Fabricación microfluídica

Durante el desarrollo del proceso se hace hincapié en la fabricación rápida y flexible de un pequeño número de prototipos de dispositivos microfluídicos para su evaluación. Se ejecuta una "prueba de concepto" para fabricar un dispositivo capaz de cumplir los requisitos de rendimiento y pueden realizarse varias iteraciones del diseño del producto, pruebas y optimización antes de finalizar el diseño del dispositivo. Dado que los parámetros de diseño del dispositivo microfluídico suelen cambiar a lo largo de esta fase, se prefieren los métodos de mecanizado directo o de fabricación por láser, que permiten una manipulación rápida de las dimensiones de las características, a los procesos de fabricación basados en moldes, caros y de alto rendimiento pero menos flexibles. Los métodos de mecanizado directo también permiten la fabricación de diseños parciales de chips, que son más rápidos de fabricar y permiten el cribado rápido de características difíciles, como microcanales y pilares. El objetivo principal del desarrollo de procesos es establecer las especificaciones de diseño correctas del dispositivo en la aplicación antes del escalado. Dado que los cambios en los parámetros de diseño son habituales durante esta fase, tanto la flexibilidad como la velocidad de fabricación son de vital importancia. Una vez completado el dispositivo prototipo, Potomac puede añadirle capas adicionales, pegar cubiertas y perforar orificios de puertos.

El objetivo de la ampliación es doble: por un lado, aumentar los volúmenes y reducir el coste unitario y, por otro, desarrollar los conocimientos necesarios para escalar el proceso hasta volúmenes comerciales. En el caso de los dispositivos microfluídicos basados en polímeros, los procesos basados en moldes, como el estampado en caliente y el moldeo por inyección, son las tecnologías que se suelen utilizar para tal fin. Sin embargo, el desarrollo de una solución de escalado eficaz para un dispositivo microfluídico requiere una comprensión del sistema de microfabricación integrado que incluya no sólo los procesos de replicación mencionados anteriormente, sino también las operaciones posteriores a la replicación de unión, tratamiento de superficies e interfaz u0026amp; conexión. Además, también es necesario comprender los aspectos económicos de la microfabricación; en concreto, la relación entre el coste unitario y el volumen, que determina las decisiones críticas sobre cuándo pasar del funcionamiento por lotes al continuo y de una tecnología de replicación, como el estampado en caliente, a otra, como el moldeo por microinyección. Para poder tomar estas decisiones críticas, se desarrolla un modelo tecnoeconómico que permite al ingeniero realizar análisis de sensibilidad para diferentes escenarios de producción. Muchos ingenieros cometen el error de suponer que la transición a una tecnología de replicación de mayor volumen reducirá automáticamente el coste unitario; en realidad, el coste unitario mínimo suele venir dictado por los demás procesos del sistema de microfabricación, como la unión, el tratamiento de superficies y la interconexión. El sistema de microfabricación más económico adapta las tecnologías de fabricación adecuadas al volumen de fabricación deseado, eliminando los "cuellos de botella" en el proceso y, como regla general, cabe esperar que el coste unitario del dispositivo para un sistema bien diseñado disminuya en un orden de magnitud tras el escalado. Un sistema de microfabricación bien diseñado también permite una transición fluida a tecnologías de mayor volumen cuando los requisitos de producción lo exigen.

u003cdivu003eUn objetivo crítico del escalado es diseñar el sistema de microfabricación para volúmenes comerciales y el sistema de microfabricación integrado debe diseñarse para suministrar el producto microfluídico al mínimo coste unitario para el volumen especificado. Igualmente importante es que el sistema esté diseñado para permitir la ampliación a volúmenes mayores una vez que aumente la demanda del producto. Como se ha mencionado anteriormente, esto sólo puede lograrse con un análisis exhaustivo del sistema de microfabricación que permita comprender el impacto de las operaciones individuales en el sistema integrado a diferentes volúmenes de producción, así como un modelo de costes que modele el coste unitario en función del volumen de producción.rnrnu003c/divu003ernu003cdivu003eEl objetivo de la transferencia de tecnología es doble: transferir el proceso de microfabricación comercial definido durante el escalado a la fabricación y, en segundo lugar, desarrollar el paquete de tecnología de procesos (PTP) para el escalado futuro cuando aumenten los volúmenes de producción. La transferencia de tecnología a la fabricación implica, en primer lugar, desarrollar los procedimientos normalizados de trabajo (PNT) para cada operación del sistema de microfabricación. Además, implica formar a operarios y técnicos para que alcancen los indicadores clave de rendimiento (KPI), que incluyen el control de calidad, el rendimiento y el tiempo de ciclo de forma repetible y coherente. Como regla general, cabe esperar que al concluir la transferencia de tecnología el coste unitario se reduzca en un factor de 2 o superior. Con el tiempo, puede que sea necesario aumentar la escala del sistema de microfabricación para dar cabida a una mayor demanda de su producto y, con la previsión adecuada, el sistema se habrá diseñado para permitir una transición sin problemas a una fabricación de mayor volumen. El desarrollo de un modelo tecnoeconómico para el sistema de microfabricación, tal y como se ha descrito anteriormente, le permitirá anticiparse a la próxima generación de tecnologías que serán necesarias y a los procesos actuales que deberán optimizarse para aumentar la escala de fabricación. Con esta información, los ingenieros de microfabricación pueden personalizar el esfuerzo de desarrollo para recopilar los datos pertinentes a tal fin durante la fase de ampliación. Estos datos se convertirían en parte integrante del paquete de tecnología de procesos para su uso cuando aumenten los requisitos de producción.u003c/divu003e