KR20010098079A - Electrofluidic multilayer printed circuit board - Google Patents

Electrofluidic multilayer printed circuit board Download PDF

Info

Publication number
KR20010098079A
KR20010098079A KR1020000022717A KR20000022717A KR20010098079A KR 20010098079 A KR20010098079 A KR 20010098079A KR 1020000022717 A KR1020000022717 A KR 1020000022717A KR 20000022717 A KR20000022717 A KR 20000022717A KR 20010098079 A KR20010098079 A KR 20010098079A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fluid
substrate
printed circuit
circuit board
electronic
Prior art date
Application number
KR1020000022717A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100430864B1 (en
Inventor
손문탁
Original Assignee
손문탁
(주)소노스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 손문탁, (주)소노스 filed Critical 손문탁
Priority to KR10-2000-0022717A priority Critical patent/KR100430864B1/en
Publication of KR20010098079A publication Critical patent/KR20010098079A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100430864B1 publication Critical patent/KR100430864B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/18Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/182Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with components mounted in the printed circuit board, e.g. insert mounted components [IMC]
    • H05K1/184Components including terminals inserted in holes through the printed circuit board and connected to printed contacts on the walls of the holes or at the edges thereof or protruding over or into the holes
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0296Conductive pattern lay-out details not covered by sub groups H05K1/02 - H05K1/0295
    • H05K1/0298Multilayer circuits

Abstract

본 발명은 전자유체 통합 인쇄회로기판에 관한 것으로서, 유체이송, 분기점등 다양한 유체회로를 가지는 유체회로패널; 유체회로패널의 상부에 밀착되며, 유체회로와 연통되는 다수의 연통공이 형성된 상부 인쇄회로기판 기판; 및 유체회로패널의 하부에 접착되는 하부 인쇄회로기판;을 구비한 것을 특징으로 한다. 이러한 유체전자 통합 인쇄회로기판에서는 유체가 기판의 내부층으로 흐르면서 유체회로를 형성하고 기판의 표면으로는 전자가 흐르면서 전자회로를 형성한다. 기판의 표면에는 전자부품과 유체부품이 동시에 실장되며, 각 전자부품은 리드선이 돌출되어 전자가 이동하는 경로로 사용되며, 유체부품에는 리드선 뿐아니라 튜브가 돌출되어 유체가 이동하는 경로로 사용된다.The present invention relates to an electromagnetic fluid integrated printed circuit board, comprising: a fluid circuit panel having various fluid circuits such as fluid transfer and branch points; An upper printed circuit board in close contact with an upper portion of the fluid circuit panel and having a plurality of communication holes communicating with the fluid circuit; And a lower printed circuit board bonded to the lower part of the fluid circuit panel. In such a fluid electronic integrated printed circuit board, fluid flows to the inner layer of the substrate to form a fluid circuit, and electrons flow to the surface of the substrate to form an electronic circuit. Electronic components and fluid parts are mounted on the surface of the substrate at the same time, and each electronic part is used as a path through which lead wires protrude and electrons move, and the fluid parts are used as paths through which tubes and tubes protrude as well as lead wires.

이와 같은 구조의 유체전자 통합 인쇄회로기판을 채용하는 것에 의해 유체의 흐름을 전기적으로 제어하는 장치를 소형이며, 저렴한 가격으로 대량 생산할 수 있다.By employing a fluid-electronic integrated printed circuit board having such a structure, a device for electrically controlling the flow of fluid can be produced in a small size and at a low price.

Description

전자유체 통합 다층 인쇄회로기판 {Electrofluidic multilayer printed circuit board }Electrofluidic multilayer printed circuit board {Electrofluidic multilayer printed circuit board}

참조 특허 및 문허Reference patents and licenses

특허Patent

한국특허Korean Patent

 10-1997-033869 , 손문탁 10-1997-033869 , Son Mun- tak

10-1997-033870 , 손문탁 10-1997-033870 , Son Mun- tak

1998-017565 , 손문탁1998-017565, Son Moon Tak

미국특허United States Patent

5,879,738 March.,1999 McKinnon et al.5,879,738 March., 1999 McKinnon et al.

5,640,995 June,1997 Packard et al.5,640,995 June, 1997 Packard et al.

5,964,239 Oct,1999 Loux et al.5,964,239 Oct, 1999 Loux et al.

5,989,445 Nov,1999 Wise et al.5,989,445 Nov, 1999 Wise et al.

유럽특허European patent

P19960907859, Jan, 1996, Packard et al.P19960907859, Jan, 1996, Packard et al.

WO 9846438, Oct, 1998, CALIPER TECHNOLOGIES CORP.WO 9846438, Oct, 1998, CALIPER TECHNOLOGIES CORP.

WO 9822811, May,1998, CALIPER TECHNOLOGIES CORP.WO 9822811, May, 1998, CALIPER TECHNOLOGIES CORP.

WO 9116966, Jan, 1991, PHARMACIA BIOSENSOR ABWO 9116966, Jan, 1991, PHARMACIA BIOSENSOR AB

문헌literature

[1] J. Ruzicka, Flow Injection Analysis - From test tube to integrated microconduits,Analytical Chemistry, 55(1983),,1040A-1053A[1] J. Ruzicka, Flow Injection Analysis - From test tube to integrated microconduits, Analytical Chemistry, 55 (1983),, 1040A-1053A

[2] E. Steme and G. Stemme, A novel piezoelectric valve-less fluid pump,Technical digest of Transducers,1993, 110-113[2] E. Steme and G. Stemme, A novel piezoelectric valve-less fluid pump, Technical digest of Transducers, 1993, 110-113

[3] S. Shoji, S. Nakagawa and M. Esashi, Micropump and sample-injector for integrated chemical analyzing systems,Sensors and Actuators,A21-A23(1990), 189-192[3] S. Shoji, S. Nakagawa and M. Esashi, Micropump and sample-injector for integrated chemical analyzing systems,Sensors and Actuators,A21-A23 (1990), 189-192

