KR20090094865A

KR20090094865A - 고수율 내압성 마이크로유체장치

Info

Publication number: KR20090094865A
Application number: KR1020097015986A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 에프. 호이산; 올리비어 로베트; 피에르 우엘
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-09-08
Also published as: EP1939136A2; JP2010514579A; CN101605997A; TW200842253A; EP1939136A3; WO2008085430A1; CN101605997B

Abstract

기판 사이의 하나 또는 그 이상의 유체통로를 정의하며, 두 번째 재료에 의해 형성된 두 개 또는 그 이상의 기판에 연결되며, 그 사이에 위치하는 통합된 프릿 재료로 형성된 벽 구조를 포함하는 마이크로유체장치, 상기 두 가지 형상을 결합시키는 것으로, 상술한 종류의 마이크로유체장치는 1 mm보다 크고, 또는 1.1 mm보다 크며, 또는 1.2 mm보다 큰 높이, 또는 1.5 mm에 이르고, 또한 그 이상의 높이를 갖는 적어도 하나의 통로를 갖고, 상기 통로는 굽은 형상을 갖는 벽 구조에 의해 정의되는 비-3차원적 굴곡 부분을 포함하며 그 부분에 있는 벽 구조의 길이는 곡률반경없이 3 센티미터보다 크지않고, 또는 2 센티미터보다 크지않고, 또는 1 센티미터보다 크지않고, 또는 심지어 길이를 갖지 않는다. 또한 본 발명은 높이가 없는 굴곡을 포함한다.

마이크로유체장치, 수율, 내압성, 벽 구조

Description

고수율 내압성 마이크로유체장치{HIGH THROUGHPUT PRESSURE RESISTANT MICROFLUIDIC DEVICES}

본 발명은 일반적으로 화학처리에 유용한 마이크로유체장치에 관련된 발명이며, 특히 둘 또는 그 이상의 기판 사이에서 통로(passage) 또는 리세스(recess)로 정의되는 통합된 프릿(frit) 구조로 형성된 고수율 내압성 마이크로유체장치이다.

여기서 이해되는 마이크로유체장치는 일반적으로 밀리미터 이하(sub-milimeter)에서 수 밀리미터(multiple milimeter)의 크기의 범위로 통상적으로 적어도 하나를 갖는 유체통로 또는 챔버(chamber)를 포함하는 일반적인 장치이다. 마이크로유체장치는 어렵고, 위험하거나, 또는 심지어 다른 방법으로 불가능한 화학반응을 수행하는데 유용하고, 안전하고, 효율적이며, 환경 친화적인 공정을 수행되는데 유용할 수 있다.

둘 또는 그 이상의 기판 사이의 부피에서 통로(passage) 또는 리세스(recess)로 정의되는 통합된 프릿(frit) 구조로 형성된 마이크로유체장치는 예를 들면, US 특허번호 6,769,444 "마이크로유체장치 및 그 제조 방법", 및 이와 관련된 특허, 또는 특허간행물에 개시된 것과 같이, 당해 발명자 및/또는 그 동료들에 의한 과거의 연구에서 발전 되어왔다. 거기에 개시된 방법은 첫 번째 기판을 제공, 두 번째 기판을 제공, 상기 첫 번째 기판의 대면(facing surface)에 첫 번째 프릿 구조의 형성, 상기 두 번째 기판의 대면에 두 번째 프릿 구조의 형성, 상기 첫 번째와 두 번째 기판 사이에 리세스 또는 통로로 정의되는 통합된 프릿을 하나 또는 그 이상으로 형성하기 위해 대면이 서로를 향하도록 상기 첫 번째와 두 번째 기판 그리고 상기 첫 번째와 두 번째 프릿 구조를 통합하는 것을 포함하여 많은 단계를 포함한다.

