KR100536290B1 - Fabrication method of piezoelectric valve using multilayer ceramic actuator for fluidic control system - Google Patents

Fabrication method of piezoelectric valve using multilayer ceramic actuator for fluidic control system Download PDF

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KR100536290B1 KR10-2004-0024581A KR20040024581A KR100536290B1 KR 100536290 B1 KR100536290 B1 KR 100536290B1 KR 20040024581 A KR20040024581 A KR 20040024581A KR 100536290 B1 KR100536290 B1 KR 100536290B1
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Abstract

본 발명은 적층형 압전밸브(Multilayer Type Piezoelectric Valve) 제조방법이 개시된다.The present invention discloses a method for manufacturing a multilayer type piezoelectric valve.

본 발명에 따르면, 밸브 시트 다이의 입출구를 형성하는 제 1 과정; 밸브 시트 다이에 시트를 성형하는 제 2 과정; 밸브 시트 다이에 질화막을 증착한 후 패터닝하는 제 3 과정; 밸브 엑추에이터 다이와 시트 다이를 선택적 접합하는 제 4 과정; 밸브 엑추에이터 다이에 다이어프램을 제조하는 제 5과정; 적층형 세라믹 엑추에이터와 엑추에이터 다이를 내열 유리박막을 이용하여 양극접합하는 제 6 과정; SU-8 몰드를 이용하여 PDMS 실링 패드를 성형하는 제 7 과정; 및 상기 단계를 거쳐 제조된 적층형 압전밸브를 스테인레스 스틸을 사용하여 패키지하는 제 8 과정으로 이루어진 것을 특징으로 하여, 본 발명의 효과로는 기존의 스테인리스 밸브에 비하여 선형성이 뛰어나기 때문에 각종 전자기계부품 및 초소형 전자기계시스템(MEMS : Micro Electro Micro System) 분야에서 유체제어기기로 유용하게 응용할 수 있는 효과가 있다.According to the invention, a first process for forming the inlet and outlet of the valve seat die; A second process of shaping the seat on the valve seat die; A third process of depositing and patterning a nitride film on the valve seat die; A fourth step of selectively bonding the valve actuator die and the seat die; A fifth process of manufacturing a diaphragm in the valve actuator die; A sixth process of anodic bonding the multilayer ceramic actuator and the actuator die using a heat resistant glass thin film; Forming a PDMS sealing pad using a SU-8 mold; And an eighth process of packaging the stacked piezoelectric valve manufactured through the above steps using stainless steel. Since the effect of the present invention is excellent in linearity as compared with the conventional stainless steel valve, various electromechanical parts and It can be usefully applied as a fluid control device in the field of micro electro micro system (MEMS).

Description

적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 유체제어 시스템용 압전밸브 제조방법 {FABRICATION METHOD OF PIEZOELECTRIC VALVE USING MULTILAYER CERAMIC ACTUATOR FOR FLUIDIC CONTROL SYSTEM} Method for Manufacturing Piezoelectric Valve for Fluid Control System Using Multi-Layered Ceramic Actuator {FABRICATION METHOD OF PIEZOELECTRIC VALVE USING MULTILAYER CERAMIC ACTUATOR FOR FLUIDIC CONTROL SYSTEM}

본 발명은 적층형 세라믹 엑추에이터(Multilayer Ceramic Actuator)를 사용하여 유체제어 시스템(Flow Control System)용 압전밸브(Piezoelectric Valve) 소자 제조방법에 관한 것으로 보다 상세히는 10 sccm(Standard Cubic Centimeter Per Minute) 이하의 미세 유량제어가 가능한 압전밸브 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric valve device for a fluid control system using a multilayer ceramic actuator. More specifically, the present invention relates to a fine micrometer of 10 cubic centimeters per minute or less. It relates to a piezoelectric valve manufacturing method capable of flow control.

최근 센서와 엑추에이터 같은 기계장치와 컴퓨터가 결합하여 환경의 미세 변화에 대한 감지와 조절이 가능한 초소형 전자기계시스템 기술에 대한 관심이 증대되고 있다. 그 중에서도 미래형 핵심산업으로 의료 및 수송, 제어분야에서 막대한 시장잠재력을 보유하고 있는 유공압 제어용 IT(Information Technology)와 BT(Bio Technology) 그리고 NT(Nano Technology)의 융합·복합산업이 크게 성장·발전할 것으로 기대된다. 따라서, 약물전달시스템(DDS: Drug Delivery Systems), 마이크로 타스(μ-TAS: Micro Total Analysis Systems) 및 질량 유속계(MFC: Mass Flow Controller) 등 극미세 소량의 유량 및 시료 조절이 요구되는 초정밀 유체제어기기에 대한 연구·개발이 크게 증대되고 있다.Recently, the interest in the micro electromechanical system technology that can detect and adjust the micro-changes of the environment by combining the computer and the mechanical devices such as sensors and actuators. Among them, the convergence / combination industry of IT (Information Technology), BT (Bio Technology) and NT (Nano Technology), which has enormous market potential in the fields of medical, transportation, and control as future core industries, will grow and develop significantly. It is expected to be. Therefore, ultra-precision fluid control requiring very small flow rates and sample control such as drug delivery systems (DDS), micro total analysis systems (μ-TAS) and mass flow controllers (MFC) The research and development of equipment is greatly increasing.

최근 정전형(Electrostatic), 형상기억합금(SMA: Shape Memory Alloy), 열공압형(Pneumatic), 전자기형(Electromagnetic)등 3차원 구조의 엑추에이터가 집적화된 소형 밸브에 관한 연구가 활발히 진행되기 시작했다. 그러나, 정전형 밸브의 경우, 응답속도는 빠르지만 100 볼트(Volt) 이상의 큰 인가전압이 요구되고 구동력이 적으며, 형상기억합금과 열공압형 밸브는 응답속도가 느리고 제작 공정이 복잡하며 온도상승에 따른 재료변형이나 응력이 생기는 단점을 가지고 있다. 전자기형 밸브 또한 소비전력이 크고 구동력이 적은 문제점이 있다.Recently, research on small valves incorporating three-dimensional actuators such as electrostatic, shape memory alloy (SMA), thermopneumatic, and electromagnetic (magnetic) has begun. However, in the case of the electrostatic valve, although the response speed is fast, a large applied voltage of 100 volts or more is required and the driving force is low. The shape memory alloy and the thermopneumatic valve have a slow response speed, a complicated manufacturing process, and a high temperature rise. It has the disadvantage of material deformation and stress. Electromagnetic valves also have the problem of high power consumption and low driving force.

