JP2000220766A - 半導体マイクロバルブ及びその製造方法 - Google Patents
半導体マイクロバルブ及びその製造方法Info
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
- F16K31/025—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic actuated by thermo-electric means
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型でノーマリオープン型のバルブが容易に
形成でき、かつ、広範囲の流量制御が可能な半導体マイ
クロバルブ及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 貫通孔１ａと貫通孔１ａの開口近傍に設
けられた弁座となる突起部１ｃとを有する半導体基板１
と、半導体基板１の突起部１ｃが形成された面に所定の
ギャップ幅を介して対向配置された平板形状の可撓部２
とを有し、可撓部２を変位させて前記ギャップ幅を調節
することにより流体の流量制御を行う。
形成でき、かつ、広範囲の流量制御が可能な半導体マイ
クロバルブ及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 貫通孔１ａと貫通孔１ａの開口近傍に設
けられた弁座となる突起部１ｃとを有する半導体基板１
と、半導体基板１の突起部１ｃが形成された面に所定の
ギャップ幅を介して対向配置された平板形状の可撓部２
とを有し、可撓部２を変位させて前記ギャップ幅を調節
することにより流体の流量制御を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、気体等の流量制御
に用いられる半導体マイクロバルブ及びその製造方法に
関するものである。
に用いられる半導体マイクロバルブ及びその製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電子血圧計においては、空気の圧力制御
に定速排気弁及び高速排気弁と称される、２種類の弁が
用いられている。前者は、腕や手首に巻かれたカフ帯に
加圧空気を送り込み、血流を一旦止めた後のカフ帯内の
空気圧を、所定の速度（2.5mmHg/sec.）にて降下させる
ためのものであり、後者は、血圧測定終了後や緊急時
に、カフ帯内の空気圧を、約１秒という短時間で大気圧
に戻すためのものである。
に定速排気弁及び高速排気弁と称される、２種類の弁が
用いられている。前者は、腕や手首に巻かれたカフ帯に
加圧空気を送り込み、血流を一旦止めた後のカフ帯内の
空気圧を、所定の速度（2.5mmHg/sec.）にて降下させる
ためのものであり、後者は、血圧測定終了後や緊急時
に、カフ帯内の空気圧を、約１秒という短時間で大気圧
に戻すためのものである。
【０００３】一般的には、定速排気弁には特開平7-1458
74号公報に開示されているようなゴムチューブを用いた
ものが、また、高速排気弁にはソレノイドを用いた電磁
弁がよく用いられている。
74号公報に開示されているようなゴムチューブを用いた
ものが、また、高速排気弁にはソレノイドを用いた電磁
弁がよく用いられている。
【０００４】血圧計を小型化するためには、これらの２
種類の弁を、小型で空気の流量を制御できるアクチュエ
ータに置き換える必要があるが、その一つとしてシリコ
ンを用いた半導体マイクロバルブが挙げられる。
種類の弁を、小型で空気の流量を制御できるアクチュエ
ータに置き換える必要があるが、その一つとしてシリコ
ンを用いた半導体マイクロバルブが挙げられる。
【０００５】従来、この種の半導体マイクロバルブとし
ては、USP5069419やUSP5058856等に代表される、図１１
に示すような構造のものが知られている。この半導体マ
イクロバルブは、図１１に示すように、半導体基板であ
る２つのシリコン基板１，１２を用いて構成されてい
る。シリコン基板１の略中央には二主表面側から一主表
面側に貫通する貫通孔１ａが形成され、貫通孔１ａの一
主表面側開口周縁には、シリコン基板１の一主表面に溝
部１ｂを形成することにより突起部１ｃが形成されてい
る。ここで、突起部１ｃの表面は、シリコン基板１の周
縁部を成す支持部１ｄの一主表面側と同一平面を構成し
ている。
ては、USP5069419やUSP5058856等に代表される、図１１
に示すような構造のものが知られている。この半導体マ
イクロバルブは、図１１に示すように、半導体基板であ
る２つのシリコン基板１，１２を用いて構成されてい
る。シリコン基板１の略中央には二主表面側から一主表
面側に貫通する貫通孔１ａが形成され、貫通孔１ａの一
主表面側開口周縁には、シリコン基板１の一主表面に溝
部１ｂを形成することにより突起部１ｃが形成されてい
る。ここで、突起部１ｃの表面は、シリコン基板１の周
縁部を成す支持部１ｄの一主表面側と同一平面を構成し
ている。
【０００６】また、シリコン基板１２の二主表面側を加
工して、貫通孔１ａに対向配置された弁体１２ａと、弁
体１２ａを薄肉状の可撓部１２ｂを介して支持する支持
部１２ｃとが形成されている。ここで、支持部１２ｃの
二主表面側と弁体１２ａの二主表面側とは同一平面を構
成している。
工して、貫通孔１ａに対向配置された弁体１２ａと、弁
体１２ａを薄肉状の可撓部１２ｂを介して支持する支持
部１２ｃとが形成されている。ここで、支持部１２ｃの
二主表面側と弁体１２ａの二主表面側とは同一平面を構
成している。
【０００７】また、支持部１ｄの一主表面側と支持部１
２ｃの二主表面側とが連結され、これにより、シリコン
基板１，１２で規定されるギャップ１３が構成される。
そして、シリコン基板１の二主表面側から一主表面側に
貫通する流体の流出口４がギャップ１３と連通するよう
に形成されている。
２ｃの二主表面側とが連結され、これにより、シリコン
基板１，１２で規定されるギャップ１３が構成される。
そして、シリコン基板１の二主表面側から一主表面側に
貫通する流体の流出口４がギャップ１３と連通するよう
に形成されている。
【０００８】この半導体マイクロバルブは、弁体１２ａ
の二主表面側と突起部１ｃの表面とで流路を形成し、流
体の流量を制御している。なお、流体は、貫通孔１ａよ
りバルブ内に導入され、ギャップ１３を介して流出口４
よりバルブの外へ排出される。
の二主表面側と突起部１ｃの表面とで流路を形成し、流
体の流量を制御している。なお、流体は、貫通孔１ａよ
りバルブ内に導入され、ギャップ１３を介して流出口４
よりバルブの外へ排出される。
【０００９】ここで、流体の流量制御を行うには、可撓
部１２ｂを変位させるための何らかのバルブ駆動部が必
要となる。バルブ駆動部としては、静電力や電磁力を用
いたものの他に、様々な方法が用いられており、USP506
9419やUSP5058856には、アルミニウム（Al）またはニッ
ケル（Ni）とシリコン（Si）とのバイメタルを構成し、
熱膨張によって前記バイメタルを撓ませて可撓部１２ｂ
を変位させる方法が開示されている。
部１２ｂを変位させるための何らかのバルブ駆動部が必
要となる。バルブ駆動部としては、静電力や電磁力を用
いたものの他に、様々な方法が用いられており、USP506
9419やUSP5058856には、アルミニウム（Al）またはニッ
ケル（Ni）とシリコン（Si）とのバイメタルを構成し、
熱膨張によって前記バイメタルを撓ませて可撓部１２ｂ
を変位させる方法が開示されている。
【００１０】電子血圧計の圧力制御に半導体マイクロバ
ルブを適用する場合には、（１）定速排気弁（10〜100S
CCM ）と高速排気弁（約1000SCCM）の両方の流量範囲を
カバーする、広範囲の流量制御が可能、（２）低消費電
力、（３）ノーマリオープン型（電池切れ等の非常時の
安全性確保のため）、（４）耐圧約1.5 気圧（760mmHg
＋350mmHg ＝1110mmHg）、という仕様を満たさなければ
ならない。