도 1은 이러한 종류의 마이크로유체장치(10)의 개략적인 단면도이다. 마이크로유체장치(10)는 두 번째 재료로 형성된 둘 또는 그 이상의 이격된 기판(12)에 연결되고, 그 사이에 위치하는 통합된 프릿 재료로 형성된 벽 구조(14)를 포함한다. 벽 구조는 통합된 유리 또는 유리-세라믹 프릿으로 구성되는 것이 바람직하다. 기판은 벽 구조와 융화되는 물질인 것이 바람직하고, 유리, 유리-세라믹, 또는 세라믹으로 구성되는 것이 바람직하다. 벽 구조(14)는 개별 기판(12) 사이를 흐를 수 있는 재료를 보유하거나 혼합하거나 또는 다른 처리 용도인 열반응 유체통로(18; thermal reactant fluidic passage), 및/또는 열교환 유체 또는 그것과 유사한 용도인 제어 유체통로(16; control fluidic passage)와 같은 유체통로를 정의한다.

도 1의 장치(10)를 만드는 공정에서, 다양한 프릿 구조는 장치(10)의 여러 기판에 형성된다. 예를 들어, 통로(16)와 같은 덜 복잡한 유체통로에 있어서 프릿의 얇은 평탄층(flat layer)이 협력 기판(12)의 대면에 형성되는 한편 프릿 벽(frit wall) 패턴은 하나의 기판(12)에 형성될 것이다. 벽과 얇은 층이 소결(sintering)에 의해 통합될 때, 통로(16) 주위에 벽 구조(14)가 그 결과로 나타 난다. 통로(18)와 같은 더 복잡한 유체통로에 있어서, 프릿 벽의 협력 패턴은 기판(12)의 대면에 형성되며, 그때 프릿 구조의 통합은 도 1의 통로(18) 주위의 벽(14)을 형성한다.

당해 발명자 및/또는 그 동료의 이후의 연구에 있어서, 예를 들어 EPO 특허출원 EP1679115 "고성능의 마이크로반응기(High performance Microreactor)"에서 보는 것과 같이 뛰어난 열 제어 능력을 갖고, 합리적인 압력 강하에서 150 ml/min에 이르는 흐름양(flow rate)으로 뛰어난 혼합의 조화가 가능한 고성능의 마이크로반응장치로 발전 되었다. 도 2는 EP1679115의 출원에 개시된 것으로서, 도 1에 개략적으로 도시된 장치에 대응하는 장치의 하나의 실시예에 있어 하나의 벽 구조 층을 나타내는 대략 1:1의 비율을 가진 평면도이다. 벽 구조(14)는 미 도시된 두 기판 사이의 유체통로(18)를 정의하는 것을 돕는다. 이 특별한 장치에 있어서, 통로(18)의 비-3차원적 굴곡 부분(17;tortuous portion)은 유체의 흐름을 통로(18)의 3차원적 굽은 부분(19)으로 이끌고, 이곳의 유체 흐름(fluid flow)은 도면의 평면에서뿐만 아니라 도면 평면의 안과 밖으로 향하게 된다. 통로(18)의 3차원적 굽은 부분(19)은 두 번째 비-3차원적 굽은 부분(21)을 이끈다. 도 2의 구조같은 장치 종류에 있어 특별한 적용과 장점의 추가적인 배경지식을 위해, EPO 특허 출원 NO. EP1679115를 참조하는 것이 바람직하다.

이러한 공지된 장치와 제조 방법은 유용하고 좋은 성능을 지닌 장치를 생산할 수 있을지라도, 공지된 장치에 관하여 수율 용량(throughput capacity), 내압성을 동시에 조절하는 것이 바람직하고, 수행요소 하나를 증가시키는 반면에 부정적 인 결함을 최소화하거나, 양쪽을 모두 증가시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 하나의 대안적 양태에 따라, 기판 사이의 하나 또는 그 이상의 유체통로를 정의하며, 두 번째 재료에 의해 형성된 두 개 또는 그 이상의 기판에 연결되며, 그 사이에 위치하는 통합된 프릿 재료로 형성된 벽 구조를 포함하는 마이크로유체장치는 일반적으로 기판에 대해 수직방향으로 1 mm보다 크고, 바람직하게 1.1 mm보다 크며, 또는 1.2 mm보다 크고, 또는 1.5 mm에 이르고, 또는 그 이상인 높이를 갖는 적어도 하나의 통로를 갖는다.

