KR100403970B1 - a micro pump to using magnetic fluid and it's method for receiving magnetic fluid in a micro pump - Google Patents

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KR100403970B1 KR10-2000-0053336A KR20000053336A KR100403970B1 KR 100403970 B1 KR100403970 B1 KR 100403970B1 KR 20000053336 A KR20000053336 A KR 20000053336A KR 100403970 B1 KR100403970 B1 KR 100403970B1
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Abstract

본 발명은 멤스(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 이용하며, 의료 응용 분야에도 적용 가능한 마이크로 펌프에 관련한 것으로서, 특히 기계요소인 밸브를 대신하여 자성유체를 펌핑원으로 적용하므로써 디바이스의 제작비 절감효과와 초소형 기계 적용시 재료의 한정성을 극복할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a micro pump using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology and also applicable to medical applications, and in particular, by applying a magnetic fluid as a pumping source in place of a valve, which is a mechanical element, a device manufacturing cost reduction effect. It is designed to overcome the limitations of materials in the application of micro and micromachines.

본 발명의 목적은 자성유체를 이용하여 자기장 인가에 의해 유체가 변형되는 변형력에 의해 발생되는 동력에 의해 유체를 일정위치까지 이송시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.An object of the present invention is to use a magnetic fluid to transfer the fluid to a certain position by the power generated by the deformation force that the fluid is deformed by the application of a magnetic field.

이를 위한 본 발명은, 자기장을 발생시키는 복수개의 자기장 발생부(12)를 가진 제 1 기판(10); 상기 제 1 기판(10) 상에 적층되며, 상기 각 자기장 발생부(12)와 상응하는 위치에 자기장에 의해 반응하는 자성유체(1)가 수용되는 복수개의 수용공간(22)을 가진 제 2 기판(20); 상기 제 2 기판(20) 상에 적층되며, 상기 각 수용공간(22)으로 자성유체(1)를 주입하기 위한 복수개의 주입구(32)를 가지고, 상기 각 주입구(32)를 회피한 곳에 상기 각 수용공간(22)과 연통되는 복수개의 자성유체 유동공간(33)을 갖는 제 3 기판(30); 상기 각 자성유체 유동공간(33)을 커버링 하며, 자성유체(1)가 반응할 때는 변형되고 무반응일때는 복귀되는 연질재로 된 복수개의 박막(40); 상기 제 3 기판(30) 상에 적정간격을 두고 설치되어 제 3 기판(30)과의 사이에 피동유체(2)가 이송되는 유로(60)를 형성하는 유로형성패널(50)을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The present invention for this purpose, the first substrate 10 having a plurality of magnetic field generating unit 12 for generating a magnetic field; A second substrate stacked on the first substrate 10 and having a plurality of receiving spaces 22 accommodating the magnetic fluid 1 reacting by the magnetic field at a position corresponding to each of the magnetic field generating units 12. 20; The plurality of injection holes 32 are stacked on the second substrate 20 and have a plurality of injection holes 32 for injecting the magnetic fluid 1 into the receiving spaces 22, and the respective injection holes 32 are avoided. A third substrate 30 having a plurality of magnetic fluid flow spaces 33 in communication with the receiving space 22; A plurality of thin films 40 covering each of the magnetic fluid flow spaces 33 and made of a soft material that deforms when the magnetic fluid 1 reacts and returns when it does not react; And a flow path forming panel 50 disposed on the third substrate 30 at an appropriate interval to form a flow path 60 through which the driven fluid 2 is transferred between the third substrate 30. It is characterized by.

또한, 제 1 기판(10)의 수용부에 액상의 자성유체(1)를 일정량 떨어뜨리고, 스핀코닝법에 의해 자성유체(1)를 제 1 기판(10) 상에 얇고 균일하게 도포하는 공정; 상기 균일 도포된 자성유체(1)를 동결시키는 공정; 상기 동결된 자성유체(1)를 평탄화하고, 원하는 두께로 절삭하는 공정; 상기 제 1 기판(10) 상에 제 2 기판(20)을 접합한 후 자성유체(1)를 해동하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a step of dropping a certain amount of the liquid magnetic fluid (1) in the receiving portion of the first substrate 10, and applying the magnetic fluid (1) thinly and uniformly on the first substrate (10) by the spin corning method; Freezing the uniformly applied magnetic fluid (1); Planarizing the frozen magnetic fluid (1) and cutting it to a desired thickness; And bonding the second substrate 20 to the first substrate 10 and then thawing the magnetic fluid 1.

