JP5183495B2 - 基準電極チャネル作製のフレックス回路技術を使用する方法および装置 - Google Patents

Description

（米国特許法１１９条の優先権主張）
本特許出願は、２００６年２月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／７７７，１３３号の優先権を主張し、この仮特許出願はその譲受人に譲渡され、これにより本明細書において明白に参考として援用される。

（発明の分野）
本発明は、概して、フレックス回路技術に関する。より具体的には、本発明は、基準電極チャネルを作製するためのフレックス回路技術の使用に関する。

フレックス回路は、マイクロエレクトロニクスの産業において長年使用されている。近年、フレックス回路は、生体用途のための微小電極の設計に使用されている。フレックス回路の一設計には、柔軟性のある誘電体基板（例えば、ポリイミド）上への導体箔（例えば、銅）のラミネート加工を伴う。フレックス回路は、マスキングおよびフォトリソグラフィ技術を使用して、導体箔上に形成される。フレックス回路は、その低製造費、設計統合の容易さ、運動用途における柔軟性から、好適であると言える。

基準電極を形成するために第１の導電性物質を基板の第１の部分上に適用するステップと、第１のマスクを該基板上に蒸着するステップとを含み得るセンサを作製する方法に関し、該第１のマスクは、該基準電極を露出する開口部と、基板の第２の部分とを有する。また、本方法は、第２の導電性物質を該第１のマスクの開口部の中に蒸着するステップであって、該第２の導電性物質は、該基準電極と直接接触するステップと、第２のマスクを該第２の導電性物質上に蒸着するステップであって、該第２のマスクは、開口部を基板の該第２の部分上に有し、該開口部は、対象流体を受容するための作業面を形成する、該第２の導電性物質の一部を露出するステップとを含んでもよい。

本発明は、第１の導電性物質を、基準電極を形成するために基板の第１の部分上と、作業電極を形成するために基板の第２の部分とに適用するステップと、第１のマスクを該基板上に蒸着するステップとを含み得るセンサを作製する方法に関し、該第１のマスクは、該基準電極と、該作業電極と、該基準電極と該作業電極との間の領域とを露出する開口部を有する。また、本方法は、第２の導電性物質を、該基準電極上および該基準電極と該作業電極との間の領域内とに蒸着するステップと、第２のマスクを該第２の導電性物質上に蒸着するステップとを含んでもよい。

本発明は、基準電極チャネルを作製するためのフレックス回路の使用を目的とする。フレックス回路は、マスキングされ、基板上に転写される基準電極を有する。第１のマスクは、基板上に蒸着される。該第１のマスクは、基準電極の一部を露出する第１の端部と、基板の一部を露出する第２の端部とを有する開口部を有してもよい。該開口部は、基準電極チャネルを形成する。導電性物質は、該第１のマスクの開口部の中に蒸着してもよい。第２のマスクは、該導電性物質の第１のマスク蒸に蒸着される。該第２のマスクは、基板上の導電性物質の一部を露出する開口部を有してもよい。

図１は、本発明の実施形態による、フレックス回路を使用して作製された基準電極チャネルの断面図である。フレックス回路１００は、基板１１０と、トレース１２０と、基準電極１２５とを含んでもよい。トレース１２０および基準電極１２５は、マスキングされ、基板１０５上に転写してもよい。例えば、トレース１２０および基準電極１２５は、スクリーン印刷またはインク蒸着技術を使用して、基板１０５上に形成してもよい。トレース１２０および基準電極１２５は、炭素、銅、金、黒鉛、白金、銀−塩化銀、ロジウム、またはパラジウム物質から成ってもよい。