본 발명의 다른 대안적 양태는, 기판 사이의 하나 또는 그 이상의 유체통로를 정의하는 벽 구조와 이격된 둘 또는 그 이상의 기판에 연결되며 그 사이에 위치하는 통합된 유리 또는 유리 세라믹 프릿 벽 구조를 포함하는 마이크로유체장치와 관련되고, 하나 또는 그 이상의 통로의 비-3차원적 굴곡 부분에 걸쳐 벽 구조는 곡률반경(radius of curvature) 없이 그 벽 구조의 길이는 3 센티미터보다 크지않고, 또는 2 센티미터보다 크지않고, 또는 1 센티미터보다 크지않고, 또는 심지어 길이를 갖지 않는 굽은 형상을 가진다.

발명의 또 다른 대안적 양태는, 상기 두 가지 형상을 결합시키는 것으로, 상술한 종류의 마이크로유치장치는 1 mm보다 크고, 또는 1.1 mm보다 크며, 또는 1.2 mm보다 큰 높이, 또는 1.5 mm에 이르고, 또는 그 이상의 높이를 갖는 적어도 하나의 통로를 갖고, 상기 통로는 굽은 형상을 갖는 벽 구조에 의해 정의되는 비-3차원적 굴곡 부분을 포함하며 그 부분에 있는 벽 구조의 길이는 곡률반경(radius of curvature) 없이 3 센티미터보다 크지않고, 또는 2 센티미터보다 크지않고, 또는 1 센티미터보다 크지않고, 또는 심지어 길이를 갖지 않는다.

본 발명의 추가적 양태는 이하의 상세한 기술로서 설명될 것이며, 본 명세서에서 청구항뿐만 아니라 첨부된 도면에 따른 상세한 설명을 포함하여, 여기서 기술된 발명 실시에 의해 알게 된 설명으로부터, 당업자에게는 자명할 것이다.

앞서 일반적으로 기술된 것과 본 발명의 실시예에 관한 이하의 상세한 기술의 양자 모두는 청구된 본 발명의 특징과 본질을 이해하는 뼈대 또는 개요를 제공함을 유념해야한다. 첨부된 도면은 본 발명의 더 나은 이해를 제공하기 위해 첨부되며, 명세서의 한 부분에 통합되며, 명세서의 한 부분을 구성한다. 도면은 본 발명의 원리와 작동을 설명하는 기술과 함께, 본 발명의 많은 실시예를 설명한다.

도 1은 공지된 종류의 마이크로유체장치의 개략적인 절단면의 상면도이다.

도 2는 도 1의 종류의 마이크로유체장치 또는 마이크로반응장치의 공지된 실시예에 대한 절단면의 평면도이다.

도 3은 본 발명의 소정의 실시예와 연관되어 이용되는 벽 구조의 사시도이다.

도 4는 본 발명의 소정의 양태를 설명하는데 유용한 하나의 유체통로의 단면도이다.

도 5는 도 3의 벽 구조의 평면도이다.

도 6a-6e는 다양한 벽 구조의 평면도이고, 6a는 공지된 벽 구조이며, 6b부터 6e까지는 본 발명의 대안적인 형상의 실시예를 나타낸다.

도 7은 본 발명의 하나의 대안적 실시예에 따른 도 2의 장치와 유사한 마이크로유체장치의 절단면의 평면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 동일한 참조번호는 도면 전체를 통해 동일하거나 유사한 구성을 지칭할 때마다 사용될 것이다.

본 발명은 특히, 도 1 및 도 2에서 상술한 것과 같은 종류의 마이크로유체 기술에 관련된다.

