基于mems的orp傳感芯片及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及傳感芯片，尤其涉及基于MEMS的ORP傳感芯片及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化還原電位(Oxidat1n-Reduct1n Potential，0RP)用來反映水溶液中所有物質(zhì)表現(xiàn)出來的宏觀氧化-還原性，用Eh表示，單位為mV。氧化還原電位越高，氧化性越強，電位越低，氧化性越弱。電位為正表示溶液顯示出一定的氧化性，為負則說明溶液顯示出還原性。這一指標(biāo)雖然不能作為某種氧化物質(zhì)與還原物質(zhì)濃度的指標(biāo)，但有助于了解水體的電化學(xué)特征，分析水體的性質(zhì)，是一項綜合性指標(biāo)。ORP傳感芯片目前主要用于測量游泳池水、礦泉水及飲用水的殺菌消毒效果，因為水中的大腸菌的殺菌效率與氧化還原電位有關(guān)，因此一定的ORP值可以表示出水體的含菌量程度。另外，ORP傳感芯片也用于特殊水質(zhì)(如氧化性水、堿性離子水)的氧化還原特性的測量。
[0003]目前傳統(tǒng)的ORP傳感芯片都采用鉑片作為工作電極，銀-氯化銀絲作為參比電極，且銀-氯化銀絲浸泡在飽和氯化鉀溶液中用來保證參比電極的長期穩(wěn)定工作，但由于飽和氯化鉀的泄漏問題，需要定期補充氯化鉀。目前傳統(tǒng)的ORP傳感芯片尺寸大、價格昂貴、維護成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明的目的在于提供基于MEMS的ORP傳感芯片及其制造方法。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種基于MEMS的ORP傳感芯片，包括襯底1、工作電極2、工作電極引線3、參比電極4、參比電極引線5、封裝膠條6、固態(tài)電解質(zhì)7和離子導(dǎo)通層8，
[0008]其中，工作電極2、工作電極引線3、參比電極4和參比電極引線5位于襯底I的表面上，工作電極2與工作電極引線3相連，參比電極4與參比電極引線5相連;封裝膠條6覆蓋于工作電極2和參比電極4的表面，且在工作電極2的上端和參比電極4上端各具有一個開口；固態(tài)電解質(zhì)7置于封裝膠條6的位于參比電極4上端的開口中，離子導(dǎo)通層8覆蓋在封裝膠條6的位于參比電極4上端的開口上，將固態(tài)電解質(zhì)7密封。
[0009]優(yōu)選地，固態(tài)電解質(zhì)7的材質(zhì)為飽和氯化鉀溶液與瓊脂的混合物，固化后呈固態(tài)。
[0010]優(yōu)選地，離子導(dǎo)通層8的材質(zhì)為環(huán)氧膠，固化后呈固態(tài)。
[0011]優(yōu)選地，封裝膠條6的材質(zhì)為能夠圖形化的聚合物。
[0012]優(yōu)選地，工作電極2的材質(zhì)為金或鉑。
[0013]優(yōu)選地，工作電極引線3的材質(zhì)可為鋁、銅、金、鉑中的至少一種。
[0014]優(yōu)選地，參比電極4的材質(zhì)為銀。
[0015]優(yōu)選地，參比電極引線5的材質(zhì)為鋁、銅、金、鉑中的至少一種。
[0016]優(yōu)選地，襯底I的材質(zhì)為表面不導(dǎo)電的材料。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種基于MEMS的ORP傳感芯片的制造方法，所述ORP傳感芯片包括襯底1、工作電極2、工作電極引線3、參比電極4、參比電極引線5、封裝膠條6、固態(tài)電解質(zhì)7和離子導(dǎo)通層8，所述方法包括以下步驟:
[0018]在清潔的襯底I表面采用濺射法或蒸發(fā)-剝離法制備參比電極4;
[0019]掩膜保護參比電極4與參比電極引線5的連接處，并將參比電極4浸入飽和氯化鐵溶液中浸泡2-5小時；
[0020]在襯底I表面分別沉積并剝離制備工作電極2、工作電極引線3和參比電極引線5;
[0021]在制備好工作電極2、工作電極引線3、參比電極4和參比電極引線5的襯底I表面旋涂并光刻能夠圖形化的膠，在光刻膠中位于工作電極2和參比電極4表面的位置形成兩個開口，以制備封裝膠條6;
