KR100803047B1 - Micro-aspirator using pressure difference driven by gas explosion - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흡입기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 MEMS 공정을 이용하여 초소형으로 제작될 수 있으며 수소 폭발로 인해 외부 대기와의 압력 차이로 탐지 가능한 양의 외부 대기를 흡입할 수 있는 초소형 흡입기에 관한 것이다.The present invention relates to an inhaler, and more particularly, to a micro inhaler that can be manufactured in a very small size by using a MEMS process and can inhale a detectable amount of the external atmosphere due to a pressure difference from the external atmosphere due to hydrogen explosion.

본 발명에 따른 초소형 흡입기 및 그의 제작 방법은 독립적으로 수소를 발생하고 상기 발생한 수소의 폭발을 통해 발생하는 음압을 이용하여 외부의 대기를 흡입함으로써, 간단하게 대기 오염의 측정에 사용되는 대기를 흡입할 수 있다.The micro inhaler according to the present invention and its manufacturing method independently generate hydrogen and inhale the outside air by using the negative pressure generated through the explosion of the generated hydrogen, thereby simply inhaling the air used for the measurement of air pollution. Can be.

MEMS, 흡입기, 화생방, 대기 측정 MEMS, inhalers, NBCs, atmospheric measurements

Description

가스 폭발로 인한 압력차를 이용한 초소형 흡입기{Micro-aspirator using pressure difference driven by gas explosion}Micro-aspirator using pressure difference driven by gas explosion}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 상응하는 초소형 흡입기의 제작 방법을 설명하는 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a manufacturing method of a micro inhaler corresponding to an embodiment of the present invention.

도 2는 마이크로 히터와 방전 전극을 형성하는 단계를 보다 구체적으로 설명하는 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating the steps of forming the micro heater and the discharge electrode in more detail.

도 3은 폴리머 덮개를 제작하는 단계를 보다 구체적으로 설명하고 있다.Figure 3 illustrates in more detail the step of manufacturing a polymer cover.

도 4는 마이크로 히터와 방전 전극을 구비하는 제1 기판을 도시하고 있다.4 shows a first substrate having a micro heater and a discharge electrode.

도 5는 히터 챔버, 방전 챔버 및 수소 이동 채널을 형성하기 위한 포토마스크의 일 예를 도시하고 있다.5 illustrates an example of a photomask for forming a heater chamber, a discharge chamber, and a hydrogen transfer channel.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 상응하는 폴리머 덮개를 도시하고 있다.6 shows a polymer cover corresponding to one embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 상응하는 폴리머 중간층을 도시하고 있다.Figure 7 illustrates a polymer interlayer corresponding to one embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 상응하는 초소형 흡입기를 도시하고 있다.8 shows a micro inhaler corresponding to one embodiment of the invention.

발명은 흡입기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 MEMS 공정을 이용하여 초소 형으로 제작될 수 있으며 수소 폭발로 인해 외부 대기와의 압력 차이로 탐지 가능한 양의 외부 대기를 흡입할 수 있는 초소형 흡입기에 관한 것이다.The present invention relates to an inhaler, and more particularly, to a micro inhaler that can be manufactured in a micro form using a MEMS process and can inhale a detectable amount of the external atmosphere due to a pressure difference from the external atmosphere due to hydrogen explosion.

대기 중에 확산된 가스를 분석하기 위해 흡입기가 사용된다. 종래의 흡입기는 실린지 펌프를 이용하여 기체 또는 액체를 주입해 주어야 한다. Inhalers are used to analyze the gas diffused into the atmosphere. Conventional inhalers must inject gas or liquid using a syringe pump.

특히 화생방 탐지를 위한 군 장비로는 특수 탐지 차량과 휴대용 탐지 장비 등이 있는데, 휴대용 측정장치라 할지라도 장병이 직접 들고다니거나, 위험 지역에 직접 설치해야 한다는 문제점이 있다. 또한, 전투수행을 위한 무거운 군장비에 추가하여 측정 장치를 장병들이 운반하고 다님으로써 전투 피로도가 증가한다. 또한, 상기 휴대용 측정 장비는 고가이며 복잡한 구조로 제작되어 있어 유사시 일회용으로 쓰고 버릴 수도 없으며 정비를 위한 추가적인 시설과 인원이 요구된다.In particular, the military equipment for NBC detection includes a special detection vehicle and a portable detection device, even if the portable measuring device has a problem that soldiers carry or install directly in a dangerous area. In addition, combat fatigue increases as soldiers carry measurement devices in addition to heavy military equipment for combat. In addition, the portable measuring equipment is expensive and complicated in structure, and can not be used and thrown away in case of emergency and requires additional facilities and personnel for maintenance.

따라서 화학 오염 지역에 접근하지 않고 화학 오염도를 탐지할 수 있으며 간단한 구조, 경량 및 저가로 제작할 수 있는 일회용 초소형 흡입기가 요구된다.Therefore, there is a need for a disposable miniature inhaler that can detect chemical contamination without accessing chemically contaminated areas and that can be manufactured in a simple structure, light weight and low cost.

