KR19990041902A - Micro valve - Google Patents

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KR19990041902A
KR19990041902A KR1019970062577A KR19970062577A KR19990041902A KR 19990041902 A KR19990041902 A KR 19990041902A KR 1019970062577 A KR1019970062577 A KR 1019970062577A KR 19970062577 A KR19970062577 A KR 19970062577A KR 19990041902 A KR19990041902 A KR 19990041902A
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diaphragm
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microvalve
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최해용
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이형도
삼성전기 주식회사
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Abstract

본 발명은 박막형상기억합금을 이용하여 유체의 흐름이 단속되도록 함으로써, 구조가 간단하고 반도체 제조공정을 이용하여 제작함으로 양산성이 좋으며 소형화, 큰 변위량, 큰 발생력을 얻을수 있는 마이크로 밸브에 관한 것으로서, 특히 상면에 결합된 진동판이 휨변형될수 있는 공간부와 유체가 흐르는 입구가 각각 형성된 기판; 상기 기판의 상부에 상기 진동판을 덮은 상태로 구비되어 온도변화에 따라 형상변화되면서 상기 진동판을 진동시키는 박막형상기억합금; 그리고 상기 기판의 상부에 구비되고 상기 입구와 통하는 유로가 형성되며 상기 유로의 일측에 상기 박막형상기억합금의 진동에 의해 개폐되면서 유체가 단속적으로 배출되는 출구가 형성된 유로판이 구비된 특징이 있다.The present invention relates to a microvalve capable of obtaining a small size, a large displacement amount, and a large generating force by having a simple structure and good productivity by using a semiconductor manufacturing process by allowing a fluid flow to be interrupted by using a thin film-type suppression alloy. In particular, the substrate is formed with a space in which the diaphragm coupled to the upper surface can be bent deformation and the fluid inlet flows; A thin film type retaining alloy provided on the substrate to cover the diaphragm to vibrate the diaphragm while changing its shape according to temperature change; And a flow path plate provided at an upper portion of the substrate and communicating with the inlet, and having a flow path plate formed at one side of the flow path and having an outlet through which the fluid is intermittently discharged while being opened and closed by the vibration of the thin film-type storage alloy.

Description

마이크로 밸브Micro valve

본 발명은 마이크로 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막형상기억합금의 상변화를 이용하여 유체의 흐름이 제어되도록 함으로써, 소형으로 제작할 수 있고 또한 반도체 박막제조공정을 이용하여 제조함으로 공정이 단순화되는 마이크로 밸브에 관한 것이다.The present invention relates to a microvalve, and more particularly, to control the flow of a fluid by using a phase change of a thin film-type retaining alloy, which can be made compact, and is simplified by manufacturing using a semiconductor thin film manufacturing process. Relates to a microvalve.

일반적으로 마이크로 밸브는 유체의 흐름을 단속하여 정확한 양의 유체를 공급하는 장치로 높은 신뢰성과 소형화가 요구된다. 이것은 주로 의학, 사무자동화, 화학분석, 산업공정조정등에 사용되는 것으로 정전기력, 압전소자, 전자기력 등의 방식이 이용된다.In general, a microvalve is a device that supplies an accurate amount of fluid by intermittent fluid flow and requires high reliability and miniaturization. It is mainly used in medicine, office automation, chemical analysis, industrial process adjustment, and the like, such as electrostatic force, piezoelectric element, and electromagnetic force.

도 1은 가열식의 원리를 이용한 것으로 몸체(1)의 하부에 유체가 유입되는 입구(2)가 구비되고 상부에는 출구(5)가 구비된다. 그리고 몸체(1)의 중앙에 입구(2)를 선택적으로 개폐하는 밸브판(3)이 구비되며 밸브판(3)의 상면 양측에는 전류가 통전될 때 발열하는 히터(4)가 구비된다. 이처럼 구성된 종래의 마이크로 밸브는 히터(4)의 가열에 따라 밸브판(3)이 상,하측 방향으로 진동 하게 되고 이때 유체가 입구(2)를 거쳐 출구(5) 쪽으로 배출된다. 배출되는 과정에서 밸브판(3)의 진동에 의해 일정량의 유체가 가압된 상태로 배출된다.FIG. 1 is based on the principle of heating and has an inlet 2 through which fluid flows in the lower part of the body 1, and an outlet 5 at the top. And the valve plate 3 for selectively opening and closing the inlet (2) is provided in the center of the body (1) and both sides of the upper surface of the valve plate 3 is provided with a heater (4) that generates heat when the current is energized. In the conventional microvalve configured as described above, the valve plate 3 vibrates in the up and down directions as the heater 4 is heated, and the fluid is discharged toward the outlet 5 through the inlet 2. In the discharging process, a certain amount of fluid is discharged in a pressurized state by the vibration of the valve plate 3.

