘッド上の糸により一列に配置され 、従って、セラミック部品は、使い捨てセンサの内部プラスチックリング内の糸 に対して配列しなければならない、大量生産のために、これは最善のシステムで はないかも知れず、配列ノツチは、セラミック部品内に直接モールドされ得る（ 以下を参照）、ねヒ止めされるよりもむしろ押し付けられるため、使い捨てのこ のようなノツチは、非使い捨てヘッド内のビンと共に直接配列されるだろう。

図１６は、アルミナ粉及びバインダをモールド内にモールドし、モールドから未 成熟の成型体を除去し点火することにより形成された１個の基板及びマウントの 平面図、並びにＡ−Ａ及びＢ−Ｂ線に沿った２つの断面図を示す、この基板は、 モールドされたスルーホール３０．３１．３２を含み、それぞれ、２つのガスセ ンサの電気ｆヒ学；池の、酸素センサ、アノード及び二酸化炭素センナのための リードスルーを供給する。

セラミンクディスクの前面は、最終製品内の；解質容器として作用する環状凹部 ３３と合体する。又、セラミックディスクの前面は、二重ｆｉ能登有する浅い放 射スロフト３５を含む中央上昇部分３４を有する。第１に、放射スロフト３５は 、アノードの形成を可能にして、セラミックディスクの高温処理中にアノードに 対する接続が形成されるようにし、第２に、そのような処理中の方向付は基準と して作用する。セラミンクディスクの裏面は、その周囲に、マウント面として用 いられる平坦な環状リング３６を有する。それにより、ディスクの裏面の中央領 域３７は、再使用可能なヘース部品内の加熱されたプロｌりと皮膚との間の材料 の厚さを最小とするための凹部となる。中央四部の外部エツジにおいて、センサ の前面処理中に尖った方向付は手段として作用する小さい円筒状四部３８が存在 する。セラミ７クデイスクの外部エツジは、わずかなテーバを有して前面よりも 裏面で狭くなるように形成される。そのテーバは、フレキシブル膜のリングをロ ックして、センサの前面に対して膜を止めるのに十分である。セラミックディス クの前面の外部エツジは、膜リングの押圧適合（ｐｕｓｈ−ｆｉｔｔｉｎｇ）が てきるようにわずかに丸くなっており、膜の障害を受ける危険を軽減するように 円滑にされるべきである。

酸素及び二酸化炭素ガスの本質的な要素は、セラミ７クデイスク３以下のように 処理することによって形成される。

第１のステンブは、アノード、カソード及び二酸化炭素センナのための電気接点 を、ディスクの裏面上の四部３７内に印刷することである。これらの電気接点は 、再使用可能なベース部品上へのセンサの載置において角度耐性を与えるために 、又、動作中の接点ワイピング（ｗｉｐｉｎｇ）を容易にするために、セグメン ト形状である。接点の輪郭及び位置は、ディスク内の導体穴（スルーホール）３ ０．３１．３２のけ近Ｃご近接したそれらの領域の位置部品に対するようなもの である。その接点は、適きしたシリコンゴムバッドご用いたクラッチ版（ｃ　ｌ 　１ｃｈｅ）からオフセント印刷により形成される。使用されるインクは、従来 のガラスフリットのボンディング媒体と有する微粒子の銀パラジウム合成体（例 えば、ＥＳＬ９６３５Ｂ等）であり、これは小さい程度の希釈（ＥＳＬにより供 給されるような型式４００シンナーの約１０８ｏ）ｅｅ要とし、これにより印刷 処理に適切な密度にする。印刷は、加熱されたセラミックディスクと共に開始さ れ、これにより十分な量のインクの堆積を促進し、又、同様の目的のために、堆 積サイクル中に数秒の休止（ｄｗｅ　ｌ　ｌ　）期間が組込まれてらよい。印刷 された後、いくつかの従来技術のうちの１つにより、インクは乾燥されるが、ま だ燃焼即ち点火されない。印刷処理は、多数のクラ７チ版及び保持ジグにより、 １つの動作においていくつかのディスクが印刷され得るようになっている。保持 ジグは、各ディスクに対する位置決めビンと合体して、放射状のアノード凹部３ ５と組合わされるべきである。