[0022]將飽和氯化鉀溶液與瓊脂混合并加熱，形成溶膠，注入到封裝膠條6的參比電極4上方的開口中，自然冷卻后形成固態(tài)電解質(zhì)7;以及
[0023]在封裝膠條6上位于參比電極4上方的開口外涂覆環(huán)氧膠，自然冷卻完成固化以制備離子導(dǎo)通層8，將固態(tài)電解質(zhì)7封閉到所述開口中。
[0024](三)有益效果
[0025]本發(fā)明的有益效果是:
[0026]本發(fā)明的傳感芯片采用MEMS微加工技術(shù)制備而成，具有體積小、可大批量制造的特點，成本較低。由于采用固態(tài)飽和氯化鉀瓊脂作為電解質(zhì)，可以避免定期的電解質(zhì)補充過程，可長期使用。該ORP傳感芯片可與便攜式設(shè)備(如手機)相集成，形成便攜式檢測系統(tǒng);也可以集成在微小型儀器中，實現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測。
【附圖說明】
[0027]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種基于MEMS的ORP傳感芯片的分解結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種基于MEMS的ORP傳感芯片的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一種基于MEMS的ORP傳感芯片的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。在本發(fā)明的附圖中，相同的標(biāo)號表示相同的部件。
[0031 ]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種基于MEMS的ORP傳感芯片的分解結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種基于MEMS的ORP傳感芯片的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一種基于MEMS的ORP傳感芯片的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]如圖1-3所示，根據(jù)本發(fā)明的一種基于MEMS的ORP傳感芯片，包括襯底1、工作電極
2、工作電極引線3、參比電極4、參比電極引線5、封裝膠條6、固態(tài)電解質(zhì)7和離子導(dǎo)通層8。其中，工作電極2、工作電極引線3、參比電極4和參比電極引線5位于襯底I的表面上，工作電極2與工作電極引線3相連，參比電極4與參比電極引線5相連;封裝膠條6覆蓋于工作電極2和參比電極4的表面，且在工作電極2的上端和參比電極4上端各具有一個開口；固態(tài)電解質(zhì)7置于封裝膠條6的位于參比電極4上端的開口中，離子導(dǎo)通層8覆蓋在封裝膠條6的位于參比電極4上端的開口上，將固態(tài)電解質(zhì)7密封。
[0035]優(yōu)選地，固態(tài)電解質(zhì)7的材質(zhì)為飽和氯化鉀溶液與瓊脂的混合物，固化后呈固態(tài)。優(yōu)選地，固態(tài)電解質(zhì)7固化后呈固態(tài)膠狀物。優(yōu)選地，固態(tài)電解質(zhì)7厚度為I _200μπι。
[0036]優(yōu)選地，離子導(dǎo)通層8的材質(zhì)為環(huán)氧膠，固化后呈固態(tài)。優(yōu)選地，離子導(dǎo)通層8厚度為10ηπι-200μπι。離子導(dǎo)通層8的環(huán)氧膠所特有的納米通道可導(dǎo)通離子。
[0037]優(yōu)選地，封裝膠條6的材質(zhì)為能夠圖形化的聚合物。優(yōu)選地，能夠圖形化的聚合物為SU-8膠、PMMA ο優(yōu)選地，封裝膠條6的厚度為I _200μπι。
[0038]優(yōu)選地，工作電極2的材質(zhì)為金或鉑。優(yōu)選地，工作電極2的厚度為lOnm-lOym，寬度為 10-2000μηιο
[0039]優(yōu)選地，工作電極引線3的材質(zhì)可為鋁、銅、金、鉑中的至少一種。優(yōu)選地，工作電極引線3的厚度為10nm-10ym，寬度為1