그러나 가열에 따른 열팽창을 이용하여 밸브판(3)이 진동하는 것이므로 변위량을 크게하기 위해 소형화가 불가능하고 또한 밸브판(3)의 진동에 따른 작동 주파수가 낮은 문제점이 있다.However, since the valve plate 3 vibrates using thermal expansion due to heating, miniaturization is impossible to increase the displacement amount, and there is a problem in that the operating frequency due to the vibration of the valve plate 3 is low.

도 2는 정전기력을 이용한 방식으로 몸체(1)의 양측에 서로 연통된 입구(2)와 출구(5)가 구비되고 몸체(1)의 상측에는 밸브판(3)이 구비된다. 여기서 밸브판(3)은 정전기력이 발생되는 정전기판으로 구성되어 정전기가 발생되면 밸브판(3)이 상하측으로 진동하게 되고 이 과정에서 유체가 입구(2)와 출구(5)를 거쳐 원하는 곳으로 배출된다.2 is provided with an inlet 2 and an outlet 5 communicating with each other on both sides of the body 1 in a manner using electrostatic force, and a valve plate 3 on the upper side of the body 1. Here, the valve plate 3 is composed of an electrostatic plate that generates electrostatic force. When static electricity is generated, the valve plate 3 vibrates up and down, and in this process, the fluid passes through the inlet 2 and the outlet 5 to a desired place. Discharged.

그러나 밸브판의 양측에 전압을 인가하여 양단사이에 발생되는 정전기력을 이용함으로 쇼트현상에 의해 변위량이 제한으며 또한 소형화가 어려운 등의 단점이 있다.However, by applying a voltage to both sides of the valve plate by using the electrostatic force generated between the both ends there is a disadvantage that the amount of displacement is limited by the short phenomenon and difficult to miniaturize.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 박막형상기억합금을 이용하여 유체의 흐름이 단속되도록 함으로써, 구조가 간단하고 반도체 제조공정을 이용하여 제작함으로 양산성이 좋으며 소형화, 큰 변위량, 큰 발생력을 얻을수 있는 마이크로 밸브를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention was developed in view of the conventional problems, and an object of the present invention is to allow the flow of fluid to be interrupted by using a thin film-type suppression alloy, so that the structure is simple and the mass production is made by using a semiconductor manufacturing process. It is to provide a micro valve that can obtain a large displacement amount and a large generating force.

도 1은 종래 한 실시예의 마이크로 밸브의 단면도,1 is a cross-sectional view of a conventional microvalve,

도 2는 종래 다른 실시예의 마이크로 밸브의 단면도,2 is a cross-sectional view of another conventional microvalve,

도 3a,b,c는 본 발명 제1실시예의 마이크로 밸브의 단면도,3A, 3B and 3C are cross-sectional views of the microvalve of the first embodiment of the present invention;

도 4a,b,c는 본 발명 제2실시예의 마이크로 밸브의 단면도,4A, 4B and 4C are cross-sectional views of the microvalve of the second embodiment of the present invention;

도 5a,b,c는 본 발명 제3실시예의 마이크로 밸브의 단면도,5A, 5B and 5C are cross-sectional views of the microvalve of the third embodiment of the present invention;

도 6a,b,c는 본 발명 제4실시예의 마이크로 밸브의 단면도,6A, 6B and 6C are cross-sectional views of the microvalve of the fourth embodiment of the present invention;

도 7은 본 발명 제3,4실시예의 내부 잔류응력의 변화 곡선도.7 is a change curve of the internal residual stress of the third and fourth embodiments of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10 : 기판 10a : 유로10: substrate 10a: flow path