ルブを適用する場合には、（１）定速排気弁（10〜100S
CCM ）と高速排気弁（約1000SCCM）の両方の流量範囲を
カバーする、広範囲の流量制御が可能、（２）低消費電
力、（３）ノーマリオープン型（電池切れ等の非常時の
安全性確保のため）、（４）耐圧約1.5 気圧（760mmHg
＋350mmHg ＝1110mmHg）、という仕様を満たさなければ
ならない。
【００１１】図１２は、従来例に係る半導体マイクロバ
ルブの定速排気時の圧力と流量との関係を示す特性図で
あり、図１３は、従来例に係る半導体マイクロバルブの
入力圧及びギャップ幅と流量との関係を示す特性図であ
る。図１２，図１３より、半導体マイクロバルブの流量
特性はギャップ幅に大きく依存し、電子血圧計用途を考
慮した場合には、ギャップ幅を大きく可変にできるバル
ブの実現が不可欠である（例えば0 〜40μm ）。
ルブの定速排気時の圧力と流量との関係を示す特性図で
あり、図１３は、従来例に係る半導体マイクロバルブの
入力圧及びギャップ幅と流量との関係を示す特性図であ
る。図１２，図１３より、半導体マイクロバルブの流量
特性はギャップ幅に大きく依存し、電子血圧計用途を考
慮した場合には、ギャップ幅を大きく可変にできるバル
ブの実現が不可欠である（例えば0 〜40μm ）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
構造の半導体マイクロバルブでは、例えば、"Electrica
lly-Activated Micromachined Diaphragm Valves,Hal J
erman,IC Sensors,Technical Digest IEEE Solid-State
Sensor and Actuator Workshop,p.65〜69,Jun.1990"
に記載されているように、最大ギャップ幅が約25μm し
か得られず、100SCCM までの流量制御しかできないとい
う問題があった。
構造の半導体マイクロバルブでは、例えば、"Electrica
lly-Activated Micromachined Diaphragm Valves,Hal J
erman,IC Sensors,Technical Digest IEEE Solid-State
Sensor and Actuator Workshop,p.65〜69,Jun.1990"
に記載されているように、最大ギャップ幅が約25μm し
か得られず、100SCCM までの流量制御しかできないとい
う問題があった。
【００１３】また、従来においては、弁体１２ａの形状
として所謂ボス構造となっていた。この構造は、弁体１
２ａの自重があるため、流体の入力圧力が高い場合にバ
ルブを完全に締め切るのに有効ではあるが、バルブ素子
の特に厚さ方向の小型化が難しいという問題や、突起部
１ｃと弁体１２ａとの位置合わせに比較的高い精度を要
求され、シリコン基板１，１２を精度良く貼り合わせる
ことが必要となり、位置合わせ余裕のために弁体１２ａ
が横方向にさらに大きくなるという問題があった。
として所謂ボス構造となっていた。この構造は、弁体１
２ａの自重があるため、流体の入力圧力が高い場合にバ
ルブを完全に締め切るのに有効ではあるが、バルブ素子
の特に厚さ方向の小型化が難しいという問題や、突起部
１ｃと弁体１２ａとの位置合わせに比較的高い精度を要
求され、シリコン基板１，１２を精度良く貼り合わせる
ことが必要となり、位置合わせ余裕のために弁体１２ａ
が横方向にさらに大きくなるという問題があった。
【００１４】さらに、バイメタルを用いた半導体マイク
ロバルブにおいては、通常はノーマリクローズ型になら
ざるを得ないという問題があった。
ロバルブにおいては、通常はノーマリクローズ型になら
ざるを得ないという問題があった。
【００１５】本発明は、上記の点に鑑みて成されたもの
であり、その目的とするところは、小型でノーマリオー
プン型のバルブが容易に形成でき、かつ、広範囲の流量
制御が可能な半導体マイクロバルブ及びその製造方法を
提供することにある。
であり、その目的とするところは、小型でノーマリオー
プン型のバルブが容易に形成でき、かつ、広範囲の流量
制御が可能な半導体マイクロバルブ及びその製造方法を
提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
貫通孔と該貫通孔の開口近傍に設けられた弁座となる突
起部とを有する半導体基板と、該半導体基板の前記突起
部が形成された面に所定のギャップ幅を介して対向配置
された平板形状の可撓部とを有し、該可撓部を変位させ
て前記ギャップ幅を調節することにより流体の流量制御
を行うことを特徴とするものである。
貫通孔と該貫通孔の開口近傍に設けられた弁座となる突
起部とを有する半導体基板と、該半導体基板の前記突起
部が形成された面に所定のギャップ幅を介して対向配置
された平板形状の可撓部とを有し、該可撓部を変位させ
て前記ギャップ幅を調節することにより流体の流量制御
を行うことを特徴とするものである。
【００１７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体マイクロバルブにおいて、前記ギャップ幅を、前記
半導体基板上にギャップ形成層を介して前記可撓部を形
成することにより構成したことを特徴とするものであ
る。
導体マイクロバルブにおいて、前記ギャップ幅を、前記
半導体基板上にギャップ形成層を介して前記可撓部を形
成することにより構成したことを特徴とするものであ
る。
【００１８】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の半導体マイクロバルブにおいて、前記可撓
部が、ダイヤフラム形状であることを特徴とするもので
ある。
求項２記載の半導体マイクロバルブにおいて、前記可撓
部が、ダイヤフラム形状であることを特徴とするもので
ある。
【００１９】請求項４記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の半導体マイクロバルブにおいて、前記可撓
部が、前記貫通孔の開口に対応する箇所に配置された弁
体と、該弁体の外周縁から延在する複数のビームとを有
する形状であることを特徴とするものである。
求項２記載の半導体マイクロバルブにおいて、前記可撓
部が、前記貫通孔の開口に対応する箇所に配置された弁
体と、該弁体の外周縁から延在する複数のビームとを有
する形状であることを特徴とするものである。
【００２０】請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求
項４のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部の所定箇所に金属層を形成し、該金属層
を組成する材料と前記可撓部を組成する材料とでバイメ
タルを構成し、前記金属層及び前記可撓部を組成する材
料の熱膨張係数の違いにより前記可撓部を変位させるよ
うにしたことを特徴とするものである。
項４のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部の所定箇所に金属層を形成し、該金属層
を組成する材料と前記可撓部を組成する材料とでバイメ
タルを構成し、前記金属層及び前記可撓部を組成する材
料の熱膨張係数の違いにより前記可撓部を変位させるよ
うにしたことを特徴とするものである。
【００２１】請求項６記載の発明は、請求項５記載の半
導体マイクロバルブにおいて、前記金属層を、アルミニ
ウムまたはニッケルを用いて形成し、前記可撓部として
シリコンを用いて形成したことを特徴とするものであ
る。
導体マイクロバルブにおいて、前記金属層を、アルミニ
ウムまたはニッケルを用いて形成し、前記可撓部として
シリコンを用いて形成したことを特徴とするものであ
る。
【００２２】請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求
項４のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部上の所定箇所に形状記憶合金ワイヤを配
