KR100625615B1

KR100625615B1 - 마이크로 밸브 제조 방법

Info

Publication number: KR100625615B1
Application number: KR1020040049730A
Authority: KR
Inventors: 이상훈
Original assignee: 이상훈
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2006-09-20
Also published as: KR20060000766A

Abstract

본 발명은 마이크로 밸브 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 체내로의 약물투입 등 의학용으로 사용되는 밸브를 공기 압력 등으로 개폐함으로써 미세한 양의 유체의 흐름 및 차단을 제어하도록 하는 마이크로 밸브의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 제조 공정 중 PDMS로 된 밸브레이어와 홀레이어에 산소 플라즈마를 조사하였을 시 간결한 공정으로 밸브레이어의 중앙부가 접착성을 띄지 않도록 하여 마스크를 사용하지 않고도 밸브를 제조할 수 있도록 한 것으로, 이를 위하여 본 발명은 PVA(폴리비닐알콜)를 니들에 묻혀 밸브레이어의 중앙 저부에 찍어 줌으로써 PDMS에 산소 플라즈마 조사하였을 시 밸브레이어의 중앙 저부와 홀레이어 간에 접착성이 발생하지 않도록 하고, 전술한 바와 같은 공정으로 마이크로 밸브를 제조하여 작동시키기 전에 밸브를 열림 상태로 하고 물을 순환시켜 줌으로써, 전기 PVA가 용해되어 배출됨으로써 마이크로 밸브를 완성할 수 있게 된다.

이에 따라, 본 발명은 마이크로 밸브 제조 공정에서 마스크를 사용하는 까다로운 공정과, 마스크를 제거하는 공정이 불필요하게 되어 작업성을 크게 향상 시킬 수 있게 되고 제조비용을 크게 절감할 수 있게 되는 효과가 있다.

마이크로 밸브

Description

마이크로 밸브 제조 방법{Micro-valve Manufacturing Method}

도 1은 종래의 마이크로 밸브 제조 방법을 도시한 설명도.

도 2는 본 발명에 의한 마이크로 밸브 제조 방법을 도시한 설명도.

도 3은 본 발명에 의하여 제조된 마이크로 밸브의 닫힘 상태를 도시한 단면도.

도4는 본 발명에 의하여 제조된 마이크로 밸브의 열림 상태를 도시한 단면도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

1:기재층

2:유입로

3:유입챔버

4:성형물

5:웨이퍼

6:통공

7:홀레이어

8:유출로

9:유출챔버

10:개폐부

11:밸브레이어

12:흡배기공

13:상단 챔버

14:커버

15:커버그라스

본 발명은 마이크로 밸브 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 미세한 양의 유체 흐름 및 차단을 압력으로 제어할 수 있도록 하는 마이크로 밸브 제조 방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 마이크로 밸브는 유체의 흐름을 단속하여 정확한 양의 유체를 공급하는 장치로 높은 신뢰성과 극소형화가 요구되며, 주로 의학 분야나 사무자동화 기기 분야, 화학분석 분야 등에 사용된다.

일반적인 마이크로 밸브의 제조 방법을 도1로 도시하였다.

이에서 볼 수 있는 바와 같이, 종래에는 완전 평탄면을 갖는 실리콘 웨이퍼에 성형물을 놓고, 그 위에 폴리디메틸 실록산(polydimethylsiloxane: PDMS)을 부어 경화시키고, 이를 회수하여 성형물이 제거된 홈이 형성된 기재층을 얻으며, 이 와 홀레이어에 산소 플라즈마를 조사하고 이들을 밀착시켜 상호 접착되도록 하며, 이어서 밸브레이어의 중심에 현미경작업으로 마스크를 접착시키고, 이와 홀레이어에 산소 플라즈마를 조사하여 줌으로써 밸브레이어 중심을 제외한 여타 부위가 접착성을 띄게 한다. 이어서 마스크를 제거하고, 홀레이어 위에 밸브레이어를 얹어 밀착되게 함으로써 마스크가 있던 부위를 제외한 나머지 부위가 접착되도록 하고, 그 위에 챔버가 구비된 커버를 고정하되, 이 경우에도 산소 플라즈마를 조사하여 밸브레이어와 커버가 일체로 고정될 수 있도록 하는 것이다.