11 : 공간부 12 : 입구11: space part 12: entrance

13 : 진동판 14 : 박막형상기억합금13: diaphragm 14: thin-film type memory alloy

15 : 유로판 16 : 유로15: Euro plate 16: Euro

17 : 출구17: exit

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상면에 결합된 진동판이 휨변형될수 있는 공간부와 유체가 흐르는 입구가 각각 형성된 기판; 상기 기판의 상부에 상기 진동판을 덮은 상태로 구비되어 온도변화에 따라 형상변화되면서 상기 진동판을 진동시키는 박막형상기억합금; 그리고 상기 기판의 상부에 구비되고 상기 입구와 통하는 유로가 형성되며 상기 유로의 일측에 상기 박막형상기억합금의 진동에 의해 개폐되면서 유체가 단속적으로 배출되는 출구가 형성된 유로판이 구비된 특징이 있다.In order to achieve the above object, the present invention is a diaphragm coupled to the upper surface is a space portion that can be deflected and the substrate formed with the inlet through which the fluid flow; A thin film type retaining alloy provided on the substrate to cover the diaphragm to vibrate the diaphragm while changing its shape according to temperature change; And a flow path plate provided at an upper portion of the substrate and communicating with the inlet, and having a flow path plate formed at one side of the flow path and having an outlet through which the fluid is intermittently discharged while being opened and closed by the vibration of the thin film-type storage alloy.

본 발명은 반도체 박막제조공정을 이용하여 기판상에 박막형상기억합금을 형성하고 기판의 일부를 에칭하여 박막형상기억합금이 진동할 수 있는 공간부를 구성하고 박막형상기억합금의 진동에 의해 유체의 흐름이 단속되는 마이크로 밸브를 구현했다.According to the present invention, a thin film-type inhibitor alloy is formed on a substrate using a semiconductor thin film manufacturing process and a portion of the substrate is etched to form a space in which the thin film-type inhibitor alloy can vibrate, and the fluid flows by vibration of the thin film-type inhibitor alloy. This is an intermittent micro valve implemented.

기판상에 형상기억합금을 반도체 박막제조공정을 이용하여 증착(deposition)한 후 열처리하여 박막형상기억합금을 형성한다. 따라서 증착조건에 따라 모상에서 편평한 형상 또는 휜 형상이 이루어진다. 그리고 마르텐사이트에서 진동판의 잔류압축응력 또는 탄성력에 의해 복원된다. 따라서 박막형상기억합금을 가열하면 박막형상기억합금은 모상이 되고 편평/휜 상태로 변화하려하며 냉각시에는 진동판의 잔류압축응력 또는 탄성력에 의해 복원됨으로 이 과정에서 유체가 단속적으로 흐른다.The shape memory alloy is deposited on a substrate using a semiconductor thin film manufacturing process and then heat-treated to form a thin film-type memory alloy. Therefore, according to the deposition conditions, a flat shape or a fin shape is made in the mother phase. And it is restored by the residual compressive stress or elastic force of the diaphragm in martensite. Therefore, when the thin-film-type suppression alloy is heated, the thin-film-type suppression alloy becomes a matrix and tries to change into a flat / 휜 state, and during cooling, the fluid flows intermittently in this process because it is restored by the residual compressive stress or elastic force of the diaphragm.

본 발명은 구조가 단순하고 반도체박막제조공정과 기판에칭을 통해 박막형상기억합금을 구현함으로 양산성이 크게 증가되며, 또한 잔류압축응력의 크기를 바꾸어 변형량을 쉽게 조절하 수 있으며, 따라서 변위량을 크게할 수도 있으므로 박막형상기억합금의 면적을 작게할 수 있다. 따라서 밸브의 소형화가 가능하고, 박막형상기억합금을 이용하기 때문에 가열시 전력소모가 크게 줄어들고 냉각시 냉각시간도 매우 빠르게 되고 또한 휨변형된 상태로 복귀할 때 잔류진동이 발생하지 않으므로 안정화된 유체흐름이 가능해 진다.The present invention has a simple structure and greatly increases the mass productivity by implementing the thin film mold suppression alloy through the semiconductor thin film manufacturing process and the substrate etching, and also it is possible to easily control the deformation amount by changing the magnitude of the residual compressive stress, thus greatly increasing the displacement amount. As a result, the area of the thin film-type storage alloy can be reduced. Therefore, it is possible to miniaturize the valve and use the thin film-type suppression alloy, which greatly reduces the power consumption during heating, the cooling time is very fast during cooling, and the residual vibration does not occur when returning to the bending deformation state. This becomes possible.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3a,b,c는 본 발명 제1실시예의 마이크로 밸브의 단면도 이다. 기판(10)에 공간부(11)가 형성되고 기판(10)의 상부에 공간부(11)를 덮는 진동판(13)이 구비된다. 그리고 기판(10)의 일측에 유체가 유입되는 입구(12)가 구비되고 진동판(13)의 표면에 박막형상기억합금(14)이 증착된다. 또한 기판(10)의 상부를 덮는 유로판(15)이 구비된다. 유로판(15)에는 유체의 흐름을 안내하는 유로(16)가 구비되고 유로(16)는 입구(12)와 연통된다. 또한 유로판(15)의 일측에 출구(17)가 구비되며 출구(17)는 박막형상기억합금(14)의 직 상부에 위치된다.3A, 3B and 3C are cross-sectional views of the microvalve of the first embodiment of the present invention. The diaphragm 13 is formed in the substrate 10, and the diaphragm 13 covering the space 11 is provided on the substrate 10. In addition, an inlet 12 through which fluid flows is provided at one side of the substrate 10, and the thin film-type storage alloy 14 is deposited on the surface of the diaphragm 13. In addition, the flow path plate 15 covering the upper portion of the substrate 10 is provided. The flow path plate 15 is provided with a flow path 16 for guiding the flow of the fluid, and the flow path 16 communicates with the inlet 12. In addition, an outlet 17 is provided at one side of the flow path plate 15, and the outlet 17 is located directly above the thin film-type storage alloy 14.