본 발명이 이루고자 하는 목적은 수소 폭발을 통해 발생하는 외부 대기와의 압력 차이를 이용하여 외부 대기를 흡입할 수 있는 초소형 흡입기를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a micro inhaler that can inhale the external atmosphere by using a pressure difference from the external atmosphere generated through hydrogen explosion.

본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 수소 폭발을 통해 발생하는 외부 대기와의 압력 차이를 이용하여 외부 대기를 흡입할 수 있는 초소형 흡입기의 제작 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a micro inhaler that can inhale the external atmosphere by using a pressure difference with the external atmosphere generated through hydrogen explosion.

본 발명이 이루고자 하는 초소형 흡입기의 제작 방법은 열전도율이 낮은 제1 기판 위에 마이크로 히터와 방전 전극을 형성하는 단계(a 단계), 상기 마이크로 히터를 수용하기 위한 히터 챔버, 상기 방전 전극을 수용하기 위한 방전 챔버 및 상기 히터 챔버에서 발생한 수소를 방전 챔버로 이동시키기 위한 수소 이동 채널을 구비하는 폴리머 덮개를 사진식각 공정을 이용하여 제작하는 단계(b 단계), 상기 방전 챔버의 수소를 방전 전극을 이용하여 폭발시키는 과정에서 외부로부터 상기 수소 이동 채널로 대기를 흡입하기 위한 흡입구를 상기 폴리머 덮개에 제작하는 단계 및 상기 제1 기판의 마이크로 히터 위에 수소를 발생하기 위한 수소 발생부를 장착하고, 상기 폴리머 덮개와 제1 기판을 서로 합체하는 단계(d 단계)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a micro inhaler, comprising: forming a micro heater and a discharge electrode on a first substrate having a low thermal conductivity (step a), a heater chamber for accommodating the micro heater, and a discharge for accommodating the discharge electrode (B) manufacturing a polymer cover including a chamber and a hydrogen transfer channel for transferring hydrogen generated in the heater chamber to a discharge chamber (step b); exploding hydrogen in the discharge chamber using a discharge electrode Fabricating an inlet for inhaling the atmosphere into the hydrogen transfer channel from the outside in the polymer cover and mounting a hydrogen generator for generating hydrogen on the micro heater of the first substrate, wherein the polymer cover and the first Incorporating the substrates together (step d).

본 발명이 이루고자 하는 초소형 흡입기는 마이크로 히터와 방전 전극을 구비하는 제1 기판, 상기 제1 기판의 마이크로 히터 위에 위치하며 화학 반응에 의해 수소를 발생하는 수소 발생부, 상기 마이크로 히터와 수소 발생부를 수용하기 위한 히터 챔버, 상기 방전 전극을 수용하기 위한 전극 챔버 및 상기 히터 챔버의 수소를 전극 챔버로 이동시키기 위한 수소 이동 채널을 구비하는 폴리머 덮개부 및 상기 방전 챔버의 수소를 방전 전극을 이용하여 폭발시키는 과정에서 외부로부터 상기 수소 이동 채널로 대기를 흡입하기 위한 흡입구를 포함하며, 상기 폴리머 덮개부는 사진식각 공정을 이용하여 제작되고 상기 제1 기판부와 폴리머 덮개부는 서로 합체되는 것을 특징으로 한다.The ultra-small inhaler according to the present invention is a first substrate having a micro heater and a discharge electrode, a hydrogen generator for generating hydrogen by a chemical reaction, located on the micro heater of the first substrate, accommodating the micro heater and hydrogen generator And a polymer cover having a heater chamber for accommodating the discharge electrode, a hydrogen chamber for transferring hydrogen from the heater chamber to the electrode chamber, and exploding hydrogen in the discharge chamber using the discharge electrode. And a suction inlet for sucking air into the hydrogen transfer channel from the outside in the process, wherein the polymer cover part is manufactured using a photolithography process and the first substrate part and the polymer cover part are integrated with each other.

이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명에 따른 초소형 흡입기 및 그의 제작 방 법에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a micro inhaler and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 상응하는 초소형 흡입기의 제작 방법을 설명하는 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a manufacturing method of a micro inhaler corresponding to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고로, 제1 기판 위에 마이크로 히터와 방전 전극을 형성한다(단계 1). 상기 마이크로 히터과 방전 전극에는 전원이 각각 접속되어 있는데, 마이크로 히터는 파라필름(parafilm)을 녹이기 위한 열을 제공하며 방전 전극은 수소를 폭발시키기 위한 방전을 일으킨다.Referring to FIG. 1, a micro heater and a discharge electrode are formed on a first substrate (step 1). A power source is connected to the micro heater and the discharge electrode, respectively, and the micro heater provides heat for melting the parafilm, and the discharge electrode generates a discharge for exploding hydrogen.

