JP2005087975A - Gas-liquid separator and its producing method - Google Patents

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宏光 八谷
Akira Yo
明 楊
Masatomo Yamaguchi
理知 山口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas-liquid separator which has a function not permeating liquid, but permeating gas, and is hard to produce any slack and loose. <P>SOLUTION: The gas-liquid separator provided with an opening portion 10 not permeating the liquid, but permeating the gas on a silicon membrane 1 is provided. The opening portion 10 has inner wall surfaces 11 and 13 inclined in a thickness direction of the silicon membrane 1 such that an opening area expands toward the surface. The inner wall surfaces 11 and 13 are subjected to a water repellent treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、液体を透過せず気体を透過する機能を有する気液分離体と、その製造方法に関する。   The present invention relates to a gas-liquid separator having a function of transmitting gas without transmitting liquid, and a manufacturing method thereof.

例えば、現在実用化されている電量式ガスセンサーの気液分離膜としては、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素化合物を延伸して作製した多孔質メンブレンフィルター等が用いられている(下記特許文献1[0004]〜[0006])。
特開2002−263458号公報
For example, a porous membrane filter produced by stretching a fluorine compound such as polytetrafluoroethylene is used as a gas-liquid separation membrane of a coulometric gas sensor that is currently in practical use (Patent Document 1 below [1] 0004] to [0006]).
JP 2002-263458 A

しかしながら、かかる多孔質メンブレンフィルターは膜自体が柔軟であるため、緩みやすく、形状精度や寸法精度が低下し易いという問題があった。また撓み易いので、電極等と多孔質メンブレンフィルターとの距離が微小である場合に、これらの位置関係を厳密に管理するのが困難であり、組み立て作業時にも困難を伴うという問題もあった。
このような問題に対して、上記特許文献1では、2枚のシリコン基板を接合し、接合面のいずれかの一面に接合面に沿ってサブミクロンレベルの浅溝を凹設し、このギャップを気体透過孔とすることによって、堅牢な構造の気液分離膜が得られることが記載されている。しかし、かかる構造の気液分離膜は製造工程が複雑であった。
However, such a porous membrane filter has a problem that since the membrane itself is flexible, it is easy to loosen and shape accuracy and dimensional accuracy are liable to be lowered. Moreover, since it is easy to bend, when the distance of an electrode etc. and a porous membrane filter is very small, it is difficult to manage these positional relationships strictly, and there also existed a problem that it also had difficulty at the time of an assembly operation.
In order to solve such a problem, in the above-mentioned Patent Document 1, two silicon substrates are bonded, and a shallow groove at a submicron level is formed along one of the bonding surfaces along the bonding surface. It is described that a gas-liquid separation membrane having a robust structure can be obtained by using gas permeation holes. However, the gas-liquid separation membrane having such a structure has a complicated manufacturing process.

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、液体を透過せず気体を透過する機能を有し、撓みや緩みを生じ難い気液分離体、およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a gas-liquid separator having a function of transmitting gas without transmitting liquid and hardly causing bending and loosening, and a method for manufacturing the same. .

前記課題を解決するために本発明の気液分離体は、シリコン膜に、液体を透過せず気体を透過する開口部が設けられた気液分離体であって、前記開口部は、内壁面が、前記シリコン膜の厚さ方向に対して、開口面積が表面に向かって拡大するように傾斜しており、前記内壁面が撥水処理されていることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the gas-liquid separator of the present invention is a gas-liquid separator in which an opening that does not transmit liquid but transmits gas is provided in a silicon film, and the opening includes an inner wall surface. However, the opening area is inclined with respect to the thickness direction of the silicon film so as to increase toward the surface, and the inner wall surface is water-repellent.

また本発明は、シリコン膜に、液体を透過せず気体を透過する開口部が設けられた気液分離体を製造する方法であって、シリコン膜に、異方性エッチングにより開口部を形成する工程と、該開口部の内壁面を撥水処理する工程を有することを特徴とする気液分離体の製造方法を提供する。   The present invention also relates to a method of manufacturing a gas-liquid separator in which an opening that allows gas to pass through without passing through a liquid is formed in the silicon film, wherein the opening is formed in the silicon film by anisotropic etching. There is provided a method for producing a gas-liquid separator comprising a step and a step of water-repellent treatment of an inner wall surface of the opening.