Description

자성유체를 이용한 마이크로 펌프 및 이 마이크로 펌프에 자성유체를 수용하는 방법{a micro pump to using magnetic fluid and it's method for receiving magnetic fluid in a micro pump}A micro pump using magnetic fluid and a method for receiving a magnetic fluid in the micro pump {a micro pump to using magnetic fluid and it's method for receiving magnetic fluid in a micro pump}

본 발명은 멤스(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)의 기술을 이용하며, 의료 응용 분야도 적용 가능한 마이크로 펌프에 관련한 것으로서, 특히 기계요소인 밸브를 대신하여 자성유체를 펌핑원으로 적용하므로써 디바이스의 제작비 절감효과와 초소형 기계 적용시 재료의 한정성을 극복할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a micro pump using the technology of MEMS (MEMS: Micro Electro Mechanical Systems), and also applicable to medical applications. In particular, a magnetic fluid is applied as a pumping source instead of a valve, which is a mechanical element, to reduce the manufacturing cost of the device. It is designed to overcome the limitations of materials in the application of effects and micromachines.

일반적으로 멤스(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)는 초소형 정밀기계기술로 해석되며, 전기와 기계부품을 초소형으로 일체화 하여 만드는 기술을 일컫는다. 이러한 멤스는 정보기록소자, 의료용 및 바이오 테크놀로지 기기, 유체소자, 관성항법시스템용 소자, 광학부품 및 디스플레이 등에 널리 응용 되고 있다.In general, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) is interpreted as a micro precision mechanical technology, and refers to a technology that is made by integrating electrical and mechanical parts into a microminiature. These MEMS are widely applied to information recording devices, medical and biotechnology devices, fluid devices, inertial navigation system devices, optical components and displays.

특히, 상기 유체소자의 하나인 마이크로 펌프(micro pump)는 무혈치료 및 초소형 약물 이송수단(장치)를 위한 의료응용분야에 사용되고 있다.In particular, one of the fluid elements, a micro pump (micro pump) has been used in medical applications for bloodless treatment and micro drug delivery means (apparatus).

이러한 마이크로 펌프는 구동방식에 따라 크게 세가지로 세분화 된다.These micro pumps are classified into three types according to the driving method.

첫 째, 전압에 의한 압전물질의 체적변화를 이용한 마이크로 펌프이다. 이 마이크로 펌프는 큰 구동력과 단순한 구조 등을 장점으로 하고 있지만, 고전압을 인가해야 하는 문제점이 있다.First, it is a micropump using volume change of piezoelectric material by voltage. This micropump has advantages of large driving force and simple structure, but has a problem of applying a high voltage.

또한, 피에조 필름 또는 피에조 스택 상의 접착공정과 같은 표준공법에 속하지 않는 제조공정이 있어야 하기 때문에 제조비용이 많이 드는 문제점도 있다.In addition, since there must be a manufacturing process that does not belong to the standard method, such as the bonding process on the piezo film or piezo stack, there is a problem that the manufacturing cost is high.

둘 째, 정전기력을 이용한 마이크로 펌프이다. 이 마이크로 펌프는 2개의 전극을 미소간격을 두고 대향시키는 단순 구조로서, 치수를 작게 하면 표면에 작용하는 힘인 정전력이 중력 등에 비해 지배적인 힘이 되기 때문에 미소변위 생성능력을 가지므로 초정밀 위치제어를 구현할 수 있음과, 정밀제어(정량토출), 고속응답 등의 장점을 갖추고 있지만, 고전압을 인가해야 하며, 이송유체가 전계(電界)에 의해 활성화 되면서 유체가 손상되는 문제점을 안고 있다.Second, it is a micro pump using the electrostatic force. This micro-pump is a simple structure in which two electrodes face each other with a small distance.As the size is reduced, the electrostatic force, which is the force acting on the surface, becomes the dominant force compared to gravity, so it has the ability to generate micro displacement, so that the super precise position control is possible. It can be implemented, and has the advantages of precise control (quantitative discharge), high speed response, etc., but high voltage must be applied, and there is a problem that the fluid is damaged while the transfer fluid is activated by the electric field.

세 째, 물질의 상변화시 체적변화를 이용한 마이크로 펌프이다. 이 마이크로 펌프는 큰 구동력과 저전압으로 구동됨을 장점으로 하고 있지만, 고온발생 및 저속응답 등의 문제점이 있다.Third, it is a micro pump using the volume change in the phase change of the material. This micropump has advantages of being driven with a large driving force and low voltage, but there are problems such as high temperature generation and low speed response.

네 째, 상기한 마이크로 펌프는 반드시 체크밸브를 사용해야 단방향 이송이 가능하나 체크밸브의 마모가 심하기 때문에 수명이 짧고, 오동작의 원인이 되는 공통적인 문제점을 안고 있다.Fourth, the micro-pump can be unidirectionally transported by using a check valve, but has a common problem that the life of the micro pump is short and causes malfunction.

