KR20010090720A

KR20010090720A - 비례 마이크로기계 장치

Info

Publication number: KR20010090720A
Application number: KR1020017002836A
Authority: KR
Inventors: 마루프나딤아이.; 윌리암스커트알.; 반드리에엔후이젠버트피.; 풀러에드워드넬슨; 바론리차드제이.
Original assignee: 추후제출; 루카스 노바센서 인코퍼레이티드
Priority date: 1998-09-03
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2001-10-19
Also published as: JP4831446B2; DE69938602D1; CN1322282A; US20030098612A1; DE69938602T2; JP2002524698A; ATE393319T1; WO2000014415A3; EP1117937A2; AU5905499A; US6761420B2; EP1117937B1; WO2000014415A2

Abstract

본 발명은 제 1, 제 2 및 제 3 층을 가지고 있고, 높은 종횡비의 기하학적 형태를 가지고 있는 비례적인 마이크로밸브를 제공한다. 저 저항률을 가지도록 도프처리되어 제 1 층과 제 3층 사이에 결합된 제 2 층은 입구 포트와 출구 포트 사이의 유체유동을 허용하는 유동면적을 가지고 있는 캐비티를 형성한다. 제 2 층은 또한 작동가능한 변위부재 및 유체유동을 허용하거나 방해하기 위해 개방위치와 폐쇄위치를 포함하여 개방위치와 폐쇄위치 사이의 위치로 상기 변위부재를 작동시키기 위한 하나 이상의 열 액추에이터를 형성한다. 제 3 층은 상기 캐비티의 하나의 벽을 제공하고 열적으로 팽창가능한 액추에이터를 전기적으로 가열하기 위한 전기접촉부를 제공한다. 열 액추에이터 및 변위부재는 높은 종횡비를 가지고 있고 제 2 층의 평면으로부터 매우 경직되어 있으면서 상기 평면상에서 변위가능하도록 딥 리엑티브 이온 에칭에 의해 형성되어 있다. 그러므로, 변위부재의 작동 및 변위 모두는 상기 층의 평면에서 이루어진다.

Description

비례 마이크로기계 장치{PROPORTIONAL MICROMECHANICAL DEVICE}

유체밸브는 전체적으로 유체포트, 액추에이터, 그리고 액추에이터에 응답하여 유체포트를 개폐하도록 가동되는 밸브구조로 구성되어있다. 여러가지 타입의 유체밸브가 있다. 유체밸브의 예들은 솔레노이드 밸브 그리고 바이메탈 마이크로밸브 및 캡슐화된 유체 마이크로밸브와 같은 마이크로가공된 반도체 재료로부터 만들어진 마이크로밸브를 포함한다. 하지만, 여러가지 문제가 각각의 이들 타입의 밸브 또는 마이크로밸브에 관련되어있다.

솔레노이드 밸브는 실린더의 형태로 코일을 사용하고 있고 그리고 전류가 코일을 통해 지나갈때 자장이 설정되므로써 실린더내로 당겨질 수 있는 코어를 일반적으로 가지고 있다. 솔레노이드 밸브는 예를들면, 종래의 안티-로크 브레이크시스템에서 전형적으로 사용되고 있다. 하지만, 솔레노이드 밸브는 통상 비교적 무겁고 크다. 더욱이, 솔레노이드 밸브와 같은 전자밸브는 자주 비교적 높은 전류가 필요하고 그리고 전원의 스파이크를 야기할 수 있다. 솔레노이드 밸브는 또한 히스테리시스(hysteresis)를 나타낼 수 있고 그러므로 전기입력에 응답하여 비선형이 될 수 있다. 더욱이, 솔레노이드밸브와 같은 전자밸브의 작동은 이러한 밸브로의 전류의 전달과 결과적인 자장 및 대응하는 힘사이에 비교적 큰 시간지연으로 인해 상대적으로 느릴 수 있다. 솔레노이드밸브를 단지 부분적으로 개폐하는 것 역시 어렵고 그래서 솔레노이드밸브는 전형적으로 비례밸브보다는 단지 온/오프밸브로서만 사용된다.

예시적인 바이메탈 마이크로밸브는 열팽창계수가 다른 2개의 재료로 만들어진 액추에이터를 이용하고 있다. 열팽창계수가 다른 것은 액추에이터가 액추에이터의 가열 또는 냉각에 따라 굽혀지거나 직선으로 되도록 하여 유량 오리피스를 개폐한다. 미국특허 5,058,856호는 제 1 및 제 2 기판을 가진 이러한 바이메탈 마이크로밸브를 개시하고 있다. 제 1 기판은 유량 오리피스와 밸브시트를 형성한다. 제 2 기판은 유량 오리피스와 정렬된 밸브면을 형성하고 있고 그리고 가동 액추에이터를 역시 형성하고 있다. 가동 액추에이터는 실리콘층과 니켈층과 같은 실제로 다른 열팽창계수를 가진 제 1 및 제 2층의 재료를 포함하고 있다. 액추에이터는 또한 가열소자를 포함하고 있고 그리고 한끝에서 고정되어있어서 액추에이터의 선택적인 가열은 열팽창계수의 차이로 인해 액추에이터가 구부러지게 한다. 액추에이터의 구부러짐은 밸브의 개폐를 위해 밸브시트쪽으로 또는 그것으로부터 멀리 밸브를 변위시켜서 오리피스를 통한 유량을 제어한다.

하지만, 이러한 바이메탈 마이크로밸브와 관련된 하나의 문제는 액추에이터가 온도변화에 응답하여 작동되기 때문에, 주변온도의 변화는 무의식적으로 마이크로밸브를 작동시킬 수 있다는 것이다. 또한, 가열된 소자, 액추에이터는 유체흐름과 접촉하여 유체통로에서 유체를 바람직스럽지못하게 가열할 수 있고, 히터를 냉각시키고 그리고 액추에이터를 변위시킨다. 더욱이, 액추에이터의 변위는 또한 일반적으로 10ppm/℃ 정도로 비교적 작다.

캡슐화된 유체 마이크로밸브의 일례가 미국특허 4,824,073호에 개시되어있다. 캡슐화된 유체 마이크로밸브는 가열될 때 폐쇄된 캐비티에서 유체 또는 기체의 일정한 양이 압력상승 및 팽창의 원리를 이용하여 공동의 하나이상의 벽을 형성하고 있는 다이어프램 또는 유연한 박막을 변형시킨다. 캡슐화된 유체 또는 기체가 가열될 때, 다이어프램은 변형되어 포트를 개폐하여 유체 오리피스를 통해 흐르는 유체를 제어한다. 캡슐화된 유체 또는 기체를 가열하는 것은 캐비티내에서 전기저항의 가열소자에 의해 달성될 수 있어서 전류가 저항소자를 지나면서 열을 발생하여 유체 또는 기체를 가열한다.

캡슐화된 유체 마이크로밸브는 비교적 큰 힘을 발생할 수 있어서, 이들은 예를들면, 대량의 유량을 제어하기 위해 대용량의 유체 제어기로서 사용될 수 있다. 더욱이, 캡슐화된 유체 마이크로밸브는 유체제어의 비례범위를 제공하도록 비례적으로 작동될 수 있는데, 즉 밸브는 제어신호의 크기에 따라서, 밸브를 통과하는 유량의 비율을 조절하도록 제어될 수 있다.

하지만, 캡슐화된 유체 마이크로밸브는 유체의 가열 및 냉각을 위해 필요한 시간으로 인해 비교적 느린 응답시간을 가진다. 더욱이, 캡슐화된 유체 마이크로밸브의 변형박막은 유체 또는 기체 유로와 접촉한다. 그러므로, 변형박막의 온도는 유로에서 유체 또는 기체의 온도에 영향을 줄 수 있고, 또한 그 역도 성립한다.

더욱이, 상기한 밸브들은 마이크로밸브를 통과하는 유량에 영향을 최소화하기 위해 유동력 및/또는 압력 보상을 제공하는 것은 아무것도 없다.

그러므로, 작고, 경량이며, 저렴하고, 조립이 간단한, 그리고 응답시간이 신속한 마이크로밸브의 필요성이 있다. 또한, 정밀하고 비례 유량제어를 제공하는 마이크로밸브의 필요성이 있는데, 여기에서 제어 자극입력에 대한 응답은 마이크로밸브를 통과하는 유량의 영향을 최소화하기 위해서 유동력 및/또는 압력을 가진 히스테리시스가 없이, 실제로 선형이 된다. 또한, 밸브의 작동이 밸브를 통해 흐르는 유체 또는 가스의 심각한 가열을 야기하지않는 밸브의 필요성이 있다. 더욱이, 주변온도와 관계 없이 기능하는 마이크로밸브의 필요성이 있다. 본 발명은 이러한 필요성을 마출 수 있다.

본 발명은 전체적으로 반도체 전기기계적 마이크로장치에 관한 것이고, 더욱 상세히는 높은 종횡비(aspect ratio)의 기하학과 트랜스듀서와 함께 변위 가능한 부재를 가진 마이크로장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예의 비례 마이크로밸브의 제 1, 제 2 및 제 3 층의 전개 사시도;

도 2는 도 1의 선 3-3을 따른 단면도;

도 3은 플레이트 또는 리브를 가진 액추에이터의 평면도;

도 4, 도 5a, 5b, 그리고 도 6a-도 6d는 액추에이터의 변경적인 구성의 평면도;

도 7은 압력균형을 제공하도록 유체가 마이크로밸브의 대향측면으로부터 들어오는 제 2 입력포트를 가진 마이크로밸브의 단면도;

도 8은 압력균형을 제공하도록 유체가 마이크로밸브의 대향측면으로부터 들어오는 제 2 입력포트를 가진 또 하나의 마이크로밸브의 단면도;

도 9 및 도 10은 유체력 보상을 제공하도록 팽창부를 포함하고 있는 변위 가능한 부재를 예시하는 부분 평면도;

도 11 내지 도 13은 유체흐름을 재 유도하기위한 팽창부 및 하나 또는 그 이상의 배플을 더 포함하는 본 발명의 마이크로밸브를 예시하는 부분 평면도;

도 14는 각이진 출구포트를 가진 마이크로밸브의 부분 단면도;

도 15는 본 발명의 비례 가스 마이크로밸브의 단면도;

도 16a-f는 본 발명에 따른 조립공정 흐름의 예시도;

도 17은 출구포트로의 유량을 제어하기 위해 2개의 입력포트를 개폐하기위한 변위 가능한 부재의 평면도;

도 18은 밸브의 활용을 예시하는 안티-로크 브레이크 시스템의 부분의 개략도; 그리고

도 19는 출구포트로의 유량을 제어하기 위해 2개의 입력포트를 독자적으로 개폐하기 위한 2개의 변위 가능한 부재를 가진 마이크로밸브의 평면도;

본 발명의 한면에서, 반도체 마이크로기계 장치는 일반적으로 제 1 전체적으로 편평한 층 및 제 2 전체적으로 편평한 반도체층으로 구성되어있다. 제 1 및 제 2 부재는 제 2 층에 의존하고, 그리고 각각은 제 2 층에 의해 형성된 캐비티내에 현수되어있다. 제 1 층은 캐비티의 일부분을 형성하고 있다. 변위 가능한 구조는 캐비티내에서 제 1 및 제 2 부재로부터 현수되어있다. 액추에이터는 액추에이터가 변위 가능한 부재의 변위를 야기하는 힘을 줄 수 있도록 제 1 현수 부재에 작동적으로 연결되어있다.

본 발명의 다른 면에서, 본 발명의 마이크로구조는 제 1, 제 2 및 제 3 층이 구비된 마이크로밸브로서 이용될 수 있는데, 여기에서 제 2 층은 제 1 및 제 3 층사이에 고정되어있다. 3개층 모두는 바람직하게 동일한 재료로 만들어 졌다. 제 1 층 및/또는 제 3 층은 입력 및 출력포트를 형성한다. 제 2 층은 마이크로밸브를 개폐하도록 변위 가능한 부재를 작동시키기 위해 입력 및 출력포트, 변위 가능한 부재, 그리고 하나 이상의 액추에이터 사이에 유체흐름을 허용하는 제 1 및 제 3 층에 의해 싸여진 유동면적을 형성하고 있다. 변위 가능한 부재 및 하나이상의 액추에이터는 제 1 및 제 3 층사이에 현수되어있다. 제 2 층은 바람직하게 높게 도프처리되어 낮은 저항을 갖게 한다. 액추에이터를 위한 전기접촉부는 바람직하게 제 3 층을 통해 제공된다. 작동에서, 전류는 전기접촉으로 액추에이터를 통해 유도되어, 액추에이터가 가열되도록 하고, 열팽창되도록 한다. 액추에이터는 변위 가능한 부재에 대하여 배치되어 액추에이터의 열팽창은 변위 가능한 부재가 입력 및 출력포트중 하나에 대하여 개폐위치 사이의 한위치로 제 2 층의 평면에서 변위되도록 한다. 변위 가능한 부재는 높은 종횡비(폭에 대한 높이의 비)를 가지고 있어서 층들의 평면에 그리고 평면의 가파른 면에 따른다.

그러므로, 본 발명의 마이크로장치는 콤팩트하고 제조가 용이하다. 이것은 또한 히스테리시스없이 실제로 선형응답으로 입력자극에 신속하게 응답한다. 특히, 소형의 변위 가능한 반도체구조는 반도체층으로부터 현수되어 있어서 입력자극에 응답하여 층의 평면에서 정밀하게 움직일 수 있다. 변위 가능한 구조는 유체가 포트를 통해서 흐르면서 유체를 가열하지 않고, 유체포트를 개폐하는 밸브로서작용할 수 있다. 층들이 조화된 열팽창계수를 가지고 있기 때문에, 주변온도는 변위 가능한 반도체구조의 운동에 영향을 미치지 않는다.