이들 밸브 중에서도 압전체(Piezoelectric)를 사용한 밸브가 활발히 개발되고 있다. 압전체의 변형을 기계적 에너지로 사용하면 경량, 고속응답, 저소비전력, 큰 구동력 등의 장점을 가지게 되어 각종 엑추에이터의 동력원으로 활용할 수 있으며 미소 변위의 제어, 단백질 및 디엔에이 칩(DNA Chip: Deoxyribonucleic Acid Chip) 등의 소형분석시스템에 응용할 수 있다. 현재 압전박막를 이용한 극미세 에너지나 물질을 제어 및 처리할 수 있는 초소형 유압제어시스템 개발과 관련해 일부 연구가 진행되고 있지만, 압전박막은 극미세 에너지나 물질을 제어할 수 있는 충분한 구동력이나 응답속도를 가지고 있지 못하는 문제점을 가지고 있다.Among these valves, valves using piezoelectrics have been actively developed. The use of piezoelectric strain as mechanical energy has advantages such as light weight, high speed response, low power consumption, and high driving power, which can be used as a power source for various actuators, and control micro displacement, protein and DNA chips (Doxy Chip). It can be applied to small analysis system. Currently, some research is being conducted on the development of a micro hydraulic control system that can control and process ultra fine energy or materials using piezoelectric thin films. However, piezoelectric thin films have sufficient driving force or response speed to control ultra fine energy or materials. I have a problem that doesn't exist.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 변위특성이 뛰어나고 공정간 오차를 줄일 수 있고 부품의 교체 및 수리가 용이하며 극미세 유체제어시스템에 응용하기 위하여 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용하여 기존의 액추에이터보다도 유량의 선형성 및 반복성이 뛰어하고, 우수한 누설특성을 가지는 압전밸브를 제조하는 방법을 제공한다. The present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is excellent displacement characteristics, can reduce the error between processes, easy to replace and repair parts, multilayer ceramic actuator for application in the ultra-fine fluid control system The present invention provides a method of manufacturing a piezoelectric valve having superior linearity and repeatability of flow rates and excellent leakage characteristics than a conventional actuator.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 관점에 따른 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 극미세 유량제어용 압전밸브 제조방법은, In order to achieve the above object, a method of manufacturing a piezoelectric valve for ultrafine flow rate control using a multilayer ceramic actuator according to the aspect of the present invention,

밸브 시트 다이의 입출구를 형성하는 제 1 과정; 밸브 시트 다이에 시트를 성형하는 제 2 과정; 밸브 시트 다이에 질화막을 증착한 후 패터닝하는 제 3 과정; 밸브 엑추에이터 다이와 시트 다이를 선택적 접합하는 제 4 과정; 밸브 엑추에이터 다이에 다이어프램을 제조하는 제 5과정; 적층형 세라믹 엑추에이터와 엑추에이터 다이를 내열 유리박막을 이용하여 양극접합하는 제 6 과정; SU-8 몰드를 이용하여 PDMS 실링 패드를 성형하는 제 7 과정; 및 상기 단계를 거쳐 제조된 적층형 압전밸브를 스테인레스 스틸을 사용하여 패키지하는 제 8 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.A first process of forming the inlet and outlet of the valve seat die; A second process of shaping the seat on the valve seat die; A third process of depositing and patterning a nitride film on the valve seat die; A fourth step of selectively bonding the valve actuator die and the seat die; A fifth process of manufacturing a diaphragm in the valve actuator die; A sixth process of anodic bonding the multilayer ceramic actuator and the actuator die using a heat resistant glass thin film; Forming a PDMS sealing pad using a SU-8 mold; And an eighth process of packaging the stacked piezoelectric valve manufactured through the above steps using stainless steel.

구체적으로, 상기 내열 유리박막은 파이렉스 #7740인것을 특징으로 한다.Specifically, the heat-resistant glass thin film is characterized in that the Pyrex # 7740.

또한, 상기 제 1 과정은 실리콘 기판(200)의 상부 및 하부에 1.5 ㎛의 산화막을 증착하고 포토리소그라피를 이용하여 입출구를 패터닝하는 단계; 및 초순수에 15 ∼ 25 wt.%가 희석된 테트라메틸암모늄하이드록사이드 용액을 이용하여 마그네틱 스틸이 장착된 히터에 위치시키고 75 ∼ 85℃를 유지하여 밸브 입출구를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first process may include depositing an oxide film having a thickness of 1.5 μm on the upper and lower portions of the silicon substrate 200 and patterning the inlet and outlet using photolithography; And using a tetramethylammonium hydroxide solution diluted 15 to 25 wt.% In ultrapure water, placed in a heater equipped with magnetic steel, and maintaining a 75 to 85 ° C to manufacture a valve inlet and outlet. do.

또한, 상기 산화막은 1.0 ∼ 2㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, the oxide film is characterized by having a thickness of 1.0 to 2㎛.

또한, 상기 제 2 과정은 밸브 시트 다이를 재산화시켜 밸브 시트 다이의 전면을 포토리소그라피로 밸브 채널 및 시트 패터닝을 하여 초순수에 5 ∼ 15 wt.%가 용해된 테트라메틸암모늄하이드록사이드 용액을 이용하여 히터에 위치시키고 일정 온도를 유지하며 밸브 시트 및 챔버를 제작하는 단계인 것을 특징으로 한다.In addition, the second process uses the tetramethylammonium hydroxide solution in which 5 to 15 wt.% Of dissolved in ultrapure water is obtained by re-validating the valve seat die and performing valve channel and seat patterning on the front surface of the valve seat die by photolithography. Positioned in the heater to maintain a constant temperature, characterized in that the step of producing the valve seat and the chamber.

또한, 상기 초순수에 5 ∼ 15 wt.%가 용해된 테트라메틸암모늄하이드록사이드 용액을 이용하여 히터에 위치시키고 75 ∼ 85℃를 유지하는 것을 특징으로 한다.In addition, the tetramethylammonium hydroxide solution in which 5-15 wt.% Is dissolved in the ultrapure water is placed in a heater and maintained at 75 to 85 ° C.

또한, 상기 제 3 과정은 밸브 시트 다이를 상압기상증착장치를 이용하여 일정 온도에서 5분여간 500Å의 질화막을 증착하는 단계; 및 밸브 시트와 챔버 이외의 질화막을 소정의 시간동안 불산 용액을 이용하여 제거하여 밸브 시트 다이를 제조하는 단계를 특징으로 한다.In addition, the third process is the step of depositing a nitride film of 500 kPa for 5 minutes at a constant temperature by using the atmospheric pressure vapor deposition apparatus valve seat die; And removing the nitride film other than the valve seat and the chamber using a hydrofluoric acid solution for a predetermined time to produce a valve seat die.

또한, 상기 밸브 시트 다이를 상압기상증착장치를 이용하여 900 ~ 1100℃에서 5분여간 500Å의 질화막을 증착하는 것을 특징으로 한다.In addition, the valve seat die is characterized by depositing a nitride film of 500 kPa for 5 minutes at 900 ~ 1100 ℃ using an atmospheric vapor deposition apparatus.

또한, 상기 밸브 시트와 챔버 이외의 질화막을 25 ∼ 35초동안 불산 용액을 이용하여 제거하는 것을 특징으로 한다. In addition, it is characterized in that the nitride film other than the valve seat and the chamber is removed using a hydrofluoric acid solution for 25 to 35 seconds.

또한, 상기 제 4 과정은 염산과 과산화수소를 일정비율로 혼합하는 단계; 상기 시트 다이와 엑추에이터 다이를 용액 내에 10분동안 세정하고, 황산과 과산화수소를 일정비율로 혼합한 후 용액 내에 일정 시간동안 세정하는 단계; 진공챔버에서 일정 시간 초기 직접접합을 하는 단계; 및 일정온도에서 일정시간 후열처리를 하여 엑추에이터 다이와 시트 다이 접합구조를 성형하는 단계를 특징으로 한다.In addition, the fourth process is a step of mixing hydrochloric acid and hydrogen peroxide in a predetermined ratio; Washing the sheet die and the actuator die in a solution for 10 minutes, mixing sulfuric acid and hydrogen peroxide in a ratio and then rinsing in the solution for a predetermined time; Performing initial direct bonding for a predetermined time in the vacuum chamber; And forming an actuator die and a sheet die bonded structure by performing post-heat treatment for a predetermined time at a predetermined temperature.

또한, 상기 염산과 과산화수소를 3:1의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 한다.In addition, the hydrochloric acid and hydrogen peroxide are characterized in that the mixing ratio of 3: 1.

