KR100453439B1 - 약품의 경피투여용 장치의 저장소를 충전하는 소형밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은, a) 기판(1), b) 기판을 통하여 개방될 통로를 향하는 기판 상에 배치된 가연성 물질의 충전물(5), c) 전기저항에 대해 소정의 전기에너지를 공급하는 것이 충전물(5)의 연소 및 이 충전물(5)의 연소가스의 압력으로 인한 상기 기판(1)의 국부적인 파열에 의한 통로(8')의 개방을 보장하도록 가연성 충전물과 접촉되는 전기저항(2)을 포함하고 있는, 약물의 경피투여용 장치의 저장소를 충전시키는 소형밸브에 관한 것이다. 본 발명은 이온이동에 의하여 보조되는 약물의 경피투여용 장치의 약물 저장소를 충전시키기 위해서 이용된다.

Description

약품의 경피투여용 장치의 저장소를 충전하는 소형밸브{MINIATURE VALVE FOR FILLING THE RESERVOIR OF AN APPARATUS FOR THE TRANSDERMAL ADMINISTRATION OF MEDICINE}

약물의 경피투여를 위하여, 활성 주성분을 담고 있는 저장소는 통상 환자의 피부에 닿으며, 이러한 저장소는 적절한 서포트에 의하여 지지되는 히드로겔과 같은 친수성 층으로 통상 이루어져 있다. 약물의 투여가 이온이동에 의하여 보조된다면, 활성 주성분은 이온용액 내에 있다. 이온용액은 작은 봉지 내에 저장되어 있다가 투여 직전에 저장소 내로 옮겨진다. 용액이 저장소를 구성하는 히드로겔 내에서는 안정성을 잃어 처음부터 저장소 내에 담겨질 수 없기 때문에 이러한 절차는 필수적이다.

문제는 그 후 작은 봉지 내의 활성 주성분 이온용액을 저장소로 옮기면서 발생한다. 이를 위해 다양한 기계적인 수단, 예를 들어 피스톤의 작동이 이온용액을주사기로부터 저장소 내로 배출시키는 주사기타입 수단과 같은 것이 설계되어 왔다. 작은 가요성 봉지는 또한 구멍이 뚫리거나 찢어짐으로써 개방되고 이 작은 봉지에 압력을 가함으로써 저장소 내로 이온용액이 옮겨진다.

그러므로, 어떠한 수단이 작은 봉지 내의 이온용액을 저장소 내로 옮기기 위해서 채용되더라도, 사람의 힘이 요구되므로, 이것은 비실용적이고 그리고 치료를 시작하기 직전의 자동 개시에 알맞지 않다. 더욱이, 상기에 언급된 기계적인 수단은 밀봉이 완전하게 이루어지지 않아 작은 봉지 내의 이온용액이 저장소 내로 완전히 옮겨지는 것을 항상 보장하지는 않는다.

이온이동에 의해 보조되는 약물의 경피투여는 종종 환자에게 채워지는 팔찌형상의 장치를 활용하여 이루어지며, 이 팔찌는 이러한 투여에 필요한 모든 유니트를 지니고 있어, 환자의 자율성을 보장한다. 그러므로 이 팔찌는, 환자의 피부에 닿는 저장소에 부가하여, 전극, 전극용 전자제어수단 및 이들 수단을 위한 배터리 전원을 지니고 있으며, 이것은 전기 에너지의 제한된 양을 필수적으로 유지시킨다. 저장소를 "수화시키는 것"으로 또한 알려져 있는, 상기된 저장소 내로 이온용액을 옮기는 것은, 배터리가 제공할 수 있는 것보다 더 많은 전기에너지를 소비하는 이들 수단의 추가작용 없이, 치료 이전에 이러한 옮김을 자동화시키도록 팔찌 내에 체결된 전자수단에 의하여 제어되는 것이 바람직하다.

본 발명은 소형밸브, 이러한 종류의 밸브를 포함하고 있는 저장소를 충전하기 위한 장치 및 상기 밸브를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 투여되는 활성 주성분의 용액으로 저장소를 충전시키기 위한 이러한 종류의 장치를 포함하고 있는 약물의 경피투여용 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 소형밸브의 개략적인 사시도,

도 2 및 도 3은 소형밸브의 작동방식을 설명하는 도 1의 밸브의 개략단면도,

도 4 및 도 5는 팽창가능한 인벨롭 내측의 본 발명의 소형밸브의 특정 일실시예를 도시하는 도면,

도 6 및 도 7은 활성 주성분의 용액으로 저장소를 충전시키기 위한 장치의 구조 및 작동을 도시하는 개략도로써, 이 활성 주성분의 경피적용의 목적으로, 이 장치는 본 발명에 따른 소형밸브를 포함하고 있는 것을 도시하는 개략도,

도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 소형밸브를 제조하는 방법의 연속적인 단계를 도시하는 도면,

도 9a 내지 도 9e는 도 8a 내지 도 8e에 도시된 방법의 변형예의 연속적인 단계를 도시하는 도면이다.

