技术领域
[0001] 本
发明涉及一种电导率传感器，特别涉及一种共烧结构的电导率传感器及其制作方法。
背景技术
[0002] 在本领域中电导率传感器(包括四
电极电导率传感器)以及共烧结工艺技术是公知的，电导率传感器用于测量液体或在液体中悬浮的扩散固体等
流体的电导率(conductibity)。电导率传感器常常用于溶液的
电解特性以及
水解特性等，还被用来检测水
质量，如
饮用水、工业生产用水等，广泛应用在电
力、化工、环保、食品、
半导体工业、海洋研究开发等生活生产领域。共烧结技术由于具有易于实现大规模生产及实现产品微型化被广泛应用在半导体领域，该技术包括了流延、冲孔、丝网印刷、叠片、
等静压、切割、烧结等工艺步骤。
[0003] 电导率的单位是Siemens/cm。电导率的测量
覆盖从小于1×10-7S/cm的超纯水到数值超过1S/cm的浓缩溶液的广大范围的溶液电导率。
[0004] 一种电导率测量技术包括用
导电性电极
接触溶液，例如，一种接触电导率测量技术采用一种具有两个与溶液接触的金属电极或去导电非金属电极的电导率传感器。电极间加以交流电(alternating current AC)，电极间流通的AC
电流可以确定电导池常数(电导系数)。接触型电导率传感器又被称之为电极型电导率传感器，这类传感器通常采用两个、四个甚至七个接触电极，这些电极与被测液体直接接触。拥有四个电极的电极型电导率传感器，四个电极暴露在被测溶液中，其中一
对电极施加一恒定的电流，测量另外一对电极间的
电压变化，根据电流和电压值，计算出液体的电导率值。
[0005] 传统的四电极结构是将导
电介质材料(不锈
钢、
钛合金、
石墨、金、铂、
银等)加工成具有一定直径的圆柱体，密封到塑料、陶瓷等不导电
基座中，从而制作具有四个电极的接触型电导率传感器。基座的一端将电极暴露到被测溶液中。图1是传统结构的四电极电导率传感器示意图。传感器14连接到
信号处理系统18。传感器14的表面17将导电棒15的表面16暴露于被测溶液。图2是传感器14的仰视图，显示导电棒15的表面16。
[0006] 近年来，通过使用半导体平面技术制造接触型电导率传感器，通过半导体处理技术将电极沉积在无源
硅片上，这种技术制造的电导率传感器尺寸小，适于大规模制造，制造成本低，但制造方法困难，结构复杂。
发明内容
[0007] 本发明的目的是为了解决目前电导率传感器制造方法困难，结构复杂的问题，本发明提供一种共烧结构的电导率传感器及其制作方法。
[0008] 本发明的共烧结构的电导率传感器，它包括上极板、下极板和极板间基片；所述上极板1和下极板结构相同，上极板和下极板镜像对称固定在极板间基片的上表面和下表面形成“凹”字形结构；上极板和下极与极板间基片连接的一端为固定端，另一端为悬空端；
[0009] 上极板1由五个极板基片组成；所述五个极板基片重叠放置，从上至下依次为第一极板基片、第二极板基片、第三极板基片、第四极板基片和第五极板基片；
[0010] 第一极板基片的悬空端的上表面设置有N个电极，第三极板基片的上表面设置有N根引线，第五极板基片的下表面设置N个输出电极，
[0011] 第一极板基片、第二极板基片、第三极板基片、第四极板基片和第五极板基片分别设置N个过孔，所述过孔为各自基片的上表面至下表面通透的孔，所述通透的孔内设置有导电金属；
[0012] 所述N个电极分别通过第一极板基片上的N个过孔和第二极板基片上的N个过孔与第三极板基片上的N根引线连接，第三极板基片上的N根引线分别通过第三极板基片上的N个过孔、第四极板基片上的N个过孔和第五极板基片的N个过孔与第五极板基片下表面的N个输出电极连接。
[0013] 上述传感器的制作方法，它包括如下步骤：
[0014] 步骤一：利用五个基片制作多个上极板，制作原则为：在第一基片上制作M个第一极板基片，在第二基片与M个第一极板基片对应的
位置上制作M个第二极板基片，在第三基片与M个第二极板基片对应的位置上制作M个第三极板基片，在第四基片与M个第三极板基片对应的位置上制作M个第四极板基片，在第五基片与与M个第四极板基片对应的位置上制作M个第五极板基片，所述上极板的制作步骤为：
[0015] 步骤1：利用共烧结方法中的冲孔方法分别在五个基片上制作五个极板基片的过孔；