마이크로반응기(microreactor)는 마이크로유체장치에서 중요한 종류 중 하나이다. 마이크로반응기는 반응물을 혼합하고 종종 열처리를 주어 화학반응물 사이에 반응을 일으키는데 사용되는 마이크로구조(microstructure)이다. 통상적으로, 화학반응물은 가스이거나 액체일 수 있다. 많은 응용예에서, 액체 반응물은 펌핑시스템(pumping system)에 의해 마이크로반응기를 거쳐 유입되는 것이 바람직하다. 표준펌프의 통상적인 흐름율(flow rate)은 제로에서 100 ml/min 범위인 것이 일반적이고, 또는 분당 수 리터가량 좀 더 높다.

다목적 화학공장에서 유용한 생산량(production capability)을 제공하기 위 해(예를 들면, 멀티생산 공장(Multiproduct Plants), 윌리-브이씨에이치(Wiley-VCH), 2003, 요하임 라우흐(Joachim Rauch),이디(Ed)), 마이크로반응기의 안쪽 부피는 적어도 수 밀리리터(milliliter)인 것이 바람직하다. 좋은 성능(내부 구조와 연계된)과 함께 그러한 크기(dimension)을 획득하기 위해, 통상적인 채널(channel)의 크기는 마이크로반응기 기술분야에서 흔히 사용되는 통상적인 수백 마이크로미터보다 넓어야 한다. 100 ml/min 흐름율과 더 큰 흐름율의 좀더 넓은 채널은 내부 구조의 상당한 압력손실을 초래할 수 있고, 그 결과 마이크로반응기 내 유체의 유입지점(entry point)에서 상당한 압력이 손실된다.

게다가, 많은 응용예에서 반응이 대기압보다 유리한 표준압력(nominal pressure)에서 진행시킬 필요가 있다(액체를 액상(liquid phase)에서 끊는점을 낮게 유지하기 위해, 또는 끊는점에 접근하는 온도 효과를 상쇄하기 위해, 또는 반응속도(reaction kinetic)를 증가시키기 위해, 등등). 액상의 압력하에서 진행된 반응의 통상적인 압력은 10 바(bar)에 이르며, 더 클 수 있다. 기상(gas phase)과 관계된 반응에서 이러한 압력은 좀더 높은 것이 일반적이다.

높은 흐름율을 이유로, 또는 특별한 반응(반응들)의 필요를 이유에서인지, 또는 둘 모두를 이유로이든지 간에, 마이크로반응기는 결국 가압 될 필요가 있는 것이다.

마이크로유체 성분은 또한 반응의 개시 없이 화학적 열처리를 수행하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 또한, 이러한 성분은 특정 반응의 필요를 이유로, 또는 특히 고수율(high throughput) 필요를 이유로 향상된 내압성(pressure resistance)을 요구할 것이다.

도 3은 본 발명의 하나의 실시예인 벽 구조(wall structure)의 사시도이다. 벽 구조(14)는 높이(14)를 갖고, 두께(22)를 갖는 기판(12; substrate) 위에 배열되어 있으며, 일정한 비율로 도시되지 않았고, 심지어 상대적 크기도 필연적으로 도시되지 않았다. 벽 구조(14)는 유체통로(18; fluidic passage)의 수평 넓이를 정의하나, 도면에 상부면은 도시되지 않았다. 유체통로(18)의 완전한 밀폐는 도시된 것 위에 도면의 수직방향으로 통로를 막아버리는(close off) 기판을 포함한다. 통로(18)를 형성하는 공정에서, 벽 구조(14)는 오직 도시된 기판에만 형성되거나, 또는 도시된 기판 및 도시되지 않은 수직방향으로 통로(18)를 막아버리는 기판 양쪽에 모두 형성될 수 있다. 두 개의 기판의 대면(facing surface)에 상보적인 벽 구조를 형성하는 것은 더 높은 통로의 형성을 쉽게 만든다.