또한, 상기 황산과 과산화수소를 3:1로 혼합한 후 용액 내에 5 ∼ 15분동안 세정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the sulfuric acid and hydrogen peroxide are mixed at 3: 1, and then washed in the solution for 5 to 15 minutes.

또한, 상기 1×10-6 토르의 진공챔버에서 24시간가량 초기 직접접합하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the initial direct bonding for about 24 hours in the vacuum chamber of 1 × 10 -6 Torr.

또한, 상기 900 ∼ 1100℃의 기온에서 1시간가량 후열처리를 하여 엑추에이터 다이와 시트 다이 접합구조를 성형하는 단계를 특징으로 한다.In addition, the step of post-heat treatment for about 1 hour at a temperature of 900 ~ 1100 ℃ characterized in that the step of forming the actuator die and sheet die bonding structure.

또한, 상기 제 5 과정은 상기 접합한 엑추에이터 다이와 시트 다이를 포토리소그라피법를 이용하여 엑추에이터 다이 전면의 산화막을 패터닝하는 단계인 것을 특징으로 한다.The fifth process is a step of patterning the bonded actuator die and the sheet die by using a photolithography method to pattern an oxide film on the entire surface of the actuator die.

또한, 상기 제 5과정은 접합한 엑추에이터와 시트 다이를 테프론 홀더안에 삽입하고 초순수에 일정 비율로 테트라메틸암모늄하이드록사이드를 첨가한 용액에 주입하여 일정 온도를 유지하며 식각하여 다이어프램을 제조하는 과정인 것을 특징으로 한다.In addition, the fifth process is a process of manufacturing a diaphragm by inserting the bonded actuator and the sheet die in a Teflon holder and injecting it into a solution in which tetramethylammonium hydroxide is added to ultrapure water at a predetermined ratio to maintain a constant temperature. It is characterized by.

또한, 상기 접합한 엑추에이터와 시트 다이를 테프론 홀더안에 삽입하고 초순수에 15 ∼ 25 wt.%의 비율로 테트라메틸암모늄하이드록사이드를 첨가한 용액에 주입하여 75 ∼ 85℃를 유지하는 것을 특징으로 한다.In addition, the bonded actuator and the sheet die is inserted into a Teflon holder and injected into a solution in which tetramethylammonium hydroxide is added to the ultrapure water at a ratio of 15 to 25 wt.% To maintain 75 to 85 ° C. .

또한, 상기 제 6 과정의 적층형 세라믹 엑추에이터와 엑추에이터 다이 접합과정은 적층형 세라믹 엑추에이터에 파이렉스 유리를 고주파 스퍼터링법를 이용하여 인가전력 1 W/㎠, 아르곤 가스 일정량을 주입하여 소정의 두께로 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the laminated ceramic actuator and the actuator die bonding process of the sixth step includes depositing a predetermined amount of applied power 1 W / ㎠, argon gas using a high frequency sputtering method to the multilayer ceramic actuator by using a high frequency sputtering method Characterized in that.

또한, 상기 적층형 세라믹 엑추에이터에 파이렉스 유리를 고주파 스퍼터링법를 이용하여 인가전력 1 W/㎠, 아르곤 가스 15 ∼ 25 sccm을 주입하여 4 ∼ 6 ㎛의 두께로 증착하는 것을 특징으로 한다.In addition, the laminated ceramic actuator is characterized in that the Pyrex glass is injected by applying an applied power of 1 W / cm 2 and 15 to 25 sccm of argon gas by using a high frequency sputtering method and deposited to a thickness of 4 to 6 ㎛.

또한, 상기 제 6 과정의 파이렉스 유리 박막이 증착된 적층형 세라믹 엑추에이터와 엑추에이터 다이(211)를 일정 직류전압, 일정 인가온도에서 일정시간동안 양극접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method may further include anodic bonding the multilayer ceramic actuator and the actuator die 211 on which the Pyrex glass thin film of the sixth process is deposited for a predetermined time at a constant DC voltage and a predetermined application temperature.

또한, 상기 적층형 세라믹 엑추에이터와 엑추에이터 다이(211)를 직류전압 600 V, 인가온도 350 ∼ 450℃에서 1시간동안 양극접합하는 단계인 것을 특징으로 한다.In addition, the laminated ceramic actuator and the actuator die 211 is characterized in that the step of anodic bonding for 1 hour at a DC voltage of 600V, an applied temperature of 350 ~ 450 ℃.

또한, 상기 제 7 과정은 아크릴 몰드 위에 SU-8 몰드를 제조하고, SU-8 몰드위에 PDMS 용액을 경화제와 일정 비율로 혼합하는 단계; 스핀코터를 이용하여 도포하고 PDMS 용액 내부의 기포를 제거하기 위하여 진공 챔버에서 10-6 토르로 일정 시간동안 기포를 제거하여 일정 온도로 일정시간 열처리를 하여 PDMS 실링 패드를 제조하는 과정인 것을 특징으로 한다.In addition, the seventh process comprises the steps of preparing a SU-8 mold on the acrylic mold, and mixing the PDMS solution with the curing agent on the SU-8 mold in a predetermined ratio; It is a process of manufacturing a PDMS sealing pad by applying a spin coater and removing bubbles for a predetermined time in a vacuum chamber for 10 -6 Torr to remove bubbles in the PDMS solution by heat treatment at a predetermined temperature for a predetermined time. do.

또한, 상기 SU-8 몰드위에 상기 PDMS 용액을 경화제와 10:1의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 한다.In addition, the PDMS solution is mixed on the SU-8 mold with a curing agent in a ratio of 10: 1.

또한, 상기 PDMS 용액 내부의 기포를 제거하기 위하여 진공 챔버에서 10-6 토르로 35 ∼ 45분간 기포를 제거하여 65 ∼ 75℃의 온도로 1시간가량 열처리를 하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to remove the bubbles in the PDMS solution, the bubbles are removed in a vacuum chamber with 10 -6 Torr for 35 to 45 minutes, and the heat treatment is performed for about 1 hour at a temperature of 65 to 75 ℃.

또한, 상기 제 8 과정은 소정의 반지름을 갖는 스테인레스 스틸을 사용하여 적층형 세라믹 엑추에이터를 지지하는 홀더 및 접합된 밸브 엑추에이터 다이와 시트 다이를 지지하는 밸브 홀더와 볼트를 제조하는 단계인 것을 특징으로 한다.In addition, the eighth process is a step of manufacturing a holder for supporting the laminated ceramic actuator using a stainless steel having a predetermined radius, and a valve holder and bolt for supporting the bonded valve actuator die and the seat die.

또한, 상기 스테인레스 스틸은 1 ∼ 3 cm의 반지름을 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, the stainless steel is characterized by having a radius of 1-3 cm.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명에 따른 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 적층형 압전밸브 제조공정을 나타낸 플로우챠트이다.1 is a flowchart illustrating a manufacturing method of a multilayer piezoelectric valve using a multilayer ceramic actuator according to the present invention.

본 발명에서 사용된 적층형 세라믹 엑추에이터는 5 mm×5 mm×20 mm 크기로 직류전압 150 V 인가시 16 ㎛ 발생변위를 가지는 압전체이며, 엑추에이터 다이(211) 및 밸브 시트 다이(200)는 2×2 ㎝ 크기와 510 ㎛ 두께의 피 타입(P-type) 실리콘 기판(200)이며, PDMS 실링 패드(219)는 PDMS 용액과 경화제를 10:1의 비율로 혼합하여 실링 패드를 제조한 뒤, 식각공정, 직접접합공정, 양극접합공정을 하여 적층형 압전밸브를 제조한다.The multilayer ceramic actuator used in the present invention is a piezoelectric body having a size of 5 mm × 5 mm × 20 mm and having a displacement of 16 μm when a DC voltage of 150 V is applied, and the actuator die 211 and the valve seat die 200 are 2 × 2. The P-type silicon substrate 200 having a cm size and a thickness of 510 μm, and the PDMS sealing pad 219 is prepared by mixing a PDMS solution and a curing agent in a ratio of 10: 1 to manufacture a sealing pad, followed by an etching process. The laminated piezoelectric valve is manufactured by the direct bonding process and the positive electrode bonding process.