박막형상기억합금(12)은 온도에 따라 상변화되어 변형을 일으키는 형상기억합금(Shape memory alloy)이 사용되며 재질은 티타늄(Ti)과 니켈(Ni)이 주성분이며 그 두께는 약 0.5㎛ ∼ 5㎛ 정도이다. 그리고 진동판(13)은 0.3㎛ ∼ 5㎛ 정의 두께로 구성되고 박막형상기억합금(14)과 진동판(13)의 크기는 100㎛ ∼ 5000㎛ 이며, 기판(10)의 재질은 단결정실리콘웨이퍼, 유리 또는 폴리머(polymer), 금속 등이 사용된다.The thin-film shape memory alloy 12 is a shape memory alloy that changes shape according to temperature and causes deformation. The material is mainly composed of titanium (Ti) and nickel (Ni), and its thickness is about 0.5 μm to 5 It is about a micrometer. The diaphragm 13 has a positive thickness of 0.3 μm to 5 μm, and the size of the thin-film-shaped suppression alloy 14 and the diaphragm 13 is 100 μm to 5000 μm, and the material of the substrate 10 is a single crystal silicon wafer or glass. Or polymers, metals, and the like.

형상기억합금으로 구성된 박막형상기억합금(14)은 제조방법에 따라 방향성을 갖는다. 본 발명은 일방향박막형상기억합금(Oen-Way Thin film Shape memory alloy)에 관한 것이다. 실리콘 등의 재질로 구성된 기판(10)의 표면에 진동판(13)이 형성되고 진동판(13)의 표면에 박막형상기억합금(14)을 증착시킨다. 증착은 주로 스퍼터 디포지션(Sputter-deposition)과 레이져 에블에이션(Laser ablation)의 방법이 사용된다.The thin film shape memory alloy 14 composed of the shape memory alloy has a directionality according to the manufacturing method. The present invention relates to a one-way thin film shape memory alloy. The diaphragm 13 is formed on the surface of the substrate 10 made of a material such as silicon, and the thin film-type storage alloy 14 is deposited on the surface of the diaphragm 13. Deposition is mainly the method of sputter-deposition and laser ablation.

그리고 일정온도에서 일정시간 열처리 하여 결정화 시키면 모상(parent phase) 종료온도 약 50℃ ∼ 90℃에서 잔류인장응력에 의해 휨변형된다. 이후 마르텐사이트 종료온도 약 40℃ ∼ 70℃로 냉각되면서 모상은 마르텐사이트(Martensite)로 된다. 또한 박막형상기억합금(12)의 직 하부를 에칭하면 실리콘웨이퍼로 구성된 기판(10)에 공간부(11)가 형성되고 이때 진동판(13)이 공간부(11) 쪽으로 노출되고 박막형상기억합금(14)이 마르텐사이트일 때 진동판(13)의 잔류압축응력에 의해 휨변형된다.If the crystallization is performed by heat treatment at a constant temperature for a certain time, the bending deformation is caused by the residual tensile stress at the parent phase end temperature of about 50 ~ 90 ℃. Thereafter, the mother phase becomes martensite while cooling to a martensite finish temperature of about 40 ° C. to 70 ° C. In addition, when the lower portion of the thin film storage alloy 12 is directly etched, a space 11 is formed in the substrate 10 formed of a silicon wafer, and at this time, the diaphragm 13 is exposed toward the space 11 and the thin film storage alloy ( When 14) is martensite, bending deformation is caused by residual compressive stress of the diaphragm 13.

