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公開番号2025036658
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-14
出願番号2024231190,2022518286
出願日2024-12-26,2020-09-18
発明の名称フリーハンギングまたはフリースタンディングのマイクロチャネルを含む微小電気機械システム部品またはマイクロ流体部品
出願人ベルキンビーブイ,BERKIN B.V.
代理人個人
主分類B81B 1/00 20060101AFI20250306BHJP(マイクロ構造技術)
要約【解決手段】本発明は、フリーハンギングまたはフリースタンディングのマイクロチャネル(1)を備える微小電気機械システム(MEMS)部品またはマイクロ流体部品、並びにこのようなマイクロチャネルの製造方法、並びにこのような微小電気機械システム部品またはマイクロ流体部品を備える流量センサ、例えば熱式流量センサまたはコリオリ式流量センサ、圧力センサまたはマルチパラメータセンサ、バルブ、ポンプまたはマイクロヒータに関するものである。MEMS部品は、その利点を維持しながら、チャネル径を大きくすることによって、例えばマイクロコリオリ式質量流量計の流量範囲を拡大し、および/または圧力損失を減少させることを可能にする。
【選択図】図7D
特許請求の範囲【請求項１】
フリーハンギングまたはフリースタンディングのマイクロチャネル（１）を含む微小電気機械システム部品またはマイクロ流体部品であって、
前記チャネル（１）は、実質的に円形の断面を有し、
前記チャネル（１）の直径は、チャネル壁（７）の厚さの１０倍以上であり、
前記チャネル（１）の前記直径は、２０μｍ以上である、
ことを特徴とする、微小電気機械システム部品またはマイクロ流体部品。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記チャネル（１）の前記直径は、５０μｍ以上、例えば１００μｍ以上、例えば２００μｍ以上、例えば５００μｍ以上、例えば１０００μｍ以上である、
請求項１に記載の微小電気機械システム部品またはマイクロ流体部品。
【請求項３】
前記チャネル壁（７）の前記厚さは、１０μｍより小さい、
請求項１または２に記載の微小電気機械システム部品またはマイクロ流体部品。
【請求項４】
請求項１～３のいずれか一項に記載の微小電気機械システム部品またはマイクロ流体部品を含む、流量センサ、例えば熱式流量センサまたはコリオリ式流量センサ；圧力センサ；密度センサ；粘性センサ；マルチパラメータセンサ；バルブ；ポンプ；および／またはマイクロヒータ。
【請求項５】
電気めっき法を用いた、フリーハンギングまたはフリースタンディングのマイクロチャネル（１）の製造方法であって、
導電性または非導電性の電気めっきワイヤ（３４）を準備するステップと、
前記電気めっきワイヤ（３４）が非導電性である場合、前記電気めっきワイヤ（３４）上に導電性コーティング（３５）を形成し、陰極を形成するステップと、
前記電気めっきワイヤ（３４）または前記導電性コーティング（３５）上にチャネル壁（７、３７）を電気めっきするステップと、
前記電気めっきワイヤ（３４）を除去するステップと、
を含む、方法。
【請求項６】
請求項１～３のいずれか一項に記載の微小電気機械システム部品またはマイクロ流体部品に用いられる、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記電気めっきワイヤ（３４）は、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン（ＡＢＳ）または銅で構成されている、
請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記導電性コーティング（３５）は、銀を含む、
請求項５～７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記チャネル壁（７）が、ニッケルまたは銅（３７）を含み、
前記電気めっきするステップが、ニッケルまたは銅の水溶液を使用するニッケルまたは銅の電気めっきセルにおいて実施される、
請求項５～８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記マイクロチャネル（１）は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）部品またはマイクロ流体システムに組み込まれる、
請求項５～９のいずれか一項に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、フリーハンギングまたはフリースタンディングのマイクロチャネルを含む微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）部品またはマイクロ流体部品、ならびにマイクロチャネルの製造方法、およびそのような微小電気機械システム部品を含む、流量センサ、例えば熱センサまたはコリオリ式流量センサ、圧力センサまたはマルチパラメータセンサに関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
発明の背景