이와 같이 현재 사용되고 있는 마이크로 펌프는 개개별로 장점을 가지고 있지만, 약점도 함께 가지고 있으므로 이를 극복할 수 있는 기술개발이 시급한 실정에 있다.As such micro-pumps currently used have their advantages, but they also have their weaknesses, so there is an urgent need for technology development to overcome them.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 자성유체를 변형력에 의해 발생되는 동력에 의해 유체를 일정위치까지 이송시킬 수 있는 자성유체를 이용하여 기계적으로 내구성이 증대되며 기계적 밸브를 사용하지않는 자성유체를 이용한 마이크로 펌프를 제공하는데 목적을 두고 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, mechanical durability is increased by using a magnetic fluid that can transfer the fluid to a certain position by the power generated by the deformation force of the magnetic fluid mechanical valve It is an object of the present invention to provide a micropump using a magnetic fluid that does not use.

또한, 자성유체를 미소두께로 하여 마이크로펌프내에 수용하는 방법을 제공하는데 다른 목적을 두고 있다.Another object of the present invention is to provide a method of accommodating a magnetic fluid with a micro thickness in a micropump.

도 1은 본 발명에 따른 자성유체를 이용한 마이크로 펌프의 구성도1 is a block diagram of a micro pump using a magnetic fluid according to the present invention

도 2는 본 발명에 따른 자성유체를 이용한 마이크로 펌프의 동작상태도 12 is an operation state diagram of a micro pump using a magnetic fluid according to the present invention 1

도 3은 본 발명에 따른 자성유체를 이용한 마이크로 펌프의 동작상태도 2Figure 3 is an operating state of the micro pump using a magnetic fluid according to the present invention 2

도 4는 본 발명에 따른 자성유체를 이용한 마이크로 펌프에 미소두께의 자성유체를 수용하는 방법을 나타낸 플로우 챠트Figure 4 is a flow chart showing a method for receiving a small thickness magnetic fluid in the micro-pump using the magnetic fluid according to the present invention

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 자성유체 2 : 피동유체1: magnetic fluid 2: passive fluid

3 : 컨트롤부 10 : 제 1 기판3: control unit 10: first substrate

11 : 제 1 실리콘 패널 12 : 자기장 발생부11: first silicon panel 12: magnetic field generating unit

12a : 일부 자기장 발생부 12b : 나머지 자기장 발생부12a: partial magnetic field generator 12b: remaining magnetic field generator

13 : 자성유체 수용홈 14 : 유체장벽13: magnetic fluid receiving groove 14: fluid barrier

20 : 제 2 기판 21 : 제 2 실리콘 패널20: second substrate 21: second silicon panel

22 : 수용공간 30 : 제 3 기판22: accommodating space 30: third substrate

31 : 제 3 실리콘 패널 32 : 주입구31: third silicon panel 32: injection hole

33 : 유동공간 40 : 박막33: flow space 40: thin film

50 : 유로형성패널 60 : 유로50: flow path forming panel 60: flow path

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 자기장을 발생시키는 복수개의 자기장 발생부를 가진 제 1 기판; 상기 제 1 기판 상에 적층되며, 상기 각 자기장 발생부와 상응하는 위치에 자기장에 의해 반응하는 자성유체가 수용되는 수용공간을 가진 제 2 기판; 상기 제 2 기판 상에 적층되며, 상기 각 수용공간으로 자성유체를 주입하기 위한 주입구를 가지고, 상기 각 주입구를 회피한 곳에 상기 각 수용공간과 연통되는 자성유체 유동공간을 갖는 제 3 기판; 상기 각 자성유체 유동공간을 커버링 하며, 자성유체가 반응할 때는 변형되고 무반응일때는 복귀되는 연질재로 된 복수개의 박막; 상기 제 3 기판 상에 적정간격을 두고 설치되어 제 3 기판과의 사이에 피동유체가 이송되는 유로를 형성하는 유로형성패널을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the first substrate having a plurality of magnetic field generating unit for generating a magnetic field; A second substrate stacked on the first substrate and having an accommodating space in which magnetic fluid reacting by a magnetic field is received at a position corresponding to each of the magnetic field generating units; A third substrate stacked on the second substrate and having an injection hole for injecting magnetic fluid into each of the receiving spaces and having a magnetic fluid flow space communicating with each of the receiving spaces to avoid the injection holes; A plurality of thin films covering each of the magnetic fluid flow spaces, the flexible material being deformed when the magnetic fluid reacts and returned when the magnetic fluid is unreacted; And a flow passage forming panel disposed on the third substrate at an appropriate interval to form a flow passage through which the driven fluid is transferred between the third substrate and the third substrate.

또한, 상기 복수개의 자기장 발생부는 컨트롤부에 의해 일부 자기장 발생부에서 자기장이 발생될 때 나머지 자기장 발생부에서는 자기장이 발생되지 않으며, 반대로 상기 일부 자기장 발생부에서 자기장이 발생되지 않을 때 나머지 자기장 발생부에서는 자기장이 발생되는 동작이 주기적으로 반복되도록 제어됨을 특징으로 한다.In addition, when the magnetic field is generated in some of the magnetic field generating units by the control unit, the magnetic field is not generated in the remaining magnetic field generating units. On the contrary, when the magnetic field is not generated in the partial magnetic field generating units, the remaining magnetic field generating units are generated. In the magnetic field is characterized in that the controlled to be repeated periodically.

