先进胶粘技术赋能传感器制造流程精简

传感器是数字化社会骨干，在从日常消费品到航空航天、汽车、工业、医疗、光学等关键任务系统的每类应用中，测量广泛物理特性。传感器可测温度、压力等基本物理量，也测加速度、旋转等动态特性。

针对每种测量，产品开发者可找到具备所需动态范围、灵敏度、精度的传感器。集成单封装模块中，高集成方案融合多传感器与信号调理链、处理器、甚至光学子系统，支持生物识别、惯性测量、多元监测等复杂测量模态。有源化学生物传感器更进一步，将分子嵌入环氧树脂基质或膜中，固定分子又不降解其与目标分子相互作用能力。事实上，环氧与硅化合物在所有类型传感器中扮演关键角色。

无论基于简单结器件、先进微机电系统（MEMS）器件、甚至生物传感膜，传感器都须在粗暴处理、恶劣环境、热化学机械因素持续应力等任意不利工况组合下，可靠提供准确数据。其性能与寿命关键取决于将多材料组合成精密组件的先进制造方法。

在这些组件中，环氧与硅化合物作为胶粘剂、底部填充封装料、灌封胶、共形涂层，在制造与持续使用中稳定、粘接、保护传感器组件，发挥关键作用。通过粘接保护传感器组件，这些化合物助简化传感器制造并确保器件持续性能。履行角色时，这些化合物需支持每个应用独有的严苛要求组合。

满足多元需求

尽管不同传感器制造部署需多样特性，设计工程师与制造商可找到现货或易定制的环氧与硅系统，匹配几乎任何性能与工艺要求。针对温度传感应用设备，制造商可利用现有高导热化合物避免测量妥协。

导热性与超低温服役性： 除温度传感器组件必需外，高导热在其他传感器系统也关键。航空航天与天体物理应用中，导热性与超低温服役性均可能是关键要求。GL Scientific工程师需开发模块容纳红外传感器芯片阵列，用于望远镜自适应光学成像仪器。^[1]

设计目标包括：用超低温与热循环组合将模块基板与成像焦平面温度控制在0.1开尔文（K）内以达热稳定。温度传感器与加热器将粘接于焦平面与基板监控控制热循环。因此设计需电绝缘粘接剂具高导热性，耐超低温热循环同时保持粘接强度与热结构稳定性。

此外粘接剂须可靠与异种材料形成强粘接。焦平面由钛锆钼与钼构建最终镀金；基板由铝镀镍构建。为此GL Scientific工程团队选用Master Bond EP37-3FLFA0——高导热、优异电绝缘、良好物理强度且在4K至250°C跨温度保持机械柔性的环氧系统。

电绝缘与工艺操作性： 粘接剂特定性能与操作特性随应用差异巨大。少有应用像生化生物物理应用那样展示粘接剂面临需求广度。系列实验中，卡内基梅隆大学研究者用光刻技术创建微电极阵列，测量暴露于各类药物细胞的阻抗变化。^[2] 因该法易自动化，可显著加速药物筛选吞吐量，为医疗提供关键能力。

鉴于此法灵敏度，研究团队需确保测量信号链无伪影干扰结果。需化合物涂覆电极阵列暴露部分降低寄生电容（可能显著改变测量）。同时化合物须对生化环境中性避免影响生物靶标。为此研究者选Master Bond EP30HT——强电绝缘特性与耐化学性的环氧系统。此处团队用EP30HT涂覆距电极约150 pm互连，成功降低互连与浸润活细胞液介质间寄生电容，服务于基于阻抗的生物分析法。

满足广泛性能与加工需求

合适胶粘系统现货供应，特性经填料与基体树脂不同填充因子组合微调。用不同填料，制造商可创建针对电/热导率、耐化学性、稳定性等特定性能组合，及粘度、操作时间、固化时间等加工特性优化的胶粘化合物。

其他专用环氧硅化合物确保兼容医疗、航空航天等行业关键标准。开发植入或皮肤贴敷更复杂传感器的工程师已充分利用生物相容胶粘化合物，提供仪器与骨组织间保护界面^[3]、实现溶解氧测量^[4]、封装全植入式生物传感器阵列^[5]等。这些专用化合物不仅提供必要热电导特性，还满足USP VI类与ISO10993-5生物相容性标准要求。

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找到满足ASTM E595与NASA低脱气要求的胶粘化合物。使用这些化合物有助确保光学系统、敏感电子、其他表面免受胶粘剂固化后仍可能析出的挥发性化合物污染。

新材料与新方法

传感器技术随材料科学与制造工程进步快速演进。基于单壁碳管纳米复合材料的先进应变传感器、利用新兴氮化镓（GaN）器件热释电特性的高灵敏热探测器，有望驱动利用这些纳米传感器探测微弱现象的新应用。

其他传感器技术为广泛感测模态带来类似益处。注定织入纺织品、涂覆表面、或用3D打印制造的新型传感器，将赋能开发能获取更全面测量数据的智能产品。比以往更甚，这些新兴传感器将需要满足导电性、生物相容性、制造工艺特定要求的胶粘化合物。如同传感器，新化合物将持续涌现，用基于石墨烯、碳纳米管、纳米硅酸盐等先进材料的填料采用新材料新方法。

本文由Master Bond高级产品工程师Rohit Ramnath撰写（新泽西Hackensack）。更多信息请访问 此处 .

参考文献

1. Luppino, G. (2003). GSAOI H2RG 4Kx4K Detector Mosaic Module Design Description. GL Scientific Technical Report. GLSTR-0301.
2. Nguyen, D., Domach, M. Huang, X., Greve, D. Impedance Array Studies of Mammalian Cell Growth.
3. To, G, et al. (2008). Multi-channels wireless strain mapping instrument for total knee arthoplasty with 30 microcantilevers and ASIC technology. IEEE SENSORS 2008 Conference.
4. Wittkampf, M., et al. (1997). Silicon thin film sensor for measurement of dissolved oxygen. Sensors and Actuators B: Chemical, Vol. 43, doi:10.1016/S0925-4005(97)00138-X.
5. Baj-Rossi, C. et al. (2013). Fabrication and packaging of a fully implantable biosensor array. 2013 IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference, BioCAS 2013. 166-169. doi:10.1109/BioCAS.2013.6679665.