置し、前記可撓部上に前記形状記憶合金ワイヤと同じ厚
みのスペーサを介して、ストッパを前記可撓部に対向配
置させ、前記形状記憶合金ワイヤの変形による発生力を
前記ストッパにより所定方向に発生させることにより、
前記可撓部を変位させるようにしたことを特徴とするも
のである。
項４のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部上の所定箇所に形状記憶合金ワイヤを配
置し、前記可撓部上に前記形状記憶合金ワイヤと同じ厚
みのスペーサを介して、ストッパを前記可撓部に対向配
置させ、前記形状記憶合金ワイヤの変形による発生力を
前記ストッパにより所定方向に発生させることにより、
前記可撓部を変位させるようにしたことを特徴とするも
のである。
【００２３】請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求
項４のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部上に形状記憶合金箔を配置し、該形状記
憶合金箔の変形による発生力を利用して、前記可撓部を
変位させるようにしたことを特徴とするものである。
項４のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部上に形状記憶合金箔を配置し、該形状記
憶合金箔の変形による発生力を利用して、前記可撓部を
変位させるようにしたことを特徴とするものである。
【００２４】請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求
項４のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部の材料として、形状記憶合金箔を使用
し、該形状記憶合金箔の変形・復元を利用して、前記可
撓部を変位させるようにしたことを特徴とするものであ
る。
項４のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部の材料として、形状記憶合金箔を使用
し、該形状記憶合金箔の変形・復元を利用して、前記可
撓部を変位させるようにしたことを特徴とするものであ
る。
【００２５】請求項１０記載の発明は、請求項２乃至請
求項９のいずれかに記載の半導体マイクロバルブの製造
方法であって、前記ギャップ形成層としてSi-B-Oガラス
を用い、所定箇所をエッチングすることにより前記ギャ
ップ幅を形成するようにしたことを特徴とするものであ
る。
求項９のいずれかに記載の半導体マイクロバルブの製造
方法であって、前記ギャップ形成層としてSi-B-Oガラス
を用い、所定箇所をエッチングすることにより前記ギャ
ップ幅を形成するようにしたことを特徴とするものであ
る。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づき説明する。
て図面に基づき説明する。
【００２７】＝実施の形態１＝ 図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体マイクロバ
ルブを示す概略断面図である。本実施の形態に係る半導
体マイクロバルブは、半導体基板であるシリコン基板１
の略中央の二主表面側から一主表面側にかけて貫通する
貫通孔１ａを有する。貫通孔１ａの、シリコン基板１の
一主表面側の開口周縁には、シリコン基板１の一主表面
に溝部１ｂを形成することにより突起部１ｃが形成され
ている。従って、突起部１ｃの表面と、シリコン基板１
の周縁部を成す支持部１ｄの一主表面とは同一平面を構
成している。
ルブを示す概略断面図である。本実施の形態に係る半導
体マイクロバルブは、半導体基板であるシリコン基板１
の略中央の二主表面側から一主表面側にかけて貫通する
貫通孔１ａを有する。貫通孔１ａの、シリコン基板１の
一主表面側の開口周縁には、シリコン基板１の一主表面
に溝部１ｂを形成することにより突起部１ｃが形成され
ている。従って、突起部１ｃの表面と、シリコン基板１
の周縁部を成す支持部１ｄの一主表面とは同一平面を構
成している。
【００２８】また、シリコン基板１の一主表面側に所定
のギャップを介してシリコン基板等の半導体基板から成
る薄肉状の可撓部２が対向配置されている。ここで、可
撓部２の周縁部は、支持部１ｄ上に形成されたギャップ
形成層３を介してシリコン基板１に接合されている。
のギャップを介してシリコン基板等の半導体基板から成
る薄肉状の可撓部２が対向配置されている。ここで、可
撓部２の周縁部は、支持部１ｄ上に形成されたギャップ
形成層３を介してシリコン基板１に接合されている。
【００２９】ギャップ形成層３の厚みは、制御を行いた
い所望の流量範囲を元に設計される、最大変位量（ギャ
ップ幅）によって決定され、可撓部２の厚みは、前記最
大変位量及び使用圧力範囲を元に、材料力学的な計算か
ら決定される。
い所望の流量範囲を元に設計される、最大変位量（ギャ
ップ幅）によって決定され、可撓部２の厚みは、前記最
大変位量及び使用圧力範囲を元に、材料力学的な計算か
ら決定される。
【００３０】上記の計算例として、電子血圧計の排気弁
として使用する場合、最大変位量は40μm であるから、
ギャップ形成層３の厚みは40μm と決定される。また、
最大152 kPa の入力圧力において、バルブを締め切った
際の、可撓部２の圧力による歪みは、図２に示すように
可撓部２の厚みによって変化するので、バルブ締め切り
時の流体の漏れを抑制するには、可撓部２の厚みは15μ
m 以上必要である。
として使用する場合、最大変位量は40μm であるから、
ギャップ形成層３の厚みは40μm と決定される。また、
最大152 kPa の入力圧力において、バルブを締め切った
際の、可撓部２の圧力による歪みは、図２に示すように
可撓部２の厚みによって変化するので、バルブ締め切り
時の流体の漏れを抑制するには、可撓部２の厚みは15μ
m 以上必要である。
【００３１】本実施の形態においては、可撓部２をその
まま弁体として使用し、可撓部２と突起部１ｃとのギャ
ップを流路とし、このギャップ幅により流体の流量制御
を行うため、従来例のような大きなボス構造が存在せ
ず、素子の小型化（特に厚さ方向）が実現でき、突起部
１ｃと弁体となる可撓部２との位置合わせも容易とな
り、位置合わせ余裕も大きくとらなくても良い。
まま弁体として使用し、可撓部２と突起部１ｃとのギャ
ップを流路とし、このギャップ幅により流体の流量制御
を行うため、従来例のような大きなボス構造が存在せ
ず、素子の小型化（特に厚さ方向）が実現でき、突起部
１ｃと弁体となる可撓部２との位置合わせも容易とな
り、位置合わせ余裕も大きくとらなくても良い。
【００３２】また、同じ発生力に対して、ボス構造と比
較してより大きな変位を得ることができ、さらに、ギャ
ップ形成層３を設けることにより、従来では実現困難で
あった、ノーマリオープン型のバルブを得ることができ
る。
較してより大きな変位を得ることができ、さらに、ギャ
ップ形成層３を設けることにより、従来では実現困難で
あった、ノーマリオープン型のバルブを得ることができ
る。
【００３３】＝実施の形態２＝ 図３は、本発明の他の実施の形態に係る半導体マイクロ
バルブを示す概略構成図であり、（ａ）は概略断面図で
あり、（ｂ）は上面から見た状態を示す概略平面図であ
る。本実施の形態に係る半導体マイクロバルブは、実施
の形態１として説明した図１に示す半導体マイクロバル
ブにおいて、可撓部２をダイヤフラム状とし、シリコン
基板１と可撓部２とのギャップで構成される流路に連通
するように、ギャップ形成層３中に流体の流出口４を設
けた構成である。
バルブを示す概略構成図であり、（ａ）は概略断面図で
あり、（ｂ）は上面から見た状態を示す概略平面図であ
る。本実施の形態に係る半導体マイクロバルブは、実施
の形態１として説明した図１に示す半導体マイクロバル
ブにおいて、可撓部２をダイヤフラム状とし、シリコン
基板１と可撓部２とのギャップで構成される流路に連通
