접착 화합물로 센서 제작 간소화

센서는 디지털화 사회의 중추이며, 일상적인 소비재부터 항공우주, 자동차, 산업, 의료, 광학 및 스마트 센서에 의존하는 기타 모든 애플리케이션의 미션 크리티컬 시스템에 이르기까지 모든 유형의 애플리케이션에서 광범위한 물리적 특성을 측정합니다. 기반 장치. 센서는 가속도 및 회전과 같은 동적 특성뿐만 아니라 온도 및 압력과 같은 모든 유형의 기본 물리량을 측정할 수 있습니다.

각 측정 유형에 대해 제품 개발자는 필요한 동적 범위, 감도 및 정확도를 가진 센서를 찾을 수 있습니다. 단일 패키지 및 모듈로 결합된 고도로 통합된 솔루션은 신호 컨디셔닝 체인, 프로세서 및 광학 하위 시스템이 있는 여러 센서를 통합하여 생체 인식, 관성 측정 및 다양한 모니터링 기능과 같은 보다 복잡한 측정 양식을 지원합니다. 활성 화학 바이오센서는 더 나아가 관심 분자와 상호작용하는 능력을 저하시키지 않으면서 분자를 고정시키는 에폭시 수지로 구성된 매트릭스 또는 멤브레인에 분자를 내장합니다. 실제로 에폭시 및 실리콘 화합물은 모든 유형의 센서에서 중요한 역할을 합니다.

단순 접합 장치, 고급 MEMS(Microelectromechanical Systems) 장치 또는 바이오센싱 멤브레인을 기반으로 하는 센서는 거친 취급, 열악한 환경 및 열, 화학적 또는 기계적 요인의 지속적인 스트레스에도 불구하고 불리한 작동 조건. 성능과 수명은 여러 재료를 정밀 조립품으로 결합하는 고급 제조 방법에 크게 의존합니다.

이러한 어셈블리 내에서 에폭시 및 실리콘 화합물은 제조 및 대상 응용 분야에서 계속 사용하는 동안 센서 구성 요소를 안정화, 결합 및 보호하는 데 필요한 접착제, 언더필 인캡슐런트, 포팅 화합물 또는 컨포멀 코팅으로서 중요한 역할을 합니다. 센서 구성 요소를 결합하고 보호함으로써 이러한 화합물은 센서 제작을 단순화하고 이러한 장치의 지속적인 성능을 보장합니다. 역할을 수행하기 위해 이러한 화합물은 모든 응용 분야에 고유한 엄격한 요구 사항의 조합을 지원해야 합니다.

다양한 요구사항 충족

다양한 감지 장치의 제작 및 배포를 지원하는 데 필요한 다양한 특성에도 불구하고 설계 엔지니어와 제조업체는 거의 모든 성능 및 취급 요구 사항에 맞게 설계된 기성품 또는 쉽게 사용자 정의할 수 있는 에폭시 및 실리콘 시스템을 찾을 수 있습니다. 온도 감지 애플리케이션용 장치의 경우 제조업체는 측정 손상을 방지하는 데 필요한 높은 열전도율을 나타내는 사용 가능한 화합물을 활용할 수 있습니다.

열전도도 및 극저온 사용성: 온도 센서 어셈블리의 필수 요구 사항이지만 높은 열 전도율은 다른 유형의 센서 시스템에서 중요한 역할을 할 수 있습니다. 항공 우주 및 천체 물리학 응용 분야에서 열전도율과 극저온 사용성은 모두 중요한 요구 사항이 될 수 있습니다. GL Scientific의 엔지니어는 망원경용 적응 광학 이미저 기기에 사용할 적외선 센서 칩 어레이를 수용할 모듈을 개발해야 했습니다. ^[1]

설계 목표 중 열 안정성을 달성하기 위해 극저온 및 열 사이클링의 조합을 사용하여 0.1켈빈(K) 내에서 모듈 베이스플레이트 및 이미저 초점면의 온도를 제어하는 ​​기능. 이 설계에서 온도 센서와 히터는 열 순환을 모니터링하고 제어하기 위해 초점면과 베이스 플레이트에 결합됩니다. 결과적으로 설계에는 열전도율이 높은 전기 절연 결합 화합물과 극저온까지의 열 순환을 견디면서 결합 강도와 열 및 구조적 안정성을 유지할 수 있는 능력이 필요했습니다.

또한, 이종 물질과 강한 결합을 안정적으로 형성하기 위해서는 결합 화합물이 필요했습니다. 이 경우 초점면은 티타늄-지르코늄-몰리브덴과 몰리브덴으로 구성되었으며 최종적으로 금으로 도금되었습니다. 베이스 플레이트는 알루미늄과 니켈 도금으로 제작되었습니다. 이 애플리케이션을 위해 GL Scientific 엔지니어링 팀은 4K ~ 250°C 범위의 온도에서 기계적 유연성을 유지하면서 높은 열전도율, 우수한 전기 절연 특성 및 우수한 물리적 강도를 지닌 에폭시 시스템인 Master Bond EP37-3FLFA0을 선택했습니다.

전기 절연 및 취급: 결합 화합물의 특정 성능과 취급 특성은 응용 프로그램마다 크게 다를 수 있습니다. 생화학적 또는 생물물리학적 응용 분야에서 발견되는 결합 화합물이 직면한 광범위한 요구 사항을 보여주는 응용 프로그램은 거의 없습니다. 일련의 실험에서 Carnegie Mellon University의 연구원들은 포토리소그래피 기술을 사용하여 다양한 약물에 노출된 세포의 임피던스 변화를 측정하도록 설계된 미세한 전극 어레이를 만들었습니다. ^[2] 이 방법은 쉽게 자동화할 수 있기 때문에 실험실에서 약물 스크리닝 처리 속도를 크게 높여 의료에 중요한 기능을 제공할 수 있습니다.

