專利名稱:用于傳導壓力信號的封裝材料組成物及傳感器的制作方法
技術領域：
本發明是有關于一種封裝材料組成物及傳感器，且特別是有關于一種用于傳導壓力信號的封裝材料組成物及傳感器。
背景技術：
隨著科技的演進，傳感器的朝向小型化、積體化、多功能化、智能化、系統化發展。而且，藉由將微機電技術(MEMS)、微米/納米等先進技術應用于傳感器，且隨著新型感測材料的加速開發，而使得各種不同的傳感器被應用于信息/通訊/消費性電子、工業生產、生醫保健、環保工安、國防工業、農林水產、太空航空、化學、光電、生物化學等不同產業中。
另一方面，隨著傳感器的微型化，其應用領域將會擴展。但是傳感器的使用壽命周期將越來越短，因此傳感器的再生應用與研發廉價傳感器是產業界的目標。其中，傳感器制造程序一封裝和測試(兩者的費用約占產品總成本的50％以上)，將成為關鍵生產技術。
壓力傳感器是利用壓力感測組件以電子式的精密感測，來測知其承受(或所接觸)氣體或液體壓力的數值。因此壓力感測組件即是傳感器的主要靈魂，封裝則是使組件完成定位的重要手段。而且，由于壓力感測組件的一般封裝只能直接量測氣體壓力，當應用于測量人體脈搏時，無法達到如中醫脈診時的直接靠接觸來量測腕關節附近的動脈脈動波形。因此，必須將壓力感測組件進一步封裝，加入適當的壓力傳感機構，使得體表因為心跳與血壓而造成的血管體積改變量，可以經由直接接觸后，所得到的形變位移量，透過傳感機構連動到核心的壓力感測組件，經由感測組件的阻抗變化進而轉換成電氣信號，所取得電氣信號輸出可供后續分析判讀。
圖1所繪示為一種已知的壓力傳感器的結構剖面示意圖。此種壓力傳感器可適用于量測人體的脈搏。此壓力傳感器是利用流體作為傳感機構的媒介以傳遞信號。如圖1所示，壓力傳感器由塑料框體100、壓力感測組件102、不銹鋼薄片104、液體106、凸塊部108所構成。塑料框體100具有凹陷部100a。壓力感測組件102設置于塑料框體100的凹陷部100a中。不銹鋼薄片104覆蓋塑料框體100的凹陷部100a。液體106填入塑料框體100的凹陷部100a。凸塊部108設置于不銹鋼薄片104上，且至少位于壓力感測組件102上方。
在制作此種壓力傳感器時，首先是將不銹鋼薄片104(厚度10μm左右)粘貼在含壓力感測組件102的塑料框體100上，再將液體106利用針筒由另一邊注入塑料框體100的凹陷部100a中。
然而，在將不銹鋼薄片(厚度10μm左右)粘貼在含壓力感測組件的塑料框體上的過程中，要使不銹鋼的薄片完全粘貼在塑料框體上較為困難，而且在后續的加工或是使用過程中也可能會在不銹鋼薄片與塑料框體之間產生縫隙，而導致注入的液體流失并造成信號傳遞不良。如此就會產生組件效能不佳甚至組件失效的問題。
發明內容本發明的目的就是在提供一種用于傳導壓力信號的封裝材料組成物及使用上述組成物的傳感器，可以避免在后段的加工或是使用過程造成信號傳遞的散失，且由于封裝材料組成物形成的封裝體具有疏水性質，更可進一步保護傳感器的感測組件免受水分干擾而影響其使用壽命。
本發明提出一種用于傳導壓力信號的封裝材料組成物，包括環氧樹脂、硬化劑及塑料球。環氧樹脂占組成物的重量百分比10～75％。硬化劑占組成物的重量百分比10～85％。塑料球占組成物的重量百分比5～80％。
在上述的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物中，上述環氧樹脂為選自雙官能基環氧樹脂與多官能基環氧樹脂的其中的一種以上。上述雙官能基樹脂具有化學式(I)所示的結構
其中，R表示雙酚-A型態、雙酚-F型態、雙酚-S型態、酯類型態或是醚類型態的基，且上述雙官能基樹脂的環氧當量介于150～1500。上述多官能基環氧樹脂具有化學式(II)所示的結構 R1表示H或CH3；R2表示酚醛清漆型態、甲酚型態或二環戊二烯型態的基；n表示1～6的整數。
在上述的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物中，上述環氧樹脂包括具有四個環氧基的樹脂，具有化學式(III)所示的結構
在上述的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物中，上述硬化劑為具有雙官能基或多官能基的硬化劑。上述硬化劑為含有聚丙二醇(Poly(propylene glycol))結構的硬化劑，且上述硬化劑的分子量介于150～5000。