[4] C.F. Coombs, Printed Circuits Handbook,McGraw Hill, 1995 [4] CF Coombs, Printed Circuits Handbook, McGraw Hill, 1995

[5] A. Manz, N. Graber and M. Widmenr, Miniaturized total chemical analysis systems: a novel concept for chemical sensing, Sensors and Actuators, B1,pp244-248, 1990[5] A. Manz, N. Graber and M. Widmenr, Miniaturized total chemical analysis systems: a novel concept for chemical sensing, Sensors and Actuators, B1 , pp244-248, 1990

[6] B.H. van der Schoot, A. Jeanneretm, van der Berg and N.F. de Rooji, Modular setup for a miniature chemical analysis system, Sensors and Actuators, Vol. B6, pp57-60,1992[6] B.H. van der Schoot, A. Jeanneretm, van der Berg and N.F. de Rooji, Modular setup for a miniature chemical analysis system, Sensors and Actuators, Vol. B6, pp 57-60,1992

[7] J. Ruzicka and E.H. Hansen, Integrated microconduits for flow injection analysis, Analytical Chimica Acta,Vol. 161,pp 1-25, 1984[7] J. Ruzicka and E.H. Hansen, Integrated microconduits for flow injection analysis, Analytical Chimica Acta,Vol. 161, pp 1-25, 1984

본 발명은 다층 인쇄회로기판기술을 이용하여 전자유체 통합 인쇄회로기판를 형성하고 여러가지 유체제어 부품들을 상기 통합 인쇄회로기판에 실장시킨 다음 상기 통합 인쇄회로기판에 전자부품들까지 같이 실장하여 유체 및 전자회로를 한 기판에 동시에 생성하는 방법에 관한 것이다.The present invention forms an integrated electrofluidic printed circuit board by using a multilayer printed circuit board technology, mounts various fluid control components on the integrated printed circuit board, and then mounts the electronic components on the integrated printed circuit board together to form a fluid and electronic circuit. It relates to a method for simultaneously producing on one substrate.

본 발명자는 1997년 실리콘웨이퍼를 기반으로한 마이크로펌프 및 마이크로밸브들을 제작했으나 동일한 구조로 플라스틱을 이용하여 제조하는 것이 장점이 많다는 점에 착안하여 플라스틱에 기반한 마이크로펌프 및 마이크로 밸브등을 발명하여 특허 출원하고 특허등록을 받은 바 있다 (10-1997-033869 , 손문탁) 당시 발명은 각 미세유체부품의 개별적인 구조 뿐아니라 각 부품들의 상호연결법에도 촉점을 맞추어 플라스틱 보드위에 각 유체부품들을 장착하고 상기 보드및에 유체채널층을 형성하여 유체가 보드에서 평면적으로 흐르도록 발명하였다(10-1997-033870 , 손문탁).The inventors of the present invention invented a micro-wafer and micro valves based on silicon wafers in 1997, but invented a patent application by inventing a plastic-based micro pump and micro valves in view of the fact that it is advantageous to manufacture using plastic with the same structure. ( 10-1997-033869 , Son Moon-Tak) At the time, the invention focused on not only the individual structure of each microfluidic component but also the interconnection method of each component. A fluid channel layer was formed in the fluid invented to allow fluid to flow on the board ( 10-1997-033870 , Son Moon Tak).

그러나 이러한 방법보다 유체채널층 밑에 또하나의 층을 만들어 일종의 다층기판을 형성하는 것이 더 바람직하다는 생각으로 3층기판구조로 다시 1998년에 특허를 출원하였다(1998-017565 , 손문탁). 이러한 구조의 장점은 유체채널층을 얇은 금속판으로 만들어 부식법에 의하여 유체채널을 형성하므로 유체채널층의 형성이 간단하다는 장점이 있다.However, the patent was filed in 1998 again with a three-layer substrate structure in consideration that it is more preferable to form another layer under the fluid channel layer rather than this method (1998-017565, Son Moon-Tak). The advantage of this structure is that the fluid channel layer is made of a thin metal plate to form the fluid channel by the corrosion method, there is an advantage that the formation of the fluid channel layer is simple.

그러나 실험을 거듭한 결과 이러한 방법이 실제 공정상에서 장점이 많다는 것을 알게 되었고 초소형 화학분석기라는 실용적인 시제품을 만들게 되었다.However, experimentation has shown that this method has many advantages in the actual process and has produced a practical prototype called a microchemical analyzer.

그리고나서, 미세유체부품을 제어하기 위해서는 어차피 전자부품도 함께 사용해야 하는데, 플라스틱보드 대신에 인쇄회로기판을 사용하면 유체부품과 전자부품을 동시에 장착할 수 있다는 아이디어를 얻었다. 1998년에 출원한 특허 (017565)에서는 인쇄회로기판을 사용할 수도 있다는 것을 언급하였으나 상세한 방법에 대해 알지 못하였으나 본 출원에서 상세하게 상기 아이디어를 정리한다.Then, in order to control microfluidic parts, electronic parts must be used together anyway. The idea of using printed circuit boards instead of plastic boards is that the fluid parts and the electronic parts can be mounted at the same time. The patent filed in 1998 mentions that a printed circuit board may be used, but the detailed method is unknown, but the idea is summarized in detail in the present application.