先行技術より、マイクロコリオリ式質量流量計（ＭＥＭ）は、２ｇ／ｈさらには４ｇ／ｈの流体流量の計測で知られている。これらのセンサは、いわゆる表面チャネル技術（ＳＣＴ）を用いて製造されており、これにより、様々なサイズおよび形状のフリーハンギングの半円形チャネルを実現することが可能である。
【０００３】
例えば、ＥＰ２０７８９３６Ｂ１には、流量計のためのシステムチップの製造方法が開示されており、ＳｉＮ蒸着ステップおよび部分的なエッチングアウトおよびエッチングによる部分的な露出によって、少なくとも１つの側面で固定され、それ以外は自由であるチューブ構造が実現されるＳｉＮチューブが実現され、そのためにマイクロＳＣＴが使用される単結晶シリコン基板が提供される。チャネルの幅および深さは、スリットの位置と量によって決定される。その結果、チャネルの断面は、上面が平らな部分的に円形のチャネルとなる。このＳＣＴによって、最大チャネル径を３００μｍ程度に制限できる。ＳＣＴでは、スリットを通したシリコンのエッチング時間およびスリットの配列位置が、表面チャネルの形状および大きさを決定するのに重要である。
【０００４】
しかしながら、液体クロマトグラフィーまたは「ラボオンチップ」のような多くのアプリケーションは、マイクロ流体流量計の低容量および低圧損を要求する一方で、より高い流速を使用する。これは、ＳＣＴプロセスで製造された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）部品を用いても実現できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明の目的
本発明の目的は、マイクロ流体流量計の低容量および比較的低い圧力損失を提供しながら、より高い流量を達成できる、フリーハンギングまたはフリースタンディングのマイクロチャネルを含む微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）部品またはマイクロ流体部品、およびそのようなマイクロチャネルの製造方法を提供することにある。
【０００６】
発明の概要
本発明によれば、フリーハンギングまたはフリースタンディングのマイクロチャネルを含む微小電気機械システム部品またはマイクロ流体部品が提供され、チャネルが、実質的に円形の断面を有し、チャネルの直径が、チャネル壁の厚さの１０倍以上、例えば１５倍以上、例えば２０倍以上、例えば２５倍以上、例えば３０倍以上、例えば３５倍以上、例えば５０倍以上、例えば５５倍以上、例えば６０倍以上、例えば６５倍以上、例えば７０倍以上、例えば７５倍以上、例えば８０倍以上、例えば８５倍以上、例えば９０倍以上、例えば１００倍以上などであり、チャネルの直径は、２０μｍ以上であることを特徴とする。上記の比率について選択された下限に応じて、比率の上限は、用途に応じて、１００、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、３５、３０、２５、２０、１５などであり得る。したがって、例えば１０～１００、１５～９０などの比率のような様々な範囲を定義できる。
【０００７】
「フリーハンギング」または「フリースタンディング」とは、製造後、最終チャネルが、例えばまだそこに埋め込まれているのではなく、チャネルが製造された基板、型などの周囲の構造体に接続されていない、または最小限の接続しかないことを意味する。「実質的に円形」とは、例えば（先行技術のような）平坦な上面や（正方形のような）明確に識別できる角がない、比較的高度な円形または回転対称性を示すが、多少の不規則性は許容される。これは、使用される技術、結晶格子および様々な製造プロセスによる不規則性に依存する。したがって、好ましくは、六角形または同様の多角形の形状が丸みを帯びた角を有する場合には、六角形または同様の多角形の形状も考えられる。
【０００８】
上記のＭＥＭＳ部品またはマイクロ流体部品は、その利点（高速、正確、少量、小さなフォームファクタ）を維持しながら、チャネル径を大きくすることによって、例えばマイクロコリオリ式ＭＦＭの流量範囲を拡大し、および／または圧力損失を減少させることを可能にする。
【０００９】
上記のＭＥＭＳ部品またはマイクロ流体部品は、チャネルが平坦な上面および最大チャネル壁厚を有するＳＣＴプロセスとは対照的に、チャネル径が増加するとき圧力に対する感度を低下させる、実質的に円形の断面を有する。これらの両方は、フリーハンギングのチャネルの最大サイズを制限し、チャネルのサイズが増加したときに圧力に対する感度を増加させる。
【００１０】
一実施形態は、前述のＭＥＭＳ部品またはマイクロ流体部品に関し、圧力損失が比較的低く、より高い流量を可能にするために、チャネルの直径は、５μｍ以上、例えば１０μｍ以上、例えば２０μｍ以上、例えば３０μｍ以上、例えば４０μｍ以上、例えば５０μｍ以上、例えば６０μｍ以上、例えば７０μｍ以上、例えば８０μｍ以上、例えば９０μｍ以上、例えば１００μｍ以上、例えば２００μｍ以上、例えば５００μｍ以上、例えば１０００μｍ以上などである。チャネル径の上限は、用途に応じて、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、１０００μｍなどであってよい。したがって、例えば５～１０００μｍ、１０～５００μｍのチャネル径など、様々なチャネル径の範囲を定義できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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