在上述的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物中，上述硬化劑與上述環氧樹脂搭配所得到的材料的降服強度介于0.05～80MPa，較佳為0.5～20MPa。
在上述的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物中，上述塑料球的平均粒徑介于1～100μm之間。上述塑料球的材質包括聚丙烯酯類、聚苯乙烯或其混合物。
本發明的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物，以柔軟、低模數的環氧樹脂為主體，搭配具有傳遞力量信號的塑料球當作填充劑。由軟性環氧樹脂易受力變形的特性來傳遞力量信號，并進一步利用所添加的塑料球間互相接觸來增加信號傳遞的效果。
本發明的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物可運用于傳感器裝置來傳遞壓力信號，而且由于具有疏水性質，還可進一步保護傳感器的電子組件免受水分干擾而影響其使用壽命。
本發明又提供一種傳感器，包括承載用的框體、壓力感測組件、用于傳導壓力信號的封裝體。承載用的框體具有凹陷部。壓力感測組件設置于承載用的框體的凹陷部中。用于傳導壓力信號的封裝體覆蓋壓力感測組件且填滿承載用的框體的凹陷部，并突出承載用的框體的表面。用于傳導壓力信號的封裝體是由含有環氧樹脂、硬化劑及塑料球的封裝材料組成物構成。環氧樹脂占組成物的重量百分比10～75％。硬化劑占組成物的重量百分比10～85％。塑料球占組成物的含量重量百分比5～80％。
在上述的傳感器中，上述環氧樹脂為選自雙官能基環氧樹脂與多官能基環氧樹脂的其中的一種以上。上述雙官能基樹脂具有化學式(I)所示的結構 其中，R表示雙酚-A型態、雙酚-F型態、雙酚-S型態、酯類型態或是醚類型態的基，且上述雙官能基樹脂的環氧當量介于150～1500。上述多官能基環氧樹脂具有化學式(II)所示的結構
R1表示H或CH3；R2表示酚醛清漆型態、甲酚型態或二環戊二烯型態的基；n表示1～6的整數。
在上述的傳感器中，上述環氧樹脂包括具有四個環氧基的樹脂，具有化學式(III)所示的結構 在上述的傳感器中，上述硬化劑為含有聚丙二醇(Poly(propylene glycol))結構的硬化劑，且上述硬化劑的分子量介于150～5000。
在上述的傳感器中，上述用于傳導壓力信號的封裝體的降服強度介于0.05～80MPa，較佳為0.5～20MPa。
在上述的傳感器中，上述塑料球的平均粒徑介于1～100μm之間。上述塑料球的材質包括聚丙烯酯類、聚苯乙烯或其混合物。
本發明的傳感器中的用于傳導壓力信號的封裝體以柔軟、低模數的環氧樹脂為主體，搭配具有傳遞力量信號的塑料球當作填充劑。由軟性環氧樹脂易受力變形的特性來傳遞力量信號，并進一步利用所添加的塑料球間互相接觸來增加信號傳遞的效果。
而且，由于傳感器中的用于傳導壓力信號的封裝體具有疏水性質，更可進一步保護傳感器的電子組件免受水分干擾而影響其使用壽命。
此外，由于傳感器的用于傳導壓力信號的封裝體具有操作簡便、易加工等特性。在封裝過程中可適用于自動化生產，而可成為關鍵生產技術。
另外，本發明的傳感器與已知利用液體進行壓力信號傳遞的傳感器相比，不會有已知的傳感器在后段的加工或是使用過程造成信號傳遞的散失的缺點。
為讓本發明的上述和其它目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下，其中圖1所繪示為已知的壓力傳感器的結構剖面示意圖。
圖2所繪示為本發明的壓力傳感器的結構剖面示意圖。
具體實施方式本發明的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物主要是包括環氧樹脂、硬化劑及塑料球。
環氧樹脂為柔軟、低模數的環氧樹脂。而且，環氧樹脂例如是雙官能基環氧樹脂或多官能基環氧樹脂。
雙官能基環氧樹脂例如具有化學式(I)所示的結構