이처럼 구성된 본 발명 제1실시예의 박막형상기억합금(14)은 온도변화에 따라 연속적으로 상변화되고 이 과정에서 변형에 의해 출구(17)가 연속적으로 개폐된다. 도 3a에서와 같이 박막형상기억합금(14)이 가열되지 않은 초기상태에서 진동판(13)의 잔류압축응력에 의해 박막형상기억합금(14)은 휜 상태가 유지되며 출구(17)는 개방된다. 그리고 도 3b와 같이 박막형상기억합금에 전류가 인가되면 박막형상기억합금(14)의 자체저항에 의해 발열되고 이때 설정온도 이상으로 가열되면 모상(parent phase)으로 변하면서 펼쳐진다. 박막형상기억합금(14)이 가열되면 원래의 편평한 상태로 변형되고 이 과정에서 진동판(13)과 박막형상기억합금(14)이 상부쪽으로 변형되고 출구(17)가 막힌다.The thin film-shaped retaining alloy 14 of the first embodiment of the present invention configured as described above is continuously changed in phase with temperature change, and the outlet 17 is continuously opened and closed by deformation in this process. As shown in FIG. 3A, the thin film type retaining alloy 14 is kept in a 휜 state by the residual compressive stress of the diaphragm 13 in an initial state in which the thin film type forming alloy 14 is not heated, and the outlet 17 is opened. 3B, when a current is applied to the thin film-type suppression alloy, it is generated by the self-resistance of the thin film-type suppression alloy 14, and when it is heated above the set temperature, it unfolds while changing to a parent phase. When the thin film-shaped retaining alloy 14 is heated, it is deformed to the original flat state, and in this process, the diaphragm 13 and the thin film-shaped retaining alloy 14 are deformed upward and the outlet 17 is blocked.

또한 도 3c에서와 같이 전류가 차단되면 박막형상기억합금(14)이 설정온도 이하로 내려가게 되고 이 과정에서 진동판(13)의 잔류압축응력에 의해 원상태로 복원되어 박막형상기억합금(14)과 진동판(13)이 휨변형되고 출구(17)가 개방된다. 따라서 박막형상기억합금(14)의 가열과 냉각이 연속적으로 일어나면서 유체가 단속적으로 흐르게된다.In addition, as shown in FIG. 3C, when the current is cut off, the thin film-shaped retaining alloy 14 is lowered below the set temperature and is restored to its original state by the residual compressive stress of the diaphragm 13. The diaphragm 13 is deflected and the outlet 17 is opened. Therefore, while the heating and cooling of the thin-film-type storage alloy 14 occur continuously, the fluid flows intermittently.

도 4a,b,c는 본 발명 제2실시예의 마이크로 밸브의 단면도 이다. 기판(10)에 입구(12)와 공간부(11)가 형성되고 이들 입구(12)와 공간부(11)를 연결하는 유로(10a)가 저면에 형성된다. 또한 기판(10)의 상부에 공간부(11)를 덮는 진동판(13)이 구비되며 진동판(13)은 잔류압축응력에 의해 휨변형되어 후술할 출구(17)를 막는다. 그리고 진동판(13)의 표면에 박막형상기억합금(14)이 구비된다. 또한 기판(10)의 저면에는 공간부(11)를 덮는 유로판(15)이 구비되며 진동판(13)에 의해 개폐되는 출구(17)가 마련된다.4A, 4B and 4C are cross-sectional views of the microvalve of the second embodiment of the present invention. An inlet 12 and a space 11 are formed in the substrate 10, and a flow path 10a connecting the inlet 12 and the space 11 is formed at the bottom. In addition, the diaphragm 13 is provided on the upper portion of the substrate 10 to cover the space 11, the diaphragm 13 is deflected by the residual compressive stress to block the outlet 17 to be described later. Then, the thin film-type storage alloy 14 is provided on the surface of the diaphragm 13. In addition, a bottom surface of the substrate 10 is provided with a flow path plate 15 covering the space portion 11 and an outlet 17 opened and closed by the diaphragm 13.

