TWI781587B

TWI781587B - 感測電極

Info

Publication number: TWI781587B
Application number: TW110113476A
Authority: TW
Inventors: 陳志聖; 陳佳麟; 王舜民
Original assignee: 財團法人金屬工業研究發展中心
Priority date: 2021-04-14
Filing date: 2021-04-14
Publication date: 2022-10-21
Also published as: TW202240163A

Abstract

一種感測電極具有一第一電極組件、一第二電極組件及一密封件，該第一電極組件具有一內套管及一參考電極，該參考電極設置於該內套管中，該第二電極組件具有一外套管及一工作電極，該工作電極及該第一電極組件分別設置於該外套管中，該密封件位於該內套管及該外套管之間，可防止蝕刻液滲入該外套管，並可防止該內套管中的電解質外漏，因此可提高該感測電極之穩定性及使用壽命。

Description

感測電極

本發明關於一種感測電極，特別是一種用以量測氧化還原電位之感測電極。

於印刷電路板製程中，溼製程佔總製程70%以上，包含蝕刻及水洗步驟，以硫酸/雙氧水蝕刻液系統為例，雙氧水濃度為蝕刻製程之重要參數，控制不當會造成線路蝕刻不均，而經由雙氧水的氧化還原電位可間接得知雙氧水濃度變化，即時監控雙氧水的氧化還原電位有助於控制雙氧水濃度，提高蝕刻穩定性。

一體成形的氧化還原電位量測電極雖然可避免蝕刻液腐蝕電極，但當電極損毀或老化時，不易修繕且容易造成量測偏差，反之，非一體成形的氧化還原電位量測電極可更換電極或添加電解質，但蝕刻液可能滲入量測電極內部，縮短使用壽命。

本發明之目的在於提供一種感測電極，該感測電極包含一第一電極組件、一第二電極組件、一第一密封件及一蓋體，該第一電極組件具有一內套管、一參考電極及一離子傳導件，該參考電極設置於該內套管中，該內套管用以容納一電解質，該離子傳導件穿設並凸出於該內套管之一感測端，該第二電極組件具有一外套管及一工作電極，該工作電極設置於該外套管中，且該工作電極之一顯露端顯露於該外套管之一感測端，該第一電極組件設置於該外套管中，該外套管具有一第一穿孔，該第一穿孔位於該外套管之該感測端，該第一密封件位於該內套管之該感測端及該外套管之該感測端之間，該離子傳導件穿設於該第一密封件，該第一穿孔顯露該離子傳導件，該蓋體罩蓋該內套管之一導電端。

本發明之該第一密封件位於該內套管及該外套管之間，用以防止蝕刻液滲入該外套管，因此該參考電極不會接觸到蝕刻液，可避免蝕刻液損害該參考電極而造成量測偏差，且該第一密封件可防止該電解質外漏，提高該感測電極之穩定性及使用壽命。

請參閱第1圖，本發明揭露一種感測電極A，其可用以量測待測物之氧化還原電位(oxidation reduction potential, ORP)，舉例來說，該感測電極A設置於印刷電路板廠之化學微蝕刻槽中，用以連續性監控硫酸/雙氧水系列蝕刻液之氧化能力，藉此判斷雙氧水濃度變化，以利於即時調整蝕刻參數，但本發明不以此為限，該感測電極A可用以量測其他待測物之氧化還原電位。

請參閱第1圖，其為本發明之第一實施例，該感測電極A具有一第一電極組件100，該第一電極組件100具有一內套管110、一參考電極120及一離子傳導件130，該內套管110用以容納一電解質E，其兩端分別為一感測端111及一導電端112，該參考電極120設置於該內套管110中，可為銀-氯化銀電極、飽和甘汞電極或標準氫電極，該離子傳導件130穿設於該內套管110並凸出於該感測端111。

較佳地，該離子傳導件130之材質為一多孔性陶瓷材料，更佳地，該離子傳導件130之材質為具多孔性之一矽氧化物或一金屬氧化物，其中該金屬氧化物可為單一金屬氧化物、二元金屬氧化物或多元金屬氧化物，含有由鉑(Pt)、金(Au)、鈀(Pd)、銀(Ag)、銥(Ir)、鈦(Ti)、釕(Ru)、銠(Rh)及鋨(Os)所組成群組中至少一金屬材料。

請參閱第1圖，在本實施例中，該內套管110具有一內管110a及一外管110b，該內管110a及該外管110b皆用以容納該電解質E，該參考電極120設置於該內管110a中，該內管110a設置於該外管110b中，且該離子傳導件130具有一內側傳導部130a及一外側傳導部130b，該內側傳導部130a穿設於該內管110a，該外側傳導部130b穿設並凸出於該外管110b，因此本實施例之該第一電極組件100為一雙鹽橋系統。