상기 마이크로 히터를 수용하기 위한 히터 챔버, 상기 방전 전극을 수용하기 위한 방전 챔버 및 상기 히터 챔버에서 발생한 수소를 방전 챔버로 이동시키기 위한 수소 이동 채널을 구비하는 폴리머 덮개를 사진식각 공정을 이용하여 제작한다(단계 3). 상기 제작된 폴리머 덮개에 수소 이동 채널과 연결되어 외부의 대기를 흡입하기 위한 흡입구를 제작한다(단계 5). 상기 방전 챔버로 이동한 수소의 폭발로 상기 수소 이동 채널에서는 음압이 발생하며 상기 음압에 의해 상기 흡입구를 통해 외부의 대기가 흡입된다.A polymer cover including a heater chamber for accommodating the micro heater, a discharge chamber for accommodating the discharge electrode, and a hydrogen transfer channel for moving hydrogen generated in the heater chamber to the discharge chamber is manufactured by a photolithography process. (Step 3). The inlet is connected to a hydrogen transfer channel to the manufactured polymer cover to prepare an inlet for inhaling the outside atmosphere (step 5). Negative pressure is generated in the hydrogen transfer channel due to the explosion of hydrogen moved to the discharge chamber, and the outside air is sucked through the suction port by the negative pressure.

상기 제1 기판의 마이크로 히터 위에 수소 발생부를 장착하고(단계 7), 상기 제1 기판과 폴리머 덮개를 합체하여 초소형 흡입기를 제작한다(단계 9). 상기 수소 발생부는 히터 챔버에서 화학 반응을 통해 수소를 발생하며, 상기 수소 발생부를 통해 발생한 수소는 수소 이동 채널을 통해 방전 챔버로 이동한다. 바람직하게, 상기 제1 기판과 폴리머 덮개의 합체를 통해 생기는 밀폐된 히터 챔버와 방전 챔버의 공간을 확장하기 위해 폴리머로 중간층을 제작하고 상기 제작된 폴리머 중간층을 제1 기판과 폴리머 덮개의 사이에 배치하여 합체한다(단계 8). 바람직하게, 상기 제작된 폴리머 덮개와 제1 기판은 테스라 코일(Tesla's coil)을 이용하여 플라즈마 처리를 통해 결합된다.A hydrogen generator is mounted on the micro heater of the first substrate (step 7), and the first substrate and the polymer cover are coalesced to manufacture a micro inhaler (step 9). The hydrogen generator generates hydrogen through a chemical reaction in a heater chamber, and the hydrogen generated through the hydrogen generator moves to a discharge chamber through a hydrogen transfer channel. Preferably, an intermediate layer is made of a polymer to expand the space of the sealed heater chamber and the discharge chamber generated through the combination of the first substrate and the polymer cover, and the produced polymer intermediate layer is disposed between the first substrate and the polymer cover. To merge (step 8). Preferably, the manufactured polymer cover and the first substrate are combined by a plasma treatment using a Tesla's coil.

화학 오염의 우려가 있는 지역에 상기 마이크로 히터에 전원을 인가하여 수소 발생부를 작동시키며, 상기 수소 발생부에서 발생한 수소가 방전 챔버에 충전될 때 상기 방전 전극에 전원을 인가하여 상기 충전된 수소를 폭발시킴으로써 음압에 의해 상기 흡입기를 통해 외부로부터 대기 측정에 필요한 양의 대기가 흡입된다. Applying power to the micro heater in an area where there is a risk of chemical contamination, the hydrogen generator is operated. When hydrogen generated in the hydrogen generator is charged in the discharge chamber, power is supplied to the discharge electrode to explode the charged hydrogen. This allows the negative pressure to suck in the amount of atmosphere necessary for atmospheric measurement from the outside through the inhaler.

도 2는 마이크로 히터와 방전 전극을 형성하는 단계(단계 1)를 보다 구체적으로 설명하는 흐름도이다. 2 is a flowchart for explaining in more detail a step (step 1) of forming a micro heater and a discharge electrode.

상기 제1 기판에 알루미늄 또는 금을 이-빔 증발기(E-beam evaporator)를 이용하여 마이크로 히터와 방전 전극을 형성하거나 니켈을 전기 도금하여 마이크로 히터와 방전 전극을 형성할 수 있다. 이하, 도 2를 참고로 니켈의 전기 도금을 통해 제1 기판 위에 마이크로 히터와 방전 전극을 형성하는 단계를 설명한다.Aluminum or gold may be formed on the first substrate using an E-beam evaporator to form a micro heater and a discharge electrode, or nickel may be electroplated to form a micro heater and a discharge electrode. Hereinafter, a step of forming the micro heater and the discharge electrode on the first substrate through electroplating of nickel will be described with reference to FIG. 2.

제1 기판 위에 접착층을 증착한다(단계 11). 니켈의 전기 도금시 제1 기판에 접착력을 향상시키기 위해 접착층(seed layer)을 이-빔 증착기를 이용하여 증착시킨다. 바람직하게, 상기 접착층은 1000Å 두께의 티타늄으로 증착된다. 바람직하게, 제1 기판은 마이크로 히터에서 발생한 열을 적게 흡수하기 위해 유리 기판으로 제작되는 것을 특징으로 한다. 도 4의 (a)는 유리 기판(1) 위에 증착된 접착층(2)을 도시하고 있다.An adhesive layer is deposited on the first substrate (step 11). In the electroplating of nickel, a seed layer is deposited using an e-beam evaporator to improve adhesion to the first substrate. Preferably, the adhesive layer is deposited with titanium of 1000 mm thick. Preferably, the first substrate is made of a glass substrate to absorb less heat generated by the micro heater. FIG. 4A shows the adhesive layer 2 deposited on the glass substrate 1.

