JP3368741B2 - マイクロバルブ及びその製造方法 - Google Patents
マイクロバルブ及びその製造方法Info
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- JP3368741B2 JP3368741B2 JP04121496A JP4121496A JP3368741B2 JP 3368741 B2 JP3368741 B2 JP 3368741B2 JP 04121496 A JP04121496 A JP 04121496A JP 4121496 A JP4121496 A JP 4121496A JP 3368741 B2 JP3368741 B2 JP 3368741B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の微細加工
技術を用いて製造されるプレーナ型のマイクロバルブに
関するのである。
技術を用いて製造されるプレーナ型のマイクロバルブに
関するのである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ガスクロマトグラフィにおける
ガス流量のような微小流量の切替えには半導体の微細加
工技術を用いて構成した超小型のマイクロバルブが好適
である。
ガス流量のような微小流量の切替えには半導体の微細加
工技術を用いて構成した超小型のマイクロバルブが好適
である。
【０００３】本願出願人は、特開平５−２６３９５７号
によりこのようなマイクロバルブを提案している。この
既提案のマイクロバルブは、第１の基板にシリコン単結
晶のウエハーを用いると共に第２の基板に同じくシリコ
ン単結晶のウエハーを用い、両基板を直接接合して構成
するか、或いは第１の基板にシリコン単結晶のウエハー
を用い、第２の基板にパイレックスガラスを用いて両基
板を陽極接合することにより構成したものである。
によりこのようなマイクロバルブを提案している。この
既提案のマイクロバルブは、第１の基板にシリコン単結
晶のウエハーを用いると共に第２の基板に同じくシリコ
ン単結晶のウエハーを用い、両基板を直接接合して構成
するか、或いは第１の基板にシリコン単結晶のウエハー
を用い、第２の基板にパイレックスガラスを用いて両基
板を陽極接合することにより構成したものである。
【０００４】このような既提案のマイクロバルブは小型
化は可能であるが、１つの基板上にマイクロバルブを形
成する形式ではないので、構成が複雑である。又、被測
定流体の入出力口の方向が基板の表或いは裏方向である
為に、例えばガスクロマトグラフィのように、１つの基
板上にマイクロバルブと、このマイクロバルブとは異な
る例えばカラム等他の素子を集積して形成する場合、マ
イクロバルブと他の素子間の入出力の接続が困難である
等の問題がある。更に、この既提案のマイクロバルブで
は、流体中のパーティクルの到来に対しての対応策は特
に考慮が図られていない。
化は可能であるが、１つの基板上にマイクロバルブを形
成する形式ではないので、構成が複雑である。又、被測
定流体の入出力口の方向が基板の表或いは裏方向である
為に、例えばガスクロマトグラフィのように、１つの基
板上にマイクロバルブと、このマイクロバルブとは異な
る例えばカラム等他の素子を集積して形成する場合、マ
イクロバルブと他の素子間の入出力の接続が困難である
等の問題がある。更に、この既提案のマイクロバルブで
は、流体中のパーティクルの到来に対しての対応策は特
に考慮が図られていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点を解決することを課題としたものであって、構成
が簡単で、かつ１つの基板上にマイクロバルブと他の素
子を集積しても両素子間の入出力の接続が容易で、かつ
パーティクルに対して考慮が図られたプレーナ型のマイ
クロバルブを提供することにある。
問題点を解決することを課題としたものであって、構成
が簡単で、かつ１つの基板上にマイクロバルブと他の素
子を集積しても両素子間の入出力の接続が容易で、かつ
パーティクルに対して考慮が図られたプレーナ型のマイ
クロバルブを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の手段
は、基板の一方の面にエッチングにより形成された流
路、及び前記基板の一方の面に設けられ蒸着により形成
された金属薄膜を有する変形可能な絶縁膜よりなり、外
部電気信号を前記金属薄膜に印加することにより変形す
る前記絶縁膜によって前記流路を通る被測定流体の流れ
を制御するようにうにしたものであり、請求項２は基板
の一方の面にエッチングにより流路を形成する工程、前
