JP2000220766A - Semiconductor microvalve and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor microvalve and manufacture thereof

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JP2000220766A
JP2000220766A JP14711999A JP14711999A JP2000220766A JP 2000220766 A JP2000220766 A JP 2000220766A JP 14711999 A JP14711999 A JP 14711999A JP 14711999 A JP14711999 A JP 14711999A JP 2000220766 A JP2000220766 A JP 2000220766A
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JP
Japan
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flexible portion
semiconductor
semiconductor microvalve
memory alloy
shape memory
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JP14711999A
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Japanese (ja)
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Masaari Kamakura
將有 鎌倉
Shigeaki Tomonari
恵昭 友成
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/025Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic actuated by thermo-electric means

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor microvalve and manufacture thereof capable of a broad range of flow control and wherein a small and normally open type valve is easily formed. SOLUTION: A semiconductor substrate 1 having a through hole 1a and a projection part 1c being a valve seat provided near an opening of the through hole 1a, and a flat form flexible part 2 oppositely placed with a predetermined gap width in between a surface having the projection 1c of the semiconductor substrate 1 formed are included, and a flow control of fluid is performed by displacing the flexible part 2 for adjusting the gap width.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、気体等の流量制御
に用いられる半導体マイクロバルブ及びその製造方法に
関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor microvalve used for controlling a flow rate of a gas or the like, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子血圧計においては、空気の圧力制御
に定速排気弁及び高速排気弁と称される、2種類の弁が
用いられている。前者は、腕や手首に巻かれたカフ帯に
加圧空気を送り込み、血流を一旦止めた後のカフ帯内の
空気圧を、所定の速度(2.5mmHg/sec.)にて降下させる
ためのものであり、後者は、血圧測定終了後や緊急時
に、カフ帯内の空気圧を、約1秒という短時間で大気圧
に戻すためのものである。
2. Description of the Related Art In an electronic sphygmomanometer, two types of valves called a constant speed exhaust valve and a high speed exhaust valve are used for controlling the pressure of air. The former is to send pressurized air to the cuff band wound around the arm or wrist, and to lower the air pressure in the cuff band after stopping blood flow at a predetermined speed (2.5 mmHg / sec.). The latter is for returning the air pressure in the cuff band to the atmospheric pressure in a short time of about 1 second after the blood pressure measurement is completed or in an emergency.

【0003】一般的には、定速排気弁には特開平7-1458
74号公報に開示されているようなゴムチューブを用いた
ものが、また、高速排気弁にはソレノイドを用いた電磁
弁がよく用いられている。
Generally, a constant-speed exhaust valve is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No.
The one using a rubber tube as disclosed in Japanese Patent Publication No. 74, and the solenoid valve using a solenoid are often used as high-speed exhaust valves.

【0004】血圧計を小型化するためには、これらの2
種類の弁を、小型で空気の流量を制御できるアクチュエ
ータに置き換える必要があるが、その一つとしてシリコ
ンを用いた半導体マイクロバルブが挙げられる。
In order to reduce the size of the sphygmomanometer, these two
It is necessary to replace each type of valve with a small actuator capable of controlling the flow rate of air. One of them is a semiconductor microvalve using silicon.

【0005】従来、この種の半導体マイクロバルブとし
ては、USP5069419やUSP5058856等に代表される、図11
に示すような構造のものが知られている。この半導体マ
イクロバルブは、図11に示すように、半導体基板であ
る2つのシリコン基板1,12を用いて構成されてい
る。シリコン基板1の略中央には二主表面側から一主表
面側に貫通する貫通孔1aが形成され、貫通孔1aの一
主表面側開口周縁には、シリコン基板1の一主表面に溝
部1bを形成することにより突起部1cが形成されてい
る。ここで、突起部1cの表面は、シリコン基板1の周
縁部を成す支持部1dの一主表面側と同一平面を構成し
ている。
[0005] Conventionally, as this kind of semiconductor microvalve, as shown in USP5069419 and USP5058856, FIG.
The structure shown in FIG. As shown in FIG. 11, the semiconductor microvalve is configured by using two silicon substrates 1 and 12, which are semiconductor substrates. A through hole 1a penetrating from the two main surface sides to the one main surface side is formed at substantially the center of the silicon substrate 1, and a groove 1b is formed in one main surface of the silicon substrate 1 around the opening on one main surface side of the through hole 1a. Is formed to form the projection 1c. Here, the surface of the protruding portion 1c forms the same plane as one main surface side of the supporting portion 1d which forms the peripheral portion of the silicon substrate 1.

【0006】また、シリコン基板12の二主表面側を加
工して、貫通孔1aに対向配置された弁体12aと、弁
体12aを薄肉状の可撓部12bを介して支持する支持
部12cとが形成されている。ここで、支持部12cの
二主表面側と弁体12aの二主表面側とは同一平面を構
成している。
Further, the two main surfaces of the silicon substrate 12 are machined to form a valve body 12a opposed to the through hole 1a, and a support portion 12c for supporting the valve body 12a via a thin flexible portion 12b. Are formed. Here, the two main surface sides of the support portion 12c and the two main surface sides of the valve element 12a form the same plane.

【0007】また、支持部1dの一主表面側と支持部1
2cの二主表面側とが連結され、これにより、シリコン
基板1,12で規定されるギャップ13が構成される。
そして、シリコン基板1の二主表面側から一主表面側に
貫通する流体の流出口4がギャップ13と連通するよう
に形成されている。
Further, one main surface side of the support portion 1d and the support portion 1d
The two main surfaces 2c are connected to each other, whereby a gap 13 defined by the silicon substrates 1 and 12 is formed.
The fluid outlet 4 penetrating from the two main surfaces of the silicon substrate 1 to the one main surface is formed so as to communicate with the gap 13.

【0008】この半導体マイクロバルブは、弁体12a
の二主表面側と突起部1cの表面とで流路を形成し、流
体の流量を制御している。なお、流体は、貫通孔1aよ
りバルブ内に導入され、ギャップ13を介して流出口4
よりバルブの外へ排出される。
This semiconductor microvalve has a valve body 12a.
A flow path is formed between the two main surface sides and the surface of the projection 1c to control the flow rate of the fluid. The fluid is introduced into the valve through the through-hole 1a and flows out of the outlet 4 through the gap 13.
It is discharged out of the valve.

【0009】ここで、流体の流量制御を行うには、可撓
部12bを変位させるための何らかのバルブ駆動部が必
要となる。バルブ駆動部としては、静電力や電磁力を用
いたものの他に、様々な方法が用いられており、USP506
9419やUSP5058856には、アルミニウム(Al)またはニッ
ケル(Ni)とシリコン(Si)とのバイメタルを構成し、
熱膨張によって前記バイメタルを撓ませて可撓部12b
を変位させる方法が開示されている。
Here, in order to control the flow rate of the fluid, some valve drive unit for displacing the flexible portion 12b is required. Various methods are used for the valve drive unit in addition to those using electrostatic force or electromagnetic force.
9419 and USP5058856 are made of aluminum (Al) or nickel (Ni) and silicon (Si) bimetal,
The bimetal is bent by thermal expansion to form a flexible portion 12b.
Are disclosed.

【0010】電子血圧計の圧力制御に半導体マイクロバ
ルブを適用する場合には、(1)定速排気弁(10〜100S
CCM )と高速排気弁(約1000SCCM)の両方の流量範囲を
カバーする、広範囲の流量制御が可能、(2)低消費電
力、(3)ノーマリオープン型(電池切れ等の非常時の
安全性確保のため)、(4)耐圧約1.5 気圧(760mmHg
+350mmHg =1110mmHg)、という仕様を満たさなければ
ならない。
When a semiconductor microvalve is applied to pressure control of an electronic sphygmomanometer, (1) a constant speed exhaust valve (10 to 100 S
CCM) and high-speed exhaust valve (approx. 1000SCCM) can cover a wide range of flow rates. (2) Low power consumption. (3) Normally open type. (4) Withstand pressure about 1.5 atm (760mmHg)
+ 350mmHg = 1110mmHg).

