사전 혼합된 2액형 에폭시를 이용한 웨어러블 센서 캡슐화

성장하는 웨어러블 의료 기술 분야는 정확하고 지속적인 생리학적 데이터를 제공할 수 있는 소형 센서에 크게 의존합니다. 물리적 스트레스, 열 변동, 체액 노출 등 가혹한 조건에 노출되는 경우가 많은 이러한 센서의 장기적인 신뢰성과 성능을 보장하는 것은 견고한 제조 공정에 달려 있습니다. 이 제조의 핵심적인 측면은 섬세한 센서 구성 요소를 캡슐화하기 위한 생체 적합성 접착제의 정밀한 적용입니다.

본 사례 연구는 습도, 먼지, 기계적 충격과 같은 가혹한 환경 요인으로부터 센서를 캡슐화할 수 있는 능력으로 선택된 비세포독성 접착제의 선정 및 구현을 검토합니다. 또한 이러한 첨단 의료 기기의 확장 가능한 생산에 필요한 정확성과 일관성을 달성하기 위해 활용된 자동 분사 장비도 살펴볼 것입니다. 제조 공정의 최적화를 보장하기 위해, 유체 디스펜싱 분야의 선도 기업 노드슨 EFD와 특수 접착제 제조사 마스터 본드의 결합된 전문성은 고품질 웨어러블 센서  생산에 결정적이었습니다.  

재료 및 디스펜싱 요구사항

이 캡슐화 공정에 선정된 제품은 효과성과 웨어러블 센서와의 호환성을 보장하기 위해 몇 가지 핵심 요구 사항을 충족해야 했습니다. 센서는 쉽고 정밀한 디스펜싱을 가능하게 하는 모세관 흐름 특성을 가진 저점도 에폭시가 필요했습니다. 재료가 센서 구성 요소 주위를 쉽게 흐르고 빈 공간을 남기지 않고 복잡한 공간을 채우는 것이 중요했습니다.

또한 열에 민감한 전자 부품이 손상되지 않도록 80°C 이하에서 경화될 수 있어야 했습니다. 광학 투명도 는 또 다른 핵심 요구 사항이었습니다. 더불어 피부나 인체와 접촉 시 안전한 사용을 보장하기 위해 비세포독성(non-cytotoxic) 캡슐화 재료가 필수적이었습니다. 마지막으로 디스펜싱 공정은 자동화되어야 하며, 센서당 약 3cc의 재료를 일관되게 디스펜싱할 수 있어야 했습니다.

소재 솔루션: EP21LSCL-2Med

마스터 본드의 2액형 에폭시 접착제인 EP21LSCL-2Med( )는 전체 적용 요건을 충족했습니다. 이 제품의 ISO 10993-5 비세포독성 등급은 웨어러블 센서 적용을 위한 인증 획득을 용이하게 했습니다.

EP21LSCL-2Med는 또한 저온 열경화 특성을 갖도록 설계되어 80°C 미만의 온도에서도 완전 경화가 가능합니다. 이는 웨어러블 기기 내부의 민감한 전자 부품 무결성 보호에 핵심적인 역할을 했습니다.

이 재료는 사전 혼합 및 냉동된 주사기로 포장되어 3cc Nordson EFD 주사기로 공급되었으며, 이로 인해 공정 효율성이 크게 향상되고 폐기물이 감소했습니다.

Master Bond EP21LSCL-2Med 유체는 온도 조절 박스에 포장되어 사용 시까지 -40°C(° )에서 보관되었습니다.

제품 무결성을 유지하기 위해 주사기는 드라이 아이스와 함께 배송되었으며 사용 전까지 –40°C에서 보관되었습니다. 작업자는 주사기를 녹여 Nordson의 디스펜싱 시스템에 간단히 장착할 수 있어 작업 흐름을 간소화하고 취급 오류를 최소화할 수 있었습니다.

포장/장비: 웨어러블 센서 제조용 디스펜싱 솔루션

노드슨 EFD는 웨어러블 전자기기의 효과적인 캡슐화를 위한 다양한 유체 디스펜싱 솔루션을 제공합니다. 당사의 폭넓은 유체 디스펜싱 솔루션 선택지를 통해 제조업체는 고유한 애플리케이션 요구사항에 맞는 최적의 기술을 선택할 수 있습니다.