本発明の気液分離体は、シリコン膜に開口部を設け、該開口部の内壁面に撥水処理を施すことによって該開口部に気液分離機能を持たせたものである。前記開口部は、シリコン膜の厚さ方向に対して傾斜しているテーパ面となっており、開口面積が表面に向かって拡大しているので、シリコン膜の厚さを厚くしても、シリコン膜の裏面側に微小な孔を容易に、かつ精度良く形成することができる。したがって、シリコン膜の厚さを増大させて剛性を向上させることができ、これによって撓みや緩みが生じ難く、寸法、形状、および微細な位置関係が変動し難い気液分離体を得ることができる。
また、特に開口部の内壁面がテーパ面となっているので、この内壁面に撥水処理を施し易く、撥水処理による耐水圧向上効果が有効に得られ、高い耐水性を達成することができる。
In the gas-liquid separator of the present invention, an opening is provided in a silicon film, and the opening is provided with a gas-liquid separation function by applying a water repellent treatment to the inner wall surface of the opening. The opening is a tapered surface inclined with respect to the thickness direction of the silicon film, and the opening area is enlarged toward the surface. Therefore, even if the thickness of the silicon film is increased, the silicon A minute hole can be easily and accurately formed on the back side of the film. Therefore, the thickness of the silicon film can be increased to improve the rigidity, whereby it is possible to obtain a gas-liquid separator that is unlikely to be bent or loosened and that is difficult to change in size, shape, and fine positional relationship. .
In addition, since the inner wall surface of the opening portion is a tapered surface, the inner wall surface is easy to be subjected to water repellent treatment, and the effect of improving the water pressure resistance by the water repellent treatment can be effectively obtained to achieve high water resistance. it can.

また、本発明の気液分離体の製造方法によれば、異方性エッチングを用いて開口部を形成するので、内壁面が厚さ方向に対して傾斜している開口部を容易に形成することができる。また再現性が良いので、微小な孔を精度良く形成することができ、設計、工程管理も容易である。
したがって、シリコン膜の厚さを厚くして剛性を向上させるとともに、シリコン膜に微小な孔を容易にかつ精度良く形成することができるので、撓みや緩みが生じ難く、寸法、形状、および微細な位置関係が変動し難い気液分離体を容易に、かつ再現性良く製造することができる。
In addition, according to the method of manufacturing a gas-liquid separator of the present invention, the opening is formed using anisotropic etching, and therefore the opening whose inner wall surface is inclined with respect to the thickness direction is easily formed. be able to. In addition, since reproducibility is good, minute holes can be formed with high accuracy, and design and process management are easy.
Therefore, the thickness of the silicon film is increased to improve the rigidity, and a minute hole can be easily and accurately formed in the silicon film, so that bending and loosening are difficult to occur. A gas-liquid separator that does not easily change its positional relationship can be manufactured easily and with good reproducibility.

図1〜3は、本発明の気液分離体の一実施形態を模式的に示したもので、図1は開口部の平面図、図2は図1中のA−A線に沿う断面図、図3は図1中のB−B線に沿う断面図である。図中符号1はシリコン膜であり、便宜上1aを表面、1bを裏面とする。   1 to 3 schematically show an embodiment of the gas-liquid separator of the present invention. FIG. 1 is a plan view of an opening, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. Reference numeral 1 in the figure denotes a silicon film, and for convenience, 1a is a front surface and 1b is a back surface.

シリコン膜1には略長方形の開口部10が形成されている。開口部10の内壁面11、13は、シリコン膜1の厚さ方向(図中Z方向)に対して、開口面積が表面1a側に向かって拡大するように傾斜しており、裏面1b側である最下部(底)に、平面視ライン状のスリット孔12が形成されている。
ここで、開口部10の開口面積とは、開口部10をシリコン膜1の厚さ方向(Z方向)に対して垂直な断面で切ったときに孔となっている部分の面積をいう。
すなわち、図2に示すように、開口部10の長さ方向(図中、X方向)に対して垂直な断面形状は略V字状に形成されている。また、図3に示すように、開口部10の長さ方向の両端部の内壁面13も、Z方向に対して傾斜しており、X方向における開口部10の長さは最下部(底)のスリット孔12で最も小さく、そこから表面1a側に向かって漸次拡大している。
A substantially rectangular opening 10 is formed in the silicon film 1. The inner wall surfaces 11 and 13 of the opening 10 are inclined with respect to the thickness direction (Z direction in the drawing) of the silicon film 1 so that the opening area increases toward the front surface 1a side, and on the back surface 1b side. A slit hole 12 having a line shape in plan view is formed in a lowermost part (bottom).
Here, the opening area of the opening 10 refers to the area of a portion that becomes a hole when the opening 10 is cut in a cross section perpendicular to the thickness direction (Z direction) of the silicon film 1.
That is, as shown in FIG. 2, the cross-sectional shape perpendicular to the length direction (X direction in the drawing) of the opening 10 is formed in a substantially V shape. Further, as shown in FIG. 3, the inner wall surfaces 13 at both ends in the length direction of the opening 10 are also inclined with respect to the Z direction, and the length of the opening 10 in the X direction is the lowest (bottom). The slit hole 12 is the smallest and gradually expands from the slit hole 12 toward the surface 1a side.