【0011】図12は、従来例に係る半導体マイクロバ
ルブの定速排気時の圧力と流量との関係を示す特性図で
あり、図13は、従来例に係る半導体マイクロバルブの
入力圧及びギャップ幅と流量との関係を示す特性図であ
る。図12,図13より、半導体マイクロバルブの流量
特性はギャップ幅に大きく依存し、電子血圧計用途を考
慮した場合には、ギャップ幅を大きく可変にできるバル
ブの実現が不可欠である(例えば0 〜40μm )。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing the relationship between the pressure and the flow rate of the conventional semiconductor microvalve at the time of constant-speed exhaust, and FIG. 13 is the input pressure and gap width of the conventional semiconductor microvalve. FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between the flow rate and the flow rate. 12 and 13, the flow characteristics of the semiconductor microvalve greatly depend on the gap width, and when considering the use of an electronic sphygmomanometer, it is indispensable to realize a valve capable of greatly changing the gap width (for example, 0 to 0). 40 μm).

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
構造の半導体マイクロバルブでは、例えば、"Electrica
lly-Activated Micromachined Diaphragm Valves,Hal J
erman,IC Sensors,Technical Digest IEEE Solid-State
Sensor and Actuator Workshop,p.65〜69,Jun.1990"
に記載されているように、最大ギャップ幅が約25μm し
か得られず、100SCCM までの流量制御しかできないとい
う問題があった。
However, in the semiconductor microvalve having the above structure, for example, "Electrica"
lly-Activated Micromachined Diaphragm Valves, Hal J
erman, IC Sensors, Technical Digest IEEE Solid-State
Sensor and Actuator Workshop, p.65-69, Jun. 1990 "
As described in the above, there was a problem that the maximum gap width was only about 25 μm, and the flow rate could only be controlled up to 100 SCCM.

【0013】また、従来においては、弁体12aの形状
として所謂ボス構造となっていた。この構造は、弁体1
2aの自重があるため、流体の入力圧力が高い場合にバ
ルブを完全に締め切るのに有効ではあるが、バルブ素子
の特に厚さ方向の小型化が難しいという問題や、突起部
1cと弁体12aとの位置合わせに比較的高い精度を要
求され、シリコン基板1,12を精度良く貼り合わせる
ことが必要となり、位置合わせ余裕のために弁体12a
が横方向にさらに大きくなるという問題があった。
Conventionally, the valve body 12a has a so-called boss structure. This structure is a valve element 1
The weight of the valve element 2a is effective for completely closing the valve when the input pressure of the fluid is high. However, it is difficult to reduce the size of the valve element, particularly in the thickness direction. Relatively high precision is required for the alignment with the silicon substrate 1 and 12 and it is necessary to bond the silicon substrates 1 and 12 with high precision.
However, there is a problem that the size becomes larger in the lateral direction.

【0014】さらに、バイメタルを用いた半導体マイク
ロバルブにおいては、通常はノーマリクローズ型になら
ざるを得ないという問題があった。
[0014] Further, a semiconductor microvalve using a bimetal has a problem that it normally has to be a normally closed type.

【0015】本発明は、上記の点に鑑みて成されたもの
であり、その目的とするところは、小型でノーマリオー
プン型のバルブが容易に形成でき、かつ、広範囲の流量
制御が可能な半導体マイクロバルブ及びその製造方法を
提供することにある。
The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention that a small-sized normally open valve can be easily formed and a wide range of flow control can be performed. An object of the present invention is to provide a semiconductor microvalve and a method for manufacturing the same.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
貫通孔と該貫通孔の開口近傍に設けられた弁座となる突
起部とを有する半導体基板と、該半導体基板の前記突起
部が形成された面に所定のギャップ幅を介して対向配置
された平板形状の可撓部とを有し、該可撓部を変位させ
て前記ギャップ幅を調節することにより流体の流量制御
を行うことを特徴とするものである。
According to the first aspect of the present invention,
A semiconductor substrate having a through hole and a projection serving as a valve seat provided in the vicinity of the opening of the through hole; and a semiconductor substrate facing the surface of the semiconductor substrate where the projection is formed, with a predetermined gap width therebetween. A flexible portion having a flat plate shape, and controlling the flow rate of the fluid by adjusting the gap width by displacing the flexible portion.

【0017】請求項2記載の発明は、請求項1記載の半
導体マイクロバルブにおいて、前記ギャップ幅を、前記
半導体基板上にギャップ形成層を介して前記可撓部を形
成することにより構成したことを特徴とするものであ
る。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor microvalve according to the first aspect, the gap width is formed by forming the flexible portion on the semiconductor substrate via a gap forming layer. It is a feature.

【0018】請求項3記載の発明は、請求項1または請
求項2記載の半導体マイクロバルブにおいて、前記可撓
部が、ダイヤフラム形状であることを特徴とするもので
ある。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor microvalve according to the first or second aspect, the flexible portion has a diaphragm shape.

【0019】請求項4記載の発明は、請求項1または請
求項2記載の半導体マイクロバルブにおいて、前記可撓
部が、前記貫通孔の開口に対応する箇所に配置された弁
体と、該弁体の外周縁から延在する複数のビームとを有
する形状であることを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor microvalve according to the first or second aspect, the flexible portion is disposed at a position corresponding to an opening of the through hole; And a plurality of beams extending from the outer periphery of the body.

【0020】請求項5記載の発明は、請求項1乃至請求
項4のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部の所定箇所に金属層を形成し、該金属層
を組成する材料と前記可撓部を組成する材料とでバイメ
タルを構成し、前記金属層及び前記可撓部を組成する材
料の熱膨張係数の違いにより前記可撓部を変位させるよ
うにしたことを特徴とするものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor microvalve according to any one of the first to fourth aspects, wherein a metal layer is formed at a predetermined portion of the flexible portion, and a material for forming the metal layer is provided. And a material forming the flexible portion, and a bimetal is formed, and the flexible portion is displaced by a difference in thermal expansion coefficient between the metal layer and the material forming the flexible portion. Things.

【0021】請求項6記載の発明は、請求項5記載の半
導体マイクロバルブにおいて、前記金属層を、アルミニ
ウムまたはニッケルを用いて形成し、前記可撓部として
シリコンを用いて形成したことを特徴とするものであ
る。
According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor microvalve according to the fifth aspect, the metal layer is formed using aluminum or nickel, and the flexible portion is formed using silicon. Is what you do.

【0022】請求項7記載の発明は、請求項1乃至請求
項4のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部上の所定箇所に形状記憶合金ワイヤを配
置し、前記可撓部上に前記形状記憶合金ワイヤと同じ厚
みのスペーサを介して、ストッパを前記可撓部に対向配
置させ、前記形状記憶合金ワイヤの変形による発生力を
前記ストッパにより所定方向に発生させることにより、
前記可撓部を変位させるようにしたことを特徴とするも
のである。
According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor microvalve according to any one of the first to fourth aspects, a shape memory alloy wire is arranged at a predetermined position on the flexible portion, and By interposing a stopper facing the flexible portion through a spacer having the same thickness as the shape memory alloy wire above, by generating a force generated by deformation of the shape memory alloy wire in a predetermined direction by the stopper,
The flexible part is displaced.

【0023】請求項8記載の発明は、請求項1乃至請求
項4のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部上に形状記憶合金箔を配置し、該形状記
憶合金箔の変形による発生力を利用して、前記可撓部を
変位させるようにしたことを特徴とするものである。
According to an eighth aspect of the present invention, in the semiconductor microvalve according to any one of the first to fourth aspects, a shape memory alloy foil is disposed on the flexible portion, and the shape memory alloy foil is deformed. Wherein the flexible portion is displaced by utilizing the force generated by the elastic member.

