KR101392426B1 - 마이크로 채널 소자 및 마이크로 채널 소자의 제작방법 - Google Patents

마이크로 채널 소자 및 마이크로 채널 소자의 제작방법 Download PDF

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유영은
장성환
김정엽
이경호
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Abstract

본 발명은 마이크로 채널 소자에 관한 것으로서, 요부와 철부가 형성된 제1구조체와, 상기 요부를 마감하여 채널을 형성하는 제2구조체를 구비하는 구조체; 상기 구조체가 수용되며, 상기 제1구조체 및 상기 제2구조체의 체결력을 향상시키도록 상기 구조체의 외면에 압력을 가하는 유체가 수용되는 수용부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 유체를 이용하여 구조체 외면의 전면적에 균일한 압력을 인가함으로써, 마이크로 채널을 형성할 수 있는 마이크로 채널 소자가 제공된다.

Description

마이크로 채널 소자 및 마이크로 채널 소자의 제작방법 {MICRO-CHANNEL DEVICE AND MANUFACTURING OF MICRO-CHANNEL DEVICE}
본 발명은 마이크로 채널 소자 및 마이크로 채널 소자의 제작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 채널이 형성되는 구조체와 구조체를 수용하며, 유체를 수용하는 수용부를 이용하여 구조체의 외면에 일정한 압력을 가함으로써, 마이크로 채널을 형성할 수 있는 마이크로 채널 소자와, 이를 용이하게 제작할 수 있는 마이크로 채널 소자의 제작방법에 관한 것이다.
마이크로(혹은 나노) 채널이란 미세소자 등에 사용되는 수 마이크로 단위 혹은 수 나노단위의 미세 유로를 의미하는 것이다.
최근 MEMS(Micro Electro - Mechanical Systems) 기술의 개발과 함께 마이크로 시스템의 기능성, 경량화, 저가 대량 생산의 장점이 제시되면서 효율적인 소자를 개발하기 위한 마이크로 채널의 제작에 관한 연구들이 수행되고 있다.
도 1은 종래의 마이크로 채널을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 마이크로 채널은 요철부가 구비된 구조체(10)와 덮개구조체(20)가 결합되어 구성되며, 양 구조체를 접촉시킨 다음 양 구조체의 가장자리를 물리적으로 체결하거나 접착제를 이용하여 접착함으로써 마이크로 채널을 제작하였다.
이러한 종래의 기술로 제작된 마이크로 채널은 구조체의 전면적에 균일한 압력이 인가되지 않아 일부 채널에서 누수현상이 발생하는 등의 문제점이 있었으며, 물리적으로 체결하거나 접착제를 이용하여 양 구조체를 결합하는 구조였기 때문에, 양 구조체를 분리하기가 까다로워 유지, 보수의 측면에서의 불편함이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 요철부가 형성되는 제1구조체 및 요부를 마감하여 채널을 형성하는 제2구조체를 구비하는 구조체와 구조체에 일정한 압력을 인가하는 유체를 수용하는 수용부를 이용하여, 구조체 외면의 전면적에 균일한 압력을 인가함으로써 마이크로 채널을 형성할 수 있는 마이크로 채널 소자를 제공함에 있다.
또한, 요철부가 형성되는 제1구조체를 제작하며, 제2구조체로 요부를 마감하여 채널을 형성하며, 수용부에 구조체 및 유체를 수용시켜 구조체의 외면에 압력을 가압하는 것을 이용하여, 마이크로 채널 소자를 용이하게 제작할 수 있는 마이크로 채널 소자의 제작방법을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 요부와 철부가 형성된 제1구조체와, 상기 요부를 마감하여 채널을 형성하는 제2구조체를 구비하는 구조체; 상기 구조체가 수용되며, 상기 제1구조체 및 상기 제2구조체의 체결력을 향상시키도록 상기 구조체의 외면에 압력을 가하는 유체가 수용되는 수용부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 소자에 의해 달성된다.
또한, 본 발명은 상기 수용부와 연결되어 상기 수용부의 내부로 유체를 공급하는 유체공급부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 요부와 철부가 형성된 제1구조체와, 상기 요부를 마감하여 채널을 형성하는 제2구조체를 구비하는 구조체; 상기 구조체를 수용하는 수용부; 상기 수용부과 연결되어 상기 수용부의 내부의 유체를 흡입하는 유체흡입부;를 포함하며, 상기 수용부의 내부의 유체가 상기 유체흡입부에 의해 흡입됨으로써 상기 수용부가 수축되어 상기 구조체의 외면에 일정한 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 소자에 의해 달성된다.
또한, 본 발명은 상기 제1구조체와 상기 제2구조체 사이에 개재되며, 상기 제1구조체의 철부의 일부를 수용하여 상기 채널의 높이가 균일해지도록 하는 버퍼층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 버퍼층의 두께는 상기 채널의 높이에 따라 조절될 수 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 요부와 철부가 형성되는 제1구조체를 제작하는 제1구조체 제작단계; 제2구조체로 상기 요부를 마감하여 채널을 형성하는 채널형성단계; 수용부의 내부에 상기 제1구조체 및 상기 제2구조체를 수용시킨 다음, 상기 수용부의 내부로 유체를 공급하여 공급되는 유체가 상기 제1구조체 및 상기 제2구조체의 외면에 일정한 압력을 가하는 가압단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 소자의 제작방법에 의해 달성된다.