마이크로 히터, 방전 전극 및 전기 접속을 위한 패드를 형성하기 위해 포토 마스크를 이용하여 상기 접착층(2)을 사진식각한다(단계 11). 바람직하게, 상기 접착층을 사진식각하기 위한 포토마스크에서 방전 전극의 팁은 날카로운 삼각형 모양으로 되어 있는 것을 특징으로 한다. 바람직하게, 상기 포토마스크에서 방전 전극은 방전 효율을 향상시키기 위해 좁은 면적을 지닌 다수의 전극 그룹으로 제작될 수 있다. 도 4의 (b)는 마이크로 히터, 방전 전극 및 전기 접속을 위한 패널을 형성하기 위해 사진식각된 접착층(2)을 도시하고 있다.The adhesive layer 2 is photo-etched using a photo mask to form a pad for the micro heater, the discharge electrode and the electrical connection (step 11). Preferably, the tip of the discharge electrode in the photomask for etching the adhesive layer is characterized in that the sharp triangular shape. Preferably, the discharge electrode in the photomask may be made of a plurality of electrode groups having a small area to improve the discharge efficiency. 4B shows a photoetched adhesive layer 2 to form a panel for micro heaters, discharge electrodes and electrical connections.

상기 사진식각된 제1 기판을 전기 도금조를 이용하여 니켈 도금한다(단계 15). 니켈의 전기 도금시 도금되는 니켈의 전착률(growth rate)은 아래의 수학식(1)과 같다.The photo-etched first substrate is nickel plated using an electroplating bath (step 15). In the electroplating of nickel, the growth rate of nickel plated is as shown in Equation (1) below.

[수학식1][Equation 1]

Figure 112006023913839-pat00001
Figure 112006023913839-pat00001

여기서, R은 전착률(cm/s), J는 전류밀도(A/cm2), M은 원자량(g/mol), F는 패러데이 상수, z는 전하수, ρ는 밀도(g/cm2)를 의미한다. 도 4의 (c)는 니켈이 도금되어 형성된 마이크로 히터(3)와 방전 전극(4)을 도시하고 있다.Where R is electrodeposition rate (cm / s), J is current density (A / cm 2 ), M is atomic weight (g / mol), F is Faraday's constant, z is number of charges, ρ is density (g / cm 2) ). 4C shows the micro heater 3 and the discharge electrode 4 formed by plating nickel.

도 3은 폴리머 덮개를 제작하는 단계(단계 3)를 보다 구체적으로 설명하고 있다. 3 illustrates in more detail the step (step 3) of making a polymer cover.

도 3을 참고로, 제2 기판 위에 음성 감광제(SU-8)를 회전 도포하고(단계 11), 상기 마이크로 히터를 수용하기 위한 히터 챔버, 상기 방전 전극을 수용하기 위한 방전 챔버 및 수소 이동 채널을 형성하기 위한 포토마스크를 이용하여 상기 음성 감광제를 양각으로 사진식각한다(단계 13). 바람직하게, 상기 제2 기판은 실리콘 기판이며, 상기 음성 감광제는 100㎛의 두께로 회전 도포된다. 도 5는 히터 챔버, 방전 챔버 및 수소 이동 채널을 형성하기 위한 포토마스크의 일 예를 도시하고 있다. 상기 포토마스크에는 히터 챔버를 형성하기 위한 부분(10), 수소 이동 채널을 형성하기 위한 부분(13) 및 방전 챔버를 형성하기 위한 부분(15)이 포함되어 있다. 상기 수소 이동 채널(13)에서 점선으로 표시된 부분은 가장 효율적으로 외부 대기를 흡입하기 위해 벤츄리 관 형상을 하고 있다. 베루누이 이론에 의하면 유체가 넓은 관에서 좁은 관으로 이동할 때, 속력은 빨라지고 압력은 낮아지며 이로 인해 외부 대기가 효율적으로 흡입된다.Referring to FIG. 3, a negative photosensitive agent SU-8 is rotated on a second substrate (step 11), a heater chamber for accommodating the micro heater, a discharge chamber for accommodating the discharge electrode, and a hydrogen transfer channel are provided. The negative photoresist is embossed by using a photomask for formation (Step 13). Preferably, the second substrate is a silicon substrate, the negative photosensitizer is rotated to a thickness of 100㎛. 5 illustrates an example of a photomask for forming a heater chamber, a discharge chamber, and a hydrogen transfer channel. The photomask includes a portion 10 for forming a heater chamber, a portion 13 for forming a hydrogen transfer channel, and a portion 15 for forming a discharge chamber. The portion indicated by the dotted line in the hydrogen migration channel 13 is in the shape of a venturi tube in order to most efficiently inhale the outside atmosphere. According to Bernoulli's theory, when a fluid moves from a wide tube to a narrow tube, the speed increases and the pressure decreases, which effectively inhales the outside atmosphere.