【0024】請求項9記載の発明は、請求項1乃至請求
項4のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部の材料として、形状記憶合金箔を使用
し、該形状記憶合金箔の変形・復元を利用して、前記可
撓部を変位させるようにしたことを特徴とするものであ
る。
According to a ninth aspect of the present invention, in the semiconductor microvalve according to any one of the first to fourth aspects, a shape memory alloy foil is used as a material of the flexible portion. The flexible portion is displaced by utilizing the deformation / restoration of (1).

【0025】請求項10記載の発明は、請求項2乃至請
求項9のいずれかに記載の半導体マイクロバルブの製造
方法であって、前記ギャップ形成層としてSi-B-Oガラス
を用い、所定箇所をエッチングすることにより前記ギャ
ップ幅を形成するようにしたことを特徴とするものであ
る。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the method of manufacturing a semiconductor microvalve according to any one of the second to ninth aspects, wherein a predetermined portion is etched using Si-BO glass as the gap forming layer. In this case, the gap width is formed.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づき説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0027】=実施の形態1= 図1は、本発明の一実施の形態に係る半導体マイクロバ
ルブを示す概略断面図である。本実施の形態に係る半導
体マイクロバルブは、半導体基板であるシリコン基板1
の略中央の二主表面側から一主表面側にかけて貫通する
貫通孔1aを有する。貫通孔1aの、シリコン基板1の
一主表面側の開口周縁には、シリコン基板1の一主表面
に溝部1bを形成することにより突起部1cが形成され
ている。従って、突起部1cの表面と、シリコン基板1
の周縁部を成す支持部1dの一主表面とは同一平面を構
成している。
Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic sectional view showing a semiconductor microvalve according to an embodiment of the present invention. The semiconductor microvalve according to the present embodiment has a silicon substrate 1 as a semiconductor substrate.
Has a through hole 1a that penetrates from the two main surface sides substantially at the center to the one main surface side. On the periphery of the opening of the through hole 1a on the one main surface side of the silicon substrate 1, a projection 1c is formed by forming a groove 1b on one main surface of the silicon substrate 1. Therefore, the surface of the projection 1c and the silicon substrate 1
And one main surface of the support portion 1d which forms the peripheral portion of.

【0028】また、シリコン基板1の一主表面側に所定
のギャップを介してシリコン基板等の半導体基板から成
る薄肉状の可撓部2が対向配置されている。ここで、可
撓部2の周縁部は、支持部1d上に形成されたギャップ
形成層3を介してシリコン基板1に接合されている。
Further, a thin flexible portion 2 made of a semiconductor substrate such as a silicon substrate is opposed to one main surface side of the silicon substrate 1 with a predetermined gap therebetween. Here, the peripheral portion of the flexible portion 2 is joined to the silicon substrate 1 via the gap forming layer 3 formed on the support portion 1d.

【0029】ギャップ形成層3の厚みは、制御を行いた
い所望の流量範囲を元に設計される、最大変位量(ギャ
ップ幅)によって決定され、可撓部2の厚みは、前記最
大変位量及び使用圧力範囲を元に、材料力学的な計算か
ら決定される。
The thickness of the gap forming layer 3 is determined by a maximum displacement (gap width) designed based on a desired flow rate range to be controlled, and the thickness of the flexible portion 2 is determined by the maximum displacement and the maximum displacement. Based on the working pressure range, it is determined from a material dynamic calculation.

【0030】上記の計算例として、電子血圧計の排気弁
として使用する場合、最大変位量は40μm であるから、
ギャップ形成層3の厚みは40μm と決定される。また、
最大152 kPa の入力圧力において、バルブを締め切った
際の、可撓部2の圧力による歪みは、図2に示すように
可撓部2の厚みによって変化するので、バルブ締め切り
時の流体の漏れを抑制するには、可撓部2の厚みは15μ
m 以上必要である。
As an example of the above calculation, when used as an exhaust valve of an electronic sphygmomanometer, the maximum displacement is 40 μm.
The thickness of the gap forming layer 3 is determined to be 40 μm. Also,
At an input pressure of up to 152 kPa, the distortion caused by the pressure of the flexible portion 2 when the valve is closed changes depending on the thickness of the flexible portion 2 as shown in FIG. To suppress, the thickness of the flexible part 2 is 15μ
m is required.

【0031】本実施の形態においては、可撓部2をその
まま弁体として使用し、可撓部2と突起部1cとのギャ
ップを流路とし、このギャップ幅により流体の流量制御
を行うため、従来例のような大きなボス構造が存在せ
ず、素子の小型化(特に厚さ方向)が実現でき、突起部
1cと弁体となる可撓部2との位置合わせも容易とな
り、位置合わせ余裕も大きくとらなくても良い。
In the present embodiment, the flexible portion 2 is used as a valve body as it is, and the gap between the flexible portion 2 and the projection 1c is used as a flow path, and the flow rate of the fluid is controlled by the gap width. Since there is no large boss structure as in the conventional example, downsizing of the element (especially in the thickness direction) can be realized, alignment between the protrusion 1c and the flexible portion 2 serving as a valve body is facilitated, and alignment margin is provided. Does not need to be large.

【0032】また、同じ発生力に対して、ボス構造と比
較してより大きな変位を得ることができ、さらに、ギャ
ップ形成層3を設けることにより、従来では実現困難で
あった、ノーマリオープン型のバルブを得ることができ
る。
Further, for the same generated force, a larger displacement can be obtained as compared with the boss structure, and furthermore, by providing the gap forming layer 3, a normally open type which has been difficult to realize conventionally. Valve can be obtained.

【0033】=実施の形態2= 図3は、本発明の他の実施の形態に係る半導体マイクロ
バルブを示す概略構成図であり、(a)は概略断面図で
あり、(b)は上面から見た状態を示す概略平面図であ
る。本実施の形態に係る半導体マイクロバルブは、実施
の形態1として説明した図1に示す半導体マイクロバル
ブにおいて、可撓部2をダイヤフラム状とし、シリコン
基板1と可撓部2とのギャップで構成される流路に連通
するように、ギャップ形成層3中に流体の流出口4を設
けた構成である。
Embodiment 2 = FIGS. 3A and 3B are schematic structural views showing a semiconductor microvalve according to another embodiment of the present invention, wherein FIG. 3A is a schematic sectional view, and FIG. FIG. 4 is a schematic plan view showing a state in which it is seen. The semiconductor microvalve according to the present embodiment is the same as the semiconductor microvalve shown in FIG. 1 described as the first embodiment, except that the flexible portion 2 has a diaphragm shape and is formed by a gap between the silicon substrate 1 and the flexible portion 2. A fluid outlet 4 is provided in the gap forming layer 3 so as to communicate with a flow path.

【0034】なお、本実施の形態においては、流出口4
をギャップ形成層3に設けたが、これに限定されるもの
ではなく、シリコン基板1に設けるようにしても良い。
In this embodiment, the outlet 4
Is provided in the gap forming layer 3, but is not limited thereto, and may be provided in the silicon substrate 1.

【0035】従って、本実施の形態においては、実施の
形態1の効果に加えて、可撓部2の形状がダイヤフラム
状の場合においても、流体の流量制御を行うことができ
る。
Therefore, in the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the flow rate of the fluid can be controlled even when the flexible portion 2 has a diaphragm shape.

【0036】=実施の形態3= 図4は、本発明の他の実施の形態に係る半導体マイクロ
バルブを示す概略構成図であり、(a)は概略断面図で
あり、(b)は上面から見た状態を示す概略平面図であ
る。本実施の形態に係る半導体マイクロバルブは、実施
の形態1として図1に示す半導体マイクロバルブにおい
て、可撓部2を弁体となる中央部2aと、中央部2aの
外周縁から四方に延在するビーム2bとビーム2bを支
持するフレーム2cとで構成したものである。
Embodiment 3 = FIGS. 4A and 4B are schematic structural views showing a semiconductor microvalve according to another embodiment of the present invention, wherein FIG. 4A is a schematic sectional view, and FIG. FIG. 4 is a schematic plan view showing a state in which it is seen. In the semiconductor microvalve according to the present embodiment, in the semiconductor microvalve shown in FIG. 1 as the first embodiment, the flexible portion 2 extends in four directions from a central portion 2a serving as a valve body and an outer peripheral edge of the central portion 2a. And a frame 2c for supporting the beam 2b.