接点を乾燥した後、次のステップは前面上にアノードを生成することである。

ディスクは、セラミックディスクの裏面内の円筒状凹部３８内の組合ビンにより 決定される角度位置で、単一で又は多数でジグ内にフェースアンプで保持される 。

アノードは、例えば圧縮されたインクの堆積により生成されるか、又は、裏面で の電気接点と同一方法て′印刷され得る。アノードに使用されるインクは、純銀 でなければならず、電気接点インクのものと接近した熱処理の要求含有するべき である。適切な材料は、フラノ千成のオフセット印刷に適した粘性を得るために 同様にいくらかの希釈を必要とするＥＳＬ９６０１である。アノードは、センサ 製造中の基準電極の形成中と同様に、酸素センサの動作中に消耗される。しかし 、そのユニットが使い捨て項目であるため、必要とする銀の量は限定され、５ｎ Ａのカソード電流で１力月にわたる連続動作に対して、約１０μグラムの銀が消 耗されるだろう、これは、羊−印刷動作において役立つアノード表面上に堆積さ れるものより非常に小さい。

印刷後、ディスク上のアノードは再乾燥される。その後、ディスクは、流れ溶鉱 炉内で８５０℃の最高温度で１０分間にわたって燃焼及び点火され、ディスクに 永久に付着するようにディスクの裏面の接点及び前面のアノードの両方を作る。

次の段階は、セラミックディスク内の３つの穴３０．３１．３２を通してリード を生成することである。これは、修正されたボンドサイクルを有する金ワイヤボ ンディング機械及び０００１インチの金ワイヤを用いて行われる。ディスクは、 保持ジグ内にフェースダウンで位置され、前面の上昇された中央部分３４の上に ２〜３ｍＩＩの隙間を作るようにする。ボンディング動作は、ディスクと共に１ ５０℃で開始されるので、時開は、たぶん３０秒を要する加熱のために可能にさ れなければならない。

処理の池のパラメータ、即ち、圧力、ボンド時間、高さ及び電力は、ボンデイン ク機械上て′ブリ七ノｌ−される。ワイヤボンディングサイクルは、約２１の短 い供給を与えるために修正さｔし、続いて従来の第２ボツド及び引き離しか行わ れ、続いて、電子的フし−ムオフ（ｆ　ｔａｍｅ−ｏｆｆ）サイクルが行われ、 所定の長さにワイヤを切断する。従って、ワイヤを介した単一リードの設備のた めの動作は、適切な導体六分通して予め供給された（ｐｒｅ−ｆｅｄ）長さの位 置決め、穴に近接した接点に対する追跡、ワイヤボンディング及び隔離からなる 。これは５カソード、ア、！−ド及び二Ｍ（ヒ炭素導体３０．３１．３２の各々 に対して、？麦者の２つの穴の各ぐの中に位置決めされた２つのワ・イヤによつ 行われる。

次の動作は、ディスクを裏返し、堆積されたアノードを通したアノードリードを ボンドする二とである。これら又、金ワイヤボンダを用いて加熱された超音波動 作であるが、供給ワイヤを用いない、前の動ｆヤからのワイヤを介した２つのア ノードリードは、それらが正確な長さであると仮定してアノードに溶接され、そ の溶接は要求される超過ワイヤを除去することなく六に近接して行われる。又、 酸素及乙（二酸化炭素センサのための金ワイヤは、それぞれの穴を通して突出し ており、次の段階の前に、これらのワイヤは、ディスクの前面に軽くブラシ分か けることにより、真っすぐに引かれて平らに配■される。