이처럼 구성된 본 발명 제2실시예는 전류가 인가되면 자체저항에 의해 박막형상기억합금(14)이 가열되고 원래의 편평한 상태로 휨변형되며 진동판(13)이 함께 휨변형되면서 출구(17)가 개방된다. 그리고 박막형상기억합금(14)에 전류가 차단되면 냉각되면서 진동판(13)의 잔류압축응력에 의해 원상태로 복원되고 출구(17)가 폐쇄된다. 위의 과정에서 출구(17)가 연속적으로 단속되면서 유체의 흐름이 제어된다.According to the second embodiment of the present invention configured as described above, when the current is applied, the thin film-shaped retaining alloy 14 is heated by its own resistance and is flexibly deformed to its original flat state, and the outlet 17 is opened while the diaphragm 13 is flexurally deformed together. do. When the current is blocked in the thin film-type storage alloy 14, the cooling is restored to its original state by the residual compressive stress of the diaphragm 13, and the outlet 17 is closed. In the above process, while the outlet 17 is continuously interrupted, the flow of the fluid is controlled.

도 5a,b,c는 본 발명 제3실시예의 마이크로 밸브의 단면도 로서, 제1실시예와 동일 구성요소는 동일 부호를 사용하여 본 발명을 설명한다. 본 발명 제3실시예는 진동판(13)에 잔류압축응력이 존재하지 않는 상태이다. 따라서 박막형상기억합금(14)이 가열되지 않은 초기상태에서 진동판(13)과 박막형상기억합금(14)은 펼쳐진 상태에서 출구(17)가 막히게 되고 가열되면 모상으로 되면서 박막형상기억합금(14) 자체의 잔류인장응력에 의해 하부쪽으로 휨변형되고 출구(17)가 개방되며 위의 과정이 반복되면서 유체가 단속적으로 배출된다.5A, 5B and 5C are cross-sectional views of the microvalve of the third embodiment of the present invention, in which the same components as those of the first embodiment will be described with the same reference numerals. In the third embodiment of the present invention, there is no residual compressive stress in the diaphragm 13. Therefore, the diaphragm 13 and the thin film type retaining alloy 14 are clogged in the unfolded state in the initial state in which the thin film type retaining alloy 14 is not heated, and the thin film type retaining alloy 14 becomes a matrix when heated. It is deflected downward by its residual tensile stress and the outlet 17 is opened and the fluid is discharged intermittently as the above process is repeated.

도 6a,b,c는 본 발명 제4실시예의 마이크로 밸브의 단면도 로서, 제2실시예와 동일 구성요소는 동일 부호를 사용하여 본 발명을 설명한다. 본 발명 제4실시예는 진동판(13)에 잔류압축응력이 존재하지 않는다. 따라서 박막형상기억합금(14)이 가열되지 않은 초기상태에서 진동판(13)과 박막형상기억합금(14)은 펼쳐진 상태가 되고 이때 출구(17)는 열린 상태가 된다. 그리고 모상으로 가열되면 박막형상기억합금(14)은 자체의 잔류인장응력에 의해 하부쪽으로 휨변형됨과 동시에 출구(17)가 막히며 이 과정이 반복되면서 유체가 단속적으로 제어된다.6A, 6B and 6C are cross-sectional views of the microvalve of the fourth embodiment of the present invention, in which the same components as those of the second embodiment will be described with the same reference numerals. In the fourth embodiment of the present invention, there is no residual compressive stress in the diaphragm 13. Therefore, the diaphragm 13 and the thin film type retaining alloy 14 are in an unfolded state in the initial state in which the thin film type retaining alloy 14 is not heated, and the outlet 17 is in an open state. Then, when heated to the mother phase, the thin film-shaped retaining alloy 14 is bent downward by the residual tensile stress of its own, and at the same time, the outlet 17 is blocked, and this process is repeated to control the fluid intermittently.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 박막형상기억합금과 진동판의 조합에 의해 출구가 선택적으로 개폐됨으로 유체를 단속적으로 배출할수 있다. 그리고 박막형상기억합금이 반도체 박막제조공정을 통하여 제작됨으로 생산성이 향상되고 또한 두께를 얇게 할수 있으므로 작동속도가 증가되고 유체의 제어가 정확해지는 등의 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the outlet is selectively opened and closed by a combination of the thin-film-type suppression alloy and the diaphragm to intermittently discharge the fluid. In addition, since the thin film-type suppression alloy is manufactured through the semiconductor thin film manufacturing process, the productivity can be improved and the thickness can be reduced, thereby increasing the operating speed and controlling the fluid accurately.