記流路にアルミニュームを蒸着して流路を塞ぐアルミニ
ューム犠牲層を形成する工程、前記基板の一方の面に所
望の厚さに絶縁材を塗布し、この絶縁膜の上に金属薄膜
を蒸着した後パターンニングする工程、及び前記アルミ
ニューム犠牲層をエッチングにより抜く工程よりなるも
のである。以下、図面により本発明を説明する。
は、基板の一方の面にエッチングにより形成された流
路、及び前記基板の一方の面に設けられ蒸着により形成
された金属薄膜を有する変形可能な絶縁膜よりなり、外
部電気信号を前記金属薄膜に印加することにより変形す
る前記絶縁膜によって前記流路を通る被測定流体の流れ
を制御するようにうにしたものであり、請求項２は基板
の一方の面にエッチングにより流路を形成する工程、前
記流路にアルミニュームを蒸着して流路を塞ぐアルミニ
ューム犠牲層を形成する工程、前記基板の一方の面に所
望の厚さに絶縁材を塗布し、この絶縁膜の上に金属薄膜
を蒸着した後パターンニングする工程、及び前記アルミ
ニューム犠牲層をエッチングにより抜く工程よりなるも
のである。以下、図面により本発明を説明する。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１乃至図３は本発明に係わるマ
イクロバルブの製造工程を示す図である。図１におい
て、１０は直方体状のガラス，セラミックス或いはシリ
コンのような基板で、その一方の面に中央部１１を残
し、この中央部を介して互いに対向するように溝１２，
１３が形成されている。中央部１１は後述するようにバ
ルブを駆動する駆動部として用いられ、又溝１２と１３
は被測定流体が流れる流路として用いられるもので、こ
れらの溝はエッチングにより形成される。
イクロバルブの製造工程を示す図である。図１におい
て、１０は直方体状のガラス，セラミックス或いはシリ
コンのような基板で、その一方の面に中央部１１を残
し、この中央部を介して互いに対向するように溝１２，
１３が形成されている。中央部１１は後述するようにバ
ルブを駆動する駆動部として用いられ、又溝１２と１３
は被測定流体が流れる流路として用いられるもので、こ
れらの溝はエッチングにより形成される。
【０００８】図２において、２０はＡｌ（アルミニュー
ム）犠牲層である。この犠牲層は、Ａｌを前記溝１２と
１３を埋めるように蒸着し、かつ中央部１１上にも５０
０オングストローム程度で極く薄くＡｌを蒸着すること
により形成したものである。
ム）犠牲層である。この犠牲層は、Ａｌを前記溝１２と
１３を埋めるように蒸着し、かつ中央部１１上にも５０
０オングストローム程度で極く薄くＡｌを蒸着すること
により形成したものである。
【０００９】図３において、３０は変形可能な絶縁材の
膜で、本実施の形態においてはこの絶縁材に高分子膜で
あるポリイミドが用いられている。膜３０は、そのポリ
イミドを基板１０の一面に所望の厚さで塗布することに
より形成したものである。ポリイミド膜（以下、絶縁膜
と言う）３０において、前記基板１０の中央部１１に対
向する部分に金属薄膜が蒸着され、この金属薄膜をパタ
ーンニングすることにより一対の金属薄膜ヒータ３１，
３２が形成される。この金属薄膜ヒータは、図では３１
と３２の２個を示してあるが、１個であっても良い。
膜で、本実施の形態においてはこの絶縁材に高分子膜で
あるポリイミドが用いられている。膜３０は、そのポリ
イミドを基板１０の一面に所望の厚さで塗布することに
より形成したものである。ポリイミド膜（以下、絶縁膜
と言う）３０において、前記基板１０の中央部１１に対
向する部分に金属薄膜が蒸着され、この金属薄膜をパタ
ーンニングすることにより一対の金属薄膜ヒータ３１，
３２が形成される。この金属薄膜ヒータは、図では３１
と３２の２個を示してあるが、１個であっても良い。
【００１０】金属薄膜ヒータ３１と３２を絶縁膜３０上
に形成した後、必要に応じて両ヒータ３１と３２を含め
て絶縁膜３０全体に更にポリイミドを塗布する。この２
回目のポリイミドは必要に応じて塗布するもので、図３
では示されていない。この２回目の塗布のポリイミド
は、ヒータ３１と３２部分においてパターンニングを行
うことにより取り除かれる。
に形成した後、必要に応じて両ヒータ３１と３２を含め
て絶縁膜３０全体に更にポリイミドを塗布する。この２
回目のポリイミドは必要に応じて塗布するもので、図３
では示されていない。この２回目の塗布のポリイミド
は、ヒータ３１と３２部分においてパターンニングを行
うことにより取り除かれる。
【００１１】しかる後、Ａｌ犠牲層２０をエッチングに
よって抜く。これにより、図４に示す如く本発明に係わ
るプレーナ型のマイクロバルブが完成する。なお、図４
は図３のＡーＡ’断面を示す図である。図４において、
４０は２回目塗布のポリイミドを示す。
