왜 우리가 바이오센서를 경화시키는 데 적외선을 사용하게 되었을까요?
바이오센서를 제작할 때는 마치 줄타기를 하는 것과 같습니다. 민감한 유기물층을 경화시키려면 충분한 열이 필요하지만, 너무 많은 열을 가하면 기판이 손상될 수 있습니다.
그래서 우리는 강제로 공기를 데우는 방식을 포기하고 적외선 램프를 사용하기로 했습니다.
대류식 오븐은 복잡하고 비효율적입니다. 작은 부분만 따뜻하게 하기 위해 전체 실내를 데워야 합니다. 게다가 클린룸 안에 뜨거운 공기를 불어넣으면 센서에 해로운 오염물질들이 생길 수 있습니다. 반면 적외선은 달라집니다. 방사능을 이용해 에너지를 정확히 필요한 곳에 전달할 수 있습니다. 바람도 없고, 먼지도 없으며, 오직 열만 있을 뿐입니다.
속도가 매우 빠릅니다.
몇 시간씩 기다려야 했던 것에서 몇 초 만에 처리가 가능해졌습니다. 센서 재료가 직접 에너지를 흡수하기 때문에, 작업물 주변의 공기를 데우는 데 시간과 전력을 낭비할 필요가 없습니다.
또한, 납이 전혀 들어가지 않는 “친환경” 제조 방식과도 잘 어울립니다. 우리는 유해한 용매를 사용하지 않고, 특정 적외선 파장을 이용해 중합 반응을 유발합니다. 아주 간단합니다.
핵심은 파장 조절에 있습니다.
납이 없는 재료는 매우 섬세합니다. 온도 범위가 매우 좁기 때문에, 온도가 너무 높아지면 센서의 기반이 변형되어 전체 제품이 폐기되고 맙니다.
적외선을 사용하면 파장을 조절하여 사용하는 코팅에 맞게 설정할 수 있습니다. 마치 라디오의 주파수를 조절해서 신호가 선명해지도록 하는 것과 같습니다.
하지만 완벽한 것은 아닙니다.
단점도 있습니다. 강력한 적외선은 너무 빠르고 강하게 작용합니다. 센서가 서로 다른 비율로 팽창하는 재료로 만들어졌다면, 그러한 급격한 열 변화로 인해 층들이 분리될 수 있습니다. 이를 ‘분리 현상’이라고 하며, 이는 큰 문제가 됩니다.
비결은 온도를 천천히 낮추는 데 있습니다. 재료가 충격을 받지 않도록 온도를 조심스럽게 낮춰야 합니다.
여전히 구식 저항식 히터를 사용하고 있다면, 이 램프는 그대로 대체할 수 있습니다. 기존의 PLC에 연결하기만 하면 됩니다. 가장 좋은 점은, 에너지가 오직 실제 경화 과정에서만 소모된다는 것입니다. 긴 예열 단계에서는 에너지가 낭비되지 않습니다.