유체의 흐름을 제어하여 유용한 기능을 하는 장치는 대부분 유체회로부분과 이를 제어하는 전기회로부분으로 구성되어 있다. 현재의 기술은 유체제어소자 및 유체제어소자간의 상호 연결부가 대부분 배관으로 연결되어 있다. 그리고 대부분의 장치들이 유체제어소자와 전자소자간의 전기적 연결은 공중배선으로 되어 있다. 이러한 배관과 공중배선은 수작업에 의존할 수 밖에 없으므로 양산이 곤란하다는 문제점을 안고 있다.Most of the devices that perform useful functions by controlling the flow of fluid are composed of the fluid circuit part and the electric circuit part controlling it. In current technology, the interconnection between the fluid control element and the fluid control element is mostly connected by piping. And in most devices, the electrical connection between the fluid control element and the electronic element is by air wiring. These pipes and aerial wiring has a problem that it is difficult to mass production because it has to rely on manual work.

한편 이러한 전자소자들을 모아 유용한 전자장치를 구성하는 조립기술 또한 발전하였는 바 그결정체가 바로 인쇄회로 기판이다. 인쇄회로기판에는 전자부품이 실장되는데, 전자부품에 장착된 리드선이 인쇄회로기판에 납땜이 되어 전기신호가 전자부품과 통할 수 있다. 최근에는 표면실장법이 발전하여 상기 리드선이 인쇄회로기판을 관통하지 않고 표면에 바로 납땜되므로 실장공정이 크게 단순화 되었다 (Coombs, 1995).On the other hand, assembling technology has also been developed to collect such electronic devices to form a useful electronic device, the crystal is a printed circuit board. Electronic components are mounted on a printed circuit board, and lead wires mounted on the electronic component are soldered to the printed circuit board, so that electrical signals can pass through the electronic components. In recent years, the surface mount method has been developed to greatly simplify the mounting process because the lead wire is soldered directly to the surface instead of penetrating the printed circuit board (Coombs, 1995).

한편 지금까지 기술된 내용은 오직 전자가 일정한 회로를 따라 이동하는 장치의 고집적 기술에 불과하다. 만일 유체가 일정한 회로를 따리 이동하는 장치를 고도로 집적하기 위해서 필요한 기술은 여전히 초창기에 와있다.On the other hand, what has been described so far is only an integrated technology of a device in which electrons move along a certain circuit. If the fluid is highly integrated in a device that moves along a certain circuit, the technology still remains in its infancy.

한편 이러한 초소형 미세소자들의 가공기술의 발달로 이들을 상호연결하는 조립기술도 연구되었는데 크게 4가지로 나누어 볼수 있다. 실리콘 웨이퍼를 매니폴드로 하여 한 웨이퍼위에 초소형 유체소자들을 펼쳐 백플레이트에 유체회로를 형성하여 초소형 유체회로기판을 만드는 방법이 있고(Manz et al., 1990) 다른 한 주류는 웨이퍼에 유체소자를 한 두개 만든 다음 이들을 적층하여 만드는 방법이 있다. (van der Schoot et.al. 1995).On the other hand, with the development of processing technology of these microminiature devices, the assembly technology of interconnecting them was also studied. There is a method of forming a microfluidic circuit board by forming a microfluidic circuit on a back plate by spreading microfluidic devices on one wafer using a silicon wafer as a manifold (Manz et al., 1990). There is a way to make two and then stack them together. (van der Schoot et.al. 1995).

그러나 이 방법들은 실리콘 웨이퍼를 매니폴드로 사용하므로 고가의 반도체 공정이 필요하며 유체채널의 크기를 크게 하면 두꺼운 웨이퍼가 필요하기에 경제성이 없다는 문제점을 안고 있다.However, since these methods use silicon wafers as manifolds, they require expensive semiconductor processes, and increasing the size of the fluid channel is not economical because thick wafers are required.

이러한 점 때문에 매니폴드를 플라스틱으로 바꾸려는 시도가 있었고 그 결과 플라스틱 기판에 그루브(홈)를 파서 유체채널을 형성하고 덮개 기판을 붙여 평판형 유체채널을 만드려는 시도가 있었다 (Ruzicka, 1983).Because of this, attempts have been made to convert the manifolds to plastics, resulting in the formation of fluid channels by digging grooves in plastic substrates and attaching cover substrates to form flat fluid channels (Ruzicka, 1983).

그러나 이러한 시도들은 플라스틱 기판을 사용하므로 배관문제에서 경제성이 향상될 지는 모르지만 여전히 전자제어회로부분이 필요하고 각 유체소자들과 전자회로간에 복잡한 배선이 필요하다는 단점이 있으며, 유체소자들이 작아 졌기 때문에 배선문제는 더욱더 세심한 주의가 필요하므로 오히려 양산이 더 어렵다는 문제점을 않고 있다.However, these attempts may improve the economics in the piping problem due to the use of plastic substrates. However, there are still disadvantages in that an electronic control circuit part is required and a complicated wiring between each fluid element and an electronic circuit is required. The problem is that it requires more careful attention, so the mass production is more difficult.

한편 특허부분을 조사하여 보면 주로 마이크로머시닝으로 가공된 초소형 유체제어부품들을 상호연결하기 통합시스템을 만드는 아이디어들이 주를 이루고 있다. Loux등이 출원한 특허에 의하면 (US Patent 5,964,239)는 기계적인 가공에 의하여 마이크로 밸브 및 센서등을 상호연결할 수 있는 미세 유체배선 구조에 대해 서술하고 있으나 인쇄회로기판을 이용하지 않고 기계적인 가공이 필요하므로 제조공정이 까다롭다.Investigating the patents, however, focuses on the idea of creating an integrated system for interconnecting microfluidic microcontrollers. According to a patent filed by Loux et al. (US Patent 5,964,239) describes a microfluidic wiring structure in which micro valves and sensors can be interconnected by mechanical processing, but mechanical processing is required without using a printed circuit board. Therefore, the manufacturing process is difficult.