또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 요부와 철부가 형성되는 제1구조체를 제작하는 제1구조체 제작단계; 제2구조체로 상기 요부를 마감하여 채널을 형성하는 채널형성단계; 수용부의 내부에 상기 제1구조체 및 상기 제2구조체를 수용시킨 다음, 상기 수용부의 내부의 유체를 흡입함으로써 상기 수용부를 수축시켜 상기 수용부가 상기 제1구조체 및 상기 제2구조체의 외면에 일정한 압력을 가하는 가압단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 소자의 제작방법에 의해 달성된다.
또한, 본 발명은 상기 채널형성단계 이전, 상기 철부가 형성되는 단면에 버퍼층을 형성하는 버퍼층 형성단계를 더 포함할 수 있다.
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본 발명에 따르면, 요철부가 형성되는 제1구조체 및 요부를 마감하여 채널을 형성하는 제2구조체를 구비하는 구조체와 구조체에 일정한 압력을 인가하는 유체를 수용하는 수용부를 이용하여, 구조체 외면의 전면적에 균일한 압력을 가하므로써, 마이크로 채널을 제작할 수 있는 마이크로 채널 소자가 제공된다.
또한, 유체공급부를 이용하여 수용부 내부로 유체를 공급하여 구조체의 외면에 일정한 압력을 가할 수 있다.
또한, 유체흡입부를 이용하여 수용부의 내부의 유체를 흡입함으로써 수용부를 수축시켜 구조체의 외면에 일정한 압력을 가할 수 있다.
또한, 제1구조체와 제2구조체 사이에 개재되며 제1구조체의 철부의 일부를 수용하는 버퍼층을 이용하여, 채널의 높이를 균일하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 요철부가 형성되는 제1구조체를 제작하며, 제2구조체로 요부를 마감하여 채널을 형성하며, 수용부에 구조체 및 유체를 수용시켜 구조체의 외면에 일정한 압력을 가압하는 것을 이용하여, 마이크로 채널을 용이하게 제작할 수 있는 마이크로 채널 소자의 제작방법이 제공된다.
도 1은 종래의 마이크로 채널을 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로 채널 소자를 개략적으로 도시한 것이고,
도 3은 도 2의 마이크로 채널 소자의 구조체의 버퍼층을 개략적으로 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로 채널 소자를 개략적으로 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로 채널 소자의 제조방법의 공정흐름도이다.
설명에 앞서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로 채널 소자에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로 채널 소자를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로 채널 소자(100)는 제1구조체(111) 및 제2구조체(112)를 구비하는 구조체(110)와 구조체(110)를 수용하는 수용부(120)와 제1구조체와 제2구조체 사이에 개재되는 버퍼층(130)과 수용부(120) 내부로 유체를 공급하는 유체공급부(140)를 포함한다.
상기 구조체(110)는 마이크로 채널(C)을 구비하는 구조체로써, 후술하는 제1구조체(111)와 제2구조체(112)를 포함한다.
제1구조체(111)는 다수의 요부와 철부가 형성되는 구조체이며, 후술하는 제2구조체(112)에 의해 요부가 마감되어 마이크로 채널(C)을 형성한다.
제2구조체(112)는 제1구조체(111)의 요부를 마감하여 마이크로 채널(C)을 형성한다.
제1구조체(111)의 철부와 후술하는 제2구조체(112)의 일면에 형성되는 버퍼층(130)과 접촉되며, 후술하는 수용부(120)에서 제공되는 균일한 압력에 의해 제1구조체(111)와 제2구조체(112)가 결합된다.
상기 수용부(120)는 구조체(110)에 일정한 압력이 인가되도록 구조체(110)를 수용한다.
구조체(110) 내부에 구비된 마이크로 채널(C)이 외부와 연결되도록 수용부(120)에는 수용부(120)의 내부와 외부 사이에 설치되는 한쌍의 포트(미도시)가 구비되며, 마이크로 채널(C)이 노출되는 구조체(110)의 단면에 포트(미도시)가 각각 연결된다.
포트(미도시)는 수용부(120) 내부의 기밀성을 위해 실링(Sealing) 처리되어 수용부(120)와 접착되는 것이 바람직하다.
상기 버퍼층(130)은 제1구조체(111)와 제2구조체(112) 사이에 개재되며, 제1구조체(111)의 철부의 일부를 수용하여 마이크로 채널(C)의 높이가 균일해지도록 한다.
상기 유체공급부(140)는 수용부(120)에 연결되며, 수용부(120)로 유체(F)를 공급한다.
공급된 유체(F)가 구조체(110)의 외면 전체를 균일한 압력으로 가압함으로써 제1구조체(111)와 제2구조체(112)가 균일한 압력에 의해 결합된다.
유체는 필요한 압력에 따라 기체 혹은 액체 등 종류를 달리하거나, 밀도 등을 달리하여 사용할 수 있다.
따라서 이러한 균일한 압력으로 제조되는 다수의 마이크로 채널(C)은 종래의 마이크로 채널이 가지는 누수현상 등의 단점을 극복할 수 있다.
또한, 종래와 같이 영구적인 결합방법이 아닌 압력에 의해서 결합하기 때문에, 재분리가 쉬워 마이크로 채널(C)의 유지, 보수가 용이하다.
도 3는 도 1의 마이크로 채널 소자의 구조체의 버퍼층을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 버퍼층(130)은 제1구조체(111)와 제2구조체(112) 사이에 개재되며, 제1구조체(111)의 철부의 일부를 수용하여 마이크로 채널(C)의 높이가 균일해지도록 한다.
제1구조체(111)의 다수의 철부가 균일한 높이로 형성되지 않는 경우, 제2구조체(112)와의 접촉시 균일하게 접촉되지 못하는 문제가 생길 수 있다.