이를 위해, S101 단계로 진입하여 실리콘 기판(200)의 상부 및 하부에 1.5 ㎛의 산화막을 증착하고 포토리소그라피를 이용하여 입출구용 산화막을 제거한 후, 초순수(DI Water)에 테트라메틸암모늄하이드록사이드 15 ∼ 25 wt.%가 희석된 용액을 이용하여 마그네틱 스틸(Magnetic Stir)이 장착된 히터(Heater)에 위치시키고 75 ∼ 85℃를 유지하며 밸브 입출구(201)를 제작한다.To this end, the process proceeds to step S101 to deposit an oxide film of 1.5 ㎛ on the upper and lower portions of the silicon substrate 200, remove the entrance and exit oxide film using photolithography, and then tetramethylammonium hydroxide 15 in ultrapure water (DI Water) The valve inlet and outlet 201 is manufactured by placing the magnetic stir in a heater equipped with magnetic stir to 25 wt.%, Maintaining 75 to 85 ° C.

S103 단계에서는 상기 시트 다이(200)를 재산화(Re-oxidation)시킨 후, 시트 다이의 전면을 포토리소그라피로 채널 및 시트 패터닝(Patterning)을 하여 초순수에 5 ∼ 15 wt.%가 희석된 테트라메틸암모늄하이드록사이드 용액을 이용하여 히터에 위치시키고 75 ∼ 85℃를 유지하여 식각하며 밸브 시트(205) 및 챔버(207)를 제작한다.In step S103, after re-oxidation of the sheet die 200, the front surface of the sheet die is channelized with photolithography and sheet patterning, and tetramethyl diluted 5-15 wt.% In ultrapure water. The valve seat 205 and the chamber 207 are fabricated by placing them in a heater using an ammonium hydroxide solution and etching them at 75 to 85 ° C.

S105단계에서는 상기 시트 다이(200)를 상압기상증착장치를 이용하여 900 ∼ 1100℃에서 5분가량 500Å의 질화막(209)을 증착한 후, 밸브 시트(205)와 챔버(207) 이외의 질화막을 25 ∼ 35초동안 불산(HF) 용액을 이용하여 제거한다.In step S105, the nitride film 209 of 500 kPa is deposited for 5 minutes at 900 to 1100 ° C. using the atmospheric pressure vapor deposition apparatus, and the nitride film other than the valve seat 205 and the chamber 207 is deposited. Remove with hydrofluoric acid (HF) solution for 25-35 seconds.

S107단계에서는 염산(HCl)과 과산화수소(H2O2)를 3:1의 비율로 혼합한 후 상기 시트 다이(200)와 엑추에이터 다이(211)를 용액 내에 5 ∼15분동안 세정하여 무기오염물을 제거하고, 황산과 과산화수소를 3:1로 혼합한 후 용액내에 5 ∼ 15분동안 세정하며, 1×10-6 토르(Torr)의 진공챔버에서 23 ∼ 26시간동안 초기 직접접합 하여 열처리로(Furnace)에서 1시간가량 900 ∼ 1100℃의 온도로 후열처리(Post- annealing)를 한다.In step S107, hydrochloric acid (HCl) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is mixed at a ratio of 3: 1, and the sheet die 200 and the actuator die 211 are washed in the solution for 5 to 15 minutes to remove inorganic contaminants. After removing sulfuric acid and hydrogen peroxide in a 3: 1 mixture, the solution was washed for 5 to 15 minutes, and then directly bonded in a vacuum chamber of 1 × 10 -6 Torr for 23 to 26 hours to provide direct heat treatment. ) Is post-annealed at a temperature of 900 to 1100 ° C for about 1 hour.

S109단계에서는 상기 접합한 엑추에이터(211) 다이와 시트(200) 다이를 포토리소그라피를 이용하여 엑추에이터 다이(211) 전면의 산화막을 패터닝한 후, 접합한 엑추에이터와 시트 다이(200)를 테프론 홀더(Teflon Holder)안에 삽입하고 초순수에 15 ∼ 25 wt.%의 비율로 테트라메틸암모늄하이드록사이드가 용해된 용액에 주입하여 히터에서 70 ∼ 90℃의 온도를 유지하며 식각하여 다이어프램(213)을 제조하는 것을 특징으로 한다.In operation S109, after the bonded actuator 211 die and the sheet 200 die are patterned with an oxide film on the entire surface of the actuator die 211 using photolithography, the bonded actuator and the sheet die 200 are teflon holders (Teflon Holder). ) And injected into a solution in which tetramethylammonium hydroxide is dissolved at a rate of 15 to 25 wt.% In ultrapure water to maintain a temperature of 70 to 90 ° C. in a heater to produce a diaphragm 213. It is done.

S111단계에서는 적층형 세라믹 엑추에이터(215)에 파이렉스 #7740 글라스(217)를 고주파 스퍼터링 장치를 이용하여 인가전력 1 W/㎠, 아르곤(Ar) 가스 15 ∼ 25 sccm을 주입하여 5 ㎛의 두께로 증착한 후, 파이렉스 #7740 글라스 박막이 증착된 적층형 세라믹 엑추에이터(215)와 엑추에이터 다이(211)를 직류전압 600 V, 인가온도 350 ∼ 450℃에서 1시간가량 양극접합하게 된다.In the step S111, the Pyrex # 7740 glass 217 is injected into the multilayer ceramic actuator 215 using a high-frequency sputtering device, and applied power of 1 W / cm 2 and 15 to 25 sccm of argon (Ar) gas to be deposited to a thickness of 5 μm. Thereafter, the multilayer ceramic actuator 215 and the actuator die 211 on which the Pyrex # 7740 glass thin film is deposited are anodic bonded for about 1 hour at a DC voltage of 600 V and an applied temperature of 350 to 450 ° C.