第１のマスク１３０は、基板１１０の一部上およびトレース１２０上に適用または蒸着してもよい。第１のマスク１３０は、基準電極１２５の一部および基板１１０の一部を露出する開口部１３５を有してもよい。開口部１３５は、基準電極チャネルを形成する。導電性物質１４０は、開口部１３５の中に蒸着され、基準電極１２５の露出部分および基板１１０の露出部分を覆う。第２のマスク１５０は、第１のマスク１３０および導電性物質１４０上に適用または蒸着してもよい。第２のマスク１５０は、基板１１０上の導電性物質１４０の一部上に開口部１６０を有してもよい。開口部１３５は、第１の軸または平面に沿って配置され、開口部１６０は、第２の軸または平面に沿って配置される。第１の軸または平面は、第２の軸または平面と整合しない。故に、第１の軸または平面は、第２の軸または平面から垂直および／または水平にオフセットされる。

開口部１６０は、測定部位であり、対象流体（例えば、血液、尿等）を導電性物質１４０と接触させることにより、同一流体と接触するもう一つの測定電極（図示せず）を用いて測定回路を完成すること可能にする。導電性物質１４０は、いくつかの方法で、基準電位を安定化させる。導電性物質１４０は、既知の銀および塩化物イオン活性を提供することにより、例えば、（銀−塩化銀の基準設計の場合において）安定電位を維持してもよい。導電性物質１４０は、十分な拡散抵抗を提供し、対象流体に対する所望のイオンの損失を阻止するとともに、同時に基準電極１２５の活性表面に対する望ましくないイオンの移動を阻止するはずである。図１に示すように、開口部１６０を基準電極１２５から十分な距離によって離間することにより、拡散抵抗が高まる。結局、導電性物質１４０は、対象流体との界面に予測可能な接合電位を提供し、基準電極１２５を使用して正確な電気化学的測定を促進し得る。

図２は、本発明の実施形態による、フレックス回路１００の上面図である。トレース１２０および基準電極１２５は、銀−塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）物質等の導電性物質から成ってもよく、フォトリソグラフィまたは印刷技術を使用して、基板１１０上に形成してもよい（６１０）。例えば、トレース１２０および基準電極１２５は、スクリーン印刷またはインク蒸着技術を使用して、基板１１０上に形成してもよい。基板１１０は、ポリイミド等の柔軟性のある誘電体基板であってもよい。トレース１２０は、ポテンショスタット等の測定装置（図示せず）に接続するために使用してもよい。トレース１２０は、測定装置を使用して、基準電極１２５からの電位を測定するために使用してもよい。図１は、１つのトレース１２０および１つの基準電極１２５を有するフレックス回路１００を示すが、フレックス回路１００は、２つ以上のトレースおよび２つ以上の電極を有してもよい。

図３は、本発明の実施形態による、図２に示されるフレックス回路１００を覆うために使用されるマスク１３０の上面図である。マスク１３０は、感光画像形成性エポキシ樹脂または紫外線硬化性エポキシ樹脂物質等の誘電体物質から成ってもよい。マスク１３０は、基板１１０上に蒸着され、基準電極１２５の一部を露出する第１の端部１３５ａおよび基板１１０の一部を露出する第２の端部１３５ｂを有する矩形開口部１３５を有する（６２０）。矩形開口部１３５は、長さ約０．１０乃至０．２０インチ、幅約０．０１０乃至０．０２０インチを有してもよい。矩形開口部１３５の長さと幅の比率は、約４：１乃至１２：１の範囲であってもよい。一実施形態では、マスク１３０は、矩形開口部１３５を除いて、フレックス回路１００の上面全体を覆う。マスク１３０は、厚さ約０．００５インチ乃至約０．０２インチを有してもよい。電極１２５が、マスク１３０の開口部１３５を介して露出または可視となるように、開口部１３５の第１の端部１３５ａは、電極１２５の直上に配置される。リソグラフィ技術を使用して、マスク１３０をフレックス回路１００上に蒸着または載設してもよい。

図４は、本発明の実施形態による、マスク１３０の開口部１３５の中に蒸着された導電性物質１４０を示す上面図である。導電性物質１４０は、開口部１３５の中に蒸着され、基準電極１２５の露出部分および基板１１０の露出部分を覆い、直接接触する（６３０）。導電性物質１４０は、導電性流体、導電性溶液、導電性ゲル、塩含有ゲル、少量の銀イオン（Ａｇ^＋）を有する塩化カリウム（ＫＣｌ）含有導電性ポリマー、または導電性特性を有する物質であってもよい。銀−塩化銀基準電極１２５の場合は、微量の硝酸銀溶液を、塩化カリウムを含む基質に加えることによって、若干量の塩化銀が導電性基質の中に沈殿するが、１．５６×１０^−１０である塩化銀の溶解度積に従って、銀イオン濃度を一定量に維持する。