[0016] 步骤2：利用共烧结方法中的丝网印刷方法或填孔方法对步骤一中的所述过孔填导电金属；
[0017] 步骤3：利用共烧结方法中丝网印刷方法在第一基片的上表面制作第一极板基片的N个电极，N个电极分别与所述第一极板基片的相应的过孔连接；
[0018] 步骤4：利用共烧结方法中丝网印刷方法在第三基片的上表面制作第三极板基片的N根引线，N根引线分别与所述第三极板基片的相应的过孔连接；
[0019] 步骤5：利用共烧结方法中丝网印刷方法在第五基片的下表面制作第五极板基片的N个输出电极，N个输出电极分别与所述第五极板基片的相应的过孔连接；
[0020] 步骤二：利用另外五个基片制作多个下极板，制作原则和下极板的制作步骤与步骤一的相同；
[0021] 步骤三：将步骤一制作上极板的五个基片、现有的M个极板间基片和步骤二制作下极板的五个极板基片通过高
精度对位叠片技术进行对位叠层，形成一体的多个传感器；步骤四：对步骤三对位叠层后的基片通过等静压技术实现基片间的结合；
[0022] 步骤五：对步骤四结合后的基片通过陶瓷切割技术将所述一体的多个传感器分离成多个独立的传感器，再把分离后的传感器通过烧结工艺技术烧结成型。
[0023] 所述上极板还包括
温度检测元件，第五极板基片还包括两个温度检测输出电极，所述温度检测元件设置在第三极板基片的上表面，所述温度检测元件的两端分别通过第三极板基片上的过孔、第四极板基片上的过孔和第五极板基片上的过孔与第五极板基片的两个温度检测输出电极连接，
[0024] 上述传感器的制作方法，它包括如下步骤：
[0025] 步骤一：利用五个基片制作多个上极板，制作原则为：在第一基片上制作M个第一极板基片，在第二基片与M个第一极板基片对应的位置上制作M个第二极板基片，在第三基片与M个第二极板基片对应的位置上制作M个第三极板基片，在第四基片与M个第三极板基片对应的位置上制作M个第四极板基片，在第五基片与与M个第四极板基片对应的位置上制作M个第五极板基片，具体过程为：
[0026] 步骤1：利用共烧结方法中的冲孔方法分别在每个基片上制作过孔；
[0027] 步骤2：利用共烧结方法中的丝网印刷方法或填孔方法对步骤一中制作的每一个过孔填导电金属；
[0028] 步骤3：利用共烧结方法中的丝网印刷方法在第一基片上的每个第一极板基片的上表面制作N个电极，N个电极分别与所述第一极板基片的相应的过孔连接；
[0029] 步骤4：利用共烧结方法中的丝网印刷方法在第三基片上的每个第三极板基片的上表面制作N根引线，N根引线分别与所述第三极板基片的相应的过孔连接；
[0030] 步骤5：利用厚膜工艺或
薄膜工艺方法在第三基片上的每个第三极板基片的上表面制作温度检测元件，温度检测元件的两个端分别与所述第三极板基片的相应过孔连接；
[0031] 步骤6：利用共烧结方法中的丝网印刷方法在第五基片的每个第五极板基片的下表面制作N个输出电极，N个输出电极分别与所述第五极板基片的相应的过孔连接；
[0032] 步骤二：利用另外五个基片，重复步骤一制作M个下极板；
[0033] 步骤三：将步骤一制作的上极板的五个基片、M个极板间基片和步骤二制作的下极板的五个极板基片通过高精度对位叠片技术进行对位叠层，形成一体的多个传感器；
[0034] 步骤四：对步骤三对位叠层后的基片通过等静压技术实现基片间的结合；
[0035] 步骤五：对步骤四结合后的基片通过陶瓷切割技术将所述一体的多个传感器分离成多个独立的传感器，再把分离后的传感器通过烧结工艺技术烧结成型。
[0036] 本发明的优点在于，本发明的电导率传感器的电导率结构实现小型化，并且可以通过调整电极尺寸及基
片层数制作不同测量范围的电导率传感器。本发明所述的电导率传感器的制作方法的制作技术简单，易于实现批量生产，且
稳定性得到提高，更容易与其它传感器实现集成化设计与制作。
附图说明
[0037] 图1是传统结构的四电极电导率传感器及其检测系统的示意图。
[0038] 图2是图1中的四电极电导率传感器的仰视图。
[0039] 图3是本发明的共烧结构的电导率传感器的立体结构示意图。
[0040] 图4是本发明的共烧结构的电导率传感器的结构组合示意图。图5是本发明的共烧结构的电导率传感器的下极板的结构组合示意图。