開口部10の内壁面11、13には撥水処理が施されている。具体的には、内壁面11、13上に撥水剤からなる薄膜が設けられており、所定の液体に対する内壁面11、13の静的接触角が所定の範囲内となっている。内壁面11、13の静的接触角は、開口部10において好適な耐水圧が得られる範囲に設計される。
すなわち、開口部10における耐水圧がある程度高ければ、シリコン膜1の裏面1b側に液体が満たされている状態で、この開口部10から液体が流出せず、気液分離機能が得られる。開口部10における耐水圧は液体の表面張力に応じて変化し、開口部10のスリット孔12の大きさ(X方向の長さおよびY方向の幅)、および該液体と内壁面11,13との接触角によって制御可能である。該液体と内壁面11,13との接触角は内壁面11,13上に成膜される撥水剤の種類によって制御することができる。
内壁面11,13の撥水処理は、少なくとも開口部10のスリット孔12の周囲が撥水性となっていればよいが、開口部10の内壁面11、13の全面に撥水処理が施されていることが好ましい。また、該内壁面11、13に続くシリコン膜1の表面1aにも撥水処理が施されていても構わない。一方、液体と接触する側である、シリコン膜1の裏面1bは親水性であることが好ましい。
The inner wall surfaces 11 and 13 of the opening 10 are subjected to water repellent treatment. Specifically, a thin film made of a water repellent is provided on the inner wall surfaces 11 and 13, and the static contact angle of the inner wall surfaces 11 and 13 with respect to a predetermined liquid is within a predetermined range. The static contact angles of the inner wall surfaces 11 and 13 are designed in a range where a suitable water pressure resistance can be obtained at the opening 10.
That is, if the water pressure resistance in the opening 10 is high to some extent, the liquid does not flow out from the opening 10 while the back surface 1b side of the silicon film 1 is filled, and a gas-liquid separation function is obtained. The water pressure resistance in the opening 10 changes according to the surface tension of the liquid, the size of the slit hole 12 in the opening 10 (the length in the X direction and the width in the Y direction), and the liquid and the inner wall surfaces 11 and 13. The contact angle can be controlled. The contact angle between the liquid and the inner wall surfaces 11 and 13 can be controlled by the type of the water repellent formed on the inner wall surfaces 11 and 13.
The water repellent treatment of the inner wall surfaces 11 and 13 is sufficient if at least the periphery of the slit hole 12 of the opening 10 is water repellent, but the entire inner wall surfaces 11 and 13 of the opening 10 are subjected to water repellent treatment. It is preferable. Further, the surface 1 a of the silicon film 1 following the inner wall surfaces 11 and 13 may be subjected to water repellent treatment. On the other hand, it is preferable that the back surface 1b of the silicon film 1 that is in contact with the liquid is hydrophilic.

気液分離機能を得るために、開口部10における耐水圧は20kPa以上であることが好ましい。
開口部10の大きさは、好ましい耐水圧が得られる範囲内であればよいが、例えば本実施形態においては、シリコン膜1の裏面1bにおけるスリット孔12のX方向の長さが1〜2mm、Y方向の幅が0.0001〜0.002mm(0.1〜2μm)の範囲内とすることが好ましい。
シリコン膜1の厚さは、好ましい剛性を得るためには50μm以上とすることが好ましく、例えば100μm程度に好ましく設定される。シリコン膜1の厚さの上限は特に限定されないが、厚くなるほど加工に要する時間が長くなるので、450μm以下とすることが好ましい。
開口部10の内壁面11、13のZ方向に対する傾斜角は、エッチング条件(エッチングレート)によって決まる。したがって、シリコン膜1の表面1aにおける開口部10のX方向の長さおよびY方向の幅は、エッチング条件によって決まる傾斜角とシリコン膜1の厚さとから、開口部10の最下部に所望のサイズのスリット孔12が形成されるように設計される。
液体と内壁面11、13との静的接触角は、好ましい耐水圧が得られる範囲内であればよいが、例えば本実施形態においては120°以上とすることが好ましい。
In order to obtain a gas-liquid separation function, the water pressure resistance in the opening 10 is preferably 20 kPa or more.
The size of the opening 10 may be within a range in which a preferable water pressure resistance is obtained. For example, in this embodiment, the length in the X direction of the slit hole 12 in the back surface 1b of the silicon film 1 is 1 to 2 mm. The width in the Y direction is preferably in the range of 0.0001 to 0.002 mm (0.1 to 2 μm).
In order to obtain a preferable rigidity, the thickness of the silicon film 1 is preferably 50 μm or more, and is preferably set to about 100 μm, for example. The upper limit of the thickness of the silicon film 1 is not particularly limited. However, since the time required for processing increases as the thickness increases, the thickness is preferably set to 450 μm or less.
The inclination angle of the inner wall surfaces 11 and 13 of the opening 10 with respect to the Z direction is determined by the etching conditions (etching rate). Therefore, the length in the X direction and the width in the Y direction of the opening 10 on the surface 1 a of the silicon film 1 are set to a desired size at the bottom of the opening 10 based on the inclination angle determined by the etching conditions and the thickness of the silicon film 1. The slit hole 12 is designed to be formed.
The static contact angle between the liquid and the inner wall surfaces 11 and 13 may be within a range in which a preferable water pressure resistance can be obtained. For example, in the present embodiment, it is preferably 120 ° or more.

