阀元件以及阀元件的制造方法与流程

本发明涉及一种阀元件以及阀元件的制造方法。

背景技术：

1、以往，作为控制流体的流通的阀元件，已知如下结构的阀元件：具有对置配置的两个电极部，通过对该两个电极部的各电极施加电压来产生静电引力，从而由另一方的电极部将一方的电极部所具备的流体的导入口密封(例如专利文献1)。图1中示出这种结构的阀元件9的概略图。

2、图1的(a)表示阀门为“打开”状态的阀元件9的概略剖视图，图1的(b)表示阀门为“关闭”状态的阀元件9的概略剖视图。如图1所示，阀元件9构成为：从设于基板91(固定电极)的流体导入口92导入流体，该流体从设于形成为相对于基板91可动的隔膜93(可动电极)的排出口(未图示)排出。并且，当通过对基板91(固定电极)和隔膜93(可动电极)施加电压而产生了静电引力时，隔膜93通过该引力而被吸引至基板91，从而能由隔膜93将流体导入口92密封。这样一来，通过切断流体的流通或者通过调整施加电压来调节隔膜93与基板91的距离，能控制流体的流量。

3、并且，该情况下的静电引力能由下式(1)表示。

4、[数式1]

5、

6、在上述式(1)中，f表示静电引力，ε表示空气的介电常数，s表示两电极所对置的面积，v表示施加电压，d表示两电极间的距离。即，静电引力f很大程度上依赖于施加电压v、电极间距离d，当降低了施加电压v或者扩大了电极间距离d时，静电引力f显著减弱，驱动阀门(即，将隔膜93吸引至基板91侧)的驱动力显著降低。

7、另一方面，从流体的排出特性的观点来看，两电极间的距离越大或流体导入口92和排出口的面积越大(即两电极间的对置面积越小)，则越能有效地进行流体的排出。

8、这样一来，对于以往已知的通过静电引力来进行驱动的方式的阀门而言，为了得到阀门为“打开”状态时的良好的流体排出特性，需要按某种程度确保两电极间的距离。如此一来，为了得到足够的静电引力f作为阀门的驱动力，通过增大电极面积s来进行调整或通过增大施加电压v来进行调整。即，难以在得到良好的流体排出特性的基础上兼顾阀元件的小型化/低功耗化。

9、另一方面，提出了如下技术：在将两个半导体基板接合而形成的常闭式微型阀中，通过使用了双金属的热驱动方式来使两个半导体基板相互向相反方向挠曲，由此使阀门成为“打开”状态(例如专利文献2)。根据这样的方法，与仅使一方的基板挠曲的情况相比，能增大阀口与阀芯的距离，能以低功耗得到良好的流体排出特性。

10、现有技术文献

11、专利文献

12、专利文献1：日本特开昭63-307959号公报

13、专利文献2：日本特开2000-266224号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的问题

2、然而，在上述专利文献2所公开的微型阀中，用于驱动阀门的电极设于阀元件的上下(表面背面)，需要对阀元件的上下两表面进行布线。此外，该微型阀是通过将两块基板贴合而制造出的，为了将它们适当地接合，需要精密的晶片对准。即，为了制造专利文献2所记载的微型阀，制造工序变得复杂，制造的难度变高。

3、本发明是鉴于上述的问题点而完成的，其目的在于提供一种能通过简易的制造工序来兼顾使用静电引力进行驱动的方式的阀元件的小型化和低功耗化的技术。

4、技术方案

5、用于解决上述问题的本发明采用以下的构成。即，一种阀元件，是用于控制流体的流通的阀元件，其特征在于，具有：

6、第一可动电极部，具备供所述流体流通的流体导入口；

7、第二可动电极部，具备供所述流体排出的排出口，该第二可动电极部配置为以在所述第一可动电极部的一面侧覆盖所述流体导入口的方式从所述第一可动电极部间隔地设置；

8、间隔部，确保所述第一可动电极部与所述第二可动电极部的所述间隔；以及

9、框架部，在所述第一可动电极部的另一面侧形成与所述流体导入口连通的背腔并且支承所述第一可动电极部，

10、所述阀元件构成为：能通过静电引力来使所述第一可动电极部与所述第二可动电极部相吸引从而将所述流体导入口密封，其中，所述静电引力通过对所述第一可动电极部和所述第二可动电极部的各电极施加电压而产生。