본 발명의 상기 및 다른 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조한 아래의 설명으로부터 나타날 것이다.

본 발명은 캐비티를 한정하는 반도체층을 포함하는 반도체 마이크로기계 장치로 구성되어있다. 변위 가능한 구조는 또한 캐비티내에 현수되어 있는 제 1 및 제 2부재에 의해 캐비티내에 현수되어 있다. 적어도 하나의 현수 부재는 캐비티내에서 변위 가능한 구조를 변위시킬 수 있는 구조로서 작동된다. 아래의 설명은 당업자라면 본 발명을 만들고 이용할 수 있게 하였다. 특정의 응용은 단지 예시적으로 제공되었다. 당업자라면 여러 가지 변형과 바람직한 실시예를 만들 수 있고, 그리고 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지않고 본 발명의 주된 원리는 다른 실시예와 응용을 가능하게 한다. 그러므로, 본 발명은 도시된 실시예에만 한정되는 것이 아니고, 여기에 개시된 원리 및 특징을 포함하여 가장 광범위한 범위를 포함하는 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로밸브(10)의 바람직한 제1실시예가 도시되어있다. 제 1 실시예의 마이크로밸브(10)는 3개층 또는 기판으로 구성되어 있는데: 제 1 층(12), 제 2 층(14) 그리고 제 3 층(16)이다. 제 1 층(12)은 입력포트(20)와 출력포트(22)를 형성한다. 제 2 층(14)은 제 1 층(12)과 제 3 층(16)사이에 고정되어 있고 그리고 입구포트(20)와 출력포트(22) 사이에서 유동을 허용하도록 유동면적을 포함하고 있는 캐비티(24)를 형성한다. 제 2 층(14)은 입력포트(20)를 개폐하도록 열 액추에이터(28,30)에 응답하여 변위될 수 있는 변위 가능한 부재(26)를 더 형성하고 있다. 본 실시예에서, 변위 가능한 부재(26)는 길다랗다. 액추에이터(28,30)의 전기적 가열을 위한 전기접촉부(32a,32b,34a,34b)는 각각 제 3 즉 캡층(16)을 통해 가압되어 구비되어있다.

전류 같은 입력이 각각의 엑추에이터(28, 30)을 통하여 전기 접촉부(32a-b)를 경유하여 가해지고, 각각의 엑추에이터(28, 30)는 화살표(D28, D30)에 의해 각각 표시되는 방향으로 힘을 발휘한다. 방향(D28, D30)의 힘은 변위 가능한 부재(26)를 화살표(D26)에 의해 표시된 방향으로 변위되게 하여 변위 가능한 부재(26)의 적어도 한 부분은 입구 포트(20)와 수직적으로 정렬하게 된다. 따라서, 전류는 엑추에이터를 작동하는 입력 자극으로서 작용한다. 입력 포트(20)에 관한 변위 가능한 부재(26)의 적어도 하나의 부분적인 수직 정렬은 입구 포트(20)을 적어도 부분적으로 폐쇄한다. 변위 가능한 부재(26)의 변위 또는 정렬의 양은 예컨대 유체 유동률을 제어하도록 선택될 수 있다. 입력이 엑추에이터(28, 30)를 통하여 더 이상 가해지지 않을 때, 엑추에이터(28, 30)는 화살표(D28, D30)에 의해각각 표시된 방향과 반대 방향으로 힘을 발휘하여 화살표(D26)에 의해 표시된 방향과 반대 방향으로 변위 가능한 부재(26)를 변위 시킴으로써 입구 포트(20)에 관한 정상적인 개방 위치로 변위 가능한 부재(26)를 복귀 시킨다.

변경적으로, 마이크로밸브(10)는, 변위 가능한 부재(26)가 입구 포트(20)에 관하여 정상 폐쇄 위치에 있고 입구 포트(20)를 개방하기 위해 변위 가능 하도록 구성되어 있다. 또 하나의 변경 실시예에 있어서, 마이크로밸브(10)는, 변위 가능한 밸브(26)가 출구 포트(22)에 관한 정상 개방 또는 폐쇄위치에 있고 출구 포트(22)를 폐쇄 또는 개방하기 위해 변위가능하도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 각각의 제 1, 제 2, 제 3 층(12, 14, 16)은 실리콘 또는 다른 세미컨턱터 재료로 이루어져 있다. 변경적으로는, 제 1 및/또는 제 3 층(12, 16)은 유리(Pyrex), 전도성 세라믹, 금속, 알루미늄, 및/또는 임의의 다른 금속성 또는 전도성 재료로 이루어 질 수 있다. 제 2 층(14)은, 강하고 가요성이 있으며 질을 저하시키는 것에 더 저항하는 단 결정 반도체(SCS)가 바람직하다.

입구 포트(20)를 개폐함에 따라 마이크로밸브가 여기에 대체로 설명된다 하더라도, 이러한 설명은 예시적인 목적만을 명확하게하기 위함이고, 마이크로밸브(10)는 출구 포트(22)를 개방 또는 폐쇄하는데 용이하게 적용될 수 있다. 더욱이, 마이크로밸브(10)가 정상 개방(N.O.) 밸브로서 여기에 설명된다 하더라도, 이것이 정상 폐쇄(N.C)밸브에 용이하게 적용될 수 있다. 게다가, 이러한 설명이 엑추에이터(30) 및 전기 접촉부(34a, 34b)에 상응하게 적용 가능하더라도, 여기에서의 설명을 명확하고 간단하게 하기 위해, 오직 엑추에이터(28) 및 이에 상응하는 전기 접촉부(32a, 32b)가 전체적으로 설명될 것이다.

제 1 및 제 3 층(12,16)은 도 1에는 제 1 층의 오목부(18)만이 도시되어이지만, 바람직하게 얇은 오목부(18)를 형성하고 있다. 오목부(18)는 제 2 층(14)의 액추에이터(28,30)와 변위 가능한 부재(26)와 정렬된 구역에 형성되어 있어서 제 2 층(14)의 평면에서 공동(24)내에서 변위를 위해 그리고 제 1 및 제 3 층(12,16) 사이에서 액추에이터(28,30)와 변위 가능한 부재(26)의 현가를 위해 간격을 제공한다. 오목부(18)는 공동(24)과 정렬된 구역에 형성될 수 있어서 공동(24)을 통과하는 유체흐름을 촉진한다. 변경적으로, 또는 추가적으로 제 2 층(14)의 액추에이터(28,30)와 변위 가능한 부재(26)는 제 1 및 제 3 층(12,16)으로부터 만입부(도시생략)가 만들어져 그들사이에 간격을 제공한다. 추가적으로, 오목부(18) 및/또는 변위 가능한 부재(26)의 만입부 그리고 액추에이터(28,30)는 단일의 깊이를 가질 수 있고 또는 깊이가 변할 수 있다. 예를들면, 하나의 실시예에서, 오목부(18) 및/또는 만입부는 변위 가능한 부재(26)가 입력포트(20)상에 정렬되어 유체흐름을 차단할 때 변위 가능한 부재(26)와 입구포트(20)사이의 간격을 줄이므로써 유체누출을 최소화하기 위해서 각각의 제 1 및 제 3 층(12,16)과 변위 가능한 부재(26)사이에서 입구(20) 근처의 구역에서 약 0.5㎛의 간격을 제공할 수 있다. 또한, 오목부(18) 및/또는 만입부는 유체 또는 기체 압력차를 최소화하기 위해서 각각의 제 1 및 제 3 층(12,16)과 액추에이터(28,30)사이에서와는 다른 구역에서 약 1㎛의 간격을 제공할 수 있다.

마이크로밸브(10)가 유체밸브로서 이용되면, 제 1 실시예의 오목부(18)는 바람직하게 약 0.5㎛의 깊이를 가진다. 그러므로, 변위 가능한 부재(26)가 폐쇄위치에 있을 때 스토퍼 끝부(42)와 오목부(18)의 표면사이에서 갭이 형성되어 있다. 이러한 갭에도 불구하고 마이크로밸브(10)를 통한 유체누출은 최소로 된다. 이들 공간은 리브(48,50)사이에서 그리고 캐비티(24)에서 갭을 포함한다. 이들 공간이 유체로 채워진 후, 추가적인 유체누출이 유체팽창과 관련하여 갭의 크기에 의해 더 제한된다. 이러한 작은 누출은 안티-로크 브레이크시스템을 위해 현재 사용되고 있는 통상의 솔레노이드 유체밸브에서 더 큰 5㎛의 갭으로 나타났다. 그러므로, 유체 마이크로밸브를 위한 약 0.5㎛의 깊이의 오목부(18)는 일정한 응용에서 바람직하다.

제 2 층(14)은 바람직하게 도프처리되어 있고, 더욱 바람직하게는 예를들면, 높게 도프처리된 P-타입 단결정 반도체(SCS)로 되어있다. 도프처리하므로써, 제 2 층(14)은 낮은 저항성을 가지고 있다. 낮은 저항성은 열 액추에이터(28,30)를 통한 증가된 전류의 흐름을 촉진한다. 전류는 각각 접촉부(32a,b 및 34a,b)를 경유하여 액추에이터(28,30)를 통해 적용될 수 있다. 접촉부(32a,b 및 34a,b)에 적용된 전류를 증가시키므로써, 액추에이터(28,30)의 열팽창은 증가하여 변위 가능한 부재(26)에서 액추에이터(28,30)에 의해 발휘된 힘의 증가를 야기한다.

예를들면, 제 2 층(14)의 저항성(ρ)은 바람직하게 약 0.001-0.01Ω㎝이어서 리브(48)의 한쪽에서 다른쪽으로 흐르는 전류는 리브의 원하는 가열량을 야기하고 그리고 리브에 의해 원하는 열분산을 야기한다. 리브(48)가 실리콘인 것은, 리브(48)가 1000℃까지의 온도를 견딜 수 있고 그리고 바람직하게는 약 500℃까지견딜 수 있다. 바람직하게, 실리콘 리브(48)는 10℃ 내지 500℃사이에서 가열되고 더욱 바람직하게는 100℃ 내지 200℃사이에서 가열된다. 명백하게, 마이크로밸브(10)의 작동은 마이크로밸브(10)의 나머지부분의 온도에 대한 리브(48)의 가열에 의존하고 그리고 주변온도에 무관하다.

전기 접촉부(32a-b)는 제 3 층(16)에 구비되고 그리고 열 액추에이터(28)와 수직으로 정렬된다. 전기 접촉부(32a-b)는 액추에이터(28)에 전류를 적용하기 위해서 바이어스(35)를 통해서 전기 접촉을 제공한다. 접촉부(32a-b)는 리브(48)에 의해 형성된 전류 유도로를 제외하고 절연된 제 2 층(14)의 구역과 전기접촉하는 것이 바람직하다. 이러한 전기절연은 제 2 층(14)에 트랜치(36)를 제공하므로서 설정될 수 있어서 전기 접촉부(32a,32b)사이에서 회로단락을 방지한다. 트랜치(36)는 절연재료로 채워져서 트랜치(36)를 평면으로 만든다. 변경으로서, 리브(48)를 산화하므로써 전기적 절연을 설정할 수 있어서, 전기 접촉부(32a,32b)사이에서 유체를 통한 쇼트를 방지한다.

리브(48)와 리브(50)사이의 추가적인 전기적 절연은 각각의 리브(48,50)세트가 독자적으로 구동되면, 각각 접촉부(32a,32b)사이에 그리고 접촉부(34a,34b)에서 리브(48,50)가 최소한의 저항경로를 제공하기 때문에 불필요하다. 더욱이, 제 1 및 제 2 층(12,14) 사이에 그리고 제 2 및 제 3 층(14,16)사이의 전기적 절연은 또한 제 2 층(14)과 달리 제 1 및 제 3 층(12,16)이 낮은 도프처리수준을 가지고 있고 그리고 단지 최소한의 전기적인 전도성이 있어서, 적용된 전류는 제 2 층(14)에 남아있기 때문에 달성된다. 층(12,14,16)이 실리콘으로 이루어져 있어서,층(12,14,16)의 표면은 역시 산화되어 더 전기적 절연을 제공한다.

전기 접촉부(32a,32b)는 액추에이터(28)의 리브(48)와 수직으로 정렬되어 접촉부중의 하나(예컨대, 32a)는 절연 트랜치(36)의 한쪽에서 리브와 수직으로 정렬되고 그리고 접촉부중의 다른 하나(예컨대, 32b)는 트랜치(36)의 다른 면에서 리브와 수직으로 정렬된다. 접촉부(32a,32b)는 액추에이터(30)의 리브(50)와 유사하게 수직으로 정렬된다. 이러한 수직으로의 정렬은 더욱 콤팩트한 마이크로밸브를 제공한다.

변위 가능한 부재(26)는 열 액추에이터(28,30)와 접촉하는 제 1 액추에이터 끝부(40)와 입력포트(20)를 개폐하기위한 형상으로 되어있고 여기에 배치된 제 2 스토퍼 끝부(42)를 가지고 있다. 변위 가능한 부재(26)는 제 1 액추에이터 끝부(40)로부터 스토퍼 끝부(42)까지의 단면적을 증가시킨다. 제 2 스토퍼 끝부(42)에서 더욱 큰 단면적은 변위 가능한 부재(26)의 능력을 최대화시켜 유압차를 견딘다.