該電解質E可為液態或膠狀，且可選自於氯化鉀、氯化鈉、氯化氫、三氯化鐵或二氯化鐵，在本實施例中，該參考電極120及該離子傳導件130係浸泡於氯化鉀溶液中，使用者可根據不同需求，添加或更換該內套管110中的該電解質E。

請參閱第1圖，該感測電極A另具有一第二電極組件200，該第二電極組件200具有一外套管210及一工作電極220，該外套管210之兩端分別為一感測端211及一導電端212，該工作電極220設置於該外套管210中，且該工作電極220之一顯露端221顯露於該外套管210之該感測端211，在本實施例中，該工作電極220之該顯露端221凸出於該外套管210之該感測端211，於氧化還原電位量測過程中，該工作電極220之該顯露端221接觸蝕刻液。

該工作電極220之材質可為單一金屬材料、二元金屬材料或三元金屬材料，較佳地，該工作電極220之材質選自由鉑(Pt)、金(Au)、鈀(Pd)、銀(Ag)、銥(Ir)、鈦(Ti)、釕(Ru)、銠(Rh)及鋨(Os)所組成群組中至少一金屬材料，且該工作電極220為線狀或條狀結構，其直徑介於0.01mm及3mm之間，長度介於10mm及150mm之間。

使用該感測電極A量測蝕刻液之氧化還原電位時，該外套管210之該感測端211會直接接觸蝕刻液，因此該外套管210之材質選自具有良好耐化學腐蝕性之高分子材料為佳，例如：高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、線性低密度聚乙烯(Linear LDPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚縮醛(POM)、酚醛樹脂(PF)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、尼龍66(Nylon 66)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚苯硫醚(PPS)，以避免蝕刻液腐蝕該外套管210而滲入該感測電極A。

請參閱第1圖，該感測電極A另具有一蓋體300及一第一密封件400，該第一密封件400設置於該外套管210中，將該第一電極組件100設置於該第二電極組件200之該外套管210以後，該第一密封件400位於該內套管110之該感測端 111及該外套管210之該感測端211之間，該外套管210具有一第一穿孔213，該第一穿孔213位於該感測端211，凸出於該內套管110之該離子傳導件130穿設於該第一密封件400，且該第一穿孔213顯露該離子傳導件130，接著將該蓋體300罩蓋於該內套管110之該導電端112，以密封該內套管110，該蓋體300可保護位於該內套管110中的該參考電極120，亦可防止該電解質E外漏，此外，移除該蓋體300後即可更換、修繕或清潔該參考電極120，亦可補充或更換該內套管110中的該電解質E。

請參閱第1圖，該第一電極組件100設置於該外套管210以後，該內套管110之該導電端112凸出於該外套管210之該導電端212，該蓋體300固定於該內套管110之該導電端112時會向下壓迫該內套管110，使該第一密封件400被夾持於該內套管110之該感測端111及該外套管210之該感測端211之間，藉此密封該外套管210之該第一穿孔213，以避免蝕刻液從該第一穿孔213滲入該外套管210中，此外，該第一密封件400同時可防止該內套管110中的該電解質E外漏。

在本實施例中，該蓋體300具有一凹槽310，該凹槽310內具有一內螺紋(圖未繪出)，該內套管110之該導電端112具有一外螺紋(圖未繪出)，該內螺紋及該外螺紋彼此嚙合，該蓋體300鎖固於該內套管110之該導電端112。

較佳地，該第一電極組件100設置於該外套管210時，凸出於該外管110b之該外側傳導部130b依序穿設於該第一密封件400及該外套管210之該第一穿孔213，且該第一穿孔213顯露該外側傳導部130b，因此於氧化還原電位量測過程中，該外側傳導部130b會接觸蝕刻液，在本實施例中，該外側傳導部130b凸出於該第一穿孔213。

請參閱第1圖，較佳地，該外套管210另具有一第二穿孔214，該第二穿孔214位於該外套管210之該導電端212，該感測電極A另具有一第二密封件500，該第二密封件500設置於該第二穿孔214，該內套管110穿設於該第二密封件500以設置於該外套管210內，該第二密封件500被夾持於該內套管110之該導電端112及該外套管210之該導電端212之間，防止該電解液E外漏及蝕刻液從該第二穿孔214滲入該感測電極A中。