따라서, 제1구조체(111)의 요철부가 형성된 단면에 탄성력을 가지는 재질로 구비되는 버퍼층(130)을 형성하고 제2구조체(112)와 버퍼층(130)을 접촉시킴으로써, 제1구조체(111)와 제2구조체(112)가 수용부(120) 내부에서 균일한 압력으로 상호 결합하게 할 수 있다.
버퍼층(130)은 구조체에 인가되는 압력에 의해 변형이 가능한 수준의 탄성력을 가지는 재질로 구비되나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 버퍼층(130)의 두께는 제1구조체(111)와 제2구조체(112)가 결합되어 형성될 마이크로 채널(C)의 높이에 의해 조절되며, 바람직하게는 마이크로 채널(C)의 높이의 10% 이하로 결정되나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로 채널 소자에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로 채널 소자를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로 채널 소자(200)는 제1구조체(111) 및 제2구조체(112)를 구비하는 구조체(110)와 구조체(110)를 수용하는 수용부(120)와 제1구조체와 제2구조체 사이에 개재되는 버퍼층(130)과 수용부(120) 내부의 유체를 흡입하는 유체흡입부(240)를 포함한다.
다만, 본 실시예에서 구조체(110)와 수용부(120)와 버퍼층(130)은 제1실시예에서 상술한 구성요소와 동일한 것이므로 중복 설명은 생략한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유체흡입부(240)는 수용부(120)에 연결되며, 수용부(120)의 유체(F)를 흡입한다.
수용부(120)의 유체(F)를 유체흡입부(250)가 흡입하면, 수용부(120)는 수축하게 되며, 구조체(110)의 외면와 수용부(120)가 밀착하게 된다. 따라서 수용부(120) 외부의 압력에 의해 구조체(110)의 외면 전체를 균일한 압력으로 가압하게 되고, 결론적으로 제1실시예에서 상술한 바와 같이, 제1구조체(111)와 제2구조체(112)가 균일한 압력에 의해 결합된다.
따라서 이러한 균일한 압력으로 제조되는 다수의 마이크로 채널(C)은 종래의 마이크로 채널이 가지는 누수현상 등의 단점을 극복할 수 있다.
또한, 종래와 같이 영구적인 결합방법이 아닌 압력에 의해서 결합하기 때문에, 재분리가 쉬워 마이크로 채널(C)의 유지, 보수가 용이하다.
지금부터는 첨부한 도면을 참조하여 상술한 마이크로 채널 소자의 제조방법에 대해서 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로 채널 소자의 제조방법의 공정흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 마이크로 채널 소자의 제조방법(S100)은 제1구조체 제작단계(S110)와 버퍼층형성단계(S120)와 채널형성단계(S130)와 가압단계(S140)를 포함한다.
상기 제1구조체 제작단계(S110)는 요부와 철부가 형성되는 제1구조체(111)를 제작하는 단계이며, 포토리스크래피(Photo Lithography) 방법, 나노임프린트(Nano Imprint) 방법이나 블록혼성중합체(Block Co-Polyme) 성형방법 또는 양극산화알루미늄(AAO : Anodic Aluminum Oxide) 성형방법, 사출 성형방법, 압축 성형방법 등을 이용할 수 있다.
상기 버퍼층형성단계(S120)는 제1구조체(111)의 철부를 일부분 수용하도록 제1구조체(111)의 철부가 형성된 단면에 버퍼층(130)을 형성하는 단계이며, 코팅(Coating)방법, 적층(Lamination)방법, 열 또는 화학 처리하는 방법 등을 이용하여 버퍼층(130)을 형성할 수 있다.
상기 채널형성단계(S130)는 제2구조체(112)로 제1구조체(111)의 요부를 마감하여 마이크로 채널(C)을 형성하는 단계이며, 제1구조체(111)에 철부가 형성된 단면의 버퍼층(130)을 제2구조체(112)와 접착시켜, 마이크로 채널(C)을 형성할 수 있다.
상기 가압단계(S140)는 수용부(120) 내부에 제1구조체(111) 및 제2구조체(112)를 수용시켜 제1구조체(111) 및 제2구조체(112)의 외면에 일정한 압력을 가하는 단계이다.
수용부(120) 내부로 유체를 공급하여 공급되는 유체에 의하여 제1구조체(111) 및 제2구조체(112)를 가압할 수 있으며, 수용부(120) 내부의 유체를 흡입함으로써 수용부(120)를 수축시켜 제1구조체(111) 및 제2구조체(112)의 외면에 일정한 압력을 가할 수 있다.
이와 같은 공정에 의해서 향상된 결합구조가 구비된 마이크로 채널(C)이 최종적으로 완성된다.
따라서, 본 발명 마이크로 채널 소자의 제작방법에 따르면, 구조체 외면의 전면적에 균일한 압력을 인가함으로써 마이크로 채널 소자를 제작할 수 있다.
또한, 요철부가 형성되는 제1구조체를 제작하며, 제2구조체로 요부를 마감하여 채널을 형성하며, 수용부에 구조체 및 유체를 수용시켜 구조체의 외면에 일정한 압력을 가압하는 것을 이용하여, 마이크로 채널 소자를 용이하게 제작할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
10 : 종래의 마이크로 채널의 덮개구조체
20 : 종래의 마이크로 채널의 요철부가 구비된 구조체
100 : 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로 채널 소자
200 : 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로 채널 소자
110 : 구조체 111 : 제1구조체
112 : 제2구조체 120 : 수용부
130 : 버퍼층 140 : 유체공급부
240 : 유체흡입부 F : 유체
C : 마이크로 채널