본 발명의 목적은, 이온이동에 의하여 보조되는 경피투여에 이용되는 휴대용 장치의 작동을 허용하기에 용이하지 않은 전기에너지의 최소한의 소비에 있어서,상기 전자수단의 제어 하에서, 자동적으로 저장소의 상기 "수화"를 보장하는 소형밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 종래 기술에서 이용되는 저장소를 수화시키는 기계적인 수단에 종종 영향을 미치는 작은 봉지의 밀봉 및 불완전한 옮김의 문제를 제거한 이러한 종류의 밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 매우 낮은 또는 심지어 제로의 거절률로 공업상 제조될 수 있는 밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 이들 목적 및 이어지는 설명으로부터 드러나는 또 다른 목적은, a) 기판, b) 기판을 통하여 개방될 통로를 향하는 기판 상에 배치된 가연성 물질의 충전물, c) 전기저항에 대해 소정의 전기에너지를 공급하는 것이 충전물의 연소 및 이 충전물의 연소가스의 압력으로 인한 상기 기판의 국부적인 파열에 의한 통로의 개방을 보장하도록, 가연성 충전물과 접촉되는 전기저항을 포함하고 있는 소형밸브로 성취된다.

하기에서 명백해지는 바와 같이, 활성 주성분 용액의 작은 봉지와 용액으로 충전될 저장소 사이에 복수의 밸브를 위치시키는 것은, 단순히 이들 밸브의 개방을 전기적으로 명령함으로써, 사람의 개입 없이 치료 직전에 저장소 수화의 자동적인 개시를 위한 수단을 제공한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라서, 이 저항은 필라멘트형이고 그리고 충전물은 이 저항의 위아래에 뻗어있어, 저항에 의하여 발생되는 열은 공급될 때 전기에너지의 소정량이 저항을 둘러싸고 있는 충전물의 부위에 집중되도록 된다. 상기 소정의 전기에너지는 10 Joule 보다 작다. 이 정도의 에너지의 소비는 이온이동에 의하여 보조되는 약물의 경피적용을 위한 휴대용장치의 배터리 전원의 충전을 많이 소모하지 않으며 따라서 배터리로 부터 다른 에너지 수요와 양립할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라서, 충전물 및 저항은 기판의 얇은 영역의 같은 쪽에 배치되며, 그 두께 및 표면적은 충전물의 연소로 인한 가스압력이 이 영역을 파괴시켜 상기 가스 및 가능한 다른 유체의 통로로 개방될 수 있도록 선택된다.

그러므로 본 발명은, 저장소에 인접한 작은 봉지 내에 담겨있는 유체로 저장소를 충전시키며, 작은 봉지와 저장소 사이에서 유체 연통부를 막기 위해서 배치되는 본 발명에 따른 적어도 하나의 소형밸브, 그리고 밸브의 전기저항의 여기를 선택적으로 명령하여 이에 따라 밸브가 지니고 있는 충전물의 연소에 의해 밸브의 기판 내에 개방된 통로를 통한 작은 봉지 내에 담겨있던 유체에 대한 상기 연통부의 개방을 야기시키기 위한 수단을 포함하고 있는 장치를 제공한다.

본 장치의 또 다른 특징에 따라서, 본 장치는, 작은 봉지 내측에 적어도 하나의 가요성 인벨롭을 더 포함하고 있으며, 이 인벨롭은 본 발명에 따른 소형밸브를 포함하고 있고, 제어수단은 연소가스로 인밸롭을 팽창시켜 상기 작은 봉지와 상기 저장소 사이에서 유체 연통부 내에 배치되는 밸브를 통하여 작은 봉지를 비우는 것을 보조하도록 이 밸브가 지니고 있는 충전물의 연소를 선택적으로 개시한다.

본 발명은 또한, a) 반도체 재료 기판의 평면을 상기 재료를 에칭하기 위한 용액에 대하여 저항력이 있는 에칭 멈춤층으로 피복하는 단계;

b) 상기 에칭 멈춤층이 전기절연성을 가지지 않는다면 상기 에칭 멈춤층을전기절연층으로 피복하는 단계;

c) 전기저항을 상기 전기절연층 상에 형성하는 단계;

d) 에칭 멈춤층까지 상기 저항을 지니고 있는 기판의 면에 대향하는 면으로부터 기판을 에칭하는 단계; 및

e) 가연성 충전물을 전기저항의 상단에 위치시키는 단계;를 포함하고 있는 본 발명에 따른 밸브를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 특징 및 장점들은 이어지는 설명과 첨부된 도면의 예로부터 명백해질 것이다.

첨부된 도면 중 도 1은 평행육면체 형상인 본 발명에 따른 소형밸브를 도시하고 있으나, 이 형상에 한정되지 않는다. 이 소형밸브는 전기저항(2)을 지니고 있는 기판(1)을 포함하고 있으며, 이 전기저항의 단부들은 금속 컨택트(3, 4)에 연결되고, 저항(2)은 컨택트(3, 4) 사이에서, 도면의 명쾌함을 위하여 투명한 것처럼 도시된, 가연성 물질의 충전물(5)의 얇은 막으로 피복되어 있다.