이 접근 방식의 민감도 때문에 연구팀은 측정 신호 체인에 결과를 변경할 수 있는 인공물이 없는지 확인해야 했습니다. 이 경우 팀은 측정값을 크게 변경할 수 있는 기생 커패시턴스를 줄이기 위해 전극 어레이의 노출된 부분을 코팅할 수 있는 화합물이 필요했습니다. 동시에, 화합물은 생물학적 표적에 영향을 미치지 않도록 생화학적 환경에 대해 중성을 유지해야 했습니다. 이 응용 분야를 위해 연구원들은 강력한 전기 절연 특성과 내화학성을 지닌 에폭시 시스템인 Master Bond EP30HT를 선택했습니다. 여기에서 연구팀은 Master Bond EP30HT를 사용하여 전극에서 약 150pm 떨어진 인터커넥트를 코팅하여 이 임피던스 기반 바이오어세이 방법에 사용된 살아있는 세포를 목욕시키는 액체 매질과 인터커넥트 사이의 기생충을 성공적으로 감소시켰습니다.

광범위한 성능 및 처리 요구 사항 충족

적절한 접착 시스템은 다양한 하중 계수에서 기본 화합물과 결합된 충전재를 사용하여 미세 조정된 특성으로 쉽게 사용할 수 있습니다. 제조업체는 다양한 충전제를 사용하여 전기 또는 열 전도성, 내화학성, 안정성과 같은 성능 특성과 점도, 작업 시간 및 경화 시간과 같은 가공 특성의 특정 조합에 최적화된 접착 화합물을 만들 수 있습니다.

다른 유형의 특수 에폭시 및 실리콘 화합물은 의료, 항공 우주 및 기타 산업의 주요 표준과의 호환성을 보장하도록 설계되었습니다. 피부에 이식하거나 배치하도록 설계된 보다 정교한 센서를 개발하는 엔지니어는 이미 생체 적합성 접착제 화합물을 최대한 활용하여 기구와 뼈 조직 사이의 보호 인터페이스를 제공합니다. ^[3] 용존 산소 측정 가능, ^[4] 완전히 이식 가능한 바이오센서 어레이를 캡슐화합니다. ^[5] 그리고 더. 이러한 특수 화합물은 필요한 열 및 전기 전도성 특성을 제공할 뿐만 아니라 USP Class VI 및 ISO10993-5 표준에 지정된 생체 적합성에 대한 요구 사항을 충족합니다.

마찬가지로, 민감한 전자 장치가 있는 항공 우주 시스템 또는 기타 응용 분야용 어셈블리를 작업하는 엔지니어는 낮은 가스 방출에 대한 NASA 요구 사항 및 ASTM E595를 충족하는 접착 화합물을 찾을 수 있습니다. 이러한 화합물을 사용하면 광학 시스템, 민감한 전자 장치 또는 기타 표면이 경화 후에도 때때로 접착제에 의해 배출되는 휘발성 화합물로 인한 오염이 없도록 하는 데 도움이 됩니다.

신규 재료 및 방법

센서 기술은 재료 과학 및 제조 엔지니어링의 발전에 발맞추어 빠르게 발전하고 있습니다. 단일벽 탄소관 나노복합체를 기반으로 하는 고급 스트레인 센서 또는 새롭게 부상하는 질화갈륨(GaN) 장치의 초전 특성을 사용하는 고감도 열 감지기는 이러한 나노센서를 사용하여 미묘한 현상을 감지하는 새로운 응용 분야를 주도할 것을 약속합니다.

다른 센서 기술은 광범위한 감지 방식에 유사한 이점을 제공합니다. 직물로 짜여지거나 표면에 칠하거나 3D 프린팅 방법으로 제작될 예정인 새로운 유형의 센서는 보다 포괄적인 측정 데이터에 액세스할 수 있는 스마트 제품 개발을 가능하게 할 것입니다. 그 어느 때보다 이러한 새로운 센서에는 전도성, 생체 적합성 및 제조에 대한 특정 요구 사항을 충족할 수 있는 접착 화합물이 필요합니다. 센서와 마찬가지로 그래핀, 탄소 나노튜브, 나노실리케이트 등과 같은 첨단 재료를 기반으로 한 충전재에 새로운 재료와 방법을 사용하여 새로운 화합물이 계속해서 등장할 것입니다.

이 기사는 Master Bond(뉴저지주 Hackensack)의 수석 제품 엔지니어인 Rohit Ramnath가 작성했습니다. 자세한 내용은 을 참조하십시오. 여기 .

참조

1. Luppino, G.(2003). GSAOI H2RG 4Kx4K 감지기 모자이크 모듈 설계 설명. GL 과학 기술 보고서. GLSTR-0301.
2. Nguyen, D., Domach, M. Huang, X., Greve, D. 포유류 세포 성장의 임피던스 어레이 연구
3. To, G, et al. (2008). 30개의 마이크로캔틸레버와 ASIC 기술을 사용한 슬관절 전치환술을 위한 다중 채널 무선 스트레인 매핑 기기. IEEE 센서 2008 컨퍼런스.
4. Wittkampf, M., et al. (1997). 용존 산소 측정용 실리콘 박막 센서. 센서 및 액추에이터 B:Chemical, Vol. 43, doi:10.1016/S0925-4005(97)00138-X.
5. Baj-Rossi, C. et al. (2013). 완전히 이식 가능한 바이오센서 어레이의 제조 및 패키징. 2013 IEEE 생체의학 회로 및 시스템 컨퍼런스, BioCAS 2013. 166-169. doi:10.1109/BioCAS.2013.6679665.