Fabrication microfluidique

Au cours du développement du processus, l'accent est mis sur la fabrication rapide et flexible d'un petit nombre de prototypes de dispositifs microfluidiques à des fins d'évaluation. Une "preuve de concept" pour la fabrication d'un dispositif capable de répondre aux exigences de performance est exécutée et plusieurs itérations de conception, d'essai et d'optimisation du produit peuvent être exécutées avant que la conception du dispositif ne soit finalisée. Étant donné que les paramètres de conception du dispositif microfluidique changent généralement au cours de cette phase, les méthodes d'usinage direct ou de fabrication au laser qui permettent une manipulation rapide des dimensions des caractéristiques sont préférées aux processus de fabrication coûteux, à haut rendement mais moins flexibles, basés sur des moules. Les méthodes d'usinage direct permettent également la fabrication de puces partielles, plus rapides à fabriquer, et le criblage rapide de caractéristiques difficiles, notamment les microcanaux et les piliers. L'objectif principal du développement de processus est d'établir les spécifications de conception correctes du dispositif dans l'application avant la mise à l'échelle. Étant donné que les modifications des paramètres de conception sont fréquentes au cours de cette phase, la flexibilité et la rapidité de fabrication sont primordiales. Une fois le prototype terminé, Potomac peut y ajouter des couches supplémentaires, coller des couvercles et percer des orifices.

L'objectif de la mise à l'échelle est double : d'une part, augmenter les volumes et réduire le coût unitaire et, d'autre part, développer le savoir-faire nécessaire à la mise à l'échelle du processus jusqu'aux volumes commerciaux. Pour les dispositifs microfluidiques à base de polymères, les processus de moulage tels que le gaufrage à chaud et le moulage par injection sont les technologies couramment utilisées à cette fin. Cependant, le développement d'une solution efficace de mise à l'échelle d'un dispositif microfluidique nécessite une compréhension du système intégré de microfabrication qui comprend non seulement les processus de réplication mentionnés ci-dessus, mais aussi les opérations post-réplication de collage, de traitement de surface et d'interfaçage u0026amp ; connexion. En outre, il faut également comprendre les aspects économiques de la microfabrication, en particulier la relation entre le coût unitaire et le volume, qui détermine les décisions cruciales à prendre pour passer d'une opération discontinue à une opération continue et d'une technologie de réplication telle que le gaufrage à chaud à une autre telle que le moulage par micro-injection. Pour permettre ces décisions critiques, un modèle technico-économique est développé qui permet à l'ingénieur d'effectuer des analyses de sensibilité pour différents scénarios de production. De nombreux ingénieurs commettent l'erreur de supposer que le passage à une technologie de réplication à volume plus élevé réduira automatiquement le coût unitaire ; en fait, le coût unitaire minimum est généralement dicté par les autres processus du système de microfabrication tels que le collage, le traitement de surface et l'interconnexion. Le système de microfabrication le plus économique fait correspondre les technologies de fabrication appropriées au volume de fabrication souhaité, en éliminant les "goulets d'étranglement" dans le processus et, en règle générale, on peut s'attendre à ce que le coût unitaire du dispositif pour un système bien conçu diminue d'un ordre de grandeur après la mise à l'échelle. Un système de microfabrication bien conçu permet également une transition en douceur vers des technologies à plus haut volume lorsque les exigences de production l'exigent.

A critical objective of scale-up is to design the microfabrication system for commercial volumes and the integrated microfabrication system should be designed to deliver the microfluidic product at the minimum unit cost for the specified volume.  Equally important is that the system be designed to allow for scale-up to larger volumes once product demand increases. As mentioned above, this can only be achieved with a thorough analysis of the microfabrication system that provides insight on how the individual operations impact the integrated system at different production volumes as well as a cost model that models the unit cost as a function of production volume.rnrnu003c/divu003ernu003cdivu003eThe purpose of technology transfer is two-fold; to transfer the commercial microfabrication process defined during scale-up to manufacturing and secondly to develop the Process Technology Package (PTP) for future scale-up when production volumes increase. Technology transfer to manufacturing first and foremost entails developing the standard operating procedures (SOPs) for each operation of the microfabrication system. In addition, it entails training operators and technicians to achieve the Key Performance Indicators (KPIs) that include quality control, yield and cycle time repeatably and consistently. As a rule of thumb, you can expect that at the conclusion of technology transfer the unit cost will be further reduced by a factor of 2 or greater. Eventually the scale of the microfabrication system may need to increase to accommodate increasing demands for your product and with proper foresight the system will have been designed to enable a smooth transition to higher volume manufacturing. Development of a technoeconomic model for the microfabrication system as described above will enable you to anticipate in advance the next generation of technologies that will be required and the current processes that will need to be optimized in order to further scale-up manufacturing. Using this insight, microfabrication engineers can customize the development effort to collect relevant data for that purpose during the scale-up phase. This data would become an integral part of the Process Technology Package for use when production requirements increase.