가연성 물질이 연소될 때, 이 물질은 하기되는 바와 같이 밸브를 작동시키기 위하여 필요한 연소가스를 형성해야만 한다. 제한적이지 않은 본 실시예에서, 이러한 목적을 위하여 예를 들어 니트로셀룰로스 또는 프로퍼골(propergol) 타입의 불꽃기법 재료가 선택될 수 있다. GB 니트로셀룰로스, 특히 GBPA 니트로셀룰로스 뿐만 아니라 프랑스 회사 쏘시에떼 나시오날 데 뿌드르 에 엑스쁠로지프(S.N.P.E.)에 의해 시판되는 글리시딜 폴리아지드를 주성분으로 하는 프로퍼골로써 성공적인 결과가 얻어진다. 하기에서 명백한 바와 같이, 이들 니트로셀룰로스 및 프로퍼골은 최소한의 열에너지로 발화될 수 있어, 본 발명에 특히 적절하다.

도 1에서 밸브의 기판(1)은 일체화된 회로의 제조에 있어서 통상 이용되는 실리콘과 같은 단일의 전도성 물질로 만들어진다. 본 발명에 따른 밸브는 도 8a 내지 도 8e를 참조하여 설명되는 바와 같은 이들 기술로 제조될 수 있어서, 예를 들어 전자 "마이크로칩" 정도로 크게 소형화될 수 있으며, 도 6 및 도 7을 참조하여 하기된 바와 같이, 이온이동에 의하여 보조되는 약물의 경피투여용의 자율적인 장치와 같은 소형화된 장치에 일체화될 수 있다.

도 1은, 밸브의 기판(1)이, 저항(2)을 지니고 있는 면(1")에 평행하고 이 면에 대향하는 면(1')을 향하여 오목한, 끝이 잘린 피라미드 형상의 크레이터(6)를 가지고 있으며, 이 크레이터의 바닥은 저항에 인접한 기판(1)의 얇은 영역(8)으로 구성된다. 하기에서 명백한 바와 같이, 이 얇은 영역(8)의 두께는, 이 얇은 영역 상에서 충전물(5)과 같은 쪽에 있는 저항(2)에 의해 가열됨으로써 개시되는, 충전물(5)의 연소에 의하여 야기되는 가스의 압력으로 인하여 이 얇은 영역이 파괴되기에 충분할만큼 얇아야 한다.

도 2 및 도 3은, 이러한 회로의 전도성 통로에 납땜된 컨택트 단자(3, 4) 사이에서, 종래의 전자장치가 이러한 회로 상에 장착된 것과 동일한 방식으로, 저항(2)을 통하여 전류가 지나가기에 적합한 프린트된 회로(7) 상에 장착된 도 1에서의 밸브 즉 "칩"을 도시하고 있다. 기판의 얇은 영역(8)의 위치에는 회로(7)를 관통하는 구멍(9)이 있으며, 이 구멍은 제품의 층(10)에 의하여 폐쇄되고, 이 제품의 층은 상기된 약물의 경피투여를 위한 적용에 있어서 기판의 크레이터(6)와 연통하는 작은 봉지 내에 담겨있는 활성 주성분의 용액으로 충전될 히드로겔일 수 있다. 따라서, 가연성 물질의 충전물(5)은 이 층(10)과 기판의 얇은 영역 사이에 배치된다. 밀봉부(11)는 회로(7)에 기판을 고정시키고 충전물(5)을 담고있는 공간을 밀봉하기 위해서 기판(1)을 둘러싼다.

저항(2)(도 1)은 기다란 필라멘트 형상을 가지고 있으므로, 저항을 피복하는 충전물(5)의 일부에만 인접된다.

프린트된 회로(7)에 의해서, 저항(2)으로의 전류의 통로는 예를 들어 약물투여 프로그램의 실행을 명령하도록 종래 이용되던 마이크로프로세서의 제어 하에서 자동적으로 개시될 수 있다.

저항을 통하여 흐르는 전류는 소위 줄 효과에 의해서 열을 발생시키며, 이 열은 충전물(5)을 구성하는 니트로셀룰로스의 낮은 열전도성으로 인하여 저항 주위의 충전물에 집중된다. 이것은 충전물을 점화시키는 니트로셀룰로스의 활발한 국부 가열을 야기시킨다. 그러므로, 니트로셀룰로스의 일부를 점화시키기 위해서는 단지 적은 양의 전기에너지만이 요구되며, 이러한 에너지는 모두 이온이동에 의하여 보조되는 약물의 경피투여용의 휴대용 장치의 전원을 공급하는 배터리로부터 얻어지는 것이 바람직하다. 이것은 니트로셀룰로스를 점화시키기 위해서 요구되는 배터리로부터의 에너지 소모를 크게 절감시키고, 그리고 이러한 제품은 낮은 온도에서 국부적으로 점화되어 즉각적인 전달로써 충전물의 전체 부피에 걸친 연소를 가능하게 할 수 있으므로 본 발명의 의도된 적용에 대해 매우 적합하다.

연소되는 니트로셀룰로스의 양은 조정될 수 있어서 니트로셀룰로스의 연소가 작은 부피(구멍(9)의 부피) 내에서 상당한 양의 가스를 발생시킬 때 구멍에서의 압력은 구멍(9)에 인접한 기판의 얇은 영역(8)을 파괴 및 탈구시키기에 충분한 값에 도달되며(도 3 참조), 점선화살표로 도시된 바와 같이, 그 후 이 얇은 영역(8)은 형성된 가스가 탈출하도록 통로(8')로 대체된다. 이것은 또한 크레이터(6)와 연통하는 유체가 실선화살표로 도시된 바와 같이 통로(8') 및 구멍(9)을 통과하도록 하여, 예컨대 경피 약물투여 장치 저장소를 구성하는 히드로겔의 층(10)에 스며든다.