도 4는 본 발명의 하나의 형상이 구체화된 단일 유체통로의 단면도이다. 도 5는 벽 구조(14)의 두께(24)와 통로(18)의 너비(26)를 보여주고 이것에 의해 정의되는 도 3의 기판(12)과 벽 구조(14)의 평면도이다. 통로(18)가 이용할 수 있는 기판(12)의 홀(28)이 도시되어 있다.

도 4의 단면도, 도 3의 사시도, 및 도 5의 평면도를 참조해서 참조를 용이하게 하기 위해 기술한 바와 같이, 도 1과 도 2에 나타낸 바와 같은 장치의 구조 및 이들을 제조하기 위한 바람직한 공정의 한 양태는 벽 구조(14)가 통합된 프릿 재료로 형성되고, 기판(12)이 두 번째의 재료로 형성되는 것에 있다. 더욱이 기판과 벽 구조(14)의 화학성분은 매우 유사할 것이고, 기판은 개별 조각으로 바람직하게는 유리, 유리-세라믹, 세라믹, 또는 이와 유사한 것들에 의해 형성되는 반면에, 벽 구조는 통합된 프릿(frit)으로 형성된다. 그에 따라 벽 구조의 몇몇 부분은 상대적으로 높은 내압이 나타날 때 파열 불량(rupture failure) 부분이 생길 수 있고, 불량 테스트와 불량 분석(failure analysis)이 이것을 나타낸다. 따라서, 도 3의 벽(14)의 높이(20)는 통합된 벽 구조(14)의 외부 중심 영역(30; exterior center area)에 축적되는 초과 인장 응력(tensile stress)을 방지하기 위해 도 4에서 나타난 통로높이를 300 또는 400 ㎛ 같은 몇몇 값 이하를 유지하는 것과 같이 몇몇 값 이하로 유지하는 것이 이상적인 것으로 생각된다. 더욱이, 통로 높이(23)가 500 ㎛에서 1 mm 범위 안일 때 그것의 수율(throughput)은 상술한 유럽특허 출원번호 No. EP1679115에 개시된 것과 같이 고성능 마이크로반응기에 따라 최대화되는 것으로 생각된다.

놀랍게도, 벽 구조가 충분히 높지 않을 때, 마이크로반응기 또는 이런 종류의 다른 마이크로유체장치의 내압성(pressure resistance)이 높은 벽에 비교해 상대적으로 낮다는 것을 시뮬레이션으로 보여주고, 실험으로 확인하였다. 이것은 내부 코너(32)에 응력이 축적되어 벽(14)의 내부 표면에 응력 집중을 원인으로 나타난다. 내부 코너들은 벽이 매우 짧아서 서로 가까이에 위치하고, 최대 응력 영역은 벽 구조에서 응력의 효과적인 집중 원인이 되기에 충분히 가깝다. 시뮬레이션은 통상적인 통로 너비(26)가 도 5에 도시한 것과 같이 2 mm 내지 5 mm 인 것을 보여주고, 최종 마이크로유체장치의 압력 수용력(pressure capacity)은 통로 높이(23)가 400 ㎛에서 800 ㎛로 증가함에 따라 약 20 퍼센트가 증가한다. 좀더 두드러지게는, 이러한 통로 높이의 증가는 1 mm를 넘고, 1.1 mm를 넘고, 1.2 mm를 넘어, 1.5 mm에 이르고 또한 그 이상까지 유지된다. 높은 벽 또는 통로는 또한 마이크로유체장치의 고유 압력 강하를 감소시키는데 유리하므로, 생산성에 미치는 모든 영향은 증가한다: 더 큰 압력 수용력은 압력 강하의 감소 없이 더 높은 흐름율을 이끈다.; 감소 된 압력 강하에서 팩토링(factoring)은 장치를 멈추게 하는 충분한 내부 압력의 발생 없이 여전히 높은 흐름율을 이끈다. 따라서, 본 발명에서 하나의 대안적인 형상은 상술한 종류의 마이크로유체장치에서 1 밀리미터보다 큰 높이의 통로를 포함하고, 이러한 종류의 장치에서 종래에 채용된 벽 높이보다 높다. 바람직하게는, 통로 높이(21)는 1.1 mm 또는 1.2 mm 또는 이보다 높을 수 있고, 심지어 1.5 mm 또는 그 이상이다.