한편 실리콘 웨이퍼상에서 유체 채널을 형성하고 미세유체부품들을 상호연결하려는 특허(US Patent 2,989,445)는 실리콘 웨이퍼를 이용하므로 극히 미세한 구조를 얻을 수 있으나 웨이퍼 가공 공정이 필요하므로 공정이 복잡하다는 단점이 있다.Meanwhile, US Patent No. 2,989,445, which forms a fluid channel on a silicon wafer and interconnects microfluidic components, uses a silicon wafer to obtain an extremely fine structure, but has a disadvantage in that the process is complicated because a wafer processing process is required.

한편 마이크로 머시닝으로 가공된 미세유체부품은 결국 이를 제어하기 위한 전자회로가 필수적인 바, 유체입출력용 튜브와 전기 리드선이 외부로 노출되어야 하며 부품크기가 아주 작으므로 배관 및 배선이 까다롭기 때문에 아예 초소형 구조속에 전자회로부분과 유체배관부분을 통합하여 하나의 모듈로 제조하는 방법에 대한 특허가 있는 바 (US patent, Packard et al.), 이 특허는 모듈화하는 부분에 초점이 맞추어져 있고, 유체 채널층 및 유체소자 장착층, 전기 회로층으로 구성되어 있으며, 기계가공을 통해 각 층이 구성되므로 역시 구조가 복잡하다는 단점이 있다. 그리고 각 모듈이 하나의 부품으로 작용하므로 이들의 상호연결이라는 역시 새로운 과제를 풀지 못하고 있다.On the other hand, microfluidic parts processed by micromachining eventually require electronic circuits to control them. Fluid I / O tubes and electrical leads must be exposed to the outside. There is a patent on the method of integrating the electronic circuit part and the fluid piping part into a single module (US patent, Packard et al.). This patent focuses on the modular part, and the fluid channel layer and Consists of a fluid element mounting layer and an electric circuit layer, and each layer is configured through machining, which also has a disadvantage in that the structure is complicated. And because each module acts as a component, their interconnection also does not solve new challenges.

상기 팩커드의 구조와 비슷한 생각을 가지고 유럽에서 출원된 특허들을 조사해 보면, 미국보다 마이크로머시닝이 발달한 곳 답게 많은 아이디어가 특허로 나와있다. 실리콘웨이퍼를 이용한 미세유체부품들에 대한 많은 특허 및 (micropump, microvalve 또는 micromachining & fluid를 키워드로 검색해보면 수백개의 특허를 찾을 수 있다) 각 미세유체부품들을 조합하여 하나의 시스템으로 상호연결하려는특허들이 본 발명에서 중요한 부분이다. 그 특허중에서 대부분을 차지하고 있는 실리콘웨이퍼를 사용한 특허는 본 발명과 방향이 다르다. 그러나 몇몇 특허는 플라스틱을 이용하여 미세유체부품을 장착하려는 시도가 있었다(WO 9846438, Oct, 1998, CALIPER TECHNOLOGIES CORP., WO 9822811, May,1998, CALIPER TECHNOLOGIES CORP. , WO 9116966, Jan, 1991, PHARMACIA BIOSENSOR AB). 그러나 아직까지 인쇄회로기판 자체를 이용하여 이러한 시도를 한 예는 찾아볼 수 없다.Examining patents filed in Europe with a similar idea to Packard's structure, many ideas appear as patents, such as where micromachining is more advanced than in the United States. Many patents for microfluidic parts using silicon wafers (and hundreds of patents can be found by searching for micropump, microvalve or micromachining & fluid by keyword), and patents that combine each microfluidic part into one system It is an important part of the present invention. The patent using the silicon wafer which occupies most of the patent differs in a direction from this invention. However, some patents have attempted to mount microfluidic components using plastics (WO 9846438, Oct, 1998, CALIPER TECHNOLOGIES CORP., WO 9822811, May, 1998, CALIPER TECHNOLOGIES CORP., WO 9116966, Jan, 1991, PHARMACIA BIOSENSOR AB). However, there are no examples of this attempt using the printed circuit board itself.

본 발명은 전자산업에 산업표준 공정으로 자리잡고 있는 인쇄회로기판 기술을 이용하여 초소형 전자부품과 초소형 유체부품을 동시에 실장할 수 있는 구조에 관한 것이다. 인쇄회로공정을 이용하면 생산공정이 극히 단순해지지만 오직 전자회로의 형성 및 전자부품의 실장용으로 개발된 기술이므로 유체회로를 형성하고 유체부품을 탑재하기 위해서는 특별한 구조가 필요해진다. 내부에 유체가 흐르고 표면에 전자가 흐르게 하기위해서는 유체채널을 내부에 형성해야 하며 유체부품은 전자 부품과 달리 전기신호용 리드선 및 유체용 튜브가 동시에 존재하므로 인쇄회로기판에 탑재하는 것이 용이하지 않다. 특히 유체의 누수문제를 반드시 극복해야 한다.The present invention relates to a structure capable of simultaneously mounting a microelectronic component and a microfluidic component by using a printed circuit board technology, which is positioned as an industry standard process in the electronic industry. The use of the printed circuit process simplifies the production process, but it is a technology developed only for the formation of electronic circuits and the mounting of electronic components. Therefore, a special structure is required to form a fluid circuit and mount a fluid component. In order to allow the fluid to flow inside and the electrons to flow on the surface, the fluid channel must be formed inside, and unlike the electronic parts, the fluid part is not easily mounted on the printed circuit board because the electrical signal lead wire and the fluid tube exist at the same time. In particular, the leakage of fluid must be overcome.

도 1은 본 발명에 따른 대표적인 실시예를 사시도로 표현한 것이다.1 is a perspective view of a representative embodiment according to the present invention.

도 2는 전자유체 통합 다층 인쇄회로기판의 정면도이다.2 is a front view of an electromagnetic fluid integrated multilayer printed circuit board.

도 3은 제 1 기판, 유체회로패널 및 제 2 기판 층이 정렬, 접합되는 것을 보여주는 도면이다.3 is a view showing that the first substrate, the fluid circuit panel and the second substrate layer are aligned and bonded.