[0041] 图6是图3的剖面图。
[0042] 图7是本发明的共烧结构的电导率传感器的第一极板基片的俯视图。
[0043] 图8是图7的B-B剖视图。
[0044] 图9是本发明的共烧结构的电导率传感器的第二极板基片的俯视图。
[0045] 图10是图9的C-C剖视图。
[0046] 图11是本发明的共烧结构的电导率传感器的第三极板基片的俯视图。
[0047] 图12是图11的D-D剖视图。
[0048] 图13是本发明的共烧结构的电导率传感器的第四极板基片的俯视图。
[0049] 图14是图13的E-E剖视图。图15是本发明的共烧结构的电导率传感器的第五极板基片的俯视图。
[0050] 图16是图15的F-F剖视图。
具体实施方式
[0051] 具体实施方式一：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式所述的共烧结构的电导率传感器，它包括上极板1、下极板和极板间基片3；所述上极板1和下极板结构相同，上极板和下极板镜像对称固定在极板间基片3的上表面和下表面形成“凹”字形结构；上极板和下极与极板间基片3连接的一端为固定端，另一端为悬空端；
[0052] 上极板1由五个极板基片组成；所述五个极板基片重叠放置，从上至下依次为第一极板基片1-1-1、第二极板基片1-1-2、第三极板基片1-1-3、第四极板基片1-1-4和第五极板基片1-1-5；
[0053] 第一极板基片1-1-1的悬空端的上表面设置有N个电极1-2，第三极板基片1-1-3的上表面设置有N根引线1-3，第五极板基片1-1-5的下表面设置N个输出电极1-4，[0054] 第一极板基片1-1-1、第二极板基片1-1-2、第三极板基片1-1-3、第四极板基片1-1-4和第五极板基片1-1-5分别设置N个过孔，所述过孔为各自基片的上表面至下表面通透的孔，所述通透的孔内设置有导电金属；
[0055] 所述N个电极1-2分别通过第一极板基片1-1-1上的N个过孔和第二极板基片1-1-2上的N个过孔与第三极板基片1-1-3上的N根引线1-3连接，第三极板基片1-1-3上的N根引线1-3分别通过第三极板基片1-1-3上的N个过孔、第四极板基片上的N个过孔和第五极板基片1-1-5的N个过孔与第五极板基片1-1-5下表面的N个输出电极1-4连接。
[0056] 具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的共烧结构的电导率传感器进一步限定，所述第二极板基片1-1-2与第四极板基片1-1-4均为
单层或多层结构。
[0057] 具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的共烧结构的电导率传感器进一步限定，极板间基片3为单层或多层结构。
[0058] 在实际应用中，根据对所述电导率传感器的性能要求确定极板间基片3的层数。
[0059] 具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的共烧结构的电导率传感器进一步限定，所述N等于1或2或3或4或5。
[0060] 具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的共烧结构的电导率传感器进一步限定，上极板1还包括温度检测元件4，第五极板基片1-1-5还包括两个温度检测输出电极1-5，所述温度检测元件4设置在第三极板基片1-1-3的上表面，所述温度检测元件4的两端分别通过第三极板基片1-1-3上的过孔、第四极板基片1-1-4上的过孔和第五极板基片1-1-5上的过孔与第五极板基片1-1-5的两个温度检测输出电极1-5连接。
[0061] 具体实施方式六：本实施方式是具体实施方式一所述的共烧结构的电导率传感器的制作方法，它包括如下步骤：
[0062] 步骤一：利用五个基片制作多个上极板1，制作原则为：在第一基片上制作M个第一极板基片1-1-1，在第二基片与M个第一极板基片1-1-1对应的位置上制作M个第二极板基片1-1-2，在第三基片与M个第二极板基片1-1-2对应的位置上制作M个第三极板基片1-1-3，在第四基片与M个第三极板基片1-1-3对应的位置上制作M个第四极板基片1-1-4，在第五基片与与M个第四极板基片1-1-4对应的位置上制作M个第五极板基片1-1-5，具体过程为：