その陵、３つの導体穴３０．３１．３２は、特別に用意したガラスフリント分用 いて封止される。これは、乾燥粉として供給されるＥＭＣＡ　Ｒ２５０である。

それは、結合媒体として２°０のコロイドを含む炭酸プロピトンと適切な密度に 混合される。その結果として生じるベースｌ〜の測定された量は、前面から各穴 内に注入され、裏面の接点パッドと汚染するいかなる超過をも許さないように注 意する。

二の動（Ｖ中、７７］−ド上のリードスルー溶接（ｔｈｒｏｕＦｉｈ−ｗｅｌｄ ｓ）も又、覆われる。その後、封止は真空下で乾燥されて点火される。完全なサ イクルは、ガラスフリントを乾燥させるように３７５℃まで１２時間にわたって 加熱する間に、０．１ｍＩＩＨｇまてボンダて゛引く二とである。その渣、ディ スクは、まだ低い真空下で６５０°Ｃまて゛加熱され、これにより結合媒体を燃 焼させてガラスを溶かす。この状態は、１５分間にわたって保持され、ガラス″ ！：流して残りのいかなる空間をも潰すために更に１５分間にわたって７００℃ まて゛加熱している開に、圧力は除々に周囲の圧力に戻る。

その処理は、ディスクをフェースダウンして遂行され、前面に近接した各穴内に 固体の空間から解放された（ｖｏｉｄ　ｆｒｅｅ）ガラス封止を残し、アノード に対する溶接！ｌ−覆う。

その俺、ディスクの中央部分は、３００グリノ）のダイヤモンド歯車で０．２１ Ｉ＋ｅだけ研摩される。これは、酸素及び二酸化炭素のリードスルーを、平坦に 且つ表面しベルに残すべきである。リードスルー封止内の小さい空間は、もしそ れらが金ワイヤに近接していなけれは耐２られ得る。

その後、ディスクは、スパッタリングに先立って、完全に清掃されなければなら ない。これは洗浄と連続的に超音波的に行われる。即ち、希釈化された洗剤に続 いて、すすぎを行い蒸留水内に何回か通す。二の開、並びに、洗浄及び処理段階 に続いて、ディスクは、手袋をはめていない手で操作されるべきではない。

ディスクは、二酸化炭素のリードスルーを覆うＰＨ検知面のスパッタリングのた めに、適切なジグ内にフェースアンプで載置される。これは、ディスクの残りが マスクされることを必要とし、このマスクはいくつかの手段により実行され得る 。粘着テープ、又は、密着性の良い金属又はプラスチックのマスクは、適切な方 法である。もしプラスチックマスクが用いられた場合、そのプラスチックは、後 のイリジウムの回収を容易にする６ らし、分離した再使用マスクが用いられた場合、スパッタリングジグに面するデ ィスクの方向は制御される必要があり、この方向制御は、セラミックディスクの 裏面の凹部３８によって行われ得る。スパッタリング処理は、基板内に熱を発生 するが、その温度が基板深持部及びディスクの十分な導熱性によって制限される という二とにおいて、スパッタリング処理は重要である。ｐＨ検知コーティング は、０．ＩＴ（テスラ）の磁界内での直流マグネトロンのスパッタリングにより 堆積され、より簡単な直流スパッタリングに必要な時間なマ著に低減し得る。圧 力は。

０２〜０．３１ａｍＨｇの範囲内にあるべきであり、スパッタリングは、純粋な アルゴン下て゛、１　′２時間にわたって行われ、続いて５ｏ？６〜７０９ｇの 酸素（残りがアルゴン）下で１．′２時間にわたって行われる。電流は、４イン チ（１０，２ｃｍ＞の標的に対して約２０ｍＡであるべきて′ある。らしそのよ うに発生した熱が浪費され得るならば、電流は、提供された二の数値よりも数倍 に増大し得る可能性がある。

