CN1995261A - 用于传导压力信号的封装材料组成物及传感器 - Google Patents
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Abstract
一种用于传导压力信号的封装材料组成物，以柔软、低模数的环氧树脂为主体，且以具有传递力量信号的塑料球当作填充剂。因此，由软性环氧树脂易受力变形的特性来传递力量信号，且配合所添加塑料球间互相接触来增加信号传递的效果。此封装材料组成物可运用于传感器来传递压力信号，而且由于具有疏水性质，更可保护传感器的电子组件免受水分干扰而影响其使用寿命。与传统利用液体进行压力信号传递的传感器相比较，此使用固态封装组成物的传感器具有容易制作、加工等特性。
Description
技术领域
本发明是有关于一种封装材料组成物及传感器，且特别是有关于一种用于传导压力信号的封装材料组成物及传感器。
背景技术
随着科技的演进，传感器的朝向小型化、积体化、多功能化、智能化、系统化发展。而且，藉由将微机电技术(MEMS)、微米/纳米等先进技术应用于传感器，且随着新型感测材料的加速开发，而使得各种不同的传感器被应用于信息/通讯/消费性电子、工业生产、生医保健、环保工安、国防工业、农林水产、太空航空、化学、光电、生物化学等不同产业中。
另一方面，随着传感器的微型化，其应用领域将会扩展。但是传感器的使用寿命周期将越来越短，因此传感器的再生应用与研发廉价传感器是产业界的目标。其中，传感器制造程序一封装和测试(两者的费用约占产品总成本的50％以上)，将成为关键生产技术。
压力传感器是利用压力感测组件以电子式的精密感测，来测知其承受(或所接触)气体或液体压力的数值。因此压力感测组件即是传感器的主要灵魂，封装则是使组件完成定位的重要手段。而且，由于压力感测组件的一般封装只能直接量测气体压力，当应用于测量人体脉搏时，无法达到如中医脉诊时的直接靠接触来量测腕关节附近的动脉脉动波形。因此，必须将压力感测组件进一步封装，加入适当的压力传感机构，使得体表因为心跳与血压而造成的血管体积改变量，可以经由直接接触后，所得到的形变位移量，透过传感机构连动到核心的压力感测组件，经由感测组件的阻抗变化进而转换成电气信号，所取得电气信号输出可供后续分析判读。
图1所绘示为一种已知的压力传感器的结构剖面示意图。此种压力传感器可适用于量测人体的脉搏。此压力传感器是利用流体作为传感机构的媒介以传递信号。如图1所示，压力传感器由塑料框体100、压力感测组件102、不锈钢薄片104、液体106、凸块部108所构成。塑料框体100具有凹陷部100a。压力感测组件102设置于塑料框体100的凹陷部100a中。不锈钢薄片104覆盖塑料框体100的凹陷部100a。液体106填入塑料框体100的凹陷部100a。凸块部108设置于不锈钢薄片104上，且至少位于压力感测组件102上方。
在制作此种压力传感器时，首先是将不锈钢薄片104(厚度10μm左右)粘贴在含压力感测组件102的塑料框体100上，再将液体106利用针筒由另一边注入塑料框体100的凹陷部100a中。
然而，在将不锈钢薄片(厚度10μm左右)粘贴在含压力感测组件的塑料框体上的过程中，要使不锈钢的薄片完全粘贴在塑料框体上较为困难，而且在后续的加工或是使用过程中也可能会在不锈钢薄片与塑料框体之间产生缝隙，而导致注入的液体流失并造成信号传递不良。如此就会产生组件效能不佳甚至组件失效的问题。
发明内容
本发明的目的就是在提供一种用于传导压力信号的封装材料组成物及使用上述组成物的传感器，可以避免在后段的加工或是使用过程造成信号传递的散失，且由于封装材料组成物形成的封装体具有疏水性质，更可进一步保护传感器的感测组件免受水分干扰而影响其使用寿命。
本发明提出一种用于传导压力信号的封装材料组成物，包括环氧树脂、硬化剂及塑料球。环氧树脂占组成物的重量百分比10～75％。硬化剂占组成物的重量百分比10～85％。塑料球占组成物的重量百分比5～80％。
