一种电化学传感器的制作方法
阅读：813发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种电化学传感器的制作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及电化学 传感器 的制作方法，提供一种快速，高品质，价格有竞争 力 ，工艺控制简便并且适合大规模生产的电化学传感器制作方法。制作方法是采用PCB或者其他塑料基底,或者是其他陶瓷基底,或者是其他 金属陶瓷 基底，使用混合的电 镀 ，厚膜网印，和基于 硅 片 加工的微制造工艺进行电化学传感器的制作。不同的金属材料厚度/ 精度 要求和在传感器上的相对添加顺序会决定工艺的选择。，下面是一种电化学传感器的制作方法专利的具体信息内容。
1.一种电化学传感器的制作方法，所述方法包括：
预设至少一部分参量的参量优先级别；
设定基于硅片加工的微制造工艺的第一参量需求、电镀工艺的第二参量需求以及厚膜网印工艺的第三参量需求，以及上述三个工艺的工艺优先级别；
绝缘层覆盖电路板，留空需要加工电极的位置；
输入相对于夹具基点每个电极的中心坐标；
输入基材大小、每个电极的厚度、每个电极的尺寸精度、金属材料的匀称度等至少四个参量的参数；
针对每一个电极，若输入参数的参量有且仅有一个处于所述参量优先级别中，或者均不处于所述参量优先级别中，则转入如下步骤：
S11，判断该参量的参数范围是否处于所述第一参量需求、第二参量需求和第三参量需求中，若否，根据工艺优先选择级别选择优先级别最高的工艺；若是，则转入S12；
S12，若该参量的参数范围只有一个参数需求中出现，则选择该参数需求对应的工艺，并转入到S2；若该参量的参数范围出现在多个参数需求中，则根据工艺优先级别选择优先级别最高的工艺，并转入到S2；
若输入参数的参量有多个处于所述参量优先级别中，则根据所述参量优先级别选择最优选的参量，并转入到所述S11；
S2，运送所述夹具到所述S12中选择的工艺所在的工位，进行电极加工。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S2步骤中，加工完该工位的所有的电极，再转入下一工位，在该工位加工完所有选择该工位对应的工艺的电极。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在参量的参数输入中，还包括输入高温烧结的温度，当输入高温烧结的温度时，在所述S2步骤中，采用陶瓷材料基底或者金属陶瓷材料基底进行电极加工。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参量优先级别为匀称度为最优先的参量优先级别。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一参量需求包括电极的厚度小于等于100纳米。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二参量需求包括电极的厚度大于等于1微米。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三参量需求包括基材大小大于40厘米，所述大于40厘米为直径大于40厘米，或者，长或宽中任一尺寸大于40厘米。
一种电化学传感器的制作方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电化学传感器，具体涉及医学检测领域使用的电化学传感器的制作方法。
背景技术
[0002] 医学检测的电化学传感器可应用于人或动物的血液以及其他体液中所含的化学或生物物质的浓度。电化学传感器是一方面是一种化学设备，可以测量电流/电量、电压、电阻和电感中的任一参量，然后将这些电化学武力值的变化转化为化学测量。测量的参量的不同，电极的材料也有不同，例如：①电流电极的原理及组成，以PO 2氧气电极为例。
[0005] b.氧气从待测样品穿过半透膜到达阴极，在阴极与水和电子发生反应。化学反应产生离子(OHˉ或氢氧根离子)c.氢氧根离子到达银阳极。银与来自其中浸泡的电解质溶液中的氯离子(Clˉ)反应被氧化，从而为阴极的还原反应提供更多的电子。这会产生电流流过电流表。