【0037】従って、本実施の形態においては、ビーム
2bを形成するために取り除いた領域をそのまま流体の
流出口4として用いることができるので、実施の形態2
のように別途流出口4を形成することなく、実施の形態
2と同様の効果が得られる。
Therefore, in the present embodiment, the region removed to form the beam 2b can be used as the fluid outlet 4 as it is.
Thus, the same effect as in the second embodiment can be obtained without separately forming the outflow port 4.

【0038】また、可撓部2をビーム2bを有する構成
としたので、実施の形態2と比較して、より大きな変位
を得ることができる。
Further, since the flexible portion 2 has the structure having the beam 2b, a larger displacement can be obtained as compared with the second embodiment.

【0039】なお、本実施の形態においては、4本のビ
ーム2bを形成する場合について説明したが、これに限
定されるものではなく、2本,8本,16本等、何本の
ビーム2bを形成するようにしても良い。
In the present embodiment, the case where four beams 2b are formed has been described. However, the present invention is not limited to this, and the number of beams 2b such as two, eight, and sixteen is formed. May be formed.

【0040】ここで、本実施の形態に係る半導体マイク
ロバルブの製造工程の一例について図面に基づいて説明
する。図5は、本実施の形態に係る半導体マイクロバル
ブの製造工程を示す概略断面図である。先ず、シリコン
基板1の両面にシリコン窒化膜等の保護膜(図示せず)
を形成し、シリコン基板1の一主表面の保護膜をエッチ
ング除去して開口部を形成する。
Here, an example of a manufacturing process of the semiconductor microvalve according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a schematic sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor microvalve according to the present embodiment. First, a protective film (not shown) such as a silicon nitride film is formed on both surfaces of the silicon substrate 1.
Is formed, and the protective film on one main surface of the silicon substrate 1 is removed by etching to form an opening.

【0041】続いて、開口部が形成された保護膜をマス
クとして、シリコン基板1の一主表面を、水酸化カリウ
ム(KOH )溶液等のアルカリ系のエッチャントを用いて
異方性エッチングを行うことにより溝部1b及び突起部
1cを形成し、保護膜をエッチング除去する(図5
(a))。
Subsequently, anisotropic etching is performed on one main surface of the silicon substrate 1 using an alkaline etchant such as a potassium hydroxide (KOH) solution, using the protective film in which the opening is formed as a mask. A groove 1b and a protrusion 1c are formed by etching, and the protective film is removed by etching (FIG. 5).
(A)).

【0042】次に、ギャップ形成層3であるSi−B −O
ガラス3aをシリコン基板1の一主表面上に堆積し、熱
処理によって表面を平坦化させる(図5(b))。この
とき、Si−B −O ガラス3aの厚みは、制御を行いたい
所望の流量範囲を元に設計される、最大ギャップ幅によ
って決定される。
Next, the Si—B—O as the gap forming layer 3 is formed.
A glass 3a is deposited on one main surface of the silicon substrate 1, and the surface is flattened by heat treatment (FIG. 5B). At this time, the thickness of the Si-B-O glass 3a is determined by the maximum gap width designed based on a desired flow rate range to be controlled.

【0043】次に、別途用意したシリコン基板等の半導
体基板をSi−B −O ガラス3a上に貼り合わせ、研磨を
行うことにより可撓部2を形成する(図5(c))。こ
のとき、可撓部2の厚みは、流量制御に必要な変位量を
元に、材料力学的な計算から決定される。
Next, a semiconductor substrate such as a silicon substrate prepared separately is bonded onto the Si--B--O glass 3a and polished to form the flexible portion 2 (FIG. 5C). At this time, the thickness of the flexible portion 2 is determined from material dynamic calculation based on the displacement required for the flow rate control.

【0044】次に、可撓部2上及びシリコン基板1の二
主表面上にシリコン窒化膜等の保護膜5を形成し、所望
の箇所(貫通孔1a形成箇所)をエッチング除去して開
口部を形成し、開口部が形成された保護膜5をマスクと
してアルカリ系のエッチャントを用いて異方性エッチン
グを行うことにより、シリコン基板1の二主表面側から
一主表面側に貫通する貫通孔1aを形成する(図5
(d))。
Next, a protective film 5 such as a silicon nitride film is formed on the flexible portion 2 and the two main surfaces of the silicon substrate 1, and a desired portion (a portion where the through hole 1a is formed) is removed by etching. Is formed and anisotropic etching is performed using an alkaline etchant with the protective film 5 in which the opening is formed as a mask, so that a through hole penetrating from the two main surface sides of the silicon substrate 1 to one main surface side is formed. 1a (FIG. 5)
(D)).

【0045】次に、貫通孔1aからHF溶液等の酸性のエ
ッチャントを導入して、Si−B −Oガラス3aの所望の
箇所を犠牲層エッチングする(図5(e))。この犠牲
層エッチングにより残ったSi−B −O ガラス3aがギャ
ップ形成層3となり、犠牲層エッチングした領域が流体
の流路となる。
Next, an acidic etchant such as an HF solution is introduced from the through-hole 1a, and a desired portion of the Si-B-O glass 3a is etched by a sacrifice layer (FIG. 5E). The Si-B-O glass 3a remaining by this sacrificial layer etching becomes the gap forming layer 3, and the region where the sacrificial layer is etched becomes a fluid flow path.

【0046】最後に、保護膜5上の所定の箇所に金属薄
膜や形状記憶合金等のバルブ駆動部(図5では金属層6
を形成してバイメタル構造を形成した場合を示す)を形
成し(図5(f))、可撓部2を反応性イオンエッチン
グ(RIE:Reactive Ion Etching) 等により所定の形状
にパターニングする(図5(g))。
Finally, a valve driving unit (such as a metal layer 6 in FIG.
(FIG. 5 (f)), and the flexible portion 2 is patterned into a predetermined shape by reactive ion etching (RIE) or the like (FIG. 5F). 5 (g)).

【0047】なお、流出口4を別途形成する必要がある
場合には、Si−B −O ガラス3aを形成した後、犠牲層
エッチングを行う前に、必要な領域をパターニングし、
エッチングを行うことにより流出口4を形成しておくよ
うにする。
If it is necessary to form the outlet 4 separately, after forming the Si--B--O glass 3a, the necessary region is patterned before the sacrificial layer is etched.
The outlet 4 is formed by performing etching.

【0048】従って、本製造工程によれば、ギャップ形
成層3の材料としてSi−B −O ガラス3aを用い、犠牲
層エッチングによりギャップ形成層3及び流路を形成す
るようにしたので、加工を容易に、かつ、精度良く行う
ことができる。
Therefore, according to the present manufacturing process, the gap forming layer 3 and the flow path are formed by the sacrifice layer etching using the Si—B—O glass 3a as the material of the gap forming layer 3, so that the processing is performed. It can be performed easily and accurately.