회로(7)를 관통하는 큰 구멍(9)은 하나의 구멍(9) 보다 작은 누적하는 영역의, 도 2에 점선으로 도시된, 보다 작고 편심된 복수의 구멍(9₁, 9₂, 등)으로 대체될 수 있다. 이것은 층(10)의 파괴 용이성을 극복할 수 있게 하여, 충전물(5)의 연소로부터 향하는 가스를 에워싼다.

본 발명에 따른 소형밸브는 일초 동안 저항을 통하여 1W의 전력을 흘린 후 대략 3 내지 5㎛ 두께의 얇은 영역(8)을 파괴시키기에 충분한 압력을 가지는 8㎖의 가스를 연소시 형성하는 대략 8.10^-4g의 니트로셀룰로스의 충전물을 지니고 있는 3㎜ × 3㎜ 크기의 기판에 만들어진다.

그러므로 본 발명은 언급된 목적, 즉 전자칩의 형상을 취하는 소형밸브를 제공하는 것을 성취하며, 이온이동에 의하여 보조되는 약물의 경피투여용 장치와 같이, 휴대용 전자장치의 배터리 전원으로부터 사용가능한 것과 양립할 수 있는, 저출력 전기신호에 의하여 자동적으로 기폭될 수 있다.

도 4 및 도 5는 작은 봉지으로부터 유체를 가압하기 위해서 이용될 수 있는 가스발생기로써 작용하는 본 발명에 따른 밸브의 특정 배열을 도시하고 있으며, 본 실시예는 이하 명백한 바와 같이 첨부된 도면의 도 6 및 도 7에 도시된 저장소 충전장치에 특히 사용가능하다.

도 4는 마찬가지로 프린트된 회로(7) 상에 장착된, 도 2 및 도 3에서의 밸브를 도시하고 있다. 그렇지만, 이번에는 충전물(5)이 회로 내의 구멍을 향하도록 배치되지 않으므로 이 충전물(5)은 기판의 얇은 영역(8)과 회로(7)의 인접표면 사이에서 제한되고, 밸브는 어떤 적절한 수단: 용접, 접착, 등에 의해 고정된다. 밸브의 외주에서 회로(7)에 용접되는 예를 들어 플라스틱 재료의 가요성 필름과 같은 팽창가능한 인벨롭(12)은 이 인벨롭 내의 밀봉된 공간에 밸브를 둘러싼다.

도 2 및 도 3의 밸브에서와 같이, 저항(2) 내에서 흐르는 전류는 충전물을 점화시키는 소위 줄 효과에 의하여 충전물(5)의 국부적인 가열을 야기시키며, 도 5에 도시된 바와 같이, 인벨롭을 팽창시키도록 계산된 압력으로 가스의 양을 발생시킨다. 도 2 및 도 3의 밸브의 밀봉부(11)의 존재는 연소에 의하여 발생된 가스가 모든 면에서 밸브로부터 탈출할 수 있기 때문에 중요하다. 이제 목표는 밀봉된 인벨롭(12)을 팽창시키는 것이며, 그 이점은 저장소에 인접한 작은 봉지(14) 내에 담겨있는 액체로 저장소(10)를 선택적으로 자동 충전시키기 위하여 설계된, 도 6 및 도 7에 도시된 장치의 이어지는 설명으로부터 명백해진다.

예시적일 뿐이며 제한적이지 않은 본 실시예에서, 도 6 및 도 7의 장치는 이온이동에 의하여 보조되는 약물의 경피투여용 장치의 일부이다. 상기된 바와 같이, 이러한 종류의 장치는 통상 환자의 피부에 닿도록 설계된 저장소(10)와 같은 적어도 하나의 저장소와 한 세트의 전극을 포함하고 있다. 전극(도시생략)은 저장소(10)에 결합되고 또 다른 전극(도시생략)과 협동하여 전극 사이에 이루어지는 전기장을 감소시키도록 저장소(10) 내에 담겨있는 활성 주성분의 이온을 가압시키며, 결과적으로 이들 이온이 환자의 피부를 관통하도록 한다. 이 장치는 휴대가능하며 전극 사이에 이루어지는 전기장을 제어하기 위한 전가수단 및 전극과 전자수단을 위한 배터리 전원을 포함하고 있다. 이들 모두는 당업자에게 익숙하므로 더 이상의 상세한 설명을 필요로 하지 않는다.

본 발명의 밸브는 저장소(10)에 인접한 작은 봉지(14) 내에 담겨있는 활성 주성분의 이온용액으로 예를 들어 히드로겔의 층과 같은 저장소(10)의 충전 즉 "수화"가 치료시작 전에 장치의 전자제어수단에 의하여 자동적으로 개시되는 그러한 종류의 장치를 제조하기 위해서 이용될 수 있다.