在上述的用于传导压力信号的封装材料组成物中，上述环氧树脂为选自双官能基环氧树脂与多官能基环氧树脂的其中的一种以上。上述双官能基树脂具有化学式(I)所示的结构：
其中，R表示双酚-A型态、双酚-F型态、双酚-S型态、酯类型态或是醚类型态的基，且上述双官能基树脂的环氧当量介于150～1500。上述多官能基环氧树脂具有化学式(II)所示的结构：
R1表示H或CH3；R2表示酚醛清漆型态、甲酚型态或二环戊二烯型态的基；n表示1～6的整数。
在上述的用于传导压力信号的封装材料组成物中，上述环氧树脂包括具有四个环氧基的树脂，具有化学式(III)所示的结构：
在上述的用于传导压力信号的封装材料组成物中，上述硬化剂为具有双官能基或多官能基的硬化剂。上述硬化剂为含有聚丙二醇(Poly(propylene glycol))结构的硬化剂，且上述硬化剂的分子量介于150～5000。
在上述的用于传导压力信号的封装材料组成物中，上述硬化剂与上述环氧树脂搭配所得到的材料的降服强度介于0.05～80MPa，较佳为0.5～20MPa。
在上述的用于传导压力信号的封装材料组成物中，上述塑料球的平均粒径介于1～100μm之间。上述塑料球的材质包括聚丙烯酯类、聚苯乙烯或其混合物。
本发明的用于传导压力信号的封装材料组成物，以柔软、低模数的环氧树脂为主体，搭配具有传递力量信号的塑料球当作填充剂。由软性环氧树脂易受力变形的特性来传递力量信号，并进一步利用所添加的塑料球间互相接触来增加信号传递的效果。
本发明的用于传导压力信号的封装材料组成物可运用于传感器装置来传递压力信号，而且由于具有疏水性质，还可进一步保护传感器的电子组件免受水分干扰而影响其使用寿命。
本发明又提供一种传感器，包括承载用的框体、压力感测组件、用于传导压力信号的封装体。承载用的框体具有凹陷部。压力感测组件设置于承载用的框体的凹陷部中。用于传导压力信号的封装体覆盖压力感测组件且填满承载用的框体的凹陷部，并突出承载用的框体的表面。用于传导压力信号的封装体是由含有环氧树脂、硬化剂及塑料球的封装材料组成物构成。环氧树脂占组成物的重量百分比10～75％。硬化剂占组成物的重量百分比10～85％。塑料球占组成物的含量重量百分比5～80％。
在上述的传感器中，上述环氧树脂为选自双官能基环氧树脂与多官能基环氧树脂的其中的一种以上。上述双官能基树脂具有化学式(I)所示的结构：
其中，R表示双酚-A型态、双酚-F型态、双酚-S型态、酯类型态或是醚类型态的基，且上述双官能基树脂的环氧当量介于150～1500。上述多官能基环氧树脂具有化学式(II)所示的结构：
R1表示H或CH3；R2表示酚醛清漆型态、甲酚型态或二环戊二烯型态的基；n表示1～6的整数。
在上述的传感器中，上述环氧树脂包括具有四个环氧基的树脂，具有化学式(III)所示的结构：
在上述的传感器中，上述硬化剂为含有聚丙二醇(Poly(propylene glycol))结构的硬化剂，且上述硬化剂的分子量介于150～5000。
在上述的传感器中，上述用于传导压力信号的封装体的降服强度介于0.05～80MPa，较佳为0.5～20MPa。
在上述的传感器中，上述塑料球的平均粒径介于1～100μm之间。上述塑料球的材质包括聚丙烯酯类、聚苯乙烯或其混合物。
本发明的传感器中的用于传导压力信号的封装体以柔软、低模数的环氧树脂为主体，搭配具有传递力量信号的塑料球当作填充剂。由软性环氧树脂易受力变形的特性来传递力量信号，并进一步利用所添加的塑料球间互相接触来增加信号传递的效果。
而且，由于传感器中的用于传导压力信号的封装体具有疏水性质，更可进一步保护传感器的电子组件免受水分干扰而影响其使用寿命。
此外，由于传感器的用于传导压力信号的封装体具有操作简便、易加工等特性。在封装过程中可适用于自动化生产，而可成为关键生产技术。
另外，本发明的传感器与已知利用液体进行压力信号传递的传感器相比，不会有已知的传感器在后段的加工或是使用过程造成信号传递的散失的缺点。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下，其中：
图1所绘示为已知的压力传感器的结构剖面示意图。