よって抜く。これにより、図４に示す如く本発明に係わ
るプレーナ型のマイクロバルブが完成する。なお、図４
は図３のＡーＡ’断面を示す図である。図４において、
４０は２回目塗布のポリイミドを示す。
【００１２】図４に示す如く、本発明に係わるマイクロ
バルブは、通常はガラス基板１０の中央部１１と絶縁膜
３０とが５００オングストロームの間隙を隔てて（実質
的に）密着されるようになっている。なお、この間隙が
無いと絶縁膜３０が中央部１１より離れ難い。この間隙
はこれを避ける為に設けたものである。このように、通
常は中央部１１と絶縁膜３０が密着されてバルブは遮断
状となっている。従って、例えば基板１０に形成した一
方の溝１２から被測定流体を流し、他方の溝１３からそ
の被測定流体を取り出すようにすれば、通常状態では中
央部１１と絶縁膜３０とにより被測定流体の通路が遮断
され、流体は流れない。なお、５００オングストローム
の間隙では被測定流体は通らない。
バルブは、通常はガラス基板１０の中央部１１と絶縁膜
３０とが５００オングストロームの間隙を隔てて（実質
的に）密着されるようになっている。なお、この間隙が
無いと絶縁膜３０が中央部１１より離れ難い。この間隙
はこれを避ける為に設けたものである。このように、通
常は中央部１１と絶縁膜３０が密着されてバルブは遮断
状となっている。従って、例えば基板１０に形成した一
方の溝１２から被測定流体を流し、他方の溝１３からそ
の被測定流体を取り出すようにすれば、通常状態では中
央部１１と絶縁膜３０とにより被測定流体の通路が遮断
され、流体は流れない。なお、５００オングストローム
の間隙では被測定流体は通らない。
【００１３】ここで、金属薄膜ヒータ３１と３２に外部
電源より電流を流すと、これらのヒータは発熱し、ヒー
タの熱膨張率とこのヒータが形成された絶縁膜３０部分
の熱膨脹率の相違により、図５に示す如く基板１０の中
央部１１部分において絶縁膜３０が変形し、ガラス基板
１０の中央部１１と絶縁膜３０との間に通路２１が形成
される。これにより、溝１２から供給された被測定流体
は通路２１を通って溝１３から流出する。このように、
溝１２と１３及び通路２１は被測定流体の流路が形成さ
れる。
電源より電流を流すと、これらのヒータは発熱し、ヒー
タの熱膨張率とこのヒータが形成された絶縁膜３０部分
の熱膨脹率の相違により、図５に示す如く基板１０の中
央部１１部分において絶縁膜３０が変形し、ガラス基板
１０の中央部１１と絶縁膜３０との間に通路２１が形成
される。これにより、溝１２から供給された被測定流体
は通路２１を通って溝１３から流出する。このように、
溝１２と１３及び通路２１は被測定流体の流路が形成さ
れる。
【００１４】なお、金属薄膜ヒータ３１と３２を熱する
度合い，即ちこれらヒータの蒸着温度により通路２１の
開度が制御される。ヒータ３１，３２の蒸着温度はこれ
らのヒータに加える電流の大きさによって制御される。
このように、本発明のバルブにおいては、ヒータ３１と
３２に加える外部電源による電流の大きさによってバル
ブの開度が制御される。
度合い，即ちこれらヒータの蒸着温度により通路２１の
開度が制御される。ヒータ３１，３２の蒸着温度はこれ
らのヒータに加える電流の大きさによって制御される。
このように、本発明のバルブにおいては、ヒータ３１と
３２に加える外部電源による電流の大きさによってバル
ブの開度が制御される。
【００１５】図６は本発明に係わるバルブの他の実施の
形態を示す図である。図４のバルブでは熱によりバルブ
の開閉を制御するようにしたが、図６のバルブは静電駆
動により弁の開閉を行うようにしたものである。即ち、
図６において、５１はガラス基板１０の中央部１１に蒸
着により形成した一方の金属薄膜電極、５２はこの電極
５１に対向するように絶縁膜３０に蒸着により形成した
他方の金属薄膜電極である。６０は外部の可変電圧源
で、両電極に接続されている。なお、図６の他の部分は
図４と同一であり、図４と同一符号を付してその部分の
説明は省略する。
形態を示す図である。図４のバルブでは熱によりバルブ
の開閉を制御するようにしたが、図６のバルブは静電駆
動により弁の開閉を行うようにしたものである。即ち、
図６において、５１はガラス基板１０の中央部１１に蒸
着により形成した一方の金属薄膜電極、５２はこの電極
５１に対向するように絶縁膜３０に蒸着により形成した
他方の金属薄膜電極である。６０は外部の可変電圧源
で、両電極に接続されている。なお、図６の他の部分は
図４と同一であり、図４と同一符号を付してその部分の
説明は省略する。
【００１６】このような構成の静電駆動方式の図６のバ
ルブにおいて、通常は絶縁膜３０とガラス基板１０の中
央部１１とで形成される通路２１を通って被測定流体が