S113단계에서는 아크릴 몰드(acryl mold)위에 SU-8 용액을 스핀코터(Spin Coater)를 이용하여 1 mm의 두께로 도포한 후, 60 ∼ 70℃에서 5분가량 90 ∼ 100℃에서 60 ∼ 80분간 소프트베이크(Soft-bake)하고 33.4 ㎽/㎠의 세기로 650 ∼ 750초간 자외선 노광(exposure)하며, 60 ∼ 70 ℃에서 5분가량 90 ~ 100℃에서 20분가량 열처리(PEB; Post Expose Bake)를 한다. 그리고 PGMEA(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate)를 사용하여 30 ∼ 50분간 현상한 후, 이소프로필 알콜(IPA : Isopropyl Alcohol)을 이용하여 세척 후, 질소(N2) 가스를 사용하여 건조하며, 150 ~ 200℃에서 20분가량 하드베이크(Hard-bake)하여 SU-8 몰드를 제조한다. 또한 SU-8 몰드위에 PDMS 용액을 경화제와 10:1의 비율로 혼합한 후, 스핀코터를 이용하여 도포하고 PDMS 용액 내부의 기포를 제거하기 위하여 진공 챔버(Vacuum Chamber)에서 10-6 토르로 30 ∼ 50분가량 기포를 제거한 후 60 ∼ 80℃의 온도로 1시간가량 열처리를 하여 PDMS 실링 패드(219)를 제조하는 것을 특징으로 한다.In step S113, the SU-8 solution is applied on an acrylic mold to a thickness of 1 mm using a spin coater, and then 5 minutes at 60 to 70 ° C. for about 60 to 80 minutes at 90 to 100 ° C. for 5 minutes. Soft-baked, UV exposure for 650 to 750 seconds with an intensity of 33.4 ㎽ / ㎠, heat treatment for 5 minutes at 60 to 70 ° C for 20 minutes at 90 to 100 ° C (PEB; Post Expose Bake) Do After developing with PGMEA (Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate) for 30 to 50 minutes, washing with isopropyl alcohol (IPA: Isopropyl Alcohol), and then drying with nitrogen (N 2 ) gas, 150 to 200 Hard bake for 20 minutes at ℃ to prepare a SU-8 mold. In addition, SU-8 mold PDMS solution and the curing agent 10 on: to 10-6 Torr in a vacuum chamber (Vacuum Chamber) 30 in order to remove air bubbles and mixed in the ratio 1, is applied using a spin coater, and the internal solution of PDMS After removing bubbles for about 50 minutes, the PDMS sealing pad 219 is manufactured by heat treatment at a temperature of 60 to 80 ° C. for 1 hour.

마지막 S115단계에서는 2 cm 반지름의 스테인레스 스틸을 사용하여 적층형 세라믹 엑추에이터(215)를 지지하는 홀더(221) 및 엑추에이터 다이(211)/밸브 시트 다이(200)를 지지하는 밸브 홀더(223)과 볼트(225)를 제조하는 것을 특징으로 한다.In the final step S115, the holder 221 for supporting the multilayer ceramic actuator 215 and the valve holder 223 and the bolt for supporting the actuator die 211 / valve seat die 200 using 2 cm radius stainless steel are used. 225) characterized in that the manufacturing.

도 2a 내지 도 2h는 도 1의 각 공정을 설명하기 위한 적층형 압전밸브 제조공정 단면도이다.2A to 2H are cross-sectional views of a stacked piezoelectric valve manufacturing process for explaining each process of FIG. 1.

도 2a는 밸브 시트 다이(200)의 상부 및 하부에 1.5 ㎛의 산화막을 증착하고 포토리소그라피를 이용하여 입출구를 패터닝한 후, 테트라메틸암모늄하이드록사이드가 15 ∼ 25 wt.% 용해된 용액을 이용하여 히터에 위치시키고 식각하여 밸브 입구(201),출구(203)를 제작한다.FIG. 2A illustrates the deposition of a 1.5 μm oxide layer on the upper and lower portions of the valve seat die 200 and patterning the inlet and outlet using photolithography, and then using a solution in which 15 to 25 wt.% Of tetramethylammonium hydroxide is dissolved. The valve inlet 201 and the outlet 203 are manufactured by etching and placing it in a heater.

도 2b는 상기 밸브 시트 다이(200)를 재산화시킨 후, 시트 다이의 전면을 포토리소그라피로 채널 및 시트 패터닝을 하여 테트라메틸암모늄하이드록사이드 10 wt.% 용액으로 식각하여 밸브 시트(205) 및 챔버(207)를 제작한다.FIG. 2B shows that the valve seat die 200 is reoxidized, and then the front surface of the seat die is etched with a 10 wt.% Solution of tetramethylammonium hydroxide by photolithography channels and sheet patterning to form a valve seat 205 and The chamber 207 is manufactured.

도 2c는 상기 밸브 시트 다이(200)를 상압기상증착장치를 이용하여 질화막(209)을 증착한 후, 밸브 시트(205)와 챔버(207) 이외의 질화막(209)을 제거한다.In FIG. 2C, after the nitride film 209 is deposited on the valve seat die 200 using an atmospheric vapor deposition apparatus, the nitride film 209 other than the valve seat 205 and the chamber 207 is removed.

도 2d는 상기 밸브 시트 다이(200)와 엑추에이터 다이(211)를 세정하여 초기 직접접합을 한다. 또한 900 ∼ 1100℃에서 1시간가량 후열처리를 한다.FIG. 2D illustrates initial cleaning of the valve seat die 200 and the actuator die 211 by cleaning. In addition, the post-heat treatment is performed at 900 to 1100 ° C. for about 1 hour.

도 2e는 상기 접합한 엑추에이터(211) 다이와 시트(200) 다이를 포토리소그라피를 이용하여 엑추에이터 다이 전면의 산화막을 패터닝한 후, 접합한 엑추에이터와 시트 다이를 테프론 홀더안에 삽입하고 테트라메틸암모늄하이드록사이드 용액으로 식각하여 다이어프램(213)을 제조한다.FIG. 2E shows that the bonded actuator 211 die and the sheet 200 die are patterned with an oxide film on the entire surface of the actuator die using photolithography, and then the bonded actuator and sheet die are inserted into a Teflon holder and tetramethylammonium hydroxide The diaphragm 213 is manufactured by etching with a solution.

도 2f는 파이렉스 #7740 글라스(217)를 적층형 세라믹 엑추에이터(215)에 증착한 후, 파이렉스 #7740 글라스 박막이 증착된 적층형 세라믹 엑추에이터와 엑추에이터 다이(211)를 양극접합한다.2F deposits a Pyrex # 7740 glass 217 on the multilayer ceramic actuator 215 and then anodic-bonds the multilayer ceramic actuator and actuator die 211 on which the Pyrex # 7740 glass thin film is deposited.

도 2g는 SU-8 몰드를 제조한 후, SU-8 몰드위에 PDMS 용액을 스핀코터를 이용하여 도포하고 기포를 제거한 후 열처리를 하여 PDMS 실링 패드(219)를 제조한다.Figure 2g is after manufacturing the SU-8 mold, the PDMS solution on the SU-8 mold using a spin coater, remove the bubbles and heat treatment to produce a PDMS sealing pad 219.

도 2h는 스테인레스 스틸을 사용하여 적층형 세라믹 엑추에이터(215)를 지지하는 홀더(221) 및 엑추에이터 다이(211)/밸브 시트 다이(200)를 지지하는 밸브 홀더(223)과 볼트(225)를 제조한다.2H manufactures a holder 221 for supporting the stacked ceramic actuator 215 and a valve holder 223 and a bolt 225 for supporting the actuator die 211 / valve seat die 200 using stainless steel. .

도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 의해 제조된 시트 다이 현미경 사진이다.3A-3B are sheet die micrographs prepared by the present invention.

도 3a는 직경 500 ㎛, 두께 510 ㎛ 크기의 시트 다이의 입구 주사전자현미경(SEM: Scanning Electron Microscopy) 사진이다.FIG. 3A is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a sheet die having a diameter of 500 μm and a thickness of 510 μm.

테트라메틸암모늄하이드록사이드 용액으로 식각되어 제조된 시트 다이 입구의 측벽이 우수한 평탄도로 제조된 것을 알 수 있다. 따라서, 유체 이동시 층류가 형성할 수 있는 입구의 제작이 가능함을 알 수 있다.It can be seen that the sidewalls of the sheet die inlet prepared by etching with tetramethylammonium hydroxide solution were made with good flatness. Therefore, it can be seen that it is possible to manufacture an inlet that can form laminar flow during fluid movement.

도 3b는 챔버직경 1 cm, 시트 갯수 6개, 시트 폭 100 ㎛ 크기의 시트 다이의 현미경 사진이다.3B is a micrograph of a sheet die with a chamber diameter of 1 cm, a number of sheets, and a sheet width of 100 μm.

