Fabbricazione microfluidica

Durante lo sviluppo del processo, l'enfasi è posta sulla fabbricazione rapida e flessibile di un piccolo numero di prototipi di dispositivi microfluidici per la valutazione. Viene eseguita una "prova di concetto" per la produzione di un dispositivo in grado di soddisfare i requisiti di prestazione e possono essere eseguite diverse iterazioni di progettazione, test e ottimizzazione del prodotto prima che il progetto del dispositivo venga finalizzato. Poiché i parametri di progettazione del dispositivo microfluidico cambiano tipicamente nel corso di questa fase, i metodi di lavorazione diretta o di produzione laser, che consentono una rapida manipolazione delle dimensioni degli elementi, sono preferiti ai processi di fabbricazione basati su stampi, costosi, ad alta produttività ma meno flessibili. I metodi di lavorazione diretta consentono anche la fabbricazione di progetti di chip parziali, che sono più veloci da fabbricare e permettono una rapida selezione di caratteristiche difficili, come microcanali e pilastri. L'obiettivo principale dello sviluppo del processo è quello di stabilire le corrette specifiche di progettazione del dispositivo nell'applicazione prima della messa in scala. Poiché le modifiche dei parametri di progettazione sono frequenti durante questa fase, la flessibilità e la velocità di produzione sono di primaria importanza. Una volta completato il dispositivo prototipo, Potomac può aggiungere ulteriori strati, incollare coperture e praticare fori per le porte.

L'obiettivo dello scale-up è duplice: in primo luogo aumentare i volumi e ridurre il costo unitario e, in secondo luogo, sviluppare il know-how necessario per scalare il processo a volumi commerciali. Per i dispositivi microfluidici a base di polimeri, i processi basati su stampi, come la goffratura a caldo e lo stampaggio a iniezione, sono le tecnologie comunemente utilizzate a questo scopo. Tuttavia, lo sviluppo di un'efficace soluzione di scale-up per un dispositivo microfluidico richiede la comprensione del sistema di microfabbricazione integrato, che comprende non solo i processi di replicazione menzionati in precedenza, ma anche le operazioni successive alla replicazione, come l'incollaggio, il trattamento della superficie e l'interfacciamento u0026amp; la connessione. Inoltre, è necessaria anche una comprensione dell'economia della microfabbricazione, in particolare del rapporto tra costo unitario e volume, che guida le decisioni critiche su quando passare dal funzionamento in batch a quello in continuo e da una tecnologia di replica, come la goffratura a caldo, a un'altra, come lo stampaggio a microiniezione. Per consentire queste decisioni critiche, viene sviluppato un modello tecnoeconomico che consente all'ingegnere di eseguire analisi di sensibilità per diversi scenari di produzione. Molti ingegneri commettono l'errore di supporre che il passaggio a una tecnologia di replica di volume più elevato riduca automaticamente il costo unitario; in realtà il costo unitario minimo è solitamente dettato dagli altri processi del sistema di microfabbricazione, come l'incollaggio, il trattamento superficiale e l'interconnessione. Il sistema di microfabbricazione più economico abbina le tecnologie di fabbricazione appropriate al volume di produzione desiderato, eliminando i "colli di bottiglia" nel processo, e come regola generale il costo unitario del dispositivo per un sistema ben progettato può diminuire di un ordine di grandezza dopo lo scale-up. Un sistema di microfabbricazione ben progettato consente inoltre una transizione graduale a tecnologie di volume superiore quando i requisiti di produzione lo richiedono.

u003cdivu003eUn obiettivo critico dello scale-up è progettare il sistema di microfabbricazione per volumi commerciali e il sistema di microfabbricazione integrato deve essere progettato per fornire il prodotto microfluidico al minimo costo unitario per il volume specificato. Altrettanto importante è che il sistema sia progettato per consentire lo scale-up a volumi maggiori quando la domanda del prodotto aumenta. Come già detto, questo obiettivo può essere raggiunto solo con un'analisi approfondita del sistema di microfabbricazione che fornisca informazioni su come le singole operazioni influiscono sul sistema integrato a diversi volumi di produzione, nonché un modello di costo che modelli il costo unitario in funzione del volume di produzione.rnrnu003c/divu003ernu003cdivu003eLo scopo del trasferimento tecnologico è duplice: trasferire il processo di microfabbricazione commerciale definito durante la fase di scale-up alla produzione e, in secondo luogo, sviluppare il pacchetto tecnologico di processo (PTP) per il futuro scale-up quando i volumi di produzione aumenteranno. Il trasferimento della tecnologia alla produzione comporta innanzitutto lo sviluppo di procedure operative standard (SOP) per ogni operazione del sistema di microfabbricazione. Inoltre, è necessario addestrare gli operatori e i tecnici a raggiungere gli indicatori di prestazione chiave (KPI) che comprendono il controllo della qualità, la resa e il tempo di ciclo in modo ripetibile e costante. Come regola generale, si può prevedere che al termine del trasferimento tecnologico il costo unitario sarà ulteriormente ridotto di un fattore 2 o superiore. Alla fine potrebbe essere necessario aumentare la scala del sistema di microfabbricazione per soddisfare le crescenti richieste del vostro prodotto e, con un'adeguata previsione, il sistema sarà stato progettato per consentire una transizione graduale verso la produzione di volumi più elevati. Lo sviluppo di un modello tecnoeconomico per il sistema di microfabbricazione, come descritto sopra, vi permetterà di anticipare la prossima generazione di tecnologie che saranno necessarie e i processi attuali che dovranno essere ottimizzati per scalare ulteriormente la produzione. Utilizzando queste informazioni, gli ingegneri di microfabbricazione possono personalizzare lo sforzo di sviluppo per raccogliere dati rilevanti a tale scopo durante la fase di scale-up. Questi dati diventerebbero parte integrante del pacchetto tecnologico di processo da utilizzare quando i requisiti di produzione aumenteranno. u003c/divu003e