JP2001153252A - 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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JP2001153252A
JP2001153252A JP33506599A JP33506599A JP2001153252A JP 2001153252 A JP2001153252 A JP 2001153252A JP 33506599 A JP33506599 A JP 33506599A JP 33506599 A JP33506599 A JP 33506599A JP 2001153252 A JP2001153252 A JP 2001153252A
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JP
Japan
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valve seat
valve body
substrate
valve
insulating layer
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Withdrawn
Application number
JP33506599A
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English (en)
Inventor
Masaari Kamakura
將有 鎌倉
Shigeaki Tomonari
恵昭 友成
Hiroshi Kawada
裕志 河田
Hitoshi Yoshida
仁 吉田
Kazuji Yoshida
和司 吉田
Hironori Katayama
弘典 片山
Kimiaki Saito
公昭 齊藤
Keiko Fujii
圭子 藤井
Kenji Toyoda
憲治 豊田
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】可撓部を備えた第2の基板から第1の基板への
熱の流出を防いで熱効率を良くするとともに、良好なシ
ール性を有する半導体マイクロバルブを提供する。 【解決手段】可撓部3が加熱されると、可撓部3が撓み
可撓部3に連なって形成された弁体4が変位し、弁体4
の対向面4aと弁座7aとの距離が変化して、貫通孔7
に流れる流体の流量が制御される。弁体の対向面4aと
弁座7aの少なくとも一方には熱絶縁層5が形成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量を制御
す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】従来の半導体マイクロバルブとして、本
出願人が出願した特願平11−45615号等がある。
この特願平11−45615号の一部を変形した例を図
4に示す。
【0003】図4は従来の半導体マイクロバルブの構造
を示す断面図であり、貫通孔7が略中央部に形成された
ガラス又はシリコンで構成されている第1の基板1の上
部に、シリコンからなる第2の基板20が配置されてい
る。
【0004】第2の基板20は、枠体となる外周部21
と、外周部21の内方向に熱絶縁層23を介して接合さ
れる薄肉に加工して形成される撓み可能な可撓部22
と、可撓部22に熱絶縁層24を介して接合される弁体
25とを備えている。
【0005】この弁体25は、上面が開口した中空形状
であり、第1の基板1に設けられた貫通孔7の上面開口
部7bの周囲に形成された弁座7aと対向して第2の基
板20の略中央部に設けられる。この弁体25を挟んで
例えば十字形状となるように、4つの可撓部22が外周
部21の4ヶ所より内方向へ形成されている。
【0006】各可撓部22には、それを構成するシリコ
ンと異なる熱膨張係数を有する例えば金属薄膜(図示せ
ず)が近接配置されている。各可撓部22の表面に形成
される例えば拡散抵抗からなるヒータ(図示せず)を加
熱することで、可撓部22と金属薄膜の熱膨張係数差に
より可撓部22が撓み、可撓部22に熱絶縁層24を介
して接合されている弁体25が第2の基板20の厚さ方
向に変位する。すなわち、この半導体マイクロバルブ
は、バイメタルを用いた熱駆動方式のものである。
【0007】この弁体25の変位により、弁体25の弁
座7aに対向する対向面25aと弁座7aとの距離が変
化し、貫通孔7を流れる流体の流量が変化する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図5は、弁体25が変
位してその対向面25aと弁座7aが接触し、貫通孔7
の上面開口部7bが閉じられた状態を示している。この