이어서, 커버 그라스를 최상단에 접착시켜 줌으로써, 커버의 챔버 내부에 공기를 주입하여 압력을 증가시키면, 밸브레이어의 중앙이 하방으로 눌려 홀레이어의 통공을 차단함으로써, 밸브가 닫힘 상태가 되는 것이고, 챔버 내부의 공기를 배출시키면, 챔버의 내부에 부압이 형성되어 밸브레이어의 중앙이 상방으로 들려 지면서 기재층으로 유입된 미량 유체가 홀레이어를 거쳐 밸브레이어의 배출구로 배출되는 것이어서, 밸브가 열림 상태로 되는 것이다.

이와 같은 마이크로 밸브는 그 제작 과정에서 산소 플라즈마를 조사하여 PDMS로 된 각 층이 접착되도록 하는 과정에서 밸브레이어의 중심 하방이 홀레이어에 접착되지 않도록 하기 위하여 반드시 마스크를 사용하여야 하며, 이러한 마스크는 밸브레이어의 정확한 위치에 붙이기 위하여 현미경 작업 과정에서 세심한 주의를 기울여야 하고, 산소 플라즈마 조사 후 마스크를 제거하여야 하는 불편이 있는 것이어서, 작업성이 저조하게 되는 문제점이 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 제조 공정중 PDMS로 된 밸브레이어와 홀레이어에 산소 플라즈마를 조사하였을 시 간결한 공정으로 밸브레이어의 중앙부가 접착성을 띄지 않도록 하여 마스크를 사용하지 않고도 밸브를 제조할 수 있도록 한 마이크로 밸브 제조 방법을 제안한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 PVA(폴리비닐알콜)를 니들에 묻혀 밸브레이어의 중앙 저부에 찍어 줌으로써 PDMS에 산소 플라즈마 조사하였을 시 밸브레이어의 중앙 저부와 홀레이어 간에 접착성이 발생하지 않도록 하고, 전술한 바와 같은 공정으로 마이크로 밸브를 제조하여 작동시키기 전에 밸브를 열림 상태로 하고 물을 순환시켜 줌으로써, 전기 PVA가 용해되어 배출됨으로써 마이크로 밸브를 완성할 수 있도록 한 마이크로 밸브 제조 방법을 제공한다.

이에 따라, 본 발명은 마이크로 밸브 제조 공정에서 마스크를 사용하는 까다로운 공정과, 마스크를 제거하는 공정이 불필요하게 되어 작업성을 크게 향상 시킬 수 있게 되며, 제조비용을 절감할 수 있게 되는 효과가 있다.

이러한 본 발명을 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2에 본 발명에 의한 제조 공정을 도시하였다.

이에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명은 먼저 완전 평탄면상에서 작업하기 위하여 실리콘 웨이퍼를 활용하며, 기재층(1)의 유입로(2) 및 유입챔버(3)의 형상에 상응하는 성형물(4)을 놓고, 그 위에 PDMS를 부어 80℃, 2시간 이상 방치하여 응고된 두께 5㎜내지 10㎜의 기재층(1)을 성형한 후 웨이퍼(5)에서 이를 떼어 내 고, 성형물(4)을 제거하여 기재층(1)을 성형하는 기재층(1) 성형 단계와, 기재층(1) 및 기재층(1)의 유입챔버(3) 위에 통공(6)이 형성된 PDMS 재질의 두께 100㎛내지 105㎛의 홀레이어(7)에 산소 플라즈마(OXYGEN PLASMA)를 조사함으로써 기재층(1)과 홀레이어(7)의 유입챔버(3)와 통공(6)이 연통되도록 하여 밀착시켜 접착완료하는 1차 접착 단계와, 유출로(8) 및 유출챔버(9) 그리고 저면 중앙의 개폐부(10)를 구비하여서 된 PDMS 재질이며 두께 110㎛내지 120㎛의 밸브레이어(11) 및 전기 홀레이어(7)에 산소 플라즈마를 조사하여 밀착시켜 접착 완료하는 2차 접착 단계와, 흡배기공(12) 및 상단 챔버(13)를 구비하여서 된 PDMS 재질로 된 두께 110㎛내지 120㎛의 커버(14)와 전기 밸브레이어(11)에 산소 플라즈마를 조사하여 밀착시켜 접착 완료하는 3차 접착 단계와, 전기 커버(14)와 접착되는 커버그라스(15)를 접착하는 4차 접착단계로 구성된 공지의 마이크로 밸브 제조 방법에 있어서,