이러한 목적을 위해서 작은 봉지(14) 및 저장소(10)는 본 발명에 따른 밸브를 여기시키기 위한 회로를 지탱하기에 적합한 가요성 필름(15)의 대향측면에 고정된다. 제1 밸브(16)는 도 4 및 도 5의 밸브와 같이, 예를 들어 작은 봉지(14)의 내측의 중앙위치에서 필름(15)에 고정되고, 복수의 나머지 밸브(17₁, 17₂, …, 17_i)는 도 2 및 도 3의 밸브와 같이 밸브(16) 주위에서 동일한 필름 상에 장착된다. 가요성 인벨롭(18)은 공통의 외주에서 작은 봉지(14)에 그리고 필름(15)에 용접되며(도 6 및 도 7 참조), 밸브(17_i)는 또한 이 필름(15)에 대항하여 인벨롭(18)을 고정시키고 여기에서 밸브는 이 필름에 고정된다.

필름은 밸브(16 및 17_i)의 컨택트(3, 4)에 연결되는 전도성 트랙(도시생략)을 가지고 있으며, 이들 컨택트 사이의 전류의 통로는 상기된 전자수단에 의하여 선택적으로 명령된다.

이들 수단이 밸브 내에 담겨있는 가연성 충전물을 점화시킬 때, 밸브(17_i)는 필름(15) 내의 관통 동축구멍 및 밸브의 파열되는 얇은 영역을 통하여 저장소(10)와 작은 봉지(14) 사이의 통로 즉 유체 연통부를 각각 개방시키는 한편 밸브(16)의 충전물의 연소에 의하여 발생되는 가스는 인벨롭(18)을 팽창시킨다(도 7 참조).그 후 인벨롭은 작은 봉지(14)의 내부 부피의 주요부(또는 전체)를 점유하며, 이 작은 봉지 내에 담겨있는 이온용액(19)을 배출시킴으로써, 이 용액은 필름(15) 내의 관통 동축구멍과 밸브(17_i)를 통하여 저장소(10) 내로 가압되며, 이 밸브(17_i)는 전자수단에 의하여 발행되는 적절한 전기적인 명령에 의해서 사전에 개방된다.

따라서 저장소의 "수화" 이후에 약물 투여 프로그램의 실시를 명령하는 이들 수단들은 또한 치료 이전에 주사기의 작동, 찢기가 가능한 봉투의 찢음 등과 같은 수화작용을 확실히 보장하기 위한 어떠한 사람의 개입도 필요없이 이러한 수화작용을 일으킨다. 이는 이런 작동을 더욱 신뢰성 있게 만든다. 사용되어지는 장치는 수화작용을 일으키기 위해 가요성 봉투에 구멍을 뚫거나 찢을 필요가 없기 때문에 더욱 효과적으로 밀봉된다. 작은 봉지(14)의 채용은 정해진 양의 이온용액을 가진 저장소의 히드로겔을 충전시키는 봉투(18)의 정밀한 팽창에 의해 조절될 수 있어 이 충전이 한 세트의 전극으로부터 또 다른 세트의 전극에서 재생가능한 것을 보장한다.

이제 본 발명의 소형밸브를 제조하는 방법을 첨부된 도 8a 내지 8e를 참조하여 설명하겠다. 바람직하게 본 발명은 집적 회로의 제조에 있어서 널리 알려진 층 형성 기술 및 마이크로-에칭 기술을 채용하여, 이러한 밸브가 저비용으로 그리고 높은 재생 성능을 가지고 제조되는 것을 가능하게 해준다.

실리콘 웨이퍼(도 8a 참조)는 한 측면상에 도프 도료가 짙게 칠해져 대략 2㎛ 깊이까지 P⁺⁺타입의 전도성을 부여한다. 웨이퍼의 양면은 그 후 이산화실리콘(SiO₂)의 0.5㎛ 층으로 전기 절연된 다음 N-도프 도료가 칠해진 폴리크리스탈린 실리콘(폴리 Si)의 0.5㎛ 층으로 덮여진다. 폴리크리스탈린 층은 P⁺⁺도프 도료가 칠해진 층으로서의 실리콘 기반의 동일한 측면상에 있다가 이후 플라즈마 에칭되어 필라멘트형 저항(2)에 경계를 만든다.

저항은 그 후 SiO₂의 표면층을 저항(2) 위에서 SiO₂의 기반층과 합쳐지게 형성하도록 폴리크리스탈린 실리콘의 표면을 산화시킴으로서 보호된다(도 8c 참조). 금 컨택트(3, 4)는 종래의 도금 공정에 의해 저항(2)의 끝부에 형성된다.

웨이퍼의 다른쪽 면 상에 형성된 SiO₂층에 있는 마스크를 플라즈마 에칭하고 기반 실리콘에 있는 크레이터(6)를 P⁺⁺층으로 이루어진 에칭 멈춤부까지 에칭한 후에, 실리콘 웨이퍼는 절개선(20, 20')을 따라 절개되어 각각 라인(VIII-VIII)을 따라 취해진 평면도 및 단면도인 도 8d 및 도 8e에 도시된 칩을 분리시킨다. 이제 남아있는 모두는 한 방울의 니트로셀룰로오스를 저항(2)의 상부에 그리고 컨택트(3, 4) 사이에 떨어뜨리거나 한 조각의 셀룰로오스 필름을 이 두 컨택트 사이에 접착시켜 가연성 충전물이 채워진 본 발명에 따르는 소형밸브를 완성시키는 것이다.

