KR100989582B1 - Micro pump and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
마이크로 펌프 및 그 제조 방법이 개시된다. 열전달율이 향상되도록 돌기가 형성된 제1 캐비티(first cavity)가 일면에 형성되는 제1 기판, 제1 기판의 타면에 형성되어, 제1 캐비티에 충전되는 작동 유체가 부피 변화하도록 가열하는 히터(heater), 제1 기판의 일면에 제1 캐비티를 커버하도록 본딩(bonding)되어, 작동 유체의 부피 변화에 상응하게 팽창되는 멤브레인(membrane), 제1 캐비티에 상응하는 제2 캐비티가 일면에 형성되며, 제2 캐비티가 커버되도록 멤브레인과 본딩되는 제2 기판, 및 제2 캐비티로 유출입되는 이송 유체가 일방향으로 이동하도록 제2 기판의 일면에 형성되는 밸브(valve)를 포함하는 마이크로 펌프(micro pump)는, 히터에서 작동 유체로의 열전달율이 향상될 수 있고, 작동 유체의 방열 성능을 향상시켜 응답 특성이 향상될 수 있다. 또한, 제1 캐비티의 작동 유체 누출을 최소화될 수 있으며, 이송 유체의 이동 상태가 용이하게 확인될 수 있다.A micro pump and a method of manufacturing the same are disclosed. A first cavity in which protrusions are formed to improve heat transfer rate is formed on one surface of the first substrate and the other surface of the first substrate, and a heater heating the volume of the working fluid to be filled in the first cavity. A membrane is bonded to one surface of the first substrate to cover the first cavity, the membrane expands according to the volume change of the working fluid, and a second cavity corresponding to the first cavity is formed on one surface. The micro pump includes a second substrate bonded to the membrane to cover the second cavity, and a valve formed on one surface of the second substrate so that the transfer fluid flowing into and out of the second cavity moves in one direction. The heat transfer rate from the heater to the working fluid can be improved, and the response characteristic can be improved by improving the heat radiation performance of the working fluid. In addition, leakage of the working fluid of the first cavity can be minimized, and the moving state of the conveying fluid can be easily confirmed.
마이크로 펌프(micro pump), 요철, 딥 반응성 이온 에칭(deep reactive ion etching) Micro pump, irregularities, deep reactive ion etching
Description
본 발명은 마이크로 펌프 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a micropump and a manufacturing method thereof.
마이크로 펌프는 액체를 공급하거나 제어하는 장치로서, 마이크로 유체 시스템(micro fluidic systems)의 핵심부품 중 하나이다. 마이크로 유체 시스템은 최근 게놈 프로젝트의 성취와 마이크로 종합 분석 시스템(μTAS, micro total analysis system)의 발전에 따라 부각되는 바이오 분야, 및 대체 연료로 각광 받고 있는 연료 전지의 연료 공급 장치에의 많은 수요가 예상되면서, 차세대 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS, micro electro mechanical system) 소자의 상업화 영역으로 주목 받고 있다.Micro pumps are devices that supply or control liquids and are one of the key components of micro fluidic systems. The microfluidic system is expected to meet the demand of biofuel, which is emerging with the achievement of the recent genome project and the development of the micro total analysis system (μTAS), and the fuel supply device of the fuel cell, which is emerging as an alternative fuel. As a result, it is attracting attention as the commercialization area of next generation micro electro mechanical system (MEMS) devices.
마이크로 펌프는 크게 기계식 펌프(mechanical pump)와 비기계식 펌프(nonmechanical pump)로 나눌 수 있다. 기계식 펌프는 전기적인 에너지를 기계적인 에너지로 변환하여 액체를 제어하는 구동력을 만드는 반면에, 비기계식 펌프는 기계적 에너지로의 전환 없이 액체 또는 액체의 계면에 직접 물리력을 작용하여 구동력을 만드는 방식이다.Micro pumps can be broadly divided into mechanical pumps and nonmechanical pumps. Mechanical pumps convert driving electrical energy into mechanical energy to create a driving force to control the liquid, while non-mechanical pumps generate driving force by directly applying a physical force to a liquid or a liquid interface without converting into mechanical energy.
기계식 펌프의 대표적인 예로서 격막 펌프(diaphragm pump)가 있는데, 이는 상대적으로 효율이 높고 제작이 용이하여 가장 활발한 연구가 이루어지고 있다. 격막 펌프의 구동력을 발생시키는 액추에이터(actuator)로는, 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변형시켜 주는 압전(PZT, piezoelectric) 물질을 사용하는 압전 액추에이터, 한 면이 멤브레인으로 구성된 밀폐된 챔버 내에 열팽창 물질을 담아 놓고, 히터로 챔버 내의 물질을 가열함에 따라 발생하는 부피 변화를 이용하는 열공압형 액추에이터 (thermopneumatic actuator), 본체와 멤브레인(membrane) 사이에 각각 전극을 증착시킨 후 양쪽에 같거나 다른 전력을 인가하여 인력과 척력을 발생시키고 이를 이용하는 정전 액추에이터(electrostatic actuator), 영구자석과 전자석 사이의 인력과 척력을 이용하여 구동하는 전자기 액추에이터(electromagnetic actuator) 등이 있다.A representative example of a mechanical pump is a diaphragm pump, which is relatively high in efficiency and easy to manufacture, and is being actively researched. Actuators that generate the driving force of diaphragm pumps include piezoelectric actuators using piezoelectric (PZT) materials that transform electrical energy into mechanical energy.The thermal expansion material is contained in a closed chamber consisting of a membrane on one side. The thermopneumatic actuator, which utilizes the volume change generated by heating the material in the chamber with a heater, deposits electrodes between the body and the membrane, respectively, and then applies the same or different power to both sides to attract and repulse And an electrostatic actuator using the same, an electromagnetic actuator driven by the attraction force and the repulsive force between the permanent magnet and the electromagnet, and the like.
그러나, 이상에서 살펴본 종래 기술에 따른 액추에이터는 휴대기기용 마이크로 펌프에 적용하기에 몇가지 문제점이 남아 있다. 즉, 압전 액추에이터는 구동 변위가 작고 수십 볼트 이상의 고전압을 필요로 하고, 정전 액추에이터는 구동력이 낮고 구동 전압이 매우 높아 응용 분야가 제한되며, 전자기 액추에이터는 소음이 발생하며 제작이 복잡하고 소형화에 어려움이 있다.However, the actuator according to the prior art described above has some problems to be applied to the micropump for a portable device. In other words, piezoelectric actuators have a small driving displacement and require a high voltage of several tens of volts or more, and electrostatic actuators have a low driving force and a very high driving voltage, thereby limiting applications. Electromagnetic actuators generate noise, are complicated to manufacture, and have difficulty in miniaturization. have.
한편, 열공압형 액추에이터는 별도의 전압 변환 장치 없이 낮은 구동 전압에서 작동이 가능하고, 소형화에 용이하며, 구동력과 구동 변위 특성도 상대적으로 양호하므로 휴대용 시스템에 적용에 적합하다. 그러나, 히팅과 냉각을 위해 필요한 시간 때문에 구동 주기에 제한이 있고, 구동을 결정하는 인자가 전기 신호와 같은 디지털 방식이 아닌 온도라는 아날로그 방식이므로 주위 환경에 영향을 받으며 정밀한 제어가 어려운 단점을 가지고 있다.On the other hand, the thermopneumatic actuator can be operated at a low driving voltage without a separate voltage conversion device, it is easy to miniaturize, and the driving force and the drive displacement characteristics are relatively good, so it is suitable for application to a portable system. However, due to the time required for heating and cooling, the driving cycle is limited, and the driving determining factor is an analog method of temperature rather than a digital method such as an electric signal, which is affected by the surrounding environment and difficult to control precisely. .
이에, 열전달율이 향상되고, 응답 특성이 우수하며, 정밀한 제어가 가능한 열공압형 액추에이터를 이용하는 마이크로 펌프 및 그 제조 방법이 요구되고 있는 상황이다.Accordingly, there is a demand for a micropump using a thermopneumatic actuator capable of improving heat transfer rate, excellent response characteristics, and precise control, and a method of manufacturing the same.
본 발명은, 작동 유체로의 열전달율을 향상시킬 수 있는 마이크로 펌프, 및 작동 유체가 충전되는 공간을 자유로운 형상으로 구현할 수 있는 마이크로 펌프 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a micropump capable of improving a heat transfer rate to a working fluid, and a method of manufacturing a micropump capable of realizing a space filled with a working fluid in a free shape.
본 발명의 일 측면에 따르면, 열전달율이 향상되도록 돌기가 형성된 제1 캐비티(first cavity)가 일면에 형성되는 제1 기판, 제1 기판의 타면에 형성되어, 제1 캐비티에 충전되는 작동 유체가 부피 변화하도록 가열하는 히터(heater), 제1 기판의 일면에 제1 캐비티를 커버하도록 본딩(bonding)되어, 작동 유체의 부피 변화에 상응하게 팽창되는 멤브레인(membrane), 제1 캐비티에 상응하는 제2 캐비티가 일면에 형성되며, 제2 캐비티가 커버되도록 멤브레인과 본딩되는 제2 기판, 및 제2 캐비티로 유출입되는 이송 유체가 일방향으로 이동하도록 제2 기판의 일면에 형성되는 밸브(valve)를 포함하는 마이크로 펌프(micro pump)가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a first cavity in which protrusions are formed to improve heat transfer rate is formed on one surface of a first substrate and the other surface of the first substrate, and a working fluid filled in the first cavity is formed in a volume. A heater that heats to change, a membrane bonded to cover the first cavity on one surface of the first substrate, the membrane expanded according to a change in volume of the working fluid, a second corresponding to the first cavity A cavity is formed on one surface, and includes a second substrate bonded to the membrane to cover the second cavity, and a valve formed on one surface of the second substrate so that the transfer fluid flowing into and out of the second cavity moves in one direction. A micro pump is provided.
제1 기판은 실리콘(Si)을 포함하는 재질로 이루어질 수 있으며, 제2 기판은 유리(glass)를 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.The first substrate may be made of a material including silicon (Si), and the second substrate may be made of a material including glass.
멤브레인은 실리콘을 포함하는 탄성 재질로 이루어질 수 있다.The membrane may be made of an elastic material including silicon.
멤브레인의 제1 캐비티와 대향하는 면에는, 제1 캐비티와 상응하도록 제3 캐비티가 형성될 수 있다.On the side opposite to the first cavity of the membrane, a third cavity may be formed to correspond with the first cavity.
제1 기판과 멤브레인 사이에 개재되는 접착제를 더 포함할 수 있다.The adhesive may further include an adhesive interposed between the first substrate and the membrane.
제1 기판의 일면에는, 접착제가 균일하게 분포되도록 접착 유로가 형성될 수 있다.An adhesive passage may be formed on one surface of the first substrate so that the adhesive is uniformly distributed.
밸브는, 입구에서 출구로 갈수록 단면적이 증가하는 디퓨저(diffuser)일 수 있다.The valve may be a diffuser whose cross sectional area increases from inlet to outlet.
제1 기판의 타면에 히터와 인접하도록 형성되어 히터의 온도를 감지하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.The second substrate may further include a temperature sensor formed adjacent to the heater to sense a temperature of the heater.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 열전달율이 향상되도록 돌기가 형성된 제1 캐비티를 제1 기판의 일면에 형성하는 단계, 제1 캐비티에 충전되는 작동 유체가 부피 변화하도록 가열하는 히터를 제1 기판의 타면에 형성하는 단계, 제1 캐비티에 상응하는 제2 캐비티와, 제2 캐비티로 유출입되는 이송 유체를 일방향으로 이동시키는 밸브를 제2 기판의 일면에 형성하는 단계, 제2 캐비티가 커버되도록 제2 기판과 멤브레인을 본딩하는 단계, 및 멤브레인을 작동 유체의 부피 변화에 상응하게 팽창시키기 위해, 멤브레인을 제1 기판의 일면에 제1 캐비티를 커버하도록 본딩하는 단계를 포함하는 마이크로 펌프 제조 방법이 제공된다.In addition, according to another aspect of the invention, the step of forming a first cavity formed with a projection to improve the heat transfer rate on one surface of the first substrate, heating the heater to heat the volume of the working fluid filled in the first cavity first substrate Forming a second cavity corresponding to the first cavity, and a valve on one surface of the second substrate to move the transfer fluid flowing into and out of the second cavity in one direction, so that the second cavity is covered 2. A method of manufacturing a micropump comprising bonding a membrane to a substrate and bonding the membrane to cover a first cavity on one side of the first substrate to expand the membrane corresponding to a change in volume of the working fluid. do.
제1 캐비티를 형성하는 단계는, 딥 반응성 이온 에칭(deep reactive ion etching)에 의하여 수행될 수 있다.Forming the first cavity may be performed by deep reactive ion etching.
제1 기판은 실리콘(Si)을 포함하는 재질로 이루어질 수 있고, 제2 기판은 유리(glass)를 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.The first substrate may be made of a material containing silicon (Si), and the second substrate may be made of a material including glass.
멤브레인은 실리콘을 포함하는 탄성 재질로 이루어질 수 있다.The membrane may be made of an elastic material including silicon.
멤브레인을 제1 기판의 일면에 본딩하는 단계 이전에, 멤브레인의 제1 캐비티와 대향하는 면에 제1 캐비티와 상응하도록 제3 캐비티를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Prior to bonding the membrane to one side of the first substrate, the method may further include forming a third cavity on the side opposite the first cavity of the membrane to correspond to the first cavity.
제3 캐비티를 형성하는 단계는, 딥 반응성 이온 에칭(deep reactive ion etching)에 의하여 수행될 수 있다.Forming the third cavity may be performed by deep reactive ion etching.
멤브레인을 제1 기판의 일면에 본딩하는 단계는, 상온에서 제1 기판과 멤브레인 사이에 접착제를 개재하여 수행될 수 있다.Bonding the membrane to one surface of the first substrate may be performed at room temperature via an adhesive between the first substrate and the membrane.
멤브레인을 제1 기판의 일면에 본딩하는 단계 이전에, 접착제가 균일하게 분포되도록 제1 기판의 일면에 접착 유로를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Prior to bonding the membrane to one surface of the first substrate, the method may further include forming an adhesive flow path on one surface of the first substrate such that the adhesive is uniformly distributed.
제2 기판과 멤브레인을 본딩하는 단계는, 써멀 본딩(thermal bonding)에 의하여 수행될 수 있다.Bonding the second substrate and the membrane may be performed by thermal bonding.
밸브는, 입구에서 출구로 갈수록 단면적이 증가하는 디퓨저(diffuser)일 수 있다.The valve may be a diffuser whose cross sectional area increases from inlet to outlet.
히터를 형성하는 단계는, 히터의 온도를 감지하는 온도 센서를 제1 기판의 타면에 히터와 인접하도록 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the heater may include forming a temperature sensor sensing a temperature of the heater so as to be adjacent to the heater on the other surface of the first substrate.
본 발명의 실시예에 따른 마이크로 펌프는, 히터에서 작동 유체로의 열전달율이 향상될 수 있고, 작동 유체의 방열 성능을 향상시켜 응답 특성이 향상될 수 있다. 또한, 제1 캐비티의 작동 유체 누출을 최소화될 수 있으며, 이송 유체의 이동 상태가 용이하게 확인될 수 있다.In the micropump according to the embodiment of the present invention, the heat transfer rate from the heater to the working fluid can be improved, and the response characteristic can be improved by improving the heat radiation performance of the working fluid. In addition, leakage of the working fluid of the first cavity can be minimized, and the moving state of the conveying fluid can be easily confirmed.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 펌프 제조 방법은, 작동 유체가 충전되는 공간을 자유로운 형상으로 구현할 수 있고, 다양한 종류의 밸브에 보다 정밀하게 적용될 수 있다. 또한, 공정이 단순화될 수 있고 공정 시간이 단축될 수 있다.In addition, the micro-pump manufacturing method according to the embodiment of the present invention can be implemented in a free shape of the space filled with the working fluid, it can be applied to various kinds of valves more precisely. In addition, the process can be simplified and the process time can be shortened.
본 발명에 따른 마이크로 펌프 및 그 제조 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.An embodiment of a micropump according to the present invention and a method for manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The description will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 펌프의 일 실시예를 나타낸 단면도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 펌프의 일부인, 히터, 온도 센서 및 제1 기판의 일 실시예를 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 펌프의 일부인, 히터, 온도 센서 및 제1 기판의 일 실시예를 나타낸 저면도이며, 도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 펌프의 일부인, 히 터, 온도 센서 및 제1 기판 일 실시예를 나타낸 평면도이다.1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a micro pump according to an aspect of the present invention. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a heater, a temperature sensor, and a first substrate, which is part of a micro pump according to an aspect of the present invention, and FIG. 3 is a part of the micro pump according to an aspect of the present invention. 4 is a bottom view showing an embodiment of a temperature sensor and a first substrate, and FIG. 4 is a plan view showing an embodiment of a heater, a temperature sensor, and a first substrate, which are part of a micropump according to an aspect of the present invention.
또한, 도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 펌프의 일부인, 멤브레인, 밸브 및 제2 기판의 일 실시예를 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 펌프의 일부인, 멤브레인, 밸브 및 제2 기판의 일 실시예를 나타낸 저면도이며, 도 7은 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 펌프의 일부인, 멤브레인, 밸브 및 제2 기판의 일 실시예를 나타낸 평면도이다.5 is a cross-sectional view showing an embodiment of the membrane, the valve and the second substrate, which is part of the micropump according to one aspect of the invention, and FIG. 6 is a membrane, which is part of the micropump, according to one aspect of the invention. A bottom view of an embodiment of a valve and a second substrate, and FIG. 7 is a plan view of an embodiment of a membrane, a valve, and a second substrate, which is part of a micropump according to an aspect of the present invention.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 마이크로 펌프(micro pump, 100), 제1 기판(110), 절연층(111), 제1 캐비티(first cavity, 112), 돌기(114), 작동 유체 주입구(116), 접착 유로(118), 히터(heater, 120), 멤브레인(membrane, 130), 제3 캐비티(132), 제2 기판(140), 제2 캐비티(142), 밸브(valve, 144), 이송 유체 유입구(146), 이송 유체 유출구(148), 접착제(150), 온도 센서(160), 전극(170), 보호층(180)이 도시되어 있다.1 to 8, a
본 실시예에 따르면, 제1 기판(110)에 형성되는 제1 캐비티(112)에 돌기(114)를 형성함으로써, 히터(120)에서 작동 유체로의 열전달율을 향상시킬 수 있는 마이크로 펌프(100)가 제시된다.According to the present embodiment, by forming the
또한, 제1 기판(110)으로 열전도도가 높은 실리콘 기판을 이용함으로써, 작동 유체의 방열 성능을 향상시켜 응답 특성이 향상되고, 멤브레인(130)이 실리콘으로 이루어짐으로써, 제1 캐비티(112)로부터 작동 유체의 누출을 최소화할 수 있으며, 제2 기판(140)으로 유리 기판을 사용함으로써, 이송 유체의 이동 상태를 용이하게 확인할 수 있는 마이크로 펌프(100)가 제시된다.In addition, by using a silicon substrate having a high thermal conductivity as the
또한, 제1 기판(110)의 일면에 접착 유로(118)를 형성하고, 이 접착 유로(118)를 이용하여 상온에서 접착제(150)로 제1 기판(110)과 멤브레인(130)을 본딩함으로써, 단순화된 공정으로 단시간 내에 보다 정밀하게 구현될 수 있는 마이크로 펌프(100)가 제시된다.In addition, by forming an
제1 기판(110)에는, 열전달율이 향상되도록 돌기(114)가 형성된 제1 캐비티(112)가 일면에 형성될 수 있다. 제1 캐비티(112)의 내에는 멤브레인(130)을 팽창시켜 이송 유체를 수송하기 위한 작동 유체가 충전될 수 있고, 이 작동 유체에 히터(120)에서 발생되는 열을 보다 효과적으로 전달하기 위하여 제1 캐비티(112)에는 제1 캐비티(112)의 표면적을 증가시키는 돌기(114)가 형성될 수 있다.In the
이 경우, 제1 기판(110)은 실리콘(Si)을 포함하여 이루어진 실리콘 기판일 수 있으며, 실리콘 기판은 열전도도가 높아 작동 유체의 열을 효과적으로 방출할 수 있으므로, 마이크로 펌프(100)의 응답 특성이 보다 향상될 수 있다.In this case, the
제1 기판(110)이 실리콘으로 이루어지는 경우, 히터(120), 온도 센서(160) 및 전극(170)과, 실리콘 기판 간의 전기적인 절연을 위하여, 제1 기판(110)은 최외층에 실리콘 산화막(silicon oxidation)과 같은 절연층(111)이 형성될 수도 있으며, 이 절연층(111)은 실리콘으로 이루어진 제1 기판(110)의 표면을 습식 산화(wet oxidation)시킴으로써 형성될 수 있다.When the
한편, 제1 기판(110)의 일면에는, 접착제(150)가 균일하게 분포될 수 있도록 접착 유로(118)가 형성될 수 있으며, 이에 따라, 접착제(150)를 이용하여 상온에서 제1 기판(110)과 멤브레인(130)을 본딩하는 경우, 접착제(150)가 접착 유로(118)를 따라 분포되고 잉여 접착제(150)가 이 접착 유로(118)를 따라 외부로 배출됨으로써, 공정을 단순화하고 공정 시간을 단축시킬 수 있으며, 오차 없이 보다 정밀하게 제1 기판(110)과 멤브레인(130)을 본딩할 수 있다. 제1 기판(110)과 멤브레인(130) 간의 본딩에 대해서는 멤브레인(130)을 설명하는 부분에서 다시 설명하도록 한다.On the other hand, one surface of the
또한, 제1 기판(110)에는 제1 캐비티(112)로 멤브레인(130)을 팽창시키기는 작동 유체를 주입하기 위한 작동 유체 주입구(116)가 형성될 수 있으며, 작동 유체 주입구(116)를 통해 제1 캐비티(112) 내로 작동 유체를 주입하고, 예를 들어, 실리콘 조각 등을 이용하여 상온에서 접착제로 실링(sealing)할 수 있다.In addition, the
제1 캐비티(112), 접착 유로(118) 및 작동 유체 주입구(116)는 딥 반응성 이온 에칭(deep reactive ion etching)에 의하여 형성될 수 있으며, 이에 따라, 종래 기술과 같이 습식 에칭(wet etching)에 의하는 경우와는 달리, 제1 캐비티(112), 접착 유로(118) 및 작동 유체 주입구(116)를 제약 없이 자유로운 형상으로 구현할 수 있다. 이하, 제1 캐비티(112), 접착 유로(118) 및 작동 유체 주입구(116)를 형성하는 공정을 상세히 설명하도록 한다.The
먼저, 실리콘으로 이루어진 제1 기판(110)의 양면에 습식 산화(wet oxidation)에 의해, 예를 들어, 실리콘 산화막 등의 절연층(111)을 형성한다. 이어서, 포토 리소그래피(photo-lithography) 방식으로, 절연층(111)이 형성된 제1 기판(110)의 일면 중 제1 캐비티(112), 접착 유로(118) 및 작동 액체 주입구가 형성될 영역을 제외한 영역 상에, 제1 레지스트를 형성하고, 제1 레지스트가 형성된 영역을 제외한 절연층(111)을 반응성 이온 에칭하여 제거한다. 다음으로, 제1 레지스 트가 형성된 영역을 제외한 제1 기판(110)의 일면을 딥 반응성 이온 에칭하여 제1 기판(110)의 일부를 제거함으로써 제1 캐비티(112) 및 접착 유로(118)와, 작동 액체 주입구의 일부를 형성할 수 있다.First, an insulating
이후, 포토 리소그래피 방식으로, 절연층(111)이 형성된 제1 기판(110)의 타면 중 작동 액체 주입구가 형성될 영역을 제외한 영역 상에 제2 레지스트를 형성하고, 제2 레지스트가 형성된 영역을 제외한 절연층(111)을 에칭하여 제거한 후, 제2 레지스트가 형성된 영역을 제외한 제1 기판(110)의 타면을 딥 반응성 이온 에칭하여 그 일부를 제거함으로써 작동 액체 주입구를 형성할 수 있다.Subsequently, in a photolithography method, a second resist is formed on an area of the other surface of the
히터(120)는, 제1 캐비티(112)의 위치와 상응하도록 제1 기판(110)의 타면에 티타늄(Ti) 및 백금(Pt)을 이용하여 형성되어, 제1 캐비티(112)에 충전되는 작동 유체를 부피 변화하도록 가열할 수 있다. 즉, 작동 유체는 히터(120)에서 발생된 열을 전달 받아 액체에서 기체로 상변화하며 급격히 부피가 변화될 수 있으며, 이에 따라, 제1 캐비티(112)를 밀폐하는 멤브레인(130)이 팽창하여 제2 캐비티(142)에 유입된 이송 유체를 일방향으로 이동시킬 수 있다.The
온도 센서(160)는, 제1 기판(110)의 타면에 히터(120)와 인접하도록 형성되어 히터(120)의 온도를 감지할 수 있다. 즉, 온도 센서(160)는, 외부로부터 전기를 공급 받아 열을 발생시키는 히터(120)의 온도를 감지하여 이에 대한 신호를 제어부에 전달함으로써, 마이크로 펌프(100)를 보다 정밀하게 제어할 수 있도록 보조하는 역할을 하게 된다.The
이 때, 히터(120) 및 온도 센서(160)를 외부 영향으로부터 보호하기 위하여 히터(120) 및 온도 센서(160)의 상부에 실리콘 나이트라이드(silicon nitride) 등과 같은 보호층(180)을 형성할 수 있다. 다만, 히터(120) 및 온도 센서(160)에서 전극(170)으로 이용될 부분은 보호층(180)이 형성되지 않도록 함으로써, 이 전극(170)을 외부로부터 전기를 공급 받는 단자로서 이용할 수 있다.In this case, in order to protect the
히터(120) 및 온도 센서(160)는 전술한 바와 같이, 제1 기판(110)에 제1 캐비티(112), 접착 유로(118) 및 작동 유체 주입구(116)가 형성된 이후에 형성될 수 있으며, 다음과 같은 공정으로 나누어 설명할 수 있다.As described above, the
먼저, 히터(120) 및 온도 센서(160)가 형성될 영역을 제외한 제1 기판(110)의 타면에 포토 리소그래피 방식으로 제3 레지스트를 형성한다. 이어서, 제1 기판(110)의 타면에 티타늄 및 백금을 순차적으로 증착한 후, 리프트 오프(lift-off) 방식에 따라 제3 레지스트를 제거함으로써, 제1 캐비티(112)의 위치에 상응하는 히터(120)와, 이에 인접한 온도 센서(160)를 형성할 수 있다.First, a third resist is formed on the other surface of the
이후, 히터(120)가 형성된 제1 기판(110)의 타면에, 예를 들어, 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 방식으로 실리콘 나이트라이드와 같은 보호층(180)을 형성하여 히터(120)를 외부로부터 보호할 수 있으며, 전극(170)이 형성될 영역을 제외한 제2 기판(140)의 타면에 포토 리소그래피 방식으로 제4 레지스트를 형성하고 에칭에 의하여 보호층(180)의 일부를 제거함으로써 외부로부터의 전기 공급을 위한 전극(170)을 형성할 수 있다.Thereafter, the
멤브레인(130)은, 제1 기판(110)의 일면에 제1 캐비티(112)를 커버하도록 본딩되어, 작동 유체의 부피 변화에 상응하게 팽창될 수 있다. 즉, 제1 캐비티(112) 에 충전되는 작동 유체를 제1 캐비티(112) 내에 밀페하도록 멤브레인(130)이 제1 캐비티(112)를 커버할 수 있으며, 이에 따라, 히터(120)의 작동에 따라 작동 유체에 열이 전달되어 작동 유체가 상변화를 통해 부피가 팽창하게 되고, 작동 유체의 부피 변화에 따라 탄성 재질로 이루어진 멤브레인(130)이 이와 상응하게 팽창하게 되어, 제2 캐비티(142)로 유입된 이송 유체를 밀어냄으로써 이송 유체를 일방향으로 수송할 수 있는 것이다.The
이 때, 제2 캐비티(142)와 연결되도록 제2 기판(140)에 형성되는 밸브(144)의 작용에 의해 밀려난 이송 유체는 일방향으로 흐를 수 있으며, 이에 대하여는 밸브(144)를 설명하는 부분에서 자세히 설명하도록 한다.At this time, the conveying fluid pushed out by the action of the
한편, 멤브레인(130)은 실리콘을 포함하는 탄성 재질로 이루어질 수 있으며, 이에 따라, 제1 캐비티(112)로부터 작동 유체가 유출되는 것을 방지할 수 있어 보다 효율적인 마이크로 펌프(100)를 구현할 수 있다.On the other hand, the
또한, 멤브레인(130)의 제1 캐비티(112)와 대향하는 면에는, 제1 캐비티(112)와 상응하도록 제3 캐비티(132)가 형성될 수 있으며, 이에 따라, 작동 유체가 주입되는 공간을 간이한 방법으로 증가시킬 수 있음과 동시에 멤브레인(130)의 두께를 줄여 작동 유체의 부피 변화에 보다 민감하게 대응할 수 있게 된다.In addition, a
제3 캐비티(132)는, 제3 캐비티(132)가 형성될 영역을 제외한 멤브레인(130)의 일면에 포토 리소그래피 방식으로 제7 레지스트를 형성하고, 이 제7 레지스트를 제외한 멤브레인(130)의 일면을 딥 반응성 이온 에칭하여 그 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다.The
멤브레인(130)은 접착제(150)를 개재하여 제1 기판(110)과 본딩될 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이, 제1 기판(110)의 일면에는 접착제(150)가 균일하게 분포될 수 있도록 접착 유로(118)가 형성될 수 있으므로, 상온에서 접착제(150)를 이용하여 보다 정밀하고 단순한 공정으로 마이크로 펌프(100)를 제조할 수 있는 것이다.The
또한, 멤브레인(130)은, 제2 기판(140)과는 써멀 본딩(thermal bonding)에 의하여 본딩될 수 있으며, 이에 따라, 제2 기판(140)에 형성되는 밸브(144)에 크게 구애 받지 않고 보다 정밀하게 제2 기판(140)과 멤브레인(130)이 본딩될 수 있다. 이에 대하여는 이하, 제2 기판(140)에 제2 캐비티(142) 및 밸브(144)가 형성되는 공정을 설명하는 부분에 이어서 다시 설명하도록 한다.In addition, the
제2 기판(140)은, 제1 캐비티(112)에 상응하는 제2 캐비티(142)가 일면에 형성되며, 제2 캐비티(142)가 커버되도록 멤브레인(130)과 본딩될 수 있다. 이에 따라, 제2 기판(140)에 형성되는 제2 캐비티(142) 측으로 멤브레인(130)이 팽창하여, 제2 캐비티(142)에 유입된 이송 유체가 멤브레인(130)에 밀려 이송 유체가 일방향으로 이동할 수 있다.The
즉, 제2 기판(140)의 일면에는 이송 유체가 수용되는 제2 캐비티(142)가 형성될 수 있고, 이 제2 캐비티(142)로 유체가 유입되는 이송 유체 유입구(146) 및 제2 캐비티(142)에서 유체가 유출되는 이송 유체 유출구(148)가 형성되어, 멤브레인(130)의 팽창에 따라 제2 캐비티(142)로 이송 유체가 드나들 될 수 있으며, 이송 유체 유입구(146) 및 이송 유체 유출구(148)와, 제2 캐비티(142) 사이에는 밸브(144)가 형성되어 이송 유체가 일방향으로 수송될 수 있도록 하는 것이다. 밸 브(144)의 일방향 수송 기능은 밸브(144)를 설명하는 부분에서 다시 설명하도록 한다.That is, a
한편, 제2 기판(140)은 유리(glass)로 이루어진 유리 기판일 수 있으며, 이에 따라, 제2 캐비티(142) 내에 수용된 이송 유체의 이동 상태를 용이하게 확인할 수 있다.On the other hand, the
밸브(144)는, 제2 캐비티(142)로 유출입되는 이송 유체가 일방향으로 이동하도록 제2 기판(140)의 일면에 형성될 수 있다. 즉, 밸브(144)는 한 쪽 방향으로만 유체가 흐를 수 있는 구조로서, 이송 유체 유입구(146)와 제2 캐비티(142) 사이 및 이송 유체 유출구(148)와 제2 캐비티(142) 사이에 각각 형성되어, 팽창하는 멤브레인(130)에 의해 가압되는 이송 유체를 이송 유체 유입구(146)에서 이송 유체 유출구(148)로 흐르게 할 수 있다.The
한편, 밸브(144)는, 유체가 밸브(144)로 유입되는 입구에서 밸브(144)로 유출되는 출구로 갈수록 단면적이 증가하는 디퓨저(diffuser)일 수 있으며, 이에 따라, 단순한 구조로 이송 유체의 수송이 일방향으로 이루어지게 할 수 있으므로, 보다 작은 사이즈의 마이크로 펌프(100)를 구현할 수 있다.On the other hand, the
전술한 바와 같이, 제2 캐비티(142), 밸브(144), 이송 유체 유입구(146) 및 이송 유체 유출구(148)는 제2 기판(140)에 형성될 수 있으며, 다음과 같은 공정으로 나누어 설명할 수 있다.As described above, the
먼저, 유리로 이루어진 제2 기판(140)의 양면에, 불소(HF)를 에칭액으로 이용하기 위해 폴리 실리콘(poly silicon) 등으로 이루어진 식각 방지층을 형성한다. 이후, 포토 리소그래피 방식으로, 제2 캐비티(142), 밸브(144), 이송 유체 유입구(146) 및 이송 유체 유출구(148)가 형성될 영역을 제외한 제2 기판(140)의 일면 상에 제5 레지스트를 형성하고, 제5 레지스트가 형성된 영역을 제외한 식각 방지층을 반응성 이온 에칭에 의하여 제거한다. 이어서, 제5 레지스트가 형성된 영역을 제외한 제2 기판(140)의 일부를, 예를 들어, 불소를 이용한 습식 에칭 등의 공정에 의하여 제거함으로써, 제2 캐비티(142), 밸브(144) 및 이송 유체 유입구(146)와 이송 유체 유출구(148)의 일부를 형성할 수 있으며, 이후, 식각 방지층을 제거할 수 있다.First, an etch stop layer made of polysilicon is formed on both surfaces of the
다음으로, 포토 리소그래피 방식으로 이송 유체 유입구(146) 및 이송 유체 유출구(148)가 형성될 영역을 제외한 제2 기판(140)의 타면 상에 제6 레지스트를 형성한 이후, 제6 레지스트가 형성된 영역을 제외한 제2 기판(140)의 일부를 샌드 블라스팅(sand blasting) 등의 공정에 의하여 제거함으로써, 이송 유체 유입구(146) 및 이송 유체 유출구(148)를 형성할 수 있다.Next, after the sixth resist is formed on the other surface of the
이와 같이, 제2 기판(140)에 제2 캐비티(142), 밸브(144), 이송 유체 유입구(146) 및 이송 유체 유출구(148)가 형성된 이후에는 써멀 본딩 방식으로 제2 기판(140)에 멤브레인(130)이 본딩될 수 있으며, 이 때, 멤브레인(130)에 대한 가공 공정이 이루어 질 수 있다. 이는 다음과 같이 나누어 설명할 수 있다.As such, after the
먼저, 써멀 본딩에 의하여, 예를 들어, 400마이크로미터의 실리콘으로 이루어진 탄성 멤브레인(130)을 제2 기판(140)에 본딩할 수 있으며, 이에 따라, 제2 기판(140)에 형성되는 밸브(144)의 형상에 제약 없이 보다 정밀하게 제2 기판(140)과 멤브레인(130)이 본딩될 수 있다.First, by thermal bonding, the
다음으로, 전술한 탄성 멤브레인(130)을 예를 들어, CMP(chemical mechanical polishing) 방식에 의하여 예를 들어, 80마이크로미터로 얇게 가공하고, 전술한 바와 같이, 딥 반응성 이온 에칭에 의하여 제3 캐비티(132)를 형성할 수 있다.Next, the above-mentioned
이후, 전술한 바 있는 제1 기판(110)과 멤브레인(130)의 본딩 공정에 따라, 접착제(150)를 이용하여 제1 기판(110)이 멤브레인(130)과 본딩될 수 있으며, 이에 따라, 마이크로 펌프(100)가 제조될 수 있다.Thereafter, according to the bonding process of the
다음으로, 본 발명의 다른 측면에 따른 마이크로 펌프 제조 방법의 일 실시예에 대하여 설명하도록 한다.Next, an embodiment of a micropump manufacturing method according to another aspect of the present invention will be described.
도 8은 본 발명의 다른 측면에 따른 마이크로 펌프 제조 방법의 일 실시예를 나타낸 순서도이고, 도 9 내지 30은 본 발명의 다른 측면에 따른 마이크로 펌프 제조 방법 일 실시예의 각 공정을 나타낸 단면도이다.8 is a flow chart showing an embodiment of a micro pump manufacturing method according to another aspect of the present invention, Figures 9 to 30 is a cross-sectional view showing each process of an embodiment of a micro pump manufacturing method according to another aspect of the present invention.
도 8 내지 도 30을 참조하면, 마이크로 펌프(200), 제1 기판(210), 절연층(211), 제1 캐비티(212), 돌기(214), 작동 유체 주입구(216), 접착 유로(218), 제1 레지스트(first resist, 291), 제2 레지스트(292), 제3 레지스트(293), 제4 레지스트(294), 제5 레지스트(295), 제6 레지스트(296), 제7 레지스트(297), 히터(220), 멤브레인(230), 제3 캐비티(232), 제2 기판(240), 식각 방지층(241), 제2 캐비티(242), 밸브(244), 이송 유체 유입구(246), 이송 유체 유출구(248), 접착 제(250), 온도 센서(260), 전극(270), 보호층(280)이 도시되어 있다.8 to 30, the
본 실시예에 따르면, 딥 반응성 이온 에칭(deep reactive ion etching)에 의하여 제1 캐비티(212) 및 제3 캐비티(232)를 형성함으로써, 종래 기술에 따라 습식 에칭(wet etching)에 의하여 형성하는 경우와는 달리, 작동 유체가 충전되는 공간을 자유로운 형상으로 구현할 수 있는 마이크로 펌프(200) 제조 방법이 제시된다.According to the present embodiment, when the
또한, 제2 기판(240)과 멤브레인(230)을 써멀 본딩(thermal bonding)에 의하여 본딩함으로써, 다양한 종류의 밸브(244)를 보다 정밀하게 적용할 수 있는 마이크로 펌프(200) 제조 방법이 제시된다.In addition, by bonding the
또한, 접착제(250)와 접착 유로(218)를 이용하여 제1 기판(210)과 멤브레인(230)을 상온에서 본딩함으로써, 공정을 단순화할 수 있고 공정 시간을 단축시킬 수 있는 마이크로 펌프(200) 제조 방법이 제시된다.In addition, by bonding the
먼저, 도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 열전달율이 향상되도록 돌기(214)가 형성된 제1 캐비티(212)와, 접착 유로(218)를 딥 반응성 이온 에칭에 의하여 제1 기판(210)(실리콘 기판)의 일면에 형성한다(S110). 본 공정에서 작동 유체를 주입하기 위한 작동 유체 주입구(216)도 함께 형성할 수 있으며, 본 공정에서 딥 반응성 이온 에칭을 사용함에 따라, 종래 기술과 같이 습식 에칭(wet etching)에 의하는 경우와는 달리, 제1 캐비티(212), 접착 유로(218) 및 작동 유체 주입구(216)를 제약 없이 자유로운 형상으로 구현할 수 있다. 이하, 제1 캐비티(212), 접착 유로(218) 및 작동 유체 주입구(216)를 형성하는 공정을 상세히 설명하도록 한다.First, as shown in FIGS. 9 to 12, the
우선, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 실리콘으로 이루어진 제1 기판(210)의 양면에 습식 산화에 의해, 예를 들어, 실리콘 산화막 등의 절연층(211)을 형성한다. 이어서, 도 11에 도시된 바와 같이, 포토 리소그래피(photo-lithography) 방식으로, 절연층(211)이 형성된 제1 기판(210)의 일면 중 제1 캐비티(212), 접착 유로(218) 및 작동 액체 주입구가 형성될 영역을 제외한 영역 상에, 제1 레지스트(291)를 형성하고, 제1 레지스트(291)가 형성된 영역을 제외한 절연층(211)을 에칭하여 제거한다. 다음으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 레지스트(291)가 형성된 영역을 제외한 제1 기판(210)의 일면을 딥 반응성 이온 에칭하여 제1 기판(210)의 일부를 제거함으로써 제1 캐비티(212) 및 접착 유로(218)와, 작동 액체 주입구의 일부를 형성할 수 있다.First, as shown in FIGS. 9 and 10, an insulating
이후, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 포토 리소그래피 방식으로, 절연층(211)이 형성된 제1 기판(210)의 타면 중 작동 액체 주입구가 형성될 영역을 제외한 영역 상에 제2 레지스트(292)를 형성하고, 제2 레지스트(292)가 형성된 영역을 제외한 절연층(211)을 에칭하여 제거한 후, 제2 레지스트(292)가 형성된 영역을 제외한 제1 기판(210)의 타면을 딥 반응성 이온 에칭하여 그 일부를 제거함으로써 작동 액체 주입구를 형성할 수 있다.Subsequently, as shown in FIGS. 13 and 14, in the photolithography method, the second resist (on the other surface of the
여기서, 제1 기판(210)은 실리콘을 포함하여 이루어진 실리콘 기판일 수 있으며, 실리콘 기판은 열전도도가 높아 작동 유체의 열을 효과적으로 방출할 수 있으므로, 마이크로 펌프(200)의 응답 특성이 보다 향상될 수 있다.In this case, the
제1 기판(210)이 실리콘으로 이루어지는 경우, 히터(220), 온도 센서(260) 및 전극(270)과, 실리콘 기판 간의 전기적인 절연을 위하여, 제1 기판(210)은, 최외층에 실리콘 산화막(silicon oxidation)과 같은 절연층(211)이 형성될 수도 있으며, 이 절연층(211)은 실리콘으로 이루어진 제1 기판(210)의 표면을 습식 산화(wet oxidation)시킴으로써 형성될 수 있다.When the
또한, 제1 기판(210)에는, 열전달율이 향상되도록 돌기(214)가 형성된 제1 캐비티(212)가 일면에 형성될 수 있다. 제1 캐비티(212)의 내에는 멤브레인(230)을 팽창시켜 이송 유체를 수송하기 위한 작동 유체가 충전될 수 있고, 이 작동 유체에 히터(220)에서 발생되는 열을 보다 효과적으로 전달하기 위하여 제1 캐비티(212)에는 제1 캐비티(212)의 표면적을 증가시키는 돌기(214)가 형성될 수 있다.In addition, a
한편, 제1 기판(210)의 일면에는, 접착제(250)가 균일하게 분포될 수 있도록 접착 유로(218)가 형성될 수 있으며, 이에 따라, 접착제(250)를 이용하여 상온에서 제1 기판(210)과 멤브레인(230)을 본딩하는 경우, 접착제(250)가 접착 유로(218)를 따라 분포되고 잉여 접착제(250)가 이 접착 유로(218)를 따라 외부로 배출됨으로써, 공정을 단순화하여 공정 시간을 단축시킬 수 있으며, 오차 없이 보다 정밀하게 제1 기판(210)과 멤브레인(230)을 본딩할 수 있다.Meanwhile, an
또한, 제1 기판(210)에는 제1 캐비티(212)로 멤브레인(230)을 팽창시키기는 작동 유체를 주입하기 위한 작동 유체 주입구(216)가 형성될 수 있으며, 작동 유체 주입구(216)를 통해 제1 캐비티(212) 내로 작동 유체를 주입하고, 예를 들어, 실리콘 조각 등을 이용하여 상온에서 접착제로 실링(sealing)할 수 있다.In addition, the
다음으로, 도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 제1 캐비티(212)에 충전되 는 작동 유체가 부피 변화하도록 가열하는 히터(220)와, 히터(220)의 온도를 감지하는 온도 센서(260)를 제1 기판(210)의 타면에 형성한다(S120). 이후에 히터(220) 및 온도 센서(260)를 보호하기 위하여 보호층(280)을 형성할 수도 있으며, 히터(220), 온도 센서(260) 및 보호층(280)을 형성하는 공정은 다음과 같이 나누어 설명할 수 있다.Next, as illustrated in FIGS. 15 to 17, the
우선, 도 15에 도시된 바와 같이, 히터(220) 및 온도 센서(260)가 형성될 영역을 제외한 제1 기판(210)의 타면에 포토 리소그래피 방식으로 제3 레지스트(293)를 형성한다. 이어서, 도 16에 도시된 바와 같이, 제1 기판(210)의 타면에 티타늄 및 백금을 순차적으로 증착한 후, 도 17에 도시된 바와 같이, 리프트 오프(lift-off) 방식에 따라 제3 레지스트(293)를 제거함으로써, 제1 캐비티(212)의 위치에 상응하는 히터(220)와, 이에 인접한 온도 센서(260)를 형성할 수 있다.First, as shown in FIG. 15, the third resist 293 is formed on the other surface of the
이후, 도 18 및 19에 도시된 바와 같이, 히터(220)가 형성된 제1 기판(210)의 타면에, 예를 들어, 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 방식으로 실리콘 나이트라이드와 같은 보호층(280)을 형성하여 히터(220)를 외부로부터 보호할 수 있으며, 전극(270)이 형성될 영역을 제외한 제2 기판(240)의 타면에 포토 리소그래피 방식으로 제4 레지스트(294)를 형성하고 에칭에 의하여 보호층(280)의 일부를 제거함으로써 외부로부터의 전기 공급을 위한 전극(270)을 형성할 수 있다.18 and 19, a protective layer such as silicon nitride may be formed on the other surface of the
여기서, 히터(220)는, 제1 캐비티(212)의 위치와 상응하도록 제1 기판(210)의 타면에 티타늄 및 백금을 이용하여 형성되어, 제1 캐비티(212)에 충전되는 작동 유체를 부피 변화하도록 가열할 수 있다. 즉, 작동 유체는 히터(220)에서 발생된 열을 전달 받아 액체에서 기체로 상변화하며 급격히 부피가 변화될 수 있으며, 이에 따라, 제1 캐비티(212)를 밀폐하는 멤브레인(230)이 팽창하여 제2 캐비티(242)에 유입된 이송 유체를 일방향으로 이동시킬 수 있다.Here, the
또한, 온도 센서(260)는, 제1 기판(210)의 타면에 히터(220)와 인접하도록 형성되어 히터(220)의 온도를 감지할 수 있다. 즉, 온도 센서(260)는, 외부로부터 전기를 공급 받아 열을 발생시키는 히터(220)의 온도를 감지하여 이에 대한 신호를 제어부에 전달함으로써, 마이크로 펌프(200)를 보다 정밀하게 제어할 수 있도록 보조하는 역할을 하게 된다.In addition, the
이 때, 히터(220) 및 온도 센서(260)를 외부 영향으로부터 보호하기 위하여 히터(220) 및 온도 센서(260)의 상부에 실리콘 나이트라이드(silicon nitride) 등과 같은 보호층(280)을 형성할 수 있다. 다만, 히터(220) 및 온도 센서(260)에서 전극(270)으로 이용될 부분은 보호층(280)이 형성되지 않도록 함으로써, 이 전극(270)을 외부로부터 전기를 공급 받는 단자로서 이용할 수 있다.In this case, a
다음으로, 도 20 내지 도 23에 도시된 바와 같이, 제1 캐비티(212)에 상응하는 제2 캐비티(242)와, 제2 캐비티(242)로 유출입되는 이송 유체를 일방향으로 이동시키는 밸브(244)(디퓨저)를 제2 기판(240)(유리 기판)의 일면에 형성한다(S130). 이 때, 이송 유체의 유출입을 위한 이송 유체 유입구(246) 및 이송 유체 유출구(248)도 형성될 수 있으며, 제2 캐비티(242), 밸브(244), 이송 유체 유입구(246) 및 이송 유체 유출구(248)를 형성하는 공정은 다음과 같이 나누어 설명할 수 있다.Next, as shown in FIGS. 20 to 23, a
먼저, 도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이, 유리로 이루어진 제2 기판(240)의 양면에, 불소(HF)를 에칭액으로 이용하기 위해 폴리 실리콘 등으로 이루어진 식각 방지층(241)을 형성한다. 이후, 도 22에 도시된 바와 같이, 포토 리소그래피 방식으로, 제2 캐비티(242), 밸브(244), 이송 유체 유입구(246) 및 이송 유체 유출구(248)가 형성될 영역을 제외한 제2 기판(240)의 일면 상에 제5 레지스트(295)를 형성하고, 제5 레지스트(295)가 형성된 영역을 제외한 식각 방지층(241)을 에칭하여 제거한다. 이어서, 도 23에 도시된 바와 같이, 제5 레지스트(295)가 형성된 영역을 제외한 제2 기판(240)의 일부를, 예를 들어, 불소를 이용한 습식 에칭 등의 공정에 의하여 제거함으로써, 제2 캐비티(242), 밸브(244) 및 이송 유체 유입구(246)와 이송 유체 유출구(248)의 일부를 형성할 수 있으며, 이후, 식각 방치층을 제거할 수 있다.First, as shown in FIGS. 20 and 21, an
다음으로, 도 24에 도시된 바와 같이, 포토 리소그래피 방식으로 이송 유체 유입구(246) 및 이송 유체 유출구(248)가 형성될 영역을 제외한 제2 기판(240)의 타면 상에 제6 레지스트(296)를 형성한 이후, 제6 레지스트(296)가 형성된 영역을 제외한 제2 기판(240)의 일부를 샌드 블라스팅(sand blasting) 등의 공정에 의하여 제거함으로써, 이송 유체 유입구(246) 및 이송 유체 유출구(248)를 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 24, the sixth resist 296 is formed on the other surface of the
여기서, 제2 기판(240)에는 제1 캐비티(212)에 상응하는 제2 캐비티(242)가 일면에 형성되며, 제2 기판(240)은 제2 캐비티(242)가 커버되도록 멤브레인(230)과 본딩될 수 있다. 이에 따라, 제2 기판(240)에 형성되는 제2 캐비티(242) 측으로 멤 브레인(230)이 팽창하여, 제2 캐비티(242)에 유입된 이송 유체가 멤브레인(230)에 밀려 이송 유체가 일방향으로 이동할 수 있다.Here, a
즉, 제2 기판(240)의 일면에는 이송 유체가 수용되는 제2 캐비티(242)가 형성될 수 있고, 이 제2 캐비티(242)로 유체가 유입되는 이송 유체 유입구(246) 및 제2 캐비티(242)에서 유체가 유출되는 이송 유체 유출구(248)가 형성되어, 멤브레인(230)의 팽창에 따라 제2 캐비티(242)로 이송 유체가 드나들 될 수 있으며, 이송 유체 유입구(246) 및 이송 유체 유출구(248)와, 제2 캐비티(242) 사이에는 밸브(244)가 개재되어 이송 유체가 일방향으로 수송될 수 있도록 하는 것이다.That is, a
한편, 제2 기판(240)은 유리(glass)로 이루어진 유리 기판일 수 있으며, 이에 따라, 제2 캐비티(242) 내에 수용된 이송 유체의 이동 상태를 용이하게 확인할 수 있다.On the other hand, the
또한, 밸브(244)는, 제2 캐비티(242)로 유출입되는 이송 유체가 일방향으로 이동하도록 제2 기판(240)의 일면에 형성될 수 있다. 즉, 밸브(244)는 한 쪽 방향으로만 유체가 흐를 수 있는 구조로서, 이송 유체 유입구(246)와 제2 캐비티(242) 사이 및 이송 유체 유출구(248)와 제2 캐비티(242) 사이에 각각 형성되어, 팽창하는 멤브레인(230)에 의해 가압되는 이송 유체를 이송 유체 유입구(246)에서 이송 유체 유출구(248)로 흐르게 할 수 있다.In addition, the
한편, 밸브(244)는, 유체가 밸브(244)로 유입되는 입구에서 밸브(244)로 유출되는 출구로 갈수록 단면적이 증가하는 디퓨저(diffuser)일 수 있으며, 이에 따라, 단순한 구조로 이송 유체의 수송이 일방향으로 이루어지게 할 수 있으므로, 보 다 작은 사이즈의 마이크로 펌프(200)를 구현할 수 있다.On the other hand, the
다음으로, 도 26 및 도 27에 도시된 바와 같이, 써멀 본딩에 의하여, 제2 캐비티(242)가 커버되도록 제2 기판(240)과 멤브레인(230)을 본딩한다(S140). 이에 따라, 제2 기판(240)에 형성되는 밸브(244)의 형상에 제약 없이 보다 정밀하게 제2 기판(240)과 멤브레인(230)이 본딩될 수 있다.Next, as illustrated in FIGS. 26 and 27, the
즉, 도 26에 도시된 바와 같이, 써멀 본딩에 의하여, 예를 들어, 400마이크로미터의 실리콘으로 이루어진 탄성 멤브레인(230)을 제2 기판(240)에 본딩할 수 있으며, 이어서, 도 27에 도시된 바와 같이, 전술한 탄성 멤브레인(230)을 예를 들어, CMP(chemical mechanical polishing) 방식에 의하여, 예를 들어, 80마이크로미터로 얇게 가공할 수 있다.That is, as shown in FIG. 26, an
여기서, 멤브레인(230)은, 제1 기판(210)의 일면에 제1 캐비티(212)를 커버하도록 본딩되어, 작동 유체의 부피 변화에 상응하게 팽창될 수 있다. 즉, 제1 캐비티(212)에 충전되는 작동 유체를 제1 캐비티(212) 내에 밀페하도록 멤브레인(230)이 제1 캐비티(212)를 커버할 수 있으며, 이에 따라, 히터(220)의 작동에 따라 작동 유체에 열이 전달되어 작동 유체가 상변화를 통해 부피가 팽창하게 되고, 작동 유체의 부피 변화에 따라 탄성 재질로 이루어진 멤브레인(230)이 이와 상응하게 팽창하게 되어, 제2 캐비티(242)로 유입된 이송 유체를 밀어냄으로써 이송 유체를 일방향으로 수송할 수 있는 것이다.Here, the
이 때, 전술한 바와 같이, 제2 캐비티(242)와 연결되도록 제2 기판(240)에 형성되는 밸브(244)의 작용에 의해 밀려난 이송 유체는 일방향으로 흐를 수 있다.At this time, as described above, the transport fluid pushed out by the action of the
한편, 멤브레인(230)은 실리콘을 포함하는 탄성 재질로 이루어질 수 있으며, 이에 따라, 제1 캐비티(212)로부터 작동 유체가 유출되는 것을 방지할 수 있어 보다 효율적인 마이크로 펌프(200)를 구현할 수 있다.On the other hand, the
