Menyederhanakan Pembuatan Sensor dengan Senyawa Perekat

Sensor adalah tulang punggung masyarakat digital, mengukur berbagai karakteristik fisik di setiap jenis aplikasi mulai dari produk konsumen sehari-hari hingga sistem kritis misi di ruang angkasa, otomotif, industri, medis, optik, dan setiap aplikasi lain yang mengandalkan kecerdasan, sensor- perangkat berbasis. Sensor dapat mengukur setiap jenis besaran fisika dasar seperti suhu dan tekanan, serta karakteristik dinamis seperti akselerasi dan rotasi.

Untuk setiap jenis pengukuran, pengembang produk dapat menemukan sensor dengan rentang dinamis, sensitivitas, dan akurasi yang diperlukan. Dikombinasikan dalam paket dan modul tunggal, solusi yang sangat terintegrasi menggabungkan beberapa sensor dengan rantai pengkondisian sinyal, prosesor, dan bahkan subsistem optik untuk mendukung modalitas pengukuran yang lebih kompleks, seperti biometrik, pengukuran inersia, dan beragam kemampuan pemantauan. Biosensor kimia aktif melangkah lebih jauh, menanamkan molekul dalam matriks atau membran yang terdiri dari resin epoksi yang melumpuhkan molekul tanpa menurunkan kemampuannya untuk berinteraksi dengan molekul yang diinginkan. Faktanya, senyawa epoksi dan silikon memainkan peran penting dalam semua jenis sensor.

Baik berdasarkan perangkat sambungan sederhana, perangkat sistem mikroelektromekanis canggih (MEMS), atau bahkan membran biosensing, sensor diharapkan dapat memberikan data yang akurat dengan andal meskipun penanganan yang kasar, lingkungan yang keras, dan tekanan berkelanjutan dari faktor termal, kimia, atau mekanis melalui kombinasi apa pun dari kondisi operasi yang merugikan. Performa dan umur panjangnya sangat bergantung pada metode manufaktur canggih yang menggabungkan beberapa bahan menjadi rakitan presisi.

Dalam rakitan ini, senyawa epoksi dan silikon berperan penting sebagai perekat, enkapsulan underfill, senyawa pot, atau pelapis konformal yang diperlukan untuk menstabilkan, mengikat, dan melindungi komponen sensor selama fabrikasi dan terus digunakan dalam aplikasi targetnya. Dengan mengikat dan melindungi komponen sensor, senyawa ini membantu menyederhanakan fabrikasi sensor dan memastikan kinerja perangkat ini secara berkelanjutan. Dalam memenuhi perannya, senyawa ini perlu mendukung kombinasi persyaratan ketat yang unik untuk setiap aplikasi.

Memenuhi Beragam Persyaratan

Terlepas dari beragam karakteristik yang diperlukan untuk mendukung fabrikasi dan penyebaran perangkat penginderaan yang berbeda, insinyur desain dan produsen dapat menemukan sistem epoksi dan silikon yang siap pakai atau siap disesuaikan yang dirancang untuk memenuhi hampir semua persyaratan kinerja dan penanganan. Untuk perangkat yang ditujukan untuk aplikasi penginderaan suhu, produsen dapat memanfaatkan senyawa yang tersedia yang menunjukkan konduktivitas termal tinggi yang diperlukan untuk menghindari kompromi pengukuran.

Konduktivitas Termal dan Kemudahan Servis Kriogenik: Meskipun merupakan persyaratan penting untuk rakitan sensor suhu, konduktivitas termal yang tinggi dapat memainkan peran penting dalam jenis sistem sensor lainnya. Dalam aplikasi kedirgantaraan dan astrofisika, konduktivitas termal dan kemampuan servis kriogenik dapat menjadi persyaratan penting. Insinyur di GL Scientific perlu mengembangkan modul untuk menampung susunan chip sensor inframerah untuk digunakan dalam instrumen pencitraan optik adaptif untuk teleskop. ^[1]