다시 도 3을 참고로, 상기 사진식각된 제2 기판에 폴리머를 부어 폴리머 덮개를 제작한다(단계 15). 폴리머를 제작하기 위해 모노머(monomer)와 약품(agent)를 10:1의 비율로 혼합한 후 건조기를 이용하여 기포를 제거한다. 상기 폴리머를 사진식각된 음성 감광제의 제2 기판에 부은 후 65℃의 오븐에서 4시간 이상 경화시킨다. 상기 경화된 폴리머를 상기 제2 기판에서 분리하면, 음각의 히터 챔버, 방전 챔버 및 수소 이동 채널을 구비하는 폴리머 덮개가 제작된다. Referring to FIG. 3 again, a polymer cover is prepared by pouring a polymer on the photoetched second substrate (step 15). In order to prepare a polymer, the monomer and the agent are mixed at a ratio of 10: 1, and then the bubble is removed using a dryer. The polymer is poured onto a second substrate of photoetched negative photoresist and then cured in an oven at 65 ° C. for at least 4 hours. When the cured polymer is separated from the second substrate, a polymer cover is fabricated with a negative heater chamber, a discharge chamber and a hydrogen transfer channel.

도 6의 (a)는 음성 감광제(20)가 회전 도포된 실리콘 제2 기판(21)을 도시하고 있으며, 도 6의 (b)는 도 5의 포토마스크를 이용하여 사진식각된 제2 기판의 음성감광제를 도시하고 있으며, 도 6의 (c)는 상기 사진식각된 음성 감광제의 제2 기판과 폴리머(23)를 도시하고 있으며, 도 6의 (d)는 상기 제2 기판(21)의 폴리 머(23)를 제2 기판(21)으로부터 분리하여 생성된, 음극의 히터 챔버, 방전 챔버 및 수소 이동 채널을 구비하는 폴리머 덮개(25)를 도시하고 있다.FIG. 6A illustrates a silicon second substrate 21 on which a negative photosensitive agent 20 is rotated and applied. FIG. 6B illustrates a photoetched second substrate using the photomask of FIG. 5. FIG. 6C shows the second substrate and the polymer 23 of the photo-etched negative photoresist, and FIG. 6D shows the poly of the second substrate 21. The polymer sheath 25 is shown having a heater chamber, a discharge chamber and a hydrogen transfer channel of the cathode, produced by separating the shimmer 23 from the second substrate 21.

본 발명의 일 실시예에서 상기 히터 챔버와 방전 챔버의 공간을 확장하기 위해 폴리머 중간층을 제1 기판과 폴리머 덮개 사이에 삽입하여 제1 기판과 폴리머 덮개를 합체한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 상응하는 폴리머 중간층을 도시하고 있다. 도 7의 (a)를 참고로, 얇은 폴리머 층(30)을 형성한다. 상기 얇은 폴리머 층(30)을 제작하기 위해, 패트리디쉬에 폴리머를 붙고 65℃의 오븐에서 4시간 이상 경화시킨다. 상기 경화시킨 폴리머를 제1 기판과 폴리머 덮개의 크기와 동일하게 절단한다. 도 7의 (b)를 참고로, 상기 제작된 폴리머 층(30)에서 히터 챔버와 동일한 위치 및 방전 챔버와 동일한 위치를 절단하여 상기 히터 챔버를 확장하기 위한 공간(32) 및 방전 챔버의 빈 공간을 확장하기 위한 공간(33)을 포함하는 폴리머 중간층(31)을 제작한다.In one embodiment of the present invention, the polymer interlayer is inserted between the first substrate and the polymer cover to expand the space of the heater chamber and the discharge chamber, thereby combining the first substrate and the polymer cover. Figure 7 illustrates a polymer interlayer corresponding to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7A, a thin polymer layer 30 is formed. To produce the thin polymer layer 30, the polymer is attached to a petri dish and cured for at least 4 hours in an oven at 65 ° C. The cured polymer is cut to the same size as the first substrate and the polymer cover. Referring to FIG. 7B, a space 32 for expanding the heater chamber and an empty space of the discharge chamber are cut by cutting the same position as the heater chamber and the same position as the discharge chamber in the manufactured polymer layer 30. A polymer interlayer 31 is prepared, including a space 33 for expanding the space.

도 8은 상기 설명한 초소형 흡입기의 제작 방법에 의해 제작된 초소형 흡입기를 도시하고 있다.Fig. 8 shows a micro inhaler manufactured by the method for manufacturing a micro inhaler described above.