するように、ギャップ形成層３中に流体の流出口４を設
けた構成である。
【００３４】なお、本実施の形態においては、流出口４
をギャップ形成層３に設けたが、これに限定されるもの
ではなく、シリコン基板１に設けるようにしても良い。
をギャップ形成層３に設けたが、これに限定されるもの
ではなく、シリコン基板１に設けるようにしても良い。
【００３５】従って、本実施の形態においては、実施の
形態１の効果に加えて、可撓部２の形状がダイヤフラム
状の場合においても、流体の流量制御を行うことができ
る。
形態１の効果に加えて、可撓部２の形状がダイヤフラム
状の場合においても、流体の流量制御を行うことができ
る。
【００３６】＝実施の形態３＝ 図４は、本発明の他の実施の形態に係る半導体マイクロ
バルブを示す概略構成図であり、（ａ）は概略断面図で
あり、（ｂ）は上面から見た状態を示す概略平面図であ
る。本実施の形態に係る半導体マイクロバルブは、実施
の形態１として図１に示す半導体マイクロバルブにおい
て、可撓部２を弁体となる中央部２ａと、中央部２ａの
外周縁から四方に延在するビーム２ｂとビーム２ｂを支
持するフレーム２ｃとで構成したものである。
バルブを示す概略構成図であり、（ａ）は概略断面図で
あり、（ｂ）は上面から見た状態を示す概略平面図であ
る。本実施の形態に係る半導体マイクロバルブは、実施
の形態１として図１に示す半導体マイクロバルブにおい
て、可撓部２を弁体となる中央部２ａと、中央部２ａの
外周縁から四方に延在するビーム２ｂとビーム２ｂを支
持するフレーム２ｃとで構成したものである。
【００３７】従って、本実施の形態においては、ビーム
２ｂを形成するために取り除いた領域をそのまま流体の
流出口４として用いることができるので、実施の形態２
のように別途流出口４を形成することなく、実施の形態
２と同様の効果が得られる。
２ｂを形成するために取り除いた領域をそのまま流体の
流出口４として用いることができるので、実施の形態２
のように別途流出口４を形成することなく、実施の形態
２と同様の効果が得られる。
【００３８】また、可撓部２をビーム２ｂを有する構成
としたので、実施の形態２と比較して、より大きな変位
を得ることができる。
としたので、実施の形態２と比較して、より大きな変位
を得ることができる。
【００３９】なお、本実施の形態においては、４本のビ
ーム２ｂを形成する場合について説明したが、これに限
定されるものではなく、２本，８本，１６本等、何本の
ビーム２ｂを形成するようにしても良い。
ーム２ｂを形成する場合について説明したが、これに限
定されるものではなく、２本，８本，１６本等、何本の
ビーム２ｂを形成するようにしても良い。
【００４０】ここで、本実施の形態に係る半導体マイク
ロバルブの製造工程の一例について図面に基づいて説明
する。図５は、本実施の形態に係る半導体マイクロバル
ブの製造工程を示す概略断面図である。先ず、シリコン
基板１の両面にシリコン窒化膜等の保護膜（図示せず）
を形成し、シリコン基板１の一主表面の保護膜をエッチ
ング除去して開口部を形成する。
ロバルブの製造工程の一例について図面に基づいて説明
する。図５は、本実施の形態に係る半導体マイクロバル
ブの製造工程を示す概略断面図である。先ず、シリコン
基板１の両面にシリコン窒化膜等の保護膜（図示せず）
を形成し、シリコン基板１の一主表面の保護膜をエッチ
ング除去して開口部を形成する。
【００４１】続いて、開口部が形成された保護膜をマス
クとして、シリコン基板１の一主表面を、水酸化カリウ
ム（KOH ）溶液等のアルカリ系のエッチャントを用いて
異方性エッチングを行うことにより溝部１ｂ及び突起部
１ｃを形成し、保護膜をエッチング除去する（図５
（ａ））。
クとして、シリコン基板１の一主表面を、水酸化カリウ
ム（KOH ）溶液等のアルカリ系のエッチャントを用いて
異方性エッチングを行うことにより溝部１ｂ及び突起部
１ｃを形成し、保護膜をエッチング除去する（図５
（ａ））。
【００４２】次に、ギャップ形成層３であるSi−B −O
ガラス３ａをシリコン基板１の一主表面上に堆積し、熱
処理によって表面を平坦化させる（図５（ｂ））。この
とき、Si−B −O ガラス３ａの厚みは、制御を行いたい
所望の流量範囲を元に設計される、最大ギャップ幅によ
って決定される。
ガラス３ａをシリコン基板１の一主表面上に堆積し、熱
処理によって表面を平坦化させる（図５（ｂ））。この
とき、Si−B −O ガラス３ａの厚みは、制御を行いたい
所望の流量範囲を元に設計される、最大ギャップ幅によ
って決定される。
【００４３】次に、別途用意したシリコン基板等の半導
体基板をSi−B −O ガラス３ａ上に貼り合わせ、研磨を
行うことにより可撓部２を形成する（図５（ｃ））。こ
のとき、可撓部２の厚みは、流量制御に必要な変位量を
元に、材料力学的な計算から決定される。
体基板をSi−B −O ガラス３ａ上に貼り合わせ、研磨を
行うことにより可撓部２を形成する（図５（ｃ））。こ
のとき、可撓部２の厚みは、流量制御に必要な変位量を
元に、材料力学的な計算から決定される。
【００４４】次に、可撓部２上及びシリコン基板１の二
主表面上にシリコン窒化膜等の保護膜５を形成し、所望
の箇所（貫通孔１ａ形成箇所）をエッチング除去して開
口部を形成し、開口部が形成された保護膜５をマスクと
してアルカリ系のエッチャントを用いて異方性エッチン
グを行うことにより、シリコン基板１の二主表面側から
一主表面側に貫通する貫通孔１ａを形成する（図５
（ｄ））。
主表面上にシリコン窒化膜等の保護膜５を形成し、所望
の箇所（貫通孔１ａ形成箇所）をエッチング除去して開
口部を形成し、開口部が形成された保護膜５をマスクと
してアルカリ系のエッチャントを用いて異方性エッチン
グを行うことにより、シリコン基板１の二主表面側から
一主表面側に貫通する貫通孔１ａを形成する（図５
（ｄ））。
【００４５】次に、貫通孔１ａからHF溶液等の酸性のエ
ッチャントを導入して、Si−B −Oガラス３ａの所望の
箇所を犠牲層エッチングする（図５（ｅ））。この犠牲
層エッチングにより残ったSi−B −O ガラス３ａがギャ
ップ形成層３となり、犠牲層エッチングした領域が流体
の流路となる。
ッチャントを導入して、Si−B −Oガラス３ａの所望の
箇所を犠牲層エッチングする（図５（ｅ））。この犠牲
層エッチングにより残ったSi−B −O ガラス３ａがギャ
ップ形成層３となり、犠牲層エッチングした領域が流体
の流路となる。
【００４６】最後に、保護膜５上の所定の箇所に金属薄
膜や形状記憶合金等のバルブ駆動部（図５では金属層６
を形成してバイメタル構造を形成した場合を示す）を形
成し（図５（ｆ））、可撓部２を反応性イオンエッチン
グ(RIE：Reactive Ion Etching) 等により所定の形状
にパターニングする（図５（ｇ））。
膜や形状記憶合金等のバルブ駆動部（図５では金属層６
を形成してバイメタル構造を形成した場合を示す）を形
成し（図５（ｆ））、可撓部２を反応性イオンエッチン
グ(RIE：Reactive Ion Etching) 等により所定の形状
にパターニングする（図５（ｇ））。
【００４７】なお、流出口４を別途形成する必要がある
場合には、Si−B −O ガラス３ａを形成した後、犠牲層
エッチングを行う前に、必要な領域をパターニングし、
エッチングを行うことにより流出口４を形成しておくよ
うにする。
場合には、Si−B −O ガラス３ａを形成した後、犠牲層
エッチングを行う前に、必要な領域をパターニングし、
エッチングを行うことにより流出口４を形成しておくよ
うにする。
【００４８】従って、本製造工程によれば、ギャップ形
成層３の材料としてSi−B −O ガラス３ａを用い、犠牲
層エッチングによりギャップ形成層３及び流路を形成す
るようにしたので、加工を容易に、かつ、精度良く行う
ことができる。
成層３の材料としてSi−B −O ガラス３ａを用い、犠牲
層エッチングによりギャップ形成層３及び流路を形成す
るようにしたので、加工を容易に、かつ、精度良く行う
ことができる。
