使用胶粘剂简化传感器制造

传感器是数字化社会的支柱，测量各种类型应用中的广泛物理特性，从日常消费产品到航空航天、汽车、工业、医疗、光学和其他依赖智能传感器的应用中的关键任务系统，基于设备。传感器可以测量温度和压力等各种基本物理量，以及加速度和旋转等动态特性。

对于每种类型的测量，产品开发人员都可以找到具有所需动态范围、灵敏度和准确度的传感器。高度集成的解决方案结合在单个封装和模块中，将多个传感器与信号调理链、处理器甚至光学子系统结合在一起，以支持更复杂的测量方式，例如生物识别、惯性测量和多样化的监测功能。有源化学生物传感器走得更远，将分子嵌入由环氧树脂组成的基质或膜中，在不降低其与感兴趣分子相互作用的能力的情况下固定分子。事实上，环氧树脂和有机硅化合物在所有类型的传感器中都发挥着至关重要的作用。

无论是基于简单的结器件、先进的微机电系统 (MEMS) 器件，还是生物传感膜，尽管处理粗暴、环境恶劣以及热、化学或机械因素的任意组合，传感器仍有望可靠地提供准确的数据。不利的操作条件。它们的性能和使用寿命在很大程度上取决于将多种材料组合成精密组件的先进制造方法。

在这些组件中，环氧树脂和有机硅化合物作为粘合剂、底部填充密封剂、灌封化合物或保形涂层发挥着关键作用，在制造过程中以及在其目标应用中继续使用时稳定、粘合和保护传感器组件。通过粘合和保护传感器组件，这些化合物有助于简化传感器制造并确保这些设备的持续性能。为了发挥作用，这些化合物需要满足各种应用所特有的严格要求。

满足不同的要求

尽管支持不同传感设备的制造和部署需要各种特性，但设计工程师和制造商可以找到现成的或易于定制的环氧树脂和有机硅系统，旨在满足几乎任何性能和处理要求。对于用于温度传感应用的设备，制造商可以利用现有的化合物，这些化合物表现出所需的高导热性，以避免影响测量。

导热性和低温适用性： 虽然是温度传感器组件的基本要求，但高导热性在其他类型的传感器系统中也可以发挥至关重要的作用。在航空航天和天体物理学应用中，热导率和低温适用性都可能是关键要求。 GL Scientific 的工程师需要开发一个模块来容纳红外传感器芯片阵列，以用于望远镜的自适应光学成像仪仪器。 ^[1]

在设计目标中，使用低温和热循环的组合将模块基板和成像仪焦平面的温度控制在 0.1 开尔文 (K) 内以实现热稳定性的能力。在此设计中，温度传感器和加热器将与焦平面和基板粘合，以监测和控制热循环。因此，该设计需要一种具有高导热性的电绝缘粘结剂，能够承受低温至低温的热循环，同时保持粘结强度以及热稳定性和结构稳定性。

此外，粘合化合物需要与不同材料可靠地形成牢固的粘合。在这种情况下，焦平面由钛-锆-钼和钼构成，最后镀金；底板由铝和镀镍制成。对于此应用，GL Scientific 工程团队选择了 Master Bond EP37-3FLFA0 — 一种环氧树脂系统，具有高导热性、出色的电绝缘性能和良好的物理强度，同时在 4K 至 250 °C 的温度范围内保持机械柔韧性。

电气绝缘和处理： 粘合化合物的具体性能和处理特性可能因应用而异。很少有应用表明在生化或生物物理应用中发现的键合化合物具有广泛的要求。在一系列实验中，卡内基梅隆大学的研究人员使用光刻技术创建了微型电极阵列，旨在测量暴露于各种药物的细胞的阻抗变化。 ^[2] 由于这种方法很容易实现自动化，它可以帮助实验室显着加快药物筛选的吞吐量，为医疗保健提供关键能力。

由于这种方法的敏感性，研究团队需要确保测量信号链没有可能改变结果的伪影。在这种情况下，该团队需要一种能够覆盖电极阵列暴露部分的化合物，以减少可能显着改变测量结果的寄生电容。同时，该化合物需要对生化环境保持中性，以免影响生物靶标。对于这个应用，研究人员选择了 Master Bond EP30HT——一种具有强电绝缘特性和耐化学性的环氧树脂系统。在这里，研究团队使用 Master Bond EP30HT 在距离电极约 150 pm 处涂覆互连，成功地减少了互连和浸没用于这种基于阻抗的生物测定方法的活细胞的液体介质之间的寄生虫。

满足广泛的性能和处理需求

合适的粘合剂系统很容易获得，其特征是使用填充材料与不同负载因子的基础化合物组合进行微调。使用不同的填料，制造商可以针对特定的性能特性组合（如导电性或导热性、耐化学性和稳定性）以及加工特性（如粘度、工作时间和固化时间）进行优化。

其他类型的专用环氧树脂和有机硅化合物旨在确保与医疗、航空航天和其他行业的关键标准兼容。开发用于植入或放置在皮肤上的更复杂传感器的工程师已经充分利用生物相容性粘合剂化合物在器械和骨组织之间提供保护界面， ^[3] 启用溶解氧测量， ^[4] 封装完全可植入的生物传感器阵列， ^[5] 和更多。这些专用化合物不仅提供了必要的导热和导电特性，而且满足 USP Class VI 和 ISO10993-5 标准中规定的生物相容性要求。

同样，从事航空航天系统或其他敏感电子应用组件的工程师可以找到符合 ASTM E595 和 NASA 对低释气要求的粘合剂化合物。使用这些化合物有助于确保光学系统、敏感电子设备或其他表面不受挥发性化合物的污染，有时即使在固化后也会被粘合剂渗出。

新材料和新方法

传感器技术继续快速发展，与材料科学和制造工程的进步保持同步。基于单壁碳管纳米复合材料的先进应变传感器或利用新兴氮化镓 (GaN) 器件的热释电特性的高灵敏度热探测器有望推动使用这些纳米传感器检测细微现象的新应用。

其他传感器技术为广泛的传感模式带来了类似的好处。注定要编织成纺织品、涂在表面上或用 3D 打印方法制造的新型传感器将使智能产品的开发能够访问更全面的测量数据。这些新兴传感器比以往任何时候都需要能够满足导电性、生物相容性和制造的特定要求的粘合剂化合物。与传感器一样，新化合物将不断涌现，使用基于石墨烯、碳纳米管、纳米硅酸盐等先进材料的新材料和新方法填充。

本文由 Master Bond（新泽西州哈肯萨克）的高级产品工程师 Rohit Ramnath 撰写。欲了解更多信息，请访问 这里 .

参考文献

1. 卢皮诺，G.（2003 年）。 GSAOI H2RG 4Kx4K 探测器拼接模块设计说明。 GL 科学技术报告。 GLSTR-0301。
2. Nguyen, D., Domach, M. Huang, X., Greve, D. 哺乳动物细胞生长的阻抗阵列研究。
3. To、G 等人。 （2008 年）。用于全膝关节置换术的多通道无线应变映射仪器，具有 30 个微悬臂和 ASIC 技术。 IEEE SENSORS 2008 会议。
4. Wittkampf, M. 等人。 (1997)。用于测量溶解氧的硅薄膜传感器。传感器和执行器 B：化学，卷。 43、doi:10.1016/S0925-4005(97)00138-X。
5. Baj-Rossi, C. 等人。 （2013）。完全可植入的生物传感器阵列的制造和包装。 2013 年 IEEE 生物医学电路和系统会议，BioCAS 2013。166-169。 doi:10.1109/BioCAS.2013.6679665。