또한, 상기 제 1 기판의 상부에는 자성유체가 수용되는 자성유체 수용홈을형성하며, 상기 자성유체 수용홈 상에는 돌기형태의 유체장벽을 형성하여, 자성유체가 응집되는 것을 방지하고, 자성유체가 일정한 압력을 갖도록 한 것을 특징으로 한다.In addition, a magnetic fluid receiving groove is formed in the upper portion of the first substrate, the magnetic fluid receiving groove is formed on the magnetic fluid receiving groove to form a projection-like fluid barrier, to prevent the magnetic fluid from agglomeration, the magnetic fluid is constant It is characterized by having a pressure.

또한, 제 1 기판의 수용부에 액상의 자성유체를 일정량 떨어뜨리고, 스핀코닝법에 의해 자성유체를 제 1 기판 상에 얇고 균일하게 도포하는 공정; 상기 균일 도포된 자성유체를 동결시키는 공정; 상기 동결된 자성유체를 평탄화하고, 원하는 두께로 절삭하는 공정; 상기 제 1 기판 상에 제 2 기판을 접합한 후 자성유체를 해동하는 공정을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.In addition, a step of dropping a certain amount of the liquid magnetic fluid in the receiving portion of the first substrate, and applying the magnetic fluid thin and uniformly on the first substrate by the spin corning method; Freezing the uniformly applied magnetic fluid; Planarizing the frozen magnetic fluid and cutting it to a desired thickness; And bonding the second substrate onto the first substrate to thaw the magnetic fluid.

또한, 상기 자성유체(1)의 동결온도는 -10℃인 것을 특징으로 한다.In addition, the freezing temperature of the magnetic fluid (1) is characterized in that -10 ℃.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명은 자성유체를 이용하고 있으므로 자성유체란 무엇이며, 그 특징은 무엇인지에 대해 간단히 언급하기로 한다.First, since the present invention uses a magnetic fluid, it will be briefly described as to what is a magnetic fluid and its characteristics.

자성유체(Magnetic Fluid or Ferrofluid)는 강자성의 미립자를 매질(물 또는 기름)속에 균일하게 분산시킨 콜로이드(Colloid) 용액으로서, 이 콜로이드는 액상중에서 응집, 침강하지 않도록 강자성 초미립자에 계면활성제를 흡착시킨 후 분산시켜 제조하며, 완전히 안정되어 중력이나 자계 기울기에 의해서도 침강이나 응집되지 않아 단상의 유체와 거시적으로 유사한 성질을 갖는다.Magnetic fluid or ferrofluid is a colloidal solution in which ferromagnetic particles are uniformly dispersed in a medium (water or oil) .The colloid adsorbs a surfactant to ferromagnetic ultrafine particles to prevent aggregation and sedimentation in the liquid phase. It is manufactured by dispersing. It is completely stable and does not settle or aggregate even by gravity or magnetic gradient, and has macroscopic properties similar to single-phase fluid.

따라서, 인가된 전압에 의해 부피가 변하는 압전물질이나 자기장이나 전기장에 따라 점도가 변하는 전기유변(Electrorheological) 또는자기유변(Magnetorheological) 유체와는 달리 자성유체는 인가된 자기장에 의해 유체 자체의 형상이 변형되는 특성을 가지고 있다.Therefore, in contrast to piezoelectric material whose volume is changed by applied voltage, or electroheological or magnetorheological fluid whose viscosity is changed by magnetic field or electric field, magnetic fluid is deformed by the applied magnetic field. Has the characteristic of becoming.

이러한 자성유체는 비중차 선별, 자기 시일, 스피커용 쿨링재, 자기 기록재, 폐유처리, 각종 디바이스 등 여러분야에서의 응용이 제안되고 있고, 또한 시도되고 있다.Such magnetic fluids have been proposed and tried in all fields such as specific gravity screening, magnetic seals, speaker cooling materials, magnetic recording materials, waste oil treatment, and various devices.

이러한 자성유체를 이용하는 마이크로 펌프의 구성을 도 1을 통해 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 자성유체를 이용한 마이크로 펌프의 구성도이다.The configuration of the micropump using the magnetic fluid will be described with reference to FIG. 1. 1 is a block diagram of a micro pump using a magnetic fluid according to the present invention.