테트라메틸암모늄하이드록사이드 용액으로 식각하여 제조한 시트 다이(200)의 시트와 측벽이 매우 우수한 평탄도를 나타내는 것을 알 수 있다. 밸브 시트가 밸브의 개폐 역할을 수행 가능한 평탄도를 유지하는 것을 알 수 있다. 또한 측벽부분이 엑추에이터 다이와 접합 가능한 평탄도를 유지함을 알 수 있다. It can be seen that the sheet and sidewalls of the sheet die 200 prepared by etching with a tetramethylammonium hydroxide solution exhibit very good flatness. It can be seen that the valve seat maintains a flatness capable of performing the opening and closing role of the valve. It can also be seen that the sidewall portion maintains flatness that can be joined to the actuator die.

도 4a는 반지름 500 ㎛, 두께 500 ㎛크기의 SU-8 몰드의 전자주사현미경 사진이다.Figure 4a is an electron scanning micrograph of the SU-8 mold having a radius of 500 ㎛, 500 ㎛ thickness.

아크릴 몰드 위에 위치한 SU-8 몰드의 표면과 측벽이 매우 매끄러운 평탄도를 확인함으로서 매끈한 평탄도와 형상을 나타내는 SU-8 몰드의 제조가 가능한 것을 알 수 있다.It can be seen that the SU-8 mold exhibiting smooth flatness and shape can be produced by confirming a very smooth flatness of the surface and sidewalls of the SU-8 mold located on the acrylic mold.

도 4b는 상기 SU-8 몰드에 의해 제조된 PDMS 실링 패드의 전자주사현미경 사진이며, 반지름 500 ㎛, 두께 500 ㎛ 크기를 갖는다.Figure 4b is an electron scanning micrograph of the PDMS sealing pad prepared by the SU-8 mold, has a radius of 500 ㎛, thickness of 500 ㎛.

SU-8 몰드에 의해 제조된 PDMS 몰드는 SU-8 몰드와 동일한 형상으로 정확한 크기와 모양의 모사가 가능함을 알 수 있어 평탄도가 우수한 밸브 PDMS 실링 패드(219) 제작이 가능함을 알 수 있다.It can be seen that the PDMS mold manufactured by the SU-8 mold has the same shape and shape as that of the SU-8 mold, so that it is possible to manufacture the valve PDMS sealing pad 219 having excellent flatness.

도 5는 적층형 세라믹 엑추에이터, 엑추에이터 다이, 시트 다이, PDMS 실링 패드 그리고 밸브 패키지를 순서대로 접합한 적층형 압전밸브 사진이다.FIG. 5 is a photograph of a multilayer piezoelectric valve in which a multilayer ceramic actuator, an actuator die, a seat die, a PDMS sealing pad, and a valve package are sequentially joined.

따라서, 본 발명에서 제안한 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용하여 고정밀 유량제어용 적층형 압전밸브 제작이 가능함을 확인할 수 있었다.  Therefore, it was confirmed that the multilayer piezoelectric valve for high precision flow control could be manufactured using the multilayer ceramic actuator proposed in the present invention.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 고정밀 유량제어용 적층형 압전밸브 제조방법을 위한 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다. What has been described above is only an embodiment for a method of manufacturing a multilayer piezoelectric valve for high precision flow control using a multilayer ceramic actuator according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and is claimed in the following claims. As described above, any person having ordinary knowledge in the field of the present invention without departing from the gist of the present invention will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.

상술한 바와 같이, 본 발명은 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용하여 고정밀 유량제어용 적층형 압전밸브 제작하기 위해 실리콘 마이크로머시닝법을 이용하여 시트 다이를 제조한 후, 엑추에이터 다이를 제작하여 상기 제조된 시트 다이와 직접접합하였고, 엑추에이터 다이와 적층형 세라믹 엑추에이터를 파이렉스 유리를 이용하여 양극접합하였으며, 정확한 변위 제어 및 형상과 우수한 평탄도를 가지는 시트 다이, 그리고 엑추에이터 다이의 제조가 가능함에 따라 누설특성이 거의 없는 압전밸브를 제조할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명에서 PDMS를 실링 패드로 이용하면, 공정이 간단한 자외선 리소그라피법으로 제조가 가능하기 때문에 글라스에 비하여 저가로 대량생산이 가능하고, 우수한 평탄도 및 탄성 성질을 나타내는 누설 방지용 실링 패드의 제조가 가능하기 때문에 각종 유공압용 소자에 유용하게 응용할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, after fabricating a sheet die using a silicon micromachining method to fabricate a multilayer piezoelectric valve for high precision flow control using a multilayer ceramic actuator, an actuator die was fabricated and directly bonded to the manufactured sheet die. , The actuator die and the laminated ceramic actuator are anodic bonded using Pyrex glass, and the sheet die with precise displacement control and shape and excellent flatness can be manufactured, and the piezoelectric valve with little leakage characteristics can be manufactured. It has an effect. In addition, when PDMS is used as a sealing pad in the present invention, since the process can be manufactured by a simple ultraviolet lithography method, mass production is possible at a lower cost than glass, and it is possible to manufacture a sealing pad for preventing leakage showing excellent flatness and elastic properties. Since it is possible, there is an effect that can be usefully applied to various elements for oil pressure.

도 1은 본 발명에 따른 적층형 세라믹 엑추에이터를 구동부로 이용한 압전밸브의 제조공정을 나타낸 플로우챠트.1 is a flow chart illustrating a manufacturing process of a piezoelectric valve using a multilayer ceramic actuator according to the present invention as a driving unit.

도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 세라믹 엑추에이터를 구동부로 이용한 압전밸브의 제조공정 단면도.Figure 2a to 2h is a cross-sectional view of the manufacturing process of the piezoelectric valve using a multilayer ceramic actuator as a drive unit according to an embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 밸브 입출구 및 시트가 제작된 압전밸브 시트 다이의 현미경 사진.3A to 3B are micrographs of a piezoelectric valve seat die in which a valve inlet and a seat according to the present invention are manufactured.

도 4a는 본 발명에 따른 SU-8 몰드의 현미경 사진.4A is a micrograph of a SU-8 mold according to the present invention.

도 4b는 본 발명에 따른 PDMS를 이용하여 제작한 실링 패드의 현미경 사진.Figure 4b is a micrograph of the sealing pad produced using PDMS according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 실리콘 기판을 밸브 몸체로 사용하여 제조된 압전밸브의 현미경 사진.5 is a micrograph of a piezoelectric valve manufactured using a silicon substrate according to the present invention as a valve body.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

200 : 밸브 시트 다이 201 : 입구 200: valve seat die 201: inlet

203 : 출구 205 : 밸브 시트 203: outlet 205: valve seat

207 : 챔버 209 : 질화막 207 chamber 209 nitride film

211 : 엑추에이터 다이 213 : 다이어프램 211: actuator die 213: diaphragm

215 : 적층형 세라믹 엑추에이터 217 : 파이렉스 #7740 글라스 215: Stacked Ceramic Actuator 217: Pyrex # 7740 Glass

219 : PDMS 실링 패드 221 : 적층형 세라믹 엑추에이터 홀더 219: PDMS sealing pad 221: multilayer ceramic actuator holder

223 : 밸브 홀더 225 : 볼트 223 valve holder 225 bolt

Claims (26)

