Waarom we hete lucht vervangen door infraroodstraling bij het maken van biosensoren
Bij het maken van biosensoren is het van essentieel belang om de juiste temperatuur te bereiken voor het drogen en harden van het materiaal. Jarenlang hebben we gebruik gemaakt van hete lucht om dit te bereiken. Het is een ouderwetse methode. Het nadeel is echter dat je een enorme hoeveelheid lucht moet opwarmen, alleen maar om het kleine oppervlak van het materiaal op de juiste temperatuur te brengen. Dit is traag en tijdrovend. Eerlijk gezegd is het gewoon verspilling van tijd.
Het wachten is het ergste deel.
Hier komt infraroodstraling om de hoek kijken. In plaats van de lucht rondom het materiaal op te warmen, stuurt infraroodstraling elektromagnetische straling rechtstreeks naar het materiaal zelf. Het is net alsof je niet hoeft te wachten tot een ruimte op temperatuur komt, maar meteen in een straal zonlicht kunt staan. De tijd die nodig is om de gewenste temperatuur te bereiken, verdwijnt praktisch helemaal. In de halfgeleiderindustrie is het wachten op een convectieoven enorm tijdrovend. Met infraroodstraling bereik je de gewenste temperatuur vrijwel onmiddellijk. Geen vertraging meer.
Het juiste resultaat behalen
We gebruiken hiervoor lampen met hoge energiedichtheid. Er is echter één truc: je moet de golflengte zo instellen dat deze overeenkomt met de materialen die worden gebruikt in de biosensor. Op deze manier wordt de actieve laag correct gehard, zonder dat de draagplaat beschadigd raakt.
Je moet echter voorzichtig zijn. Als je te veel energie in een klein gebied stopt, ontstaan er ‘hotspots’. Eén verkeerde beweging kan ervoor zorgen dat de delicate laagjes op het materiaal beschadigen. Om dit te voorkomen, combineren we de lampen met infraroodpyrometers en PID-regelaars. Hierdoor blijft de oppervlaktetemperatuur binnen ±1°C. Het is geruststellend om te weten dat de machine de temperatuur in de gaten houdt, zodat jij dat niet hoeft te doen.
De nadelen (want er zijn altijd nadelen)
Infraroodstraling is zeer snel, maar het heeft wel een bepaalde richting. Hete lucht omhult het materiaal als een deken, terwijl infraroodstraling een heldere zichtlijn vereist. Als je sensor een vreemde vorm heeft of diepe groeven bevat, ontstaan er ‘schaduwzones’ – plekken waar de hitte niet kan komen. We lossen dit meestal op door reflectoren te gebruiken, zodat de straling van verschillende kanten op het materiaal wordt gericht.
Nog één ding: het koelsysteem moet goed functioneren. Omdat het materiaal zo snel heet wordt, moet de hitte even snel worden afgevoerd. Anders kan het materiaal verwarmd raken, wat een groot probleem is.