Microfluidic socket 2

Last update: 2003/04/28

Master thesis
Doctoral dissertation
BOD sensor
Micro oxygen sensor
Paper-based oxygen sensor
Micro degasser
Micromixer
Flow rate
Dynamic Measuring Method
Fluidic MEMS packaging
Smooth Etching of Si
Standing Wave valve
IR aligner
World-to-chip Socket
Microfluidic socket 2
Socket2_English
PZT Spray Coating

バルブ付きマイクロ流体デバイス試験用ソケット

産業技術総合研究所　　　○楊 振 (NEDO)，前田 龍太郎

１．はじめに
　マイクロ流体システムの研究開発と実用化の成否は，設計，加工，実装，評価といったキーテクノロジーにおける技術革新に依存している．本研究では，このうち実装技術に焦点を当てる．現在の微細加工技術は高い生産性を達成している一方で，マイクロ流体デバイスの実装技術は進歩が遅れており，試作及び評価の効率化の妨げとなっている．マイクロ流体デバイスと外界を接続する汎用的なインターフェイスが実現すれば，個々のデバイスにおける実装のための設計や組立工程を簡略化できるため，特にコンセプトの実証段階にあるマイクロ流体デバイスの開発は大幅に加速すると期待される．このような汎用インターフェイスでは，小型化よりもむしろ扱いの容易さ，柔軟性及び再利用性が重視されるべきである．デバイスに対する入出力としては，流体の他に電気や光を考慮する必要がある．また，ワイヤボンディングされた接点などの脆弱部を保護できる構造も重要である．以前、水平流体接続のソケットが発表した1)．そのソケットはデバイス表面の空間は開放されており，目視や顕微鏡による観察及び光学的手法による評価が容易に行えるように配慮されている．しかし、そのチップ製造最後の工程であり、ダイシングにより流路内ダイシングダストの混入を避けられない. 流路詰まるほどではないが、マイクロバルブ構造ある場合、リークの原因になる. 本稿では，そのソケットの続報で、縦型流体接続ソケットについて報告する．このソケットはプロセス可視化に不向きだが、マイクロ・バルブなどパーティクル・フリー流路に適している. その他に簡単のねじ込みバルブも各流路に付けた. 

２．構造と実装試験 (略)

Fig. 1.　 Photo of the socket. There are 10 channels available for I/O of working fluids. The screw over each silicone tube works as a valve.

Fig. 2.　 Photo of an opened socket. At the bottom part of the socket is the spring array for electrical connection. The silicone tubes for fluidic connection are in dual-in-line structure with a pitch of 2.2 mm. The extended silicone tubes, on the top part of the socket, serve as o-rings to seal the flow channel ports on fluidic chip. Both working fluidic and electrical connections are adhesive/solder-free. The guides separated each spring made it efficient to align a microfluidic device into the socket.

Fig. 3.　 Photo of a microfluidic valve mounted in a socket. The socket has only 8 fluidic channels and 18 springs for electrical connections. The die size is 6.6 mm x 6.6 mm x 0.9 mm. The top glass part of the microvalve has through holes with a pitch of 2.2 mm.

Fig. 4. Photo of the exchangeable module for fluidic connection in the socket. (Left) The fluidic connection module which can be various thickness or pitch to fit for the die with different fluidic design. (Middle) The frame for the module. The grooves are the guides for silicone tubes and the hole under each groove is for the screw valve. (Right) The cover for the module.

まとめ

縦型マイクロ流体デバイスのテスト・ソケットを開発した．初期開発したソケットより、プロセス可視化の部分が損なったが、パーティクル・フリーの仕様に適している。すべでの接点が半田及び接着剤フリー構造になり、試験チップの着脱はワンタッチで行われる。流体接続モジュールも交換可能である。バルブ機能を内蔵され、効率よく試験するソケットが実現した。

参考文献

１) Yang Z and Maeda R (2002) A world-to-chip socket for microfluidic prototype development, Electrophoresis 23 (20) 3474-3478

２) Unger M. A., Chou H. P., Thorsen T., Scherer, A. and Quake, S. R. (2000) Monolithic Microfabricated Valves and Pumps by Multilayer Soft Lithography. Science, 290, 1536-1540.

For a softcopy of the paper (in Japanese), email to : Zhen.YANG@aist.go.jp