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.

u003cdivu003e Un objectif essentiel de la mise à l'échelle est de concevoir le système de microfabrication pour des volumes commerciaux et le système de microfabrication intégré doit être conçu pour fournir le produit microfluidique au coût unitaire minimum pour le volume spécifié. Il est tout aussi important que le système soit conçu de manière à pouvoir passer à des volumes plus importants lorsque la demande de produits augmente. Comme indiqué ci-dessus, cet objectif ne peut être atteint que par une analyse approfondie du système de microfabrication qui permet de comprendre comment les opérations individuelles influent sur le système intégré à différents volumes de production, ainsi que par un modèle de coût qui modélise le coût unitaire en fonction du volume de production.rnrnu003c/divu003ernu003cdivu003eLe but du transfert de technologie est double : transférer le processus de microfabrication commerciale défini pendant la mise à l'échelle vers la fabrication et, deuxièmement, développer l'ensemble des technologies de processus (PTP) pour une mise à l'échelle future lorsque les volumes de production augmenteront. Le transfert de technologie vers la fabrication implique tout d'abord le développement de procédures opératoires normalisées (POS) pour chaque opération du système de microfabrication. En outre, il s'agit de former les opérateurs et les techniciens pour qu'ils atteignent les indicateurs clés de performance (ICP), notamment le contrôle de la qualité, le rendement et le temps de cycle, de manière répétée et cohérente. En règle générale, on peut s'attendre à ce qu'à l'issue du transfert de technologie, le coût unitaire soit encore réduit d'un facteur 2 ou plus. À terme, l'échelle du système de microfabrication devra peut-être être augmentée pour répondre à la demande croissante de votre produit et, avec une bonne anticipation, le système aura été conçu pour permettre une transition en douceur vers une fabrication en plus grande quantité. L'élaboration d'un modèle technico-économique pour le système de microfabrication tel que décrit ci-dessus vous permettra d'anticiper la prochaine génération de technologies qui sera nécessaire et les processus actuels qui devront être optimisés afin de poursuivre l'augmentation de l'échelle de fabrication. Grâce à ces informations, les ingénieurs en microfabrication peuvent personnaliser l'effort de développement afin de collecter des données pertinentes à cette fin au cours de la phase de mise à l'échelle. Ces données feraient partie intégrante de l'ensemble des technologies de processus à utiliser lorsque les exigences de production augmentent.u003c/divu003e