本実施形態の気液分離体は、シリコン膜1にウェットエッチングによる結晶異方性エッチングを施して、スリット孔12を有する開口部10を形成した後、開口部10の内壁面11、13を撥水処理することによって製造することができる。
シリコン膜1の表面1a側から結晶異方性エッチングを行うと、内壁面11、13がシリコン膜1の厚さ方向(Z方向)に対して傾斜して形成され、エッチング時間を好適に設定すれば、該内壁面がシリコン膜1の最下部に到達して裏面1b側に貫通するスリット孔12が形成される。
スリット孔12における、X方向の長さおよびY方向の幅は、シリコン膜1の厚さおよびエッチング条件(エッチングレート)が決まっているとき、結晶異方性エッチング時に使用するエッチングマスク寸法を調整することによって制御することができる。
エッチングマスクとしては、シリコン膜1上にSiO膜を形成し、これをフォトリソグラフ法によりパターニングしたものを用いることができる。、
The gas-liquid separator of the present embodiment performs crystal anisotropic etching by wet etching on the silicon film 1 to form the opening 10 having the slit hole 12, and then repels the inner wall surfaces 11 and 13 of the opening 10. It can be produced by water treatment.
When crystal anisotropic etching is performed from the surface 1a side of the silicon film 1, the inner wall surfaces 11 and 13 are formed to be inclined with respect to the thickness direction (Z direction) of the silicon film 1, and the etching time is suitably set. For example, a slit hole 12 is formed in which the inner wall surface reaches the bottom of the silicon film 1 and penetrates to the back surface 1b side.
The length of the slit hole 12 in the X direction and the width in the Y direction adjust the size of the etching mask used during crystal anisotropic etching when the thickness of the silicon film 1 and the etching conditions (etching rate) are determined. Can be controlled.
As an etching mask, an SiO 2 film formed on the silicon film 1 and patterned by a photolithography method can be used. ,

内壁面11、13の撥水処理は、予め、シリコン膜1の裏面1b上に剥離可能な粘着シートを密着させた状態で行うのが好ましい。こうすることにより、撥水処理がシリコン膜1の裏面1bにまで及ぶのを防止できるので、該裏面1bを親水性とするうえで好ましい。
そして、シリコン膜1の表面1a上に液状の撥水剤を、スプレー法、塗布法、浸漬法などの適宜のコーティング法を用いてコーティングする。このとき、少なくとも開口部10の内壁面11、13の全面上に撥水剤をコーティングすることが好ましい。より好ましくは、シリコン膜1の表面1a全面にコーティングを施す。
また、超音波によって、コーティングされた撥水剤に振動を加えて、該撥水剤中の気泡を除去することが好ましい。
この後、コーティングされた撥水剤を乾燥させる。乾燥条件は、コーティングされた撥水剤中の溶剤が除去されて、撥水剤からなる薄膜が形成される程度に設定される。
The water repellent treatment of the inner wall surfaces 11 and 13 is preferably performed in a state in which a peelable adhesive sheet is in close contact with the back surface 1b of the silicon film 1 in advance. By doing so, it is possible to prevent the water repellent treatment from reaching the back surface 1b of the silicon film 1, which is preferable for making the back surface 1b hydrophilic.
Then, a liquid water repellent is coated on the surface 1a of the silicon film 1 by using an appropriate coating method such as a spray method, a coating method, or a dipping method. At this time, it is preferable to coat at least the entire inner wall surfaces 11 and 13 of the opening 10 with a water repellent. More preferably, the entire surface 1a of the silicon film 1 is coated.
Moreover, it is preferable to apply vibration to the coated water repellent by ultrasonic waves to remove bubbles in the water repellent.
Thereafter, the coated water repellent is dried. The drying conditions are set such that the solvent in the coated water repellent is removed and a thin film made of the water repellent is formed.