流れるが、外部電源である可変電圧源６０の出力を両電
極５１，５２に与えることにより、絶縁膜３０はガラス
基板１０の中央部１１に吸引されて流路２１が塞がれ
る。これにより、流路１２，１３を流れる流体は遮断さ
れる。即ち、図６のバルブはノーマルオン型であり、バ
ルブの開閉の度合いは外部電源６０の出力電圧の大きさ
によって制御される。
ルブにおいて、通常は絶縁膜３０とガラス基板１０の中
央部１１とで形成される通路２１を通って被測定流体が
流れるが、外部電源である可変電圧源６０の出力を両電
極５１，５２に与えることにより、絶縁膜３０はガラス
基板１０の中央部１１に吸引されて流路２１が塞がれ
る。これにより、流路１２，１３を流れる流体は遮断さ
れる。即ち、図６のバルブはノーマルオン型であり、バ
ルブの開閉の度合いは外部電源６０の出力電圧の大きさ
によって制御される。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１つの基板に被測定流体の流路を形成するようにしたの
で構成が簡単で、しかも流体の入口と出口を夫々従来の
バルブの如く基板の表或いは裏方向に設けるようにせず
に、基板の横方向に設けるようにしたので、例えば基板
上に本発明に係わるマイクロバルブと、このマイクロバ
ルブとは異なる流体素子を集積して形成する場合、マイ
クロバルブと他の素子間の入出力の接続を容易に行うこ
とが可能となる特徴を持つプレーナ型のバルブを得るこ
とができる。更に、本発明のバルブにおいてはガラス基
板の中央と絶縁膜との間でバルブの開閉を行うように構
成したことにより、被測定流体は中央部と膜とで形成さ
れる「面」を通ることになるので、この「面」により被
測定流体に含まれるパーテクルが阻止される。即ち、本
発明によれば被測定流体に含まれるパーテクルに影響さ
れないものとなる。
１つの基板に被測定流体の流路を形成するようにしたの
で構成が簡単で、しかも流体の入口と出口を夫々従来の
バルブの如く基板の表或いは裏方向に設けるようにせず
に、基板の横方向に設けるようにしたので、例えば基板
上に本発明に係わるマイクロバルブと、このマイクロバ
ルブとは異なる流体素子を集積して形成する場合、マイ
クロバルブと他の素子間の入出力の接続を容易に行うこ
とが可能となる特徴を持つプレーナ型のバルブを得るこ
とができる。更に、本発明のバルブにおいてはガラス基
板の中央と絶縁膜との間でバルブの開閉を行うように構
成したことにより、被測定流体は中央部と膜とで形成さ
れる「面」を通ることになるので、この「面」により被
測定流体に含まれるパーテクルが阻止される。即ち、本
発明によれば被測定流体に含まれるパーテクルに影響さ
れないものとなる。
【図１】本発明に係わるバルブの製造工程を説明する為
の図である。
の図である。
【図２】本発明に係わるバルブの製造工程を説明する為
の図である。
の図である。
【図３】本発明に係わるバルブの製造工程を説明する為
の図である。
の図である。
【図４】本発明に係わるバルブの縦断面を示す図であ
る。
る。
【図５】本発明に係わるバルブの動作を説明する為の図
である。
である。
【図６】本発明に係わるバルブの他の実施の形態を示す
図である。
図である。
１０ ガラス基板
２０ アルミニューム犠牲層
３０ 絶縁膜
３１，３２，５１，５２ 金属薄膜
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−263957（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−341556（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−307959（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−15377（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−79478（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−234982（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F16K 31/00 - 31/02
Claims (2)
- 【請求項１】基板の一方の面にエッチングにより形成さ
れた流路、及び前記基板の一方の面に設けられ蒸着によ
り形成された金属薄膜を有する変形可能な絶縁膜よりな
り、外部電気信号を前記金属薄膜に印加することにより
変形する前記絶縁膜によって前記流路を通る被測定流体
の流れを制御するようにうにしてなるマイクロバルブ。 - 【請求項２】基板の一方の面にエッチングにより流路を