【0049】=実施の形態4= 図6は、本発明の他の実施の形態に係る半導体マイクロ
バルブを示す概略構成図であり、(a)は概略断面図で
あり、(b)は概略平面図である。ここでは、マイクロ
バルブのバルブ駆動部としてのバイメタル構造の構成に
ついて示す。なお、ここでは、半導体マイクロバルブの
概略構成として、実施の形態3として図4に示す半導体
マイクロバルブと同様の構成を用いて説明するが、その
他の実施の形態の半導体マイクロバルブの構成にも適用
できる。
Embodiment 4 = FIGS. 6A and 6B are schematic structural views showing a semiconductor microvalve according to another embodiment of the present invention, wherein FIG. 6A is a schematic sectional view, and FIG. FIG. Here, a configuration of a bimetal structure as a valve driving unit of the microvalve will be described. Here, as a schematic configuration of the semiconductor microvalve, a configuration similar to that of the semiconductor microvalve shown in FIG. 4 will be described as a third embodiment, but the present invention is also applied to a configuration of a semiconductor microvalve of another embodiment. it can.

【0050】本実施の形態に係る半導体マイクロバルブ
は、図4に示す半導体マイクロバルブにおいて、ビーム
2b上に金属層6を形成し、金属層6とビーム2bを組
成するシリコンとでバイメタルを構成している。そし
て、金属層6の下部のビーム2bには、不純物拡散層7
が形成されている。
The semiconductor microvalve according to the present embodiment is the same as the semiconductor microvalve shown in FIG. 4, except that a metal layer 6 is formed on the beam 2b, and a bimetal is formed by the metal layer 6 and silicon constituting the beam 2b. ing. The beam 2b below the metal layer 6 includes an impurity diffusion layer 7
Are formed.

【0051】ここで、金属層6の材料及び厚みは、最大
変位量及び使用圧力範囲を元に、線膨張係数,ヤング率
等を考慮して材料力学的に決定される。金属層6の材料
としては、アルミニウム(Al)やニッケル(Ni)が用い
られることが多い。
Here, the material and thickness of the metal layer 6 are determined mechanically based on the maximum displacement and the working pressure range in consideration of the coefficient of linear expansion, the Young's modulus, and the like. As a material of the metal layer 6, aluminum (Al) or nickel (Ni) is often used.

【0052】不純物拡散層7に通電すると、発熱により
ビーム2b及び金属層6の温度が上昇してそれぞれの体
積は膨張するが、ビーム2bを組成するシリコンと金属
層6とでは線膨張係数が異なるためそれぞれ長さが異な
り、それに応じてビーム2bが下方に撓むことになる。
従って、不純物拡散層7での発熱量を、電流の大きさを
調節することにより、ビーム2bの撓み量を制御し、流
体の流量を制御することができる。
When the impurity diffusion layer 7 is energized, the temperatures of the beam 2b and the metal layer 6 increase due to heat generation, and the respective volumes expand. Therefore, the beams 2b have different lengths, and accordingly, the beam 2b is bent downward.
Therefore, by adjusting the amount of heat generated in the impurity diffusion layer 7 and the magnitude of the current, the amount of deflection of the beam 2b can be controlled, and the flow rate of the fluid can be controlled.

【0053】上記の計算例として、電子血圧計の排気弁
として使用する場合、ギャップ形成層3の厚みが40μm
,可撓部2の厚みが15μmの時、金属層6の厚みは、T
imoschenko によって導かれたバイメタルの変位計算式
から、金属層6の材料がAlでは約10μm ,Niでは約7 μ
m と求められる。
As an example of the above calculation, when used as an exhaust valve of an electronic sphygmomanometer, the thickness of the gap forming layer 3 is 40 μm.
When the thickness of the flexible portion 2 is 15 μm, the thickness of the metal layer 6 is T
From the displacement calculation formula of bimetal derived by imoschenko, the material of the metal layer 6 is about 10 μm for Al and about 7 μm for Ni.
m.

【0054】また、異なるバルブ駆動部について図7に
基づき説明する。図7は、本発明の他の実施の形態に係
る半導体マイクロバルブの概略断面図であり、(a)が
マイクロバルブが開いた状態を示す概略断面図であり、
(b)はマイクロバルブが閉じた状態を示す概略断面図
である。本実施の形態においても半導体マイクロバルブ
の概略構成として、実施の形態3として図4に示す半導
体マイクロバルブと同様の構成を用いて説明するが、そ
の他の実施の形態の半導体マイクロバルブの構成にも適
用できる。
A different valve driving section will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor microvalve according to another embodiment of the present invention, in which (a) is a schematic cross-sectional view showing a state where the microvalve is opened;
(B) is a schematic sectional view showing a state in which the microvalve is closed. Also in this embodiment, the schematic configuration of the semiconductor microvalve will be described as a third embodiment using the same configuration as that of the semiconductor microvalve shown in FIG. 4, but the configuration of the semiconductor microvalve of other embodiments is also described. Applicable.

【0055】本実施の形態に係る半導体マイクロバルブ
は、図4に示す半導体マイクロバルブにおいて、周縁部
にスペーサ8を介して、平板状のストッパ9が可撓部2
に対向配置されている。そして、ストッパ9と可撓部2
との間に形成されるギャップには、スペーサ8と同じ厚
さの形状記憶合金ワイヤ10が設けられている。ここ
で、ストッパ9は、力の印加によって変形しにくいよ
う、材質及び厚さを考慮する必要がある。
The semiconductor microvalve according to the present embodiment is different from the semiconductor microvalve shown in FIG. 4 in that a flat plate-like stopper 9 is
Are arranged opposite to each other. Then, the stopper 9 and the flexible portion 2
Is formed with a shape memory alloy wire 10 having the same thickness as the spacer 8. Here, it is necessary to consider the material and thickness of the stopper 9 so that the stopper 9 is not easily deformed by application of a force.

【0056】形状記憶合金ワイヤ10に対して、図8に
示すように、厚さ方向に伸びた形状を予め記憶させてお
き、この形状記憶合金ワイヤ10に通電して温度を上昇
させることにより、形状記憶合金ワイヤ10が厚さ方向
に伸びて、図7(b)に示すように、可撓部2を下方に
押し下げる。従って、形状記憶合金ワイヤ10の温度を
調節することにより、形状記憶合金ワイヤ10の厚さ方
向の伸びを制御して流体の流量を制御することができ
る。ここで、形状記憶合金は、その大きさ(体積)に比
例して大きな発生力が得られるため、マイクロバルブの
駆動には有効な手段の一つである。
As shown in FIG. 8, a shape elongated in the thickness direction is stored in the shape memory alloy wire 10 in advance, and the shape memory alloy wire 10 is energized to increase the temperature. The shape memory alloy wire 10 extends in the thickness direction, and pushes down the flexible portion 2 as shown in FIG. 7B. Therefore, by adjusting the temperature of the shape memory alloy wire 10, the elongation in the thickness direction of the shape memory alloy wire 10 can be controlled to control the flow rate of the fluid. Here, the shape memory alloy is one of the effective means for driving the microvalve because a large generating force is obtained in proportion to the size (volume) thereof.

【0057】なお、形状記憶合金ワイヤ10に記憶させ
る伸び量は、繰り返し使用における寿命の問題から、形
状記憶合金ワイヤ10の初期厚さの約5 %以内にするこ
とが望ましいとされている。例えば、40μm の変位が必
要な場合は、形状記憶合金ワイヤ10の初期厚さは800
μm 以上あれば良い。
It should be noted that the amount of elongation to be stored in the shape memory alloy wire 10 is desirably within about 5% of the initial thickness of the shape memory alloy wire 10 due to the problem of life in repeated use. For example, if a displacement of 40 μm is required, the initial thickness of the shape memory alloy wire 10 is 800
It is sufficient if it is at least μm.

【0058】また、異なるバルブ駆動部について図9に
基づき説明する。図9は、本発明の他の実施の形態に係
る半導体マイクロバルブの概略断面図であり、(a)が
マイクロバルブが開いた状態を示す概略断面図であり、
(b)はマイクロバルブが閉じた状態を示す概略断面図
である。本実施の形態においても半導体マイクロバルブ
の概略構成として、実施の形態3として図4に示す半導
体マイクロバルブと同様の構成を用いて説明するが、そ
の他の実施の形態の半導体マイクロバルブの構成にも適
用できる。
Further, different valve driving units will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor microvalve according to another embodiment of the present invention, in which (a) is a schematic cross-sectional view showing a state in which the microvalve is opened;
(B) is a schematic sectional view showing a state in which the microvalve is closed. Also in this embodiment, the schematic configuration of the semiconductor microvalve will be described as a third embodiment using the same configuration as that of the semiconductor microvalve shown in FIG. 4, but the configuration of the semiconductor microvalve of other embodiments is also described. Applicable.