ここで、乾燥時に、コーティングされた撥水剤中に気泡が存在していると、該気泡の近傍で撥水処理が不十分となり易い。特に、開口部10の最下部に気泡が滞留し易く、そのためにスリット孔12の周囲における撥水処理が不十分になると、耐水圧が設計通りに得られなくなるが、上記のように乾燥前に超音波を用いて撥水剤中の気泡を除去することにより、これを防止することができる。
撥水処理に用いる撥水剤は、処理後に所望の接触角が得られ、コーティングされる面への濡れ性が良好であり、微小な開口部10の内壁面にコーティング可能な膜厚が得られるものが好ましい。具体的には主成分としてフッ素を含有するものが好適であり、具体例としてはHIRECX1(商品名;NTT−アドバンステクノロジー社製)等が挙げられる。撥水剤の乾燥条件は、例えば50〜60℃、60〜120分程度の範囲内が好ましい。
乾燥処理後の撥水剤の薄膜の厚さは、スリット孔12のY方向の幅に比べて十分に小さいことが好ましく、例えば0.1〜0.5μm程度が好ましい。
Here, if air bubbles are present in the coated water repellent during drying, the water repellent treatment tends to be insufficient in the vicinity of the air bubbles. In particular, if air bubbles are likely to stay in the lowermost part of the opening 10 and the water repellent treatment around the slit hole 12 becomes insufficient, the water pressure resistance cannot be obtained as designed. This can be prevented by removing bubbles in the water repellent using ultrasonic waves.
The water repellent used in the water repellent treatment has a desired contact angle after the treatment, good wettability to the surface to be coated, and a film thickness that can be coated on the inner wall surface of the minute opening 10. Those are preferred. Specifically, those containing fluorine as a main component are suitable, and specific examples include HIRECX1 (trade name; manufactured by NTT-Advanced Technology). The drying condition of the water repellent is preferably, for example, in the range of about 50 to 60 ° C. and about 60 to 120 minutes.
The thickness of the thin film of the water repellent after the drying treatment is preferably sufficiently smaller than the width of the slit hole 12 in the Y direction, and is preferably about 0.1 to 0.5 μm, for example.

本実施形態の気液分離体は、各種装置の気液分離部において液体と気体との界面に、シリコン膜1の裏面1bが液体と接触するように配されて用いられる。
例えば、板状の基体に液体を収容する凹部または液体の流路としての凹溝を形成し、該基体上に本実施形態の気液分離体を、該凹部または凹溝を覆うように積層一体化して用いることもできる。
かかる基体としては、例えば、シリコン膜1からなる気液分離体とガラス板とは化学的に接合が可能であり、かつ接合後は高い密閉性が得られるので、ガラスを好適に用いることができる。
The gas-liquid separator of the present embodiment is used by being arranged at the interface between the liquid and the gas so that the back surface 1b of the silicon film 1 is in contact with the liquid in the gas-liquid separator of various apparatuses.
For example, a concave portion for storing a liquid or a concave groove as a liquid flow path is formed in a plate-like substrate, and the gas-liquid separator of the present embodiment is laminated on the substrate so as to cover the concave portion or the concave groove. It can also be used.
As such a substrate, for example, the gas-liquid separator made of the silicon film 1 and the glass plate can be chemically bonded, and high sealing properties can be obtained after the bonding. Therefore, glass can be preferably used. .

本実施形態にあっては、シリコン膜1を厚くして剛性を持たせることができるので、シリコン膜1を単層で用いることができる。またシリコン膜1を他の補強部材と接合一体化して用いることもできる。
上述したように、シリコン膜1からなる気液分離体はガラス板と化学的に接合が可能であるので、例えば図4に示すように、シリコン膜1の裏面1b上に、開口部6を設けたガラス板5を接合一体化して、シリコン膜1を補強することができる。ガラス板5の開口部6は、シリコン膜1の開口部10を塞がないように、かつシリコン膜1の開口部10とガラス板5の開口部6とが連通するように形成する。
このようにシリコン膜1にガラス板5を接合して用いる場合には、ガラス板5と接合せずに用いる場合に比べてシリコン膜1を薄くすることも可能であるが、シリコン膜1の厚さは例えば100μm程度に好ましく設定することができる。スリット孔12の大きさが同じ場合でも、シリコン膜1の厚さが薄いほど、高精度な加工を行い易いので、より微小な開口部10を密に設けて気孔率を上げることが可能である。
In the present embodiment, since the silicon film 1 can be made thick and rigid, the silicon film 1 can be used as a single layer. Further, the silicon film 1 can be joined and integrated with another reinforcing member.
As described above, since the gas-liquid separator made of the silicon film 1 can be chemically bonded to the glass plate, an opening 6 is provided on the back surface 1b of the silicon film 1, for example, as shown in FIG. The silicon film 1 can be reinforced by joining and integrating the glass plates 5. The opening 6 of the glass plate 5 is formed so as not to block the opening 10 of the silicon film 1 and so that the opening 10 of the silicon film 1 and the opening 6 of the glass plate 5 communicate with each other.
In this way, when the glass plate 5 is bonded to the silicon film 1, the silicon film 1 can be made thinner than the case where it is used without being bonded to the glass plate 5. The thickness can be preferably set to about 100 μm, for example. Even if the size of the slit hole 12 is the same, the thinner the silicon film 1 is, the easier it is to perform high-precision processing. Therefore, it is possible to increase the porosity by providing more minute openings 10 densely. .