Claims (18)

상면에 결합된 진동판이 휨변형될수 있는 공간부와 유체가 흐르는 입구가 각각 형성된 기판;A substrate having a space in which a diaphragm coupled to an upper surface of the diaphragm can be bent and a fluid inlet flows; 상기 기판의 상부에 상기 진동판을 덮은 상태로 구비되어 온도변화에 따라 형상변화되면서 상기 진동판을 진동시키는 박막형상기억합금; 그리고A thin film type retaining alloy provided on the substrate to cover the diaphragm to vibrate the diaphragm while changing its shape according to temperature change; And 상기 기판의 상부에 구비되고 상기 입구와 통하는 유로가 형성되며 상기 유로의 일측에 상기 박막형상기억합금의 진동에 의해 개폐되면서 유체가 단속적으로 배출되는 출구가 형성된 유로판을 구비하는 마이크로 밸브.And a flow path plate provided at an upper portion of the substrate and communicating with the inlet, and having a flow path plate at one side of the flow path which is opened and closed by the vibration of the thin film-type suppression alloy to discharge the fluid intermittently. 제 1 항에 있어서, 상기 박막형상기억합금이 마르텐사이트가 되도록 냉각되면 상기 진동판의 잔류압축응력에 의해 휨변형되면서 상기 출구가 개방되고,The method of claim 1, wherein when the thin film-shaped retaining alloy is cooled to be martensite, the outlet is opened while being warped by the residual compressive stress of the diaphragm. 상기 박막형상기억합금이 가열되어 모상으로되면 변형에 의해 편평한 상태로 펼쳐지고 상기 진동판이 함께 펼쳐지면서 상기 출구가 폐쇄됨을 특징으로 하는 마이크로 밸브.And the thin film-shaped retaining alloy is heated to form a matrix, and is unfolded in a flat state by deformation, and the outlet is closed while the diaphragm is unfolded together. 제 1 항에 있어서, 상기 박막형상기억합금이 마르텐사이트가 되도록 냉각되면 상기 진동판의 탄성력에 의해 펼쳐지면서 상기 출구가 폐쇄되고,The method of claim 1, wherein when the thin film-shaped retaining alloy is cooled to be martensite, the outlet is closed while being unfolded by the elastic force of the diaphragm. 상기 박막형상기억합금이 가열되어 모상으로되면 잔류인장응력에 의해 휨변형되고 상기 진동판이 함께 휨변형되면서 상기 출구가 개방됨을 특징으로 하는 마이크로 밸브.And when the thin film-shaped retaining alloy is heated to form a base, the outlet valve is bent due to residual tensile stress and the diaphragm is bent together to open the outlet. 제 1 항에 있어서, 상기 박막형상기억합금은 티타늄(Ti)과 니켈(Ni)을 주성분으로한 형상기억합금임을 특징으로 하는 마이크로 밸브.The micro-valve according to claim 1, wherein the thin-film-type storage alloy is a shape memory alloy composed mainly of titanium (Ti) and nickel (Ni). 제 1 항에 있어서, 상기 박막형상기억합금은 0.5㎛ ∼ 5㎛의 두께를 갖는 마이크로 밸브.The microvalve of claim 1, wherein the thin-film-type retaining alloy has a thickness of 0.5 μm to 5 μm. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 재질임을 특징으로 하는 마이크로 밸브.The microvalve of claim 1, wherein the substrate is made of silicon. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 유리재질임을 특징으로 하는 마이크로 밸브.The microvalve of claim 1, wherein the substrate is made of glass. 제 1 항에 있어서, 상기 진동판의 두께는 약 0.3㎛ ∼ 5㎛임을 특징으로 하는 마이크로 밸브.The microvalve of claim 1, wherein the diaphragm has a thickness of about 0.3 μm to 5 μm. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 모상 종료온도는 약 50℃ ∼ 90℃ 이고, 상기 마르텐사이트 종료온도는 약 40℃ ∼ 70℃임을 특징으로 하는 마이크로 밸브.The microvalve according to claim 2 or 3, wherein the mother phase end temperature is about 50 ° C to 90 ° C, and the martensite end temperature is about 40 ° C to 70 ° C. 