전기 1차 접착 단계와 2차 접착단계 사이에 니들의 선단에 PVA를 묻혀 전기 밸브레이어(11)의 개폐부(10)에 찍어 줌으로써 밸브레이어(11)의 개폐부(10)에 PVA를 코팅하는 분리막 코팅단계를 추가하고, 4차 접착단계 실시 완료 후 커버(14)의 흡배기공(12)으로 공기를 배출시켜 상단 챔버(13)의 압력이 감소하여 밸브레이어(11)의 중앙을 상방으로 들어 올려 유입로(2) 및 유입챔버(3), 통공(6), 유출챔버(9) 및 유출로(8)가 연통되는 상태에서 유체를 순환시켜 전기 분리막으로 존재하는 PVA가 용해되어 배출됨으로써 분리막 제거 단계가 실시되도록 하여서 된 것이다.

이와 같이 된 본 발명은 마이크로 밸브의 닫힘 상태로 하거나 또는 열림 상태로 하기 위하여 커버(14)의 흡배기공(12)으로 공기를 넣어 가압하거나 공기를 빼 내 감압상태로 하게 되며, 이에 따라 커버(14) 상단 챔버(13) 내부의 압력이 상승하거나 감소하게 된다. 이에 따라 상단 챔버(13) 내부의 압력이 상승하는 경우에는 밸브레이어(11)의 중앙부분이 하방으로 이동하면서 저면의 개폐구가 홀레이어(7)의 통공(6)을 막아 닫힘 상태가 되도록 한다. 그러므로, 유입로(2)에 미량의 유체를 유입된 상태인 경우에도 개폐구에 의하여 홀레이어(7)의 통공(6)을 통과하지 못하고, 유입챔버(3)에 머물러 있게 된다.

또한, 전술한 바와 같이 커버(14) 상단 챔버(13) 내부 압력이 감소하는 경우에는 밸브레이어(11)의 중앙 부분이 상방으로 상승하면서, 저면의 개폐구가 상승하여 유체는 홀레이어(7)의 통공(6)과 밸브레이어(11)의 유출챔버(9) 그리고 유출로(8)를 거쳐서 배출됨으로써, 열림 상태가 되는 것이다.

특히, 이러한 본 발명은 최초의 동작시에 열림 상태로 하고, 물을 배출시켜 줌으로써 밸브레이어(11)의 개폐구 저면에 형성되었던 수용성 분리막이 물에 용해되어 제거되며, 이후 정상적인 동작이 가능하게 되는 것이다.

이와 같이, 본 발명은 종래의 마이크로 밸브 제조 공정에서 필히 실시되어야 하는 마스크의 정확한 위치로의 부착이 불필요하며, 산소 플라즈마 조사후 마스크를 일일이 제거하여야 하는 현미경 작업이 불필요하게 된다.

아울러, 본 발명은 흡배기공(12)과 상단 챔버(13)를 구비한 커버(14) 및 커버그라스(15)를 활용하여 밸브레이어(11)을 구동할 수 있는 실시예를 도시하였으나, 이외에도 전자석등 여러 종류의 액튜에이터를 사용할 수도 있음은 물론이다.