図５は、本発明の実施形態による、図４に示される導電性物質１４０の一部およびマスク１３０を覆うために使用されるマスク１５０の上面図である。マスク１５０は、感光画像形成性エポキシ樹脂または紫外線硬化性エポキシ樹脂物質等の誘電体物質から成ってもよい。マスク１５０は、対象流体を受容するための作業面を形成する、導電性物質１４０の一部を露出する開口部１６０を有する（６４０）。リソグラフィ技術を使用して、マスク１５０をマスク１３０および導電性物質１４０上に蒸着または載設してもよい。

図７は、本発明の実施形態による、フレックス回路を使用して作製された基準電極チャネルの断面図である。フレックス回路２００は、基板２１０と、トレース２２０および２３０と、基準電極２２５と、作業電極２３５とを含んでもよい。トレース２２０および２３０、基準電極２２５、作業電極２３５は、マスキングされ、基板２１０上に転写してもよい。例えば、トレース２２０および２３０、基準電極２２５、作業電極２３５は、スクリーン印刷またはインク蒸着技術を使用して、基板２１０上に形成してもよい。トレース２２０および２３０、基準電極２２５、作業電極２３５は、炭素、銅、金、黒鉛、白金、銀−塩化銀、ロジウム、またはパラジウム物質から成ってもよい。

第１のマスク２４０は、基板２１０の一部上およびトレース２２０および２３０上に適用または蒸着してもよい。第１のマスク２４０は、基準電極２２５の一部、作業電極２３５の一部、基板２１０の一部を露出する開口部２５０を有してもよい。「チャネル」（チャネル２５５として図示）という用語は、基準電極２２５と作業電極２３５との間の部分を称するために使用されてもよい。故に、開口部２５０は、基準電極チャネルを形成してもよい。導電性物質２６０は、開口部２５０の中に蒸着され、基準電極２２５の露出部分から基板２１０の露出部分の端部までを覆い、直接接触する。第２のマスク２６５は、第１のマスク２４０および導電性物質２６０上に適用または蒸着してもよい。第２のマスク２６５は、作業電極２３５の一部上に開口部２７０を有してもよい。基準電極２２５は、第１の軸または平面に沿って配置され、作業電極２３５は、第２の軸または平面に沿って配置される。第１の軸または平面は、第２の軸または平面と一致しない。故に、第１の軸または平面は、第２の軸または平面から垂直および／または水平にオフセットされる。

開口部２７０は、測定部位であり、対象流体（例えば、血液、尿等）を作業電極２３５および導電性物質２６０と接触させ、より正確な測定を可能にする。導電性物質２６０は、いくつかの方法で、基準電位を安定化させる。導電性物質２６０は、例えば、（銀−塩化銀の基準設計の場合に）既知の銀および塩化物イオン活性を提供することにより、安定電位を維持して得る。導電性物質２６０は、十分な拡散抵抗を提供し、対象流体に対する所望のイオンの損失を阻止するとともに、同時に基準電極２２５の活性表面に対する望ましくないイオンの移動を阻止するはずである。図７に示すように、開口部２７０を基準電極２２５から十分な距離で離間することによって、拡散抵抗が高まる。さらに、開口部２７０は、より小さい開口部２７５で、導電性物質２６０の端部と直接連通する。より小さい開口部２７５の作業電極２３５との接近によって、例えば、３電極電流測定電池等におけるように基準電極と作業電極との間の溶液抵抗を最小限に維持する必要がある場合に、本実施形態を理想的なものにする。