도 8을 참고로, 초소형 흡입기는 폴리머 덮개(25), 마이크로 히터와 방전 전극을 구비하는 제1 기판(1), 중간층(31), 및 수소 발생부를 포함하고 있다. 히터 챔버에는 수소를 발생하기 위한 수소 발생부가 구비되어 있다. 상기 수소 발생부는 화학 반응에 의해 수소를 발생한다. 화학 반응에 의해 수소를 발생하기 위해 금속과 강산의 화학 반응을 이용하거나 수소화금속과 물의 화학 반응을 이용할 수 있다. 본 발명이 적용되는 분야에 따라 다른 방식으로 수소를 발생할 수 있으며 이는 본 발명의 범위에 속한다. 이하 수소화금속과 물의 화학 반응을 이용하여 수소를 발생하는 수소 발생부에 대해 설명한다.Referring to FIG. 8, the micro inhaler includes a polymer cover 25, a first substrate 1 having a micro heater and a discharge electrode, an intermediate layer 31, and a hydrogen generator. The heater chamber is provided with a hydrogen generator for generating hydrogen. The hydrogen generator generates hydrogen by a chemical reaction. In order to generate hydrogen by a chemical reaction, a chemical reaction of a metal and a strong acid may be used, or a chemical reaction of a metal hydride and water may be used. Hydrogen may be generated in different ways depending on the field to which the present invention is applied, which is within the scope of the present invention. Hereinafter, a hydrogen generating unit generating hydrogen by using a chemical reaction between a metal hydride and water will be described.

수소 발생부는 히터 챔버의 마이크로 히터(3) 위에 배치되어 있는 수소화 금속(34)과 상기 수소화 금속 위에 배치되어 있는 파라필름(35)으로 구성되어 있다. 상기 마이크로 히터(3)로 전원이 인가되면 마이크로 히터의 저항에 의해 열이 발생하며, 상기 열에 의해 파라필름이 녹게 된다. 상기 파라필름에는 물이 밀봉되어 있으며, 상기 파라필름에 밀봉되어 있던 물과 수소화 금속은 화학 반응을 일으켜 수소를 발생한다. 아래의 수학식(2)에서는 수소화 금속의 일 예로 수소화칼슘(CaH2)과 물의 화학 반응식을 설명한다.The hydrogen generating unit is composed of a metal hydride 34 disposed on the micro heater 3 of the heater chamber and a parafilm 35 disposed on the metal hydride. When power is applied to the micro heater 3, heat is generated by the resistance of the micro heater, and the parafilm is melted by the heat. Water is sealed in the parafilm, and the water and the metal hydride sealed in the parafilm generate a chemical reaction to generate hydrogen. In Equation (2) below, as an example of a metal hydride, a chemical reaction formula of calcium hydride (CaH 2 ) and water will be described.

[수학식2][Equation 2]

CaH2 + H2O → CaO + 2H2 CaH 2 + H 2 O → CaO + 2H 2

상기 수소 발생부에서 발생한 수소는 수소 이동 채널을 통해 방전 챔버로 이동하여 방전 챔버에는 수소가 충전된다. 상기 방전 챔버의 방전 전극(4)에 전원이 인가되어 방전 전극(4)에서 방전이 일어나면, 상기 방전 챔버에 충전되어 있던 수소는 폭발하며, 수소의 폭발로 인해 순간적으로 수소 이동 채널에는 음압이 발생한다. 상기 발생한 음압에 의해 흡입구(36)를 통해 외부의 대기가 흡입된다. 상기 초소형 흡입기에는 대기의 오염도를 측정하기 위한 가스 크로마토그래피(Gas Chromatography)와 같은 측정 장치가 접속되어 있으며, 상기 측정 장치를 통해 상기 흡입된 대기를 통해 대기의 오염도를 측정할 수 있다.Hydrogen generated in the hydrogen generator is moved to the discharge chamber through the hydrogen transfer channel, and the discharge chamber is filled with hydrogen. When power is applied to the discharge electrode 4 of the discharge chamber and discharge occurs at the discharge electrode 4, hydrogen charged in the discharge chamber explodes, and a negative pressure is generated in the hydrogen transfer channel instantaneously due to the explosion of hydrogen. do. The outside air is sucked in through the suction port 36 by the generated negative pressure. The micro inhaler is connected to a measuring device such as gas chromatography (Gas Chromatography) for measuring the pollution level of the atmosphere, it is possible to measure the pollution level of the atmosphere through the inhaled atmosphere through the measuring device.

본 발명에 따른 초소형 흡입기 및 그의 제작 방법은 독립적으로 수소를 발생하고 상기 발생한 수소의 폭발을 통해 발생하는 압력 차이를 이용하여 외부의 대기를 흡입함으로써, 간단하게 대기 오염을 측정하기 위해 필요한 대기를 흡입할 수 있다.The ultra-small inhaler according to the present invention and its manufacturing method independently generate hydrogen and inhale the outside air by using the pressure difference generated through the explosion of the generated hydrogen, thereby simply inhaling the air necessary for measuring air pollution. can do.

또한, 본 발명에 따른 초소형 흡입기 및 그의 제작 방법은 MEMS 공정을 이용하여 가볍고 작으며 저렴하게 초소형 흡입기를 제작할 수 있다. In addition, the ultra-small inhaler and the manufacturing method thereof according to the present invention can be manufactured in a light, small and inexpensive micro inhaler using the MEMS process.