도 4는 상기 각 층이 접합이 완료된 것을 사시도로 표현한 것이다.4 is a perspective view of the bonding of each layer is completed.

도 5는 제 1, 제 2 인쇄히로기판의 솔더마스크를 처리한 것을 보여주는 도면이다.FIG. 5 is a view illustrating processing of solder masks of a first and a second printed hero substrate. FIG.

도 6은 바람직한 실시예로 연속식 화학분석기를 본 발명에 따른 전자유체 인쇄회로기판으로 설계한 것을 보여주는 그림이다.6 is a view showing a design of a continuous fluid analyzer according to the present invention in a preferred embodiment the electrofluidic printed circuit board.

도 7은 상기 도6의 설계를 실제로 구현한 것을 보여주는 그림이다.7 is a diagram showing the actual implementation of the design of FIG.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 다층 인쇄회로기판(PCB)과 유체회로패널층을 이용한 유체 및 전자 통합회로기판은, 하부의제2 인쇄회로기판(PCB)위에, 유체회로패널을 부착하고, 그 위에 제1 인쇄회로기판(PCB)를 다시 부착하여 구성한다.According to a preferred embodiment of the present invention, a fluid and electronic integrated circuit board using a multilayer printed circuit board (PCB) and a fluid circuit panel layer is provided on a lower second printed circuit board (PCB). The fluid circuit panel is attached, and the first printed circuit board (PCB) is attached thereto again.

상기 유체회로패널를 이용하여 유체 흐름의 여러 기능, 이송, 흐름전환을 구현하며; 상기 유체회로패널의 위, 아래에 부착된 인쇄회로기판에 여러 가지 장치, 예를 들판 소형 밸브 및 펌프,를 부착하고, 이를 인쇄회로로서 제어하여; 유체 흐름을 제어하게 한다.Using the fluid circuit panel to implement various functions, transfer and flow switching of the fluid flow; Attaching various devices, such as field small valves and pumps, to printed circuit boards attached above and below the fluid circuit panel, and controlling them as printed circuits; To control fluid flow.

이하, 도 1에서 도6를 참조하여, 본 발명에 따른 전자유체 통합 다층 인쇄회로기판(PCB)을 상세히 설명한다.Hereinafter, referring to FIGS. 1 to 6, an electromagnetic fluid integrated multilayer printed circuit board (PCB) according to the present invention will be described in detail.

도 1을 참조하면, 적층형 인쇄회로기판(PCB)과 금속판을 이용한 유체 및 전자 통합회로기판은 전기회로를 구성하는 제1 인쇄회로기판, 유체회로을 구성하는 유체회로패널, 제2 인쇄회로기판으로 구성되어 있는데; 제1,2 인쇄회로기판은 일반적 인쇄회로기판, 예를 들면 에폭시수지 기판, 으로 전자회로가 인쇄 가공되어 있으며, 유체회로패널은 얇은 금속판(1 ?.5mm두께)에 부식처리로 만든 홈(103)으로 유체가 지나갈 유체회로를 구성되어 있거나; 얇은 플라스틱판에 유체회로를 형성할 수 있도록 필요한 부분을 홈을 파서 구성한다. 상기 세 층을 유체의 유출을 방지하기 위하여 접착제를 이용하여 단단히 접합한다. 제 1 인쇄회로기판에는 다수의 관통공이 형성되어 있고 크게 전자부품이나 유체부품의 리드선을 위한 관통공(102) 이나 유체부품의 튜브를 위한 관통공(101)로 나눌 수 있다. 제 1 인쇄회로기판에는 전자부품(105) 및 유체부품들이 상기 관통공에 의하여 실장된다. 한편 제 2 인쇄회로기판에는 전자부품의 리드선들을 위한 관통공이 형성되어 있다. 한편 유체회로패널에는 전자부품이나 유체부품의 리드선들의 관통공(105)이 형성되어 있으며 리드선과 전기전 접촉을 방지하도록 직경이 크다. 제 1 및 제 2인쇄회로기판상의 전기회로는 일반적인 방법, 즉 캐드 소프트웨어로 레이아웃을 설계한다음 마스크를 만들고 부식공정과 드릴링 공정을 이용해 구성한다. 이러한 방법은 산업표준 공정이다.Referring to FIG. 1, a fluid printed circuit board (PCB) and a fluid and electronic integrated circuit board using a metal plate include a first printed circuit board constituting an electric circuit, a fluid circuit panel constituting a fluid circuit, and a second printed circuit board. There is; The first and second printed circuit boards are printed circuit boards, for example, epoxy resin substrates, and are printed with electronic circuits. The fluid circuit panel is made of a thin metal plate (1 .5 mm thick) formed by corrosion treatment. ) Constitutes a fluid circuit through which fluid flows; The necessary part is formed by digging a groove to form a fluid circuit on a thin plastic sheet. The three layers are tightly bonded with an adhesive to prevent the outflow of the fluid. A plurality of through holes are formed in the first printed circuit board, and may be largely divided into through holes 102 for lead wires of electronic parts or fluid parts, and through holes 101 for tubes of fluid parts. The electronic component 105 and the fluid component are mounted on the first printed circuit board by the through holes. On the other hand, through holes for lead wires of electronic components are formed in the second printed circuit board. Meanwhile, the through-circuit 105 of the lead wires of the electronic component or the fluid component is formed in the fluid circuit panel and has a large diameter to prevent electrical contact with the lead wires. The electrical circuits on the first and second printed circuit boards are designed in the usual way, ie by CAD software, then the masks are made and constructed using the corrosion and drilling processes. This method is an industry standard process.