なお、シリコン膜1に設ける開口部10の数は、1つでもよいが、シリコン膜1の所望の強度および剛性を確保できる範囲で複数設けることもできる。シリコン膜1におけるスリット孔12の総面積が大きくなるほど、気液分離体における気体の透過量が大きくなる。開口部10を複数設ける場合、個々の開口部10において、それぞれ好ましい耐水圧が得られるように設計する。   The number of openings 10 provided in the silicon film 1 may be one, but a plurality of openings 10 may be provided as long as desired strength and rigidity of the silicon film 1 can be ensured. As the total area of the slit holes 12 in the silicon film 1 increases, the amount of gas permeation through the gas-liquid separator increases. When a plurality of openings 10 are provided, each opening 10 is designed so as to obtain a preferable water pressure resistance.

また、本実施形態では、スリット孔12を平面視ライン形としたが、開口部および孔の形状はこれに限らず、例えば図5、6に示すように、略点状の孔22を有する開口部20としても、同様の作用効果を得ることができる。図5は開口部20を模式的に示した平面図であり、図6は図5中のA−A線に沿う断面図である。   In this embodiment, the slit hole 12 has a line shape in plan view. However, the shape of the opening and the hole is not limited to this, and for example, an opening having a substantially dotted hole 22 as shown in FIGS. Similar effects can be obtained with the portion 20 as well. 5 is a plan view schematically showing the opening 20, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.

この図の例が、上記の実施形態と異なる点は、シリコン膜2の表面2aにおける開口部20の形状が略正方形状で、開口部20の最下部(底)に形成されている孔22が微小な略正方形状となっている点である。開口部20の内壁面21は上記実施形態と同様にシリコン膜2の厚さ方向(Z方向)に対して傾斜しており、該内壁面21には同様に撥水処理が施されている。   The example of this figure is different from the above embodiment in that the shape of the opening 20 in the surface 2a of the silicon film 2 is substantially square, and the hole 22 formed in the lowermost part (bottom) of the opening 20 is provided. It is a point that is a minute square shape. The inner wall surface 21 of the opening 20 is inclined with respect to the thickness direction (Z direction) of the silicon film 2 as in the above embodiment, and the inner wall surface 21 is similarly subjected to water repellent treatment.

かかる構成の開口部20にあっては孔22が小さいので、上記実施形態に比べて耐水圧を高くし易いが、気体の透過量は小さい。したがって、シリコン膜2の所望の強度および剛性を確保できる範囲で、かかる開口部20を複数設けることが好ましい。
この場合、個々の開口部20において、それぞれ好ましい耐水圧が得られるように設計する。
この例において、開口部20の大きさは、好ましい耐水圧が得られる範囲内であればよいが、例えばシリコン膜2の裏面2bにおける孔22のX方向の長さが0.0001〜0.002mm(0.1〜2μm)、Y方向の幅が0.0001〜0.002mm(0.1〜2μm)の範囲内とすることが好ましい。
開口部20の内壁面21のZ方向に対する傾斜角は、エッチング条件(エッチングレート)によって決まる。したがって、シリコン膜2の表面2aにおける開口部20のX方向の長さおよびY方向の幅は、エッチング条件によって決まる傾斜角とシリコン膜2の厚さとから、開口部20の最下部に所望のサイズの孔22が形成されるように設計される。
液体と内壁面21との静的接触角は、好ましい耐水圧が得られる範囲内であればよいが、例えば本例においては120°以上とすることが好ましい。
In the opening 20 having such a configuration, since the hole 22 is small, the water pressure resistance can be easily increased as compared with the above embodiment, but the amount of gas permeation is small. Therefore, it is preferable to provide a plurality of such openings 20 as long as desired strength and rigidity of the silicon film 2 can be ensured.
In this case, the individual openings 20 are designed so as to obtain a preferable water pressure resistance.
In this example, the size of the opening 20 may be within a range in which a preferable water pressure resistance can be obtained. For example, the length in the X direction of the hole 22 in the back surface 2b of the silicon film 2 is 0.0001 to 0.002 mm. (0.1 to 2 μm), and the width in the Y direction is preferably in the range of 0.0001 to 0.002 mm (0.1 to 2 μm).
The inclination angle of the inner wall surface 21 of the opening 20 with respect to the Z direction is determined by the etching condition (etching rate). Therefore, the length in the X direction and the width in the Y direction of the opening 20 on the surface 2a of the silicon film 2 are set to a desired size at the bottom of the opening 20 from the inclination angle determined by the etching conditions and the thickness of the silicon film 2. It is designed so that a hole 22 is formed.
The static contact angle between the liquid and the inner wall surface 21 may be within a range in which a preferable water pressure resistance can be obtained, but is preferably 120 ° or more in this example, for example.