【0059】本実施の形態に係る半導体マイクロバルブ
は、図4に示す半導体マイクロバルブにおいて、可撓部
2上に形状記憶合金箔11を設けた構成である。
The semiconductor microvalve according to the present embodiment has a configuration in which the shape memory alloy foil 11 is provided on the flexible portion 2 in the semiconductor microvalve shown in FIG.

【0060】本実施の形態においては、形状記憶合金箔
11に対して、予め下方に変形した形状を記憶させてお
き、この形状記憶合金箔11に通電して温度を上昇させ
ることにより、形状記憶合金箔11が記憶しておいた形
状に変形し、可撓部2を下方に押し下げる。従って、形
状記憶合金箔11の温度を調節することにより、形状記
憶合金箔11の変形を制御して流体の流量を制御するこ
とができる。
In the present embodiment, the shape memory alloy foil 11 is previously stored with the shape deformed downward, and the shape memory alloy foil 11 is energized to increase the temperature, thereby increasing the shape memory alloy foil 11. The alloy foil 11 is deformed into the memorized shape, and the flexible portion 2 is pushed down. Therefore, by adjusting the temperature of the shape memory alloy foil 11, the deformation of the shape memory alloy foil 11 can be controlled to control the flow rate of the fluid.

【0061】また、別の異なるバルブ駆動部について図
10に基づき説明する。図10は、本発明の他の実施の
形態に係る半導体マイクロバルブの概略断面図であり、
(a)がマイクロバルブが開いた状態を示す概略断面図
であり、(b)はマイクロバルブが閉じた状態を示す概
略断面図である。本実施の形態においても半導体マイク
ロバルブの概略構成として、実施の形態3として図4に
示す半導体マイクロバルブと同様の構成を用いて説明す
るが、その他の実施の形態の半導体マイクロバルブの構
成にも適用できる。
Another different valve driving section will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a schematic sectional view of a semiconductor microvalve according to another embodiment of the present invention,
(A) is a schematic sectional view showing a state where the microvalve is opened, and (b) is a schematic sectional view showing a state where the microvalve is closed. Also in this embodiment, the schematic configuration of the semiconductor microvalve will be described as a third embodiment using the same configuration as that of the semiconductor microvalve shown in FIG. 4, but the configuration of the semiconductor microvalve of other embodiments is also described. Applicable.

【0062】本実施の形態に係る半導体マイクロバルブ
は、図4に示す半導体マイクロバルブにおいて、可撓部
2の材料として形状記憶合金箔を使用した構成である。
The semiconductor microvalve according to the present embodiment has a configuration in which a shape memory alloy foil is used as the material of the flexible portion 2 in the semiconductor microvalve shown in FIG.

【0063】本実施の形態においては、形状記憶合金箔
からなる可撓部2に対して、予め下方に変形した形状を
記憶させておき、この可撓部2に通電して温度を上昇さ
せることにより、可撓部2が記憶しておいた形状に変形
し、可撓部2が下方に押し下げられた形状になる。従っ
て、可撓部2を構成する形状記憶合金箔の温度を調節す
ることにより、可撓部2の変形を制御して流体の流量を
制御することができる。
In the present embodiment, the shape deformed downward is stored in advance in the flexible portion 2 made of a shape memory alloy foil, and the temperature is increased by supplying electricity to the flexible portion 2. As a result, the flexible portion 2 is deformed into the shape stored therein, and the flexible portion 2 is pressed down. Therefore, by adjusting the temperature of the shape memory alloy foil constituting the flexible portion 2, the deformation of the flexible portion 2 can be controlled to control the flow rate of the fluid.

【0064】本実施形態によれば、可撓部2自体を形状
記憶合金箔で形成しているので、図9で示した実施形態
のものと比較して、製造プロセスが容易になる。
According to the present embodiment, since the flexible portion 2 itself is formed of a shape memory alloy foil, the manufacturing process becomes easier as compared with the embodiment shown in FIG.

【0065】[0065]

【発明の効果】請求項1記載の発明は、貫通孔と該貫通
孔の開口近傍に設けられた弁座となる突起部とを有する
半導体基板と、該半導体基板の前記突起部が形成された
面に所定のギャップ幅を介して対向配置された平板形状
の可撓部とを有し、該可撓部を変位させて前記ギャップ
幅を調節することにより流体の流量制御を行うので、従
来のようなボス構造が存在せず、素子の特に厚さ方向の
小型化が実現でき、弁座となる突起部と弁体となる可撓
部との位置合わせも容易になり、位置合わせ余裕も大き
く取る必要がなく、また、同じ発生力に対してボス構造
と比較してより大きな変位を得ることができ、小型でノ
ーマリオープン型のバルブが容易に形成でき、かつ、広
範囲の流量制御が可能な半導体マイクロバルブを提供す
ることができた。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor substrate having a through hole and a projection serving as a valve seat provided near an opening of the through hole, and the projection of the semiconductor substrate is formed. And a flat-plate-shaped flexible portion disposed opposite to the surface with a predetermined gap width therebetween, and controlling the flow rate of the fluid by adjusting the gap width by displacing the flexible portion. Since such a boss structure does not exist, downsizing of the element, especially in the thickness direction, can be realized, alignment between the projection serving as the valve seat and the flexible portion serving as the valve body is facilitated, and the positioning margin is increased. It is not necessary to take it, and a larger displacement can be obtained compared to the boss structure for the same generated force, a small, normally open valve can be easily formed, and a wide range of flow control is possible. Semiconductor microvalve was able to be provided.

【0066】請求項2記載の発明は、請求項1記載の半
導体マイクロバルブにおいて、前記ギャップ幅を、前記
半導体基板上にギャップ形成層を介して前記可撓部を形
成することにより構成したので、請求項1記載の発明と
同様の効果が得られる。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor microvalve according to the first aspect, the gap width is formed by forming the flexible portion on the semiconductor substrate via a gap forming layer. The same effect as that of the first aspect can be obtained.

【0067】請求項3記載の発明は、請求項1または請
求項2記載の半導体マイクロバルブにおいて、前記可撓
部が、ダイヤフラム形状であるので、請求項1または請
求項2記載の発明と同様の効果が得られる。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor microvalve according to the first or second aspect, the flexible portion has a diaphragm shape. The effect is obtained.

【0068】請求項4記載の発明は、請求項1または請
求項2記載の半導体マイクロバルブにおいて、前記可撓
部が、前記貫通孔の開口に対応する箇所に配置された弁
体と、該弁体の外周縁から延在する複数のビームとを有
する形状であるので、請求項1または請求項2記載の発
明の効果に加えて、可撓部の変位を得るのに必要な力が
小さくでき、またビームを形成するために取り除いた領
域をそのまま流体の流出口として用いることができ、流
出口を別途形成する必要がない。
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor microvalve of the first or second aspect, the flexible portion is disposed at a position corresponding to the opening of the through hole; Since the shape has a plurality of beams extending from the outer peripheral edge of the body, in addition to the effect of the invention described in claim 1 or 2, the force required to obtain the displacement of the flexible portion can be reduced. Further, the region removed for forming the beam can be used as the fluid outlet as it is, and there is no need to separately form the outlet.