도 2를 참조하면 제1 인쇄회로기판에 어떻게 전자부품과 유체부품이 장착되는 지 알 수 있다. 표면실장형 전자부품 (117)은 통상적인 방법과 같이 제 1 또는 제 2 기판 표면에 실장된다. 그러나 일반부품의 경우는 통상적인 실장법과 달리 리드선이 제 1 인쇄회로기판을 통과하여 제 2 인쇄회로기판 바닥까지 내려와 납땜이 된다(118).Referring to FIG. 2, it can be seen how the electronic component and the fluid component are mounted on the first printed circuit board. The surface mount electronic component 117 is mounted on the surface of the first or second substrate in a conventional manner. However, in the case of general components, unlike the conventional mounting method, the lead wire passes through the first printed circuit board to the bottom of the second printed circuit board and is soldered (118).

한편 유체부품은 전자부품과 달리 유체가 흐르는 튜브와 전기신호용 리드선이 동시에 돌출되어 있다. 리드선은 표면실장형으로 좌우로 달려 있거나(115) 투과형으로 아랫방향으로 달려있다(114). 이 리드선을 상기 전자부품처럼 표면(115) 또는 제 2 인쇄회로기판의 밑면에서 납땜한다. 튜브(120)는 제 1 인쇄회로기판을 통과하여 유체회로패널의 상부까지 연결되어 유체의 이송을 담당한다(119). 한편 유체의 누설방지를 위하여 유체부품들은 밑면에 개스킷이 달려있다(113). 한편 제 1 기판과 제 2 기판사이의 전기적 연결 및 기계적인 접합을 위하여 핀(111)이 박혀 제 1 및 제 2 인쇄회로기판에 각각 납땜이 되어 있다(112).On the other hand, unlike electronic components, a fluid flowing tube and an electrical signal lead protrude simultaneously. The lead may be left or right in a surface mount (115) or downward in a transmissive (114). This lead wire is soldered on the surface 115 or on the underside of the second printed circuit board like the electronic component. The tube 120 is connected to the upper portion of the fluid circuit panel through the first printed circuit board and is responsible for the transfer of the fluid (119). Meanwhile, in order to prevent leakage of the fluid, the fluid parts have a gasket on the bottom thereof (113). Meanwhile, the pins 111 are embedded and soldered to the first and second printed circuit boards 112 for electrical connection and mechanical bonding between the first and second substrates, respectively.

도 3을 참조하면 상기 세층을 상호연결하는 핀(122)들의 의미를 이해할 수 있다. 이 핀들은 제 1 인쇄회로기판의 관통공(121)과 제 2 인쇄회로기판의 관통공을 통과하여 각각 납땜이 되며, 얼라인먼트 및 전기신호 전달 및 기계적인 결합의 역할을 한다.Referring to FIG. 3, the meanings of the pins 122 interconnecting the three layers may be understood. These pins are soldered through the through holes 121 of the first printed circuit board and the through holes of the second printed circuit board, respectively, and serve as alignment, electric signal transmission, and mechanical coupling.

도 4는 조립된 전자유체 인쇄회로기판의 모습이다.4 is a view showing an assembled electrofluidic printed circuit board.

도 5은 제 1 및 제 2 인쇄회로기판(302)에 있어 한쪽면에 솔더마스크층(301)을 형성하지 않고 에폭시기판 층을 노출시켜 유체회로패널과 접착이 잘되도록 고안한 것을 개시한 것이다.FIG. 5 discloses that the first and second printed circuit boards 302 are designed to be well adhered to the fluid circuit panel by exposing the epoxy substrate layer without forming the solder mask layer 301 on one side thereof.

솔더마스크가 형성된 면에서는 일반 전자 및 유체부품(303-305)들이 실장될 수 있다.On the side where the solder mask is formed, general electronic and fluid components 303 to 305 may be mounted.

도 6는 바람직한 실시예로 연속식 전자동 화학 분석기를 들어 실시예를 도시한것이다. 마이크로 펌프 4개와 외부 플라스틱 튜브를 연결한 금속관 4개 그리고 센서를 전자유체 통합회로기판에 실장한 것이다. 먼저 추진액(carrier solution)이 펌프에 의하여 이송되어 센서를 세척하고 외부시료를 펌프가 흡입한다음 센서에 부내 측정한다. 보정액 I,II는 펌프로 이소오디어 센서의 감도저하분을 측정하여 보상한다. 흡입된 용액들은 배출구(waste)로 빠져나간다. 이리하여 자동측정, 자동보정, 자동세척이라는 기능을 수행하는 연속화학 측정기를 초소형으로 저렴하게 만들 수있는 것이다.Figure 6 shows an embodiment with a continuous fully automatic chemical analyzer as a preferred embodiment. Four micro-pumps, four metal tubes connecting external plastic tubes, and sensors are mounted on an integrated circuit board. First, the carrier solution is transferred by the pump to wash the sensor, and the external sample is sucked by the pump, and then measured in the sensor. The correction liquids I and II are compensated by measuring the sensitivity reduction of the iso audio sensor with a pump. Inhaled solutions exit to the waste. Thus, it is possible to make a continuous chemistry measuring instrument that performs functions such as automatic measurement, automatic calibration, and automatic cleaning in a compact and inexpensive manner.

도 7은 이러한 연속식 화학측정기의 실제 제조품의 사진이다.7 is a photograph of an actual product of such a continuous chemistry meter.

상기 방법으로 제작된 전자유체 인쇄회로기판은 수동적인 방법뿐만 아니라, 일반적인 전기회로기판용 자동화 장비를 이용하여, 전자 부품등을 장착할 수 있어, 저렴하고 소형화된 유체 조절 장치 모듈을 만드는데 사용된다The electronic fluid printed circuit board manufactured by the above method is not only a manual method but also can be equipped with electronic components using automation equipment for general electric circuit boards, and is used to make inexpensive and compact fluid control device modules.