적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 적층형 압전밸브 제조 방법에 있어서,In the laminated piezoelectric valve manufacturing method using a laminated ceramic actuator, 밸브 시트 다이의 입출구를 형성하는 제 1 과정; A first process of forming the inlet and outlet of the valve seat die; 밸브 시트 다이에 시트를 성형하는 제 2 과정; A second process of shaping the seat on the valve seat die; 밸브 시트 다이에 질화막을 증착한 후 패터닝하는 제 3 과정; A third process of depositing and patterning a nitride film on the valve seat die; 밸브 엑추에이터 다이와 시트 다이를 선택적 접합하는 제 4 과정;A fourth step of selectively bonding the valve actuator die and the seat die; 밸브 엑추에이터 다이에 다이어프램을 제조하는 제 5과정;A fifth process of manufacturing a diaphragm in the valve actuator die; 적층형 세라믹 엑추에이터와 엑추에이터 다이를 내열 유리박막을 이용하여 양극접합하는 제 6 과정;A sixth process of anodic bonding the multilayer ceramic actuator and the actuator die using a heat resistant glass thin film; SU-8 몰드를 이용하여 PDMS 실링 패드를 성형하는 제 7 과정; 및 Forming a PDMS sealing pad using a SU-8 mold; And 상기 단계를 거쳐 제조된 적층형 압전밸브를 스테인레스 스틸을 사용하여 패키지하는 제 8 과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법.Ultra-precision flow control piezoelectric valve manufacturing method using a multilayer ceramic actuator, characterized in that the eighth process for packaging the laminated piezoelectric valve manufactured by the step using stainless steel. 제 1 항에 있어서, 상기 내열 유리박막은 파이렉스 #7740인것을 특징으로 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법.The method of claim 1, wherein the heat-resistant glass thin film is Pyrex # 7740. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 과정은 실리콘 기판(200)의 상부 및 하부에 1.5 ㎛의 산화막을 증착하고 포토리소그라피를 이용하여 입출구를 패터닝하는 단계; 및The method of claim 1, wherein the first process comprises: depositing an oxide film having a thickness of 1.5 μm on the upper and lower portions of the silicon substrate 200 and patterning the inlet and outlet using photolithography; And 초순수에 15 ∼ 25 wt.%가 희석된 테트라메틸암모늄하이드록사이드 용액을 이용하여 마그네틱 스틸이 장착된 히터에 위치시키고 75 ∼ 85℃를 유지하여 밸브 입출구를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법. Using a tetramethylammonium hydroxide solution diluted 15 to 25 wt.% In ultrapure water and placed in a heater equipped with magnetic steel, and maintaining a valve inlet and outlet at 75 to 85 ° C. Method of manufacturing piezoelectric valves for ultra-precision flow rate control using multilayer ceramic actuators. 제 3 항에 있어서, 상기 산화막은 1.0 ∼ 2㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법. The method of claim 3, wherein the oxide film has a thickness of 1.0 μm to 2 μm. 5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 과정은 밸브 시트 다이를 재산화시켜 밸브 시트 다이의 전면을 포토리소그라피로 밸브 채널 및 시트 패터닝을 하여 초순수에 5 ∼ 15 wt.%가 용해된 테트라메틸암모늄하이드록사이드 용액을 이용하여 히터에 위치시키고 일정 온도를 유지하며 밸브 시트 및 챔버를 제작하는 단계인 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법.The method of claim 1, wherein the second step is to re-validate the valve seat die, the entire surface of the valve seat die by photolithography and valve channel and seat patterning to dissolve 5-15 wt.% In ultrapure water. Method of manufacturing a piezoelectric valve for ultra-precision flow rate control using a multilayer ceramic actuator, characterized in that the step is located in the heater using a side solution, maintaining a constant temperature and manufacturing the valve seat and the chamber. 제 5 항에 있어서, 상기 초순수에 5 ∼ 15 wt.%가 용해된 테트라메틸암모늄하이드록사이드 용액을 이용하여 히터에 위치시키고 75 ∼ 85℃를 유지하는 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법.The ultra-precision flow rate using the multilayer ceramic actuator of claim 5, wherein the tetramethylammonium hydroxide solution in which 5-15 wt.% Is dissolved in the ultrapure water is placed in a heater and maintained at 75 to 85 ° C. Method of manufacturing piezoelectric valve for control. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 과정은 밸브 시트 다이를 상압기상증착장치를 이용하여 일정 온도에서 5분여간 500Å의 질화막을 증착하는 단계; 및 밸브 시트와 챔버 이외의 질화막을 소정의 시간동안 불산 용액을 이용하여 제거하여 밸브 시트 다이를 제조하는 단계를 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법. The method of claim 1, wherein the third process comprises the steps of: depositing a nitride film of 500 kPa for 5 minutes at a constant temperature by using an atmospheric vapor deposition apparatus on a valve seat die; And removing the valve sheet and the nitride film other than the chamber using a hydrofluoric acid solution for a predetermined time to produce a valve seat die. 2. A method of manufacturing a piezoelectric valve for ultra-precision flow rate control using a multilayer ceramic actuator. 제 7 항에 있어서, 상기 밸브 시트 다이를 상압기상증착장치를 이용하여 900 ~ 1100℃에서 5분여간 500Å의 질화막을 증착하는 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법. 8. The method of manufacturing a piezoelectric valve for ultra-precision flow rate control using a multilayer ceramic actuator according to claim 7, wherein the valve seat die is deposited with a 500 kPa nitride film for 5 minutes at 900 to 1100 DEG C using an atmospheric vapor deposition apparatus. 제 7 항에 있어서, 밸브 시트와 챔버 이외의 질화막을 25 ∼ 35초동안 불산 용액을 이용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법. The method of manufacturing a piezoelectric valve for ultra-precision flow rate control using a multilayer ceramic actuator according to claim 7, wherein the nitride film other than the valve seat and the chamber is removed using a hydrofluoric acid solution for 25 to 35 seconds. 제 1 항에 있어서, 상기 제 4 과정은 염산과 과산화수소를 일정비율로 혼합하는 단계; 상기 시트 다이와 엑추에이터 다이를 용액 내에 10분동안 세정하고, 황산과 과산화수소를 일정비율로 혼합한 후 용액 내에 일정 시간동안 세정하는 단계; 진공챔버에서 일정 시간 초기 직접접합을 하는 단계; 및 일정온도에서 일정시간 후열처리를 하여 엑추에이터 다이와 시트 다이 접합구조를 성형하는 단계를 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법. The method of claim 1, wherein the fourth process comprises: mixing hydrochloric acid and hydrogen peroxide at a predetermined ratio; Washing the sheet die and the actuator die in a solution for 10 minutes, mixing sulfuric acid and hydrogen peroxide in a ratio and then rinsing in the solution for a predetermined time; Performing initial direct bonding for a predetermined time in the vacuum chamber; And forming an actuator die and a sheet die junction structure by performing post-heat treatment at a predetermined temperature for a predetermined time. 제 10 항에 있어서, 상기 염산과 과산화수소를 3:1의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법. The method of claim 10, wherein the hydrochloric acid and hydrogen peroxide are mixed at a ratio of 3: 1 by using a multilayer ceramic actuator. 제 10 항에 있어서, 상기 황산과 과산화수소를 3:1로 혼합한 후 용액 내에 5 ∼ 15분동안 세정하는 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법. 11. The method of claim 10, wherein the sulfuric acid and hydrogen peroxide are mixed at 3: 1 and then washed in the solution for 5 to 15 minutes. 