【0069】請求項5記載の発明は、請求項1乃至請求
項4のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部の所定箇所に金属層を形成し、該金属層
を組成する材料と前記可撓部を組成する材料とでバイメ
タルを構成し、前記金属層及び前記可撓部を組成する材
料の熱膨張係数の違いにより前記可撓部を変位させるよ
うにしたので、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載
の発明と同様の効果が得られる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor microvalve according to any one of the first to fourth aspects, a metal layer is formed at a predetermined portion of the flexible portion, and a material for forming the metal layer is provided. 2. A bimetal is formed from a material forming the flexible portion and a material forming the flexible portion, and the flexible portion is displaced by a difference in thermal expansion coefficient between the metal layer and the material forming the flexible portion. The same effect as the invention according to any one of claims to 4 is obtained.

【0070】請求項6記載の発明は、請求項5記載の半
導体マイクロバルブにおいて、前記金属層を、アルミニ
ウムまたはニッケルを用いて形成し、前記可撓部として
シリコンを用いて形成したので、請求項5記載の発明と
同様の効果が得られる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor microvalve according to the fifth aspect, the metal layer is formed using aluminum or nickel and the flexible portion is formed using silicon. The same effect as that of the invention described in the fifth aspect can be obtained.

【0071】請求項7記載の発明は、請求項1乃至請求
項4のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部上の所定箇所に形状記憶合金ワイヤを配
置し、前記可撓部上に前記形状記憶合金ワイヤと同じ厚
みのスペーサを介して、ストッパを前記可撓部に対向配
置させ、前記形状記憶合金ワイヤの変形による発生力を
前記ストッパにより所定方向に発生させることにより、
前記可撓部を変位させるようにしたので、請求項1乃至
請求項4のいずれかに記載の発明と同様の効果が得られ
る。
According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor microvalve according to any one of the first to fourth aspects, a shape memory alloy wire is arranged at a predetermined position on the flexible portion, and By interposing a stopper facing the flexible portion through a spacer having the same thickness as the shape memory alloy wire above, by generating a force generated by deformation of the shape memory alloy wire in a predetermined direction by the stopper,
Since the flexible portion is displaced, the same effect as the invention according to any one of claims 1 to 4 can be obtained.

【0072】請求項8記載の発明は、請求項1乃至請求
項4のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部上に形状記憶合金箔を配置し、該形状記
憶合金箔の変形による発生力を利用して、前記可撓部を
変位させるようにしたので、請求項1乃至請求項4のい
ずれかに記載の発明と同様の効果が得られる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the semiconductor microvalve according to any one of the first to fourth aspects, a shape memory alloy foil is disposed on the flexible portion, and the shape memory alloy foil is deformed. Since the flexible portion is displaced using the force generated by the present invention, the same effect as the invention according to any one of claims 1 to 4 can be obtained.

【0073】請求項9記載の発明は、請求項1乃至請求
項4のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部の材料として、形状記憶合金箔を使用
し、該形状記憶合金箔の変形・復元を利用して、前記可
撓部を変位させるようにしたので、請求項1乃至請求項
4のいずれかに記載の発明と同様の効果が得られる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the semiconductor microvalve according to any one of the first to fourth aspects, a shape memory alloy foil is used as a material of the flexible portion. Since the flexible portion is displaced by utilizing the deformation / restoration of the present invention, the same effect as the invention according to any one of claims 1 to 4 can be obtained.

【0074】請求項10記載の発明は、請求項2乃至請
求項9のいずれかに記載の半導体マイクロバルブの製造
方法であって、前記ギャップ形成層としてSi-B-Oガラス
を用い、所定箇所をエッチングすることにより前記ギャ
ップ幅を形成するようにしたので、請求項2乃至請求項
9のいずれかに記載の発明の効果に加えて、ギャップ幅
を精度良く形成することができ、小型でノーマリオープ
ン型のバルブが容易に形成でき、かつ、広範囲の流量制
御が可能な半導体マイクロバルブの製造方法を提供する
ことができた。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the method of manufacturing a semiconductor microvalve according to any one of the second to ninth aspects, wherein a predetermined portion is etched using Si-BO glass as the gap forming layer. By doing so, the gap width is formed, so that in addition to the effect of the invention according to any one of claims 2 to 9, the gap width can be formed with high accuracy, and it is small and normally open. A method of manufacturing a semiconductor microvalve capable of easily forming a mold-type valve and capable of controlling a flow rate in a wide range was provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態に係る半導体マイクロバ
ルブを示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a semiconductor microvalve according to one embodiment of the present invention.

【図2】本実施の形態に係る半導体マイクロバルブのバ
ルブを締め切った際の、可撓部の圧力による歪みを示す
特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram illustrating distortion due to pressure of a flexible portion when the valve of the semiconductor microvalve according to the present embodiment is closed.

【図3】本発明の他の実施の形態に係る半導体マイクロ
バルブを示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a semiconductor microvalve according to another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の他の実施の形態に係る半導体マイクロ
バルブを示す概略構成図であり、(a)は概略断面図で
あり、(b)は上面から見た状態を示す概略平面図であ
る。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a semiconductor microvalve according to another embodiment of the present invention, (a) is a schematic sectional view, and (b) is a schematic plan view showing a state viewed from above. is there.

【図5】本実施の形態に係る半導体マイクロバルブの製
造工程を示す概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor microvalve according to the present embodiment.

【図6】本発明の他の実施の形態に係る半導体マイクロ
バルブを示す概略構成図であり、(a)は概略断面図で
あり、(b)は概略平面図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a semiconductor microvalve according to another embodiment of the present invention, wherein (a) is a schematic sectional view and (b) is a schematic plan view.

【図7】本発明の他の実施の形態に係る半導体マイクロ
バルブの概略断面図であり、(a)がマイクロバルブが
開いた状態を示す概略断面図であり、(b)はマイクロ
バルブが閉じた状態を示す概略断面図である。
FIGS. 7A and 7B are schematic cross-sectional views of a semiconductor microvalve according to another embodiment of the present invention, in which FIG. 7A is a schematic cross-sectional view showing a state in which the microvalve is opened, and FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the cover is folded.

【図8】本実施の形態に係る形状記憶合金ワイヤの変形
した状態を示す概略断面図である。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing a deformed state of the shape memory alloy wire according to the present embodiment.

【図9】本発明の他の実施の形態に係る半導体マイクロ
バルブの概略断面図であり、(a)がマイクロバルブが
開いた状態を示す概略断面図であり、(b)はマイクロ
バルブが閉じた状態を示す概略断面図である。
9A and 9B are schematic cross-sectional views of a semiconductor microvalve according to another embodiment of the present invention, in which FIG. 9A is a schematic cross-sectional view showing a state in which the microvalve is opened, and FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the cover is folded.

【図10】本発明の他の実施の形態に係る半導体マイク
ロバルブの概略断面図であり、(a)がマイクロバルブ
が開いた状態を示す概略断面図であり、(b)はマイク
ロバルブが閉じた状態を示す概略断面図である。
FIGS. 10A and 10B are schematic cross-sectional views of a semiconductor microvalve according to another embodiment of the present invention, in which FIG. 10A is a schematic cross-sectional view showing a state where the microvalve is opened, and FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the cover is folded.

【図11】従来例に係る半導体マイクロバルブを示す概
略断面図である。
FIG. 11 is a schematic sectional view showing a semiconductor microvalve according to a conventional example.

【図12】従来例に係る半導体マイクロバルブの定速排
気時の圧力と流量との関係を示す特性図である。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing a relationship between a pressure and a flow rate at the time of constant-speed exhaust of a semiconductor microvalve according to a conventional example.