도면에 따르면, 본 발명의 마이크로 펌프는 제 1 기판(10), 제 2 기판(20), 제 3 기판(30)이 순차적으로 적층 결합된 구성을 이루고 있다. 아울러, 상기 제 3 기판(30) 상에 적층되는 연질재의 박막(40)과, 상기 제 3 기판(30) 상에 적정간격을 두고 설치되는 유로형성패널(50)를 더 포함한다.According to the drawing, the micropump of the present invention has a configuration in which the first substrate 10, the second substrate 20, and the third substrate 30 are sequentially stacked and coupled. The apparatus further includes a thin film 40 of the soft material stacked on the third substrate 30, and a flow path forming panel 50 disposed on the third substrate 30 at an appropriate interval.

상기 제 1 기판(10)은 도 1에 도시된 바와 같이 제 1 실리콘 패널(11)과, 상기 제 1 실리콘 패널(11) 상에 에칭(식각) 및 패터닝, 증착 등의 다단계 작업에 의해 완성되는 자기장 발생부(12)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the first substrate 10 is completed by a multi-step operation such as etching (etching), patterning, and deposition on the first silicon panel 11 and the first silicon panel 11. It consists of a magnetic field generating unit 12.

이때, 상기 자기장 발생부(12)는 제 1 기판(10) 상에 일정간격을 두고 복수개 형성된다.In this case, the magnetic field generating unit 12 is formed on the first substrate 10 with a plurality of intervals.

또한, 상기 복수개의 자기장 발생부(12)는 컨트롤부(3)에 연결되어, 이 컨트롤부(3)의 제어에 의해 일부 자기장 발생부에만 자기장이 발생되고, 이를 제외한 나머지 자기장 발생부는 자기장이 발생되지 않도록 하며, 반대로, 일부 자기장 발생부에 자기장이 발생되지 않으면, 나머지 자기장 발생부에는 자기장이 발생되도록함이 일정한 주기로 계속적으로 반복 진행되도록 한다.In addition, the plurality of magnetic field generating units 12 are connected to the control unit 3, and the magnetic field is generated only in some of the magnetic field generating units by the control of the control unit 3, except for the other magnetic field generating units, the magnetic field is generated. On the contrary, if a magnetic field is not generated in some magnetic field generating units, the magnetic field is generated in the remaining magnetic field generating units so that the magnetic field is continuously repeated at regular intervals.

이러한 자기장 발생부(12)에 대한 선택적인 자기장 발생은 피동유체(2)의 이송을 가능케 하는 원인이 된다. 이에 대한 상세 설명은 후술하기로 한다.The selective magnetic field generation for the magnetic field generating unit 12 is a cause that enables the transfer of the driven fluid 2. Detailed description thereof will be described later.

또한, 상기 제 1 기판(10)의 상부에는 자성유체(1)가 수용되는 자성유체 수용홈(13)이 형성되며, 이 자성유체 수용홈(13) 상에는 돌기형태의 유체장벽(14)을 형성하여, 자성유체 수용홈(13)에 수용되는 자성유체(1)가 응집됨을 방지하고, 자성유체(1)가 일정한 압력을 유지할 수 있도록 하였다.In addition, a magnetic fluid receiving groove 13 in which the magnetic fluid 1 is accommodated is formed on the first substrate 10, and a fluid barrier 14 having a protrusion shape is formed on the magnetic fluid receiving groove 13. Thus, the magnetic fluid 1 accommodated in the magnetic fluid receiving groove 13 is prevented from agglomeration, and the magnetic fluid 1 can be maintained at a constant pressure.

그리고, 상기 제 2 기판(20)은 제 2 실리콘 패널(21)에 상기 각 자기장 발생부(12)와 상응하는 위치에 상/하 개방형으로 된 수용공간(22)을 형성하여 구성된다. 이때, 상기 각 수용공간(22)은 자성유체(1)가 수용되는 공간이다.In addition, the second substrate 20 is formed by forming an accommodation space 22 having upper and lower openings at a position corresponding to each of the magnetic field generators 12 in the second silicon panel 21. At this time, each receiving space 22 is a space in which the magnetic fluid (1) is accommodated.

그리고, 상기 제 3 기판(30)은 제 3 실리콘 패널(31) 상에 상기 각 수용공간(22)으로 자성유체(1)를 주입하기 위한 주입구(32)를 가진다.In addition, the third substrate 30 has an injection hole 32 for injecting the magnetic fluid 1 into each of the accommodation spaces 22 on the third silicon panel 31.

또한, 상기 각 주입구(32)를 회피한 곳에는 상기 각 수용공간(22)과 연통되는 복수개의 자성유체 유동공간(33)이 형성되는 구성을 이루고 있다. 이때, 상기 각 자성유체 유동공간(33)은 자성유체(1)가 자기장에 의해 반응하면서 위치하는 공간이다.In addition, the plurality of magnetic fluid flow spaces 33 communicating with the accommodation spaces 22 are formed in the places where the injection holes 32 are avoided. At this time, each of the magnetic fluid flow space 33 is a space in which the magnetic fluid 1 is reacted by the magnetic field.