[0006] 电流流过在电路并且和待测溶液中溶解的氧的量(PO 2存在于阴极)成正比。电流表测量该电流并给出O 2％的读数。②电压电极的原理及组成，以pH和PCO 2电极为例为例。
[0007] 1.电极功能：a.测量电压而不是电流的变化。b.电位法–通过与已知pH/电压做比较，测量未知电压，然后转换为pH。
[0008] c.需要pH敏感玻璃电极，它允许氢离子与暴露的流体中的氢离子浓度成比例地扩散到其中。由于玻璃两侧的溶液pH不同，因此在两种流体之间会产生净电压，并在电压表上读取该净电压。
[0009] d.Nerst方程–溶液之间每个pH单位的差异都会产生61.5mV的差异。
[0010] e.然后将电压转换为pH并显示pH。
[0011] 2.Sanz电极–现代pH电极：a.在37℃下测量pH。
[0012] b.血液被吸入对pH敏感的毛细管中。
[0016] c.随着CO 2扩散到碳酸氢盐溶液中，会发生化学反应。该化学反应(水解反应)产生氢离子，并导致溶液内的pH值变化。此pH变化与PCO 2成正比。相应的电压变化将转换为PCO2单位并反映在电压表上。
[0018] 厚膜网印的工序复杂，每一层材料都有一定的厚度限制(小于25-30微米)，同时要经过低温烘干和高温烧结的工序，对原材料和操作工人都有很高的要求。厚膜网印对每种材料的先后印刷顺序和相对高度/形状也有一定的要求，对传感器电极的设计和制造都有一定限制。
[0019] 基于硅片加工的微制造工艺对设备的投入和厂房建设成本很高，同时每一层电极材料的厚度一般不超过1微米，所以机械性能和长期稳定性都不是很理想。
[0020] 电镀工艺的局限性是只能加工导电基底和导电功能材料，同时有的电解液不符合环保标准。
[0021] 同时在以PCB为基材的工艺中，由于PCB的热稳定性，不能加热到350℃以上以改善金属层的电化学性质。
发明内容
[0023] 有鉴于此，本发明提供一种电化学传感器的制作方法，本发明依据参数输入、内控选择等控制流程，针对每个电极的制作都能够针对性地提出最合适的制作工艺，在三个工位上能够完成具有大量电极加工需求的板子的全部加工。制作方法是采用PCB或者其他塑料基底,或者是其他陶瓷基底(包括但不限制在Al2O3,Y2O3,ZrO2,AlN,Cr2O3,TiO2),或者是其他金属陶瓷基底(包括但不限制在WC/Co,WC/CoCr,Cr3C2/NiCr,MoB/CoCr)，使用混合的电镀，厚膜网印，和基于硅片加工的微制造工艺进行电化学传感器的制作。不同的金属材料厚度/精度要求和在传感器上的相对添加顺序会决定工艺的选择。
[0024] 本发明具体的技术方案如下：一种电化学传感器的制作方法，所述方法包括：
预设至少一部分参量的参量优先级别；
设定基于硅片加工的微制造工艺的第一参量需求、电镀工艺的第二参量需求以及厚膜网印工艺的第三参量需求，以及上述三个工艺的工艺优先级别；
绝缘层覆盖电路板，留空需要加工电极的位置；
输入相对于夹具基点每个电极的中心坐标；
输入基材大小、每个电极的厚度、每个电极的尺寸精度、金属材料的匀称度等至少四个参量的参数；
针对每一个电极，若输入参数的参量有且仅有一个处于所述参量优先级别中，或者均不处于所述参量优先级别中，则转入如下步骤：
S11，判断该参量的参数范围是否处于所述第一参量需求、第二参量需求和第三参量需求中，若否，根据工艺优先选择级别选择优先级别最高的工艺；若是，则转入S12；
S12，若该参量的参数范围只有一个参数需求中出现，则选择该参数需求对应的工艺，并转入到S2；若该参量的参数范围出现在多个参数需求中，则根据工艺优先级别选择优先级别最高的工艺，并转入到S2；
若输入参数的参量有多个处于所述参量优先级别中，则根据所述参量优先级别选择最优选的参量，并转入到所述S11；
S2，运送所述夹具到所述S12中选择的工艺所在的工位，进行电极加工。
预设至少一部分参量的参量优先级别；
设定基于硅片加工的微制造工艺的第一参量需求、电镀工艺的第二参量需求以及厚膜网印工艺的第三参量需求，以及上述三个工艺的工艺优先级别；
绝缘层覆盖电路板，留空需要加工电极的位置；
输入相对于夹具基点每个电极的中心坐标；
输入基材大小、每个电极的厚度、每个电极的尺寸精度、金属材料的匀称度等至少四个参量的参数；
