JP2000266226A - 半導体マイクロバルブ - Google Patents

半導体マイクロバルブ

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JP2000266226A
JP2000266226A JP6920599A JP6920599A JP2000266226A JP 2000266226 A JP2000266226 A JP 2000266226A JP 6920599 A JP6920599 A JP 6920599A JP 6920599 A JP6920599 A JP 6920599A JP 2000266226 A JP2000266226 A JP 2000266226A
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JP
Japan
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silicon substrate
flexible portion
valve
width
semiconductor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6920599A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaari Kamakura
將有 鎌倉
Shigeaki Tomonari
恵昭 友成
Hitoshi Yoshida
仁 吉田
Hiroshi Kawada
裕志 河田
Keiko Fujii
圭子 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】小型で大流量の制御が可能な半導体マイクロバ
ルブを提供する。 【解決手段】第1のシリコン基板10は、厚み方向に貫
通する第1の流通孔10aが一端側に形成されている。
第2のシリコン基板20は、該第2のシリコン基板20
の両端部それぞれに薄肉の可撓部22を介して揺動自在
に支持され可撓部22の撓みに応じて第1のシリコン基
板10の一面の中央部に離接する閉子23が設けられて
いる。第2のシリコン基板20は、閉子23が第1のシ
リコン基板10の上記一面に接触した状態でも可撓部2
2と第1のシリコン基板10との間に形成される空間2
0bに連通する第2の流通孔28が設けられている。ま
た、閉子23が第1のシリコン基板10の上記一面に接
触した状態で可撓部22と第1のシリコン基板10との
間に形成される空間20aは、第1のシリコン基板10
に設けられた上記第1の流通孔10aに連通する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気体などの流体の
流量制御に用いられる半導体マイクロバルブに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来より、気体などの流体の流量制御に
用いられる半導体マイクロバルブとして、図2に示す構
成のものが提案されている。図2に示した半導体マイク
ロバルブは、常閉型のバルブであって、厚み方向に重な
り互いの端部同士が結合(接合)された第1のシリコン
基板10および第2のシリコン基板20を備えている。
【0003】第1のシリコン基板10は、厚み方向の一
面(図2における上面)から他面(図2における下面)
にわたって貫通する貫通孔よりなる弁口10bが中央部
に形成され、上記一面側において弁口10bの周縁に
は、第2のシリコン基板20に設けられた弁体230が
離接する弁座13を突設してある。
【0004】一方、第2のシリコン基板20は、該第2
のシリコン基板20の端部に薄肉の可撓部22を介して
揺動自在に支持され可撓部22の撓みに応じて上記弁座
13に離接する上記弁体230が設けられている。ここ
において、弁体230は、可撓部22よりも厚肉に形成
されている。なお、可撓部22の要所には、流体の通る
流通孔(図示せず)が形成されている。この流通孔は、
弁体230により弁口10bが開かれた状態で弁口10
bと連通する。
【0005】また、可撓部22上には、可撓部22とと
もにバイメタルを構成するバイメタル素膜24が積層さ
れている。要するに、図2に示した半導体マイクロバル
ブでは、可撓部22を変形させる駆動部としてバイメタ
ルを利用しており、可撓部22の湾曲量を制御できるよ
うになっている。なお、駆動部としては、バイメタルの
熱膨張による湾曲を利用する他に、静電引力や電磁力を
利用するものもある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来構
成の半導体マイクロバルブでは、弁座13に弁体230
が接触することによってバルブを閉じた(弁口10bを
弁体230により閉じることによって弁口10bと上記
流通孔との間を遮断した)際のシールを行っている。し
かしながら、第1のシリコン基板10の中央部に弁口1
0bが形成されているので、図2に示す弁体230の幅
3(図2における弁体230の下面の左右方向の幅)
を、弁口10bの開口幅H2(図2における弁口10b
の開口面の左右方向の幅)よりも大きくする必要があ
り、また、第1のシリコン基板10と第2のシリコン基
板20とを接合する際に、弁座13と弁体230との位
置合わせ余裕を確保するために、弁体230の上記幅H
3をさらに大きくしなければならないという不具合があ
った。
【0007】例えば、図2に示す弁座13の片側の幅H
1を200μm、弁体230の下面の左右方向の両側そ
れぞれに設ける接合の合わせ余裕の幅H4を100μm
とすると、弁体230の幅H3は、H3=2H1+H2+2