벽 너비(24)는 더 큰 너비가 더 큰 압력 수용력을 제공하므로 약 0.4 mm에서 약 1.2 mm 또는 그 이상인 것이 바람직하다. 그러나, 일반적으로 바람직하지 않은 변경인 벽 두께의 증가는 벽 높이의 증가만큼 효과적이지 않고, 증가 된 두께는 장치의 부피를 감소시킬 수 있다.

통로 너비(26)는 2.5 mm에서 5 mm 또는 1 cm인 것이 바람직하고, 2 mm 또는 2.5 mm 이하, 또는 더 작은 것이 이러한 레벨로 감소한 통로 너비가 압력 수용성을 증가시킴에 따라 높은 압력을 적용하기 위해 바람직하다. 그러나 증가 된 벽 높이가 더 큰 내압성 값을 제공하고, 감소 된 통로 너비 또한 장치 부피를 감소시키고 압력강하를 증가시켜 결국 주어진 압력에서 처리량을 감소시키기 때문에 증가한 벽 높이는 더욱 바람직하다.

결국, 벽의 두께를 증가시키고 통로의 폭을 감소시키는 것은 모두 내압성의 더 큰 증가를 가져오고, 필요한 경우 사용될 수 있으며, 벽 또는 통로의 높이 증가는 내압성과 수율을 동시에 증가시키기에 효과적이며, 그에 따라 통로 높이가 증가한 장치는 본 발명의 바람직한 다른 대안이다.

도 6a - 6e는 본 발명의 부가적인 실시예 또는 두 번째 대안을 설명하기에 용이한 벽 구조(14)의 평면도이다. 도 6a는 통상적인 직선 벽 구조를 도시하고 있다. 시뮬레이션은 인장 응력이 벽(14)의 직선 부분 전체에 연장된 영역(38)에서 최대인 것을 보여준다. 따라서, 본 발명자들은 도 6b - 6e에서 도시된 종류의 굽은(undulating) 벽에 테스트 및 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션과 분석은 최대 인장 응력이 오직 굽은 벽의 밖을 향하는 볼록 부분(40; bulging portion)에서 축적되어 더 적은 벽 재료에서 인장 응력이 최대인 것을 보여주었다. 게다가, 굽은 벽에서 최대 응력값은 도 6a의 통상적인 직선 벽과 비교하여 좀더 작은값을 갖는 경향이 있다. 예를 들면, 100 ml/min의 흐름율을 갖는 하나의 테스트에서 20퍼센트가 증가하는 것과 같이 실험들은 굽은 벽에 기인하는 압력강하 증가가 상대적으로 적은 것을 보여준다.

굽은 벽 구조는 곡률반경 없이 벽의 길이가 동일하지 않거나 3 cm 보다 길지 않아 바람직하다. 바람직한 크기를 제공하는 도 3 및 도 5에 도시된 구조는 설명한 것과 같이 직선 벽 섹션(section)이 3 cm 보다 짧다. 바람직하게도 벽 구조는 굽어있어 곡률반경 없이 벽의 길이가 동일하지 않거나 2 cm 보다 길지 않고, 더 바람직하게는 곡률반경 없이 벽의 길이가 동일하지 않거나 1 cm 보다 길지 않고, 가장 바 람직하게는 도 6b - 6e에 보여주는 대안적인 실시예와 같이 곡률반경 없이 벽의 길이가 없다. 게다가, 도 6d 및 6e에서 도시된 것과 같이, 굽음(undulation)은 평행하게 배열됨이 바람직하므로, 통로의 수직 너비(26)는 본질적으로 일정하고, 그에 따라 유발되는 압력 강하는 도 6b 및 도 6c의 형상에 비교하여 감소한다.