状態では、可撓部22を加熱させるための熱が弁体25
の対向面25aから弁座7aを通って、第1の基板1側
に逃げるため、熱効率が低下するという問題があった。
【0009】上記従来例では、可撓部22両端に熱絶縁
層23,24を設けて(特願平11−45615号の発
明は、外周部21と可撓部22との間にのみ熱絶縁層が
設けられている)、可撓部22を加熱するときの熱が外
周部21や弁体25に流出するのを抑えるようにしてい
たが、弁体25aから弁座7aを通って第1の基板1へ
流出する熱を充分に抑えることができなかった。
【0010】また、第1の基板1と第2の基板20は、
ガラスやシリコンなど硬い材料で構成されているために
微小なきずや表面のざらつきが生じ、弁体25で貫通孔
7の開口部7bを閉じるときに、きずや表面のざらつき
から流体がもれて、シール性が良くないという問題があ
った。
【0011】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は可撓部を備えた第2の基板から第1の
基板への熱の流出を防いで熱効率を良くするとともに、
良好なシール性を有する半導体マイクロバルブを提供す
ることにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1の発明は、貫通孔およびその貫通孔の開口
部周囲に形成される弁座を有する第1の基板と、加熱さ
れることにより撓む可撓部、および前記貫通孔と対応す
る位置に前記可撓部に連なって形成され可撓部の撓みに
より変位する弁体を有する第2の基板とによって構成さ
れ、前記弁体の変位により、前記弁座と、前記弁体にお
ける弁座に対向し接触する対向面との距離が変化して、
前記貫通孔に流れる流体の流量制御を行う半導体マイク
ロバルブにおいて、前記弁体の対向面又は前記弁座の少
なくとも一方に熱絶縁層が形成されることを特徴とす
る。
【0013】請求項1の発明によれば、可撓部を加熱す
るための熱が弁体から弁座を通って第1の基板に流出す
るのを抑えることで、可撓部を加熱するために消費され
る電力の低減を図る。
【0014】また請求項2の発明は、請求項1の発明に
おいて、前記熱絶縁層の材料がシリコン酸化膜であるこ
とを特徴とする。請求項2の発明によれば、請求項1と
同様の効果が得られる。
【0015】また請求項3の発明は、請求項1の発明に
おいて、前記熱絶縁層の材料がシリコン窒化膜であるこ
とを特徴とする。請求項3の発明によれば、請求項1と
同様の効果が得られる。
【0016】また請求項4の発明は、請求項1の発明に
おいて、前記熱絶縁層の材料が有機系樹脂であることを
特徴とする。請求項4によれば、可撓部を加熱するため
の熱が弁体から弁座を通って第1の基板に流出するのを
抑えることで、可撓部を加熱するために消費される電力
の低減を図るとともに、弁体の対向面と弁座が接触する
際に、そこに形成された有機性樹脂が弾性変形するので
その間のシール性が向上する。
【0017】また請求項5の発明は、請求項4の発明に
おいて、前記有機系樹脂がポリイミドであることを特徴
とする。請求項5の発明によれば、請求項4と同様の効
果が得られる。
【0018】また請求項6の発明は、請求項4の発明に
おいて、前記有機系樹脂がフッ素樹脂であることを特徴
とする。請求項6の発明によれば、請求項4と同様の効
果が得られる。
【0019】また請求項7の発明は、請求項1の発明に
おいて、前記弁体の対向面と前記弁座の両方に、有機系
樹脂を材料とする熱絶縁層が形成されることを特徴とす
る。請求項7の発明によれば、弁体の対向面と弁座の両
方に熱絶縁層が形成されているため、どちらか一方に熱
絶縁層が形成されているのに比べて、可撓部を加熱する
ための熱が弁体の対向面から弁座を通って第1の基板に
流出するのをより効果的に抑えることができる。そのた
めに、可撓部を加熱するために消費される電力の低減を
図ることができる。また、弁体の対向面と弁座が接触す
る際に、そこに形成された有機性樹脂が弾性変形するの
でその間のシール性が向上する。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態を説明する。図1は半導体マイクロバルブの構造を
示す断面図であり、図4と同じものには同じ符号を付し
ている。
【0021】図1において、略中央部に貫通孔7が形成
されたガラス又はシリコンで構成されている第1の基板
1の上部に、シリコンからなる第2の基板2が配置され
ている。
【0022】第2の基板2は、枠体となる外周部6と、
第2の基板2を加工して薄膜に形成され、外周部6の内
方向に延出される撓み可能な可撓部3(ビーム部)と、
上記貫通孔7と対応する位置に可撓部3に連なって形成
される上面が開口した中空の弁体4とを有している。可
撓部3は、第2の基板2の略中央部にある弁体4を挟ん