선택적으로, P⁺⁺도프 도료가 칠해진 층 및 그것을 덮고 있는 SiO₂층(도 8a 참조)은 약 3㎛ 두께의 SiO₂의 단일 층으로 대체될 수 있다. 그 후 이것은 에칭멈춤 층 및 저항(2)을 위한 전기 절연체로써 기능한다.

그러나 문제점은 실리카 멤브레인에 있다. 0.1GPa을 초과하는 압축 응력이 그와 같은 멤브레인에서 관찰되었다. 이같이 높은 응력은 멤브레인의 중요한 변형을 야기할 수 있다. 예를들어, 멤브레인 1㎛ 두께에 걸쳐 40㎛의 변형이 관찰되고 발견되었다. 이런 크기의 변형은 멤브레인에 균열을 야기할 수 있다. 이는 산업상의 대량 생산에 있어 높은 불량율을 야기시킨다.

도 8a 내지 도 8e와 연결하여 상기 개시된 제조방법의 변형을 설명하기 위해, 첨부된 도면 중 도 9a 내지 도 9e를 설명하며, 이 변형은 매우 낮은 또는 심지어 제로 불량율로 본 발명에 따른 소형밸브의 산업상 제조를 허용한다.

이 방법은 전체적으로 편평한 칩 기판(1)으로부터 시작된다. 실리카의 각각의 층(22₁, 22₂)은 예를 들어, 습한 분위기의 1150℃에서 실리콘의 열산화에 의해, 칩(도 9a 참조)의 2개의 대향면의 각각에 형성된다. 실리카 층의 두께는 통상적으로 0.5 와 1.5㎛ 사이이다.

상기에 설명된 바와 같이, 0.27GPa 정도의 압축 응력은 얇은 영역(8)에서와 같이, 실리콘 층을 변형시키고 파손시킬 수 있는 실리콘 기판 상에 침착되는 이러한 종류의 실리콘 기판에서 관찰되며, 이 실리콘 기판은 얇은 영역(8)에서와 같이 실리콘 서포트로부터 박탈된다(도 2).

본 발명에 따라서, 이 압축 응력의 존재의 영향은 실리카 층을 인장 응력이 있는 실리콘 질화물 층으로 덮으므로써 실질적으로 제거된다. 이들 반대의 응력의영향을 결합하므로써, 얇은 영역(8)에서의 잔류 응력은 소형밸브의 제작동안 이 영역을 변형시킬 수 없거나 파열시킬 수 없는 수준으로 감소될 수 있으며, 이 수준은 ±0.1GPa보다 통상 작으며, 부착된 기호 + 와 -는 각각 인장 및 압축 응력을 구성한다. 이 결과는 다음의 식을 사용하여 2개의 층의 두께를 적절히 조정하므로써 얻어질 수 있는데;

여기서,는 각각 얇은 영역에서의 잔류 응력, 실리카 층에서의 압축 응력 그리고 실리콘 질화물에서의 인장 응력이며,는 각각 실리카 및 실리콘 질화물 층의 두께이다.

상기에 설명되는 응력은 사용되는 층들 중 실리콘 질화물 층 상에 침착되는 동안 7.5 × 7.5cm 실리콘 웨이퍼에 의해 경험되는 변형으로부터 측정될 수 있다.

도 9b에 도시된 본 발명의 단계에 있어서, 실리콘 질화물의 층(23₁, 23₂)은 실리콘 층(22₁, 22₂)상에 각각 형성된다.

후자는 화학양론적 실리콘 질화물(Si₃N₄)일 수 있다. Si₃N₄층은 디클로로실란(SiH₂Cl₂)과 암모니아로부터 750℃에서 저압 증기상 침착에 의해 형성될 수 있다. 인접 실리카 층에서의 압축 응력을 보상할 수 있는 1.2GPa 정도의 인장 응력이 이러한 종류의 층에서 관찰되었다. 그러나, 이러한 높은 수준의 응력은 Si₃N₄층의 실리카 층으로의 평범한 접착을 초래하여서, 대량 생산에 있어서 얻어지는 불량률에 좋지않은 영향을 미친다.

본 발명에 따라, 불량률은 화학량론적인 층을 실리콘으로 채용된 실리콘 질화물(SiN_x) - 여기서, x는 1.33보다 작다 - 의 층으로 교체하므로써 매우 향상된다. 이러한 종류의 층에서 관찰된 인장 응력(0.6 GPa)은 화학량론적 질화물에서 관찰된 응력보다 작아서, 상기에 언급된 접착문제를 제거하며 불량률을 매우 낮은 수준으로, 심지어 영으로 감소시킨다.

이러한 방식으로 실리콘으로 농축된 실리콘 질화물 층은 실리콘 수소화물(SiH₄)과 암모니아로부터 750℃ 주위에서 저압 증기상 침착에 의해 형성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, x는 대략 1.2이다. SiN_1.2의 조성은 830nm에서 타원편광법에 의해 이 층의 굴절율을 측정하므로써 추론될 수 있다.

