바이오센서 제작 시 적절한 열 관리 방법
바이오센서를 제작할 때 문제가 생기는 부분은 대체로 가열 및 건조 과정입니다. 현대적이고 “스마트한” 제조 환경을 원한다면, 구식의 대류식 오븐은 전혀 쓸모가 없다는 것을 금방 알게 됩니다. 그런 오븐들은 너무 느립니다.
그래서 우리는 적외선 시스템을 사용합니다. 공기를 가열하는 대신, 적외선은 에너지를 직접 목표물에 전달합니다. 그러면 몇 초 만에 원하는 온도에 도달할 수 있습니다. 게다가 공간도 많이 절약됩니다.
디지털 제어가 왜 중요한가?
열을 가하는 시스템은 반드시 PLC와 연동되어야 합니다. 우리는 PID 컨트롤러와 함께 적외선 램프를 사용하여, 열 출력이 데이터 로그와 정확히 일치하도록 합니다.
데이터 기반의 제조 환경에서 가장 큰 문제는 ‘열 지연’입니다. 즉, 기계에 가열을 요청한 후 실제로 가열되기까지의 시간입니다. 적외선을 사용하면 이러한 지연이 사라집니다. 스위치를 누르면 바로 열이 발생합니다. 이것이야말로 첫 번째 웨이퍼와 만 번째 웨이퍼가 완전히 동일한 품질을 유지할 수 있는 유일한 방법입니다.
하드웨어의 장단점
바이오센서의 기판이 무엇으로 만들어졌는지에 따라, 우리는 단파나 중파 석영 소자를 사용합니다.
주기 시간을 줄이려면 작은 공간 안에 많은 와트수의 전력이 필요합니다. 하지만 문제가 있습니다. 그만큼의 전력을 작은 튜브 안에 넣으면 심각한 발열 문제가 생깁니다. 만약 램프를 항상 100%로 작동시킨다면, 하우징과 배선은 튼튼해야 합니다. 그렇지 않으면 커넥터가 녹아버릴 것입니다.
제조 공정에의 적용
우리는 배선을 모듈화하여 설계합니다. 왜냐하면 전구가 고장 나서 기계를 다시 조정하는 데 하루 종일 시간을 낭비하고 싶지 않기 때문입니다. 표준화된 커넥터를 사용하기 때문에, 램프가 수명을 다하면 그냥 교체하기만 하면 됩니다.
또한 적외선 출력은 중앙 모니터링 시스템과 연동되어 있으므로, 각 센서가 얼마나 많은 에너지를 소비하는지 정확히 알 수 있습니다. 이를 통해 생산된 각 센서의 열 비용을 정확히 파악할 수 있습니다.