其中，R表示雙酚-A型態、雙酚-F型態、雙酚-S型態、酯類型態或是醚類型態的基，且上述雙官能基樹脂的環氧當量介于150～1500。
多官能基環氧樹脂例如是具有化學式(II)所示的結構 R1表示H或CH3；R2表示酚醛清漆型態、甲酚型態或二環戊二烯型態的基；n表示1～6的整數。
舉例來說，具有四個環氧基的環氧樹脂，其結構如化學式(III)所示。
本發明的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物中，硬化劑包括具有雙官能基或多官能基的硬化劑。舉例來說，硬化劑例如是含有聚丙二醇(Poly(propylene glycol))結構的硬化劑。硬化劑的分子量較佳是介于150～5000。
在本發明的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物中，硬化劑與環氧樹脂搭配所得到的材料的降服強度介于0.05～80MPa，較佳是介于0.5～20MPa。
本發明的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物中，塑料球必須具有傳遞力量的特性，且與壓力感測組件接觸時，不會損傷組件。塑料球的材質包括聚丙烯酯類、聚苯乙烯或其混合物。而且，塑料球的平均粒徑介于1～100μm之間。
在本發明的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物中，環氧樹脂占組成物的重量百分比10～75％；硬化劑占組成物的重量百分比10～85％；塑料球，占組成物的重量百分比5～80％。
本發明的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物，以柔軟、低模數的環氧樹脂為主體，搭配具有傳遞力量信號的塑料球當作填充劑。藉由軟性環氧樹脂易受力變形的特性來傳遞力量信號，并進一步利用所添加的塑料球間互相接觸來增加信號傳遞的效果。
本發明的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物可運用于傳感器裝置來傳遞壓力信號，而且由于具有疏水性質，更可進一步保護傳感器的電子組件免受水分干擾而影響其使用壽命。
接著說明本發明的壓力傳感器。圖2所繪示為本發明的壓力傳感器的結構剖面示意圖。
如圖2所示，壓力傳感器由承載用的框體200、壓力感測組件202、用于傳導壓力信號的封裝體204所構成。
承載用的框體200具有凹陷部200a。承載用的框體200的材質例如是塑料。壓力感測組件202例如是設置于承載用的框體200的凹陷部200a中。用于傳導壓力信號的封裝體204例如是覆蓋壓力感測組件202且填滿承載用的框體200的凹陷部200a，并突出承載用的框體200的表面。用于傳導壓力信號的封裝體204中例如是由上述的本發明的封裝材料組成物所構成，在封裝體204中例如分散有塑料球206。
以下系舉出實驗例1～3與比較例1～2以證明本發明的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物的效果，但是本發明并不僅限于以下的實驗例。
在下述實驗例1～3與比較例1～2中，環氧樹脂是使用雙酚A的二氧化丙烯醚(DGEBA)(商品名EPON-828，SHELL CHEMICALCo.制)。硬化劑A是使用聚丙二醇雙(2-胺丙基醚)(Poly(propyleneglycol)bis(2-aminopropyl ether)(商品名JeffamineD-400，HUNTSMAN Co.制)。硬化劑B是使用聚丙二醇雙(2-胺丙基醚)(Poly(propylene glycol)bis(2-aminopropyl ether)(商品名JeffamineD-2000，HUNTSMAN Co.制)。塑料球的材質是聚甲基丙烯酸酯，(商品名MX-1500H，SOKEN CHEMICAL&ENGINEERING Co.制)。
實驗例1于500毫升燒杯中，加入5.64g環氧樹脂、2.5g硬化劑A、2.5g硬化劑B與2.5gPMMA塑料球，于室溫下攪拌均勻10分鐘，真空脫泡30分鐘后，得到具有傳導壓力信號的封裝材料組成物。