Di antara tujuan desain, kemampuan untuk mengontrol suhu pelat dasar modul dan bidang fokus imager dalam 0,1 kelvin (K) menggunakan kombinasi siklus kriogenik dan panas untuk mencapai stabilitas termal. Dalam desain ini, sensor suhu dan pemanas akan diikat ke bidang fokus dan pelat dasar untuk memantau dan mengontrol siklus termal. Oleh karena itu, desain tersebut memerlukan senyawa ikatan isolasi listrik dengan konduktivitas termal yang tinggi, dan kemampuan untuk menahan siklus termal hingga suhu kriogenik sambil mempertahankan kekuatan ikatan serta stabilitas termal dan struktural.

Selain itu, senyawa pengikat diperlukan untuk membentuk ikatan yang kuat dengan bahan yang berbeda secara andal. Dalam hal ini, bidang fokus dibuat dari titanium-zirkonium-molibdenum dan molibdenum dan akhirnya dilapisi dengan emas; baseplate dibangun dari aluminium dan berlapis nikel. Untuk aplikasi ini, tim teknik GL Scientific memilih Master Bond EP37-3FLFA0 — sistem epoksi dengan konduktivitas termal yang tinggi, sifat insulasi listrik yang sangat baik, dan kekuatan fisik yang baik sambil mempertahankan fleksibilitas mekanis pada suhu mulai dari 4K hingga 250 °C.

Isolasi dan Penanganan Listrik: Kinerja spesifik dan karakteristik penanganan senyawa ikatan dapat bervariasi secara dramatis dari aplikasi ke aplikasi. Beberapa aplikasi menunjukkan berbagai persyaratan yang dihadapi senyawa ikatan yang ditemukan dalam aplikasi biokimia atau biofisika. Dalam serangkaian percobaan, para peneliti di Universitas Carnegie Mellon menggunakan teknik fotolitografi untuk membuat susunan elektroda mikroskopis yang dirancang untuk mengukur perubahan impedansi sel yang terpapar berbagai obat. ^[2 Karena metode ini dapat dengan mudah diotomatisasi, metode ini dapat membantu laboratorium secara dramatis mempercepat proses penyaringan obat, memberikan kemampuan penting untuk perawatan kesehatan.

Karena sensitivitas pendekatan ini, tim peneliti perlu memastikan bahwa rantai sinyal pengukuran tetap bebas dari artefak yang dapat mengubah hasil. Dalam hal ini, tim membutuhkan senyawa yang dapat melapisi bagian yang terbuka dari susunan elektroda untuk mengurangi kapasitansi parasit yang dapat secara signifikan mengubah pengukuran. Pada saat yang sama, senyawa harus tetap netral terhadap lingkungan biokimia untuk menghindari mempengaruhi target biologis. Untuk aplikasi ini, para peneliti memilih Master Bond EP30HT — sistem epoksi dengan karakteristik insulasi listrik yang kuat dan ketahanan kimia. Di sini, tim peneliti menggunakan Master Bond EP30HT untuk melapisi interkoneksi sekitar 150 pm dari elektroda, berhasil mengurangi parasit antara interkoneksi dan media cair yang memandikan sel hidup yang digunakan untuk metode bioassay berbasis impedansi ini.

Memenuhi Kebutuhan Kinerja dan Pemrosesan yang Luas

Sistem perekat yang sesuai sudah tersedia dengan karakteristik yang disesuaikan dengan menggunakan bahan pengisi yang dikombinasikan dengan senyawa dasar dalam faktor pembebanan yang berbeda. Dengan menggunakan pengisi yang berbeda, produsen dapat membuat senyawa perekat yang dioptimalkan untuk kombinasi karakteristik kinerja tertentu seperti konduktivitas listrik atau termal, ketahanan kimia, dan stabilitas serta karakteristik pemrosesan seperti viskositas, waktu kerja, dan waktu pengeringan.