請參閱第1圖，較佳地，該外套管210另具有一第三穿孔215，該第三穿孔215位於該外套管210之該感測端211，且位於該第一穿孔213外側，該感測電極A另具有一第三密封件600，該第三密封件600設置於該第三穿孔215，該工作電極220之該顯露端221穿設於該第三密封件600，且該第三穿孔215顯露該顯露端221，在本實施例中，該工作電極220之該顯露端221凸出於該第三穿孔215，該第三密封件600用以密封該第三穿孔215，以避免蝕刻液經由該第三穿孔215滲入該感測電極A中。

在本實施例中，該第一密封件400、該第二密封件500及該第三密封件600皆為密封環(O-ring)，其材質為耐腐蝕之材料，因此可避免蝕刻液腐蝕該些密封件而滲入該外套管210中，在其他實施例中，該第一密封件400、該第二密封件500及該第三密封件600可為密封膠或其他密封材料。

請參閱第1圖，該感測電極A另具有一第一導電件700，該第一導電件700設置於該蓋體300，當該蓋體300罩蓋該內套管110之該導電端112時，該參考電極120電性連接該第一導電件700，該第一導電件700用以電性連接一外部電子元件，該外部電子元件為電壓或電流量測設備，如有效電壓表(effective voltmeter)或恆電位儀(potentiostat)，較佳地，該第一電極組件100另具有一第一連接埠140，該第一連接埠140設置於該內套管110之該導電端112，該第一導電件 700設置於該蓋體300之該凹槽310內，當該蓋體300鎖固於該內套管110之該導電端112時，該第一導電件700接觸該第一連接埠140，該參考電極120藉由該第一連接埠140電性連接該第一導電件700。

請參閱第1圖，該第二電極組件200另具有一第二連接埠230，該第二連接埠230設置於該外套管210之該導電端212，該工作電極220藉由該第二連接埠230電性連接該外部電子元件，在本實施例中，該工作電極220之一端連接該第二連接埠230，該工作電極220之另一端即為該顯露端221，凸出於該外套管210之該第三穿孔215。

在本實施例中，該參考電極120之電化學訊號經由該第一連接埠140、該第一導電件700及一引線輸出至該外部電子元件，該工作電極220之電化學訊號經由該第二連接埠230及另一引線輸出至該外部電子元件，該外部電子元件藉由該參考電極120及該工作電極220之電位差計算蝕刻液之氧化還原電位。

請參閱第2圖，其為本發明之第二實施例，與第一實施例之差異在於該工作電極220插設於該外套管210之一管壁210a內，避免該工作電極220接觸空氣後氧化，可延長該工作電極220使用效期。

請參閱第2圖，在本實施例中，該感測電極A另具有一第二導電件800，該第二導電件800設置於該外套管210之該導電端212，當該蓋體300罩蓋該內套管110之該導電端111時，位於該蓋體300之該第一導電件700電性連接該參考電極120及該第二導電件800，該第二導電件800用以電性連接該外部電子元件，該參考電極120之電化學訊號經由該第一連接埠140、該第一導電件700、該第二導電件800及一引線輸出至該外部電子元件，較佳地，該第一導電件700及該第二導電件800分別為一彈簧導電端子。

該第一電極組件100設置於該外套管210中，因此該參考電極120不會接觸到蝕刻液，可增加該參考電極120之使用效期，避免蝕刻液損壞該參考電極120而造成量測偏差，此外，位於該內套管110及該外套管210之間的該第一密封件400可防止蝕刻液滲入該外套管210，亦可防止該電解質E外漏，因此可保護該參考電極120及該工作電極220，以提高該感測電極A之穩定性及使用壽命。

本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

100:第一電極組件

110:內套管

110a:內管

110b:外管

111:感測端

112:導電端

120:參考電極

130:離子傳導件

130a:內側傳導部

130b:外側傳導部

140:第一連接埠

200:第二電極組件

210:外套管

210a:管壁

211:感測端

212:導電端

213:第一穿孔

214:第二穿孔

215:第三穿孔

220:工作電極

221:顯露端

230:第二連接埠

300:蓋體

310:凹槽

400:第一密封件

500:第二密封件

600:第三密封件

700:第一導電件

800:第二導電件

A:感測電極

E:電解質

第1圖：依據本發明之第一實施例，一種感測電極之剖視圖。第2圖：依據本發明之第二實施例，一種感測電極之剖視圖。

100:第一電極組件 110:內套管 110a:內管 110b:外管 111:感測端 112:導電端 120:參考電極 130:離子傳導件 130a:內側傳導部 130b:外側傳導部 140:第一連接埠 200:第二電極組件 210:外套管 211:感測端 212:導電端 213:第一穿孔 214:第二穿孔 215:第三穿孔 220:工作電極 221:顯露端 230:第二連接埠 300:蓋體 310:凹槽 400:第一密封件 500:第二密封件 600:第三密封件 700:第一導電件 A:感測電極 E:電解質