이러한 방식으로 기판의 각각의 면상에 실리콘 층과 실리콘 질화물 층을 침착시킨 후, 바람직하게 실리콘으로 농축되며, 상기에 논의된 고려에 따라 소정된 두께를 가지며, 본 발명의 제조 방법은 다결정 실리콘의 층을 침착시켜 이 층을 필라멘트 저항(24)에 한계를 정하도록 에칭하는 종래 방법에 의해 상기 필라멘트 저항(24)(도 9c 참조)의 기판의 한면상에서 형성됨과 함께 계속된다. 저항은 0.5 × 100㎛의 단면과 1.5mm의 길이를 가진다. 금속 컨택트(도시생략)는 도 1에 도시된 밸브의 컨택트(3, 4)와 같이, 전기에너지가 공급될 수 있도록 저항의 끝부에 형성된다. 이러한 방식으로 형성된 저항(24)은 유전 재료인 이 서포트, 실리콘 질화물 층에 의해 잘 절연된다.

다음으로, 창(25)은 종래의 마스킹 및 CF₄가스 플라스마 에칭 공정을 사용하여, 기판의 다른 면상의 층(22₂, 23₂)에 형성된다. 다음으로, 도 1에 도시된 것와 유사한 크레이터(6)는 트리메틸암모늄 하이드록사이드와 같은 적절한 이방성 부식액을 사용하여 창(25)을 통해 에칭된다(도 9d 참조). 에칭은 실리카 층(22₁)에 의해 멈춤된다. 다음으로, 저항(24)은 본 발명에 따라 2개의 층의 얇은 영역, 또는 멤브레인에 의해 지지된다(도 9e).

다음으로, 소형밸브는 가연성 재료의 충전물을 저항(24) 상으로 침착시키므로써 완성되고 그 후 도 2에 도시된 밸브에서와 같이 프린트된 회로 상에 장착된다. 예시적일 뿐이며 제한적이지 않은 본 실시예에서, 상기 충전물은 글리시딜 폴리아지드를 주성분으로 하는 프로퍼골로 만들어질 수 있다.

본 발명에 따르는 2층 멤브레인 밸브는 세가지 다른 형태로 만들어졌는데, 그 세가지 형태는;

1) 0.22 ㎛의 Si₃N₄층과 결합된 1 ㎛ 두께의 실리카 층;

2) 0.22 ㎛의 SiN_1.2층과 결합된 0.5 ㎛ 두께의 실리카 층;

3) 0.6 ㎛의 SiN_1.2층과 결합된 1.4 ㎛ 두께의 실리카 층; 이다.

형태 1)에 있어서의 불량율은 상당히 높았지만, 불량율은 형태 2) 및 형태 3)에 있어서는 5% 와 0%로 각각 떨어졌다.

따라서 실리카 층과 SiN_1.2층의 결합은 본 발명의 궁극적인 목적, 다시 말해 매우 낮은 불량율 또는 심지어 0의 불량율로 제작될 수 있는 매우 가느다란(예컨대 0.7 내지 2㎛ 두께) 멤브레인에 의해 지지되는 소형 저항을 포함하고 있는 소형밸브의 제작을 성취할 수 있을 것이다.

게다가, 측정이 이런 방식으로 장착된 저항의 열역학적 특성이 매우 좋다는 것을, 즉 이 저항은 200㎳ 보다 작은 시간동안 가해진 1W보다 작은 전력으로 상기 언급된 프로포골로 만들어진 가연성 충전물의 온도를 300까지 증가시킬 수 있다는 것을 보여주었는데, 이는 본 발명의 또 다른 목적과 일치한다.

물론, 본 발명은 단지 예시에 의해 도시되고 설명된 실시예에 국한되지 않는다. 따라서, 예를 들어 게르마늄과 같은 다른 반도체 재료가 밸브의 기판용으로 실리콘 대신으로 사용될 수 있다. 예를 들어 다른 "불꽃기법" 재료와 같은 니트로셀룰로오스와 다른 가연성 재료가 가연성 충전물로 사용될 수 있다. 집적회로의 제조에 사용된 기법과 다른 제조 기법이 또한 본 발명의 밸브를 제작하는 데 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은 이온이동에 의해 보조되는 경피 적용을 위한 약물의 이온 용액으로 저장소를 충전하는 것과 다른 적용에까지 확장될 수 있다. 따라서 본 발명은 종래의 소극적인 경피 투여를 위해 사용되는 저장소를 충전함에 있어서의 적용성도 발견된다. 보다 폭넓게는, 본 발명은 유체 연통이 이 유체 연통을 착수시키는 밸브에 대한 기계적인 접근수단 없이 제공되어져야만 하는 예를 들면, 피하,혈관 또는 근육 약물 주입 투여와 같은 어떠한 적용대상으로도 확장된다.