본 발명에 따른 전자유체 인쇄회로기판은 기존 인쇄회로기판 공정에 의하여 손쉽게 양산될 수 있어 가정과 산업전반에 걸쳐, 기존의 제품을 대체할 뿐만아니라, 단순유체장치, 예를 들면 향발생기등의 새로운 수요를 창출하게되며, 유체와 전기를 동시에 조절하는 통합회로의 개발로, 인쇄회로기판 산업의 새로운 전기를 만들게 된다.The electronic fluid printed circuit board according to the present invention can be easily mass-produced by the existing printed circuit board process, and not only replaces the existing product throughout the home and industry, but also a new demand for a simple fluid device, for example, a scent generator. The development of integrated circuits that simultaneously control fluid and electricity will create new electricity for the printed circuit board industry.

Claims (9)

제 1 기판이 상부에 놓이고; 유체회로패널이 가운데 층에 놓이고; 제 2 기판이 하부에 놓인; 다층 기판으로서, 가운데 유체회로패널에 형성된 유체 채널로 기체나 액체가 흐르며, 제1 및 제 2 기판에는 전자가 흐르고, 제 1기판에 전자부품과 유체부품이 동시에 실장되는 전자유체 통합 기판으로서 특히 인쇄회로기판이 상부 및 하부에 사용된 전자유체 통합 다층 인쇄회로기판.The first substrate is placed on top; The fluid circuit panel is placed in the middle layer; A second substrate underlying; Multi-layered board, in which gas or liquid flows through a fluid channel formed in the central fluid circuit panel, electrons flow in the first and second boards, and an electronic fluid integrated board in which electronic parts and fluid parts are simultaneously mounted on the first board. Electro-fluidic integrated multilayer printed circuit board with circuit boards used on top and bottom. 표면실장형 전자부품의 전기신호용 리드선은 제 1 기판 표면에 형성된 인쇄회로에 납땜되고, 일반 관통형 전자부품은 제 1 기판과 유체회로패널과 제 2 기판에 수직으로 정렬된 관통공을 지나 제 2 기판하부에서 납땜되므로 일반 인쇄회로기판처럼 전자부품을 모두 실장할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자유체 통합 다층 인쇄회로기판.The lead wire for electric signal of the surface mount electronic component is soldered to the printed circuit formed on the surface of the first substrate, and the general through type electronic component passes through the through holes vertically aligned with the first substrate, the fluid circuit panel and the second substrate. An electro-fluid integrated multilayer printed circuit board, which is soldered under the board, so that all electronic components can be mounted like a general printed circuit board. 표면실장형 유체부품의 전기신호용 리드선은 제 1 기판 표면에 형성된 인쇄회로에 납땜되고,The lead wire for electric signal of the surface mount fluid component is soldered to the printed circuit formed on the surface of the first substrate, 관통형 유체부품의 전기신호용 리드선은 제 1 기판과 유체회로패널과 제 2 기판에 수직으로 정렬된 관통공을 지나 제 2기판의 하부에서 납땜되고The lead wire for electric signal of the flow-through fluid part is soldered in the lower part of the second substrate through the through hole vertically aligned with the first substrate, the fluid circuit panel and the second substrate. 각 유체부품의 유체용 튜브는 제 1 기판의 관통공을 지나 가운데 유체회로패널에 연결되어 유체가 흐르도록 하여,The fluid tube of each fluid part is connected to the central fluid circuit panel through the through hole of the first substrate so that fluid flows. 상기 두 종류의 유체부품을 모두 실장할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자유체 통합 다층 인쇄회로기판.Electro-fluidic integrated multilayer printed circuit board, characterized in that the two kinds of fluid parts can be mounted. 상부의 제 1 기판에는 두 종류의 관통공이 형성되어 있어 첫번째 관통공은 전자부품이나 유체부품의 리드선을 통과시키고 가운데 유체회로패널의 관통공을 지나 제 2기판 하부에서 납땜이 되며, 두번째 관통공은 유체부품의 튜브가 꼭 끼워 맞게 직경을 설계하여 유체가 가운데 유체회로패널과 유체부품사이에 흐르도록 하는 용도로 사용되는 전자유체 통합 다층 인쇄회로기판Two types of through-holes are formed in the upper first substrate. The first through-hole passes through the lead wire of the electronic component or the fluid component, passes through the through-hole of the middle fluid circuit panel and is soldered under the second substrate. Electro-fluidic integrated multilayer printed circuit board that is designed to fit the tube of fluid parts so that the fluid flows between the center fluid circuit panel and the fluid parts. 상부의 제 1 기판과 가운데 유체회로패널과 하부의 제 2 기판에는 수직으로 정렬된 관통공이 있어, 이 관통공에 금속핀이 삽입되어 각각 제 1기판과 제 2 기판에서 납땜되어, 얼라인먼트 역할 및 기계적인 접합 및 제 1기판과 제 2 기판사이의 전기신호전달의 역할을 하는 전자유체 통합 다층 인쇄회로기판The upper first substrate, the middle fluid circuit panel, and the lower second substrate have vertically aligned through holes, and metal pins are inserted into the through holes to be soldered on the first and second substrates, respectively, to serve as alignment and mechanical properties. Electro-fluidic integrated multilayer printed circuit board that serves as bonding and electrical signal transfer between the first and second substrates 상기 세층을 접착제를 이요하여 부착시키는 실시예의 경우, 제 1 기판 하부와 제 2기판 상부에는 솔더마스크층이 형성되지 않도록 하여 에폭시 기판이 노출되어 있어 유체회로패널에 접착이 잘되도록 고안돤 것을 특징으로하는 전자유체 통합 다층 인쇄회로기판.In the embodiment of attaching the three layers using an adhesive, an epoxy substrate is exposed to prevent the solder mask layer from being formed on the lower portion of the first substrate and the upper portion of the second substrate, so that the adhesive layer is well adhered to the fluid circuit panel. Electronic fluid integrated multilayer printed circuit board. 제 1 기판과 제 2 기판 사이에는 0.5mm 에서 1mm 두께의 금속판 또는 플라스틱판으로 유체회로패널이 삽입되어 있고 유체회로패널과 제 1, 제 2 기판사이에는 접착제를 이용하여 유체의 누설이 되지 않도록 하는 것을 특징으로하는 전자유체 통합 다층 인쇄회로기판.The fluid circuit panel is inserted between the first substrate and the second substrate by a metal plate or a plastic plate having a thickness of 0.5 mm to 1 mm, and the fluid is prevented from leaking by using an adhesive between the fluid circuit panel and the first and second substrates. Electromagnetic integrated multilayer printed circuit board, characterized in that. 청구항 7에 있어서,The method according to claim 7, 상기 유체회로패널이 금속판인 실시예에서는 스테인레스 스틸이나 황동 또는 구리판을 사용하고 제 2기판에 핫프레스 공정으로 압착시키고, 부식공정에 의하여 유체채널을 형성한 다음, 그 위에 제 2 기판을 프리프레그나 접착필름이나 접착제에 의하여 접착시키는 것을 특징으로하는 전자유체 통합 다층 인쇄회로기판In the embodiment where the fluid circuit panel is a metal plate, stainless steel, brass or copper plate is used, and the second substrate is pressed by a hot press process, a fluid channel is formed by a corrosion process, and then a second substrate is prepreg or adhered thereon. Electro-fluidic integrated multilayer printed circuit board, characterized in that the bonding by film or adhesive 청구항 7에 있어서The method according to claim 7 상기 유체회로패널이 플라스틱판인 실시예에서는 평판 사출용 수지, 바람직하게는 폴리카보네이트, 폴리스타일렌, 폴리메사메칠아크릴레이트 같이 투명한 수지를 이용하여 사출공정으로 유체채널용 홈을 형성한 패널을 만든 다음 제 2 기판에 접착하고, 그 위에 제 2 기판을 프리프레그나 접착필름이나 접착제에 의하여 접착시키는 것을 특징으로하는 전자유체 통합 다층 인쇄회로기판.In the embodiment in which the fluid circuit panel is a plastic plate, a panel in which a groove for a fluid channel is formed by an injection process is made by using a resin for flat plate injection, preferably a polycarbonate, polystyrene, or polymesamethacrylate. An electro-fluidic integrated multilayer printed circuit board is bonded to a second substrate, and the second substrate is bonded to the second substrate by a prepreg, an adhesive film or an adhesive.
KR10-2000-0022717A 2000-04-28 2000-04-28 Electrofluidic multilayer printed circuit board KR100430864B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0022717A KR100430864B1 (en) 2000-04-28 2000-04-28 Electrofluidic multilayer printed circuit board