Claims

一種感測電極，其包含：一第一電極組件，具有一內套管、一參考電極及一離子傳導件，該參考電極設置於該內套管中，該內套管用以容納一電解質，該離子傳導件穿設並凸出於該內套管之一感測端；一第二電極組件，具有一外套管及一工作電極，該工作電極設置於該外套管中，且該工作電極之一顯露端顯露於該外套管之一感測端，該第一電極組件設置於該外套管中，該外套管具有一第一穿孔，該第一穿孔位於該外套管之該感測端；一第一密封件，位於該內套管之該感測端及該外套管之該感測端之間，該離子傳導件穿設於該第一密封件，該第一穿孔顯露該離子傳導件；以及一蓋體，罩蓋該內套管之一導電端。
如請求項1之感測電極，其中該內套管之該導電端凸出於該外套管之一導電端，該蓋體固定於該內套管之該導電端，使該第一密封件被夾持於該內套管之該感測端及該外套管之該感測端之間。
如請求項2之感測電極，其中該蓋體具有一凹槽，該凹槽具有一內螺紋，該內套管之該導電端具有一外螺紋，該內螺紋及該外螺紋彼此嚙合。
如請求項1之感測電極，其另包含一第一導電件，該第一導電件設置於該蓋體，當該蓋體罩蓋該內套管之該導電端時，該參考電極電性連接該第一導電件，該第一導電件用以電性連接一外部電子元件。
如請求項4之感測電極，其中該第一電極組件另具有一第一連接埠，該第一連接埠設置於該內套管之該導電端，該參考電極藉由該第一連接埠電性連接該第一導電件。
如請求項1之感測電極，其另包含一第一導電件及一第二導電件，該第一導電件設置於該蓋體，該第二導電件設置於該外套管之該導電端，當該蓋體罩蓋該內套管之該導電端時，該第一導電件電性連接該參考電極及該第二導電件，該第二導電件用以電性連接一外部電子元件。
如請求項6之感測電極，其中該第一導電件及該第二導電件分別為一彈簧導電端子。
如請求項1之感測電極，其中該內套管具有一內管及一外管，該內管及該外管用以容納該電解質，該參考電極設置於該內管中，該內管設置於該外管中，該離子傳導件具有一內側傳導部及一外側傳導部，該內側傳導部穿設於該內管，該外側傳導部穿設於該外管、該第一密封件及該外套管之該第一穿孔，該第一穿孔顯露該外側傳導部。
如請求項1之感測電極，其中該第二電極組件另具有一第二連接埠，該第二連接埠設置於該外套管之該導電端，該工作電極藉由該第二連接埠電性連接一外部電子元件。
如請求項1之感測電極，其中該工作電極插設於該外套管之一管壁內。
如請求項1之感測電極，其另包含一第二密封件，該外套管另具有一第二穿孔，該第二穿孔位於該外套管之一導電端，該第二密封件設置於該第二穿孔，該內套管穿設於該第二密封件，使該第二密封件被夾持於該內套管之該導電端及該外套管之該導電端之間。
如請求項1之感測電極，其另包含一第三密封件，該外套管另具有一第三穿孔，該第三穿孔位於該外套管之該感測端，該第三密封件設置於該第三穿孔，該工作電極之該顯露端穿設於該第三密封件，該第三穿孔顯露該顯露端。
如請求項1之感測電極，其中該參考電極為一銀-氯化銀電極、一飽和甘汞電極或一標準氫電極。
如請求項1之感測電極，其中該工作電極之材質選自由鉑(Pt)、金(Au)、鈀(Pd)、銀(Ag)、銥(Ir)、鈦(Ti)、釕(Ru)、銠(Rh)及鋨(Os)所組成群組中至少一金屬材料。
如請求項1之感測電極，其中該離子傳導件之材質為一多孔性陶瓷材料。
如請求項15之感測電極，其中該離子傳導件之材質為一矽氧化物或一金屬氧化物，該金屬氧化物含有由鉑(Pt)、金(Au)、鈀(Pd)、銀(Ag)、銥(Ir)、鈦(Ti)、釕(Ru)、銠(Rh)及鋨(Os)所組成群組中至少一金屬材料。
如請求項1之感測電極，其中該外套管之材質為高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、線性低密度聚乙烯(Linear LDPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚縮醛(POM)、酚醛樹脂(PF)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、尼龍66(Nylon 66)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚苯硫醚(PPS)。
如請求項1之感測電極，其中該電解質為液態或膠狀之氯化鉀、氯化鈉、氯化氫、三氯化鐵或二氯化鐵。