본 실시예에서, 각각의 액추에이터(28,30)는 각각 여기에서 뻗어있는 리브(48,50)를 가진 샤프트(44,46)로 구성되어 있고, 여기에서 샤프트(44,46)는 변위 가능한 부재(26)에 수직으로 되어있다. 그러므로, 리브(48)를 통한 전류의 적용은 이들이 열적으로 팽창하게 하여 차례로 샤프트(44)가 화살표(D28)로 표시된 바와같은 방향으로 변위 가능한 부재(26)상에 힘을 발휘한다. 그러므로, 본 실시예에서, 샤프트(44,46)와 리브(48,50)는 단일의 구조를 구성하여 양자는 캐비티(24)내에서 변위 가능한 부재(26)에 현수되어 있고 그리고 변위력을 변위 가능한 부재(26)에 부여한다.

또한, 열 액추에이터(28,30)가 유체로 채워지는 캐비티(24)에 배치될 지라도, 열 액추에이터(28,30)는 바람직하게 입력 및 출력포트(20,22) 사이에서 유량면적의 외부에 배치된다. 유량면적의 외부 면적의 유체는 전체적으로 흐르지않고, 그리고 중요하게, 진공이 유체의 이러한 데드볼륨을 제거하는데 필요하다. 그러므로, 유체가 절연기로 되어있는 것으로, 유체의 데드볼륨은 열 액추에이터(28,30)사이에서 열 절연기로서 작용하고 그리고 유체흐름은 이것에 의해 가열되는 것이 방지된다.

액추에이터(28,30)와 변위 가능한 부재(26)는 제 1 및 제 3 층(12,16)사이에서 캐비티(24)내에 현수되어 있다. 특히, 리브(48)는 제 2 층(14)의 한끝에 고정되어서, 리브(48)는 제 1 및 제 3 층(12,16)사이에서 제 2 층(14)에 의해 현수되어 있다. 샤프트(44)와 변위 가능한 부재(26)는 차례로 유사하게 현수되어 있고, 샤프트(44)는 리브(48)에 의해 지지되고 그리고 변위 가능한 부재(26)는 샤프트(44,46)에 의해 지지된다. 더욱이, 열 액추에이터(28,30)는 딥 리엑티브 이온 에칭(DRIE)에 의해 형성된 높은 종횡비(폭에 대한 높이의 비)를 가지고 있다. 열 액추에이터(28,30)는 바람직하게 1:1 내지 50:1의 범위의 종횡비를 가지고 있는데, 더욱 상세히는 약 20:1이다. 변위 가능한 부재(26)는 바람직하게 0.5:1 내지 50:1의 종횡비를 가지고 있는데, 더욱 상세히는 약 1:1의 종횡비를 가진다. 그러므로, 각각의 현수 리브(48), 샤프트(44) 및 변위 가능한 부재(26)는 제 2 층(14)의 평면에서 변위 가능한 한편 각각의 지지구조에 의해 변위방향으로 한정된다.

액추에이터(28)는 도 3에 상세히 도시되어 있다. 리브(48)가 제 2 층(14)에 한끝에서 고정되어있기 때문에, 리브(48)는 고정된 끝쪽으로 열적으로 팽창한다. 또한, 리브(48)는 샤프트(44)쪽으로 열적으로 팽창할 수 있다. 리브(48)의 각각의 끝은 바람직하게 리브(48)와 샤프트(44)사이에서 및/또는제 2 층(14)과 리브(48)사이의 접합점에서 더 작은 단면을 달성하도록 경사져있다. 경사진 접합부는 힌지작용을 허용하고 그리고 샤프트(44)의 변위를 허용한다. 또한, 리브(48)는 샤프트(44)의 수직에 대하여 각도(θ)로 되어서, 리브(48)의 열팽창에 따라 리브(48)는 샤프트(44)가 변위 가능한 부재(26)의 제 1 액추에이터 끝부(40)쪽으로 변위되게 한다. 샤프트(44)의 변위를 증폭시킬 목적으로, 리브각도(θ)는 바람직하게 상대적으로 작은데, 예를들면 2 내지 5°이다. 작은 각도(θ)는 각각의 리브(48)의 열팽창의 주어진 양을 위해서 변위 가능한 부재(26)의 액추에이터 끝부(40)쪽으로 샤프트(44)의 변위를 최대로 한다.

힘을 증가시키기 위해서, 샤프트(44)는 변위 가능한 부재(26)의 액추에이터 끝부(40)에 힘을 발휘하고 그리고 리브(48)의 추가적인 쌍이 구비될 수 있다. 예를 들면, 액추에이터(28)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와같이, 리브(48)의 5개의 쌍을 가질 수 있다. 명확하게, 리브쌍의 수는 용이하게 변화시킬 수 있어서 변위 가능한 부재(26)의 스토퍼 끝부(42)에 원하는 힘을 발휘하게 한다. 바람직하게, 리브(48)는 쌍으로 구비되는데, 하나는 샤프트(44)에 대하여 다른 하나에 대향하여 구비되어 리브(48)에 의해 발휘된 샤프트(44)에 수직인 힘은 대향 리브(48)에 의해 제거된다. 그리고, 리브(48)에 의해 발휘된 순수한 힘은 샤프트(44)에 평행하고그리고 샤프트(44)는 차례로 변위 가능한 부재(26)의 액추에이터 끝부(40)에 힘을 발휘한다.

본 바람직한 실시예에서, 각각의 리브(48)는 길이가 약 200-2000㎛이고 폭이 50-200㎛ 그리고 높이가 400㎛이어서 종횡비는 약 2:1 내지 8:1이다. 샤프트(44)는 바람직하게 길이가 1 내지 2mm이고 종횡비가 약 5:1 내지 10:1이다. 또한, 변위 가능한 부재(26)는 바람직하게 길이가 약 6mm이고, 폭이 250-1000㎛이고 그리고 높이가 400㎛이다. 그러므로, 액추에이터(28,30)의 각각을 위해 5쌍의 실리콘 리브를 제공하고 그리고 리브(48,50)를 통해서 총 20 암페어의 전류를 적용하여 변위 가능한 부재(26)의 액추에이터 끝부(40)상에 샤프트(44)에 의해 약 15-20N의 힘을 발휘하게 한다. 이러한 힘은 변위 가능한 부재(26)의 스토퍼 끝부(42)에서 약 0.5N의 힘 그리고 150-200㎛의 변위를 일으킨다. 변위 가능한 부재(26)의 스토퍼 끝부(42)에서 약 400㎛의 변위는 유사한 치수의 마이크로밸브(10)로 용이하게 달성될 수 있다. 이러한 마이크로밸브는 10ms이하의 전환시간을 가질 수 있고, 아래에서 설명하는 바와같이, 변위 가능한 부재(26)의 압력균형으로 약 5kpsi의 유압까지 견딜 수 있고 그리고 유량이 분당 0.5 리터 이상을 수용할 수 있다.

열 액추에이터(28,30)의 샤프트(44,46)는 변위 가능한 부재(26)에 대하여 변위되어 샤프트(44,46)가 액추에이터 끝부(40)쪽으로 변위함에 따라 액추에이터 끝부(40)에 변위 토크력을 발휘한다. 본 실시예에서, 변위력은 중요하게 화살표(D26)로 표시된 바와 같이 제 1 및 제 2 샤프트(44,46)사이에서 부재(26)의 위치에 대한 토크력이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 액추에이터(28,30)는 바람직하게 변위 가능한 부재(26)의 대향면에 배치되고 그리고 변위 가능한 부재(26)의 축방향 길이를 따라 서로에 대하여 오프셋되어있다. 오프셋 거리는 변위 가능한 부재(26)의 스토퍼 끝부(42)의 변위에 원하는 토크력에 따라 선택될 수 있다. 에너지 보존을 위해서, 샤프트(44)의 변위는 일반적으로 샤프트(44)에 의해서 발휘된 힘에 반비례한다. 다시 말해서, 더욱 큰 오프셋거리는 스토퍼 끝부(42)의 더 작은 변위로 그리고 더욱 큰 변위력을 야기한다. 한편, 더 작은 오프셋 거리는 스토퍼 끝부(42)의 더욱 큰 변위와 더 작은 토크력을 야기한다. 그러므로, 열 액추에이터(28,30)가 변위 가능한 부재(26)의 축방향 길이를 따라 서로로부터 오프셋되는 거리는 토크와 변위사이에 원하는 균형을 달성하도록 선택될 수 있다.

열 액추에이터(28)를 작동시키기 위해서, 전류가 전기 접촉부(32a,32b)사이에서 열 리브(48)에 적용되어, 리브(48)가 열적으로 팽창하게 한다. 리브(48)의 열적 팽창은 샤프트(44)를 변위 가능한 부재(26)의 제 1 액추에이터 끝부(40)쪽으로 변위시키도록 작동된다. 유사하게, 전류는 전기 접촉부(32a,32b) 사이에서 열 리브(48)에 동시에 적용되어 리브(48)가 열적으로 팽창하게 한다. 리브(50)의 열팽창은 또한 샤프트(46)가 변위 가능한 부재(26)의 액추에이터 끝부(40)쪽으로 변위되게 한다. 샤프트(44,46)가 변위 가능한 부재(26)의 축방향 길이를 따라 서로로부터 오프셋되어 있기 때문에, 변위 가능한 부재(26)는 샤프트(44,46)사이에서 대략 중간에 변위 가능한 부재(26)의 로커스에서 제 2 층(14)의 평면에서 변위된다. 변위 가능한 부재(26)의 변위는 제 2 스토퍼 끝부(42)가 입력포트(20)에 대하여 변위되게 하여 입력포트(20)를 개폐한다.

입력포트(20)에 대한 변위 가능한 부재(26)의 제 2 스토퍼 끝부(42)의 변위범위와 적용된 전류의 양 사이에 관계가 전체적으로 히스테리시스없이 이루어지기 때문에, 적용된 전류의 양은 제어될 수 있어서 마이크로밸브(10)를 통한 유량의 레벨은 제어된다. 적용된 전류의 제어는 리브(48)의 열적 팽창, 샤프트(44,46)의 변위, 변위 가능한 부재(26)의 회전 그리고 입력포트(20)에 대한 제 2 스토퍼 끝부(42)의 변위를 제어한다. 그러므로, 변위 가능한 부재(26)의 스토퍼 끝부(42)의 비례범위는 입력포트(20)를 통한 흐름을 개폐하고 그리고 마이크로밸브(10)를 통한 결과적인 유량은 적용된 전류의 양을 제어하므로서 정밀하게 제어된다. 변경으로서, 마이크로밸브에 적용된 전류는 포크를 개폐하도록 유동적일 수 있다. 펄스-폭 모듈 입력신호가 동일한 평균 동력전달을 위해 시간이 맞추어져 있고 그리고 그러므로 동일한 가열, 원하는 전체적인 유량은 달성될 수 있다.

입력포트(20)의 모양은 도 1에 도시된 바와같이, 변위 가능한 부재(26)의 스토퍼 끝부(42)의 모양과 유사하다. 이러한 모양은 변위 가능한 부재(26)의 스토퍼 끝부(42)의 주어진 변위에 의해 노출된 입력포트(20)의 면적을 최대로 하는데, 즉 입력포트(20)의 주어진 면적을 노출시키도록 변위 가능한 부재(26)의 스토퍼 끝부(42)의 변위를 최소화한다. 출력포트(22)는 임의의 적절한 모양이 될 수 있고 그리고 입력 및 출력포트(20,22)사이에의 유량에서 출력포트(22)의 영향을 최소화하도록 마이크로밸브(10)의 형상의 주어진 최대의 크기가 바람직하다. 물론, 임의의 다른 적절한 모양과 크기의 입력포트(20)와 출력포트(22)가 사용될 수 있고 그리고 입력포트(20)와 출력포트(22)는 다른 모양으로 될 수 있다.

전류가 더이상 전기 접촉부(32a,32b)에 적용되지않은 후에, 액추에이터는 수동적으로 냉각될 수 있고, 변위 가능한 부재(26)를 개방위치로 복귀시킨다. 변경으로서, 2개이상의 액추에이터가 사용되는 것에서, 하나의 액추에이터가 개방을 위해 사용될 수 있고 그리고 다른 액추에이터가 마이크로밸브(10)를 폐쇄하도록 사용될 수 있다. 히트 싱크(도시생략)를 제공하는 것이 바람직한데, 이것은 예를들면 제 1 층의 바닥면에 부착된 알루미늄과 같은 임의의 열전도 세라믹 또는 금속으로 구성되어있다.

열 액추에이터 및 변위 가능한 부재의 변경으로서의 형상은 용이하게 채택할 수 있고, 그리고 본 발명의 마이크로밸브에 채용될 수 있다. 열 액추에이터와 변위 가능한 부재는 열 액추에이터에 의해서 발휘된 힘이 변위 가능한 부재(26)의 변위로 전달되도록 설계되어있다. 예를들면, 도 4는 변경적인 액추에이터(102,104)와 변위 가능한 부재(26)의 평면도를 도시하고 있다. 각각의 액추에이터(102,104)는 샤프트(108,110)에 연결된 2개이상의 바(106)로 구성되어있다. 샤프트(108,110)는 액추에이터(44,46)의 샤프트(44,46)와 유사한데, 변위 가능한 부재(26)의 대향측에 배치되고 그리고 변위 가능한 부재(26)에서 토크력을 발휘하기 위해서 서로 오프셋되어있다. 명백하게, 샤프트(108,110) 각각의 변위는 변위증폭이 없이 바(106)의 열팽창과 동일하다. 추가적인 바(106)는 변위 가능한 부재(26)상에서 샤프트(108,110)에 의해 발휘된 힘을 증가시키도록 구비될 수 있다.