【００４９】＝実施の形態４＝ 図６は、本発明の他の実施の形態に係る半導体マイクロ
バルブを示す概略構成図であり、（ａ）は概略断面図で
あり、（ｂ）は概略平面図である。ここでは、マイクロ
バルブのバルブ駆動部としてのバイメタル構造の構成に
ついて示す。なお、ここでは、半導体マイクロバルブの
概略構成として、実施の形態３として図４に示す半導体
マイクロバルブと同様の構成を用いて説明するが、その
他の実施の形態の半導体マイクロバルブの構成にも適用
できる。
バルブを示す概略構成図であり、（ａ）は概略断面図で
あり、（ｂ）は概略平面図である。ここでは、マイクロ
バルブのバルブ駆動部としてのバイメタル構造の構成に
ついて示す。なお、ここでは、半導体マイクロバルブの
概略構成として、実施の形態３として図４に示す半導体
マイクロバルブと同様の構成を用いて説明するが、その
他の実施の形態の半導体マイクロバルブの構成にも適用
できる。
【００５０】本実施の形態に係る半導体マイクロバルブ
は、図４に示す半導体マイクロバルブにおいて、ビーム
２ｂ上に金属層６を形成し、金属層６とビーム２ｂを組
成するシリコンとでバイメタルを構成している。そし
て、金属層６の下部のビーム２ｂには、不純物拡散層７
が形成されている。
は、図４に示す半導体マイクロバルブにおいて、ビーム
２ｂ上に金属層６を形成し、金属層６とビーム２ｂを組
成するシリコンとでバイメタルを構成している。そし
て、金属層６の下部のビーム２ｂには、不純物拡散層７
が形成されている。
【００５１】ここで、金属層６の材料及び厚みは、最大
変位量及び使用圧力範囲を元に、線膨張係数，ヤング率
等を考慮して材料力学的に決定される。金属層６の材料
としては、アルミニウム（Al）やニッケル（Ni）が用い
られることが多い。
変位量及び使用圧力範囲を元に、線膨張係数，ヤング率
等を考慮して材料力学的に決定される。金属層６の材料
としては、アルミニウム（Al）やニッケル（Ni）が用い
られることが多い。
【００５２】不純物拡散層７に通電すると、発熱により
ビーム２ｂ及び金属層６の温度が上昇してそれぞれの体
積は膨張するが、ビーム２ｂを組成するシリコンと金属
層６とでは線膨張係数が異なるためそれぞれ長さが異な
り、それに応じてビーム２ｂが下方に撓むことになる。
従って、不純物拡散層７での発熱量を、電流の大きさを
調節することにより、ビーム２ｂの撓み量を制御し、流
体の流量を制御することができる。
ビーム２ｂ及び金属層６の温度が上昇してそれぞれの体
積は膨張するが、ビーム２ｂを組成するシリコンと金属
層６とでは線膨張係数が異なるためそれぞれ長さが異な
り、それに応じてビーム２ｂが下方に撓むことになる。
従って、不純物拡散層７での発熱量を、電流の大きさを
調節することにより、ビーム２ｂの撓み量を制御し、流
体の流量を制御することができる。
【００５３】上記の計算例として、電子血圧計の排気弁
として使用する場合、ギャップ形成層３の厚みが40μm
，可撓部２の厚みが15μｍの時、金属層６の厚みは、T
imoschenko によって導かれたバイメタルの変位計算式
から、金属層６の材料がAlでは約10μm ，Niでは約7 μ
m と求められる。
として使用する場合、ギャップ形成層３の厚みが40μm
，可撓部２の厚みが15μｍの時、金属層６の厚みは、T
imoschenko によって導かれたバイメタルの変位計算式
から、金属層６の材料がAlでは約10μm ，Niでは約7 μ
m と求められる。
【００５４】また、異なるバルブ駆動部について図７に
基づき説明する。図７は、本発明の他の実施の形態に係
る半導体マイクロバルブの概略断面図であり、（ａ）が
マイクロバルブが開いた状態を示す概略断面図であり、
（ｂ）はマイクロバルブが閉じた状態を示す概略断面図
である。本実施の形態においても半導体マイクロバルブ
の概略構成として、実施の形態３として図４に示す半導
体マイクロバルブと同様の構成を用いて説明するが、そ
の他の実施の形態の半導体マイクロバルブの構成にも適
用できる。
基づき説明する。図７は、本発明の他の実施の形態に係
る半導体マイクロバルブの概略断面図であり、（ａ）が
マイクロバルブが開いた状態を示す概略断面図であり、
（ｂ）はマイクロバルブが閉じた状態を示す概略断面図
である。本実施の形態においても半導体マイクロバルブ
の概略構成として、実施の形態３として図４に示す半導
体マイクロバルブと同様の構成を用いて説明するが、そ
の他の実施の形態の半導体マイクロバルブの構成にも適
用できる。
【００５５】本実施の形態に係る半導体マイクロバルブ
は、図４に示す半導体マイクロバルブにおいて、周縁部
にスペーサ８を介して、平板状のストッパ９が可撓部２
に対向配置されている。そして、ストッパ９と可撓部２
との間に形成されるギャップには、スペーサ８と同じ厚
さの形状記憶合金ワイヤ１０が設けられている。ここ
で、ストッパ９は、力の印加によって変形しにくいよ
う、材質及び厚さを考慮する必要がある。
は、図４に示す半導体マイクロバルブにおいて、周縁部
にスペーサ８を介して、平板状のストッパ９が可撓部２
に対向配置されている。そして、ストッパ９と可撓部２
との間に形成されるギャップには、スペーサ８と同じ厚
さの形状記憶合金ワイヤ１０が設けられている。ここ
で、ストッパ９は、力の印加によって変形しにくいよ
う、材質及び厚さを考慮する必要がある。
【００５６】形状記憶合金ワイヤ１０に対して、図８に
示すように、厚さ方向に伸びた形状を予め記憶させてお
き、この形状記憶合金ワイヤ１０に通電して温度を上昇
させることにより、形状記憶合金ワイヤ１０が厚さ方向
に伸びて、図７（ｂ）に示すように、可撓部２を下方に
押し下げる。従って、形状記憶合金ワイヤ１０の温度を
調節することにより、形状記憶合金ワイヤ１０の厚さ方
向の伸びを制御して流体の流量を制御することができ
る。ここで、形状記憶合金は、その大きさ（体積）に比
例して大きな発生力が得られるため、マイクロバルブの
駆動には有効な手段の一つである。
示すように、厚さ方向に伸びた形状を予め記憶させてお
き、この形状記憶合金ワイヤ１０に通電して温度を上昇
させることにより、形状記憶合金ワイヤ１０が厚さ方向
に伸びて、図７（ｂ）に示すように、可撓部２を下方に
押し下げる。従って、形状記憶合金ワイヤ１０の温度を
調節することにより、形状記憶合金ワイヤ１０の厚さ方
向の伸びを制御して流体の流量を制御することができ
る。ここで、形状記憶合金は、その大きさ（体積）に比
例して大きな発生力が得られるため、マイクロバルブの
駆動には有効な手段の一つである。
【００５７】なお、形状記憶合金ワイヤ１０に記憶させ
る伸び量は、繰り返し使用における寿命の問題から、形
状記憶合金ワイヤ１０の初期厚さの約5 ％以内にするこ
とが望ましいとされている。例えば、40μm の変位が必
要な場合は、形状記憶合金ワイヤ１０の初期厚さは800
μm 以上あれば良い。
る伸び量は、繰り返し使用における寿命の問題から、形
状記憶合金ワイヤ１０の初期厚さの約5 ％以内にするこ
とが望ましいとされている。例えば、40μm の変位が必
要な場合は、形状記憶合金ワイヤ１０の初期厚さは800
μm 以上あれば良い。
【００５８】また、異なるバルブ駆動部について図９に
基づき説明する。図９は、本発明の他の実施の形態に係
る半導体マイクロバルブの概略断面図であり、（ａ）が
マイクロバルブが開いた状態を示す概略断面図であり、
（ｂ）はマイクロバルブが閉じた状態を示す概略断面図
である。本実施の形態においても半導体マイクロバルブ
の概略構成として、実施の形態３として図４に示す半導
体マイクロバルブと同様の構成を用いて説明するが、そ
の他の実施の形態の半導体マイクロバルブの構成にも適
用できる。
基づき説明する。図９は、本発明の他の実施の形態に係
る半導体マイクロバルブの概略断面図であり、（ａ）が
マイクロバルブが開いた状態を示す概略断面図であり、
（ｂ）はマイクロバルブが閉じた状態を示す概略断面図
である。本実施の形態においても半導体マイクロバルブ
の概略構成として、実施の形態３として図４に示す半導