의 Master Bond EP21LSCL-2Med 는 작업 수명이 6~8시간이므로, 이 점은 해당 애플리케이션의 디스펜싱 솔루션 선택에 영향을 미쳤습니다. 유체의 작업 수명은 에폭시가 너무 두꺼워져 도포가 불가능해지기까지의 시간을 의미합니다. 유체 디스펜싱 기술 선택 시 추가 고려사항은 제조 공정에서 -40°C 냉동고에서 실온으로 해동된 Master Bond 컴파운드는 재냉동할 수 없다는 점이었습니다.

마스터 본드 유체는 냉동 상태로 배송되었으며, 해동 후 6~8시간의 작업 수명을 제공했습니다.

센서 부품 주위를 쉽게 흐르고 적용 시 빈 공간 없이 복잡한 공간을 채울 수 있는 재료 요구 사항을 충족시키기 위해, 유체 디스펜서, 밸브, 자동화, 카트리지 및 팁 기술이 제조업체에 권장되었습니다.

의 Master Bond EP21LSCL-2Med의 작업 수명을 최대한 활용하기 위해 Nordson EFD 엔지니어들은 Ultimus V 고정밀 디스펜서 사용을 권장했습니다. 이 솔루션은 점도가 변하는 유체의 수동 또는 자동 적용을 위한 고정밀 벤치탑 유체 디스펜싱 제어를 제공했습니다. 따라서 에폭시의 점도가 변해도 완전 전자식 압력 조절 기능이 중요한 유체 디스펜싱 공정을 시작부터 끝까지 일관되게 유지했습니다.

울티머스 V 유체 분사 솔루션은 EP21LSCL-2Med의 점도 변화와 무관하게 샷 크기가 일관되게 유지되기 때문에 추천되었습니다. 해당 애플리케이션에 요구되는 수준의 정밀도를 유지하기 위해, 울티머스 V 솔루션은 분사 시간, 공기 압력 및 진공도를 전자적으로 제어하는 기능을 제공했습니다. 울티머스 V 유체 디스펜싱 솔루션은 유체의 점도에 맞춰 조정됩니다. 한 번 프로그래밍하면 유체가 더 짙어질수록 공기 압력이 자동으로 조정됩니다. 또는 필요한 압력이 5 PSI 미만인 경우 울티머스 II가 더 나은 선택입니다.

Nordson EFD Ultimus II 유체 디스펜싱 솔루션은 5 PSI 미만으로 에폭시를 디스펜싱하는 제조업체에게 탁월한 선택입니다.

더 큰 용량(30cc 이상)이 필요한 경우, xQR41V 시리즈 니들 밸브를 사용하면 가득 찼을 때와 비었을 때의 변동 문제를 피할 수 있습니다. xQR41V의 설계는 교대 근무 종료 시 신속한 유체 교체와 접촉 부품의 쉬운 세척을 가능하게 합니다. 니들 밸브는 특허받은 퀵 릴리스 클라스프를 특징으로 하여 현장에서 빠르고 쉬운 서비스를 가능하게 합니다. 또한, 유체 본체에 잔류하는 유체 수준이 낮아 유체 낭비를 줄이고, 솔루션의 축소된 폼 팩터는 생산 능력을 증가시킵니다.

 

xQR41V 시리즈 니들 밸브는 대용량 에폭시(30cc 이상)가 필요한 제조업체에 검증된 선택지입니다.

 

벤치탑 테스트 성공 후, 자동화 디스펜싱의 장시간 요구 사항을 충족하기 위해 노드슨 EFD는 고객에게 EV 시리즈 탁상형 자동 디스펜싱 시스템 사용을 권장했습니다. 이 자동화 시스템은 고객의 제조 공정과 손쉽게 통합될 수 있었습니다.

유체의 일관된 도포는 노드슨 EFD의 범용 오렌지색 또는 적색 스테인리스 스틸 팁을 사용하여 유지되었습니다. 주황색 팁은 23게이지이며 내경은 0.33mm/0.013"입니다. 이 팁은 수동으로 재료를 도포할 때 가장 최적입니다. 빨간색 팁은 25게이지이며 내경은 0.25mm/0.010"입니다. 이 팁은 자동화 공정에 더 적합합니다.