또한, 본 발명에서는 PVA를 이용하여 분리막을 코팅하였으나, 기타 다른 성 분의 수용성 용액 혹은, 선택적 용해 성분이 포함된 용액을 활용할 수도 있음은 물론이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 정교하게 제작된 마스크를 준비하여야 하는 부담과, 현미경을 사용하여 정확한 부위에 세심한 주의를 기울여 부착하고, 산소 플라즈마 처리 후 마스크를 떼어 내야 하는 숙련된 작업이 불필요하며, 단순히 니들을 사용하여 PVA를 밸브레이어(11)의 개폐부(10)에 찍어주는 단순한 작업만으로 전술한 마스크 관련 작업을 대체할 수 있으므로, 작업성이 크게 향상되고, 마스크 작업과정에서 빈번히 발생되는 실수로 인한 각종 비용 손실을 방지하여 제작비용을 낮출 수도 있게 되는 등의 유용한 효과가 있다.

Claims

기재층(1)의 유입로(2) 및 유입챔버(3)의 형상에 상응하는 성형물(4)을 놓고, 그 위에 PDMS를 부어 응고된 기재층(1)을 성형한 후, 성형물(4)을 제거하여 기재층(1)을 성형하는 기재층(1) 성형 단계와, 기재층(1) 및 기재층(1)의 유입챔버(3) 위에 통공(6)이 형성된 PDMS 재질의 홀레이어(7)에 산소 플라즈마(OXYGEN PLASMA)를 조사함으로써 기재층(1)과 홀레이어(7)의 유입챔버(3)와 통공(6)이 연통되도록 하여 밀착시켜 접착 완료하는 1차 접착 단계와, 유출로(8) 및 유출챔버(9) 그리고 저면 중앙의 개폐부(10)를 구비하여서 된 PDMS 재질인 밸브레이어(11) 및 전기 홀레이어(7)에 산소 플라즈마를 조사하여 밀착시켜 접착 완료하는 2차 접착 단계와, 흡배기공(12) 및 상단 챔버(13)를 구비하여서 된 PDMS 재질로 된 커버(14)와 전기 밸브레이어(11)에 산소 플라즈마를 조사하여 밀착시켜 접착 완료하는 3차 접착 단계와 전기 커버(14)와 접착되는 커버그라스(15)를 접착하는 4차 접착단계로 구성된 공지의 방법에 있어서,

전기 1차 접착 단계와 2차 접착단계 사이에 니들의 선단에 수용성 용액을 묻혀 전기 밸브레이어(11)의 개폐부(10)에 찍어 줌으로써 밸브레이어(11)의 개폐부(10)에 수용성 용액을 코팅하는 분리막 코팅단계와, 4차 접착단계 실시 완료 후 밸브레이어(11)를 들어 올려, 유입로(2) 및 유입챔버(3), 통공(6), 유출챔버(9) 및 유출로(8)가 연통되는 상태에서 유체를 순환시켜 전기 분리막으로 존재하는 수용성 용제가 용해되어 배출되는 분리막 제거 단계를 구비함을 특징으로 하는 마이크로 밸브 제조 방법.
삭제
제1항에 있어서,

전기 밸브레이어(11)를 들어 올리거나 눌러 주어 개폐부(10)의 열림과 닫힘 동작을 실시하기 위한 수단으로, 밸브 레이어(11)위에 전기에 의하여 발생하는 자력을 이용한 액튜에이터를 적용함을 특징으로 하는 마이크로 밸브 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

전기 수용성 용액은 PVA임을 특징으로 하는 마이크로 밸브 제조 방법.
제1항에 있어서,

전기 성형물(4)은 실리콘 웨이퍼(5)의 경면에 놓고, 그위에 PDMS를 부어 기재층(1)을 성형함을 특징으로 하는 마이크로 밸브 제조 방법.