제 10 항에 있어서, 상기 1×10-6 토르의 진공챔버에서 24시간가량 초기 직접접합하는 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법.The piezoelectric valve manufacturing method of claim 10, wherein the first direct contact is performed in the vacuum chamber of 1 × 10 −6 Torr for about 24 hours. 제 10 항에 있어서, 900 ∼ 1100℃에서 1시간가량 후열처리를 하여 엑추에이터 다이와 시트 다이 접합구조를 성형하는 단계를 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법. The method of manufacturing a piezoelectric valve for ultra-precision flow rate control using a multilayer ceramic actuator according to claim 10, wherein the actuator die and the sheet die joining structure are formed by performing post-heat treatment at 900 to 1100 ° C for about 1 hour. 제 1 항에 있어서, 상기 제 5 과정은 상기 접합한 엑추에이터 다이와 시트 다이를 포토리소그라피법를 이용하여 엑추에이터 다이 전면의 산화막을 패터닝하는 단계인 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법. 5. The method of claim 1, wherein the fifth process is a step of patterning the bonded actuator die and the sheet die by using a photolithography method to pattern an oxide film on the entire surface of the actuator die. . 제 1 항에 있어서, 상기 제 5과정은 접합한 엑추에이터와 시트 다이를 테프론 홀더안에 삽입하고 초순수에 일정 비율로 테트라메틸암모늄하이드록사이드를 첨가한 용액에 주입하여 일정 온도를 유지하며 식각하여 다이어프램을 제조하는 과정인 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법.The method of claim 1, wherein the fifth process inserts the bonded actuator and the sheet die into a Teflon holder and injects the solution with tetramethylammonium hydroxide added to ultrapure water at a ratio to maintain a constant temperature to etch the diaphragm. Ultra-precision flow control piezoelectric valve manufacturing method using a multilayer ceramic actuator, characterized in that the manufacturing process. 제 16 항에 있어서, 상기 접합한 엑추에이터와 시트 다이를 테프론 홀더안에 삽입하고 초순수에 15 ∼ 25 wt.%의 비율로 테트라메틸암모늄하이드록사이드를 첨가한 용액에 주입하여 75 ∼ 85℃를 유지하는 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법.The method of claim 16, wherein the bonded actuator and the sheet die are inserted into a Teflon holder and injected into a solution in which tetramethylammonium hydroxide is added to ultrapure water at a rate of 15 to 25 wt.% To maintain 75 to 85 ° C. Ultra-precision flow rate control piezoelectric valve manufacturing method using a laminated ceramic actuator, characterized in that. 제 1 항에 있어서, 상기 제 6 과정의 적층형 세라믹 엑추에이터와 엑추에이터 다이 접합과정은 적층형 세라믹 엑추에이터에 파이렉스 유리를 고주파 스퍼터링법를 이용하여 인가전력 1 W/㎠, 아르곤 가스 일정량을 주입하여 소정의 두께로 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법.According to claim 1, The laminated ceramic actuator and the actuator die bonding process of the sixth step is to deposit a predetermined thickness by injecting a predetermined amount of applied power 1 W / ㎠, argon gas using a high frequency sputtering method to the multilayer ceramic actuator using a high frequency sputtering method Ultra-precision flow control piezoelectric valve manufacturing method using a multilayer ceramic actuator, characterized in that it comprises a step of. 제 18 항에 있어서, 적층형 세라믹 엑추에이터에 파이렉스 유리를 고주파 스퍼터링법를 이용하여 인가전력 1 W/㎠, 아르곤 가스 15 ∼ 25 sccm을 주입하여 4 ∼ 6 ㎛의 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법.19. The multilayer ceramic actuator according to claim 18, wherein Pyrex glass is deposited to a thickness of 4 to 6 µm by injecting 1 W / cm2 of applied power and 15 to 25 sccm of argon gas using a high frequency sputtering method. Piezoelectric valve manufacturing method for high precision flow control using. 제 1 항에 있어서, 상기 제 6 과정의 파이렉스 유리 박막이 증착된 적층형 세라믹 엑추에이터와 엑추에이터 다이(211)를 일정 직류전압, 일정 인가온도에서 일정시간동안 양극접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법. The method of claim 1, wherein the laminated ceramic actuator and the actuator die 211, on which the Pyrex glass thin film of the sixth process is deposited, are anodic-bonded for a predetermined time at a predetermined DC voltage and a predetermined application temperature. Method of manufacturing a piezoelectric valve for ultra-precision flow rate control using a ceramic actuator. 제 20 항에 있어서, 상기 적층형 세라믹 엑추에이터와 엑추에이터 다이(211)를 직류전압 600 V, 인가온도 350 ∼ 450℃에서 1시간동안 양극접합하는 단계인 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법. 21. The piezoelectric piezoelectric actuator of claim 20, wherein the multilayer ceramic actuator and the actuator die 211 are anodized at a DC voltage of 600 V and an applied temperature of 350 to 450 ° C. for 1 hour. Valve manufacturing method. 제 1 항에 있어서, 상기 제 7 과정은 아크릴 몰드 위에 SU-8 몰드를 제조하고, SU-8 몰드위에 PDMS 용액을 경화제와 일정 비율로 혼합하는 단계; 스핀코터를 이용하여 도포하고 PDMS 용액 내부의 기포를 제거하기 위하여 진공 챔버에서 10-6 토르로 일정 시간동안 기포를 제거하여 일정 온도로 일정시간 열처리를 하여 PDMS 실링 패드를 제조하는 과정인 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법.The method of claim 1, wherein the seventh process comprises the steps of preparing a SU-8 mold on the acrylic mold and mixing the PDMS solution with the curing agent on the SU-8 mold in a proportion; It is a process of manufacturing a PDMS sealing pad by applying a spin coater and removing bubbles for a predetermined time in a vacuum chamber for 10 -6 Torr to remove bubbles in the PDMS solution by heat treatment at a predetermined temperature for a predetermined time. Piezoelectric valve manufacturing method for ultra-precision flow rate control using a multilayer ceramic actuator. 제 22 항에 있어서, 상기 SU-8 몰드위에 상기 PDMS 용액을 경화제와 10:1의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법. 23. The method of claim 22, wherein the PDMS solution is mixed on the SU-8 mold with a curing agent in a ratio of 10: 1. 제 22 항에 있어서, 상기 PDMS 용액 내부의 기포를 제거하기 위하여 진공 챔버에서 10-6 토르로 35 ∼ 45분간 기포를 제거하여 65 ∼ 75℃의 온도로 1시간가량 열처리를 하는 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법.23. The method of claim 22, wherein in order to remove bubbles in the PDMS solution, the bubbles are removed in a vacuum chamber at 10 -6 Torr for 35 to 45 minutes and heat treated at a temperature of 65 to 75 ° C for about 1 hour. Method of manufacturing a piezoelectric valve for ultra-precision flow rate control using a ceramic actuator. 제 1 항에 있어서, 상기 제 8 과정은 소정의 반지름을 갖는 스테인레스 스틸을 사용하여 적층형 세라믹 엑추에이터를 지지하는 홀더 및 접합된 밸브 엑추에이터 다이와 시트 다이를 지지하는 밸브 홀더와 볼트를 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법. The method of claim 1, wherein the eighth process is a step of manufacturing a holder supporting the laminated ceramic actuator using a stainless steel having a predetermined radius and a valve holder and a bolt supporting the bonded valve actuator die and the seat die. Method of manufacturing a piezoelectric valve for ultra-precision flow rate control using a multilayer ceramic actuator. 제 25 항에 있어서, 상기 스테인레스 스틸은 1 ∼ 3 cm의 반지름을 갖는 것을 특징으로 하는 적층형 세라믹 엑추에이터를 이용한 초정밀 유량제어용 압전밸브 제조방법. The method of claim 25, wherein the stainless steel has a radius of 1 to 3 cm.
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