도 5a에 도시된 바와 같이 다른 형상에서, 2개의 변위 가능한 부재(112,114)가 화살표(118)방향으로 스토퍼(116)를 변위시키기위해 각각의 액추에이터(26,28)에 대하여 일정한 각도로 배치된다. 샤프트(44,46)에 대해 각각 변위 가능한 부재(112,114)의 각도는 스토퍼(116)의 증폭을 위해 선택될 수 있다. 하지만, 스토퍼(116)의 변위의 증가는 변위와 여기에 적용되는 힘과의 사이의 관계로서 스토퍼(116)에서 힘을 감소시킨다.

변경으로서, 도 5b에서 부분 평면도로 도시된 바와같이, 액추에이터(118,120)는 변위 가능한 부재(26)의 동일측에서 변위될 수 있다. 이러한 형상에서, 변위 가능한 부재(26)는 단지 액추에이터(118)를 작동시키므로써 입력포트(20)를 개방하도록 변위될 수 있다. 단지 하나의 액추에이터를 채용하는 것은 변위 가능한 부재(26)의 변위의 절반 그리고 힘의 절반을 야기한다. 하지만, 이러한 형상은 액추에이터(118)가 수동적으로 냉각되고 그 최초위치로 복귀되기전에 액추에이터(120)를 작동시키므로써 입력포트(20)를 폐쇄하도록 변위될 수 있는 장점을 가지고 있다. 이것은 변위 가능한 부재의 대향측에서 액추에이터를 가지고 있는 형상과 반대인데, 액추에이터의 수동적인 냉각에 따라 변위 가능한 부재를 폐쇄위치로 복귀 변위시킨다.

도 6a-도 6d는 액추에이터의 다른 변화를 예시하고 있다. 도 6a에 도시하는 바와 같이, 변위 가능한 부재(26A)는 요소(29A,31A)에 의해 현수되어 있을 수 있다. 요소(29A,31A)의 양자 또는 하나는 팽창가능한 액추에이터로서 작용할 수 있다. 예를들면, 액추에이터요소(29A)는 작동에 따라 부재(26A)쪽으로 뻗어있고 그리고 액추에이터(29A)는 앵커부재(31A)에 대하여 부재(26A)를 변위시킨다.양요소(29A,31A)가 팽창가능한 액추에이터로서 작용하는 것으로, 양 요소(29A,31A)의 작동은 액추에이터 요소의 상대 팽창량에 따르는 요소(29A,31A)에 대하여 대략 중간지점에서 변위 가능한 부재를 따라 피벗지점에 대하여 부재(26A)를 변위시킨다. 물론, 양요소(29A,31A)가 액추에이터로서 작용할 때도, 하나의 요소는 다른 요소의 작동없이 작동될 수 있다. 바람직하게, 요소(29A,31A)는 각각 테이퍼(33A,37A)를 형성하여 변위 가능한 부재(26A)의 변위를 촉진한다.

변경으로서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 변위 가능한 부재(26B)는 변위 가능한 부재의 먼 끝부(31B)에 의해서 그리고 요소(29B)에 의해서 현수될 수 있다. 바람직하게, 단지 요소(29B)만이 팽창가능한 액추에이터로서 작용하여 작용에 따라, 변위 가능한 부재(26B)쪽으로 팽창하고, 부재(31B)를 먼 끝부(31B)에 대하여 변위시킬 수 있다. 하지만, 바람직스럽지는 않지만, 먼 끝부(29B)와 먼 끝부(31B)는 액추에이터로서 작용할 수 있는데, 하나의 요소는 다른하나의 요소의 작동없이 작동될 수 있다. 바람직하게, 요소(29B)는 테이퍼(33B)를 형성하여 변위 가능한 부재(26A)가 요소(29B)에 대하여 변위되는 것을 촉진한다. 더욱이, 변위 가능한 부재(26B)는 바람직하게 먼 끝부(31B)에서 테이퍼(37B)를 형성하여 변위 가능한 부재(26B)의 단면적은 전체적으로 먼 끝부(31B)쪽으로 감소된다.

도 6c를 참조하면, 변위 가능한 부재(26C)는 연장암(39,41)으로 구성된 단일의 액추에이터(29C)에 의해 현수될 수 있다. 연장암(39,41)은 다른 단면적을 가지고 있어서, 예를 들면 연장암(39)의 단면적은 연장암(41)의 단면적보다 작다. 단면적의 차이로 인해, 연장암(39)은 더 높은 저항을 가지고 있고 그러므로 작용에따라 연장암(41)의 열팽창보다 더 큰 열팽창을 가진다. 그러므로, 액추에이터(29C)의 작동에 따라, 변위 가능한 부재(26C)는 연장암(41)에 의한 것보다 연장암(39)에 의해 더 변위되어, 부재(26C)는 방향(D43)으로 선형으로 변위하고 그리고 변위 가능한 부재(26C)와 팽창된 연장암(41)의 대략 교차점에서 피벗에 대하여 회전한다. 도시되지는 않았지만, 연장암(39,41)의 하나 또는 양자는 테이퍼가 구비되어 변위 가능한 부재(26C)의 변위를 촉진한다. 이러한 변화에서, 변위 가능한 부재(26C)와 마찬가지로 연장암(39,41)은 도프처리되어 이들을 통한 전류의 흐름과 적용을 허용한다.

도 6d에 도시된 바와같이, 변위 가능한 부재(26D)는 부재(26D)의 양측에 배치된 2개의 액추에이터(29D,31D)에 의해 현수될 수 있다. 액추에이터(29D)는 다른 단면적을 가진 연장암(39',41')으로 구성 되어서 연장암(39')의 단면적은 연장암(41')의 단면적보다 작다. 유사하게, 액추에이터(31D)는 다른 단면적을 가진 연장암(39'',41'')으로 구성되어 있어서 연장암(39'')의 단면적은 연장암(41'')의 단면적보다 작다. 연장암(39,39') 및/또는 연장암(41,41')은 동일한 단면적을 가질 수 있고 다른 단면적을 가질 수 있다. 상기한 바와 같이, 단면적의 차이 때문에, 연장암(39',39'')은 더 높은 저항을 가지며 그리고 작동에 따라 각각 연장암(41',41'')보다 더 큰 열팽창을 가진다.

더욱이, 액추에이터(29D,31D)는 바람직하게 배치되어 연장암(41')은 연장암(39'')보다 연장암(41'')에 더 가깝고 그리고 연장암(41'')은 연장암(39')보다 연장암(41')에 더 가깝다. 그러므로, 액추에이터(29D,31D)의 작동에 따라, 변위 가능한 부재(26D)는 각각 연장암(41',41'')에 의해서 보다 연장암(39',39'')에 의해서 더 변위되어, 부재(26D)는 대략 액추에이터(29D,31D)의 사이의 중간에서 피벗에 대하여 회전한다. 도시되지는 않았지만, 임의의 또는 모든 연장암(39',39'',41',41'')은 테이퍼를 구비할 수 있어서 변위 가능한 부재(26C)의 변위를 촉진한다. 도 6c에 도시된 변경과 유사하게, 변위 가능한 부재(26D)와 마찬가지로 연장암(39',39'',41',41'')은 도프처리되어 이들을 통한 전류의 적용과 흐름을 허용한다.

다른 변경 실시예에서, 하나이상의 센서(도시생략)가 변위 가능한 부재에 일체로 고정될 수 있다. 센서는 예를들면, 변위동안에 구부러질 때, 변위 가능한 부재내에서 응력의 변화의 발생에 따라 전기특성이 변화하는 피에조레지스터와 같은 장치로 될 수 있다. 피에조레지스터는 리브의 측면에 위치될 수 있다. 피에조레지스터의 전기적인 특성의 변화는 변위 가능한 부재의 변위 또는 운동을 감지하도록 사용될 수 있다.

명백한 바와 같이, 피에조전기, 전자 또는 공압 액추에이터와 같은 열 또는 다른 타입의 액추에이터의 다수의 다른 형태가 가능한데, 이들 모두는 일체로 가장 적합하고 그리고 변위 가능한 부재는 용이하게 채용될 수 있고 그리고 본 발명의 마이크로밸브(10)에 채택될 수 있어서 제 2 스토퍼 끝부(42)의 변위를 달성한다. 예를들면, 도 1의 마이크로밸브의 2개의 액추에이터 중의 하나는 변위 가능한 부재를 고정 및/또는 피벗하기위해 단일의 빔에 의해 대체될 수 있다. 그러므로, 변위 가능한 부재는 액추에이터의 샤프트와 고정된 빔사이에서 대략 중간에서 변위 가능한 부재를 따라 위치된 피벗 또는 회전의 중심에 대하여 회전될 수 있다. 그러므로, 변위 가능한 부재는 단지 액추에이터의 열작용에 의해 개방 및 폐쇄위치사이에서 변위가능하다.

도 7을 참조하면, 변경실시예의 단면도가 도시되어 있는데, 이 변경실시예는에서, 마이크로밸브(10')의 제 3 층(16)은 유체 압력 밸런싱을 위한 입구 포트(20)에 대향하여 배치된 제 2 입구 포트(52)를 형성하고 있다. 따라서, 변위 가능한 부재(26)가 폐쇄위치에 있거나 또는 개방 및 폐쇄 위치 사이에 있을 때, 입구 포트(20) 및 제 2 입구 포트(52)는 유체를 캐비티(24)에 도입하여 유체가 스토퍼 끝 부분(42)의 대향 면상에 닿는다. 이러한 것은 캐비티(24)으로 들어가는 유체로부터 기인하는, 변위 가능한 부재상에 발휘되는 유체압력을 적어도 부분적으로 보상하거나 밸런스한다. 스토퍼 끝 부분(42)상에 발휘된 유체 압력은 마이크로밸브(10')가 주입 위치에 있을 때 또는 개방 및 폐쇄 위치에 있을 때 발생하여 스토퍼 끝 부분(42)은 입구 포트(20)와 수직적으로 정렬된 영역에 부분적으로 배치된다. 유체가 입구 포트(20)를 통하여 유동됨에 따라, 유체는 제 1 층(12)에 인접한 스토퍼 끝 부분(42)의 표면상에 닿아 압력을 발휘하여 캐비티(24)내로 들어간다. 변위 가능한 부재(26)가 실리콘으로 이루어진 경우에는, 바람직한 실시예의 변위 가능한 부재(26)가 유체 압력의 약 300-500psi에도 견디어낼 수 있지만, 변위 가능한 부재(26)의 스토퍼 끝 부분(42)상에 발휘된 유체 압력을 보상하는 것이 바람직하다. 그러나 실리콘 같은 재료의 고유의 강도에 따른 보상 완결은 압력의 상대적으로 작은 불 필요한 불균형을 견뎌내기가 용이하다. 따라서, 대향 제 2 입구포트(52)를 제공함으로써, 마이크로밸브(10)는 수 천 psi까지 유체 압력을 견딜 수 있다.

도 8은, 변위 가능한 부재(26)상에 수직 유체 맞닿음 힘을 보상하거나 밸런스하도록 입구 채널(56) 및 제 2 입구 포트(52')를 포함하는 또 하나의 변경실시예의 단면도를 예시한다. 입구 채널(56)은 제 1, 제 2 및 제 3 층(12, 14, 16)을 통하여 뻗어 있고 제 2 입구 포트(52)를 통하여 캐비티(24)내로 유동을 인도한다. 따라서 유체는 마이크로밸브(10'')의 제 1 층(12)을 통하여 유입될 수 있고 대향 방향으로부터 캐비티(24)로 유입되도록 인도된다. 제 4 층(54)은, 제 3 층이 제 2 및 제 4 층(14, 54) 사이에 있도록, 제 3 층(16)에 걸쳐 캡 입구 통로(56)에 제공되고 배치된다.

도 9-13의 부분 평면도를 참조하면, 유체 맞닿음 힘으로 인한 유체 압력에 더하여, 변위 가능한 부재(26)의 스토퍼 끝 부분(42)은 유동 요란뿐만 아니라 입구 유체 유동 면(58)상의 국부 유체 힘에 종속된다. 입구 포트(20) 및/또는 제 2 입구 포트(52)를 통하여 유체가 캐비티(24)으로 들어감에 따라 면(58)상에 국부 힘이 유체 경로에서의 만곡부에 발생된다. 이러한 힘은 변위 가능한 부재(26)를 가압하여 유체 힘의 방향 설정에 의해 결정된 방향으로 변위된다. 따라서, 변위 가능한 부재 모션에 따라 동일한 평면으로의 유동 섭동뿐만 아니라 국부 힘이 감소하는 것을 보상하는 것도 바람직하다.

도 9-13은 유동 힘의 보상을 성취하기 위한 여러 가지의 방법 및 구성을 예시한다. 도 9-13에 도시된 각각의 실시예는, 입구 포트(20)로부터 출구포트(22)로유체를 유동시킴으로써 맞닿음 되고 변위 가능한 부재(26)를 유체에 의해 발휘된 커플링 힘에 종속하게 하는 유체 힘 커플링 표면을 포함한다. 커플링 힘은, 면(58: 도9 및 도10에 도시된 실시예)과 다른 표면상의 유체 유동이 맞닿하거나 또는 면(58: 도 11-13에 도시된 실시예)을 향하여 뒤로의 유체 유동을 적어도 교란하거나 다시 인도함으로써 발생된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 변위 가능한 부재(26a)는 P-형상의 변위 가능한 부재(26a)를 형성하도록 대체로 U-형상의 연장부(60)를 더 포함하고 여기에서 U-형상의 연장부(60)는 출구 포트(22)를 부분적으로 에워싸거나 둘러싼다. 유체 유동은 U-형상의 연장부(60)상에 힘을 발휘할 수 있어서 스토퍼 끝 부분(42)의 면(58)에서 국부 힘을 적어도 부분적으로 보상하거나 밸런스한다. U-형상의 연장부(60)는 변위 가능한 부재의 스토퍼 끝 부분(42)과 연장부(60) 사이에 유체유동을 추가적으로 에워싸서 마이크로밸브의 유체 유출도 감소시킨다. 이러한 끝 부분 사용은 폐쇄부 보다 외부 압력이 폐쇄부 보다 외부 구역으로부터의 어떠한 순 압력도 없거나 거의 없는 압력을 상대적으로 일정하게 발생하게 한다. 연장부(60)의 다른 적절한 형상은 예컨대 h-형상의 변위 가능한 부재(도시 않됨)를 형성하기 위한 L-형상으로 활용될 수 있다.