で例えば十字形状となるように4つ、外周部6の4ヶ所
のそれぞれより内方向へ延出している。
【0023】各可撓部3はそれを構成するシリコンと異
なる熱膨張係数を有する例えば金属薄膜(図示せず)が
近接配置されている。各可撓部3の表面に形成される例
えば拡散抵抗からなるヒータ(図示せず)を加熱するこ
とで、可撓部3と金属薄膜の熱膨張係数差により可撓部
3が撓み、可撓部3に連なって形成された弁体4が第2
の基板2の厚さ方向に変位する。すなわち、バイメタル
を用いた熱駆動方式となっている。
【0024】第1の基板1に形成された貫通孔7は、両
開口面から中間部に向かうにつれて径の小さくなる形状
をしており、その上面開口部7bの外周部には周囲より
高くなっている弁座7aが形成されている。
【0025】上述したように各可撓部3が撓んで弁体4
が変位することで、弁体4における弁座7aに対向し接
触する対向面4aと、弁座7aとの距離が変化して、例
えば第1の基板1の貫通孔7から入り第2の基板2に設
けられた孔部(図示せず)へ抜ける流体の流量、すなわ
ち貫通孔7に流れる流体の流量が制御される。
【0026】この弁体4の対向面4aにはシリコン酸化
膜からなる熱絶縁層5が形成されている。このため、弁
体4が変位して、弁体4の対向面4aが弁座7aに接触
し、弁体4により貫通孔7の開口部7bが閉じられたと
き、可撓部3を加熱するための熱が弁体4の対向面4a
から弁座7aを通って第1の基板1側に流出するのを抑
えることができる。よって、効率よく可撓部3を加熱す
ることができ、それを加熱するための消費電力を低減で
きる。
【0027】この熱絶縁層5として、弁体4の対向面4
aにシリコン窒化膜を形成してもよい。
【0028】また、熱絶縁層5として、テフロン(商品
名)樹脂などのフッ素樹脂およびポリイミドなどの有機
系樹脂を弁体4の対向面4aに形成してもよい。
【0029】このように、有機系樹脂を弁体4の対向面
4aに設けることで、上記したように効率よく可撓部3
を加熱することができるとともに、弁体4の対向面4a
と弁座7aが接触する際に、有機性樹脂が弾性変形する
ので、弁体4と弁座7aの間のシール性が向上する。
【0030】尚、図1では、弁体4の対向面4aに熱絶
縁層5を形成するようにしたが、図2に示すように弁座
7aに熱絶縁層5を形成するようにしてもよく、また図
3に示すように弁体4の対向面4aと弁座7aの両方に
熱絶縁層5を形成するようにしてもよい。このように、
弁体4の対向面4aと弁座7aの両方に熱絶縁層5を形
成することにより、一方に設ける場合に比べて熱効率が
向上する。
【0031】上記有機系樹脂は半導体プロセスとの適合
性からポリイミドやフッ素樹脂を用いることが多いが、
他の種類のものでもよい。また、半導体プロセスとの整
合性から、第1の基板1の材料としては主にガラスやシ
リコンが好適であり、第2の基板2の材料としてはシリ
コンが好適である。
【0032】
【発明の効果】上記したように、請求項1の発明は、貫
通孔およびその貫通孔の開口部周囲に形成される弁座を
有する第1の基板と、加熱されることにより撓む可撓
部、および前記貫通孔と対応する位置に前記可撓部に連
なって形成され可撓部の撓みにより変位する弁体を有す
る第2の基板とによって構成され、前記弁体の変位によ
り、前記弁座と、前記弁体における弁座に対向し接触す
る対向面との距離が変化して、前記貫通孔に流れる流体
の流量制御を行う半導体マイクロバルブにおいて、前記
弁体の対向面又は前記弁座の少なくとも一方に熱絶縁層
が形成されるため、可撓部を加熱するための熱が弁体か
ら弁座を通って第1の基板に流出するのを抑えること
で、可撓部を加熱するために消費される電力の低減を図
る。
【0033】また請求項2の発明は、請求項1の発明に
おいて、前記熱絶縁層の材料がシリコン酸化膜であるた
め、請求項1と同様の効果が得られる。
【0034】また請求項3の発明は、請求項1の発明に
おいて、前記熱絶縁層の材料がシリコン窒化膜であるた
め、請求項1と同様の効果が得られる。
【0035】また請求項4の発明は、請求項1の発明に
おいて、前記熱絶縁層の材料が有機系樹脂であるため、
可撓部を加熱するための熱が弁体から弁座を通って第1
の基板に流出するのを抑えることで、可撓部を加熱する
ために消費される電力の低減を図るとともに、弁体の対
向面と弁座が接触する際に、そこに形成された有機性樹
脂が弾性変形するのでその間のシール性が向上する。
【0036】また請求項5の発明は、請求項4の発明に
おいて、前記有機系樹脂がポリイミドであるため、請求
項4と同様の効果が得られる。
【0037】また請求項6の発明は、請求項4の発明に
おいて、前記有機系樹脂がフッ素樹脂であるため、請求
項4と同様の効果が得られる。
【0038】また請求項7の発明は、請求項1の発明に