그리고, 상기 제 3 기판(30) 상에는 자성유체(1)가 반응할 때는 변형되고, 무반응일때는 복귀되도록 상기 각 자성유체 유동공간(33)을 커버링 하는 연질재의 박막(40)이 복수개 설치된다.In addition, a plurality of thin films 40 of the soft material covering each of the magnetic fluid flow spaces 33 are provided on the third substrate 30 so as to deform when the magnetic fluid 1 reacts and to return when the magnetic fluid 1 does not react. .

그리고, 상기 제 3 기판(30) 상에는 적정간격을 두고 유로형성패널(50)이 설치되어, 제 3 기판(30)과 유로형성패널(50) 간에 피동유체(2)가 이송되는 유로(60)가 형성되도록 하였다.In addition, a flow path forming panel 50 is disposed on the third substrate 30 at appropriate intervals, and the flow path 60 through which the driven fluid 2 is transferred between the third substrate 30 and the flow path forming panel 50. Was formed.

상기 피동유체(2)의 유로(60) 내에서의 이송은 상기 자기장 발생부(12)에서의 자기장 발생여부와 이에 의해 반응 또는 무반응하는 자성유체(1)에 의해 이루어진다.The transfer of the driven fluid 2 in the flow path 60 is made by whether the magnetic field is generated in the magnetic field generating unit 12 and the magnetic fluid 1 that reacts or is not reacted thereby.

한편, 도 4는 자성유체를 미소두께로 하여 상기한 마이크로 펌프에 수용하기 위한 방법을 나타낸 플로우챠트이다.On the other hand, Figure 4 is a flow chart showing a method for accommodating a magnetic fluid to a micropump with a small thickness.

도면에 따르면, 본 발명에 따른 자성유체 수용방법은 1 단계로, 상기 제 1 기판(10) 상에 액상의 자성유체(1)를 일정량 떨어뜨리고, 스핀코팅법에 의해 얇고 균일하게 도포한다.According to the drawing, the magnetic fluid receiving method according to the present invention in one step, drop the magnetic fluid 1 of the liquid on the first substrate 10 by a predetermined amount, and is applied thinly and uniformly by the spin coating method.

2 단계로, 상기 제 1 기판(10) 상에 도포된 액상의 자성유체(1)를 일정온도에서 동결시킨다. 이때, 동결온도는 영하 0℃ 이하면 가능하지만, 일정경도를 얻기 위해 영하 10℃이하의 온도에서 동결시키는 것이 바람직 하다.In the second step, the liquid magnetic fluid 1 applied on the first substrate 10 is frozen at a predetermined temperature. At this time, the freezing temperature is possible below 0 ° C, but it is preferable to freeze at a temperature below 10 ° C to obtain a certain hardness.

3 단계로, 상기 동결된 자성유체를 블레이드(blade)등의 절삭도구를 이용하여 평탄화 및 원하는 두께로 가공한다.In step 3, the frozen magnetic fluid is flattened and processed to a desired thickness using a cutting tool such as a blade.

4 단계로, 제 1 기판(10) 상에 제 2 기판(20)을 접합한 후, 자성유체(1)를 해동시키는 과정을 통해 마이크로 펌프에 미소두께의 자성유체를 수용할 수 있게 된다.In the fourth step, after bonding the second substrate 20 on the first substrate 10, the magnetic fluid 1 can be thawed to accommodate the microfluidic magnetic fluid in the micropump.

이상과 같은 구성을 갖는 자성유체를 이용한 마이크로 펌프의 작용을 설명하면 후술하는 바와 같다.The operation of the micropump using the magnetic fluid having the above configuration will be described later.

이 설명에 필요한 도 2는 본 발명에 따른 자성유체를 이용한 마이크로 펌프의 동작상태도 1이며, 도 3은 본 발명에 따른 자성유체를 이용한 마이크로 펌프의 동작상태도 2를 나타내고 있다.2 required for this description is an operation state of the micropump using the magnetic fluid according to the present invention, and FIG. 3 is an operation state of the micropump using the magnetic fluid according to the present invention.

먼저, 도 2에서와 같이 컨트롤부(3)의 제어에 의해 복수개의 자기장 발생부(12)중 일부 자기장 발생부(12a)에 전원이 인가되면, 전원이 인가된 자기장 발생부(12a)에는 자기장이 발생하게 된다.First, when power is applied to some of the magnetic field generating units 12a of the plurality of magnetic field generating units 12 by the control of the control unit 3 as shown in FIG. 2, the magnetic field generating unit 12a to which the power is applied is applied. This will occur.

따라서, 상기 자기장이 발생되는 일부 자기장 발생부(12a)와 상응하는 위치에 놓인 해당 수용공간(22)에 수용된 해당 자성유체(1)는 자기장에 의해 반응하면서 제 3 기판(30)의 자성유체 유동공간(33)을 통해 배출되려는 힘이 발생하게 된다.Accordingly, the magnetic fluid 1 accommodated in the receiving space 22 placed at a position corresponding to the portion of the magnetic field generating unit 12a where the magnetic field is generated is reacted by the magnetic field, and the magnetic fluid flows through the third substrate 30. Force to be discharged through the space 33 is generated.