변경적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 변위 가능한 부재(26b)는 에워싸는 출구(22) 보다는 오히려 입구(20) 및 출구(22) 사이에 배치된 연장부(62)로 구성될 수 있다. 연장부(62)는, 유체 유동이 연장부(62)상에 힘을 발휘하여 스토퍼 끝 부분(42)의 면(58)에서 국부 감소 힘을 적어도 부분적으로 보상하고 밸런스하도록 유체유동을 다시 인도한다.

도 11-13에 도시된 바와 같이, 제 1 층(12) 및/또는 제 3 층(16)에 고정된 하나 또는 그 이상의 부재는 변경적으로 또는 추가적으로 캐비티(24)에 제공되어 유체 유동을 재 유도하여 스토퍼 끝 부분(42)의 면(58)상에 국부 힘을 보상하거나 밸런스할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 부재(64)는 캐비티(24)내에 제공되고, 변위 가능한 부재(26a)는 유체 유동을 여기에서 에워싸도록 연장부(60)로 구성될 수 있다. 연장부(60) 및 부재(64)의 조합은 변위 가능한 부재(26a)에서 유체 유동을 재 유도하지 않고서도 힘을 보상할 수 있다. 변경적으로 배플(66)은 도 12에 도시된 바와 같이, 만곡된 표면으로 구성되어 면(58)을 향하여 유동을 재 유도하고 이에 의해 힘을 보상한다. 도 13은, 배플(70) 주위로 유동을 재 인도하여 유체 힘을 보상하고 밸런스하는 만곡형상 배플(68) 및 배플(70)을 갖는 마이크로밸브를 도시한다.

도 14는 본 발명의 또 하나의 변경 실시예의 예시적인 도면인데, 여기에서 각이진 출구(72)와 각이진 입구(20a)가 유체힘 유동 보상 부재로서의 역할을 한다. 각이진 출구(72)와 각이진 입구(20a)는 또 하나의 층(73)에 의해 부분적으로 형성됨에 따라 도 14에 도시되어 있지만, 이들은 제 1 층(12)에 의해서만 형성될 수 있다. 유체는 캐비티(24) 내로 각이진 입구(20a)를 통하여 입구 각(φ)으로 화살표(74)로 표시되는 방향으로 유동하고 유체는 캐비티(24)으로부터 출구 각(φ)으로 화살표(76)로 표시되는 방향으로 유출한다. 입구 각(φ)은 변위 가능한 부재(26)의 스토퍼 끝 부분(42)의 변위에 의해 제어되는 한편, 출구 각(φ)은 대체로 일정하다. 유체 입구 및 출구 각(α, φ)은 유체 힘을 밸런스 하도록 선택된다. 따라서, 출구 각(φ)에서 유체 유출 유동은, 입구 각(α)에서 유체 입구 유동에 의해 발휘된 힘에 대항하여 밸런스하는 힘을 발휘한다.

도 15는 본 발명에 따라 마이크로밸브(78)의 또 하나의 변경 실시예의 단면도를 도시한다. 마이크로밸브(78)는 가스 밸브로서 활용될 수 있다. 가스 마이크로밸브(78)에 대해, 오목부(18) 및 스토퍼 끝 부분(42) 사이의 갭은, 변위 가능한 부재(26)가 폐쇄위치에 있을 때 유동성의 마이크로밸브(10)에 대해 0.5㎛ 갭 이하가 바람직하다. 갭을 최소화 하는 것은, 유체 밸브의 경우 유체 인장에 의해 누출이 감소하지 않음에 따라 가스 누출을 방지하거나 최소화한다. 갭의 크기는 제 1 층(12) 및/또는 제 3 층(16)에서 오목부(18)의 깊이를 감소시킴으로써 감소될 수 있다.

추가적으로 또는 변경적으로, 갭의 크기는 변위 가능한 부재(26)의 스토퍼 끝 부분(42)의 입구 면에 플랜지(80)를 제공함으로써 더 감소될 수 있다. 플랜지(80)는, 변위 가능한 부재(26)가 폐쇄 위치에 있을 때, 스토퍼 끝 부분(42)의 입구 면 및 입구(20b) 사이에 시일을 강화한다. 바람직하게는, 입구 채널(79)은 제 1 및 제 2 층(12, 14)을 통해 제공되어 입구 포트(20b)를 통하여 가스 유동을 캐비티(24)내로 인도하여 제 2 층(14)의 평면에 평행한 방향으로 가스가 캐비티(24)에 들어간다. 입구 포트(20b)는 바람직하게 제 2 층(14)의 평면에 대체로 수직인 캐비티(24)의 측벽을 따라 형성된다. 따라서, 입구(20b)를 폐쇄하기 위한 제 2 층(14)의 평면으로 변위 가능한 부재(26)의 변위는 또한 플랜지(80)가 입구(20)에 대항하여 보다 좋은 시일을 형성하게 한다.

본 발명의 본 실시예의 마이크로밸브의 제작은 실리콘 퓨전 본딩 및 딥 리엑티브 이온 에칭(DRIE) 같은 퓨젼 본딩을 포함한다.

퓨전 본딩은 한 실리콘 층의 본딩을 또 하나에 허락하여 하나의 단일 기계적인 구조를 형성한다. 퓨전 본드는 분자 레벨으로 개시되어 매우 높은 기계적인 강성을 제공한다. 퓨전 본딩 기술은 예컨대, 여기에 참조로 포함된, 1992년 6월에 프로세싱, 트렌듀서 91에서 발표된, 캐이.이 피터슨, 디.지, 에프. 포라흐마디, 알. 크라독, 제이.브라운, 엘.크리스텔의 "실리콘 퓨전 본딩으로 제작되는 표면 메크로 기계 가공된 구조" 페이지 397-399에 잘 개시되어 있다.

본 발명의 본 바람직한 실시예에 따라 실리콘 마이크로 구조를 제작하는 처리는 도 16a-f로 설명되어 있다. 본 실시예는 3개의 실리콘 웨이퍼를 채용한다. 3 개의 실리콘 와이퍼를 사용하여, 이 처리는 제 2 층(14)에 상응하는 제 2 웨이퍼의 일체 부분으로서 상기된 단 결정 실리콘 구조(SCS) 마이크로 구조를 성형한다. 제 1 및 제 2 층(12, 16)에 상응하는 제 1 및 제 3 웨이퍼는 제 2 웨이퍼용 캐리어로 작용한다. 변경적으로, 캐리어는 유리(예컨대 Pyrex)로 성형될 수 있다. 후술하는 것이 3 개의 웨이퍼만 설명한다하더라도, 원리는 두 개 또는 그 이상의 웨이퍼의 스택으로 구성되어 있는 마이크로 구조의 성형에 적용될 수 있다는 것도 물론, 이해될 수 있을 것이다.

도 16a에 있어서, 제 1 웨이퍼는 포토리지스트로 패턴되어 여기에 형성될 오목한 영역(들)을 형성하고, 오목한 영역(들)은 예컨대, 플라스마 에칭, KOH를 사용하는 웨트 에칭 또는 다른 실리콘 에칭제 같은 표준 반도체 기술 또는 차별적인 산화물 성장을 사용하여 형성된다. 오목한 영역(들)은 임의의 기하학을 가질 수 있고 0.1㎛ 이하부터 100㎛ 이상까지의 임의의 요구되는 깊이를 가질 수 있고, 예를 들면, 본 실시예에 있어서, 오목한 영역은 약 1㎛의 깊이를 갖는다.

오목한 영역은, 단일하고 일정한 깊이를 갖을 필요가 없다는 것이 인식되어야한다. 예를 들면, 몇몇의 표준 실리콘 에칭 스텝은 다른 기계적인 기능을 위해 사용될 수 있는 몇몇의 다른 깊이를 만들어 내도록 채용될 수 있다. 변경적으로 또는 추가적으로 제 2 층은 제 1 및 제 3 층(12, 16)으로부터 톱니 모양(도시 않됨)으로 될 수 있어서 상기하는 바와 같이 그들 사이에 클리어런스를 제공한다는 것도 인식되어야 한다. 더욱이, 각각의 제 1 및 제 3 웨이퍼 표면은 어느 하나의 베어(bear) 실리콘일 수 있거나 산화물 층으로 코팅될 수 있다. 또한, 오목한 영역의 베이스는 베어 실리콘, 산화된 실리콘, 도프처리된 실리콘 중 어느 하나 일 수 있고 또는 순차적인 웨이퍼 본딩 및 처리 온도에 견딜 수 있는 임의의 다른 얇은 필름으로 코팅될 수 있다.

그 다음 도 16b에 도시된 바와 같이, 입구 포트는 제 1 웨이퍼를 통하여 에칭된다. 도시되지는 않았지만, 출구 포트는 제 1 웨이퍼를 통하여 동시적으로 에칭될 수 있다. 변경적으로 또는 추가적으로 출구 포트는 제 2 웨이퍼를 통하여 에칭될 수 있다.

도 16c에 있어서, 제 1 웨이퍼의 패턴된 표면은 제 2 웨이퍼에 본딩되고 바람직하게는 실리콘 퓨전 본딩(또는 직접 본딩)처리에 의해 도프된다. 퓨전 본딩기술은 예컨대, 여기에 참조로 포함된, 1991년 6월에 프로시딩, 트렌듀서 91에서 발표된, 캐이.이 피터슨, 디.지, 에프. 포라흐마디, 알. 크라독, 제이.브라운, 엘.크리스텔의 "실리콘 퓨전 본딩으로 제작되는 표면 메크로 기계 가공된 구조" 페이지 397-399에 잘 개시되어 있다. 본 바람직한 퓨전 본딩 기술에 있어서, 제 1 및 제 2 웨이퍼는 수소 경향이다. 즉, 이들은 고온 질산 또는 고온 황산 및 과산화 수소 용액 또는 다른 강 산화성 물질 같은 작용물로 처리되어 물이 이들에 고착하게 한다. 건조 이후에, 두 개의 웨이퍼는 약 한 시간 동안 400 ℃ -1200 ℃의 온도로 산화 분위기에서 위치된다.

상기된 실리콘 퓨전 본딩 기술은 단 결정 실리콘 웨이퍼 보다 다른 열 팽창 계수를 갖을 수 있는 중계 글루(glue) 재료를 사용하지 않고서 제 1 및 제 2 웨이퍼를 함께 접합한다. 더욱기 퓨전 본딩은 산화물 및 질화물 층이 웨이퍼의 하나 또는 두 개 모두의 접합된 표면에서 형성되도록 실행될 수 있다.

퓨전 본딩의 변경으로서 예컨대, 제 1 및 제 2 웨이퍼는 포토리지스트 같은 접찹제와 함께 고착될 수 있다. 또 하나의 변경으로서, 제 1 및 제 2 웨이퍼는 웨이퍼를 서로 합금하는데 사용되는 금 같은 금속 층으로 코팅되는 주 표면을 가질 수 있다. 제 1 실리콘 웨이퍼 대신에 유리 캐리어가 사용되는 경우에는, 제 2 웨이퍼는 이러한 유리 케리어에 양극으로 접합될 수 있다.

필요하다면, 제 2 웨이퍼는 특정 적용에 의해 요구되는 두께로 얇게되거나 폴리싱될 수 있다. 변경적으로, 전기 화학전 에칭(ECE)은 웨이퍼를 얇게하는데 사용될 수 있다. 확산 히터는 확산에 의해 제 2 층(14)의 평면 표면내로 편입될 수있다. 게다가, 임의의 필요한 회로 또는 다른 얇은 필름 침전물 및 패턴닝은 표준 처리 기술을 사용하여 실행될 수 있다.

그 다음 제 2 웨이퍼는 딥 리엑티브 이온 에칭(DRIE) 스텝을 위해 패턴되는데, 이는 에칭될 웨이퍼의 영역을 형성한다. DRIE 기술은 점차적으로 잘 공지될 것이다. 예를 들면, 1998년 6월 미국 사우스 캐롤라이나, 힐튼 헤드 아일랜드에서, 솔리드 스테이트 센서의 프로세싱 및 엑추에어터 워크삽에서 발표된, 에이.에이. 아욘, 시.시 린, 알.에이 브라프 및 엠.에이.스츠미트의 "타입 멀티 플렉스된 IPC 에처에서 에칭 특성 및 포로파일 제어" 페이지 41-44; 1994년 마이크로 일렉트릭 엔지니어링에서 발표한, 브이. 에이. 윤킨, 디.피셔, 이.보제스의 "실리콘의 딥 트렌치의 고 이방성 선택적인 리엑트브 이온 에칭" vol.23 페이지 373-376; 1991년 6월 프로세싱 트렌스듀서'91에서 발표된, 시.린더, 티.트스찬, 엔.에프. 데 루이즈의 "실리콘 마이크로머시닝을 위한 뉴 IC 컴패터블 도구에 따른 딥 드라이 에칭 기술" 페이지 524-527;마이트로머시닝의 워크샵 프로세싱 및 트렌듀서의 마이크로 페키징에서 1984년 11월 7-8일에 발표된 시.디.풍, 제이.알.린코위스키의 "실리콘 사용 플라스마의 딥 에칭" 페이지 159-164; 마이크로일렉트릭 엔지니어링사에서 1995년에 발표한, 제이. 더블유. 마다, 제이.그리츠너, 엠 푸에칭, 피.마퀸의 "SF₆/O₂를 사용하는 고 밀도 플라스마에서 Si의 낮은 온도 에칭" vol 27, 페이지 453-456에 잘 공지되어 있다. 리엑티브 이온 에칭 장비는 매우 깊은 (>100 마이크론)구멍 또는 트렌치의 에칭을 가능하게 함과 동시에 고 종횡비(에칭된 영역 및 에칭된 영역의 너비 사이의 비율)을 유지한다. 이 장비는 300 마이크론 만큼 깊은 트렌치에 대해 적어도 30:1 종횡비를 유지 가능하게 한다는 것이 발견된다.