Claims (24)

1. a) 기판(1), b) 기판을 통하여 개방될 통로를 향하는 기판 상에 배치된 가연성 물질의 충전물(5), c) 전기저항에 대해 소정의 전기에너지를 공급하는 것이 충전물(5)의 연소 및 이 충전물(5)의 연소가스의 압력으로 인한 상기 기판(1)의 부분적인 파열에 의한 통로(8')의 개방을 보장하도록 가연성 충전물과 접촉되는 전기저항(2)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 소형밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 저항(2)은 필라멘트 형상이고 그리고 충전물(5)은 저항(2)의 위아래에 뻗어있어서 상기 소정의 전기에너지로써 공급되는 저항에 의하여 발생되는 열은 저항(2)을 둘러싸는 충전물(5)의 부분에 최초 집중되는 것을 특징으로 하는 소형밸브.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 소정의 전기에너지는 10 Joule 보다 작은 것을 특징으로 하는 소형밸브.
4. 제 1 항에 있어서, 충전물(5) 및 저항(2)은 기판(1)의 얇은 영역(8)의 같은 쪽에 배치되며, 이 영역의 두께는 충전물(5)의 연소로 인한 가스의 압력이 이 영역(8)을 파열시키고 유체의 통로로 얇은 영역을 개방시키는 것을 특징으로 하는 소형밸브.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 기판(1)은 2개의 평행한 면(1', 1")을 가지고 있으며, 하나의 면(1')은 상기 하나의 면 내로 오목한 중앙 크레이터(6)를 가지고 있고, 그리고 상기 얇은 영역(8)에 의하여 다른 하나의 면(1")에서 마감되는 것을 특징으로 하는 소형밸브.
6. 제 5 항에 있어서, 전기에너지의 외부전원으로부터 저항(2)에 에너지를 공급하기 위하여 상기 다른 하나의 면(1") 상에 금속 컨택트(3, 4)가 형성되는 것을 특징으로 하는 소형밸브.
7. 제 5 항에 있어서, 기판(1)은 반도체 재료 칩의 형상을 취하고 있고 그리고 상기 크레이터(6) 및 상기 저항(2)은 마이크로-에칭에 의해서 이 칩 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 소형밸브.
8. 제 1 항에 있어서, 가연성 충전물은 니트로셀룰로스 또는 프로퍼골 타입 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 소형밸브.
9. 제 7 항에 있어서, 가연성 충전물의 무게는 10^-3g 정도인 것을 특징으로 하는 소형밸브.
10. 제 4 항에 있어서, 상기 전기저항(2)을 가지고 있는 상기 기판(1)의 상기 얇은 영역(8)은 적어도 실리카의 제1 층 및 이 제1 층의 상단 상의 실리콘 질화물의 제2 층을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 소형밸브.
11. 제 10 항에 있어서, 제2 층은 X < 1.33 인 실리콘 SiN_X로 농축된 실리콘 질화물인 것을 특징으로 하는 소형밸브.
12. 제 11 항에 있어서, X = 1.2 인 것을 특징으로 하는 소형밸브.
13. 제 10 항에 있어서, 각각 SiO₂및 Si₃N₄의 제1 및 제2 층은 각각 1㎛ 및 0.22㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 소형밸브.
14. 제 12 항에 있어서, 각각 SiO₂및 SiN_1.2의 제1 및 제2 층은 각각 0.5㎛ 및 0.22㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 소형밸브.
15. 제 12 항에 있어서, 각각 SiO₂및 SiN_1.2의 제1 및 제2 층은 각각 1.4㎛ 및 0.62㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 소형밸브.
16. 저장소에 인접한 작은 봉지(14) 내에 담겨있는 유체로 저장소(10)를 충전시키는 장치에 있어서, 이 장치는 저장소(10)와 작은 봉지(14) 사이에서 유체 연통부를 차단하는 방식으로 배치되는 제 1 항에 따른 적어도 하나의 소형밸브(17_i) 및 밸브가 지니고 있는 충전물(5)의 연소에 의하여 밸브의 기판(1) 내에 개방되는 통로를 통해 작은 봉지(14) 내에 담겨있는 유체에 대한 상기 연통부의 개방을 야기시키도록 밸브의 전기저항(2)의 여자(energisation)를 명령하는 제어수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 저장소를 충전시키는 장치.
17. 제 16 항에 있어서, 작은 봉지(14)와 저장소(10) 사이에서 동일한 개수의 유체 연통부 내에 배치되는 복수의 소형밸브(17_i)를 더 포함하고 있으며, 각각의 연통부의 개방은 상기 제어수단에 의하여 개시되는 것을 특징으로 하는 장치.
18. 제 16 항에 있어서, 작은 봉지(14)의 내측에 적어도 하나의 가요성 인벨롭(18)을 더 포함하고 있으며, 이 인벨롭(18)은 제 1 항에 따른 소형밸브(16)를 둘러싸고 있으며, 상기 제어수단은 상기 저장소(10)와 상기 작은 봉지(14) 사이에서 유체 연통부 내에 배치되는 적어도 하나의 소형밸브(17_i)를 통하여 작은 봉지(14)를 비우는 것을 보조하기 위해서 연소가스로 상기 인벨롭(18)을 팽창시키도록 상기 밸브(16)에 의해서 운반되는 가연성 충전물의 연소를 선택적으로 시작시키는 것을 특징으로 하는 장치.
19. 활성 주성분이 초기에 작은 봉지(14) 내에 담겨있으며 그 후 치료의 개시 이전에 환자의 피부와 접촉되도록 위치되는 저장소(10) 내로 옮겨지는, 약물의 경피투여용 장치로서, 상기 저장소(10) 및 상기 작은 봉지(14)는 제 16 항에 따른 장치의 일부인 것을 특징으로 하는 약물의 경피투여용 장치.
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