또한, 굽은 벽 구조는 가장 큰 내압성을 필요로 하는 부분같이 장치의 오직 한 부분에서 선택적으로 적용될 수 있을 것이다. 예를 들면, 마이크로유체장치는 펌프에 의해 공급되고, 장치 스스로 현저히 압력 강하되며, 다운스트림(downstream)보다 높은 내부 작동압력에 노출되는 최대 압력 강하의 유체통로(통로들) 업스트림(upstream) 부분을 갖는다. 따라서, 필요한 경우 굽은 벽은 오직 업스트림 부분에서 사용될 수 있을 것이다. 유사하게, 이 장치는 현저한 압력을 발생시킬 수 있는 반응에서 사용되고, 이 장치는 예를 들면, 반응챔버 또는 통로를 포함하여 최대 내부 압력이 발생하는 곳 어디든지 최대 내압성에 적합하게 디자인될 것이다.

예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같은 장치에서 본 발명의 특정한 대안적 형상인 굽은 벽은 통로(18)의 비-3차원 굴곡 부분에 적용될 수 있을 것이다. 이것은 본 발명의 실시예를 도시한 도 7의 절단면의 평면도(cross-sectional plan view)에서 도시된다.

통로(18)의 비-3차원 굴곡 부분(17)은 통로(18)의 3차원적 굴곡 부분(19)의 업스트림이기 때문에, 그리고 도 7의 장치는 통상적으로 펌프에 의해 공급되기 때문에, 통로(18)의 비-3차원 굴곡 부분(17)은 이 장치의 임의 지점 중 최대 내부 압 력을 받게 될 것이다. 따라서, 도 7의 장치에서, 통로(18)의 비-3차원 굴곡 부분(17)은 상술한 부분에서 굽음 형상을 가지며, 곡률반경 없이 벽 구조의 길이가 없는 벽 구조(14)의 대응부분에 의해 나뉘는 통로(18)의 3차원적 굴곡 부분(19)으로 이어진다. 본 발명의 이러한 대안적인 실시예에서 통로(18)의 비-3차원 굴곡 부분(21)은 적은 내부 압력을 받을 것이고, 직선 벽을 남긴다.

물론 최대의 이점을 위해, 1 mm, 1.1 mm, 1.2 mm 보다 크거나 또는 1.5 mm에 이르거나 또는 더 큰 통로 높이를 갖는 통로는 동일한 마이크로유체장치에서 3 센티미터보다 크지않고, 2 센티미터보다 크지않고, 또한 1 센티미터보다 크지않고, 심지어 길이가 전혀 없는 그 부분에서 곡률반경 없이 굽은 형상을 갖는 대응하는 벽 구조에 의해 정의되는 비-3차원 굴곡 부분과 함께 결합하는 것이 바람직할 것이다. 결국, 도 7에 도시된 통로의 통로높이는 1 mm, 1.1 mm, 또는 1.2 mm 높이보다 크고, 1.5 mm에 이르거나 더 큰 것이 바람직하다.

본 발명은 둘 또는 그 이상의 기판 사이에서 통로로 정의되는 통합된 프릿 구조로 형성된 고수율 내압성 마이크로유체장치로서, 벽의 두께를 증가시키고, 통로의 폭을 감소시켜 내압성에 더 큰 증가를 가져오고, 벽 또는 통로의 높이를 증가시켜 내압성과 수율이 동시에 증가하여 화학반응이 어렵고, 위험할 경우 유용하게 이용할 수 있고, 효율적이며, 환경 친화적인 반응공정을 수행할 수 있다.