图2所绘示为本发明的压力传感器的结构剖面示意图。
具体实施方式
本发明的用于传导压力信号的封装材料组成物主要是包括环氧树脂、硬化剂及塑料球。
环氧树脂为柔软、低模数的环氧树脂。而且，环氧树脂例如是双官能基环氧树脂或多官能基环氧树脂。
双官能基环氧树脂例如具有化学式(I)所示的结构：
其中，R表示双酚-A型态、双酚-F型态、双酚-S型态、酯类型态或是醚类型态的基，且上述双官能基树脂的环氧当量介于150～1500。
多官能基环氧树脂例如是具有化学式(II)所示的结构：
R1表示H或CH3；R2表示酚醛清漆型态、甲酚型态或二环戊二烯型态的基；n表示1～6的整数。
举例来说，具有四个环氧基的环氧树脂，其结构如化学式(III)所示。
本发明的用于传导压力信号的封装材料组成物中，硬化剂包括具有双官能基或多官能基的硬化剂。举例来说，硬化剂例如是含有聚丙二醇(Poly(propylene glycol))结构的硬化剂。硬化剂的分子量较佳是介于150～5000。
在本发明的用于传导压力信号的封装材料组成物中，硬化剂与环氧树脂搭配所得到的材料的降服强度介于0.05～80MPa，较佳是介于0.5～20MPa。
本发明的用于传导压力信号的封装材料组成物中，塑料球必须具有传递力量的特性，且与压力感测组件接触时，不会损伤组件。塑料球的材质包括聚丙烯酯类、聚苯乙烯或其混合物。而且，塑料球的平均粒径介于1～100μm之间。
在本发明的用于传导压力信号的封装材料组成物中，环氧树脂占组成物的重量百分比10～75％；硬化剂占组成物的重量百分比10～85％；塑料球，占组成物的重量百分比5～80％。
本发明的用于传导压力信号的封装材料组成物，以柔软、低模数的环氧树脂为主体，搭配具有传递力量信号的塑料球当作填充剂。藉由软性环氧树脂易受力变形的特性来传递力量信号，并进一步利用所添加的塑料球间互相接触来增加信号传递的效果。
本发明的用于传导压力信号的封装材料组成物可运用于传感器装置来传递压力信号，而且由于具有疏水性质，更可进一步保护传感器的电子组件免受水分干扰而影响其使用寿命。
接着说明本发明的压力传感器。图2所绘示为本发明的压力传感器的结构剖面示意图。
如图2所示，压力传感器由承载用的框体200、压力感测组件202、用于传导压力信号的封装体204所构成。
承载用的框体200具有凹陷部200a。承载用的框体200的材质例如是塑料。压力感测组件202例如是设置于承载用的框体200的凹陷部200a中。用于传导压力信号的封装体204例如是覆盖压力感测组件202且填满承载用的框体200的凹陷部200a，并突出承载用的框体200的表面。用于传导压力信号的封装体204中例如是由上述的本发明的封装材料组成物所构成，在封装体204中例如分散有塑料球206。
以下系举出实验例1～3与比较例1～2以证明本发明的用于传导压力信号的封装材料组成物的效果，但是本发明并不仅限于以下的实验例。
在下述实验例1～3与比较例1～2中，环氧树脂是使用双酚A的二氧化丙烯醚(DGEBA)(商品名：EPON-828，SHELL CHEMICALCo.制)。硬化剂A是使用聚丙二醇双(2-胺丙基醚)(Poly(propyleneglycol)bis(2-aminopropyl ether)(商品名：JeffamineD-400，HUNTSMAN Co.制)。硬化剂B是使用聚丙二醇双(2-胺丙基醚)(Poly(propylene glycol)bis(2-aminopropyl ether)(商品名：JeffamineD-2000，HUNTSMAN Co.制)。塑料球的材质是聚甲基丙烯酸酯，(商品名：MX-1500H，SOKEN CHEMICAL&ENGINEERING Co.制)。
实验例1
于500毫升烧杯中，加入5.64g环氧树脂、2.5g硬化剂A、2.5g硬化剂B与2.5gPMMA塑料球，于室温下搅拌均匀10分钟，真空脱泡30分钟后，得到具有传导压力信号的封装材料组成物。
实验例2