4となるように設定されるから、弁口10bの開口幅
2が300μmの時は900μmとなり、弁口10b
の開口幅H2が500μmの時は1100μmとなる。
【0008】したがって、図2からも分かるように、同
一のチップサイズで見れば、弁体230の上記幅H3
大きくなるほど、可撓部22(ビームまたはダイアフラ
ム)の実効的な長さが短くなってしまい、弁体230の
変位量が小さくなる(弁体230が変位しにくくなる)
という不具合があった。一方、大流量の制御を行うため
に弁体230の変位量を大きくとるためには、可撓部2
2の長さを長くしなければならず、チップサイズが大き
くなってしまうという不具合があった。
【0009】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、小型で大流量の制御が可能な半導体
マイクロバルブを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、上記
目的を達成するために、厚み方向に重なり互いの両端部
同士が結合された第1の半導体基板および第2の半導体
基板を備え、第2の半導体基板は、両端部それぞれに薄
肉の可撓部を介して揺動自在に支持され第1の半導体基
板の一面に離接する閉子と、各可撓部にそれぞれ設けら
れ可撓部を変形させる駆動部と、閉子が上記一面に接触
した状態で各可撓部と第1の半導体基板との間に形成さ
れる一対の空間それぞれに連通する一対の流通孔がそれ
ぞれ第1の半導体基板もしくは第2の半導体基板に設け
られてなることを特徴とするものであり、第2の半導体
基板に設けられる閉子の第1の半導体基板に対する接触
面の大きさを各流通孔の開口面積に関係なく設定するこ
とができ、しかも従来のような弁体と弁口との位置合わ
せ余裕をとる必要がないので、従来のように弁体の幅を
弁口の開口幅よりも大きく設定しさらに上記位置合わせ
余裕をとる場合に比べてチップサイズを小型化すること
ができ、また、可撓部の長さを従来よりも長くすること
ができて従来よりも可撓部の変位が大きくなるから、大
流量の制御が可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】本実施形態の半導体マイクロバル
ブは、図1(a)に示すように、厚み方向に重なり互い
の両端部同士が結合(接合)された第1のシリコン基板
10および第2のシリコン基板20を備えている。
【0012】第1のシリコン基板10は、厚み方向の一
面(図1(a)における上面)から他面(図1(a)に
おける下面)にわたって貫通する貫通孔よりなる第1の
流通孔10aが該第1のシリコン基板10の一端側(図
1における右側)に形成されている。
【0013】一方、第2のシリコン基板20は、該第2
のシリコン基板20の両端部(図1(a)における左端
部および右端部)それぞれに薄肉の可撓部22を介して
揺動自在に支持され可撓部22の撓みに応じて第1のシ
リコン基板10の上記一面の中央部に離接する閉子23
が設けられている。ここにおいて、閉子23は、可撓部
22よりも厚肉に形成されている(第2のシリコン基板
20の両端部と同じ厚さに形成されている)。また、第
2のシリコン基板20は、閉子23が第1のシリコン基
板10の上記一面に接触した状態(図1(a)の状態)
でも図1(a)の左側の可撓部22と第1のシリコン基
板10との間に形成される空間20bに連通する第2の
流通孔28が設けられている。また、閉子23が第1の
シリコン基板10の上記一面に接触した状態(図1
(a)の状態)で図1(a)の右側の可撓部22と第1
のシリコン基板10との間に形成される空間20aは、
第1のシリコン基板10に設けられた上記第1の流通孔
10aに連通する。
【0014】要するに、第1の流通孔10aに連通した
空間20aと第2の流通孔28に連通した空間20bと
は、閉子23が第1のシリコン基板10の上記一面から
離れると連通し、閉子23が第1のシリコン基板10の
上記一面に接触すると遮断されるようになっている。つ
まり、閉子23は、バルブを閉じた状態(つまり、閉子
23が第1のシリコン基板10の上記一面に接触した状
態)で、第1の流通孔10aと第2の流通孔28とが連
通しないように、流路の全体を遮断するように形成され
ている(図1(b)参照)。
【0015】なお、第1の流通孔10aおよび第2の流
通孔28は、閉子23が上記一面に接触した状態で各可
撓部22と第1のシリコン基板10との間に形成される
一対の空間20a,20bそれぞれに連通すればよく、
それぞれ第1のシリコン基板10もしくは第2のシリコ
ン基板20のいずれかに設けられていればよい。
【0016】また、可撓部22上には、可撓部22とと
もにバイメタルを構成するバイメタル素膜24が積層さ
れている。要するに、図1に示した半導体マイクロバル
ブでは、可撓部22を変形させる駆動部としてバイメタ
ルを利用しており、可撓部22の湾曲量を制御できるよ
うになっている。なお、駆動部としては、バイメタルの
熱膨張による湾曲を利用する他に、静電引力や電磁力を
利用するものでもよい。
【0017】しかして、本実施形態では、第2のシリコ
ン基板20に設けられる閉子23の第1のシリコン基板
10に対する接触面の大きさを各流通孔10a,28の
開口面積に関係なく設定することができ、しかも図2に
示した従来構成のような弁体230と弁口10bとの位
置合わせ余裕をとる必要がないことにより、従来のよう
に弁体230(図2参照)の幅H3を弁口の開口幅H2
りも大きく設定しさらに上記位置合わせ余裕をとる場合
に比べてチップサイズを小型化することができ、また、
可撓部22の長さを従来よりも長くすることができて従
来よりも可撓部22の変位が大きくなるから、大流量の