体マイクロバルブと同様の構成を用いて説明するが、そ
の他の実施の形態の半導体マイクロバルブの構成にも適
用できる。
【００５９】本実施の形態に係る半導体マイクロバルブ
は、図４に示す半導体マイクロバルブにおいて、可撓部
２上に形状記憶合金箔１１を設けた構成である。
は、図４に示す半導体マイクロバルブにおいて、可撓部
２上に形状記憶合金箔１１を設けた構成である。
【００６０】本実施の形態においては、形状記憶合金箔
１１に対して、予め下方に変形した形状を記憶させてお
き、この形状記憶合金箔１１に通電して温度を上昇させ
ることにより、形状記憶合金箔１１が記憶しておいた形
状に変形し、可撓部２を下方に押し下げる。従って、形
状記憶合金箔１１の温度を調節することにより、形状記
憶合金箔１１の変形を制御して流体の流量を制御するこ
とができる。
１１に対して、予め下方に変形した形状を記憶させてお
き、この形状記憶合金箔１１に通電して温度を上昇させ
ることにより、形状記憶合金箔１１が記憶しておいた形
状に変形し、可撓部２を下方に押し下げる。従って、形
状記憶合金箔１１の温度を調節することにより、形状記
憶合金箔１１の変形を制御して流体の流量を制御するこ
とができる。
【００６１】また、別の異なるバルブ駆動部について図
１０に基づき説明する。図１０は、本発明の他の実施の
形態に係る半導体マイクロバルブの概略断面図であり、
（ａ）がマイクロバルブが開いた状態を示す概略断面図
であり、（ｂ）はマイクロバルブが閉じた状態を示す概
略断面図である。本実施の形態においても半導体マイク
ロバルブの概略構成として、実施の形態３として図４に
示す半導体マイクロバルブと同様の構成を用いて説明す
るが、その他の実施の形態の半導体マイクロバルブの構
成にも適用できる。
１０に基づき説明する。図１０は、本発明の他の実施の
形態に係る半導体マイクロバルブの概略断面図であり、
（ａ）がマイクロバルブが開いた状態を示す概略断面図
であり、（ｂ）はマイクロバルブが閉じた状態を示す概
略断面図である。本実施の形態においても半導体マイク
ロバルブの概略構成として、実施の形態３として図４に
示す半導体マイクロバルブと同様の構成を用いて説明す
るが、その他の実施の形態の半導体マイクロバルブの構
成にも適用できる。
【００６２】本実施の形態に係る半導体マイクロバルブ
は、図４に示す半導体マイクロバルブにおいて、可撓部
２の材料として形状記憶合金箔を使用した構成である。
は、図４に示す半導体マイクロバルブにおいて、可撓部
２の材料として形状記憶合金箔を使用した構成である。
【００６３】本実施の形態においては、形状記憶合金箔
からなる可撓部２に対して、予め下方に変形した形状を
記憶させておき、この可撓部２に通電して温度を上昇さ
せることにより、可撓部２が記憶しておいた形状に変形
し、可撓部２が下方に押し下げられた形状になる。従っ
て、可撓部２を構成する形状記憶合金箔の温度を調節す
ることにより、可撓部２の変形を制御して流体の流量を
制御することができる。
からなる可撓部２に対して、予め下方に変形した形状を
記憶させておき、この可撓部２に通電して温度を上昇さ
せることにより、可撓部２が記憶しておいた形状に変形
し、可撓部２が下方に押し下げられた形状になる。従っ
て、可撓部２を構成する形状記憶合金箔の温度を調節す
ることにより、可撓部２の変形を制御して流体の流量を
制御することができる。
【００６４】本実施形態によれば、可撓部２自体を形状
記憶合金箔で形成しているので、図９で示した実施形態
のものと比較して、製造プロセスが容易になる。
記憶合金箔で形成しているので、図９で示した実施形態
のものと比較して、製造プロセスが容易になる。
【００６５】
【発明の効果】請求項１記載の発明は、貫通孔と該貫通
孔の開口近傍に設けられた弁座となる突起部とを有する
半導体基板と、該半導体基板の前記突起部が形成された
面に所定のギャップ幅を介して対向配置された平板形状
の可撓部とを有し、該可撓部を変位させて前記ギャップ
幅を調節することにより流体の流量制御を行うので、従
来のようなボス構造が存在せず、素子の特に厚さ方向の
小型化が実現でき、弁座となる突起部と弁体となる可撓
部との位置合わせも容易になり、位置合わせ余裕も大き
く取る必要がなく、また、同じ発生力に対してボス構造
と比較してより大きな変位を得ることができ、小型でノ
ーマリオープン型のバルブが容易に形成でき、かつ、広
範囲の流量制御が可能な半導体マイクロバルブを提供す
ることができた。
孔の開口近傍に設けられた弁座となる突起部とを有する
半導体基板と、該半導体基板の前記突起部が形成された
面に所定のギャップ幅を介して対向配置された平板形状
の可撓部とを有し、該可撓部を変位させて前記ギャップ
幅を調節することにより流体の流量制御を行うので、従
来のようなボス構造が存在せず、素子の特に厚さ方向の
小型化が実現でき、弁座となる突起部と弁体となる可撓
部との位置合わせも容易になり、位置合わせ余裕も大き
く取る必要がなく、また、同じ発生力に対してボス構造
と比較してより大きな変位を得ることができ、小型でノ
ーマリオープン型のバルブが容易に形成でき、かつ、広
範囲の流量制御が可能な半導体マイクロバルブを提供す
ることができた。
【００６６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体マイクロバルブにおいて、前記ギャップ幅を、前記
半導体基板上にギャップ形成層を介して前記可撓部を形
成することにより構成したので、請求項１記載の発明と
同様の効果が得られる。
導体マイクロバルブにおいて、前記ギャップ幅を、前記
半導体基板上にギャップ形成層を介して前記可撓部を形
成することにより構成したので、請求項１記載の発明と
同様の効果が得られる。
【００６７】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の半導体マイクロバルブにおいて、前記可撓
部が、ダイヤフラム形状であるので、請求項１または請
求項２記載の発明と同様の効果が得られる。
求項２記載の半導体マイクロバルブにおいて、前記可撓
部が、ダイヤフラム形状であるので、請求項１または請
求項２記載の発明と同様の効果が得られる。
【００６８】請求項４記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の半導体マイクロバルブにおいて、前記可撓
部が、前記貫通孔の開口に対応する箇所に配置された弁
体と、該弁体の外周縁から延在する複数のビームとを有
する形状であるので、請求項１または請求項２記載の発
明の効果に加えて、可撓部の変位を得るのに必要な力が
小さくでき、またビームを形成するために取り除いた領
域をそのまま流体の流出口として用いることができ、流
出口を別途形成する必要がない。
求項２記載の半導体マイクロバルブにおいて、前記可撓
部が、前記貫通孔の開口に対応する箇所に配置された弁
体と、該弁体の外周縁から延在する複数のビームとを有
する形状であるので、請求項１または請求項２記載の発
明の効果に加えて、可撓部の変位を得るのに必要な力が
小さくでき、またビームを形成するために取り除いた領
域をそのまま流体の流出口として用いることができ、流
出口を別途形成する必要がない。
【００６９】請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求
項４のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部の所定箇所に金属層を形成し、該金属層
を組成する材料と前記可撓部を組成する材料とでバイメ
タルを構成し、前記金属層及び前記可撓部を組成する材
料の熱膨張係数の違いにより前記可撓部を変位させるよ
うにしたので、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
の発明と同様の効果が得られる。
項４のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部の所定箇所に金属層を形成し、該金属層