상면에 결합된 진동판이 휨변형될수 있는 공간부와 유체가 흐르는 입구가 각각 형성되고 상기 입구와 공간부를 연결하는 유로가 저면에 형성된 기판;A substrate having a space in which a diaphragm coupled to an upper surface of the diaphragm can be bent and an inlet through which fluid flows, and a passage connecting the inlet and the space to a bottom surface thereof; 상기 기판의 상부에 상기 진동판을 덮은 상태로 구비되어 온도변화에 따라 형상변화되면서 상기 진동판을 진동시키는 박막형상기억합금; 그리고A thin film type retaining alloy provided on the substrate to cover the diaphragm to vibrate the diaphragm while changing its shape according to temperature change; And 상기 기판의 하부에 구비되고 상기 유로의 일측에 상기 박막형상기억합금의 진동에 의해 개폐되면서 유체가 단속적으로 배출되는 출구가 형성된 유로판을 구비하는 마이크로 밸브.And a flow path plate provided at a lower portion of the substrate and having an outlet at one side of the flow path opened and closed by the vibration of the thin-film-type retaining alloy to discharge fluid intermittently. 제 10 항에 있어서, 상기 박막형상기억합금이 마르텐사이트가 되도록 냉각되면 상기 진동판의 잔류압축응력에 의해 휨변형되면서 상기 출구가 폐쇄되고,The method of claim 10, wherein when the thin-film-shaped retaining alloy is cooled to martensite, the outlet is closed while bending by the residual compressive stress of the diaphragm, 상기 박막형상기억합금이 가열되어 모상으로되면 변형에 의해 편평한 상태로 펼쳐지고 상기 진동판이 함께 펼쳐지면서 상기 출구가 개방됨을 특징으로 하는 마이크로 밸브.And when the thin film-shaped retaining alloy is heated and spreads out in a flat state by deformation, and the diaphragm is expanded together, the outlet is opened. 제 10 항에 있어서, 상기 박막형상기억합금이 마르텐사이트가 되도록 냉각되면 상기 진동판의 탄성력에 의해 펼쳐지면서 상기 출구가 개방되고,The method according to claim 10, wherein when the thin film-shaped retaining alloy is cooled to be martensite, the outlet is opened while being unfolded by the elastic force of the diaphragm. 상기 박막형상기억합금이 가열되어 모상으로되면 잔류인장응력에 의해 휨변형되고 상기 진동판이 함께 휨변형되면서 상기 출구가 폐쇄됨을 특징으로 하는 마이크로 밸브.And when the thin film-shaped retaining alloy is heated to form a shape, the micro valve is flexurally deformed by residual tensile stress and the outlet is closed while the diaphragm is flexurally deformed together. 제 10 항에 있어서, 상기 박막형상기억합금은 티타늄(Ti)과 니켈(Ni)을 주성분으로한 형상기억합금임을 특징으로 하는 마이크로 밸브.The microvalve according to claim 10, wherein the thin-film-type storage alloy is a shape memory alloy composed mainly of titanium (Ti) and nickel (Ni). 제 10 항에 있어서, 상기 박막형상기억합금은 0.5㎛ ∼ 5㎛의 두께를 갖는 마이크로 밸브.The microvalve of claim 10, wherein the thin-film-type retaining alloy has a thickness of 0.5 μm to 5 μm. 제 10 항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 재질임을 특징으로 하는 마이크로 밸브.The microvalve of claim 10, wherein the substrate is made of silicon. 제 10 항에 있어서, 상기 기판은 유리재질임을 특징으로 하는 마이크로 밸브.The microvalve of claim 10, wherein the substrate is made of glass. 제 10 항에 있어서, 상기 진동판의 두께는 약 0.3㎛ ∼ 5㎛임을 특징으로 하는 마이크로 밸브.The microvalve of claim 10, wherein the diaphragm has a thickness of about 0.3 μm to 5 μm. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 모상 종료온도는 약 50℃ ∼ 90℃ 이고, 상기 마르텐사이트 종료온도는 약 40℃ ∼ 70℃임을 특징으로 하는 마이크로 밸브.13. The microvalve according to claim 11 or 12, wherein the mother phase end temperature is about 50 ° C to 90 ° C and the martensite end temperature is about 40 ° C to 70 ° C.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100430864B1 (en) * 2000-04-28 2004-05-10 (주)소노스 Electrofluidic multilayer printed circuit board
KR100454460B1 (en) * 2002-04-09 2004-10-28 한국전자통신연구원 Micro actuating apparatus for controlling fluid and micro fluidic control devices using the same
KR100477448B1 (en) * 2002-08-30 2005-03-22 재단법인 포항산업과학연구원 the micro valve for nano fluid using SMA film and the reference electrode for pH sensor using the micro valve structure
CN117203425A (en) * 2021-04-27 2023-12-08 艾斯科技公司 Shape memory alloy actuated fluid subassembly and apparatus incorporating the same

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