[0063] 步骤1：利用共烧结方法中的冲孔方法分别在每个基片上制作过孔；
[0064] 步骤2：利用共烧结方法中的丝网印刷方法或填孔方法对步骤一中制作的每一个过孔填导电金属；
[0065] 步骤3：利用共烧结方法中的丝网印刷方法在第一基片上的每个第一极板基片1-1-1的上表面制作N个电极1-2，N个电极1-2分别与所述第一极板基片1-1-1的相应的过孔连接；
[0066] 步骤4：利用共烧结方法中的丝网印刷方法在第三基片上的每个第三极板基片1-1-3的上表面制作N根引线1-3，N根引线1-3分别与所述第三极板基片1-1-3的相应的过孔连接；
[0067] 步骤5：利用共烧结方法中的丝网印刷方法在第五基片的每个第五极板基片1-1-5的下表面制作N个输出电极1-4，N个输出电极1-4分别与所述第五极板基片1-1-5的相应的过孔连接；
[0068] 步骤二：利用另外五个基片，重复步骤一制作M个下极板；
[0069] 步骤三：将步骤一制作的上极板的五个基片、M个极板间基片3和步骤二制作的下极板的五个极板基片通过高精度对位叠片技术进行对位叠层，形成一体的多个传感器；
[0070] 步骤四：对步骤三对位叠层后的基片通过等静压技术实现基片间的结合；
[0071] 步骤五：对步骤四结合后的基片通过陶瓷切割技术将所述一体的多个传感器分离成M个独立的传感器，再把分离后的传感器通过烧结工艺技术烧结成型。
[0072] 步骤三中的对位叠层的原则为：第一极板基片1-1-1的N个电极1-2分别与第三极板基片1-1-3上的N根引线1-3实现电连接，所述N根引线1-3分别与第五极板基片1-1-5下表面的N个输出电极1-4连接，且N个电极裸露在外面，用于与液体接触。具体实施方式七：本实施方式为具体实施方式五所述的共烧结构的电导率传感器的制作方法，[0073] 它包括如下步骤：
[0074] 步骤一：利用五个基片制作多个上极板1，制作原则为：在第一基片上制作M个第一极板基片1-1-1，在第二基片与M个第一极板基片1-1-1对应的位置上制作M个第二极板基片1-1-2，在第三基片与M个第二极板基片1-1-2对应的位置上制作M个第三极板基片1-1-3，在第四基片与M个第三极板基片1-1-3对应的位置上制作M个第四极板基片1-1-4，在第五基片与与M个第四极板基片1-1-4对应的位置上制作M个第五极板基片1-1-5，具体过程为：
[0075] 步骤1：利用共烧结方法中的冲孔方法分别在每个基片上制作过孔；
[0076] 步骤2：利用共烧结方法中的丝网印刷方法或填孔方法对步骤一中制作的每一个过孔填导电金属；
[0077] 步骤3：利用共烧结方法中的丝网印刷方法在第一基片上的每个第一极板基片1-1-1的上表面制作N个电极1-2，N个电极1-2分别与所述第一极板基片1-1-1的相应的过孔连接；
[0078] 步骤4：利用共烧结方法中的丝网印刷方法在第三基片上的每个第三极板基片1-1-3的上表面制作N根引线1-3，N根引线1-3分别与所述第三极板基片1-1-3的相应的过孔连接；
[0079] 步骤5：利用厚膜工艺或薄膜工艺方法在第三基片上的每个第三极板基片1-1-3的上表面制作温度检测元件4，温度检测元件4的两个端分别与所述第三极板基片1-1-3的相应过孔连接；
[0080] 步骤6：利用共烧结方法中的丝网印刷方法在第五基片的每个第五极板基片1-1-5的下表面制作N个输出电极1-4，N个输出电极1-4分别与所述第五极板基片1-1-5的相应的过孔连接；
[0081] 步骤二：利用另外五个基片，重复步骤一制作M个下极板；
[0082] 步骤三：将步骤一制作的上极板的五个基片、M个极板间基片3和步骤二制作的下极板的五个极板基片通过高精度对位叠片技术进行对位叠层，形成一体的多个传感器；
[0083] 步骤四：对步骤三对位叠层后的基片通过等静压技术实现基片间的结合；
[0084] 步骤五：对步骤四结合后的基片通过陶瓷切割技术将所述一体的多个传感器分离成M个独立的传感器，再把分离后的传感器通过烧结工艺技术烧结成型。