针对每一个电极，若输入参数的参量有且仅有一个处于所述参量优先级别中，或者均不处于所述参量优先级别中，则转入如下步骤：
S11，判断该参量的参数范围是否处于所述第一参量需求、第二参量需求和第三参量需求中，若否，根据工艺优先选择级别选择优先级别最高的工艺；若是，则转入S12；
S12，若该参量的参数范围只有一个参数需求中出现，则选择该参数需求对应的工艺，并转入到S2；若该参量的参数范围出现在多个参数需求中，则根据工艺优先级别选择优先级别最高的工艺，并转入到S2；
若输入参数的参量有多个处于所述参量优先级别中，则根据所述参量优先级别选择最优选的参量，并转入到所述S11；
S2，运送所述夹具到所述S12中选择的工艺所在的工位，进行电极加工。
[0025] 进一步地，在所述S2步骤中，加工完该工位的所有的电极，再转入到未加工的电极选择的工艺所在的工位完成此工位的所有的电极的加工。
[0026] 进一步地，在参量的参数输入中，还包括输入高温烧结的温度，当输入高温烧结的温度时，在所述S2步骤中，采用陶瓷材料基底或者金属陶瓷材料基底进行电极加工。
[0027] 进一步地，所述参量优先级别为匀称度为最优先的参量优先级别。
[0028] 进一步地，所述第一参量需求包括电极的厚度小于等于100纳米。
[0029] 进一步地，所述第二参量需求包括电极的厚度大于等于1微米。
[0030] 进一步地，所述第三参量需求包括基材大小大于40厘米，所述大于40厘米为直径大于40厘米，或者，长或宽中任一尺寸大于40厘米。
[0031] 通过上述的技术方案，针对不同需求的电极的加工，用户只需要输入电极的相关参数，即可实现自动化的选择，自动到相应的工位进行电极的加工。三个工位跑完，板子上的全部电极就加工完毕。
具体实施方式
[0032] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033] 在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。
[0034] 应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0035] 应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述……，但这些……不应限于这些术语。这些术语仅用来将……区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一……也可以被称为第二……，类似地，第二……也可以被称为第一……。
[0036] 取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
[0037] 还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0038] 化学传感器包括工作电极，对电极参比电极。工作电极材料为金电极，银电极，银/氯化银电极，白金电极。对电极材料为金电极，银电极，银/氯化银电极，白金电极。参比电极材料为银电极，银/氯化银电极。各种不一样用途的电极的制作工艺有不同的选择。目前的选择一般是人为经验的选择。本发明主旨在设计一种自动化选择加工工艺的方法，电化学传感器材料根据厚度，尺寸精度和基材大小和其他性能与工艺要求可以选择在厚膜网印，电镀，基于硅片加工的微制造工艺以及其他电极加工工艺中的一种或几种进行组合以进行电化学传感器制造。根据电化学传感器的性能要求采用PCB或其他塑料基底，或者在有高温加热改善电化学传感器性能的前提下采用陶瓷或者金属陶瓷基底。
[0039] 本发明通过研究发现，金属材料厚度小于100nm(纳米)，选择基于硅片加工的微制造工艺会获得较好地效果；金属材料厚度在1um(微米)以上，会选择电镀或者厚膜网印的制造工艺会获得较好地效果；金属材料的匀称度和厚度控制范围也会决定制作方法，匀称度和厚度控制范围要求在5％以下，使用基于硅片加工的微制造工艺或电镀会获得较好地效果。匀称度和厚度控制范围要求在5％以上，使用厚膜网印制造工艺。加工基材的尺度(直径，或长宽)大于40厘米的选择电镀或者厚膜网印的制造工艺会获得较好地效果。