DRIE는 필수적으로 화학 에칭 및 이온 충격 사이의 상승 작용을 포함한다. 활성 이온들과 부딪침으로써 실리콘 표면과 화학적으로 반응한다. DRIE 처리는 결정의 설정방향 또는 실리콘 결정 평면에 관계 없이 측면 방향(즉, 이방성으로) 보다 훨씬 높은 비율로 수직 방향으로 유리하게 에칭한다. 결과적으로, 상대적으로 깊은 실질적으로 수직 트렌치 또는 슬롯은 단 결정 실리콘(SCS) 제 2 웨이퍼에 형성될 수 있다. 실질적으로 수직 트렌치 또는 슬롯은 웨이퍼 내의 결정학의 설정방향에 관계없이 제 2 웨이퍼의 어느 곳에서도 형성될 수 있다. 결과적으로, 용량성 또는 정전기 플레이트 같은 고 종횡비 구조가 형성될 수 있고, 원, 타원, 및 나선 같은 임의의 윤곽을 가지는 구조가 형성될 수 있다.

도 16d에 도시된 바와 같이, DRIE 처리는 제 2 웨이퍼를 통하여 완전히 에칭하는데 사용되어 변위 가능한 부재 및 엑추에이터(들)를 형성한다. DRIE 에칭 스텝은 제 2 웨이처에 형성된 단 결정 실리콘(SCS) 마이크로 구조를 기계적으로 릴리즈하는데, 이는 제 2 웨이퍼의 평면에서 그리고 이 평면에 관하여 이동이 자유롭다. 20:1의 종횡비(높이/너비)을 갖춘 현수된 플레이트/빔 구조 또는 그 이상의 바람직한 것이 이하 설명되는 DRIE 처리를 사용하여 제작된다.

유도적으로 커플링된 플라스마 소스는, 마스크로서의 실리콘 다이옥사이드 또는 포토리지스트를 사용하는 실리콘을 에칭한다. 에칭된 트렌치의 측벽상의 소스 가스의 중합 반응은 측면 에칭 비율로 서서히 일어나고 고 이방성이다. 이 에칭 화학제품은 예컨대 50 밀리토르의 SF₆이다. 표면 테크놀리지 시스템에서 유용한 산소 첨가제 가스와 플루오르화 처리된 가스는 고 Si/포토리지스트 에칭-율 비율을 제공한다. 6 미크론 포토리지스트는 패턴닝 마스크로서 작용한다. 포토 리지스트 선택도는 약 50:1인데, 이는 리지스트의 약 6㎛을 가지고서 300㎛의 깊이로 에칭하는 것이 가능하다. 미국 켈리포니아 레드 우드 시티의 상업 구역에 있는 서피스 테크놀리지 시스템(STS)으로부터 또는 플로리다 에스 티. 피터스버그에 있는 플라스마 썸으로부터 구입 가능한 "멀티플렉스 RIE 시스템"은, 유도적으로 커플링된 플라스마 DRIE를 실행하도록 채용될 수 있다.

퓨전 본딩 및 DRIE의 조합은, 본 발명의 마이크로밸브 같은 3 차원 구조의 구성을 가능하게 한다. 예를 들면, 1995년 스웨덴 스톡홀름에서 프리시딩, 트랜듀서 95에서 발표된, 이.에이치.클라센, 케이.피터센, 제이.엠. 노우롤스키, 제이. 로간, 엔.아이.말우프, 에이.브라운, 시.스토먼트, 더블유. 멕쿨리, 지.티.에이.카박스의 "뉴 테크놀리지 포 마이크로스트럭쳐사의 실리콘 표전 본딩 및 딥 리엑티브 이온 에칭" 페이지 556-559에 개시되어 있다.

도 16e에 있어서, 제 3 웨이퍼의 패턴된 표면은 도 16c와 함께 상기된 바와 같이, 실리콘 퓨전 본딩(또는 직접 본딩) 처리에 의해 제 2 웨이퍼에 본딩되어 있다. 도시되지는 않았지만, 본딩 이전에 제 3 웨이퍼는 제 1 웨이퍼에 유사하게 처리되어 오목한 영역(들), 입구 포트 및/또는 출구 포트뿐만 아니라 통과 웨이퍼 접촉 구멍 또는 공도(들)를 형성한다는 것이 이해될 수 있다.

도 16f에 도시된 바와 같이, 알루미늄 같은 전기적으로 전도성 재료의 층이 예컨대 스퍼터링에 의해 접촉 구멍(들) 또는 공도(들)의 표면, 접촉 구멍을 통하여 노출된 제 2 웨이퍼의 표면, 제 3 웨이퍼의 평평한 표면외부의 적어도 한 부분상에 위치되어 있다. 따라서, 전도성 층은 본드 패드(들)를 형성하여 엑추에어터에 전기적인 접촉을 가능하게 하다. 임의의 필요한 회로 또는 다른 얇은 필름 침전물 및 스퍼터링은 제 3 웨이퍼상의 표준 실리콘 처리 기술을 사용하여 실행될 수 있다.

임의의 많은 진동수는 이러한 처리 내로 용이하게 편입될 수 있다. 예를 들면, 제 1 및/또는 제 3 층(12, 16)은 실리콘 대신에 유리(Pyrex)로 이루어질 수 있다. 마이크로밸브는 3개의 웨이퍼나 3개의 층 이상으로 형성되어 있고 또는 마이크로기계 장치는 두 개나 그 이상의 웨이퍼 또는 층으로 형성될 수 있다. 더욱이, 앝은 캐비티는 제 1 및 제 3 층(12, 16) 대신에 또는 더하여 제 2 층(14)에 형성될 수 있다. 변경적으로, 각각의 층은 별개로 처리된 다음 정렬된 본딩 스텝에 의해 조립된다. 명백하게도, 당업자는 예컨대, 단순히 레이아웃을 변경하는 것 만으로도 제작 처리에 관한 많은 다른 변경을 용이하게 할 수 있다.

본 발명의 마이크로밸브는 엔티 록 브레이크 시스템, 이하, 설명하는 바와 같이, 잉크제트 프린팅, 냉장, 레이져 밸브용 파일롯 예컨대 자동 트렌스미션, 큰 공업 밸브에 사용하기에 적합할 수 있다.

도 17을 참조하면, 마이크로밸브(82)는 하나의 출구(22)내로의 유체유동을 위해 두 개의 입구 포트(84, 96)를 선택적으로 제어하는데도 적합하다. 입구포트(84, 86)의 개방 및 폐쇄는 상호 연관성이 있다. 마이크로밸브(82)의 다른 상세한 것은 다른 도면들을 참조하여 상기된 설명으로부터 이해될 것이다. 특히, 구동시 마이크로밸브(82)는 입구 포트(86)가 폐쇄되거나 그 반대로 되는 동안 입구 포트(84)를 개방하도록 제어될 수 있다. 또한, 마이크로밸브(82)는 입구 포트(84, 86) 양자를 부분적으로 개방하도록 제어될 수 있다. 따라서, 마이크로밸브(82)는 하나 또는 그 이상의 유체 소스로부터 유체유동을 선택하도록 활용될 수 있다.

명백하게도, 수 많은 다른 유체 유동제어 통합이 본 발명의 마이크로밸브로 성취될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 단일 일체로된 마이크로밸브(87)는, 종래의 안티-로크 브레이크의 각 휠을 위해 활용되는 정상 개방(N.O.) 및 정상 폐쇄(N.C.)된 솔레노이드 밸브를 변위하도록 활용될 수 있다. 단일 일체로된 마이크로밸브(87)의 부분 개략도 및 단일 일체로된 마이크로밸브를 활용하는 안티-로크 브레이크 시스템(100)의 부분의 개략도가 도 18 및 도 19에 각각 도시되어 있다.

안티-로크 브레이크 시스템(ABS)은 승객용 차량에서 매우 상업적이다. 도 18에 도시된 바와 같이, 안티-로크 브레이크 시스템(100)은 휠(102)의 속력을 감지하는 휠 속력 센서(도시 않됨), 휠(102)의 브레이크 켈리퍼스(104)로 그리고 이것으로부터 브레이크 유체의 유동을 제어하는 정상 개방(N.O.) 밸브(86), 정상 폐쇄(N.C.) 밸브(84), 휠 속력 센서와 출력센서로부터 마이크로밸브(87)로의 입력을 수용하는 전기 제어 유니트(ECU), 마스터 실린더(108), 펌프(110)를 전체적으로 포함한다. 도 19에 도시된 바와 같이, 마이크로밸브(87)는 브레이크 캘리퍼스와 두 개의 변위 가능한 부재(88, 90)로 브레이크 유동을 유도하기 위해 하나의 출구 포트(22)를 형성하여 두 개의 입구 포트(84, 86)를 각각 선택적으로 개방 및 폐쇄한다.

정상 개방 입구(86)는 운전자가 브레이크 페달(112)에 압력을 가할 때, 브레이크 유체가 마스터 실린더(108)로부터 브레이크 캘리퍼스(104)로 유동하는 것을 가능하게 한다. ABS 시스템의 작동 없이, 정상적으로 폐쇄된 입구(88)는 브레이크 유체의 유동에 적어도 실질적으로 폐쇄되고, 정상적인 개방 입구(86)는, 운전자에 의해 브레이크 페달(112)상에 압력을 가할 때, 브레이크 켈리퍼스(104)에 대한 브레이크 유체의 유동을 유입한다.

그러나, 미끄러운 도로 표면은 타이어와 도로 사이의 불충분한 마찰력 또는 파지력을 낳아 운전자가 압력을 브레이크 페달(112)에 가함에 따라, 블레이크 켈리퍼스(104)가 휠(102)을 로크한다. 브레이크 켈리퍼스(104)가 휠(102)을 로크하고 휠(102)이 회전하지 못하게 할 때, 휠(102)은 미끄러운 도로를 따라 미끄러져서 차량 제동거리가 증가한다. 따라서 차량은 차량 모멘트로 인해, 이동을 계속한다. 필수적으로, 브레이크 시스템에 의한 휠의 로킹은, 타이어와 도로 사이의 파지력이 휠 및 브레이크 패드 사이의 파지력 또는 제동력 보다 작을 때, 발생한다.

안티-로크 시스템은, 제동력의 적절한 레벨에 도달할 때까지 브레이크 유동 압력을 조절함으로써 즉, 휠 및 도로 사이의 파지력과 동일한 레벨로 제동력을 감소시킴으로써 휠 로킹 문제를 경감시키거나 해결한다. 안티-로크 브레이크 시스템은 휠이 로킹하려고 하는 것을 판별하는 휠 속력 센서에 반응하여 활성화된다. 엔티- 록 브레이크 시스템의 활성화에 따라, 컴퓨터는 N.O. 밸브를 폐쇄한다.N.O. 밸브가 폐쇄된 이후에도, 휠 속력 센서가 로킹하려고 하는 휠을 계속적으로 감지하면, 컴퓨터는 N.C. 밸브를 개방하고 휠 실린더 또는 켈리퍼스로부터 마스터 실린더로 어떤 브레이크 유체를 펌핑한다. 컴퓨터가 제동이 제어범위에 있다는 것을 결정할 때 까지 즉, 휠 속력 센서가 휠이 더 이상 로킹하려고 하지 않는 것을 검출 할 때, 브레이크 유체의 유동을 조절하도록 N.C.밸브는 반복적으로 개방된 채로 펄스되고 폐쇄된다. 개방 및 폐쇄된 채로 N.C.밸브를 반복적으로 펄스시킴으로써 유체 유동 제어의 균형이 성취된다. 안티-로크 브레이크 시스템은 브레이크 페달이 내리눌러지는 동안에만 활성화된다.

자동차 또는 승객용 차의 종래의 안티-로크 브레이크 시스템은 휠 마다 두 개의 솔레노이드를 활용하여 브레이크 유체의 유동을 제어하여, 전형적인 4개의 휠 승객용 차량에 대하여 8개의 솔레노이드 밸브를 사용하는 결과가 된다. 그러나, 솔레노이드 밸브의 사용은 상기한 바와 같이 몇몇의 단점을 갖게된다. 비율적인 솔레노이드 밸브가 사용 가능하긴 하지만, 안티-로크 브레이크를 위해 사용되는 고가의 효율적인 솔레노이드 밸브만이 (이진법의)스위칭을 온 및 오프하고 따라서 유동 제어의 정확하게 원하는 레벨을 획득하도록 밸브가 펄스되는 것을 필요로한다. 바람직하지 않을 수 있는 브레이크 페달을 내리 누르는 동안 운전자에 의해 이러한 펄싱이 감지된다.