スバｌタリ〉グの後、！［のため、膜形成のため及び使用のため、ディスクは読 取られる。

ディスクは、適切なジグ内にフェースダウンで位！され、載１面３６に対して、 強固なＰＶＣ（ポリビニルクロライド）のワンシャが粘着性を乙って固定さｆし る。

粘着性は２つの部品のメタクリル酸メチルの粘着性であってもよ＜、−、ｊｌの 部品上にモノマ（単量体）が位置され、他方の部品上に固体化媒体が位置される 。デノスク及びワッシャは一緒に結きされ、約１５秒量にわたって成る圧力が印 加され、その後、それらはジグから除去され得る。完全な固体化は、これよりも つと長くがかり、組立体を６０″Ｃて２時間にわたって焼くことにより保証さｔ し得る。

その後、ディスクは膜形成のための準備が行われる。膜は、空隙用膜として、１ ２μのセルロース膜（カブラフアシ［Ｃｕｐｒａｐｈａｎ　：英国ロンドンのメ ディカル　インターナショナル・リミテドの商標二等）で構成され、ディスクの 中央部分を覆うように直径が８−係であってもよく、ディスク面の全体を覆う１ ２μのｐ、ｔ、ｆ、ｅ、膜が続いてもよい、使い捨てセンサに膜と適用すること により、その後２つの膜、即ち最初にセルロースによって覆われるデノスクの前 面上に十分な；解質が堆積される。超過の；解質３排除するためにわずかな圧力 がディスク面に印加され、その後、嗅及びディスクと覆うように膜リングが加圧 され、上述したように周囲のテーパエツジ上にロックされる。その後、超過した ｐ、ｔ、ｆ、ｅ　は膜リングの回りから切り取られ、プラスチ／クワノシャは拭 き取られて乾かされる。電解質は、１００５の水と、００３モルの重炭酸ナトリ ウムを含む９００．；のグリセロールと、臭化カリウム及び０１モルの硝酸カリ ウムとからなっている。

嗅リングは、セラミック基板上に口、・りされるために適切な弾性を有するいか なるフしキシプル材料でらｉ成され得る。

その後、ディスクは、セラミｌり基板及び膜リジグの結きの周囲を越えて延長し たブラスチノクワ／シャ手段により、２部品の載１リング内に載置される。載置 手段は、外部保持部及び内部糸状リングから構成され得る。半分の載１の２つは 、プラスチンクリングをら固定する粘着性のシアノアクリラートと一緒に保持さ れ、従ってディスクを位置決めし得る。糸状リングに間するディスクの角度方向 は臨界的である。なぜなら、それは、ディスク上の接点に関連して、再使用ヘー ス部品上ての接点ビシの位置を決定するからである。膜形成漫のディスクの方向 は、ディスクの裏面の円筒状の凹部３Ｓによって機械的に決定され、同様の基準 点；虚糸状リング内に立てられ得る。

濡らし、た擾、ディスク−ＥのＢ化イリニ゛ウムのコーティングは一定の００４ 度に対するｃｏ、ｒｚ号における指数的減衰率のドリフトを生成するエージング 処理を開始するだろう、この処理は、２４４時間おける受入可能値まてドリフト 率を減衰するて′あろう０１モルの亜硫酸ナトリウムに浸すことにより、高速化 され得ることが分かつてきている。しかし、人為的なエージ〉グが行われなけれ ば、同一の処理は、約１カ月にわたる湿気貯蔵く即ち、膜形成）に之〕いで起き るだろう。