おいて、前記弁体の対向面と前記弁座の両方に、有機系
樹脂を材料とする熱絶縁層が形成されるため、どちらか
一方に熱絶縁層が形成されているのに比べて、可撓部を
加熱するための熱が弁体の対向面から弁座を通って第1
の基板に流出するのをより効果的に抑えることができ
る。そのために、可撓部を加熱するために消費される電
力の低減を図ることができる。また、弁体の対向面と弁
座が接触する際に、そこに形成された有機性樹脂が弾性
変形するのでその間のシール性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体マイクロバルブの構造を示す断
面図である。
【図2】本発明の他の半導体マイクロバルブの構造を示
す断面図である。
【図3】本発明のさらに他の半導体マイクロバルブの構
造を示す断面図である。
【図4】従来の半導体マイクロバルブの構造を示す断面
図である。
【図5】従来の半導体マイクロバルブの弁体と弁座が接
触した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 第1の基板 2 第2の基板 3 可撓部 4 弁体 4a 対向面 5 熱絶縁層 6 外周部 7 貫通孔 7a 弁座 7b 開口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 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 吉田 和司 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 片山 弘典 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 齊藤 公昭 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 (72)発明者 豊田 憲治 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) 3H062 AA04 AA12 BB28 BB33 CC08 FF23 FF39 HH02 HH10

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 貫通孔およびその貫通孔の開口部周囲に
    形成される弁座を有する第1の基板と、加熱されること
    により撓む可撓部、および前記貫通孔と対応する位置に
    前記可撓部に連なって形成され可撓部の撓みにより変位
    する弁体を有する第2の基板とによって構成され、前記
    弁体の変位により、前記弁座と、前記弁体における弁座
    に対向し接触する対向面との距離が変化して、前記貫通
    孔に流れる流体の流量制御を行う半導体マイクロバルブ
    において、 前記弁体の対向面又は前記弁座の少なくとも一方に熱絶
    縁層が形成されることを特徴とする半導体マイクロバル
    ブ。
  2. 【請求項2】 前記熱絶縁層の材料がシリコン酸化膜で
    ある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。
  3. 【請求項3】 前記熱絶縁層の材料がシリコン窒化膜で
    ある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。
  4. 【請求項4】 前記熱絶縁層の材料が有機系樹脂である
    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。
  5. 【請求項5】 前記有機系樹脂がポリイミドであること
    を特徴とする請求項4記載の半導体マイクロバルブ。
  6. 【請求項6】 前記有機系樹脂がフッ素樹脂であること
    を特徴とする請求項4記載の半導体マイクロバルブ。
  7. 【請求項7】 前記弁体の対向面と前記弁座の両方に、
    有機系樹脂を材料とする熱絶縁層が形成されることを特
    徴とする請求項1記載の半導体マイクロバルブ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6791233B2 (en) * 1999-02-23 2004-09-14 Matsushita Electric Works, Ltd. Semiconductor device

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6791233B2 (en) * 1999-02-23 2004-09-14 Matsushita Electric Works, Ltd. Semiconductor device

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