[0085] 具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式六或七所述的共烧结构的电导率传感器的制作方法的进一步限定，所述基片为采用陶瓷材料或玻璃材料或其两者组合利用流延方法制作而成。
[0086] 具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式六或七所述的共烧结构的电导率传感器的制作方法的进一步限定，所述电极为圆形或环形。
[0087] 具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式六或七所述的共烧结构的电导率传感器的制作方法的进一步限定，步骤一中的所述的冲孔方法为机械打孔或
激光打孔。
[0088] 结合图1至图16说明四电极的共烧结构的电导率传感器，所述N等于2，[0089] 图3是四电极的共烧结构的电导率传感器的立体图，基片采用流延方法制作，具有一定的厚度，基片由陶瓷材料、玻璃材料或两者的组合物组成，基片通常是非导电的和无机的，基片材料包括
氧化锆、氧化
铝、玻璃或任何其他适用材料。
[0090] 图6是图3剖视图。上极板1上设置4个过孔6，过孔用于电极1-2与引线1-3及引线1-3与输出端1-4间的电连接。
[0091] 图7是第一极板基片1-1-1的俯视图。第一极板基片1-1-1是单层的其中电极1-2被
图案化，并通过丝网印刷技术制作在第一极板基片1-1-1上。过孔为通孔，利用机械或激光打孔技术实现，填充导电金属材料，从第一极板基片1-1-1的上表面到下表面延伸通过过孔的整个长度，实现电极1-2与第一极板基片1-1-1上过孔间的电连接，这种填充可以是通过填孔或丝网印刷技术实现。
[0092] 图9是第二极板基片1-1-2的俯视图。第二极板基片1-1-2可以是单层或者多层。其中过孔为通孔，利用机械或激光打孔技术实现，填充导电导电金属材料，从第二极板基片1-1-2上表面到下表面延伸通过过孔的整个长度，实现第一极板基片1-1-1上表面过孔与第三极板基片1-1-3基片(7)上引线1-3间的电连接，这种填充可以是通过填孔或丝网印刷技术实现。
[0093] 图11是第三极板基片1-1-3的俯视图。第三极板基片1-1-3是单层，其中引线1-3及温度检测元件4被图案化，并通过丝网印刷技术制作在第三极板基片1-1-3上。过孔为通孔，利用机械或激光打孔技术实现，填充导电导电金属材料，从第三极板基片1-1-3上表面到下表面延伸通过过孔的整个长度，实现引线1-3及温度检测元件4与第四极板基片
1-1-4上过孔间的电连接，这种填充可以是通过填孔或丝网印刷技术实现。
[0094] 图13是第四极板基片1-1-4的俯视图。第四极板基片1-1-4可以是单层或者多层。其中过孔为通孔，利用机械/激光打孔等适当技术实现，填充导电金属材料，从第四极板基片1-1-4外表面到内表面延伸通过过孔的整个长度，实现第四极板基片1-1-4上表面过孔与第五极板基片1-1-5上过孔间的电连接，这种填充可以是通过填孔或丝网印刷技术实现。
[0095] 图15是第五极板基片1-1-5的俯视图。第五极板基片1-1-5是单层，其中输出端1-4被图案化，并通过丝网印刷技术制作在第五极板基片1-1-5上。过孔为通孔，利用机械或激光打孔技术实现，导电金属材料，从第五极板基片1-1-5上表面到下表面延伸通过过孔的整个长度，实现输出端1-4与第五极板基片1-1-5上过孔间的电连接，这种填充可以是通过填孔或丝网印刷技术实现。
[0096] 液体电导率随液体的温度变化而变化，因此电导率传感器通常包括温度传感器以便对测试的电导率值进行温度修正。对于本发明
实施例，在上极板或下极板内部设置温度检测元件4。温度检测元件4由具有
电阻特性的任何材料构成，例如铂，其电阻值随温度的变化而变化。采用溅射、丝网印刷等技术制作到第三极板基片1-1-3上，并利用过孔实现与输出端1-4的电气连接。
[0097] 本发明中的电导率传感器可以嵌入适当基座中，并与适当的
信号处理器连接。尽管参考实施例对本发明进行了说明，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行形式和细节上的变化，包括改变电极数量形状等，这对本领域技术人员是显而易见的。