上記説明の全ては、経皮センサに適用した場合のこの発明の使用に関するもので ある。しかし、この発明は、そのように限定されず、説明された形式のセンサが 他の広い種りの用途に使用され得ることは明らかて゛ある。更に、この発明は、 図示したセンサの特殊な形態に限定されず、説明された技術を用いて池のガス又 は化学種が測定され得る。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）１１国際出願番号 ＰＣＴ／ＧＢ　９０１０１６０９ ２、発明の名称 センサ ３、特許出願人 名　称　モーガナイト・エレクトロニック・インストルメンツニリミテッド ４、代理人 住　所　〒１００　東京都千代田区丸の内三丁目１番１号国際ビルディング８階 ５、補正書の提出年月日 平成　３年　４月１７日 ６、添付書類の目録 請求の範囲 １１）セラミック５葭り一方の面に２１さ！し、１つ又はそｉ＝以上りで一う： 、グラフ電池又は電気ｆヒ学的電池のための複数の電極。

前記セラミック基板を介して前記セラミック基板の他方の面上に配置さ１＝た； 気接点に通過するリード、 前記セラミック基板の一方の面上の電極を覆うように固定さｔＬ、ガス又はその 凍生種に対して透過性の膜、及び、 前記膜と前記キャパシタ基板の一方の面との間に設けられた電解質媒質、牙含む 使い捨てセンサ組立本と、 ｉｉ）前記使い捨てセンサ組立木上の電気接点と噛み合う相禰的な電気接点を含 む再使用可能なベース部品と、 を備えたガスセ〉′す。

２、前記電極は、 ポーラログラフの酸素１ＳＮと、 ｐＨ検知電極と、 前記ポーラログラフの酸素電極に対するアノードとして、又、前記ｐＨ検知；極 に対する基準ｔ′！ｆ１として作用する共通電極と、を含み、ｃｏ、；ｉ度及び ０２濃度が同時に測定され得る請求項１のガスセンサ。

国際調査報告 ＋ｍ、、ｓ＋＋ｓ＊＋ｌ　ＡＮＴＩ。１．１．　ρＣＴ／ＧＢ　９０１０１６０ ９Ｉｎ＋、、、、、、ｄ　Ａ、、ｌｋｎ＋＋ｓ＊　ｈ。　ＰＣＴ／ＧＢ　９０１ ０１６０９国際調査報告

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．血液中のガスの濃度を判定する経皮ガスセンサであって、ｉ）セラミック基 板の一方の面に配置され、１つ又はそれ以上のボーラログラフ電池又は電気化学 的電池のための複数の電極、前記セラミック基板を介して前記セラミック基板の 他方の面上に配置された電気接点に通過するリード、 前記セラミック基板の一方の面上の電極を覆うように固定され、化学種又はその 派生種に対して透過性の膜、及び、 前記膜と前記セラミック基板の一方の面との間に設けられた電解質媒質、を含む 使い捨てセンサ組立体と、 ｉｉ）前記使い捨てセンサ組立体上の電気接点と噛み合う相補的な電気接点を含 む再使用可能なベース部品と、 を備えた経皮ガスセンサ。
2. ２．前記電極は、 ボーラログラフの酸素電極と、 ｐＨ検知電極と、 前記ボーラログラフの酸素電極に対するアノードとして、ス、前記ｐＨ検知電極 に対する基準電極として作用する共通電極と、を含み、ＣＯ２濃度及びＯ２濃度 が同時に測定され得る請求項１の経皮ガスセンサ。
3. ３．請求項１又は請求項２の装置に対してリード及び電極を形成する方法であっ て、前記セラミック基板を通して穴を形成するステップと、前記穴を通してワイ ヤを通過させるために修正されたワイヤボンディング機械を用いるステップと、 超音波溶接又は他の手段により前記ワイヤを電極に固定するステップと、電解質 を有する接点から前記ワイヤの終端をマスクするステップと、を含むリード形成 方法。
4. ４．絶縁基板の一方の側の面上の導体から前記絶縁基板の他方の側の面上の導体 にリードを形成する方法であって、 前記絶縁基板を通して穴を形成するステップと、前記穴を通してワイヤを通過さ せるために修正されたワイヤボンディング機械を用いるステップと、 超音波溶接又は他の手段により前記ワイヤを各導体に固定するステップと、を含 むリード形成方法。