(実施例)
図1〜3に示す構成の気液分離体を製造した。
まず、シリコン膜1の表面1a上および裏面1b上にそれぞれ酸化膜(SiO膜)を形成した。シリコン膜1の厚さは100μm、その表裏面上の酸化膜の厚さはいずれも0.8μmとした。なお、シリコン膜1は、その結晶面のうち(111)面が、開口部10の幅方向(Y方向)両端の内壁面11を形成するように用いた。
次いで、表面1a上の酸化膜をフォトリソグラフ法によりパターニングして、該酸化膜にX方向の長さ2mm、Y方向の幅153.5μmの開口部を設けた。
次いで、この開口部を設けた酸化膜をエッチングマスクとしてシリコン膜に異方性エッチングを施した。エッチング液としては、KOH500gを蒸留水790mlに溶解させ、温度を60℃に下げてからイソプロピルアルコール(IPA)を液体が飽和するまで加えた液(温度約60℃)を用いた。このエッチング液を用いてシリコン膜にウェットエッチングを施したときの、各結晶面におけるエッチングレートは、
{111}:{100}:{110}=0.2:22.5:16 (μm/h)となる。
300分間エッチングした後、徐々に冷却し、純水で洗浄した後、窒素ガスを用いて乾燥させた。
この後、シリコン膜1の表裏面上の酸化膜をフッ酸を用いて除去して、開口部10の形成を完了させた。シリコン膜1の裏面1bにおけるスリット孔12のX方向の長さは2mm、Y方向の幅は1μm±0.5μmであった。またシリコン膜1の表面1aにおける開口部10のX方向の長さは1.568mm、Y方向の幅は2.003μmであった。
(Example)
A gas-liquid separator having the configuration shown in FIGS.
First, oxide films (SiO 2 films) were formed on the front surface 1a and the back surface 1b of the silicon film 1, respectively. The thickness of the silicon film 1 was 100 μm, and the thicknesses of the oxide films on the front and back surfaces were both 0.8 μm. The silicon film 1 was used such that (111) planes of the crystal planes formed inner wall surfaces 11 at both ends in the width direction (Y direction) of the opening 10.
Next, the oxide film on the surface 1a was patterned by photolithography, and an opening having a length of 2 mm in the X direction and a width of 153.5 μm in the Y direction was provided in the oxide film.
Next, anisotropic etching was performed on the silicon film using the oxide film provided with the opening as an etching mask. As the etching solution, a solution (temperature of about 60 ° C.) in which 500 g of KOH was dissolved in 790 ml of distilled water, the temperature was lowered to 60 ° C., and isopropyl alcohol (IPA) was added until the liquid was saturated. The etching rate on each crystal plane when wet etching is performed on the silicon film using this etching solution is as follows:
{111}: {100}: {110} = 0.2: 22.5: 16 (μm / h).
After etching for 300 minutes, it was gradually cooled, washed with pure water, and dried using nitrogen gas.
Thereafter, the oxide films on the front and back surfaces of the silicon film 1 were removed using hydrofluoric acid to complete the formation of the opening 10. The length of the slit hole 12 in the back surface 1b of the silicon film 1 in the X direction was 2 mm, and the width in the Y direction was 1 μm ± 0.5 μm. Further, the length in the X direction of the opening 10 on the surface 1a of the silicon film 1 was 1.568 mm, and the width in the Y direction was 2.003 μm.

次いで、シリコン膜1の裏面1b上に、剥離可能な粘着シートとしてダイシングテープを接着した。そして、シリコン膜1の表面1aの全面に撥水剤としてHIRECX1(商品名;NTT−アドバンステクノロジー社製)を、シリコン膜1に対して超音波振動(周波数:100kHz)を与えながら塗布した。
撥水剤を塗布した後、オーブンにて70℃、2時間の加熱を行って乾燥させた。
乾燥後、走査電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、開口部10の内面11、13においては最下部まで撥水剤の薄膜が形成されていた。該撥水剤の薄膜の厚さは3.3μmであった。
また、撥水処理が施された部分に純水1μlを滴下したときの静的接触角は156°であった。
Next, a dicing tape was bonded onto the back surface 1b of the silicon film 1 as a peelable adhesive sheet. Then, HIRECX1 (trade name; manufactured by NTT-Advanced Technology) as a water repellent was applied to the entire surface 1a of the silicon film 1 while applying ultrasonic vibration (frequency: 100 kHz) to the silicon film 1.
After applying the water repellent, it was dried by heating in an oven at 70 ° C. for 2 hours.
Observation with a scanning electron microscope (SEM) after drying revealed that a thin film of a water repellent was formed on the inner surfaces 11 and 13 of the opening 10 up to the bottom. The thickness of the water repellent thin film was 3.3 μm.
Further, the static contact angle when 1 μl of pure water was dropped on the water repellent treated portion was 156 °.