Claims

두 번째 재료에 의해 형성된 두 개 또는 그 이상의 이격된 기판에 연결되며, 그 기판 사이에 위치하는 통합된 프릿 재료로 형성된 벽 구조를 포함하고,

상기 벽 구조는 상기 기판 사이에 위치한 하나 또는 그 이상의 유체통로를 정의하며,

상기 하나 또는 그 이상의 유체통로의 적어도 하나의 통로는 상기 기판에 수직인 방향에서 1 밀리미터보다 큰 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로유체장치.
청구항 1에 있어서,

상기 통합된 프릿 재료는 하나 또는 그 이상의 유리 또는 유리-세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로유체장치.
청구항 1 또는 2 항에 있어서,

상기 두 번째 재료는 유리, 유리-세라믹, 또는 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로유체장치.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 통로의 비-3차원적 굴곡 부분은, 굽은 형상을 갖는 상기 벽 구조의 대응 부분에 의해 정의되 고,

상기 부분의 상기 벽 구조의 길이는 곡률반경 없이 3 센티미터보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 마이크로유체장치.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 상기 통로의 비-3차원적 굴곡 부분은, 굽은 형상을 갖는 상기 벽 구조의 대응 부분에 의해 정의되고,

상기 부분의 상기 벽 구조의 길이는 곡률반경 없이 2 센티미터보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 마이크로유체장치.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 상기 통로의 비-3차원적 굴곡 부분은, 굽은 형상을 갖는 상기 벽 구조의 대응 부분에 의해 정의되고,

상기 부분의 상기 벽 구조의 길이는 곡률반경 없이 1 센티미터보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 마이크로유체장치.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 상기 통로의 비-3차원적 굴곡 부분은, 상기 기판에 평행한 평면 형상인 상기 벽 구조의 대응 부분에 의해 정의되고,

상기 벽 구조의 상기 부분은 직선 섹션이 없는 것을 특징으로 하는 마이크로 유체장치.
청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 상기 통로의 최대 너비는 7 mm를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 마이크로유체장치.
청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 상기 통로의 최대 너비는 5 mm를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 마이크로유체장치.
청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 상기 통로의 최대 너비는 2 mm를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 마이크로유체장치.
청구항 4 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 상기 통로의 상기 비-3차원적 굴곡 부분의 최대 너비는 7mm를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 마이크로유체장치.
청구항 4 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 상기 통로의 상기 비-3차원적 굴곡 부분의 최대 너비는 5mm를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 마이크로유체장치.
청구항 4 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 상기 통로의 상기 비-3차원적 굴곡 부분의 최대 너비는 2mm를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 마이크로유체장치.
두 개 또는 그 이상의 이격된 기판에 연결되며, 그 기판 사이에 위치하는 통합된 유리 또는 유리 세라믹 프릿 벽 구조를 포함하고,

상기 벽 구조는 기판 사이에 위치한 하나 또는 그 이상의 유체통로를 정의하고,

상기 하나 또는 그 이상의 상기 유체통로의 비-3차원적 굴곡 부분에 걸쳐 상기 벽 구조는 기판에 평행한 면에서 곡률반경 없이 벽 구조의 길이는 3 센티미터보다 크지 않은 굽은 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로유체장치.
청구항 14에 있어서,

상기 하나 또는 그 이상의 상기 유체통로의 비-3차원적 굴곡 부분에 걸쳐 상기 벽 구조는 기판에 평행한 면에서 곡률반경 없이 벽 구조의 길이는 2 센티미터보다 크지 않은 굽은 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로유체장치.
청구항 14에 있어서,

상기 하나 또는 그 이상의 상기 유체통로의 비-3차원적 굴곡 부분에 걸쳐 상기 벽 구조는 기판에 평행한 면에서 곡률반경 없이 벽 구조의 길이는 1 센티미터보다 크지 않은 굽은 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로유체장치.
청구항 14에 있어서,

상기 하나 또는 그 이상의 상기 유체통로의 상기 비-3차원적 굴곡 부분에 걸쳐 상기 벽 구조는 기판에 평행한 면에서 곡률반경 없이 벽 구조의 길이는 그 길이가 없는 굽은 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로유체장치.