于500毫升烧杯中，加入5.64g环氧树脂、2.5g硬化剂A、2.5g硬化剂B与7.5gPMMA塑料球，于室温下搅拌均匀10分钟，真空脱泡30分钟后，得到具有传导压力信号的封装材料组成物。
实验例3
于500毫升烧杯中，加入8.46g环氧树脂、2.5g硬化剂A、10g硬化剂B与21gPMMA塑料球，于室温下搅拌均匀10分钟，真空脱泡30分钟后，得到具有传导压力信号的封装材料组成物。
比较例1
于500毫升烧杯中，加入5.64g环氧树脂、2.5g硬化剂A、2.5g硬化剂B，于室温下搅拌均匀10分钟，真空脱泡30分钟后，得到封装材料组成物。
比较例2
于500毫升烧杯中，加入5.64g环氧树脂、15g硬化剂B，于室温下搅拌均匀10分钟，真空脱泡30分钟后，得到封装材料组成物。
接着，在制备出实验例1～3与比较例1～2的组成物后，将组成物注入欲封装的传感器装置中，使其硬化而制作出样品。然后，对样品进行仿真脉波量测，已评价以实验例1～3与比较例1～2的组成所制作出的传感器装置对于接触形变的感测特性。实验例1～3与比较例1～2的组成物比例与相关物性列于表一中。
在此，对仿真脉波量测进行说明。仿真脉波量测系统主要是透过一个精密可以位移的机械装置，直接与封装过后的压力感测组件接触。藉由接触后的所得到的形变位移量，透过传感机构连动到核心的压力感测组件，经由感测组件的阻抗变化进而转换成电气信号，所取得电气信号输出可供后续分析判读，以仿真体表的血管体积改变量。在进行仿真脉波量测时，将机械装置的位移量设为50微米，并量测以实验例1～3与比较例1～2的组成所制作出的传感器装置的电压差异量。
表一
| 环氧树脂 | 硬化剂A | 硬化剂B | 塑料球PMMA | 位移量微米(μm) | 电压差异量(mV) | |
| 实施例1 | 5.64 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 50 | 30 |
| 实施例2 | 5.64 | 2.5 | 2.5 | 7.5 | 50 | 45 |
| 实施例3 | 8.46 | 2.5 | 10 | 21 | 50 | 55 |
| 比较例1 | 5.64 | 2.5 | 2.5 | --- | 50 | 15 |
| 比较例2 | 5.64 | --- | 15 | --- | 50 | 0 |
由上述表一的结果可知，以实验例1～3的封装材料组成物制得的封装体的电压差异量皆大于比较例1～2的封装材料组成物制得的封装体的电压差异量，表示本发明的封装材料组成物制得的封装体具有良好的压力传导效果。
本发明的传感器的封装体以柔软、低模数的环氧树脂为主体，搭配具有传递力量信号的塑料球当作填充剂。藉由软性环氧树脂易受力变形的特性来传递力量信号，并进一步利用所添加的塑料球间互相接触来增加信号传递的效果。
而且，由于传感器中的封装体具有疏水性质，更可进一步保护压力感测组件免受水分干扰而影响其使用寿命。
此外，由于传感器的用于传导压力信号的封装体具有操作简便、易加工等特性。在封装过程中可适用于自动化生产，而可成为关键生产技术。
另外，本发明的传感器与已知利用液体进行压力信号传递的传感器相比，不会有已知的传感器在后段的加工或是使用过程造成信号传递的散失的缺点。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定的为准。
Claims (20)
1.一种用于传导压力信号的封装材料组成物，其特征在于，包括：
环氧树脂，占组成物的重量百分比10～75％；
硬化剂，占组成物的重量百分比10～85％；以及
塑料球，占组成物的重量百分比5～80％。
2.如权利要求1项所述的用于传导压力信号的封装材料组成物，其特征在于，其中上述环氧树脂为选自双官能基环氧树脂与多官能基环氧树脂的其中的一种以上。
3.如权利要求2项所述的用于传导压力信号的封装材料组成物，其特征在于，其中上述双官能基树脂具有化学式(I)所示的结构：
其中，R表示双酚-A型态、双酚-F型态、双酚-S型态、酯类型态或是醚类型态的基，且上述双官能基树脂的环氧当量介于150～1500。