도 19에 도시된 바와 같은 마이크로밸브(87)는 종래의 안티-로크 브레이크 시스템의 두 개의 솔레노이드 밸브를 대체하도록 활용될 수 있다. 각각의 변위 부재(88, 90)는 각각의 열 엑추에이터에 의해 별개로 제어된다. 그러나, 안티-로크브레이크 시스템에 있어서, 변위 가능한 부재(88, 89) 양자가 개방 위치로 동시적으로 있게 되지는 않는다. 따라서, 정상적인 제동 작동 중에, 변위 가능한 부재(90: 입구(86)에 대하여 정상적으로 개방위치에서)가 개방위치에 있는 반면, 변위 가능한 부재(88: 입구(84)에 대하여 정상적으로 폐쇄된 위치에서)는 폐쇄 위치에 있다. 따라서, 정상 제동 작동 중에 운전자가 브레이크 페달(112)을 내리 누룰 때, 펌프(110)는 마스터 실린더(108)로부터 브레이크 유체를 펌핑하여 정상적인 개방 입구(86)를 통하여 브레이크 캘리퍼스(104)를 제동한다.

휠(102)이 소정 스레스홀드를 초과하는 것을 ECU(106)가 감지할 때, ECU(106)는 신호를 마이크로밸브(87)로 보내 변위 가능한 부재(90)를 입구(86)에 대하여 폐쇄위치로 변위시키고 입구(84)에 대하여 개방 및 폐쇄 위치 사이의 소정위치에 대한 폐쇄 위치로부터 변위 가능한 부재(88)를 변위시킨다. 입구(84)에 대하여 개방 및 폐쇄위치 사이의 소정위치에 대한 변위 가능한 부재(88)를 변위함으로써 브레이크 유체의 원하는 레벨을 켈리퍼스(104)로부터 마스터 실린더(108)로 펌프(110)에 의해 제거되게 할 수 있다. 따라서, 오직 하나의 일체로된 마이크로밸브만이 종래의 이진법의 솔레노이드 밸브를 변위하도록 활용될 수 있다.

변위 가능한 밸브(88)는 바람직하게 개방 및 폐쇄된 위치 사이에서 펄스되지 않고, 바람직하게 개방 및 폐쇄된 위치 사이의 소정위치로 변위 되어 브레이크 유체의 원하는 양을 정확하게 제어하여 브레이크 켈리퍼스(104)로부터 펌핑한다. 그러나, 변위 가능한 부재(88)는 입구(84)에 대하여 개방 및 폐쇄 위치 사이에서 펄스될 수 있어 비례적인 유체 유동 제어를 성취한다.

본 발명의 특정 실시예가 설명되고 예시되는 동안, 본 발명의 기술사상으로부터 벗어남이 없이 이들 실시예로 변경이 만들어질 수 있다는 것이 인식될 수 있고, 따라서 본 발명은 이하 청구범위의 견지에서 한정되도록 의도된다.

Claims

제 1 층;

캐비티 영역을 형성하고, 제 1 층이 제 1 층에 인접한 캐비티 영역을 실질적으로 에워싸도록, 제 1 층에 고정되어 있는 제 2 층;

제 1 층에 걸쳐 현수되어 있고, 캐비티 영역내의 제 2 층에 일체적으로 고정된 근접 끝 부분을 포함하고, 말단 끝 부분을 포함하는 제 1 부재;

제 1 층에 걸쳐 현수되어 있고, 캐비티 영역내의 제 2 층에 일체적으로 고정된 근접 끝 부분을 포함하고, 말단 끝 부분을 포함하는 제 2 부재;

제 1 및 제 2 부재가 하기 구조에 대하여 배치되어 변위 가능한 구조가 소정의 변위 가능한 범위를 따라 변위 가능한 상태로, 제 1 층에 걸쳐 현수되어 있고 제 1 끝 부분 및 제 2 끝 부분을 포함하고 제 1 현수 부재 및 제 2 현수 부재의 말단 끝 부분에서 캐비티 영역내에 고정되는 변위 가능한 구조;

제 1 층에 걸쳐 현수되고 변위 가능한 부재의 선택적이고 비례적인 변위를 위해 제 1 현수 부재에 작동적으로 커플링되는 제 1 엑추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 층은 단 결정 실리콘을 포함하는 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부재 및 변위 가능한 구조는 단 결정 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 엑추에이터는 상기 제 2 층으로 일체적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부재는 변위 가능한 구조의 대향 측상에 고정되는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부재는 변위 가능한 구조의 동일 측상에 고정되는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 부재의 상기 말단 끝 부분은 단일 구조로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 항에 있어서, 변위 가능한 부재의 선택적이고 비례적인 변위를 위해 제 2 현수 부재에 작동적으로 커플링되는 제 2 엑추에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 제 2 엑추에이터는 제 2 층에서 일체적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부재는 변위 가능한 구조의 대향 측상에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부재는 변위 가능한 구조의 동일 측상에 고정되는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 제 2 부재의 상기 말단 끝 부분은 제 2 엑추에이터에 일체적으로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 변위 가능한 구조는 기다한 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 변위 가능한 구조의 상기 제 1 끝 부분은 제 2 층의 캐비티 영역에서 현수되는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 변위 가능한 구조의 상기 제 1 끝 부분 및 제 2 끝 부분은 제 2 층의 캐비티 영역내에서 현수 되는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 변위 가능한 구조는 기다란 구조를 포함하고 여기에서, 상기 변위 가능한 구조의 상기 제 1 끝 부분 및 제 2 끝 부분은 제 2 층의 캐비티 영역내에서 현수되는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 변위 가능한 구조는 길이를 가지고 있고 여기에서, 상기 제 1 부재 및 제 2 부재는, 변위 가능한 구조의 길이를 따라 서로로부터 오프셋하는 위치에서 변위 가능한 구조에 고정되는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 항에 있어서, 전체적으로 평평한 제 3 층을 더 구성되어 있고, 여기에서 상기 제 2 층은, 제 3 층이 제 3 층에 인접한 캐비티 영역을 실질적으로 에워싸도록, 제 1 및 제 3 층 사이에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 18 항에 있어서, 제 1 및 제 2 부재 및 변위 가능한 구조는 단 결정 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 층;

캐비티 영역을 형성하고 제 1 층이 제 1 층에 인접한 캐비티 영역을 실질적으로 에워싸도록, 제 1 층에 고정되어 있는 전체적으로 평평한 제 2 층;

제 1 층에 걸쳐 현수되어 있고 캐비티 영역내의 제 2 층에 일체적으로 고정된 근접 끝 부분을 포함하고 말단 끝 부분을 포함하는 제 1 부재;

변위 가능한 구조가 소정 변위 범위를 따라 변위 가능하도록 상기 부재가 하기 구조에 관하여 배치되어 있는 상태로, 제 1 층에 걸쳐 현수되어 있고 근접 부분과 말단 끝 부분을 포함하는 변위 가능한 구조, 제 2 층에서 캐비티 영역내에 고정되고 현수 부재의 말단 끝 부분에서 캐비티 영역내에 더 고정되어 있는 말단 끝 부분; 그리고

제 1 층에 걸쳐 현수되고 변위 가능한 부재의 선택적이고 비례적인 변위를 위해 현수 부재에 작동적으로 커플링되는 제 1 엑추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 20 항에 있어서, 상기 변위 가능한 구조의 단면적은 근접 부분으로부터 말단 끝 부분으로 전체적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 층;

캐비티 영역을 형성하고, 제 1 층이 제 1 층에 인접한 캐비티 영역을 실질적으로 에워싸도록, 제 1 층에 고정되어 있는 전체적으로 평평한 제 2 층;

제 1 층에 걸쳐 현수되어 있고, 캐비티 영역내의 제 2 층에 일체적으로 고정된 근접 끝 부분을 포함하고, 말단 끝 부분을 포함하는 제 1 부재;

제 1 층에 걸쳐 현수되어 있고, 캐비티 영역내의 제 2 층에 일체적으로 고정된 근접 끝 부분을 포함하고, 말단 끝 부분을 포함하는 제 2 부재;

제 1 층에 걸쳐 현수되어 있고, 제 1 현수 부재 및 제 2 현수 부재의 말단 끝 부분에서 캐비티 영역내의 고정되는 변위 가능한 구조;

제 1 층에 걸쳐 현수되고, 변위 가능한 부재의 선택적이고 비례적인 변위를 위해 제 1 현수 부재에 작동적으로 커플링되는 제 1 엑추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 층;

캐비티 영역을 형성하고, 제 1 층이 제 1 층에 인접한 캐비티 영역을 실질적으로 에워싸도록, 제 1 층에 고정되어 있는 전체적으로 평평한 제 2 층;

제 1 층에 걸쳐 현수되어 있고, 캐비티 영역내의 제 2 층에 일체적으로 고정된 근접 끝 부분과 말단 끝 부분을 포함하는 각각의 복수의 연장부를 포함하는 제 1 부재;

변위 가능한 구조가 소정 변위 범위를 따라 변위 가능하도록 연장 암이 하기 구조에 대하여 배치되어 있는 상태로, 제 1 층에 걸쳐 현수되어 있고, 제 1 현수 부재의 연장 암의 말단 끝 부분에서 캐비티 영역내에 고정되어 있는 변위 가능한 구조;

제 1 층에 걸쳐 현수되고, 변위 가능한 부재의 선택적이고 비례적인 변위를 위해 제 1 현수 부재에 작동적으로 커플링되는 제 1 엑추에이터를 포함하는 것을특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 23 항에 있어서, 제 1 층에 걸쳐 현수되고, 캐비티 영역 내에서 제 2 층에 일체적으로 고정된 근접 끝 부분과 말단 끝 부분을 포함하는 각각의 복수의 연장 암으로 구성되는 제 2 부재로 더 구성되어 있고, 여기에서, 상기 변위 가능한 구조는 제 2 부재 연장 암의 말단 끝 부분에서 캐비티 영역내에 고정되고, 상기 제 2 부재 연장 암은 변위 가능한 구조가 소정의 변위 범위를 따라 변위 가능하도록 상기 구조에 관하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 20 항, 제 22 항, 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서, 임의의 또는 모든 변위 가능한 구조, 제 1 및 제 2 층, 그리고 각각의 현수 부재는 단 결정 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 20 항, 제 22 항, 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서, 전체적으로 평평한 제 3 층으로 더 구성되고, 여기에서 상기 제 2 층은 제 1 및 제 3 층 사이에 고정되어 제 3 층이 제 3 층에 인접한 캐비티 영역을 실질절으로 에워싸는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 20 항, 제 22 항, 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서, 상기 제 1 엑추에이터는 제 2 층에 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 층, 전도성이 있는 재료로부터 실질적으로 형성되고 제 1 및 제 3 층 사이에 고정된 제 2 층, 그리고 제 3 층;

제 1 포트;

제 2 포트;

제 1 층과 제 3 층에 의해 실질적으로 에워싸인 캐비티 영역을 형성하는 상기 제 2 층;

캐비티 영역내에 현수되어 있고, 제 2 층에 일체적으로 고정된 근접 끝 부분을 포함하고, 말단 끝 부분을 포함하는 제 1 부재;

캐비티 영역내에 현수되어 있고, 제 2 층에 일체적으로 고정된 근접 끝 부분을 포함하고, 말단 끝 부분을 포함하는 제 2 부재;

캐비티 영역내에 현수되어 있고, 제 1 끝 부분 및 제 2 끝 부분을 포함하고, 변위 가능한 현수 구조의 제 2 끝 부분 보다도 제 1 끝 부분에 더 가까운 제 1 현수 부재의 말단 끝 부분에 일체적으로 고정되고, 이러한 변위 가능한 현수 구조의 제 2 끝 부분 보다 제 1 끝 부분에 더 가까운 제 2 현수 부재의 말단 끝 부분에서 캐비티 영역내에 일체적으로 고정되어 있는 변위 가능한 구조;

제 2 층에 일체적으로 형성되고, 제 1 현수 부재에 작동적으로 커플링되어 상기 제 1 및 제 2 포트 중 하나에 대하여 개방 및 폐쇄 위치 사이의 소정 위치에서 제 2 끝 부분을 선택적으로 비례적으로 위치시키는 제 1 엑추에어터; 그리고

제 1 엑추에어터에 자극 신호를 부여하도록 커플링된 제 3 층을 통한 제 1전기 접촉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 28 항에 있어서,

제 2 층에 일체적으로 형성되고 제 2 현수 부재에 작동적으로 커플링된 제 2 엑추에어터; 그리고

제 2 엑추에어터에 자극 신호를 부여하도록 커플링된 제 3 층을 통한 제 2 전기 접촉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 28 항에 있어서,

전류가 통과 할 때, 제 1 엑추에어터가 열적으로 팽창하고, 그리고

제 2 층은, 제 1 엑추에이터를 통하는 것을 이외에 제 1 접촉부들 사이에 전류가 통하는 것을 방지 하기 위해, 제 2 층의 부분을 전기적으로 절연시키는 전기 절연 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 28 항에 있어서,

제 2 층에 일체적으로 형성되고, 제 2 현수 부재에 작동적으로 커플링되는 제 2 엑추에이터;

제 2 엑추에이터에 자극 신호를 부여하도록 커플링된 제 3 층을 통하는 제 2 전기 접촉부를 포함하고,

여기에서, 제 1 엑추에이터는 전류가 통과 할 때 열적으로 팽창하고;

제 2 엑추에이터는 전류가 통과 할 때 열적으로 팽창하고; 그리고

제 2 층은, 제 1 엑추에이터 또는 제 2 엑추에이터를 통하는 것 이외에 접촉부들 사이에 전류가 통하는 것을 방지 하기 위해, 제 2 층의 부분을 전기적으로 절연시키는 전기 절연 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 28 항에 있어서, 제 1 엑추에이터 및 제 1 접촉부는 수직으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 29 항에 있어서,

제 1 엑추에이터 및 제 1 접촉부는 수직으로 정렬되어 있고; 그리고

제 2 엑추에이터 및 제 2 접촉부도 수직으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 28 항에 있어서, 상기 제 2 층은 단 결정 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 28 항에 있어서, 상기 제 1 부재, 제 2 부재 및 변위 가능한 구조는 단 결정 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 28 항에 있어서, 상기 제 1 엑추에이터는 단 결정 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 28 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부재는 변위 가능한 구조의 대향 측상에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 28 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부재는 변위 가능한 구조의 동일 측에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 28 항에 있어서, 상기 제 1 부재의 상기 말단 끝 부분은 단일 구조로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 29 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부재는 변위 가능한 구조의 대향 측상에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 29 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부재는 변위 가능한 구조의 동일 측에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 29 항에 있어서, 상기 제 2 부재의 말단 끝 부분는 제 2 엑추에이터에 일체적으로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 28 항에 있어서, 상기 변위 가능한 구조는 기다란 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 28 항에 있어서, 상기 변위 가능한 구조의 제 1 끝 부분은 제 2 층의 캐비티 영역에 현수되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 28 항에 있어서, 상기 변위 가능한 구조는 기다란 구조를 포함하고, 상기 변위 가능한 구조의 제 1 끝 부분 및 제 2 끝 부분은 제 2 층의 캐비티 영역에 현수되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 28 항에 있어서, 상기 변위 가능한 구조는 길이를 가지고 있고, 상기 제 1 및 제 2 부재는, 변위 가능한 구조의 길이를 따라 서로로부터 오프셋되는 위치에서 변위 가능한 구조에 고정되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 28 항에 있어서, 전체적으로 평평한 제 3 층을 더 포함하고, 여기에서 상기 제 2 층은 제 1 및 제 3 층 사이에 고정되어 제 3 층이 제 3 층에 인접한 캐비티 영역을 실질적으로 에워싸는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 47 항에 있어서, 상기 제 1 부재, 제 2 부재 및 변위 가능한 구조는 단 결정 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
전체적으로 편평한 단 결정 반도체 층;

제 2 층에 일체적으로 고정된 근접 끝 부분을 포함하고 말단 끝 부분을 포함하는 제 1 부재;

제 2 층에 일체적으로 고정된 근접 끝 부분을 포함하고 말단 끝 부분을 포함하는 제 2 부재;

제 1 현수 부재의 말단 끝 부분에 일체적으로 고정되어 있고, 제 2 현수 부재의 말단 끝 부분에 일체적으로 고정되는 변위 가능한 구조; 그리고

제 2 층에 일체적으로 형성되고, 제 1 현수 부재에 작동적으로 커플링되는 제 1 엑추에어터로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 마이크로구조.
제 49 항에 있어서,

반도체 층에 일체적으로 형성되고, 제 2 현수 부재에 작동적으로 커플링되는 제 2 엑추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 마이크로구조.
제 1 층;

제 1 층에 고정된 전체적으로 평평한 제 2 층;

제 1 및 제 2 층에 의해 형성된 오목한 영역;

제 2 층에 고정되고 오목한 영역내에 현수된 제 1 부재;

제 2 층에 고정되고 오목한 영역내에 현수된 제 2 부재;

오목한 영역내에 현수하기 위해, 제 1 부재와 제 2 부재에 고정되는 변위 가능한 구조;

변위 가능한 구조에 작동적으로 커플링되는 트랜스듀서로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 51 항에 있어서, 상기 트랜스듀서는 변위 가능한 부재에 작동적으로 커플링되는 적어도 하나의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 51 항에 있어서, 상기 트랜스듀서는 변위 가능한 부재에 작동적으로 커플링되는 적어도 하나의 엑추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 51 항, 제 52 항, 또는 제 53 항에 있어서, 상기 변위 가능한 구조는 단 결정 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 51 항, 제 52 항, 또는 제 53 항에 있어서,

상기 변위 가능한 구조는 단 결정 실리콘을 포함하고; 그리고

제 3 층에 인접한 오목한 영역을 실질적으로 에워싸기 위해, 제 2 층에 고정되는 있는 제 3 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로기계 장치.
제 1 층, 제 1 층과 제 3 층 사이에 배치되어 있는 제 2 층, 및 제 3 층을 포함하고,

여기에서 상기 제 1 층은 제 1 포트를 통하여 형성하고, 상기 제 1 및 제 3 층 중 적어도 하나는 제 2 포트를 통하여 형성하여 상기 제 1 포트로부터 상기 제 2 포트로 상기 제 2 층에 형성된 유동 면적을 통하여 유체 유동을 유입하고,

상기 제 2 층은 상기 부재의 제 1 끝 부분에 대하여 배치된 적어도 하나의 엑추에어터 및 변위 가능한 부재를 형성하여 상기 제 2 층에 평행하는 평면으로 상기 부재를 변위시키고, 상기 부재는 상기 제 1 및 제 2 포트 중 하나에 대하여 개방 및 폐쇄 위치 사이의 소정 위치에서 선택적으로 비율적으로 제 2 끝 부분을 위치시키도록 변위 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 제 2 층은 단 결정 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 엑추에이터 및 변위 가능한 부재는 단 결정 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 엑추에이터 및 변위 가능한 부재는 단 결정 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 엑추에이터는 변위 가능한 부재의 제 1 끝 부분에 일체적으로 고정되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 변위 가능한 부재는 변위 가능한 부재의 제 1 끝 부분에 일체적으로 고정된 제 1 끝부, 제 2 층에 일체적으로 고정된 제 2 끝부를 가지고 있는 기다란 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 변위 가능한 부재의 상기 제 2 끝 부분은 제 2 층의 유동 면적에 현수 되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 변위 가능한 부재의 상기 제 1 끝 부분 및 제 2 끝 부분이 제 2 층에 현수되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 변위 가능한 부재는 기다란 구조를 포함하고, 여기에서 상기 변위 가능한 부재의 상기 제 1 끝 부분 및 제 2 끝 부분은 제 2 층에 현수되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 변위 가능한 부재는 기다란 길이를 가지고 있고, 여기에서 상기 엑추에이터는 변위 가능한 부재의 길이를 따라 소정 위치에서 변위 가능한 구조에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 3 부재 중 적어도 하나는 제 3 포트를 통하여 형성하고, 상기 부재는 또 하나의 제 2 끝 부분을 더 형성하고, 상기 제 2 끝 부분 및 상기 또 하나의 제 2 끝 부분은 상기 제 2 포트 및 상기 제 3 포트 각각에 관하여 개방 및 폐쇄위치 사이의 소정위치에서 선택적으로 비율적으로 위치 가능하고, 상기 제 2 끝 부분은 상기 부재 및 상기 제 2, 제 3 포트에 대하여 협동적으로 배치되어 상기 제 2 및 제 3 포트중 정확하게 하나에 대하여 개방 위치에 위치 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서,

상기 부재는 상기 제 1 포트에 관하여 개방 및 폐쇄 위치 사이에 상기 제 2 끝 부분을 선택적으로 비율적으로 위치시키도록 이동가능하고,

상기 제 1 및 제 3 층 중 적어도 하나는 제 3 포트를 통하여 더 형성되어 상기 유동 면적에서 상기 제 3 포트로부터 상기 제 2 포트로 유체 유동을 유입하고,

상기 제 2 층은 제 2 부재, 상기 제 2 부재의 제 1 끝 부분에 대하여 배치된 적어도 하나의 제 2 엑추에이터를 더 형성하여 상기 제 2 엑추에이터의 열 팽창에 응답하여 상기 평면에 있는 상기 제 2 부재로 협동적으로 이동하고, 상기 제 2 부재는 상기 제 3 포트에 대하여 개방 및 폐쇄 위치 사이의 소정위치에 제 2 끝 부분을 선택적으로 비율적으로 위치시키도록 이동가능한 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 부재는 상기 제 2 포트에 대하여 개방 및 폐쇄 위치 사이의 소정위치에 제 2 끝 부분을 선택적으로 비율적으로 위치시키도록 이동가능한 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 부재는 상기 제 1 포트에 대하여 개방 및 폐쇄 위치 사이의 소정위치에 상기 제 2 끝 부분을 선택적으로 비율적으로 위치시키도록 이동가능한 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 69 항에 있어서, 상기 제 3 층은 상기 제 1 층의 제 1 포트에 실질적으로 대향하게 배치된 제 3 포트를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 70 항에 있어서, 제 4 층으로 더 구성되고, 상기 제 3 층은 상기 제 2 및 제 4 층 사이에 배치되고, 여기에서 상기 제 1, 제 2 및 제 3 층은 채널을 통하여 형성하고, 상기 채널은 상기 제 4 층에 의해 부분적으로 에워싸이고, 상기 제 1 층개구로부터 상기 제 3 층 개구로 상기 유동 면적으로 유체를 배송하기 위해 상기 제 1 및 제 3 층의 각각에 개구를 가지고, 상기 제 3 층 개구는 상기 제 1 층의 상기 제 1 포트에 대하여 실질적으로 동축상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 부재의 상기 제 2 끝부는 상기 제 2 포트를 적어도 부분적으로 에워싸도록 연장부를 포함하고, 상기 연장부는 상기 유동 면적을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 72 항에 있어서, 상기 연장부는 U-형상인 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 72 항에 있어서, 상기 연장부는 L-형상인 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 부재의 상기 제 2 끝부는 상기 제 1 및 제 2 포트 사이에 배치된 연장부를 포함하고, 상기 연장부는 상기 유동 면적에서 유체 힘을 적어도 부분적으로 밸런스하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
재 56 항에 있어서, 상기 부재의 너비는 상기 제 1 끝 부분으로부터 상기 제 2 끝 부분으로 증가하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 엑추에이터는 상기 유체 구역의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 엑추에이터는 상기 부재의 상기 제 1 끝 부분에 인접하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 제 2 층은 두 개의 엑추에이터를 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 79 항에 있어서, 상기 엑추에이터는 상기 부재의 대향측 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 77 항에 있어서, 상기 엑추에이터는 상기 부재의 동일측 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 엑추에이터는 상기 부재에 관하여 전체적으로 수직하게 뻗어있는 샤프트로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 샤프트는 상기 샤프트에 관하여 소정 각도로 그리고 상기 샤프트로부터 뻗어있는 적어도 두 개의 열 부재를 가지고 있고, 상기 열 부재는 상기 열 부재의 열 팽창시 상기 변위 가능한 부재의 상기 제 1 끝 부분을 향하여 상기 샤프트를 가압하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 83 항에 있어서, 상기 열 부재는 리브 및 플레이트 엑추에이터로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 84 항에 있어서, 각각의 상기 엑추에이터는 상기 샤프트의 수직선에 대하여 약 2-5。 사이의 각도로 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 84 항에 있어서, 상기 엑추에이터의 열 팽창은 상기 부재의 상기 제 1 끝 부분을 향하여 상기 샤프트를 변위시키고 이에 의해 상기 부재의 상기 제 2 끝 부분을 이동시키는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 엑추에이터는 딥 리엑티브 이온 에칭에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 변위 가능한 부재는 딥 리엑티브 이온 에칭에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 56 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 3 층 중 적어도 하나는 상기 엑추에이터에 대한 전기 접촉부를 제공하기 위해 한 쌍의 전기 접촉부를 제공하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 89 항에 있어서, 상기 엑추에이터는 상기 전기 접촉부들 사이의 전류 적용시 열적으로 팽창하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 89 항에 있어서, 상기 제 2 층은 고도로 도프처리된 단 결정 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 89 항에 있어서, 상기 전기 접촉부는 상기 제 1 및 제 3 층중 상기 적어도 하나의 외부 표면상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
제 89 항에 있어서, 상기 제 2 층은 절연 구역을 더 형성하여 상기 접촉부들중 하나로부터 상기 접촉부의 나머지로 상기 엑추에이터를 통하여 전기 경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
휠의 속력을 감지하는 휠 속력 센서;

상기 휠 속력 센서로부터 정보를 수용하는 컴퓨터; 그리고

상기 컴퓨터로부터 전기 신호를 수용하도록 된 마이크로밸브로 구성되어 있고,

여기에서, 상기 마이크로밸브는, 제 1, 제 2, 제 3 층으로 구성되어 있고;

상기 제 1 층은 유체 소스로부터 유체를 수용하는 제 1 포트를 형성하고;

상기 제 1 및 제 2 층중 하나는, 휠로부터의 유체를 배송 및/또는 수용하기위한 제 2 포트를 형성하고;

상기 제 2 층은 개방 및 폐쇄 위치 사이의 소정 위치로 변위 가능한 제 1 부재 및 평면을 형성하고, 상기 컴퓨터로부터의 신호에 응답하고 상기 제 1 포트에 대하여 상기 평면에 평행한 개방 및 폐쇄 위치를 포함하고; 그리고

상기 제 2 층은 상기 컴퓨터로부터의 신호에 응답하고 상기 제 2 포트에 관하여 개방 및 폐쇄 위치 사이의 소정 위치에서 상기 평면에서 평행하게 변위 가능한 제 2 부재를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 안티-로크 브레이크 시스템.
제 94 항에 있어서, 상기 제 2 층은, 신호에 응답하여 상기 변위 가능한 제 1 부재를 변위시키기 위한 제 1 엑추에이터, 상기 신호에 응답하여 상기 변위 가능한 제 2 부재를 변위 시키기 위한 제 2 엑추에이터를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 안티-로크 브레이크 시스템.
제 95 항에 있어서, 상기 각각의 제 1 및 제 2 엑추에이터는 전류를 가함에 따라 팽창가능한 열 엑추에이터인 것을 특징으로 하는 안티-로크 브레이크 시스템.
제 94 항에 있어서, 상기 제 1 변위 가능한 부재는 정상적으로 개방 위치에 있고, 상기 변위 가능한 부재는 정상적으로 폐쇄 위치에 있는 것을 특징으로 하는 안티-로크 브레이크 시스템.