【図13】従来例に係る半導体マイクロバルブの入力圧
及びギャップ幅と流量との関係を示す特性図である。
FIG. 13 is a characteristic diagram showing a relationship between an input pressure, a gap width, and a flow rate of a semiconductor microvalve according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 1a 貫通孔 1b 溝部 1c 突起部 1d 支持部 2 可撓部 2a 中央部 2b ビーム 2c フレーム 3 ギャップ形成層 3a Si−B −O ガラス 4 流出口 5 保護膜 6 金属層 7 不純物拡散層 8 スペーサ 9 ストッパ 10 形状記憶合金ワイヤ 11 形状記憶合金箔 12 シリコン基板 12a 弁体 12b 可撓部 12c 支持部 13 ギャップ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 1a Through hole 1b Groove part 1c Projection part 1d Support part 2 Flexible part 2a Central part 2b Beam 2c Frame 3 Gap formation layer 3a Si-B-O glass 4 Outflow port 5 Protective film 6 Metal layer 7 Impurity diffusion layer 8 Spacer 9 Stopper 10 Shape memory alloy wire 11 Shape memory alloy foil 12 Silicon substrate 12a Valve body 12b Flexible part 12c Support part 13 Gap

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 貫通孔と該貫通孔の開口近傍に設けられ
た弁座となる突起部とを有する半導体基板と、該半導体
基板の前記突起部が形成された面に所定のギャップ幅を
介して対向配置された平板形状の可撓部とを有し、該可
撓部を変位させて前記ギャップ幅を調節することにより
流体の流量制御を行うことを特徴とする半導体マイクロ
バルブ。
1. A semiconductor substrate having a through hole and a projection serving as a valve seat provided in the vicinity of an opening of the through hole, and a predetermined gap width between a surface of the semiconductor substrate on which the projection is formed. And a flat-plate-shaped flexible portion that is disposed to face the semiconductor micro-valve, wherein the flexible portion is displaced to control the flow rate of the fluid by adjusting the gap width.
【請求項2】 前記ギャップ幅を、前記半導体基板上に
ギャップ形成層を介して前記可撓部を形成することによ
り構成したことを特徴とする請求項1記載の半導体マイ
クロバルブ。
2. The semiconductor microvalve according to claim 1, wherein said gap width is formed by forming said flexible portion on said semiconductor substrate via a gap forming layer.
【請求項3】 前記可撓部が、ダイヤフラム形状である
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導体
マイクロバルブ。
3. The semiconductor microvalve according to claim 1, wherein the flexible portion has a diaphragm shape.
【請求項4】 前記可撓部が、前記貫通孔の開口に対応
する箇所に配置された弁体と、該弁体の外周縁から延在
する複数のビームとを有する形状であることを特徴とす
る請求項1または請求項2記載の半導体マイクロバル
ブ。
4. The valve device according to claim 1, wherein the flexible portion has a valve body disposed at a position corresponding to the opening of the through hole, and a plurality of beams extending from an outer peripheral edge of the valve body. The semiconductor microvalve according to claim 1 or 2, wherein
【請求項5】 前記可撓部の所定箇所に金属層を形成
し、該金属層を組成する材料と前記可撓部を組成する材
料とでバイメタルを構成し、前記金属層及び前記可撓部
を組成する材料の熱膨張係数の違いにより前記可撓部を
変位させるようにしたことを特徴とする請求項1乃至請
求項4のいずれかに記載の半導体マイクロバルブ。
5. A metal layer is formed at a predetermined position of the flexible portion, and a material forming the metal layer and a material forming the flexible portion form a bimetal, and the metal layer and the flexible portion are formed. The semiconductor microvalve according to any one of claims 1 to 4, wherein the flexible portion is displaced depending on a difference in thermal expansion coefficient of a material composing (1).
【請求項6】 前記金属層を、アルミニウムまたはニッ
ケルを用いて形成し、前記可撓部としてシリコンを用い
て形成したことを特徴とする請求項5記載の半導体マイ
クロバルブ。
6. The semiconductor microvalve according to claim 5, wherein said metal layer is formed using aluminum or nickel, and said flexible portion is formed using silicon.
【請求項7】 前記可撓部上の所定箇所に形状記憶合金
ワイヤを配置し、前記可撓部上に前記形状記憶合金ワイ
ヤと同じ厚みのスペーサを介して、ストッパを前記可撓
部に対向配置させ、前記形状記憶合金ワイヤの変形によ
る発生力を前記ストッパにより所定方向に発生させるこ
とにより、前記可撓部を変位させるようにしたことを特
徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の半導
体マイクロバルブ。
7. A shape memory alloy wire is arranged at a predetermined position on the flexible portion, and a stopper is opposed to the flexible portion on the flexible portion via a spacer having the same thickness as the shape memory alloy wire. 5. The flexible portion according to claim 1, wherein the flexible portion is displaced by causing the stopper to generate a force generated by deformation of the shape memory alloy wire in a predetermined direction. 6. 4. The semiconductor microvalve according to claim 1.
【請求項8】 前記可撓部上に形状記憶合金箔を配置
し、該形状記憶合金箔の変形による発生力を利用して、
前記可撓部を変位させるようにしたことを特徴とする請
求項1乃至請求項4のいずれかに記載の半導体マイクロ
バルブ。
8. A shape memory alloy foil is arranged on the flexible part, and a force generated by deformation of the shape memory alloy foil is used.
The semiconductor microvalve according to claim 1, wherein the flexible portion is displaced.
【請求項9】 前記可撓部の材料として、形状記憶合金
箔を使用し、該形状記憶合金箔の変形・復元を利用し
て、前記可撓部を変位させるようにしたことを特徴とす
る請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の半導体マイ
クロバルブ。
9. The method according to claim 1, wherein a shape memory alloy foil is used as a material of the flexible portion, and the flexible portion is displaced by utilizing deformation and restoration of the shape memory alloy foil. The semiconductor microvalve according to claim 1.
【請求項10】 請求項2乃至請求項9のいずれかに記
載の半導体マイクロバルブの製造方法であって、前記ギ
ャップ形成層としてSi-B-Oガラスを用い、所定箇所をエ
ッチングすることにより前記ギャップ幅を形成するよう
にしたことを特徴とする半導体マイクロバルブの製造方
法。
10. The method for manufacturing a semiconductor microvalve according to claim 2, wherein said gap forming layer is made of Si—BO glass, and a predetermined portion is etched to form said gap width. Forming a semiconductor microvalve.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1413775A2 (en) * 2002-10-21 2004-04-28 Lockheed Martin Corporation Microelectromechanical high pressure gas microvalve
US8016260B2 (en) 2007-07-19 2011-09-13 Formulatrix, Inc. Metering assembly and method of dispensing fluid
US8100293B2 (en) 2009-01-23 2012-01-24 Formulatrix, Inc. Microfluidic dispensing assembly
CN102883992A (en) * 2010-05-07 2013-01-16 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 Counterbearing with aspherical membrane bed, pressure sensor comprising such a counterbearing and method for the production thereof
US9267618B2 (en) 2010-05-18 2016-02-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Microvalve device and method of manufacturing the same
CN105822817A (en) * 2016-03-18 2016-08-03 南京伶机宜动驱动技术有限公司 Flow channel adjusting and controlling valve

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1413775A2 (en) * 2002-10-21 2004-04-28 Lockheed Martin Corporation Microelectromechanical high pressure gas microvalve
EP1413775A3 (en) * 2002-10-21 2005-01-05 Lockheed Martin Corporation Microelectromechanical high pressure gas microvalve
US8016260B2 (en) 2007-07-19 2011-09-13 Formulatrix, Inc. Metering assembly and method of dispensing fluid
US8100293B2 (en) 2009-01-23 2012-01-24 Formulatrix, Inc. Microfluidic dispensing assembly
US8550298B2 (en) 2009-01-23 2013-10-08 Formulatrix, Inc. Microfluidic dispensing assembly
CN102883992A (en) * 2010-05-07 2013-01-16 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 Counterbearing with aspherical membrane bed, pressure sensor comprising such a counterbearing and method for the production thereof
US9267618B2 (en) 2010-05-18 2016-02-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Microvalve device and method of manufacturing the same
CN105822817A (en) * 2016-03-18 2016-08-03 南京伶机宜动驱动技术有限公司 Flow channel adjusting and controlling valve

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