[0040] 在选择的过程中，实际的工况，往往针对同一个参数具有不同的工艺均合适，如当加工基材的尺寸大于40厘米(所述大于40厘米为直径大于40厘米，或者，长或宽中任一尺寸大于40厘米)，而匀称度和厚度控制范围要求在5％以下，此时，出现选择的重合范围，这种情况也是本发明需要解决的技术问题。
[0041] 本申请的制作方法不同于以往根据经验决定好了，拿到板子到相应的工艺工位去加工，而是根据已知的设定以及输入的数据，通过计算机进行计算，自动计算工艺，然后通过流水线自动将需要加工的板子放到合适的工位。
[0042] 对于不同的参量，在电极制作的过程中可能会有些比较重要，而有些不是那么重要。基于需要测量的东西，提前预设比较重要的参量，如要求进度非常高的时候，对于匀称度和厚度是放在第一优先级和第二优先级的。依据重要的程度，对比较重要的参量进行优先级别排序。排序的可以是部分的参量，也可以是全部的参量，当然，如果此时电极的加工为通用型的，也可以不设置优先级别。
[0043] 对于不同的加工工艺，如基于硅片加工的微制造工艺，金属材料厚度小于100nm(纳米)，选择基于硅片加工的微制造工艺会获得较好地效果。每种工艺都会有该工艺的参量需求。实际设定过程中，往往各种参量可能存在重合的部分，当用户输入的参量的参数处于重合的部分的时候，此时必须要有所取舍，因此，我们必须设定三个工艺的工艺优先级别。
[0044] 在电极的制作过程中，我们用绝缘层覆盖电路板，但是留孔电极加工的位置。为了保证后续将板子输送到加工工位的时候，留孔的位置和加工位置的对应，提前输入相对于夹具基点，每个电极的中心坐标，以方便后续的定位。
[0045] 然后，输入每个电极的参量的参数，这些参量包括：输入基材大小、每个电极的厚度、每个电极的尺寸精度、金属材料的匀称度等至少四个参量的参数；其中，基材的大小对于每个电极可能是一样的。
[0046] 针对每一个电极，若输入参数的参量有且仅有一个处于所述参量优先级别中，或者均不处于所述参量优先级别中，则转入如下步骤：S11，判断该参量的参数范围是否处于所述第一参量需求、第二参量需求和第三参量需求中，若否，根据工艺优先选择级别选择优先级别最高的工艺；若是，则转入S12；
S12，若该参量的参数范围只有一个参数需求中出现，则选择该参数需求对应的工艺，并转入到S2；若该参量的参数范围出现在多个参数需求中，则根据工艺优先级别选择优先级别最高的工艺，并转入到S2；
若输入参数的参量有多个处于所述参量优先级别中，则根据所述参量优先级别选择最优选的参量，并转入到所述S11；
S2，运送所述夹具到所述S12中选择的工艺所在的工位，进行电极加工。
S12，若该参量的参数范围只有一个参数需求中出现，则选择该参数需求对应的工艺，并转入到S2；若该参量的参数范围出现在多个参数需求中，则根据工艺优先级别选择优先级别最高的工艺，并转入到S2；
若输入参数的参量有多个处于所述参量优先级别中，则根据所述参量优先级别选择最优选的参量，并转入到所述S11；
S2，运送所述夹具到所述S12中选择的工艺所在的工位，进行电极加工。
[0047] 在上述过程中，对于每个电极都能有最优先的工艺，我们选择在每个工位全部一次性加工完所有的最优先工艺相同的电极，再加工其余的，即，在所述S2步骤中，加工完该工位的所有的电极，再转入到未加工的电极选择的工艺所在的工位完成此工位的所有的电极的加工。
[0048] 另外，有些基底为塑料基底，但是，当需要高温烧结的时候，塑料基底显然不能满足要求，因此，在参量的参数输入中，还包括输入高温烧结的温度，当输入高温烧结的温度时，在所述S2步骤中，采用陶瓷材料基底或者金属陶瓷材料基底进行电极加工。
[0049] 为了达到较高的电极的进度，我们可以设置匀称度为最优先的参量优先级别。
[0050] 通过上述的技术方案，针对不同需求的电极的加工，用户只需要输入电极的相关参数，即可实现自动化的选择，自动到相应的工位进行电极的加工。三个工位跑完，板子上的全部电极就加工完毕。
[0051] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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