實驗例2于500毫升燒杯中，加入5.64g環氧樹脂、2.5g硬化劑A、2.5g硬化劑B與7.5gPMMA塑料球，于室溫下攪拌均勻10分鐘，真空脫泡30分鐘后，得到具有傳導壓力信號的封裝材料組成物。
實驗例3于500毫升燒杯中，加入8.46g環氧樹脂、2.5g硬化劑A、10g硬化劑B與21gPMMA塑料球，于室溫下攪拌均勻10分鐘，真空脫泡30分鐘后，得到具有傳導壓力信號的封裝材料組成物。
比較例1于500毫升燒杯中，加入5.64g環氧樹脂、2.5g硬化劑A、2.5g硬化劑B，于室溫下攪拌均勻10分鐘，真空脫泡30分鐘后，得到封裝材料組成物。
比較例2于500毫升燒杯中，加入5.64g環氧樹脂、15g硬化劑B，于室溫下攪拌均勻10分鐘，真空脫泡30分鐘后，得到封裝材料組成物。
接著，在制備出實驗例1～3與比較例1～2的組成物后，將組成物注入欲封裝的傳感器裝置中，使其硬化而制作出樣品。然后，對樣品進行仿真脈波量測，已評價以實驗例1～3與比較例1～2的組成所制作出的傳感器裝置對于接觸形變的感測特性。實驗例1～3與比較例1～2的組成物比例與相關物性列于表一中。
在此，對仿真脈波量測進行說明。仿真脈波量測系統主要是透過一個精密可以位移的機械裝置，直接與封裝過后的壓力感測組件接觸。藉由接觸后的所得到的形變位移量，透過傳感機構連動到核心的壓力感測組件，經由感測組件的阻抗變化進而轉換成電氣信號，所取得電氣信號輸出可供后續分析判讀，以仿真體表的血管體積改變量。在進行仿真脈波量測時，將機械裝置的位移量設為50微米，并量測以實驗例1～3與比較例1～2的組成所制作出的傳感器裝置的電壓差異量。
表一
由上述表一的結果可知，以實驗例1～3的封裝材料組成物制得的封裝體的電壓差異量皆大于比較例1～2的封裝材料組成物制得的封裝體的電壓差異量，表示本發明的封裝材料組成物制得的封裝體具有良好的壓力傳導效果。
本發明的傳感器的封裝體以柔軟、低模數的環氧樹脂為主體，搭配具有傳遞力量信號的塑料球當作填充劑。藉由軟性環氧樹脂易受力變形的特性來傳遞力量信號，并進一步利用所添加的塑料球間互相接觸來增加信號傳遞的效果。
而且，由于傳感器中的封裝體具有疏水性質，更可進一步保護壓力感測組件免受水分干擾而影響其使用壽命。
此外，由于傳感器的用于傳導壓力信號的封裝體具有操作簡便、易加工等特性。在封裝過程中可適用于自動化生產，而可成為關鍵生產技術。
另外，本發明的傳感器與已知利用液體進行壓力信號傳遞的傳感器相比，不會有已知的傳感器在后段的加工或是使用過程造成信號傳遞的散失的缺點。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何熟習此技術者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視后附的申請專利范圍所界定的為準。
權利要求
1.一種用于傳導壓力信號的封裝材料組成物，其特征在于，包括環氧樹脂，占組成物的重量百分比10～75％；硬化劑，占組成物的重量百分比10～85％；以及塑料球，占組成物的重量百分比5～80％。
2.如權利要求
1項所述的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物，其特征在于，其中上述環氧樹脂為選自雙官能基環氧樹脂與多官能基環氧樹脂的其中的一種以上。
3.如權利要求
2項所述的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物，其特征在于，其中上述雙官能基樹脂具有化學式(I)所示的結構 其中，R表示雙酚-A型態、雙酚-F型態、雙酚-S型態、酯類型態或是醚類型態的基，且上述雙官能基樹脂的環氧當量介于150～1500。
4.如權利要求
2項所述的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物，其特征在于，其中上述多官能基環氧樹脂具有化學式(II)所示的結構 R1表示H或CH3；R2表示酚醛清漆型態、甲酚型態或二環戊二烯型態的基；n表示1～6的整數。
5.如權利要求
2項所述的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物，其特征在于，其中上述環氧樹脂包括具有四個環氧基的樹脂，具有化學式(III)所示的結構
6.如權利要求