Jenis lain dari senyawa epoksi dan silikon khusus dirancang untuk memastikan kompatibilitas dengan standar utama dalam medis, kedirgantaraan, dan industri lainnya. Para insinyur yang mengembangkan sensor yang lebih canggih yang dirancang untuk implan atau penempatan pada kulit telah memanfaatkan sepenuhnya senyawa perekat biokompatibel untuk menyediakan antarmuka pelindung antara instrumen dan jaringan tulang, ^[3] aktifkan pengukuran oksigen terlarut, ^[4] merangkum susunan biosensor yang dapat ditanamkan sepenuhnya, ^[5] dan banyak lagi. Senyawa khusus ini tidak hanya memberikan karakteristik konduktivitas termal dan listrik yang diperlukan, tetapi juga memenuhi persyaratan biokompatibilitas yang ditentukan dalam standar USP Kelas VI dan ISO10993-5.

Demikian pula, insinyur yang bekerja pada rakitan untuk sistem kedirgantaraan atau aplikasi lain dengan elektronik sensitif dapat menemukan senyawa perekat yang memenuhi persyaratan ASTM E595 dan NASA untuk pelepasan gas yang rendah. Menggunakan senyawa ini membantu memastikan bahwa sistem optik, elektronik sensitif, atau permukaan lain tetap bebas dari kontaminasi senyawa volatil yang terkadang terpancar oleh perekat bahkan setelah perawatan.

Materi dan Metode Baru

Teknologi sensor terus berkembang pesat, mengikuti kemajuan dalam ilmu material dan teknik manufaktur. Sensor regangan canggih berdasarkan nanokomposit tabung karbon berdinding tunggal atau detektor panas yang sangat sensitif menggunakan sifat piroelektrik perangkat galium nitrida (GaN) yang muncul menjanjikan untuk mendorong aplikasi baru menggunakan sensor nano ini untuk mendeteksi fenomena halus.

Teknologi sensor lainnya membawa manfaat serupa untuk berbagai modalitas penginderaan. Ditujukan untuk ditenun menjadi tekstil, dicat pada permukaan, atau dibuat dengan metode pencetakan 3D, jenis sensor baru akan memungkinkan pengembangan produk pintar yang dapat mengakses data pengukuran yang lebih komprehensif. Lebih dari sebelumnya, sensor yang muncul ini akan membutuhkan senyawa perekat yang mampu memenuhi persyaratan khusus untuk konduktivitas, biokompatibilitas, dan manufaktur. Seperti halnya sensor, senyawa baru akan terus muncul, menggunakan bahan dan metode baru untuk pengisi berdasarkan bahan canggih seperti graphene, karbon nanotube, nanosilikat, dan banyak lagi.

Artikel ini ditulis oleh Rohit Ramnath, Senior Product Engineer, Master Bond (Hackensack, NJ). Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi di sini .

Referensi

1. Luppino, G. (2003). Deskripsi Desain Modul Mosaik Detektor GSAOI H2RG 4Kx4K. Laporan Teknis Ilmiah GL. GLSTR-0301.
2. Nguyen, D., Domach, M. Huang, X., Greve, D. Studi Array Impedansi Pertumbuhan Sel Mamalia.
3. Kepada, G, dkk. (2008). Instrumen pemetaan regangan nirkabel multi-saluran untuk arthoplasti lutut total dengan 30 mikrokantilever dan teknologi ASIC. Konferensi IEEE SENSOR 2008.
4. Wittkampf, M., dkk. (1997). Sensor film tipis silikon untuk pengukuran oksigen terlarut. Sensor dan Aktuator B:Kimia, Vol. 43, doi:10.1016/S0925-4005(97)00138-X.
5. Baj-Rossi, C. dkk. (2013). Fabrikasi dan pengemasan rangkaian biosensor yang dapat ditanamkan sepenuhnya. Konferensi Sistem dan Sirkuit Biomedis IEEE 2013, BioCAS 2013. 166-169. doi:10.1109/BioCAS.2013.6679665.