を組成する材料と前記可撓部を組成する材料とでバイメ
タルを構成し、前記金属層及び前記可撓部を組成する材
料の熱膨張係数の違いにより前記可撓部を変位させるよ
うにしたので、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
の発明と同様の効果が得られる。
【００７０】請求項６記載の発明は、請求項５記載の半
導体マイクロバルブにおいて、前記金属層を、アルミニ
ウムまたはニッケルを用いて形成し、前記可撓部として
シリコンを用いて形成したので、請求項５記載の発明と
同様の効果が得られる。
導体マイクロバルブにおいて、前記金属層を、アルミニ
ウムまたはニッケルを用いて形成し、前記可撓部として
シリコンを用いて形成したので、請求項５記載の発明と
同様の効果が得られる。
【００７１】請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求
項４のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部上の所定箇所に形状記憶合金ワイヤを配
置し、前記可撓部上に前記形状記憶合金ワイヤと同じ厚
みのスペーサを介して、ストッパを前記可撓部に対向配
置させ、前記形状記憶合金ワイヤの変形による発生力を
前記ストッパにより所定方向に発生させることにより、
前記可撓部を変位させるようにしたので、請求項１乃至
請求項４のいずれかに記載の発明と同様の効果が得られ
る。
項４のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部上の所定箇所に形状記憶合金ワイヤを配
置し、前記可撓部上に前記形状記憶合金ワイヤと同じ厚
みのスペーサを介して、ストッパを前記可撓部に対向配
置させ、前記形状記憶合金ワイヤの変形による発生力を
前記ストッパにより所定方向に発生させることにより、
前記可撓部を変位させるようにしたので、請求項１乃至
請求項４のいずれかに記載の発明と同様の効果が得られ
る。
【００７２】請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求
項４のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部上に形状記憶合金箔を配置し、該形状記
憶合金箔の変形による発生力を利用して、前記可撓部を
変位させるようにしたので、請求項１乃至請求項４のい
ずれかに記載の発明と同様の効果が得られる。
項４のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部上に形状記憶合金箔を配置し、該形状記
憶合金箔の変形による発生力を利用して、前記可撓部を
変位させるようにしたので、請求項１乃至請求項４のい
ずれかに記載の発明と同様の効果が得られる。
【００７３】請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求
項４のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部の材料として、形状記憶合金箔を使用
し、該形状記憶合金箔の変形・復元を利用して、前記可
撓部を変位させるようにしたので、請求項１乃至請求項
４のいずれかに記載の発明と同様の効果が得られる。
項４のいずれかに記載の半導体マイクロバルブにおい
て、前記可撓部の材料として、形状記憶合金箔を使用
し、該形状記憶合金箔の変形・復元を利用して、前記可
撓部を変位させるようにしたので、請求項１乃至請求項
４のいずれかに記載の発明と同様の効果が得られる。
【００７４】請求項１０記載の発明は、請求項２乃至請
求項９のいずれかに記載の半導体マイクロバルブの製造
方法であって、前記ギャップ形成層としてSi-B-Oガラス
を用い、所定箇所をエッチングすることにより前記ギャ
ップ幅を形成するようにしたので、請求項２乃至請求項
９のいずれかに記載の発明の効果に加えて、ギャップ幅
を精度良く形成することができ、小型でノーマリオープ
ン型のバルブが容易に形成でき、かつ、広範囲の流量制
御が可能な半導体マイクロバルブの製造方法を提供する
ことができた。
求項９のいずれかに記載の半導体マイクロバルブの製造
方法であって、前記ギャップ形成層としてSi-B-Oガラス
を用い、所定箇所をエッチングすることにより前記ギャ
ップ幅を形成するようにしたので、請求項２乃至請求項
９のいずれかに記載の発明の効果に加えて、ギャップ幅
を精度良く形成することができ、小型でノーマリオープ
ン型のバルブが容易に形成でき、かつ、広範囲の流量制
御が可能な半導体マイクロバルブの製造方法を提供する
ことができた。
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体マイクロバ
ルブを示す概略断面図である。
ルブを示す概略断面図である。
【図２】本実施の形態に係る半導体マイクロバルブのバ
ルブを締め切った際の、可撓部の圧力による歪みを示す
特性図である。
ルブを締め切った際の、可撓部の圧力による歪みを示す
特性図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る半導体マイクロ
バルブを示す概略断面図である。
バルブを示す概略断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る半導体マイクロ
バルブを示す概略構成図であり、（ａ）は概略断面図で
あり、（ｂ）は上面から見た状態を示す概略平面図であ
る。
バルブを示す概略構成図であり、（ａ）は概略断面図で
あり、（ｂ）は上面から見た状態を示す概略平面図であ
る。
【図５】本実施の形態に係る半導体マイクロバルブの製
造工程を示す概略断面図である。
造工程を示す概略断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係る半導体マイクロ
バルブを示す概略構成図であり、（ａ）は概略断面図で
あり、（ｂ）は概略平面図である。
バルブを示す概略構成図であり、（ａ）は概略断面図で
あり、（ｂ）は概略平面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る半導体マイクロ
バルブの概略断面図であり、（ａ）がマイクロバルブが
開いた状態を示す概略断面図であり、（ｂ）はマイクロ
バルブが閉じた状態を示す概略断面図である。
バルブの概略断面図であり、（ａ）がマイクロバルブが
開いた状態を示す概略断面図であり、（ｂ）はマイクロ
バルブが閉じた状態を示す概略断面図である。
【図８】本実施の形態に係る形状記憶合金ワイヤの変形
した状態を示す概略断面図である。
した状態を示す概略断面図である。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る半導体マイクロ
バルブの概略断面図であり、（ａ）がマイクロバルブが
開いた状態を示す概略断面図であり、（ｂ）はマイクロ
バルブが閉じた状態を示す概略断面図である。
バルブの概略断面図であり、（ａ）がマイクロバルブが
開いた状態を示す概略断面図であり、（ｂ）はマイクロ
バルブが閉じた状態を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係る半導体マイク
ロバルブの概略断面図であり、（ａ）がマイクロバルブ
が開いた状態を示す概略断面図であり、（ｂ）はマイク
ロバルブが閉じた状態を示す概略断面図である。
ロバルブの概略断面図であり、（ａ）がマイクロバルブ
が開いた状態を示す概略断面図であり、（ｂ）はマイク
ロバルブが閉じた状態を示す概略断面図である。
【図１１】従来例に係る半導体マイクロバルブを示す概
略断面図である。
略断面図である。
【図１２】従来例に係る半導体マイクロバルブの定速排
気時の圧力と流量との関係を示す特性図である。
気時の圧力と流量との関係を示す特性図である。
【図１３】従来例に係る半導体マイクロバルブの入力圧
及びギャップ幅と流量との関係を示す特性図である。
及びギャップ幅と流量との関係を示す特性図である。