Claims (14)

(a) 열전도율이 낮은 제1 기판 위에 마이크로 히터와 방전 전극을 형성하는 단계;(a) forming a micro heater and a discharge electrode on the first substrate having a low thermal conductivity; (b) 상기 마이크로 히터를 수용하기 위한 히터 챔버, 상기 방전 전극을 수용하기 위한 방전 챔버 및 상기 히터 챔버에서 발생한 수소를 방전 챔버로 이동시키기 위한 수소 이동 채널을 구비하는 폴리머 덮개를 사진식각 공정을 이용하여 제작하는 단계;(b) using a photolithography process for a polymer cover having a heater chamber for accommodating the micro heater, a discharge chamber for accommodating the discharge electrode, and a hydrogen transfer channel for moving hydrogen generated in the heater chamber to the discharge chamber; Producing step; (c) 상기 방전 챔버의 수소를 방전 전극을 이용하여 폭발시키는 과정에서 외부로부터 상기 수소 이동 채널로 대기를 흡입하기 위한 흡입구를 상기 폴리머 덮개에 제작하는 단계;(c) fabricating an inlet for inhaling air into the hydrogen transfer channel from the outside in the polymer cover during the explosion of hydrogen in the discharge chamber using a discharge electrode; (d) 상기 히터 챔버 및 방전 챔버의 공간을 확장하기 위해 상기 히터 챔버 및 방전 챔버와 동일 위치에 빈 공간을 구비하는 폴리머 중간층을 제작하는 단계; 및(d) manufacturing a polymer interlayer having an empty space at the same position as the heater chamber and the discharge chamber to expand the space of the heater chamber and the discharge chamber; And (e) 상기 제1 기판의 마이크로 히터 위에 수소를 발생하기 위한 수소 발생부를 장착하고, 상기 폴리머 중간층이 상기 폴리머 덮개와 제1 기판 사이에 위치하도록 상기 폴리머 덮개, 폴리머 중간층 및 제1 기판을 서로 합체하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 흡입기 제작 방법.(e) mounting a hydrogen generating unit for generating hydrogen on the micro heater of the first substrate, and incorporating the polymer cover, the polymer intermediate layer and the first substrate together so that the polymer interlayer is located between the polymer cover and the first substrate; Micro inhaler manufacturing method comprising the step of. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 (a) 단계는The method of claim 1, wherein step (a) 열 전도율이 낮은 유리 제1 기판 위에 접착층을 증착하는 단계;Depositing an adhesive layer on the glass first substrate having low thermal conductivity; 마이크로 히터, 방전 전극 및 전기 접속을 위한 패드를 형성하기 위해 포토 마스크를 이용하여 상기 접착층을 사진식각하는 단계; 및Photoetching the adhesive layer using a photo mask to form a pad for the micro heater, the discharge electrode and the electrical connection; And 상기 마이크로 히터, 방전 전극 및 전기 접속을 위한 패드의 형상으로 사진식각된 접착층에 니켈을 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 흡입기 제작 방법. And plating nickel on the adhesive layer etched in the shape of a pad for the micro heater, the discharge electrode and the electrical connection. 제 3 항에 있어서, 상기 방전 전극의 팁은The method of claim 3, wherein the tip of the discharge electrode is 삼각형 모양으로 제작되는 것을 특징으로 하는 초소형 흡입기 제작 방법. Micro inhaler manufacturing method characterized in that it is produced in a triangular shape. 제 1 항에 있어서, 상기 수소 이동 채널은The method of claim 1, wherein the hydrogen transfer channel is 벤츄리관 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 초소형 흡입기 제작 방법.Micro inhaler manufacturing method characterized in that it is manufactured in the form of a venturi tube. 제 1 항에 있어서, 상기 (b) 단계는The method of claim 1, wherein step (b) 실리콘 제2 기판 위에 음성 감광제를 회전 도포하는 단계;Rotating applying a negative photoresist onto the silicon second substrate; 상기 마이크로 히터를 수용하기 위한 히터 챔버, 상기 방전 전극을 수용하기 위한 방전 챔버 및 수소 이동 채널을 형성하기 위한 포토마스크를 이용하여 상기 음성 감광제를 사진식각하는 단계; 및Photographing the negative photoresist using a heater chamber for accommodating the micro heater, a discharge chamber for accommodating the discharge electrode, and a photomask for forming a hydrogen transfer channel; And 상기 사진식각된 음성 감광제에 폴리머를 부어 히터 챔버, 방전 챔버 및 수소 이동 채널을 구비하는 폴리머 덮개를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 흡입기 제작 방법.And pouring a polymer into the photo-etched negative photoresist to produce a polymer cover having a heater chamber, a discharge chamber and a hydrogen transfer channel. 제 1 항에 있어서, 상기 수소 발생부는The method of claim 1, wherein the hydrogen generating unit 상기 마이크로 히터 위에 위치하는 수소화 금속; 및A metal hydride positioned on the micro heater; And 상기 수소화 금속 위에 위치하며 물을 밀봉하고 있는 파라필름을 포함하고A parafilm positioned on the metal hydride and sealing water; 상기 마이크로 히터로부터 전달된 열에 의해 파라필름이 녹게 되는 경우 상기 파라필름의 물과 수소화 금속이 반응하여 수소가 발생하는 것을 특징으로 하는 초소형 흡입기 제작 방법. When the parafilm is melted by the heat transferred from the micro-heater, the water and the metal hydride of the parafilm reacts to produce a micro inhaler, characterized in that hydrogen is generated. 