11、通过具备如上所述的阀口(第一可动电极部的流体导入口)与将其密封的结构(第二可动电极部)通过静电引力而相互吸引的构成，与单侧为固定电极的情况相比，能增大施加相同电压的情况下的两电极间的接近距离。由此，与将单侧设为固定电极的情况相比，不改变施加电压就能增大阀门为“打开”状态下的两电极间的距离。

12、这样一来，能得到良好的流体排出特性，并且能减小关闭阀门时的施加电压而不增大电极面积，能实现阀元件的小型化/低功耗化。此外，若是如上所述的构成，则能在一块半导体基板上层叠薄膜来制造各构成要素，因此能通过半导体制造工序容易地进行制造。

13、此外，所述阀元件也可以是具有多组所述流体导入口与对应于该流体导入口的所述排出口的组的构成。此外，也可以设为所述流体导入口与对应于该流体导入口的所述排出口的组以阵列状排列。

14、根据这样的构成，能进一步提高阀门“打开”时的流体排出特性，即使减小电极间距离也能得到良好的流体排出特性。由此，能将阀元件进一步小型化。

15、此外，也可以将本发明理解为一种阀元件的制造方法，所述阀元件用于控制流体的流通，所述阀元件的制造方法的特征在于，具有：在半导体基板上形成具备第一可动电极和供所述流体流通的流体导入口的第一可动电极膜的第一电极膜形成步骤；在所述第一可动电极膜上和所述半导体基板上由绝缘性材料形成牺牲层膜的牺牲层膜形成步骤；在所述牺牲层膜上形成具备第二可动电极和供所述流体排出的排出口的第二可动电极膜的第二电极膜形成步骤；形成连接于所述第一可动电极的第一连接用电极和连接于所述第二可动电极的第二连接用电极的连接用电极形成步骤；在所述半导体基板形成背腔的背腔形成步骤；以及以留下确保所述第一可动电极膜与所述第二可动电极膜的间隔的间隔部的方式对所述牺牲层膜进行蚀刻的牺牲层膜蚀刻步骤。

16、需要说明的是，只要不产生技术性矛盾，则上述各构成可以相互组合来构成本发明。

17、发明效果

18、根据本发明，能提供一种能通过简易的制造工序来兼顾使用静电引力进行驱动的方式的阀元件的小型化和低功耗化的技术。

技术特征：

1.一种阀元件，是用于控制流体的流通的阀元件，其特征在于，具有：

2.根据权利要求1所述的阀元件，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的阀元件，其特征在于，

4.一种阀元件的制造方法，所述阀元件用于控制流体的流通，所述阀元件的制造方法的特征在于，具有：在半导体基板上形成具备第一可动电极和供所述流体流通的流体导入口的第一可动电极膜的第一电极膜形成步骤；在所述第一可动电极膜上和所述半导体基板上由绝缘性材料形成牺牲层膜的牺牲层膜形成步骤；在所述牺牲层膜上形成具备第二可动电极和供所述流体排出的排出口的第二可动电极膜的第二电极膜形成步骤；形成连接于所述第一可动电极的第一连接用电极和连接于所述第二可动电极的第二连接用电极的连接用电极形成步骤；在所述半导体基板形成背腔的背腔形成步骤；以及以留下确保所述第一可动电极膜与所述第二可动电极膜的间隔的间隔部的方式对所述牺牲层膜进行蚀刻的牺牲层膜蚀刻步骤。

技术总结
一种阀元件，是用于控制流体的流通的阀元件，其中，具有：第一可动电极部，具备供所述流体流通的流体导入口；第二可动电极部，具备供所述流体排出的排出口，该第二可动电极部配置为以覆盖所述流体导入口的方式从所述第一可动电极部间隔地设置；间隔部，确保所述第一可动电极部与所述第二可动电极部的所述间隔；以及框架部，形成与所述流体导入口连通的背腔并且支承所述第一可动电极部，所述阀元件构成为：能通过静电引力来使所述第一可动电极部与所述第二可动电极部相吸引从而将所述流体导入口密封，其中，所述静电引力通过对所述第一可动电极和所述第二可动电极施加电压而产生。

技术研发人员：多田罗佳孝,内田雄喜,西冈孝哲,东狐义秀,佐野佳彦
受保护的技术使用者：欧姆龙健康医疗事业株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24