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0022717A KR100430864B1 (en) 2000-04-28 2000-04-28 Electrofluidic multilayer printed circuit board

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010098079A true KR20010098079A (en) 2001-11-08
KR100430864B1 KR100430864B1 (en) 2004-05-10

Family

ID=19667439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2000-0022717A KR100430864B1 (en) 2000-04-28 2000-04-28 Electrofluidic multilayer printed circuit board

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100430864B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020023888A (en) * 2001-12-27 2002-03-29 박종선 Multilayer printed circuit board and manufacturing method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0484278B1 (en) * 1990-11-01 1995-04-12 Ciba-Geigy Ag Device for preparing liquid samples for chemical analysis
US5176358A (en) * 1991-08-08 1993-01-05 Honeywell Inc. Microstructure gas valve control
US5498392A (en) * 1992-05-01 1996-03-12 Trustees Of The University Of Pennsylvania Mesoscale polynucleotide amplification device and method
KR100259385B1 (en) * 1997-07-30 2000-06-15 구자홍 Print circuit board using electrical moving flow
KR19990041902A (en) * 1997-11-25 1999-06-15 이형도 Micro valve

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020023888A (en) * 2001-12-27 2002-03-29 박종선 Multilayer printed circuit board and manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
KR100430864B1 (en) 2004-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100571860C (en) Micro fluid system support unit
US6632400B1 (en) Integrated microfluidic and electronic components
CN1639054B (en) Micro fluid system support unit and manufacturing method thereof
KR101000797B1 (en) Modular microfluidic system
US8480971B2 (en) Analytical pretreatment device
US9642244B2 (en) Micro-electro-mechanical systems (MEMS) and corresponding manufacturing process
US7004198B1 (en) Micro-fluidic interconnect
US20100314041A1 (en) Method of making a multilayer substrate with embedded metallization
CN100536097C (en) Interconnection and packaging method for biomedical devices with electronic and fluid functions
Lindsay et al. Heterogeneous integration of CMOS sensors and fluidic networks using wafer-level molding
US8414785B2 (en) Methods for fabrication of microfluidic systems on printed circuit boards
US20040089357A1 (en) Integrated electrofluidic system and method
US20080135116A1 (en) Fluid manifolds
KR100430864B1 (en) Electrofluidic multilayer printed circuit board
JP4757548B2 (en) Microchip mounting device
Peng et al. CMOS compatible integration of three-dimensional microfluidic systems based on low-temperature transfer of SU-8 films
CN110947434B (en) Electronic package and manufacturing method thereof
TWI275803B (en) Probe device of probe card
EP2063987A2 (en) Assembly of at least one microfluidic device and a mounting piece, mounting piece and methods for manufacture and use of such an assembly
TWM538153U (en) Integrated multi-substrate structure of electronic biosensor and microfluidic device
Wissink et al. Novel hybrid µTAS using modular assembly technology (MATAS)
Lee et al. CMOS/Microfluidic Hybrid Systems
KR100583582B1 (en) Microelectrofluidic benches for modular fluidic and electrical interconnections
Blacktrace et al. Guidelines for Packaging of Microfluidics: Electrical Interconnections
Okandan et al. Micro-fluidic interconnect

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee