KR20030080468A - Micro actuating apparatus for controlling fluid and micro fluidic control devices using the same - Google Patents

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KR20030080468A
KR20030080468A KR1020020019109A KR20020019109A KR20030080468A KR 20030080468 A KR20030080468 A KR 20030080468A KR 1020020019109 A KR1020020019109 A KR 1020020019109A KR 20020019109 A KR20020019109 A KR 20020019109A KR 20030080468 A KR20030080468 A KR 20030080468A
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이대식
이명래
고종수
김윤태
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한국전자통신연구원
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00023Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements

Abstract

PURPOSE: A micro actuating apparatus for controlling fluid and a micro fluid control apparatus using the same are provided to be capable of optimizing the transfer of a biomass sample having a high viscosity and conductivity, improving response speed, and operating at low temperature. CONSTITUTION: A micro actuating apparatus for controlling fluid is provided with a silicon substrate(100a), an outer wall(101) formed at the upper portion of the silicon substrate by sequentially depositing a silicon oxide layer and a silicon layer, a mobile structure(102) including at least one pair of leaf springs having a restoring force, connected with the outer wall through both ends of the mobile structure, and an actuator formed at the upper portion of the silicon substrate for driving backward or forward the mobile structure by using the expansion of a heating element(106) due to the supply of voltage.

Description

유체 제어용 마이크로 구동장치 및 이를 이용한 마이크로 유체 제어 장치{Micro actuating apparatus for controlling fluid and micro fluidic control devices using the same}Micro actuating apparatus for controlling fluid and micro fluidic control devices using the same}

본 발명은 유체 제어용 마이크로 구동장치 및 이를 이용한 마이크로 유체 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 의료 생체용 물질 이송을 위하여 열팽창 방식과 변위 증폭을 이용하는 액츄에이터와 판스프링 형태의 가동 구조체를 포함하는 마이크로 구동장치 및 이를 이용한 마이크로 유체 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a micro-control device for controlling a fluid and a micro-fluid control device using the same, and more particularly, to a micro-drive including an actuator using a thermal expansion method and displacement amplification for transfer of a medical biomaterial, and a movable structure in the form of a leaf spring. A device and a microfluidic control device using the same.

생체 물질의 경우, 점성이 강하면서 도전성이 있어 이송을 위해서는 압전형과 열 구동방식과 같은 큰 변위를 가져오는 마이크로 구동기가 많이 이용되고 있다. 이와 같은 방식을 이용해서는 수직 방향(out-of-plane)으로 구동되며, 그 구조가 복잡하여 제조상의 어려움이 많고, 집적화에 어려움이 있다. 수평 방향(in-plane)으로 구동하는 구동기는 아직 연구 단계에 있으며, 이에 대한 논문의 발표도 희소하다.In the case of biological materials, micro-drives that have high viscosity such as piezoelectric type and thermal drive type have been widely used for their viscous and conductive properties. By using this method, the device is driven in an out-of-plane direction, and its structure is complicated, which leads to many manufacturing difficulties and difficulty in integration. Actuators driving in the in-plane are still in the research stage, and the publication of these papers is rare.

도 1은 종래의 거품 구동형 마이크로 밸브의 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the operation of the conventional foam-driven micro-valve.

도 1에 도시된 거품 구동형 마이크로 밸브는 2001년 독일 뮌헨에서 열린 Tranducers'01 학회(Alexandros P. Papavasiliou, Albert P. Pisano, and Dorian Liepmann, UC Berkeley, "High-speed and Bi-stable electroysis-bubble actuated gate valves", Digest of Technical Papers, Vol. 2, pp. 940-943)에서 발표된 평면 구동이 가능하고, 거품을 이용하는 좌굴(bucking) 가동부를 가진 밸브를 도시한 도면으로서, 상기 밸브를 구동하기 위해서는 거품을 발생시켜 그 힘을 이용하여(a), (b), (c)의 순서로 구동하게 된다. 그러나, 상기 밸브는 구동부가 움직일 때, 그 시간이 3초 정도로 매우 느리며, 거품의 크기를 제어하는데 어려움이 있고, 전진-후진 상태로만 제어가 가능하다는 단점이 있다. 여기서, 미설명된 참조부호 '10', '12', '14', '16' 및 '18'은 각각 구동 챔버(actuation chamber), 챔버, 빔(beam), 유로(channel) 및 여닫이용 구동부(gate)를 나타낸다.The foam-driven microvalve shown in FIG. actuated gate valves ", Digest of Technical Papers, Vol. 2, pp. 940-943, which show a valve capable of planar drive and having a bucking movable part using foam, which drives the valve. In order to achieve this, bubbles are generated and driven in the order of (a), (b) and (c) using the force. However, the valve has a disadvantage that when the drive moves, the time is very slow as about 3 seconds, difficult to control the size of the foam, it can be controlled only in the forward-reverse state. Herein, reference numerals '10', '12', '14', '16' and '18', which are not described, refer to an actuation chamber, a chamber, a beam, a channel, and a opening driver, respectively. (gate).

최근에 크게 주목받고 있는 DNA 혹은 단백질 칩과 같은 바이오 소자의 대중화를 위해서는 위의 기능을 보완하면서도 제작 공정을 단순화시킨 새로운 개념의 구동기가 필요하다.The popularization of bio devices such as DNA or protein chips, which are recently attracting much attention, requires a new concept of driver that simplifies the manufacturing process while complementing the above functions.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 높은 점도성 및 전도성을 가진 생체 시료 이송에 적합하고, 응답 속도가 빠르며, 제조 공정이 단순하고, 저온에서도 동작이 가능한 유체 제어용 마이크로 구동장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a micro-control device for fluid control that is suitable for transporting a biological sample having high viscosity and conductivity, having a fast response speed, a simple manufacturing process, and operable at low temperature.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 마이크로 구동장치를 이용한 마이크로 유체 제어 장치들을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide microfluidic control devices using the microdrive.

도 1은 종래의 거품 구동형 마이크로 밸브의 동작을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.1 is a view showing for explaining the operation of the conventional foam-driven micro-valve.

도 2는 판스프링형 가동 구조체의 동작 원리를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.2 is a view for explaining the principle of operation of the leaf spring-type movable structure.

도 3은 판스프링형 가동 구조체의 연결 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.3 is a view illustrating a connection method of the leaf spring-type movable structure.

도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 제어용 마이크로 구동장치의 개폐(power-off) 상태의 구조를 도시한 도면이고, 도 4b는 도 4a의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 단면도이다.4A is a diagram illustrating a structure of a power-off state of the microcontroller for fluid control according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 4A.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 제어용 마이크로 구동장치의 파워-온(power-on) 상태의 구조를 도시한 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a structure of a power-on state of the microcontroller for fluid control according to the first embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체 제어용 마이크로 구동장치를 도시한 도면이다.6 is a view showing a micro control device for fluid control according to a second embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 마이크로 펌프를도시한 도면이다.7 is a view showing a micro pump using the micro-control device for fluid control of the present invention.

도 8은 본 발명의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 평상시에 열린 상태(normally-open)의 마이크로 밸브를 도시한 도면이다.FIG. 8 is a view showing a normally-open microvalve using the microcontroller for fluid control of the present invention.

도 9는 본 발명의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 평상시에 닫힌 상태(normally-closed)의 마이크로 밸브를 도시한 도면이다.FIG. 9 shows a normally-closed microvalve using the microcontroller for fluid control of the present invention. FIG.

도 10은 본 발명의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 마이크로 토출기(micro-ejector)를 도시한 도면이다.FIG. 10 is a view illustrating a micro-ejector using the microcontroller for fluid control of the present invention.

도 11은 본 발명의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 마이크로 혼합기(micro-mixer)를 도시한 도면이다.FIG. 11 is a view showing a micro-mixer using the micro-control device for fluid control of the present invention.

도 12는 본 발명의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 마이크로 세포 파쇄기(micro cell lysis)를 도시한 도면이다.12 is a view showing a micro cell lysis (micro cell lysis) using the micro-control device for fluid control of the present invention.

<도면의 주요 부분에 부호의 설명><Description of the symbols in the main part of the drawing>

101: 외벽102: 가동 구조체101: outer wall 102: movable structure

104: 탄성체106: 발열체104: elastic body 106: heating element

108: 제1 앵커110: 제2 앵커108: first anchor 110: second anchor

112: 제2 전극114: 제1 전극112: second electrode 114: first electrode

116, 118, 119: 힌지120: 제2 변위확대부116, 118, and 119: hinge 120: second displacement expanding portion

122: 제1 변위확대부124: 돌기부122: first displacement expanding unit 124: protrusion

126: 충격 완충부128: 구멍126: shock buffer 128: hole

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 실리콘 기판과, 상기 실리콘 기판 상부에 실리콘 산화막 및 실리콘이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 외벽과, 상기 외벽과 양단이 연결되며, 복원력을 갖는 판스프링이 적어도 한 쌍 이상 설치된 가동 구조체 및 상기 실리콘 기판 상부에 형성되며 전압을 인가하여 발열체에 열을 발생시킴으로써 상기 열에 의해 상기 발열체가 길이 방향으로 팽창하는 것을 지렛대의 원리를 이용하여 변위 증폭시켜 상기 가동 구조체를 전진 또는 후진 방향으로 구동하는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어용 마이크로 구동장치를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a silicon substrate, an outer wall having a structure in which a silicon oxide film and silicon are sequentially stacked on the silicon substrate, and both ends of the outer wall are connected to each other, and at least a leaf spring having a restoring force is provided. The movable structure is provided on a pair of the movable structure and the silicon substrate and a voltage is applied to generate heat to the heating element, thereby expanding and amplifying the heating element in the longitudinal direction by the heat using the principle of leverage to advance the movable structure. Or it provides a micro-control device for fluid control comprising an actuator for driving in the reverse direction.

본 발명의 일 태양에 따른 상기 액츄에이터는, 상기 실리콘 기판 상에 실리콘 산화막 및 실리콘이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 제1 앵커와, 상기 제1 앵커 상부에 형성된 제1 전극과, 상기 제1 앵커와 이격되어 있고 상기 실리콘 기판 상에 실리콘 산화막 및 실리콘이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 제2 앵커와, 상기 제2 앵커 상부에 형성된 제2 전극과, 상기 제1 앵커와 연결되어 있고 상기 실리콘 기판 상부에 부유되도록 형성된 실리콘으로 이루어진 발열체와, 상기 실리콘 기판 상부에 부유되도록 형성되며 일단은 상기 발열체의 끝단에 연결되어 있고 타단은 상기 가동 구조체를 밀수 있도록 구비된 꺽쇄형의 제1 변위확대부와, 상기 실리콘 기판 상부에 부유되도록 형성되며 일단은 상기 제2 앵커의 측면에 연결되어 있고 타단은 상기 제1 변위확대부의 일단 및 상기 발열체의 끝단과 중첩하여 연결되어 있는 제2 변위확대부를 포함하되, 상기 발열체의 팽창된 길이를 지렛대의 원리를 이용하여 상기 제1 변위확대부 및 상기 제2 변위확대부의 길이의 비 만큼 변위 증폭하여 상기 제1 변위확대부의 일단이 상기 가동 구조체를 전진 방향으로 밀어 구동하는 것을 특징으로 한다.The actuator according to an aspect of the present invention includes a first anchor having a structure in which a silicon oxide film and silicon are sequentially stacked on the silicon substrate, a first electrode formed on the first anchor, and the first anchor; A second anchor having a structure spaced apart from each other and having a structure in which a silicon oxide film and silicon are sequentially stacked on the silicon substrate, a second electrode formed on the second anchor, and connected to the first anchor and on the silicon substrate A heating element made of silicon formed to be suspended, and a first displacement expanding part of a quadrangular shape formed to be floated on the silicon substrate, one end of which is connected to an end of the heating element, and the other end to push the movable structure; It is formed to float on the substrate and one end is connected to the side of the second anchor and the other end is the first displacement expanding portion A second displacement enlargement part connected to overlap one end of the heating element and an end of the heating element, wherein the ratio of the length of the first displacement enlargement portion and the second displacement enlargement portion to the expanded length of the heating element is obtained using the principle of the lever; Displacement amplification by as much as one end characterized in that the one end driving the movable structure in the forward direction.

본 발명의 다른 태양에 따른 상기 액츄에이터는, 상기 실리콘 기판 상에 실리콘 산화막 및 실리콘이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 제1 앵커와, 상기 제1 앵커 상부에 형성된 제1 전극과, 상기 외벽 상부에 형성된 제2 전극과, 상기 제1 앵커와 연결되어 있고, 상기 실리콘 기판 상부에 부유되도록 형성된 실리콘으로 이루어진 발열체와, 상기 실리콘 기판 상부에 부유되도록 형성되며 일단은 상기 외벽에 연결되고 타단은 상기 가동 구조체에 연결되어 상기 가동 구조체를 끌어당길수 있도록 구비된 꺽쇄형의 제1 변위확대부와, 상기 실리콘 기판 상부에 부유되도록 형성되며 일단은 상기 발열체의 끝단에 연결되어 있고 타단은 상기 제1 변위확대부의 일단 및 상기 외벽에 중첩하여 연결되어 있는 제2 변위확대부를 포함하되, 상기 발열체의 팽창된 길이를 지렛대의 원리를 이용하여 상기 제1 변위확대부 및 상기 제2 변위확대부의 길이의 비 만큼 변위 증폭하여 상기 제1 변위확대부의 일단이 상기 가동 구조체를 후진 방향으로 끌어당겨 구동하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, an actuator includes a first anchor having a structure in which a silicon oxide film and silicon are sequentially stacked on the silicon substrate, a first electrode formed on the first anchor, and an upper portion of the outer wall. A heating element made of silicon connected to a second electrode, the first anchor and floating on the silicon substrate, and floating on the silicon substrate, one end of which is connected to the outer wall and the other end of which is connected to the movable structure. A first displacement enlargement part of a quadrangular shape that is connected to be able to pull the movable structure, and is floated on an upper portion of the silicon substrate, and one end of which is connected to an end of the heating element, and the other end is connected to one end of the first displacement enlargement part. And a second displacement enlargement part connected to the outer wall so as to overlap the outer wall, wherein the expanded length of the heating element is increased. Displacement amplification by the ratio of the length of the first displacement enlargement portion and the second displacement enlargement portion using the principle of the lever, characterized in that one end of the first displacement enlargement portion pulls the movable structure in the reverse direction to drive.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 유체를 입력 또는 출력하기 위한 적어도 2개의 챔버와, 상기 챔버들을 서로 연결하며 유체가 통과하는 유로 및 상기 유로의 유체 흐름을 제어하기 위한 상기 유체 제어용 마이크로 구동장치를 포함하되, 상기 유로는 상기 구동장치의 가동 구조체의 전진 또는 후진에 의해 개폐되어 유체의 흐름이 조절되는 것을 특징으로 하는 마이크로 유체 제어 장치를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides at least two chambers for inputting or outputting a fluid, a flow path connecting the chambers with each other, and a fluid control microcontroller for controlling a fluid flow in the flow path. Including a drive device, wherein the flow path is opened and closed by the forward or backward of the movable structure of the drive device provides a microfluidic control device, characterized in that the flow of the fluid is controlled.

상기 마이크로 유체 제어 장치는, 상기 챔버들은 유체를 주입하기 위한 입력 챔버와 상기 유체를 받는 출력 챔버로 구분되고, 상기 입력 챔버와 상기 유로 사이에 구비되어 상기 유로로 유체를 출력하는 제1 밸브와, 상기 출력 챔버와 상기 유로 사이에 구비되어 상기 출력 챔버로 유체를 출력하는 제2 밸브를 더 포함하는 마이크로 펌프일 수 있다.The microfluidic control device may include: a first valve configured to divide the chamber into an input chamber for injecting a fluid and an output chamber receiving the fluid, and to be provided between the input chamber and the flow path to output fluid to the flow path; It may be a micro pump further comprises a second valve provided between the output chamber and the flow path for outputting a fluid to the output chamber.

또한, 상기 마이크로 유체 제어 장치는, 상기 챔버들은 유체를 주입하기 위한 입력 챔버와 상기 유체를 받는 출력 챔버로 구분되고, 상기 가동 구조체에 연결되어 상기 유로를 개폐시키기 위한 밸브부를 더 포함하는 마이크로 밸브일 수 있다.The microfluidic control device may further include a microvalve further including a valve unit which is divided into an input chamber for injecting fluid and an output chamber receiving the fluid, and connected to the movable structure to open and close the flow path. Can be.

또한, 상기 마이크로 유체 제어 장치는, 상기 유로에 구비되며 상기 유체를 외부로 배출시키기 위한 토출구를 더 포함하는 마이크로 토출기일 수 있다.The microfluidic control device may be a micro ejector provided in the flow path and further including a discharge port for discharging the fluid to the outside.

또한, 상기 마이크로 유체 제어 장치는, 상기 챔버들은 유체를 주입하기 위한 입력 챔버와 상기 유체를 받는 출력 챔버로 구분되고, 상기 입력 챔버와 상기 유로 사이에 구비되어 상기 유로로 유체를 출력하는 제1 밸브와, 상기 출력 챔버와 상기 유로 사이에 구비되어 상기 출력 챔버로 유체를 출력하는 제2 밸브와, 상기 유로를 따라 층류로 흐르는 유체에 대하여 난류에 의해 서로 다른 층류 상태의 유체가 혼합되도록 상기 유로내에 구비된 기둥을 더 포함하는 마이크로 혼합기일 수 있다.In addition, the microfluidic control device, the chamber is divided into an input chamber for injecting the fluid and the output chamber receiving the fluid, the first valve provided between the input chamber and the flow path for outputting the fluid to the flow path And a second valve disposed between the output chamber and the flow path and outputting fluid to the output chamber, such that fluids of different laminar flow states by turbulent flow are mixed with the fluid flowing in the laminar flow along the flow path. It may be a micro mixer further comprising a provided column.

또한, 상기 마이크로 유체 제어 장치는, 상기 챔버들은 유체를 주입하기 위한 입력 챔버와 상기 유체를 받는 출력 챔버로 구분되고, 상기 입력 챔버와 상기 유로 사이에 구비되어 상기 유로로 유체를 출력하는 제1 밸브와, 상기 출력 챔버와 상기 유로 사이에 구비되어 상기 출력 챔버로 유체를 출력하는 제2 밸브를 더 포함하되, 상기 유로를 따라 흐르는 유체에 포함된 세포를 파쇄하기 위하여 상기 유로에 암의 톱니 모양의 구조가 형성되어 있고, 상기 가동 구조체에 상기 암의 톱니 모양의 구조와 맞물리도록 수의 톱니 모양의 구조가 형성되어 있는 마이크로 세포파쇄기일 수 있다.In addition, the microfluidic control device, the chamber is divided into an input chamber for injecting the fluid and the output chamber receiving the fluid, the first valve provided between the input chamber and the flow path for outputting the fluid to the flow path And a second valve provided between the output chamber and the flow path for outputting fluid to the output chamber, wherein the arm is sawtooth-shaped in the flow path to fracture cells contained in the fluid flowing along the flow path. The structure may be formed, and the movable structure may be a micro cell crusher having a number of serrated structures formed to engage with the serrated structure of the arm.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이하의 설명에서 어떤 층이 다른 층의 위에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 층의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 층이 게재될 수도 있다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments are provided to those skilled in the art to fully understand the present invention, and may be modified in various forms, and the scope of the present invention is limited to the embodiments described below. It doesn't happen. In the following description, when a layer is described as being on top of another layer, it may be present directly on top of another layer, with a third layer interposed therebetween. Like numbers refer to like elements in the figures.

본 발명은 유체 제어용 마이크로 구동장치에 관한 것으로, 복원력(restoring force)을 갖는 가동 구조체(mobile structure)를 구비하며, 상기 가동 구조체를 움직이기 위하여 열팽창력을 이용하여 변위 증폭하는 액츄에이터를 포함한다. 상기 가동 구조체는 'I'형상으로 적어도 한 쌍 이상 설치된 판스프링(leaf spring) 구조로 이루어져 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microcontroller for fluid control, comprising a mobile structure having a restoring force, and including an actuator for displacement amplification using thermal expansion force to move the movable structure. The movable structure has a leaf spring structure in which at least one pair is installed in an 'I' shape.

상기 유체 제어용 마이크로 구동장치의 구동 전력을 낮추기 위해서 전원 개폐(power-off)시에도 복원력으로 움직이는 'I'형상의 판스프링형 가동 구조체를 이용하였고, 상기 가동 구조체의 연결 부위인 양쪽 끝에 상기 가동 구조체와 수직으로 연결되는 탄성체를 삽입하여 축 방향에 대한 운동 자유도를 증진하였고, 상기 탄성체로는 상기 판스프링형 가동 구조체에 수직으로 연결되는 'I'형 스프링 빔, 각도 변형이 가능한 'S'형 스프링 빔 및 다양한 굴곡을 가지는 다층의 스프링형 빔 중 어느 하나를 사용한다.In order to lower the driving power of the microcontroller for fluid control, an 'I' shaped plate spring movable structure that moves with restoring force even when power is turned off and used is used, and the movable structure at both ends connected to the movable structure. Insertion of the elastic body connected to the vertical and to enhance the degree of freedom of movement in the axial direction, the elastic body is a 'I' spring beam connected vertically to the leaf spring-type movable structure, 'S' type spring capable of angular deformation Any one of a beam and a multilayer spring type beam having various bends is used.

도 2는 판스프링형 가동 구조체의 동작 원리를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.2 is a view for explaining the principle of operation of the leaf spring-type movable structure.

도 2를 참조하면, 판스프링(132)의 형태가 도 2(a)와 같이 직선형인 경우, 전진 방향으로 변위된 상태(136)에서 전력을 끊으면, 도 2(b)와 같이 판스프링(132)의 복원력(Restoring force; R.f.)에 의해 점선으로 표시된 중앙의 평형 위치(135)로 판스프링이 되돌아 오게 된다. 후진 방향으로 변위된 상태(137)에서도 도 2(c)와 마찬가지로 점선으로 표시된 중앙의 평형 위치(135)로 되돌아 오게 되어, 중앙의 평형 위치(135)로 옮기기 위한 별도의 전력 공급이 필요없다는 장점이 있다. 이와 같이 'I'형상의 판스프링을 가동 구조체(도 4의 '102' 참조)로 이용하면 전력 소모를 절반 이하로 줄일 수 있는 장점이 있다.Referring to FIG. 2, when the shape of the leaf spring 132 is straight as shown in FIG. 2 (a), when the power is cut off in a state 136 displaced in the forward direction, the leaf spring 132 as shown in FIG. 2 (b). The leaf spring is returned to the central equilibrium position 135 indicated by the dotted line by the restoring force Rf. Even in the displaced state 137 in the reverse direction, as in FIG. 2 (c), the power is returned to the central equilibrium position 135 indicated by the dotted line, so that a separate power supply for moving to the central equilibrium position 135 is unnecessary. There is this. As such, using the 'I' shaped leaf spring as a movable structure (see '102' in FIG. 4) has an advantage of reducing power consumption to less than half.

도 3은 판스프링형 가동 구조체의 연결 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.3 is a view illustrating a connection method of the leaf spring-type movable structure.

도 3을 참조하면, 도 3(a)는 판스프링(도 2의 '132' 참조)이 외벽(101)에 수직으로 점(140) 연결된 상태를 보이고 있다. 이와 같은 경우는 변위는 제한될 수 밖에 없다. 따라서, 상기 판스프링의 변위를 늘리기 위해 연결 부위에 탄성체(elastic body)를 삽입하여 추가적인 운동 자유도(degree of freedom)을 주면, 같은 길이의 판스프링이라 하더라도 좀 더 큰 변위를 줄 수 있다. 도 3(b), 도 3(c), 도 3(d)는 이러한 탄성체의 삽입예를 나타낸 것이다. 도 3(b), 도 3(c), 도 3(d)는 각각 'I'형 스프링 빔(142), 'S'형 스프링 빔(144) 및 다양한 굴곡을 가지는 다층의 스프링형 빔(146)을 삽입한 예를 나타내고 있다. 예를 들어, 도 3(c)와같이 연결 부위에 S형 스프링(144)을 삽입한 경우, 판스프링의 축방향 자유도뿐만 아니라 s형 스프링(144) 자체가 변형을 일으켜 연결 부위의 각도 변형(angle deflection; A)이 가능한 자유도를 가지게 함으로써 동일 전력에서도 좀 더 큰 변위를 줄 수 있다. 이와 같이 판스프링을 가동 구조체(도 4의 '102' 참조)로 이용하고, 상기 가동 구조체와 외벽(101) 사이에 탄성체를 삽입하면 추가적인 운동 자유도를 줄 수 있다.Referring to FIG. 3, FIG. 3 (a) shows a state in which a leaf spring (see '132' in FIG. 2) is connected to a point 140 perpendicular to the outer wall 101. In such a case, the displacement is inevitably limited. Therefore, in order to increase the displacement of the leaf spring, by inserting an elastic body in the connecting portion to give an additional degree of freedom, even a leaf spring of the same length can give a larger displacement. 3 (b), 3 (c) and 3 (d) show an example of inserting such an elastic body. 3 (b), 3 (c), and 3 (d) show an 'I' type spring beam 142, an 'S' type spring beam 144, and a multilayer spring type beam 146 having various bends. ) Is shown. For example, when the S-shaped spring 144 is inserted into the connecting portion as shown in FIG. By allowing angle deflection (A) to have as many degrees of freedom as possible, a larger displacement can be achieved at the same power. Thus, using the leaf spring as a movable structure (see '102' of Figure 4), and inserting an elastic body between the movable structure and the outer wall 101 can give additional freedom of movement.

<실시예 1><Example 1>

도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 제어용 마이크로 구동장치의 개폐(power-off) 상태의 구조를 도시한 도면이고, 도 4b는 도 4a의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 단면도이다.4A is a diagram illustrating a structure of a power-off state of the microcontroller for fluid control according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 4A.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 유체 제어용 마이크로 구동장치는 실리콘 기판(100a)과, 실리콘 기판(100a) 상부에 실리콘 산화막(100b) 및 실리콘(100c)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 외벽(101)과, 외벽(101)과 양단이 연결되며 복원력을 갖는 판스프링이 적어도 한 쌍 이상 설치된 가동 구조체(102)와, 외벽(101)과 가동 구조체(102)로 둘러싸이도록 실리콘 기판(100a) 상부에 형성되며 전압을 인가하여 발열체(106)에 열을 발생시킴으로써 상기 열에 의해 발열체(106)가 길이 방향으로 팽창하는 것을 지렛대의 원리를 이용하여 변위 증폭시켜 가동 구조체(102)를 전진 또는 후진 방향으로 구동하는 액츄에이터를 포함한다.4A and 4B, the microcontroller for fluid control of the present invention has a structure in which a silicon substrate 100a and a silicon oxide film 100b and silicon 100c are sequentially stacked on the silicon substrate 100a. The silicon substrate 100a is surrounded by the outer wall 101, the movable structure 102 having both ends connected to the outer wall 101, and at least one pair of leaf springs having restoring force, and the outer wall 101 and the movable structure 102. And a voltage is applied to the heat generating element 106 to generate heat to the heat generating element 106 to expand or expand the heat generating element 106 in the longitudinal direction by the heat displacement displacement amplification using the principle of the lever to move forward or backward 102 It includes an actuator for driving in the direction.

더욱 구체적으로 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 제어용 마이크로 구동장치를 설명하면 다음과 같다. 유체 제어를 위한 판스프링형 가동 구조체(mobile structure; 102)가 있고, 판스프링형 가동 구조체(102) 양쪽에는 탄성체(104)가 판스프링형 가동 구조체(102)에 수직으로 연결되어 있다. 상기 탄성체(104)의 타단은 외벽(101)에 연결된다. 이와 같이 탄성체를 외벽(101)과 가동 구조체(102) 사이에 연결함으로써 가동 구조체(102)에 추가적인 운동 자유도(degree of freedom)를 주어 같은 길이의 가동 구조체(102)라 하더라도 좀 더 큰 변위를 줄 수 있다. 탄성체(104)로는 'I'형 스프링 빔, 각도 변형이 가능한 'S'형 스프링 빔 및 다양한 굴곡을 가지는 다층의 스프링형 빔 중 어느 하나를 사용한다. 예를 들면, 탄성체(104)로 'S'형 스프링 빔을 사용할 경우, 가동 구조체(102)의 축방향 자유도뿐만 아니라 스프링 자체가 변형을 일으켜 연결 부위의 각도 변형(angle deflection)이 가능한 자유도를 갖게 하며, 동일 전력으로도 좀 더 큰 변위를 줄 수 있다. 외벽(101)은 실리콘 기판(100a) 상에 실리콘 산화막(100b) 및 실리콘(100c)이 순차적으로 적층된 형태의 SOI(silicon on insulator) 구조로 이루어진다. 상기 가동 구조체(102)를 구동하기 위하여 열팽창 방식을 이용하여 변위 증폭이 가능하도록 액츄에이터가 구비된다. 상기 액츄에이터는 실리콘 기판(100a) 상에 실리콘 산화막(100b) 및 실리콘(100c)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 제1 앵커(108)와, 제1 앵커(108) 상부에 형성된 제1 전극(114)과, 제1 앵커(108)와 이격되어 있고 실리콘 기판(100a) 상에 실리콘 산화막(100b) 및 실리콘(100c)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 제2 앵커(110)와, 제2 앵커(110) 상부에 형성된 제2 전극(112)과, 제1 앵커(108)와 연결되어 있고 실리콘 기판(100a) 상부에 부유되도록형성되며 길이가 크고 단면적이 작은 실리콘으로 이루어진 발열체(106)와, 실리콘 기판(100a) 상부에 부유되도록 형성되며 일단은 발열체(106)의 끝단에 연결되어 있고 타단은 가동 구조체(102)를 밀수 있도록 구비된 꺽쇄형의 제1 변위확대부(122)와, 실리콘 기판(100a) 상부에 부유되도록 형성되며 일단은 제2 앵커(110)의 측면에 연결되어 있고 타단은 제1 변위확대부(122)의 일단 및 발열체(106)의 끝단과 중첩하여 연결되어 있는 제2 변위확대부(120)를 포함한다. 제2 변위확대부(120)와 제2 앵커(110)는 힌지(hinge)(118)를 통해 서로 연결된다. 제1 변위확대부(122)와 발열체(106)는 힌지(116)를 통해 서로 연결된다. 또한, 제1 변위 확대부(122)의 일단에는 가동 구조체(102)의 충격 완충부(126)와 접촉하는 돌기(124)가 형성되어 있다. 또한, 가동 구조체(102), 발열체(106), 제1 및 제2 변위확대부(122, 120)에는 구멍(128)이 형성되어 있다. 제1 전극(114) 및 제2 전극(112)은 도전 물질, 예컨대 금(Au), 알루미늄(Al) 또는 백금(Pt)과 같은 금속으로 이루어진다. 발열체(106), 힌지(116, 118), 제2 변위확대부(120) 및 제1 변위확대부(122)는 실리콘으로 이루어진다. 제1 및 제2 앵커(108, 110)는 실리콘 기판(100a) 상에 실리콘 산화막(100b) 및 실리콘(100c)이 순차적으로 적층된 형태의 SOI(silicon on insulator) 구조로 이루어져 있다.More specifically, the microcontroller for fluid control according to the first embodiment of the present invention is as follows. There is a leaf spring mobile structure 102 for fluid control, and an elastic body 104 is vertically connected to the leaf spring movable structure 102 on both sides of the leaf spring movable structure 102. The other end of the elastic body 104 is connected to the outer wall (101). By connecting the elastic body between the outer wall 101 and the movable structure 102 as described above, the movable structure 102 is given an additional degree of freedom, so that even if the movable structure 102 of the same length has a larger displacement, Can give As the elastic member 104, any one of an 'I' type spring beam, an 'S' type spring beam capable of angular deformation, and a multilayer spring type beam having various bends may be used. For example, when using the 'S' type spring beam as the elastic body 104, not only the axial freedom of the movable structure 102 but also the spring itself deforms to have the degree of freedom for angle deflection of the connection site. In addition, even the same power can give a larger displacement. The outer wall 101 has a silicon on insulator (SOI) structure in which the silicon oxide film 100b and the silicon 100c are sequentially stacked on the silicon substrate 100a. In order to drive the movable structure 102, an actuator is provided to enable displacement amplification using a thermal expansion method. The actuator includes a first anchor 108 having a structure in which a silicon oxide film 100b and silicon 100c are sequentially stacked on a silicon substrate 100a, and a first electrode 114 formed on the first anchor 108. ), A second anchor 110 spaced apart from the first anchor 108, and having a structure in which the silicon oxide film 100b and the silicon 100c are sequentially stacked on the silicon substrate 100a, and the second anchor ( 110, a heat generating element 106 formed of silicon having a large length and a small cross-sectional area, connected to the second electrode 112 formed on the upper portion, the first anchor 108 and floating on the silicon substrate 100a, and silicon It is formed to float above the substrate (100a), one end is connected to the end of the heating element 106 and the other end is provided with a first-shaped first displacement expanding portion 122 of the rectangular shape and the silicon substrate ( 100a) is formed to float on the top and one end is connected to the side of the second anchor 110, The other end includes a second displacement expanding unit 120 connected to overlap one end of the first displacement expanding unit 122 and an end of the heating element 106. The second displacement expanding unit 120 and the second anchor 110 are connected to each other through a hinge 118. The first displacement expanding part 122 and the heating element 106 are connected to each other through the hinge 116. Moreover, the protrusion 124 which contacts the impact buffer part 126 of the movable structure 102 is formed in the one end of the 1st displacement expansion part 122. As shown in FIG. In addition, holes 128 are formed in the movable structure 102, the heat generating element 106, and the first and second displacement expanding portions 122 and 120. The first electrode 114 and the second electrode 112 are made of a conductive material such as metal such as gold (Au), aluminum (Al), or platinum (Pt). The heating element 106, the hinges 116 and 118, the second displacement expanding unit 120 and the first displacement expanding unit 122 are made of silicon. The first and second anchors 108 and 110 have a silicon on insulator (SOI) structure in which a silicon oxide film 100b and a silicon 100c are sequentially stacked on the silicon substrate 100a.

변위 증폭(displacement amplification)을 위하여 발열체(106)에 연결된 힌지(116)를 축으로 제1 및 제2 변위 확대부(122, 120)를 구현했는데, 이 두 부분(122, 120)의 길이비 만큼 변위 증폭이 일어난다. 한편, 발열체(106)는 길이가 크고 단면적이 작은 실리콘(Si)으로 이루어져 있기 때문에 전류에 대한 저항이 크다.For displacement amplification, the first and second displacement expanding parts 122 and 120 are implemented with the hinge 116 connected to the heating element 106 as an axis, and the length ratios of the two parts 122 and 120 are equal to each other. Displacement amplification occurs. On the other hand, since the heating element 106 is made of silicon (Si) having a large length and a small cross-sectional area, the resistance to current is large.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 제어용 마이크로 구동장치의 파워-온(power-on) 상태의 구조를 도시한 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a structure of a power-on state of the microcontroller for fluid control according to the first embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 제1 앵커(108) 위에 형성된 제1 전극(114) 및 제2 앵커(110) 위에 형성된 제2 전극(112)에 전압을 인가(예컨대, 제1 전극(114)에 5V의 전압, 제2 전극(112)에 접지 전압을 인가)하면, 저항이 큰 발열체(106)에 많은 전압이 걸리게 되고 이로 인하여 열이 발생한다. 상기 열에 의해 발열체(106)는 길이 방향으로 팽창하게 된다. 이렇게 길이 방향으로 팽창된 발열체(106)는 힌지(116)을 통해 제1 변위확대부(122)를 밀게 된다. 한편, 실리콘 기판(100a)에 고정된 제2 앵커(110)는 제2 변위확대부(120)의 일단을 고정하고 있고, 따라서 지렛대의 원리에 의해 제1 변위확대부(122)가 움직이게 된다. 이러한 열팽창 방식을 이용한 변위 증폭에 의해 제1 변위확대부(122) 일단에 구비된 돌기(124)는 충격 완충부(126)와 접촉하여 가동 구조체(102)를 전진 방향으로, 즉 제1 앵커(108)가 있는 쪽과 반대되는 방향으로 밀게 된다.Referring to FIG. 5, a voltage is applied to the first electrode 114 formed on the first anchor 108 and the second electrode 112 formed on the second anchor 110 (eg, 5V to the first electrode 114). When the ground voltage is applied to the second electrode 112, a large voltage is applied to the heating element 106 having a large resistance, thereby generating heat. The heat causes the heating element 106 to expand in the longitudinal direction. The heating element 106 expanded in the longitudinal direction pushes the first displacement expanding part 122 through the hinge 116. On the other hand, the second anchor 110 fixed to the silicon substrate 100a fixes one end of the second displacement expanding portion 120, and accordingly, the first displacement expanding portion 122 moves according to the principle of the lever. The protrusion 124 provided at one end of the first displacement expanding unit 122 by the displacement amplification using the thermal expansion method contacts the shock buffer 126 to move the movable structure 102 in the forward direction, that is, the first anchor ( 108) is pushed in the opposite direction to the side.

변위 증폭은 다음과 같이 계산된다. 예를 들어, 실리콘 발열체(106)의 길이가 1mm인데, 100℃의 온도 변화가 일어날 때, 예상되는 변위는 1㎜×2.5×10-6(실리콘의 열팽창 계수)×100×변위 증폭비(제1 변위확대부(122)/제2 변위확대부(120))로 된다. 만약 변위 증폭비를 100으로 하면 약 25㎛의 순변위가 발생한다. 상기 변위 증폭비는 제1 변위확대부(122) 및 제2 변위확대부(120)의 길이의 비를 말한다.Displacement amplification is calculated as follows. For example, when the length of the silicon heating element 106 is 1 mm, when a temperature change of 100 ° C. occurs, the expected displacement is 1 mm × 2.5 × 10 −6 (thermal expansion coefficient of silicon) × 100 × displacement amplification ratio The first displacement expanding portion 122 / the second displacement expanding portion 120). If the displacement amplification ratio is 100, a net displacement of about 25 占 퐉 occurs. The displacement amplification ratio refers to a ratio of the lengths of the first displacement expanding unit 122 and the second displacement expanding unit 120.

전원을 오프(OFF)하면 판스프링형 가동 구조체(102)의 복원력(restoring force)에 의해 다시 원 상태로 돌아가게 되며, 따라서 소모 전력을 절반 이상 줄일 수 있다.When the power is turned off, the power is returned to the original state by the restoring force of the leaf spring-type movable structure 102, and thus power consumption can be reduced by more than half.

<실시예 2><Example 2>

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체 제어용 마이크로 구동장치를 도시한 도면이다.6 is a view showing a micro control device for fluid control according to a second embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 제1 변위확대부(122) 및 제2 변위확대부(120)는 외벽(101)과 연결된 힌지(119)를 기점으로 구분되고, 제2 변위확대부(120)의 일단은 발열체(106)의 끝단에 연결되며, 제2 전극(112)은 외벽(101) 상부에 형성되며, 제1 변위확대부(122)의 일단과 가동 구조체(102)는 힌지(127)를 통해 서로 연결되어 있다. 또한, 제1 실시예의 구동장치에 구비된 제2 앵커(도 4의 '110' 참조)는 본 실시예에서는 필요하지 않다. 상기와 같은 점들 이외에는 상기 제1 실시예와 거의 차이가 없으며, 이하에서 본 실시예에 따른 유체 제어용 마이크로 구동장치의 동작에 대하여 설명한다.Referring to FIG. 6, the first displacement expanding unit 122 and the second displacement expanding unit 120 are divided based on the hinge 119 connected to the outer wall 101, and one end of the second displacement expanding unit 120 is provided. Is connected to the end of the heating element 106, the second electrode 112 is formed on the outer wall 101, one end of the first displacement expanding portion 122 and the movable structure 102 through the hinge 127 Are connected to each other. In addition, a second anchor (see "110" in FIG. 4) provided in the driving apparatus of the first embodiment is not necessary in this embodiment. Except for the above points, there is almost no difference from the first embodiment, and the operation of the microcontroller for fluid control according to the present embodiment will be described below.

제1 앵커(108) 위에 형성된 제1 전극(114) 및 외벽(101) 위에 형성된 제2 전극(112)에 전압을 인가(예컨대, 제1 전극(114)에 5V의 전압, 제2 전극(112)에 접지 전압을 인가)하면, 저항이 큰 발열체(106)에 많은 전압이 걸리게 되고 이로 인하여 열이 발생한다. 상기 열에 의해 발열체(106)는 길이 방향으로 팽창하게 된다. 이렇게 길이 방향으로 팽창된 발열체(106)는 힌지(116)을 통해 제2 변위확대부(120)의 일단을 밀게 된다. 한편, 제1 변위확대부(122) 및 제2 변위확대부(120)의 기준이되는 힌지(119)는 외벽(101)에 고정되어 있고, 따라서 지렛대의 원리에 의해 제1 변위확대부(122)가 움직이게 된다. 이러한 열팽창 방식을 이용한 변위 증폭에 의해 제1 변위확대부(122)의 일단에 연결된 가동 구조체(102)는 후진 방향으로, 즉 제1 앵커(108)쪽으로 움직이게 된다.A voltage is applied to the first electrode 114 formed on the first anchor 108 and the second electrode 112 formed on the outer wall 101 (eg, a voltage of 5V to the first electrode 114 and the second electrode 112). ), A large voltage is applied to the heating element 106 having a large resistance, thereby generating heat. The heat causes the heating element 106 to expand in the longitudinal direction. The heating element 106 expanded in the longitudinal direction pushes one end of the second displacement expanding part 120 through the hinge 116. On the other hand, the hinge 119 which is the reference of the first displacement expanding portion 122 and the second displacement expanding portion 120 is fixed to the outer wall 101, and accordingly the first displacement expanding portion 122 is based on the principle of the lever. ) Is moved. By the displacement amplification using the thermal expansion method, the movable structure 102 connected to one end of the first displacement expanding unit 122 is moved in the reverse direction, that is, toward the first anchor 108.

이하에서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 제어용 마이크로 구동장치를 제조하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the microcontroller for fluid control according to the first embodiment of the present invention will be described.

다시 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 먼저 실리콘 기판(100a), 실리콘 산화막(100b) 및 실리콘(100c)이 순차적으로 적층된 구조의 웨이퍼를 준비한다. 실리콘 산화막(100b)은 2∼3㎛ 정도의 두께를 가지며, 실리콘(100c)은 20㎛∼150㎛ 정도의 두께를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 상기 웨이퍼 상부에 가동 구조체(102), 외벽(101), 제1 앵커(108), 제1 앵커(108)와 이격되어 있는 제2 앵커(110), 제1 앵커(108)에 연결되는 발열체(106), 제2 앵커(110)와 일단이 연결되어 있는 제2 변위확대부(120), 및 발열체(106)와 제2 변위확대부(120)에 연결되어 있는 제1 변위확대부(122)를 정의하는 마스크를 이용하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. 가동 구조체(102), 발열체(106), 제1 및 제2 변위확대부(122, 120)에 형성되는 구멍(128)을 정의하는 패턴도 상기 마스크에 의해 정의된다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 실리콘(100c) 및 실리콘 산화막(100b)을 순차적으로 건식 식각한다. 건식 식각 장비로는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 식각 장비 또는 DRIE(Deep Reactive Ion Etching) 장비를 사용하며, 식각 가스로는 SF6, C4F8, 산소(O2) 및 아르곤(Ar) 가스를 사용한다. 이때, 상기 식각은 상온(20∼40℃)에서 10∼200sccm 정도의 가스 유량을 사용하여 800W 정도의 상부 파워(power), 20∼30W 정도의 하부 파워를 인가하여 진행한다. 다음에, 실리콘(100c)에 대한 식각 속도보다 실리콘 산화막(100b)에 대한 식각 속도가 빠른 습식 식각액을 사용하여 가동 구조체(102), 제1 변위확대부(122), 제2 변위확대부(120), 발열체(106) 및 힌지(116, 118)의 하부에 형성된 실리콘 산화막(100b)을 제거한다. 습식 식각은 등방성 식각이므로 SOI 구조의 외벽(101), 제1 앵커(108) 및 제2 앵커(110)에 대하여도 이들 하부의 실리콘 산화막(100b)이 식각되게 되지만, 면적이 넓기 때문에 도 4b에 도시된 바와 같이 측방향으로 소정 정도만 식각되게 된다. 상기 식각액으로는 HF 용액을 사용한다. 가동 구조체(102), 제1 변위확대부(122), 제2 변위확대부(120), 발열체(106)에 형성된 구멍(128)은 하부의 실리콘 산화막(100b)을 빠른 시간내에 식각하여 제거하는데 도움을 준다. 상기 습식 식각에 의해 가동 구조체(102), 제1 변위확대부(122), 제2 변위확대부(120), 발열체(106) 및 힌지(116, 118)는 실리콘 기판(100a) 상부에 부유된다. 즉, 하부에 존재하던 실리콘 산화막(100b)이 제거되어 마치 실리콘 기판(100a) 상부와 이격되어 떠 있는 형태를 갖게 된다. 이어서, 금(Au), 알루미늄(Al) 또는 백금(Pt)과 같은 금속을 증착하여 제1 전극(114) 및 제2 전극(112)을 형성한다.4A and 4B, a wafer having a structure in which a silicon substrate 100a, a silicon oxide film 100b, and silicon 100c are sequentially stacked is prepared. It is preferable that the silicon oxide film 100b has a thickness of about 2 to 3 µm, and the silicon 100c has a thickness of about 20 to 150 µm. A heating element connected to the movable structure 102, the outer wall 101, the first anchor 108, the second anchor 110 spaced apart from the first anchor 108, and the first anchor 108 on the wafer ( 106, a second displacement expanding part 120 having one end connected to the second anchor 110, and a first displacement expanding part 122 connected to the heating element 106 and the second displacement expanding part 120. The photoresist pattern is formed by using a mask defining the. The pattern defining the holes 128 formed in the movable structure 102, the heating element 106, and the first and second displacement expanding portions 122 and 120 is also defined by the mask. Subsequently, the silicon 100c and the silicon oxide film 100b are sequentially dry-etched using the photoresist pattern as an etching mask. Dry etching equipment uses ICP (Inductively Coupled Plasma) equipment or Deep Reactive Ion Etching (DRIE) equipment, and SF 6 , C 4 F 8 , Oxygen (O 2 ) and Argon (Ar) gas are used as etching gases. do. At this time, the etching proceeds by applying an upper power of about 800 W and a lower power of about 20 to 30 W using a gas flow rate of about 10 to 200 sccm at room temperature (20 to 40 ° C.). Next, the movable structure 102, the first displacement expanding unit 122, and the second displacement expanding unit 120 using a wet etchant having an etching rate with respect to the silicon oxide film 100b faster than the etching rate with respect to the silicon 100c. ), The silicon oxide film 100b formed under the heat generating element 106 and the hinges 116 and 118 is removed. Since wet etching is isotropic etching, the silicon oxide film 100b beneath these is also etched to the outer wall 101, the first anchor 108, and the second anchor 110 of the SOI structure, but since the area is large, it is shown in FIG. 4B. As shown, only a predetermined degree is etched laterally. HF solution is used as the etching solution. Holes 128 formed in the movable structure 102, the first displacement expanding portion 122, the second displacement expanding portion 120, and the heating element 106 are used to quickly etch and remove the lower silicon oxide film 100b. To help. By the wet etching, the movable structure 102, the first displacement expanding unit 122, the second displacement expanding unit 120, the heating element 106, and the hinges 116 and 118 are suspended above the silicon substrate 100a. . That is, the silicon oxide film 100b that is present in the lower portion is removed to have a floating shape, as if spaced apart from the upper portion of the silicon substrate 100a. Subsequently, a metal such as gold (Au), aluminum (Al), or platinum (Pt) is deposited to form the first electrode 114 and the second electrode 112.

본 발명의 제2 실시예에 따른 유체 제어용 마이크로 구동장치에 대하여도 앞서 설명한 제조방법을 이용하여 제조할 수 있음은 물론이다.The microcontroller for fluid control according to the second embodiment of the present invention can also be manufactured using the above-described manufacturing method.

이하에서, 상기 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 응용 예들을 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, application examples using the microcontroller for fluid control will be described with reference to the accompanying drawings.

도 7은 본 발명의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 마이크로 펌프를 도시한 도면이다.7 is a view showing a micro pump using the micro-control device for fluid control of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 제어용 마이크로 구동장치의 구동에 의해 유로(150)의 폭이 변하면서 유체가 흐르게 되는데, 이 때 제1 밸브(152)와 제2 밸브(154)에서 발생하는 유체 흐름에 대한 저항 차에 의해 입력 챔버(156)에서 출구 챔버(158)쪽으로 유체가 흐르게 된다. 유로(150)의 유체 흐름을 제거하기 위하여 유로(150)의 일측면은 상기 유체 제어용 마이크로 구동 장치의 가동 구조체(102)로 이루어진다. 입력 챔버(156)에 연결된 제1 밸브(152)로는 노즐, 수동형 밸브 또는 능동형 밸브가 이용될 수 있다. 유로(150)에 연결되어 유체를 출력하는 제2 밸브(154)로는 디퓨져, 수동형 밸브 또는 능동형 밸브가 이용될 수 있다. 마이크로 펌프의 덮개 기판으로는 실리콘과 열팽창 계수가 비슷한 유리 기판(예를 들면, 미국 코닝사의 파이렉스(Pyrex) 기판) 또는 투명한 폴리머를 사용하며, 유체가 흐르는 구멍 제작을 위해서는 샌드블러스트 혹은 레이져빔을 이용하며, 덮개 기판과 구동장치를 포함하는 바탕 기판의 접합은 덮개 기판이 유리 기판일 경우 고온 및 고전압을 인가하여 접합하는 양극 접합을 이용한다. 즉, 나트륨(Na), 칼륨(K) 등이 포함되어 있는 유리 기판을 200℃ 이상의 온도로 가열하면 상기 불순물들은 전하를 띠게 되고 전압에 따라 쉽게 이동하게 되는데, 실리콘과 유리 기판을 정렬시키고 양쪽에 600V 이상의 직류전압을 가해주면 이동성 전하들은 급속히 움직이고 실리콘-유리 계면에는 강한 대전현상이 일어나 실리콘-유리가 접합한다. 덮개 기판이 투명한 폴리머일 경우 접착제를 사용하여 접합할 수 있다.Referring to FIG. 7, the fluid flows while the width of the flow path 150 is changed by the driving of the microcontroller for controlling fluid according to the first embodiment of the present invention, wherein the first valve 152 and the second valve are flown. The difference in resistance to fluid flow occurring at 154 causes fluid to flow from the input chamber 156 toward the outlet chamber 158. In order to remove the fluid flow of the flow path 150, one side of the flow path 150 is formed of the movable structure 102 of the fluid control micro-drive device. As the first valve 152 connected to the input chamber 156, a nozzle, a passive valve, or an active valve may be used. As the second valve 154 connected to the flow path 150 to output the fluid, a diffuser, a passive valve, or an active valve may be used. The cover plate of the micropump uses a glass substrate having a similar coefficient of thermal expansion as silicon (for example, Pyrex substrate from Corning, USA) or a transparent polymer. When the cover substrate is a glass substrate, the bonding of the base substrate including the cover substrate and the driving device uses an anodic bonding for bonding by applying a high temperature and a high voltage. In other words, when a glass substrate containing sodium (Na), potassium (K), etc. is heated to a temperature of 200 ° C. or more, the impurities are charged and easily shifted according to the voltage. When a DC voltage of 600V or more is applied, the mobile charges move rapidly and strong charging occurs at the silicon-glass interface, which causes the silicon-glass to bond. If the cover substrate is a transparent polymer, it can be bonded using an adhesive.

도 8은 본 발명의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 평상시에 열린 상태(normally-open)의 마이크로 밸브를 도시한 도면이다.FIG. 8 is a view showing a normally-open microvalve using the microcontroller for fluid control of the present invention.

도 8을 참조하면, 밸브부(162)는 판스프링형 가동 구조체(102)에 부착되어 있다. 유로(160)를 따라 평상시에는 흐름에 장애가 없는 상태(normally-open)이지만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 제어용 마이크로 구동장치가 구동할 경우(즉, 파워-온 상태) 밸브부(162)가 전진하여 유로(160)를 가로 질러 유체의 흐름을 가로 막게 된다. 이 때, 유체의 누출을 최소한으로 줄이기 위해 유체 유입 방지 둑(164)을 추가할 수도 있다. 그리고, 전원을 개폐(OFF)할 경우 다시 밸브부(162)가 중앙 위치로 돌아오면서 유로(160)가 열려서 유체가 흐르게 된다. 여기서, 미설명된 참조부호 '166' 및 '168'은 각각 입력 챔버와 출력 챔버를 나타낸다.Referring to FIG. 8, the valve portion 162 is attached to the leaf spring-type movable structure 102. Normally-open flow along the flow path 160, but when the fluid control micro-drive device according to the first embodiment of the present invention (i.e., power-on state) valve portion 162 ) Advances to block the flow of fluid across the flow path 160. In this case, the fluid inflow prevention weir 164 may be added to minimize the leakage of the fluid. In addition, when the power is opened and closed (OFF), the valve unit 162 returns to the center position, and the flow path 160 opens to allow fluid to flow. Here, unexplained reference numerals '166' and '168' denote input chambers and output chambers, respectively.

도 9는 본 발명의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 평상시에 닫힌 상태(normally-closed)의 마이크로 밸브를 도시한 도면이다.FIG. 9 shows a normally-closed microvalve using the microcontroller for fluid control of the present invention. FIG.

도 9를 참조하면, 밸브부(172)는 판스프링형 가동 구조체(102)에 부착되어 있다. 유로(170)를 따라 평상시에는 유체 흐름이 완전히 차단되는 상태(normally-closed)이지만, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체 제어용 마이크로 구동장치가 구동할 경우(즉, 파워-온 상태) 밸브부(172)가 가동 구조체(102)에 의해 후진하여 유로(170)를 열어주어 유체의 흐름이 일어나게 된다. 이 때, 역시 유체의 누출을 최소한으로 줄이기 위해 유체 유입 방지 둑(174)를 추가할 수도 있다. 그리고, 전원을 개폐(OFF)할 경우 다시 밸브부(172)가 중앙 위치로 돌아오면서 유로가 닫혀서 유체가 흐르지 않게 된다. 여기서, 미설명된 참조부호 '176' 및 '178'은 각각 입력 챔버와 출력 챔버를 나타낸다.Referring to FIG. 9, the valve portion 172 is attached to the leaf spring-type movable structure 102. Normally along the flow path 170, the fluid flow is normally closed (normally-closed), but when the fluid control micro-drive device according to the second embodiment of the present invention (i.e., power-on state) valve portion 172 moves backward by the movable structure 102 to open the flow path 170 to cause the flow of the fluid. At this time, the fluid inflow prevention weir 174 may also be added to minimize the leakage of the fluid. In addition, when the power is turned on and off (OFF), the valve 172 returns to the center position, and the flow path is closed so that no fluid flows. Here, reference numerals '176' and '178', which are not described, indicate an input chamber and an output chamber, respectively.

도 10은 본 발명의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 마이크로 토출기(micro-ejector)를 도시한 도면이다.FIG. 10 is a view illustrating a micro-ejector using the microcontroller for fluid control of the present invention.

도 10을 참조하면, 마이크로 토출기는 적어도 2개의 입력 챔버(186)에서 유로(180)의 양 끝에 있는 유입구(182)를 통해 유체를 주입하여 주고, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 제어용 마이크로 구동장치를 동작시키면, 유체가 압력이 낮은 토출구(184) 밖으로 분출하게 되는 방식을 이용한 것이다. 유로(180)의 유체 흐름을 제어하기 위하여 유로(180)의 소정 일측면은 상기 구동장치의 가동 구조체로 이루어져 있다. 분출 되는 유체의 양은 그 인가 전력, 주파수, 충격 계수(duty cycle)(온-오프를 주기적으로 하는 장치에서 주기에 대한 온과 오프의 시간의 비)에 비례한다. 이 때, 마이크로 토출기의 덮개 기판으로는 실리콘과 열팽창 계수가 비슷한 유리 기판(예를 들면, 미국 코닝사의 파이렉스(Pyrex) 기판) 또는 투명한 폴리머를 사용하며, 유체가 흐르는 구멍 제작을 위해서는 샌드블러스트 혹은 레이져빔을 이용하며, 덮개 기판과 구동장치를 포함하는 바탕 기판의 접합은 덮개 기판이 유리 기판일 경우 고온 및 고전압을 인가하여 접합하는 양극 접합을 이용한다. 덮개 기판이 투명한 폴리머일 경우 접착제를 사용하여 접합할 수 있다. 여기서, 미설명된 참조부호 '186'은 입력 챔버를 나타낸다.Referring to FIG. 10, a micro ejector injects fluid through at least two input chambers 186 through inlets 182 at both ends of the flow path 180, and according to the first embodiment of the present invention, the micro control fluid according to the first embodiment of the present invention. When the driving device is operated, the fluid is ejected out of the outlet 184 having a low pressure. In order to control the fluid flow of the flow path 180, one side of the flow path 180 is formed of a movable structure of the driving device. The amount of fluid ejected is proportional to its applied power, frequency, and duty cycle (ratio of on and off times for a cycle in a device that periodically turns on and off). At this time, the cover substrate of the micro ejector is made of a glass substrate having a similar coefficient of thermal expansion to silicon (for example, Pyrex substrate from Corning, USA) or a transparent polymer. Alternatively, the laser beam may be used, and the base substrate including the cover substrate and the driving apparatus may be bonded to each other by applying a high temperature and a high voltage when the cover substrate is a glass substrate. If the cover substrate is a transparent polymer, it can be bonded using an adhesive. Here, unexplained reference numeral '186' denotes the input chamber.

도 11은 본 발명의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 마이크로 혼합기(micro-mixer)를 도시한 도면이다.FIG. 11 is a view showing a micro-mixer using the micro-control device for fluid control of the present invention.

도 11을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 제어용 마이크로 구동장치의 구동에 의해 유로(190)의 폭이 변하면서 유체가 흐르게 되는데, 이 때 제1 밸브(192)와 제2 밸브(194)에서 발생하는 유체 흐름에 대한 저항 차에 의해 입력 챔버(196)에서 출구 챔버(198) 쪽으로 유체가 흐르게 된다. 입력 챔버(196)에 연결된 제1 밸브(192)로는 노즐, 수동형 밸브 또는 능동형 밸브가 이용될 수 있다. 유로(190)에 연결되어 유체를 출력하는 제2 밸브(194)로는 디퓨져, 수동형 밸브 또는 능동형 밸브가 이용될 수 있다. 이 때, 기둥(pole)(195)에 의해 층류로 흘러가는 유체가 상기 구동장치에 의해 발생하는 난류에 의해 서로 다른 층류 상태의 유체의 혼합이 가능하게 된다. 혼합기용 마이크로 펌프의 덮개 기판으로는 실리콘과 열팽창 계수가 비슷한 유리 기판(예를 들면, 미국 코닝사의 파이렉스(Pyrex) 기판) 또는 투명한 폴리머를 사용하며, 유체가 흐르는 구멍 제작을 위해서는 샌드블러스트 혹은 레이져빔을 이용하며, 덮개 기판과 구동장치를 포함하는 바탕 기판의 접합은 덮개 기판이 유리 기판일 경우 고온 및 고전압을 인가하여 접합하는 양극 접합을 이용한다. 덮개 기판이 투명한 폴리머일 경우 접착제를 사용하여 접합할 수 있다.Referring to FIG. 11, the fluid flows while the width of the flow path 190 is changed by the driving of the microcontroller for fluid control according to the first embodiment of the present invention, wherein the first valve 192 and the second valve are flown. The difference in resistance to the fluid flow occurring at 194 causes fluid to flow from the input chamber 196 toward the outlet chamber 198. As the first valve 192 connected to the input chamber 196, a nozzle, a passive valve, or an active valve may be used. As the second valve 194 connected to the flow passage 190 to output the fluid, a diffuser, a passive valve, or an active valve may be used. At this time, the fluid flowing in the laminar flow by the pole (195) is able to mix the fluid in different laminar flow state by the turbulent flow generated by the drive device. For the cover plate of the micro pump for a mixer, a glass substrate having a similar coefficient of thermal expansion to silicon (for example, Pyrex substrate from Corning, USA) or a transparent polymer is used. The bonding of the base substrate including the cover substrate and the driving device using a beam uses an anode bonding in which a high temperature and a high voltage are applied when the cover substrate is a glass substrate. If the cover substrate is a transparent polymer, it can be bonded using an adhesive.

도 12는 본 발명의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 마이크로 세포 파쇄기(micro cell lysis)를 도시한 도면이다.12 is a view showing a micro cell lysis (micro cell lysis) using the micro-control device for fluid control of the present invention.

도 12를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 제어용 마이크로 구동장치의 구동에 의해 유로(200)의 폭이 변하면서 세포가 포함된 유체가 흐르게 되는데, 이때 제1 밸브(202)와 제2 밸브(204)에서 발생하는 유체 흐름에 대한 저항 차에 의해 입력 챔버(206)에서 출구 챔버(208)쪽으로 유체가 흐르게 된다. 입력 챔버(206)에 연결된 제1 밸브(202)로는 노즐, 수동형 밸브 또는 능동형 밸브가 이용될 수 있다. 유로(200)에 연결되어 유체를 출력하는 제2 밸브(204)로는 디퓨져, 수동형 밸브 또는 능동형 밸브가 이용될 수 있다. 유체에 포함된 세포를 파쇄하기 위하여 유로(200)의 일면에는 암의 톱니 모양의 구조(205)가 형성되어 있고, 가동 구조체(102)에는 상기 암의 톱니 모양의 구조(205)와 맞물리도록 수의 톱니 모양의 구조(207)가 형성되어 있다. 따라서, 가동 구조체(102)가 움직일 때, 두 면의 간격이 좁아지면서 유체 속에 포함된 세포들(예컨대, 5∼20㎛ 크기의 적혈구, 백혈구 등)과 그 핵을 파쇄하여 그 세포속에 있던 유전자(DNA) 조각들이 유체 속에 섞여 흘려나오도록 할 수 있다. 이러한 마이크로 세포 파쇄기의 덮개 기판으로는 실리콘과 열팽창 계수가 비슷한 유리 기판(예를 들면, 미국 코닝사의 파이렉스(Pyrex) 기판) 또는 투명한 폴리머를 사용하며, 유체가 흐르는 구멍 제작을 위해서는 샌드블러스트 혹은 레이져빔을 이용하며, 덮개 기판과 구동장치를 포함하는 바탕 기판의 접합은 덮개 기판이 유리 기판일 경우 고온 및 고전압을 인가하여 접합하는 양극 접합을 이용한다. 덮개 기판이 투명한 폴리머일 경우 접착제를 사용하여 접합할 수 있다.Referring to FIG. 12, a fluid containing cells flows while the width of the flow path 200 is changed by the driving of the microcontroller for fluid control according to the first embodiment of the present invention, wherein the fluid including the first valve 202 The difference in resistance to the fluid flow occurring in the second valve 204 causes the fluid to flow from the input chamber 206 toward the outlet chamber 208. As the first valve 202 connected to the input chamber 206, a nozzle, a passive valve, or an active valve may be used. As the second valve 204 connected to the flow path 200 to output the fluid, a diffuser, a passive valve, or an active valve may be used. In order to break up the cells contained in the fluid, one side of the flow path 200 is formed with a serrated structure 205 of the arm, and the movable structure 102 can be engaged with the serrated structure 205 of the arm. A sawtooth structure 207 is formed. Therefore, when the movable structure 102 moves, the gap between the two surfaces becomes narrower, and the cells contained in the fluid (for example, red blood cells and leukocytes having a size of 5 to 20 μm) and the nucleus are broken down so that the genes in the cells ( DNA fragments can mix and flow into the fluid. The cover substrate of such a micro-cell crusher uses a glass substrate having a similar coefficient of thermal expansion to silicon (for example, Pyrex substrate from Corning, USA) or a transparent polymer, and sandblasted or laser to make a fluid flowing hole. The bonding of the base substrate including the cover substrate and the driving device using a beam uses an anode bonding in which a high temperature and a high voltage are applied when the cover substrate is a glass substrate. If the cover substrate is a transparent polymer, it can be bonded using an adhesive.

본 발명에 의한 유체 제어용 마이크로 구동장치에 의하면, 생체 시료 이송을위한 유체 제어용 마이크로 구동기로서 사용될 수 있으며, 공정을 극히 단순화할 수 있고 짧은 시간내에 저온에서도 큰 변위를 재현성 있게 얻을 수 있는 구조를 갖기 때문에 저전력 소모, 소형화 및 일괄 대량 생산화가 가능하며, 마이크로 펌프, 마이크로 밸브, 마이크로 토출기, 마이크로 혼합기 등과 같은 다양한 마이크로 유체 제어용 소자에 응용이 가능하다.According to the microcontroller for fluid control according to the present invention, it can be used as a microcontroller for fluid control for biological sample transfer, and has a structure that can greatly simplify the process and reproducibly obtain a large displacement even at low temperature within a short time. Low power consumption, miniaturization and batch mass production are possible, and it can be applied to various micro fluid control devices such as micro pump, micro valve, micro ejector and micro mixer.

본 발명의 마이크로 펌프는 인슐린과 값 비싼 의료 물질을 생체에 미량씩 요구되는 때에 전달하는 의약품 전달 시스템(drug delivery system; DDS) 혹은 소형 의료용 진단 시스템(micro total analysis system; μ-TAS)에 응용될 수 있다. 특히, 인체에 부착하여 연속 사용이 가능한 마이크로 센서 시스템에 응용될 수 있다.The micropump of the present invention can be applied to a drug delivery system (DDS) or a micro total analysis system (μ-TAS), which delivers insulin and expensive medical substances in small amounts to the living body. Can be. In particular, it can be applied to a micro-sensor system that can be attached to the human body for continuous use.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation by a person of ordinary skill in the art within the scope of the technical idea of this invention is carried out. This is possible.

Claims (12)

실리콘 기판;Silicon substrates; 상기 실리콘 기판 상부에 실리콘 산화막 및 실리콘이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 외벽;An outer wall having a structure in which a silicon oxide film and silicon are sequentially stacked on the silicon substrate; 상기 외벽과 양단이 연결되며, 복원력을 갖는 판스프링이 적어도 한 쌍 이상 설치된 가동 구조체; 및A movable structure having both ends of the outer wall connected to each other and having at least one pair of leaf springs having a restoring force; And 상기 실리콘 기판 상부에 형성되며, 전압을 인가하여 발열체에 열을 발생시킴으로써 상기 열에 의해 상기 발열체가 길이 방향으로 팽창하는 것을 지렛대의 원리를 이용하여 변위 증폭시켜 상기 가동 구조체를 전진 또는 후진 방향으로 구동하는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어용 마이크로 구동장치.Is formed on top of the silicon substrate, by applying a voltage to generate heat to the heating element by the displacement amplification of the heating element in the longitudinal direction by the heat using the principle of the lever to drive the movable structure in the forward or backward direction A microcontroller for fluid control, comprising an actuator. 제1항에 있어서, 상기 액츄에이터는The method of claim 1 wherein the actuator is 상기 실리콘 기판 상에 실리콘 산화막 및 실리콘이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 제1 앵커;A first anchor having a structure in which a silicon oxide film and silicon are sequentially stacked on the silicon substrate; 상기 제1 앵커 상부에 형성된 제1 전극;A first electrode formed on the first anchor; 상기 제1 앵커와 이격되어 있고, 상기 실리콘 기판 상에 실리콘 산화막 및 실리콘이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 제2 앵커;A second anchor spaced apart from the first anchor and having a structure in which a silicon oxide film and silicon are sequentially stacked on the silicon substrate; 상기 제2 앵커 상부에 형성된 제2 전극;A second electrode formed on the second anchor; 상기 제1 앵커와 연결되어 있고, 상기 실리콘 기판 상부에 부유되도록 형성된 실리콘으로 이루어진 발열체;A heating element made of silicon connected to the first anchor and floating on the silicon substrate; 상기 실리콘 기판 상부에 부유되도록 형성되며, 일단은 상기 발열체의 끝단에 연결되어 있고, 타단은 상기 가동 구조체를 밀수 있도록 구비된 꺽쇄형의 제1 변위확대부; 및A first displacement enlarged portion formed in an upper portion of the silicon substrate, one end of which is connected to an end of the heating element, and the other end of which is pushed to push the movable structure; And 상기 실리콘 기판 상부에 부유되도록 형성되며, 일단은 상기 제2 앵커의 측면에 연결되어 있고, 타단은 상기 제1 변위확대부의 일단 및 상기 발열체의 끝단과 중첩하여 연결되어 있는 제2 변위확대부를 포함하되,It is formed so as to float on the silicon substrate, one end is connected to the side of the second anchor, the other end includes a second displacement enlarged portion connected to overlap one end of the first displacement expansion portion and the end of the heating element , 상기 발열체의 팽창된 길이를 지렛대의 원리를 이용하여 상기 제1 변위확대부 및 상기 제2 변위확대부의 길이의 비 만큼 변위 증폭하여 상기 제1 변위확대부의 일단이 상기 가동 구조체를 전진 방향으로 밀어 구동하는 것을 특징으로 하는 유체 제어용 마이크로 구동장치.The expanded length of the heating element is displaced and amplified by a ratio of the lengths of the first displacement expanding portion and the second displacement expanding portion using the principle of the lever, so that one end of the first displacement expanding portion drives the movable structure in the forward direction. Micro-control device for fluid control, characterized in that. 제1항에 있어서, 상기 액츄에이터는The method of claim 1 wherein the actuator is 상기 실리콘 기판 상에 실리콘 산화막 및 실리콘이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 제1 앵커;A first anchor having a structure in which a silicon oxide film and silicon are sequentially stacked on the silicon substrate; 상기 제1 앵커 상부에 형성된 제1 전극;A first electrode formed on the first anchor; 상기 외벽 상부에 형성된 제2 전극;A second electrode formed on the outer wall; 상기 제1 앵커와 연결되어 있고, 상기 실리콘 기판 상부에 부유되도록 형성된 실리콘으로 이루어진 발열체;A heating element made of silicon connected to the first anchor and floating on the silicon substrate; 상기 실리콘 기판 상부에 부유되도록 형성되며, 일단은 상기 외벽에 연결되고, 타단은 상기 가동 구조체에 연결되어 상기 가동 구조체를 끌어당길수 있도록 구비된 꺽쇄형의 제1 변위확대부; 및A first displacement enlargement part formed to be suspended above the silicon substrate, one end of which is connected to the outer wall, and the other end of which is connected to the movable structure to attract the movable structure; And 상기 실리콘 기판 상부에 부유되도록 형성되며, 일단은 상기 발열체의 끝단에 연결되어 있고, 타단은 상기 제1 변위확대부의 일단 및 상기 외벽에 중첩하여 연결되어 있는 제2 변위확대부를 포함하되,Is formed to be floating on the silicon substrate, one end is connected to the end of the heating element, the other end includes a second displacement enlarged portion overlapping and connected to one end and the outer wall of the first displacement enlargement portion, 상기 발열체의 팽창된 길이를 지렛대의 원리를 이용하여 상기 제1 변위확대부 및 상기 제2 변위확대부의 길이의 비 만큼 변위 증폭하여 상기 제1 변위확대부의 일단이 상기 가동 구조체를 후진 방향으로 끌어당겨 구동하는 것을 특징으로 하는 유체 제어용 마이크로 구동장치.The expanded length of the heating element is displaced and amplified by a ratio of the lengths of the first displacement expanding portion and the second displacement expanding portion using the principle of the lever, so that one end of the first displacement expanding portion pulls the movable structure in the backward direction. A micro control device for fluid control, characterized in that the drive. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 발열체, 상기 가동 구조체, 상기 제1 변위확대부 및 상기 제2 변위확대부는 구멍들이 소정 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 제어용 마이크로 구동장치.4. The microcontroller for fluid control of claim 2 or 3, wherein the heating element, the movable structure, the first displacement enlargement portion and the second displacement enlargement portion are provided with holes at predetermined intervals. 제1항에 있어서, 상기 가동 구조체 및 상기 외벽 사이에 삽입되어 상기 가동 구조체에 수직으로 연결되는 탄성체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어용 마이크로 구동장치.2. The microcontroller for fluid control of claim 1, further comprising an elastic body inserted between the movable structure and the outer wall and vertically connected to the movable structure. 제5항에 있어서, 상기 탄성체는 상기 가동 구조체에 수직으로 연결되는 I형 스프링 빔, 각도 변형이 가능한 S형 스프링 빔 또는 굴곡을 가진 다층의 스프링 빔중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 유체 제어용 마이크로 구동장치.6. The micro-drive device for fluid control according to claim 5, wherein the elastic body is made of any one of an I-type spring beam vertically connected to the movable structure, an S-type spring beam capable of angular deformation, or a multilayer spring beam having a bend. . 유체를 입력 또는 출력하기 위한 적어도 2개의 챔버;At least two chambers for input or output of fluid; 상기 챔버들을 서로 연결하며 유체가 통과하는 유로; 및A passage through which fluid flows and connects the chambers; And 상기 유로의 유체 흐름을 제어하기 위한 제1항의 구동장치를 포함하되,Including the drive device of claim 1 for controlling the flow of fluid in the flow path, 상기 유로는 상기 구동장치의 가동 구조체의 전진 또는 후진에 의해 개폐되어 유체의 흐름이 조절되는 것을 특징으로 하는 제1항의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 마이크로 유체 제어 장치.The flow path is opened or closed by the forward or backward of the movable structure of the drive device to control the flow of the fluid microfluidic control device using the micro-control device for fluid control of claim 1. 제7항에 있어서, 상기 챔버들은 유체를 주입하기 위한 입력 챔버와 상기 유체를 받는 출력 챔버로 구분되며, 상기 입력 챔버와 상기 유로 사이에 구비되어 상기 유로로 유체를 출력하는 제1 밸브와, 상기 출력 챔버와 상기 유로 사이에 구비되어 상기 출력 챔버로 유체를 출력하는 제2 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 마이크로 유체 제어 장치.The method of claim 7, wherein the chambers are divided into an input chamber for injecting a fluid and an output chamber receiving the fluid, the first valve is provided between the input chamber and the flow path for outputting the fluid to the flow path, And a second valve disposed between the output chamber and the flow path for outputting the fluid to the output chamber. 제7항에 있어서, 상기 챔버들은 유체를 주입하기 위한 입력 챔버와 상기 유체를 받는 출력 챔버로 구분되며, 상기 가동 구조체에 연결되어 상기 유로를 개폐시키기 위한 밸브부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 마이크로 유체 제어 장치.The method of claim 7, wherein the chambers are divided into an input chamber for injecting a fluid and an output chamber for receiving the fluid, and the chamber further includes a valve unit connected to the movable structure to open and close the flow path. Micro fluid control device using a micro-drive device for controlling the fluid of the claim. 제7항에 있어서, 상기 유로에 구비되며 상기 유체를 외부로 배출시키기 위한 토출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 마이크로 유체 제어 장치.8. The microfluidic control device of claim 7, further comprising a discharge port provided in the flow path for discharging the fluid to the outside. 제7항에 있어서, 상기 챔버들은 유체를 주입하기 위한 입력 챔버와 상기 유체를 받는 출력 챔버로 구분되며, 상기 입력 챔버와 상기 유로 사이에 구비되어 상기 유로로 유체를 출력하는 제1 밸브와, 상기 출력 챔버와 상기 유로 사이에 구비되어 상기 출력 챔버로 유체를 출력하는 제2 밸브와, 상기 유로를 따라 층류로 흐르는 유체에 대하여 난류에 의해 서로 다른 층류 상태의 유체가 혼합되도록 상기 유로내에 구비된 기둥을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 마이크로 유체 제어 장치.The method of claim 7, wherein the chambers are divided into an input chamber for injecting a fluid and an output chamber receiving the fluid, the first valve is provided between the input chamber and the flow path for outputting the fluid to the flow path, A second valve provided between the output chamber and the flow path and outputting the fluid to the output chamber, and a column provided in the flow path such that fluids of different laminar flow states are mixed by turbulent flow with respect to the fluid flowing in the laminar flow along the flow path. Microfluidic control device using a micro-control device for fluid control of claim 1 further comprising a. 제7항에 있어서, 상기 챔버들은 유체를 주입하기 위한 입력 챔버와 상기 유체를 받는 출력 챔버로 구분되며, 상기 입력 챔버와 상기 유로 사이에 구비되어 상기 유로로 유체를 출력하는 제1 밸브와, 상기 출력 챔버와 상기 유로 사이에 구비되어 상기 출력 챔버로 유체를 출력하는 제2 밸브를 더 포함하되, 상기 유로를 따라 흐르는 유체에 포함된 세포를 파쇄하기 위하여 상기 유로에 암의 톱니 모양의 구조가 형성되어 있고, 상기 가동 구조체에 상기 암의 톱니 모양의 구조와 맞물리도록 수의 톱니 모양의 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제1항의 유체 제어용 마이크로 구동장치를 이용한 마이크로 유체 제어 장치.The method of claim 7, wherein the chambers are divided into an input chamber for injecting a fluid and an output chamber receiving the fluid, the first valve is provided between the input chamber and the flow path for outputting the fluid to the flow path, And a second valve disposed between the output chamber and the flow path to output fluid to the output chamber, wherein a sawtooth-shaped structure of the arm is formed in the flow path in order to fracture the cells contained in the fluid flowing along the flow path. A microfluidic control device using the fluid control microdrive device according to claim 1, wherein the movable structure is provided with a number of serrated structures to mesh with the serrated structures of the arm.
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