다음으로, 도 28 및 도 29에 도시된 바와 같이, 딥 반응성 이온 에칭에 의하여 멤브레인(230)의 제1 캐비티(212)와 대향하는 면에 제1 캐비티(212)와 상응하도록 제3 캐비티(232)를 형성한다(S150). 즉, 제3 캐비티(232)는, 제3 캐비티(232)가 형성될 영역을 제외한 멤브레인(230)의 일면에 포토 리소그래피 방식으로 제7 레지스트(297)를 형성하고, 이 제7 레지스트(297)를 제외한 멤브레인(230)의 일면을 딥 반응성 이온 에칭하여 그 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다.Next, as shown in FIGS. 28 and 29, the
여기서, 제3 캐비티(232)는, 멤브레인(230)의 제1 캐비티(212)와 대향하는 면에 제1 캐비티(212)와 상응하도록 형성될 수 있으며, 이에 따라, 작동 유체가 주입되는 공간을 간이한 방법으로 증가시킬 수 있음과 동시에 멤브레인(230)의 두께를 줄여 작동 유체의 부피 변화에 보다 민감하게 대응할 수 있게 된다.Here, the
다음으로, 도 30에 도시된 바와 같이, 멤브레인(230)을 작동 유체의 부피 변화에 상응하게 팽창시키기 위해, 상온에서 접착제(250)를 개재하여 멤브레인(230)을 제1 기판(210)의 일면에 제1 캐비티(212)를 커버하도록 본딩한다(S160).Next, as shown in FIG. 30, in order to expand the
즉, 전술한 바와 같이, 제1 기판(210)의 일면에는 접착제(250)가 균일하게 분포될 수 있도록 접착 유로(218)가 형성될 수 있으므로, 상온에서 접착제(250)를 이용하여 보다 정밀하고 단순한 공정으로 마이크로 펌프(200)를 제조할 수 있는 것이다.That is, as described above, since the
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.Many embodiments other than the above-described embodiments are within the scope of the claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 펌프의 일 실시예를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a micro pump according to an aspect of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 펌프의 일부인, 히터, 온도 센서 및 제1 기판의 일 실시예를 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view of one embodiment of a heater, a temperature sensor, and a first substrate, which is part of a micropump according to one aspect of the present invention;
도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 펌프의 일부인, 히터, 온도 센서 및 제1 기판의 일 실시예를 나타낸 저면도.3 is a bottom view of one embodiment of a heater, a temperature sensor, and a first substrate, which is part of a micropump according to one aspect of the present invention;
도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 펌프의 일부인, 히터, 온도 센서 및 제1 기판 일 실시예를 나타낸 평면도.4 is a plan view of an embodiment of a heater, a temperature sensor, and a first substrate, which is part of a micropump according to one aspect of the present invention;
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 펌프의 일부인, 멤브레인, 밸브 및 제2 기판의 일 실시예를 나타낸 단면도.5 is a cross-sectional view of one embodiment of a membrane, a valve and a second substrate, which is part of a micropump according to one aspect of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 펌프의 일부인, 멤브레인, 밸브 및 제2 기판의 일 실시예를 나타낸 저면도.6 is a bottom view showing one embodiment of a membrane, a valve and a second substrate, which is part of a micropump according to one aspect of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 펌프의 일부인, 멤브레인, 밸브 및 제2 기판의 일 실시예를 나타낸 평면도.7 is a plan view showing one embodiment of a membrane, a valve and a second substrate, which is part of a micropump according to one aspect of the present invention.
도 8은 본 발명의 다른 측면에 따른 마이크로 펌프 제조 방법의 일 실시예를 나타낸 순서도.8 is a flow chart showing an embodiment of a method for manufacturing a micropump according to another aspect of the present invention.
도 9 내지 30은 본 발명의 다른 측면에 따른 마이크로 펌프 제조 방법 일 실시예의 각 공정을 나타낸 단면도.9 to 30 are cross-sectional views showing each process of the micropump manufacturing method according to another aspect of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100: 마이크로 펌프 110: 제1 기판100: micro pump 110: first substrate
111: 절연층 112: 제1 캐비티111: insulating layer 112: first cavity
114: 돌기 116: 작동 유체 주입구114: projection 116: working fluid inlet
118: 접착 유로 120: 히터118: adhesive flow path 120: heater
130: 멤브레인 132: 제3 캐비티130: membrane 132: third cavity
140: 제2 기판 142: 제2 캐비티140: second substrate 142: second cavity
144: 밸브 146: 이송 유체 유입구144: valve 146: transfer fluid inlet
148: 이송 유체 유출구 150: 접착제148: conveying fluid outlet 150: adhesive
160: 온도 센서 170: 전극160: temperature sensor 170: electrode
180: 보호층180: protective layer
Claims (21)
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Citations (2)
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JP2003094395A (en) * | 2001-09-26 | 2003-04-03 | Olympus Optical Co Ltd | Arrayed micro fluid control device |
US6994151B2 (en) | 2002-10-22 | 2006-02-07 | Cooligy, Inc. | Vapor escape microchannel heat exchanger |
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2008
- 2008-05-07 KR KR1020080042152A patent/KR100989582B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003094395A (en) * | 2001-09-26 | 2003-04-03 | Olympus Optical Co Ltd | Arrayed micro fluid control device |
US6994151B2 (en) | 2002-10-22 | 2006-02-07 | Cooligy, Inc. | Vapor escape microchannel heat exchanger |
Non-Patent Citations (1)
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Sensors and Actuators A 120 (2005) 36-369 * |
Also Published As
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