1項所述的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物，其特征在于，其中上述硬化劑為具有雙官能基或多官能基的硬化劑。
7.如權利要求
6項所述的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物，其特征在于，其中上述硬化劑為含有聚丙二醇結構的硬化劑，且上述硬化劑的分子量介于150～5000。
8.如權利要求
1項所述的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物，其特征在于，其中上述硬化劑與上述環氧樹脂搭配所得到的材料的降服強度介于0.05～80MPa。
9.如權利要求
1項所述的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物，其特征在于，其中上述硬化劑與上述環氧樹脂搭配所得到的材料的降服強度介于0.5～20MPa。
10.如權利要求
1項所述的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物，其特征在于，其中上述塑料球的平均粒徑介于1～100μm之間。
11.如權利要求
1項所述的用于傳導壓力信號的封裝材料組成物，其特征在于，其中上述塑料球的材質包括聚丙烯酯類、聚苯乙烯或其混合物。
12.一種傳感器，其特征在于，包括承載用的框體，具有凹陷部；壓力感測組件，設置于上述承載用的框體的上述凹陷部中；以及用于傳導壓力信號的封裝體，覆蓋上述壓力感測組件且填滿上述承載用的框體的上述凹陷部，并突出上述承載用的框體的表面，上述用于傳導壓力信號的封裝體是由封裝材料組成物構成，上述封裝材料組成物包括環氧樹脂，占組成物的重量百分比10～75％；硬化劑，占組成物中的重量百分比10～85％；以及塑料球，占組成物中的重量百分比5～80％。
13.如權利要求
12項所述的傳感器，其特征在于，其中上述環氧樹脂為選自雙官能基環氧樹脂與多官能基環氧樹脂的其中的一種以上。
14.如權利要求
13項所述的傳感器，其特征在于，其中上述雙官能基樹脂具有化學式(I)所示的結構 其中，R表示雙酚-A型態、雙酚-F型態、雙酚-S型態、酯類型態或是醚類型態的基，且上述雙官能基樹脂的環氧當量介于150～1500；以及上述多官能基環氧樹脂具有化學式(II)所示的結構 R1表示H或CH3；R2表示酚醛清漆型態、甲酚型態或二環戊二烯型態的基；n表示1～6的整數。
15.如權利要求
12項所述的傳感器，其特征在于，其中上述環氧樹脂包括具有四個環氧基的樹脂，具有化學式(III)所示的結構
16.如權利要求
12項所述的傳感器，其特征在于，其中上述硬化劑為含有聚丙二醇結構的硬化劑，且上述硬化劑的分子量介于150～5000。
17.如權利要求
12項所述的傳感器，其特征在于，其中上述用于傳導壓力信號的封裝體的降服強度介于0.05～80MPa。
18.如權利要求
12項所述的傳感器，其特征在于，其中上述用于傳導壓力信號的封裝體的降服強度介于0.5～20MPa。
19.如權利要求
12項所述的傳感器，其特征在于，其中上述塑料球的平均粒徑介于1～100μm之間。
20.如權利要求
12項所述的傳感器，其特征在于，其中上述塑料球的材質包括聚丙烯酯類、聚苯乙烯或其混合物。
專利摘要
一種用于傳導壓力信號的封裝材料組成物，以柔軟、低模數的環氧樹脂為主體，且以具有傳遞力量信號的塑料球當作填充劑。因此，由軟性環氧樹脂易受力變形的特性來傳遞力量信號，且配合所添加塑料球間互相接觸來增加信號傳遞的效果。此封裝材料組成物可運用于傳感器來傳遞壓力信號，而且由于具有疏水性質，更可保護傳感器的電子組件免受水分干擾而影響其使用壽命。與傳統利用液體進行壓力信號傳遞的傳感器相比較，此使用固態封裝組成物的傳感器具有容易制作、加工等特性。
文檔編號G01L9/00GK1995261SQ200510048792
公開日2007年7月11日 申請日期2005年12月29日
發明者曾峰柏, 邱國展, 李宗銘, 鄭世裕, 許志維 申請人:財團法人工業技術研究院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan