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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-66839
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/6683/

Tahhan, Isam

Ein Beitrag zum wirtschaftlichen Fügen von mikrofluidischen Baugruppen

A contribution on cost effective joining of microfluidic assemblies

Kurzfassung in Deutsch

Die vorliegende, in der Zeit vom Mitte 2003 bis Ende 2007 entstandene Arbeit befasst sich mit dem wirtschaftlichen Deckeln temperaturempfindlicher mikrofluidischer Strukturen.
Derartige Strukturen finden in immer größeren Stückzahlen beispielsweise in den Life-Sciences Verwendung. Besondere Anforderungen werden dabei an eine kostengünstige und robuste Fertigung, sowie eine ausreichende Lebensdauer der Fügeverbindung zwischen dem meist als Spritzgussteil vorliegenden Fluidsystem und dem Deckel gestellt. Herkömmliche Verfahren wie das Ultraschallschweißen, das Laminieren oder das Laserstrahlschweißen nutzen Wärme. Dies verbietet sich jedoch in Fällen, in denen temperatursensitive Stoffe als Analyten eingesetzt werden, oder in denen eine mechanische Schädigung durch Schmelzen der häufig filigranen Strukturen zu befürchten ist.
Die vorliegende Arbeit schlägt daher ein rein mechanisches Deckeln derartiger Strukturen auf der Basis eines vorgewölbten Deckels vor. Durch eine lediglich in den unproblematischen Randbereichen wirkende Klemmkraft, die mechanisch oder mittels einer ausreichend weit vom relevanten Bereich entfernte Laserschweißung bereitgestellt wird, kann die Einbringung von Wärme an allen kritischen Stellen vollständig vermieden werden.
Nach einer ausführlichen Darstellung des Standes der Technik und einer Begründung der Entscheidung für das Verfahren des mechanischen Deckelns wird zunächst kurz auf die theoretischen Grundlagen eingegangen. Daran schließt sich ein umfassender praktischer Teil an, der die im Wesentlichen mittels Simulation erreichten und an Prototypen verifizierten Ergebnisse erläutert. Dabei wird auch das Laserdurchstrahlschweißen als ergänzendes Verfahren genauer untersucht. Ebenfalls ausführlich behandelt werden Fragen nach Fehlern in der Fertigung und während des Fügeprozesses, sowie deren Auswirkungen auf die kurz- und langfristige Dichtheit der Verbindung. Nach Betrachtungen zur Wirtschaftlichkeit des vorgeschlagenen Verfahrens, ergänzt durch einen Vergleich mit konkurrierenden Fügeprozessen, schließt die Arbeit mit einem Ausblick ab, der das Potenzial der Ergebnisse auch für andere technische Gebiete erkennen lässt.

Kurzfassung in Englisch

The present work that has been written in the time from mid 2003 to end 2007 relates to the cost-effective capping of temperature sensitive microfluidics structures.
Such structures are used in increasing numbers e.g. in the life sciences. Particular demands relate to the cost effective and robust production, as well as a sufficient life span of the joint zone between fluidic system that usually comes as an injection moulded part, and the lid. Common techniques such as ultrasonic welding, laminating, or as laser welding use heat. This is prohibitive in cases where temperature sensitive matter is used as analytes, or where mechanical damage of the often delicate structures must be feared due to melting.
The work at hand therefore proposes a purely mechanical capping of such structures on the basis of a pre-formed lid. By a clamping force that exerts only onto the unproblematic border areas, and that is provided mechanically or by means of a laser weld being sufficiently distant from the relevant region, the transfer of heat into all critical places can be completely avoided.
Firstly, after a thorough presentation of the state of the art and a motivation for the choosing the method of mechanical capping, the theoretical basics are briefly went into. An extensive practical part follows, describing the results that have been particularly achieved by simulation, and that were verified by prototypes. There, laser welding as a supplementary process is looked at in more detail. Also extensively discussed is the question of production flaws as well as flaws occurring during the joint procedure, and also their effects on the short- and long term tightness of the joint. Subsequent to considerations regarding cost-effectiveness of the proposed method that are completed by a comparison to concurring joint processes, the work closes with an outlook that reveals the potential of the results for other technical fields as well.