이때, 상기 자성유체(1)가 배출되려는 압력(ΔP)에 의해 자성유체 유동공간(33)을 커버링 하고 있는 해당 박막(40)이 상향으로 볼록하게 변형된다.At this time, the thin film 40 covering the magnetic fluid flow space 33 is convexly upwardly deformed by the pressure ΔP to discharge the magnetic fluid 1.

상기에서 자성유체(1)에 의해 발생하는 압력(ΔP)은 자성유체(1)의 자화값과 인가된 자기장 세기의 곱에 비례한다. 이를 수식화 하면 ΔP=μM·ΔH이 되며, M은 자화값이며, ΔH는 인가된 자기장의 세기를 나타낸다.The pressure ΔP generated by the magnetic fluid 1 is proportional to the product of the magnetization value of the magnetic fluid 1 and the applied magnetic field strength. Formulating this, ΔP = μM · ΔH, M is the magnetization value, and ΔH represents the intensity of the applied magnetic field.

따라서, 상기 유로(60) 내에 위치한 피동유체(2)는 해당 자성유체(1)의 변형에 의해 압력차가 발생하므로써 일정위치까지 움직일 수 있는 유동성을 확보할 수 있게 된다.Therefore, the driven fluid 2 located in the flow path 60 can secure fluidity that can be moved to a predetermined position by generating a pressure difference due to the deformation of the magnetic fluid 1.

이어서, 도 3에서와 같이 컨트롤부(3)의 제어에 의해 자기장이 발생되었던 상기 일부 자기장 발생부(12a)로는 전원이 차단되고, 자기장이 발생되지 않았던 나머지 자기장 발생부(12b)로 전원을 인가하게 되면, 나머지 자기장 발생부(12b)의 해당 박막(40)이 해당 자성유체(1)에 의해 돌출되고, 상기 일부 자기장 발생부(12)는 복귀된다.Subsequently, power is cut off to some of the magnetic field generators 12a in which the magnetic field is generated by the control of the control unit 3 as shown in FIG. 3, and power is supplied to the remaining magnetic field generators 12b in which the magnetic field is not generated. As a result, the thin film 40 of the remaining magnetic field generator 12b protrudes by the magnetic fluid 1, and the partial magnetic field generator 12 is returned.

따라서, 유로(60) 내에 위치한 피동유체(2)가 돌출된 박막(40b)의 간격만큼 이송이 되며, 이와 같이 일부 자기장 발생부(12a)와 나머지 자기장 발생부(12b)가 엇갈려서 반복적으로 돌출 및 복귀되므로써 유로(60) 내에 위치한 피동유체(2)를 일정위치까지 이송시킬 수 있게 된다.Therefore, the driven fluid 2 located in the flow path 60 is transferred by the interval of the protruding thin film 40b, and thus, the partial magnetic field generating unit 12a and the remaining magnetic field generating unit 12b are alternately projected repeatedly. By returning, the driven fluid 2 located in the flow path 60 can be transported to a predetermined position.

또한, 이때, 연질의 박막이 갖는 고유진동수만큼 자기장 제어를 위해 사용한 전기신호의 주파수를 조절하면 박막은 진행파(traveling wave)를 형성하게 되어 효과적인 유체의 이송이 가능하다.In this case, when the frequency of the electric signal used to control the magnetic field is adjusted by the natural frequency of the flexible thin film, the thin film forms a traveling wave, which enables effective fluid transfer.

이상과 같은 본 발명은 자성유체가 자기장에 의해 형상이 변형되는 특성을 이용하여 이를 마이크로 펌프에 적용하므로서, 큰 구동력을 얻을 수 있으며, 신속한 응답, 저전압으로 구동이 가능하다는 여러 장점이 있다.The present invention as described above has a number of advantages that the magnetic fluid can be applied to the micropump by using a characteristic that the shape is deformed by the magnetic field, and thus, a large driving force can be obtained, and a quick response and a low voltage can be driven.