形成する工程、 前記流路にアルミニュームを蒸着して流路を塞ぐアルミ
ニューム犠牲層を形成する工程。前記基板の一方の面に
所望の厚さに絶縁材を塗布し、この絶縁膜の上に金属薄
膜を蒸着した後パターンニングする工程。前記アルミニ
ューム犠牲層をエッチングにより抜く工程。よりなるマ
イクロバルブの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04121496A JP3368741B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-02-28 | マイクロバルブ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04121496A JP3368741B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-02-28 | マイクロバルブ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09229222A JPH09229222A (ja) | 1997-09-05 |
| JP3368741B2 true JP3368741B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=12602161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04121496A Expired - Fee Related JP3368741B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-02-28 | マイクロバルブ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3368741B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100414513B1 (ko) * | 1999-02-23 | 2004-01-13 | 마츠시다 덴코 가부시키가이샤 | 반도체 장치 및 이를 이용한 반도체 마이크로 액튜에이터및 반도체 마이크로 밸브 및 반도체 마이크로 릴레이 및반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 마이크로액튜에이터의 제조 방법 |
| FR2817604B1 (fr) * | 2000-12-01 | 2004-04-23 | Biomerieux Sa | Vannes activees par des polymeres electro-actifs ou par des materiaux a memoire de forme, dispositif contenant de telles vannes et procede de mise en oeuvre |
| WO2002097422A1 (en) * | 2001-05-31 | 2002-12-05 | Electron-Bio, Inc. | A micro valve apparatus using micro bead and method for controlling the same |
| KR100668304B1 (ko) * | 2004-09-16 | 2007-01-12 | 삼성전자주식회사 | Ｐｃｒ 혼합액을 ｐｃｒ 칩의 각 ｐｃｒ 채널에 주입하기위한 장치 및 상기 장치를 포함하는 ｐｃｒ 칩 유니트 |
| KR20100085698A (ko) * | 2009-01-21 | 2010-07-29 | 삼성전기주식회사 | 잉크젯 헤드 |
| DE102011075127B4 (de) * | 2010-05-04 | 2014-10-30 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Mikroventilstruktur mit einem Polymeraktor und Lab-on-a-chip Modul |
-
1996
- 1996-02-28 JP JP04121496A patent/JP3368741B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09229222A (ja) | 1997-09-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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