１ シリコン基板 １ａ 貫通孔 １ｂ 溝部 １ｃ 突起部 １ｄ 支持部 ２ 可撓部 ２ａ 中央部 ２ｂ ビーム ２ｃ フレーム ３ ギャップ形成層 ３ａ Si−B −O ガラス ４ 流出口 ５ 保護膜 ６ 金属層 ７ 不純物拡散層 ８ スペーサ ９ ストッパ １０ 形状記憶合金ワイヤ １１ 形状記憶合金箔 １２ シリコン基板 １２ａ 弁体 １２ｂ 可撓部 １２ｃ 支持部 １３ ギャップ
Claims (10)
- 【請求項１】 貫通孔と該貫通孔の開口近傍に設けられ
た弁座となる突起部とを有する半導体基板と、該半導体
基板の前記突起部が形成された面に所定のギャップ幅を
介して対向配置された平板形状の可撓部とを有し、該可
撓部を変位させて前記ギャップ幅を調節することにより
流体の流量制御を行うことを特徴とする半導体マイクロ
バルブ。 - 【請求項２】 前記ギャップ幅を、前記半導体基板上に
ギャップ形成層を介して前記可撓部を形成することによ
り構成したことを特徴とする請求項１記載の半導体マイ
クロバルブ。 - 【請求項３】 前記可撓部が、ダイヤフラム形状である
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体
マイクロバルブ。 - 【請求項４】 前記可撓部が、前記貫通孔の開口に対応
する箇所に配置された弁体と、該弁体の外周縁から延在
する複数のビームとを有する形状であることを特徴とす
る請求項１または請求項２記載の半導体マイクロバル
ブ。 - 【請求項５】 前記可撓部の所定箇所に金属層を形成
し、該金属層を組成する材料と前記可撓部を組成する材
料とでバイメタルを構成し、前記金属層及び前記可撓部
を組成する材料の熱膨張係数の違いにより前記可撓部を
変位させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請
求項４のいずれかに記載の半導体マイクロバルブ。 - 【請求項６】 前記金属層を、アルミニウムまたはニッ
ケルを用いて形成し、前記可撓部としてシリコンを用い
て形成したことを特徴とする請求項５記載の半導体マイ
クロバルブ。 - 【請求項７】 前記可撓部上の所定箇所に形状記憶合金
ワイヤを配置し、前記可撓部上に前記形状記憶合金ワイ
ヤと同じ厚みのスペーサを介して、ストッパを前記可撓
部に対向配置させ、前記形状記憶合金ワイヤの変形によ
る発生力を前記ストッパにより所定方向に発生させるこ
とにより、前記可撓部を変位させるようにしたことを特
徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導
体マイクロバルブ。 - 【請求項８】 前記可撓部上に形状記憶合金箔を配置
し、該形状記憶合金箔の変形による発生力を利用して、
前記可撓部を変位させるようにしたことを特徴とする請
求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体マイクロ
バルブ。 - 【請求項９】 前記可撓部の材料として、形状記憶合金
箔を使用し、該形状記憶合金箔の変形・復元を利用し
て、前記可撓部を変位させるようにしたことを特徴とす
る請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体マイ
クロバルブ。 - 【請求項１０】 請求項２乃至請求項９のいずれかに記
載の半導体マイクロバルブの製造方法であって、前記ギ
ャップ形成層としてSi-B-Oガラスを用い、所定箇所をエ
ッチングすることにより前記ギャップ幅を形成するよう
にしたことを特徴とする半導体マイクロバルブの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14711999A JP2000220766A (ja) | 1998-11-27 | 1999-05-26 | 半導体マイクロバルブ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33758098 | 1998-11-27 | ||
| JP10-337580 | 1998-11-27 | ||
| JP14711999A JP2000220766A (ja) | 1998-11-27 | 1999-05-26 | 半導体マイクロバルブ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000220766A true JP2000220766A (ja) | 2000-08-08 |
Family
ID=26477766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14711999A Pending JP2000220766A (ja) | 1998-11-27 | 1999-05-26 | 半導体マイクロバルブ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000220766A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1413775A3 (en) * | 2002-10-21 | 2005-01-05 | Lockheed Martin Corporation | Microelectromechanical high pressure gas microvalve |
| US8016260B2 (en) | 2007-07-19 | 2011-09-13 | Formulatrix, Inc. | Metering assembly and method of dispensing fluid |
| US8100293B2 (en) | 2009-01-23 | 2012-01-24 | Formulatrix, Inc. | Microfluidic dispensing assembly |
| CN102883992A (zh) * | 2010-05-07 | 2013-01-16 | 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 | 具有非球面膜床的平台、具有该平台的压力传感器及其制造方法 |
| US9267618B2 (en) | 2010-05-18 | 2016-02-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Microvalve device and method of manufacturing the same |
| CN105822817A (zh) * | 2016-03-18 | 2016-08-03 | 南京伶机宜动驱动技术有限公司 | 流道调控阀 |
-
1999
- 1999-05-26 JP JP14711999A patent/JP2000220766A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1413775A3 (en) * | 2002-10-21 | 2005-01-05 | Lockheed Martin Corporation | Microelectromechanical high pressure gas microvalve |
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| US8550298B2 (en) | 2009-01-23 | 2013-10-08 | Formulatrix, Inc. | Microfluidic dispensing assembly |
| CN102883992A (zh) * | 2010-05-07 | 2013-01-16 | 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 | 具有非球面膜床的平台、具有该平台的压力传感器及其制造方法 |
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