Claims (5)

자기장을 발생시키는 자기장 발생부 및 자기장에 반응하는 자성유체를 포함하는 마이크로 펌프에 있어서,In a micro pump comprising a magnetic field generating unit for generating a magnetic field and a magnetic fluid in response to the magnetic field, 자기장을 발생시키는 복수개의 자기장 발생부(12)가 상면 중앙부에 형성된 제 1 기판(10);A first substrate 10 having a plurality of magnetic field generators 12 generating a magnetic field in a central portion of an upper surface thereof; 상기 제 1 기판(10) 상에 적층되며, 상기 각 자기장 발생부(12)와 상응하는 위치에 자기장에 의해 반응하는 자성유체(1)가 수용되는 수용공간(22)을 가진 제 2 기판(20);A second substrate 20 stacked on the first substrate 10 and having a receiving space 22 in which a magnetic fluid 1 reacting by a magnetic field is received at a position corresponding to each of the magnetic field generators 12. ); 상기 제 2 기판(20) 상에 적층되며, 상기 각 수용공간(22)으로 자성유체(1)를 주입하기 위한 복수개의 주입구(32)를 가지고, 상기 각 주입구(32)를 회피한 곳에 상기 각 수용공간(22)과 연통되는 자성유체 유동공간(33)을 갖는 제 3 기판(30);The plurality of injection holes 32 are stacked on the second substrate 20 and have a plurality of injection holes 32 for injecting the magnetic fluid 1 into the receiving spaces 22, and the respective injection holes 32 are avoided. A third substrate 30 having a magnetic fluid flow space 33 in communication with the accommodation space 22; 상기 각 자성유체 유동공간(33)을 커버링 하며, 자성유체(1)가 반응할 때는 변형되고 무반응일때는 복귀되는 연질재로 된 복수개의 박막(40);A plurality of thin films 40 covering each of the magnetic fluid flow spaces 33 and made of a soft material that deforms when the magnetic fluid 1 reacts and returns when it does not react; 상기 제 3 기판(30) 상에 적정간격을 두고 설치되어 제 3 기판(30)과의 사이에 피동유체(2)가 이송되는 유로(60)를 형성하는 유로형성패널(50)로 구성하되;A flow channel forming panel 50 disposed on the third substrate 30 at an appropriate interval to form a flow path 60 through which the driven fluid 2 is transferred between the third substrate 30; 상기 복수개의 자기장 발생부(12)는 컨트롤부(3)에 의해 일부 자기장 발생부(12a)에서 자기장이 발생될 때 나머지 자기장 발생부(12b)에서는 자기장이 발생되지 않으며, 반대로 상기 일부 자기장 발생부(12a)에서 자기장이 발생되지 않을때 나머지 자기장 발생부(12b)에서는 자기장이 발생되는 동작이 주기적으로 반복제어되도록 하고;When the magnetic field is generated in the magnetic field generating unit 12a by the control unit 3, the plurality of magnetic field generating units 12 do not generate magnetic fields in the other magnetic field generating unit 12b, and vice versa. When the magnetic field is not generated at 12a, the remaining magnetic field generating unit 12b periodically repeats the operation of generating the magnetic field; 상기 제 1 기판(10)의 상부에는 자성유체(1)가 수용되는 자성유체 수용홈(13)을 형성하며, 상기 자성유체 수용홈(13) 상에는 돌기형태의 유체장벽(14)을 형성하여, 자성유체(1)가 응집되는 것을 방지하고, 자성유체(1)가 일정한 압력을 갖도록 한 것을 특징으로 하는 자성유체를 이용한 마이크로 펌프.A magnetic fluid accommodating groove 13 in which the magnetic fluid 1 is accommodated is formed on the first substrate 10, and a fluid barrier 14 having a protrusion shape is formed on the magnetic fluid accommodating groove 13. A micro-pump using a magnetic fluid, characterized in that the magnetic fluid (1) is prevented from agglomerating and the magnetic fluid (1) has a constant pressure. 삭제delete 삭제delete 제 1 기판(10)의 수용부에 액상의 자성유체(1)를 일정량 떨어뜨리고, 스핀코팅법에 의해 자성유체(1)를 제 1 기판(10) 상에 얇고 균일하게 도포하는 공정;Dropping a certain amount of the liquid magnetic fluid (1) on the receiving portion of the first substrate (10), and applying the magnetic fluid (1) thinly and uniformly on the first substrate (10) by spin coating; 상기 균일 도포된 자성유체(1)를 동결시키는 공정;Freezing the uniformly applied magnetic fluid (1); 상기 동결된 자성유체(1)를 평탄화하고, 원하는 두께로 절삭하는 공정;Planarizing the frozen magnetic fluid (1) and cutting it to a desired thickness; 상기 제 1 기판(10) 상에 제 2 기판(20)을 접합한 후 자성유체(1)를 해동하는 공정을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자성유체를 이용한 마이크로 펌프에 자성유체를 수용하는 방법.A method of receiving a magnetic fluid in a micro-pump using a magnetic fluid, characterized in that it comprises a step of thawing a magnetic fluid (1) after bonding the second substrate (20) on the first substrate (10). 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 자성유체(1)의 동결온도는 -10℃인 것을 특징으로 하는 자성유체를 이용한 마이크로 펌프에 자성유체를 수용하는 방법.The freezing temperature of the magnetic fluid (1) is a method for receiving a magnetic fluid in a micro-pump using a magnetic fluid, characterized in that -10 ℃.
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