制御が可能となる。
【0018】例えば、数値例を挙げると、仮にバルブを
閉じた状態(図1(a)に示すように閉子23が第1の
シリコン基板10の上記一面に接触した状態)でシール
に必要な幅(図1(a)における左右方向の幅)が図2
に示した従来構成と同じく400μm(2H1=2×2
00μm)、接合の合わせ余裕も従来構成と同じく20
0μm(2H4=2×100μm)としても、閉子23
の幅H3’(図1(a)における閉子23の下面の左右
方向の幅)は第1の流通孔10aの開口幅に関係なく6
00μmで良いことになる。つまり、本実施形態では、
第1のシリコン基板10の上記一面における第1の流通
孔10aの開口幅H2’を従来構成における弁口10b
の開口幅H2と同じ300μmとしても、閉子23の幅
3’(=600μm)を従来構成における弁体230
の上記幅H3(=900μm)に比べて小さくすること
ができる。
【0019】
【発明の効果】請求項1の発明は、厚み方向に重なり互
いの両端部同士が結合された第1の半導体基板および第
2の半導体基板を備え、第2の半導体基板は、両端部そ
れぞれに薄肉の可撓部を介して揺動自在に支持され第1
の半導体基板の一面に離接する閉子と、各可撓部にそれ
ぞれ設けられ可撓部を変形させる駆動部と、閉子が上記
一面に接触した状態で各可撓部と第1の半導体基板との
間に形成される一対の空間それぞれに連通する一対の流
通孔がそれぞれ第1の半導体基板もしくは第2の半導体
基板に設けられているので、第2の半導体基板に設けら
れる閉子の第1の半導体基板に対する接触面の大きさを
各流通孔の開口面積に関係なく設定することができ、し
かも従来のような弁体と弁口との位置合わせ余裕をとる
必要がないことにより、従来のように弁体の幅を弁口の
開口幅よりも大きく設定しさらに上記位置合わせ余裕を
とる場合に比べてチップサイズを小型化することがで
き、また、可撓部の長さを従来よりも長くすることがで
きて従来よりも可撓部の変位が大きくなるから、大流量
の制御が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態を示し、(a)は概略断面図、(b)
は概略平面図である。
【図2】従来例を示す概略断面図である。
【符号の説明】 10 第1のシリコン基板 10a 第1の流通孔 20 第2のシリコン基板 20a,20b 空間 22 可撓部 23 閉子 28 第2の流通孔
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年6月7日(1999.6.7)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0018
【補正方法】変更
【補正内容】
【0018】例えば、数値例を挙げると、仮にバルブを
閉じた状態(図1(a)に示すように閉子23が第1の
シリコン基板10の上記一面に接触した状態)でシール
に必要な幅(図1(a)における左右方向の幅)が図2
に示した従来構成と同じく400μm(2H1=2×2
00μm)、接合の合わせ余裕も従来構成と同じく20
0μm(2H4=2×100μm)としても、閉子23
の幅H3’(図1(a)における閉子23の下面の左右
方向の幅)は第1の流通孔10aの開口幅に関係なく6
00μmで良いことになる。つまり、本実施形態では、
第1のシリコン基板10の上記一面における第1の流通
孔10aの開口幅H2’を従来構成における弁口10b
の開口幅H2と同じ300μmとしても、閉子23の幅
3’(=600μm)を従来構成における弁体230
の上記幅H3(=900μm)に比べて小さくすること
でき、チップサイズを小型化することができる。な
お、この数値例では接合の合わせ余裕を従来構成と同じ
200μmとして説明したが、本実施形態の半導体マイ
クロバルブでは、接合の合わせ余裕は必要ないので、チ
ップサイズをさらに小型化することができる。
フロントページの続き (72)発明者 吉田 仁 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 河田 裕志 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 藤井 圭子 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Fターム(参考) 3H057 AA05 BB32 CC02 DD12 FA22 FC02 FC08 HH02 HH05 3H062 AA04 AA15 BB30 CC04 CC29 HH02

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 厚み方向に重なり互いの両端部同士が結
    合された第1の半導体基板および第2の半導体基板を備
    え、第2の半導体基板は、両端部それぞれに薄肉の可撓
    部を介して揺動自在に支持され第1の半導体基板の一面
    に離接する閉子と、各可撓部にそれぞれ設けられ可撓部
    を変形させる駆動部と、閉子が上記一面に接触した状態
    で各可撓部と第1の半導体基板との間に形成される一対
    の空間それぞれに連通する一対の流通孔がそれぞれ第1
    の半導体基板もしくは第2の半導体基板に設けられてな
    ることを特徴とする半導体マイクロバルブ。
JP6920599A 1999-03-15 1999-03-15 半導体マイクロバルブ Withdrawn JP2000266226A (ja)

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Effective date: 20060606