Claims (9)

  1. 요부와 철부가 형성된 제1구조체와, 상기 요부를 마감하여 채널을 형성하는 제2구조체를 구비하는 구조체;
    상기 구조체가 수용되며, 상기 제1구조체 및 상기 제2구조체의 체결력을 향상시키도록 상기 구조체의 외면에 압력을 가하는 유체가 수용되는 수용부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용부와 연결되어 상기 수용부의 내부로 유체를 공급하는 유체공급부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 소자.
  3. 요부와 철부가 형성된 제1구조체와, 상기 요부를 마감하여 채널을 형성하는 제2구조체를 구비하는 구조체;
    상기 구조체를 수용하는 수용부;
    상기 수용부과 연결되어 상기 수용부의 내부의 유체를 흡입하는 유체흡입부;를 포함하며, 상기 수용부의 내부의 유체가 상기 유체흡입부에 의해 흡입됨으로써 상기 수용부가 수축되어 상기 구조체의 외면에 일정한 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1구조체와 상기 제2구조체 사이에 개재되며, 상기 제1구조체의 철부의 일부를 수용하여 상기 채널의 높이가 균일해지도록 하는 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 버퍼층의 두께는 상기 채널의 높이에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 소자.
  6. 요부와 철부가 형성되는 제1구조체를 제작하는 제1구조체 제작단계;
    제2구조체로 상기 요부를 마감하여 채널을 형성하는 채널형성단계;
    수용부의 내부에 상기 제1구조체 및 상기 제2구조체를 수용시킨 다음, 상기 수용부의 내부로 유체를 공급하여 공급되는 유체가 상기 제1구조체 및 상기 제2구조체의 외면에 일정한 압력을 가하는 가압단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 소자의 제작방법.
  7. 요부와 철부가 형성되는 제1구조체를 제작하는 제1구조체 제작단계;
    제2구조체로 상기 요부를 마감하여 채널을 형성하는 채널형성단계;
    수용부의 내부에 상기 제1구조체 및 상기 제2구조체를 수용시킨 다음, 상기 수용부의 내부의 유체를 흡입함으로써 상기 수용부를 수축시켜 상기 수용부가 상기 제1구조체 및 상기 제2구조체의 외면에 일정한 압력을 가하는 가압단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 소자의 제작방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 채널형성단계 이전, 상기 철부가 형성되는 단면에 버퍼층을 형성하는 버퍼층 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 소자의 제작방법.
  9. 삭제
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