제 1 항에 있어서, 상기 수소 발생부는The method of claim 1, wherein the hydrogen generating unit 상기 마이크로 히터 위에 위치하는 금속; 및A metal located above the micro heater; And 상기 금속 위에 위치하며 강산을 밀봉하고 있는 파라필름을 포함하고A parafilm positioned on the metal and sealing a strong acid; 상기 마이크로 히터로부터 전달된 열에 의해 파라필름이 녹게 되는 경우 상기 파라필름의 강산과 금속이 반응하여 수소가 발생하는 것을 특징으로 하는 초소형 흡입기 제작 방법.When the parafilm is melted by the heat transferred from the micro-heater, the ultra-acid inhaler manufacturing method characterized in that the hydrogen is generated by the reaction of the strong acid and metal of the parafilm. 마이크로 히터와 방전 전극을 구비하는 제1 기판;A first substrate having a micro heater and a discharge electrode; 상기 제1 기판의 마이크로 히터 위에 위치하며 화학 반응에 의해 수소를 발생하는 수소 발생부;A hydrogen generator positioned on the micro heater of the first substrate and generating hydrogen by a chemical reaction; 상기 마이크로 히터와 수소 발생부를 수용하기 위한 히터 챔버, 상기 방전 전극을 수용하기 위한 전극 챔버 및 상기 히터 챔버의 수소를 전극 챔버로 이동시키기 위한 수소 이동 채널을 구비하는 폴리머 덮개부; 및A polymer cover having a heater chamber for accommodating the micro heater and a hydrogen generator, an electrode chamber for accommodating the discharge electrode, and a hydrogen transfer channel for moving hydrogen of the heater chamber to an electrode chamber; And 상기 방전 챔버의 수소를 방전 전극을 이용하여 폭발시키는 과정에서 외부로부터 상기 수소 이동 채널로 대기를 흡입하기 위한 흡입구를 포함하며,In the process of exploding the hydrogen of the discharge chamber using a discharge electrode includes an inlet for inhaling the atmosphere from the outside to the hydrogen transfer channel, 상기 폴리머 덮개부는 사진식각 공정을 이용하여 제작되고 상기 제1 기판부와 폴리머 덮개부는 서로 합체되는 것을 특징으로 하는 초소형 흡입기.The polymer cover part is manufactured using a photolithography process and the first substrate portion and the polymer cover portion is a micro inhaler, characterized in that the coalescing with each other. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 히터 챔버 및 방전 챔버의 공간을 확장하기 위해 상기 히터 챔버 및 방전 챔버와 동일 위치에 빈 공간을 구비하는 폴리머 중간층 더 포함하며,Further comprising a polymer interlayer having an empty space at the same position as the heater chamber and the discharge chamber to expand the space of the heater chamber and the discharge chamber, 상기 폴리머 중간층은 상기 폴리머 덮개와 제1 기판 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 초소형 흡입기.Wherein said polymer interlayer is located between said polymer sheath and said first substrate. 제 10 항에 있어서, 상기 방전 전극의 팁은The method of claim 10, wherein the tip of the discharge electrode is 삼각형 모양으로 제작되는 것을 특징으로 하는 초소형 흡입기.Miniature inhaler, characterized in that the triangular shape is made. 제 11 항에 있어서, 상기 수소 이동 채널은The method of claim 11, wherein the hydrogen transfer channel is 벤츄리관 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 초소형 흡입기.Miniature inhaler, characterized in that the venturi tube is produced in the form. 제 12 항에 있어서, 상기 수소 발생부는The method of claim 12, wherein the hydrogen generating unit 상기 마이크로 히터 위에 위치하는 수소화 금속; 및A metal hydride positioned on the micro heater; And 상기 수소화 금속 위에 위치하며 물을 밀봉하고 있는 파라필름을 포함하고A parafilm positioned on the metal hydride and sealing water; 상기 마이크로 히터로부터 전달된 열에 의해 파라필름이 녹게 되는 경우 상기 파라필름의 물과 수소화 금속이 반응하여 수소가 발생하는 것을 특징으로 하는 초소형 흡입기.When the parafilm is melted by the heat transferred from the micro-heater, the micro inhaler, characterized in that the hydrogen is generated by the reaction of the water of the parafilm and the metal hydride. 제 12 항에 있어서, 상기 수소 발생부는The method of claim 12, wherein the hydrogen generating unit 상기 마이크로 히터 위에 위치하는 금속; 및A metal located above the micro heater; And 상기 금속 위에 위치하며 강산을 밀봉하고 있는 파라필름을 포함하고A parafilm positioned on the metal and sealing a strong acid; 상기 마이크로 히터로부터 전달된 열에 의해 파라필름이 녹게 되는 경우 상기 파라필름의 강산과 금속이 반응하여 수소가 발생하는 것을 특징으로 하는 초소형 흡입기.When the parafilm is melted by the heat transferred from the micro heater, the ultra-acid inhaler, characterized in that hydrogen is generated by the reaction of the strong acid and metal of the parafilm.
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