4.如权利要求2项所述的用于传导压力信号的封装材料组成物，其特征在于，其中上述多官能基环氧树脂具有化学式(II)所示的结构：
R1表示H或CH3；R2表示酚醛清漆型态、甲酚型态或二环戊二烯型态的基；n表示1～6的整数。
5.如权利要求2项所述的用于传导压力信号的封装材料组成物，其特征在于，其中上述环氧树脂包括具有四个环氧基的树脂，具有化学式(III)所示的结构：
6.如权利要求1项所述的用于传导压力信号的封装材料组成物，其特征在于，其中上述硬化剂为具有双官能基或多官能基的硬化剂。
7.如权利要求6项所述的用于传导压力信号的封装材料组成物，其特征在于，其中上述硬化剂为含有聚丙二醇结构的硬化剂，且上述硬化剂的分子量介于150～5000。
8.如权利要求1项所述的用于传导压力信号的封装材料组成物，其特征在于，其中上述硬化剂与上述环氧树脂搭配所得到的材料的降服强度介于0.05～80MPa。
9.如权利要求1项所述的用于传导压力信号的封装材料组成物，其特征在于，其中上述硬化剂与上述环氧树脂搭配所得到的材料的降服强度介于0.5～20MPa。
10.如权利要求1项所述的用于传导压力信号的封装材料组成物，其特征在于，其中上述塑料球的平均粒径介于1～100μm之间。
11.如权利要求1项所述的用于传导压力信号的封装材料组成物，其特征在于，其中上述塑料球的材质包括聚丙烯酯类、聚苯乙烯或其混合物。
12.一种传感器，其特征在于，包括：
承载用的框体，具有凹陷部；
压力感测组件，设置于上述承载用的框体的上述凹陷部中；以及
用于传导压力信号的封装体，覆盖上述压力感测组件且填满上述承载用的框体的上述凹陷部，并突出上述承载用的框体的表面，上述用于传导压力信号的封装体是由封装材料组成物构成，上述封装材料组成物包括：
环氧树脂，占组成物的重量百分比10～75％；
硬化剂，占组成物中的重量百分比10～85％；以及
塑料球，占组成物中的重量百分比5～80％。
13.如权利要求12项所述的传感器，其特征在于，其中上述环氧树脂为选自双官能基环氧树脂与多官能基环氧树脂的其中的一种以上。
14.如权利要求13项所述的传感器，其特征在于，其中上述双官能基树脂具有化学式(I)所示的结构：
其中，R表示双酚-A型态、双酚-F型态、双酚-S型态、酯类型态或是醚类型态的基，且上述双官能基树脂的环氧当量介于150～1500；以及
上述多官能基环氧树脂具有化学式(II)所示的结构：
R1表示H或CH3；R2表示酚醛清漆型态、甲酚型态或二环戊二烯型态的基；n表示1～6的整数。
15.如权利要求12项所述的传感器，其特征在于，其中上述环氧树脂包括具有四个环氧基的树脂，具有化学式(III)所示的结构：
16.如权利要求12项所述的传感器，其特征在于，其中上述硬化剂为含有聚丙二醇结构的硬化剂，且上述硬化剂的分子量介于150～5000。
17.如权利要求12项所述的传感器，其特征在于，其中上述用于传导压力信号的封装体的降服强度介于0.05～80MPa。
18.如权利要求12项所述的传感器，其特征在于，其中上述用于传导压力信号的封装体的降服强度介于0.5～20MPa。
19.如权利要求12项所述的传感器，其特征在于，其中上述塑料球的平均粒径介于1～100μm之间。
20.如权利要求12项所述的传感器，其特征在于，其中上述塑料球的材质包括聚丙烯酯类、聚苯乙烯或其混合物。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN112135561A (zh) * | 2018-05-24 | 2020-12-25 | 欧姆龙健康医疗事业株式会社 | 传感器模块、血压测定装置 |
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2005
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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