このような撥水処理を経て得られた気液分離体について、耐水圧の評価を行った。
耐水圧を測定する装置は、図7に示すように、ポンプ41によって送り出された液体が、圧力センサー42を通過した後、ゴム管43に流れ込むように構成されている。
このゴム管43の開口端に、該開口端を塞ぐように気液分離体44を配してO−リング45によって液密に固定した。
ポンプ41を駆動させて1μm/minの一定流速で蒸留水を送液した。送液された蒸留水によって、気液分離体44に静圧がかかり、時間の経過に伴って該圧力が上昇する。この圧力の増減を、圧力センサー42によって1秒間隔でモニターした。一方、気液分離体44の開口部10を光学顕微鏡で観察し、液体の漏れの有無をモニターした。気液分離体44の開口部10から液体の漏れが生じたときに、圧力センサー42における圧力減少が生じることを確認した。
開口部10から液体の漏れが生じたことにより、開口部10のスリット孔12が貫通孔となっていることを確認できた。これにより、スリット孔12から液体側へ気体が透過可能であることが確認できた。
気液分離体44の開口部10から液体(蒸留水)の漏れが生じる前に、圧力センサー42で測定された圧力の最大値を耐水圧の値とした。
このようにして本実施例で得られた気液分離体の耐水圧を測定した結果、38kPaであった。
The gas-liquid separator obtained through such water repellent treatment was evaluated for water pressure resistance.
As shown in FIG. 7, the apparatus for measuring the water pressure resistance is configured such that the liquid delivered by the pump 41 flows into the rubber tube 43 after passing through the pressure sensor 42.
A gas-liquid separator 44 was disposed at the open end of the rubber tube 43 so as to close the open end, and was fixed in a liquid-tight manner by an O-ring 45.
The pump 41 was driven to feed distilled water at a constant flow rate of 1 μm / min. Due to the fed distilled water, a static pressure is applied to the gas-liquid separator 44, and the pressure increases as time passes. The pressure increase / decrease was monitored by the pressure sensor 42 at 1 second intervals. On the other hand, the opening 10 of the gas-liquid separator 44 was observed with an optical microscope, and the presence or absence of liquid leakage was monitored. It was confirmed that when the liquid leaked from the opening 10 of the gas-liquid separator 44, a pressure decrease in the pressure sensor 42 occurred.
It was confirmed that the slit hole 12 of the opening 10 was a through-hole due to leakage of liquid from the opening 10. Thereby, it has confirmed that gas could permeate | transmit from the slit hole 12 to the liquid side.
Before the liquid (distilled water) leaked from the opening 10 of the gas-liquid separator 44, the maximum value of the pressure measured by the pressure sensor 42 was taken as the value of the water pressure resistance.
Thus, as a result of measuring the water pressure resistance of the gas-liquid separator obtained in the present Example, it was 38 kPa.

本発明に係る気液分離体の一実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows one Embodiment of the gas-liquid separator which concerns on this invention. 図1中のA−A線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the AA line in FIG. 図1中のB−B線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the BB line in FIG. 本発明に係る気液分離体の他の実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows other embodiment of the gas-liquid separator which concerns on this invention. 本発明に係る気液分離体の他の実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows other embodiment of the gas-liquid separator which concerns on this invention. 図5中のA−A線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the AA line in FIG. 耐水圧の測定に用いた装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the apparatus used for the measurement of water pressure resistance.

符号の説明Explanation of symbols

1、2 シリコン膜
1a、2a 表面
1b、2b 裏面
10、20 開口部
11、13、21 内壁面
12 スリット孔
22 孔
44 気液分離体




DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Silicon film 1a, 2a Front surface 1b, 2b Back surface 10, 20 Opening part 11, 13, 21 Inner wall surface 12 Slit hole 22 Hole 44 Gas-liquid separator




Claims (2)

シリコン膜に、液体を透過せず気体を透過する開口部が設けられた気液分離体であって、
前記開口部は、内壁面が、前記シリコン膜の厚さ方向に対して、開口面積が表面に向かって拡大するように傾斜しており、前記内壁面が撥水処理されていることを特徴とする気液分離体。
A gas-liquid separator provided with an opening that allows gas to pass through the silicon film without passing through the liquid,
The opening is characterized in that an inner wall surface is inclined with respect to a thickness direction of the silicon film so that an opening area is enlarged toward the surface, and the inner wall surface is subjected to water repellent treatment. Gas-liquid separator.
シリコン膜に、液体を透過せず気体を透過する開口部が設けられた気液分離体を製造する方法であって、
シリコン膜に、異方性エッチングにより開口部を形成する工程と、
該開口部の内壁面を撥水処理する工程を有することを特徴とする気液分離体の製造方法。


A method for producing a gas-liquid separator provided with an opening that allows gas to pass through a silicon film without passing liquid,
Forming an opening in the silicon film by anisotropic etching;
A method for producing a gas-liquid separator, comprising a step of subjecting the inner wall surface of the opening to a water repellent treatment.


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