Nordson EFD는 유체 분사 기술 추천에 실험실 중심 접근법을 적용합니다. 유체, 기판, 적용 목표 및 생산 요구 사항을 평가하여 고객의 필요에 맞는 최적의 솔루션을 선택할 수 있도록 컨설팅 방식을 제공합니다. Nordson EFD 기술 서비스 전문가들이 고객의 고유한 생산 과제 해결을 지원합니다. 자세한 내용은 여기를 클릭하세요.

에폭시 접착제 도포 시 가장 흔한 문제 중 하나는 기포 발생입니다. 이를 해결하기 위해 마스터 본드는 포장 공정 중 엄격한 탈기 프로토콜을 시행했습니다. EP21LSCL-2Med의 두 성분을 혼합한 후, 배합물을 2000~3000rpm에서 1~2분간 원심 분리했습니다. 이 핵심 단계는 포집된 공기를 효과적으로 제거하여 도포 시 기공 발생 위험을 줄였습니다. 탈기된 혼합물은 즉시 동결 처리되었습니다. 접착제를 3cc EFD 주사기에 포장함으로써, 마스터 본드는 최종 사용자가 각 주사기에 균일하고 기포 없는 재료가 자동 분사 준비 상태로 담겨 있음을 확신하며 높은 정밀도로 에폭시를 도포할 수 있도록 했습니다.

이 방법은 변동성과 오염에 취약한 현장 혼합 과정을 불필요하게 만들었을 뿐만 아니라 생산 가동 시간과 일관성을 획기적으로 개선했습니다. 이는 재료 과학과 공정 공학의 완벽한 통합으로, 까다로운 의료용 응용 분야에서 캡슐화제가 완벽하게 작동하도록 보장했습니다. 마스터 본드의 모토는 항상 엔지니어와 최종 사용자 모두가 특정 접착제 적용 요구 사항을 충족하도록 돕는 것입니다 – 자세히 알아보려면 여기를 클릭하세요.

동결된 유체는 포장재와 다른 속도로 해동되므로, 노드슨 EFD는 고객에게 공정을 서두르지 말고 주사기를 신중하게 해동하여 동결-해동 공극(FTV)으로 알려진 기포가 생성되지 않도록 주의할 것을 당부했습니다.

해동 후 공기 주머니가 전혀 없도록 하기 위해, EFD는 사용 전 재료를 1~2분간 원심분리할 것을 권장합니다. 이 적용 사례에서 제조사는 ProcessMate 5000 범용 원심분리기를 사용했습니다.

마스터 본드(Master Bond)의 혁신적인 사전 혼합 및 냉동 에폭시와 노드슨(Nordson)의 최고 수준의 디스펜싱 기술의 협업적 적용은 고객사가 웨어러블 센서 솔루션을 제조하는 데 성공하는 데 결정적인 역할을 했습니다. 이러한 시너지는 기포 제거라는 과제를 효과적으로 해결하여 마스터 본드 씰 1077( )의 캡슐화 공정이 최첨단 수준임을 보장했습니다. 센서는 완전히 고정되었으며 해당 애플리케이션에 필요한 높은 수준의 보호 기능을 제공했습니다.

디스펜싱 관련 문의사항이 있으신가요? 주저하지 마시고[email protected] 으로 질문이나 의견을 제출해 주세요. 

접착제 관련 문의사항이 있으신가요? 주저하지 마시고 질문이나 의견을 으로 보내주세요. [email protected] .

Anthony Buzzerio 

앤서니 부제리오는 노드슨 EFD의 애플리케이션/시스템 엔지니어 II입니다. 유체 디스펜싱 업계에서 5년의 경력을  보유하고 있습니다. 부제리오는 로저 윌리엄스 대학교(로드아일랜드주 브리스톨 소재)에서 공학 학사 학위를 취득했습니다.

Venkat Nandivada

벤캣 난디바다는 응용 분야 중심 문제 분석 및 항공우주, 전자, 의료, 광학 기업을 위한 제품 솔루션 제공 분야에서 15년 이상의 경력을 보유하고 있습니다. 카네기 멜론 대학교에서 화학공학 석사 학위를 취득했습니다. 

Rohit Ramnath

로힛 람나스는 마스터 본드에서 13년 이상의 경력을 쌓았으며, 의료, 항공우주, 전자, 광학 산업 분야의 신제품 개발을 관리하고 고객 애플리케이션 문제 해결을 담당하고 있습니다. 카네기 멜론 대학교에서 화학공학 석사 학위를 취득했습니다.