図８は、本発明の実施形態による、フレックス回路１００の上面図である。トレース２２０および２３０、基準電極２２５、作業電極２３５は、銅物質、白金物質、銀−塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）物質等の導電性物質からなってもよく、マスキングおよびフォトリソグラフィ技術を使用して、基板２１０上に形成される（１２１０）。例えば、トレース２２０および２３０、基準電極２２５、作業電極２３５は、スクリーン印刷またはインク蒸着技術を使用して、基板２１０上に形成してもよい。基板２１０は、ポリイミド等の柔軟性のある誘電体基板であってもよい。トレース２２０および２３０は、ポテンショスタット等の測定装置（図示せず）に接続するために使用してもよい。トレース２２０および２３０は、基準電極２２５および作業電極２３５から測定装置に電圧または電流を流すために使用してもよい。

図９は、本発明の実施形態による、図８に示されるフレックス回路２００を覆うために使用されるマスク２４０の上面図である。マスク２４０は、感光画像形成性エポキシ樹脂または紫外線硬化性エポキシ樹脂物質等の誘電体物質から成ってもよい。マスク２４０は、基板２１０上に蒸着され、基準電極２２５の一部を露出する第１の端部２５０ａと、作業電極２３５の一部を露出する第２の端部２５０ｂとを有する矩形開口部２５０と、基準電極２２５と基板２１０の一部を露出する作業電極２３５との間のチャネルまたは領域２５５とを有する（１２２０）。矩形開口部２５０は、長さ約０．１０乃至０．２０インチ、幅約０．０１０乃至０．０２０インチを有してもよい。矩形開口部２５０の長さと幅の比率は、約４：１乃至１２：１の範囲であってもよい。一実施形態では、マスク２４０は、矩形開口部２５０を除いて、フレックス回路２１０の上面全体を覆う。マスク２４０は、厚さ約０．００５インチ乃至約０．０２インチを有してもよい。一実施形態では、基準電極２２５がマスク２４０の開口部２５０を貫通して露出または可視となるように、開口部２５０の第１の端部２５０ａは、基準電極２２５の直上に配置される。一実施形態では、作業電極２３５がマスク２４０の開口部２５０を貫通して露出または可視となるように、開口部２５０の第２の端部２５０ｂは、作業電極２３５の直上に配置される。リソグラフィ技術を使用して、マスク２４０をフレックス回路２００上に蒸着または載設してもよい。

図１０は、本発明の実施形態による、マスク２４０の開口部２５０の中に蒸着された導電性物質２６０を示す上面図である。導電性物質２６０は、開口部２５０の中に蒸着され、基準電極２２５の露出部分および基準電極２２５と作業電極２３５との間の領域２５５内（つまり、基板２１０の露出部分上）（１２３０）を覆い、直接接触する。一実施形態では、遮蔽性ゲルまたは導電性ポリマーは、開口部２５０の中に適用され、基準電極２２５の露出部分および基準電極２２５と作業電極２３５との間の領域２５５内を覆い、直接接触する。導電性物質２６０は、導電性流体、導電性溶液、導電性ゲル、塩含有ゲル、少量の銀イオン（Ａｇ^＋）を有する塩化カリウム（ＫＣｌ）含有導電性ポリマー、または導電性特性を有する物質であってもよい。導電性物質２６０は、塩チャネルまたは基準電極チャネルを形成してもよい。

図１１は、本発明の実施形態による、図１０に示された導電性物質２６０およびマスク２４０を覆うために使用されるマスク２６５の上面図である。マスク２６５は、感光画像形成性エポキシ樹脂または紫外線硬化性エポキシ樹脂物質等の誘電体物質から成ってもよい。マスク２６５は、作業電極２３５の一部および導電性物質２６０の端部を露出する開口部２７０を有し、対象流体を受容する空間を形成する。リソグラフィ技術を使用して、マスク２６５をマスク２４０および導電性物質２６０上に蒸着または載設してもよい（１２４０）。

特定の例示的実施形態が添付の図面において説明および図示されたが、かかる実施形態は、単に例示となるだけであり、広範な発明を制限するものではなく、本発明は、図示および説明された特定の構造および配列に制限されず、上記の記載に加え、種々の他の変更、組み合わせ、省略、修正および代替が可能であると理解されるべきである。上述の実施形態の種々の適応および修正は、本発明の範囲および精神から逸脱することなく構成され得ることは、当業者には理解されるであろう。従って、添付の請求項の範囲内において、本願に具体的に説明されたもの以外にも本発明を実践し得るものと理解されるべきである。

本発明の特徴、目的、利点は、図面を参照することによって以下に記載される詳細な説明からより明らかとなるであろう。
図１は、本発明の実施形態による、フレックス回路を使用して作製された基準電極チャネルの断面図である。 図２は、本発明の実施形態による、フレックス回路の上面図である。 図３は、本発明の実施形態による、図２のフレックス回路を覆うために使用されるマスクの上面図である。 図４は、本発明の実施形態による、マスクの開口部内および上に蒸着される導電性物質を示す上面図である。 図５は、本発明の実施形態による、図４に示される導電性物質の一部を覆うために使用されるマスクの上面図である。 図６は、本発明の実施形態による、図１の基準電極チャネルを作製するための方法を示すフロー図である。 図７は、本発明の実施形態による、フレックス回路を使用して作製された基準電極チャネルの断面図である。 図８は、本発明の実施形態による、フレックス回路の上面図である。 図９は、本発明の実施形態による、図８に示されるフレックス回路を覆うために使用されるマスクの上面図である。 図１０は、本発明の実施形態による、マスクの開口部の中に蒸着される導電性物質を示す上面図である。 図１１は、本発明の実施形態による、図１０に示される導電性物質およびマスクを覆うために使用されるマスクの上面図である。 図１２は、本発明の実施形態による、図７の基準電極チャネルを作製する方法を示すフロー図である。

Claims (15)

1. 第１の導電性物質を基板の第１の部分に適用することにより基準電極を形成することと、
   第１のマスクを該基板の上に蒸着することであって、該第１のマスクは、該基準電極を露出する開口部と該基板の第２の部分とを有する、ことと、
   第２の導電性物質を該第１のマスクの該開口部の中に蒸着することであって、該第２の導電性物質は、該基準電極と直接接触する、ことと、
   第２のマスクを該第２の導電性物質の上に蒸着することであって、該第２のマスクは、該基板の第２の部分の上に開口部を有し、該開口部は、該第２の導電性物質の一部を露出し、対象流体を受容する作業面を形成する、ことと
   を含み、
   該作業面は、第１の軸に沿って配置され、該基準電極は、第２の軸に沿って配置され、該第２の軸が、該作業面が該基準電極から水平方向に離間されて該作業面と該基準電極との間に水平方向ギャップが形成されるように該第１の軸から水平にオフセットされていることにより、該基準電極と該作業面との間において該第２の導電性物質の所定の拡散抵抗特性が得られる、センサを作製する方法。
2. 前記第１の導電性物質は、炭素、銅、金、黒鉛、白金、銀−塩化銀、ロジウム、およびパラジウム物質から成る群から選択される、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の導電性物質は、導電性流体、導電性溶液、導電性ゲル、塩含有ゲル、および少量の銀イオンを有する塩化カリウム含有導電性ポリマーから成る群から選択される、請求項１に記載の方法。
4. 基板と、
   該基板の第１の部分の上に形成される基準電極であって、該基準電極は、第１の導電性物質からなる、基準電極と、
   該基板の上に位置する第１のマスクであって、該第１のマスクは、該基準電極を露出する開口部と該基板の第２の部分とを有する、第１のマスクと、
   該第１のマスクの該開口部の中に位置する第２の導電性物質であって、該第２の導電性物質は、該基準電極と直接接触する、第２の導電性物質と、
   該第２の導電性物質の上に位置する第２のマスクであって、該第２のマスクは、該基板の第２の部分の上に開口部を有し、該開口部は、該第２の導電性物質の一部を露出し、対象流体を受容する作業面を形成する、第２のマスクと
   を含み、
   該作業面は、第１の軸に沿って配置され、該基準電極は、第２の軸に沿って配置され、該第２の軸が、該作業面が該基準電極から水平方向に離間されて該作業面と該基準電極との間に水平方向ギャップが形成されるように該第１の軸から所定の距離だけ水平にオフセットされていることにより、該基準電極と該作業面との間において該第２の導電性物質の所定の拡散抵抗特性が得られる、センサ。
5. 前記第１の導電性物質は、炭素、銅、金、黒鉛、白金、銀−塩化銀、ロジウム、およびパラジウム物質から成る群から選択される、請求項４に記載のセンサ。
6. 前記第２の導電性物質は、導電性流体、導電性溶液、導電性ゲル、塩含有ゲル、および少量の銀イオンを有する塩化カリウム含有導電性ポリマーから成る群から選択される、請求項４に記載のセンサ。
7. 第１の導電性物質を、基板の第１の部分の上に適用して基準電極を形成し、該基板の第２の部分の上に適用して作業電極を形成することと、
   該基板の上に第１のマスクを蒸着することであって、該第１のマスクは、該基準電極、該作業電極、および該基準電極と該作業電極との間の領域を露出する開口部を有する、ことと、
   該基準電極の上、および該基準電極と該作業電極との間の領域の中に第２の導電性物質を蒸着することと、
   該第２の導電性物質の上に第２のマスクを蒸着することと
   を含み、
   該基準電極は、第１の軸に沿って配置され、該作業電極は、第２の軸に沿って配置され、該第２の軸が、該作業電極が該基準電極から水平方向に離間されて該作業電極と該基準電極との間に水平方向ギャップが形成されるように該第１の軸から所定の距離だけ水平にオフセットされていることにより、該基準電極と該作業電極との間において該第２の導電性物質の所定の拡散抵抗特性が得られる、センサを作製する方法。
8. 前記基準電極は銀−塩化銀物質からなり、前記作業電極は白金物質からなる、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１の導電性物質は、炭素、銅、金、黒鉛、白金、銀−塩化銀、ロジウム、およびパラジウム物質から成る群から選択される、請求項７に記載の方法。
10. 前記第２の導電性物質は、導電性流体、導電性溶液、導電性ゲル、塩含有ゲル、および少量の銀イオンを有する塩化カリウム含有導電性ポリマーから成る群から選択される、請求項７に記載の方法。
11. 基板と、
    該基板の第１の部分の上に形成される基準電極、および該基板の第２の部分の上に形成される作業電極と、
    該基板上に位置する第１のマスクであって、該第１のマスクは、該基準電極、該作業電極、および該基準電極と該作業電極との間の領域を露出する開口部を有する、第１のマスクと、
    該基準電極の上および該基準電極と該作業電極との間の領域の中に位置する第２の導電性物質と、
    該第２の導電性物質の上に位置する第２のマスクと
    を含み、
    該基準電極は、第１の軸に沿って配置され、該作業電極は、第２の軸に沿って配置され、該第２の軸が、該作業電極が該基準電極から水平方向に離間されて該作業電極と該基準電極との間に水平方向ギャップが形成されるように該第１の軸から所定の距離だけ水平にオフセットされていることにより、該基準電極と該作業電極との間において該第２の導電性物質の所定の拡散抵抗特性が得られる、センサ。
12. 前記基準電極は銀−塩化銀物質からなり、前記作業電極は白金物質からなる、請求項１１に記載のセンサ。
13. 前記基準電極は、炭素、銅、金、黒鉛、白金、銀−塩化銀、ロジウム、およびパラジウム物質から成る群から選択される物質からなる、請求項１１に記載のセンサ。
14. 前記作業電極は、炭素、銅、金、黒鉛、白金、銀−塩化銀、ロジウム、およびパラジウム物質から成る群から選択される物質からなる、請求項１１に記載のセンサ。
15. 前記第２の導電性物質は、導電性流体、導電性溶液、導電性ゲル、塩含有ゲル、および少量の銀イオンを有する塩化カリウム含有導電性ポリマーから成る群から選択される、請求項１１に記載のセンサ。

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