DE4133897A1 - Verfahren zum verbinden von zwei platten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von zwei Platten durch anodisches Bonden, von denen die eine auf der Verbindungsseite eine Schichtschaltung mit einer Passivie­ rungsschicht und die andere auf ihrer Verbindungsseite eine Glasschicht aufweist. Dabei muß es sich bei der Glasschicht selbstverständlich um eine Schicht aus einem Glas handeln, das anodisch bondfähig ist, d. h. Alkali-Ionen enthält.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art ist der US 33 97 278 zu entnehmen. Insbesondere die Fig. 3 und 4 dieser Druck­ schrift lassen erkennen, daß ein Chip mit einer Leiterbahnen enthaltenden Schichtschaltung auf der Verbindungsseite einer von zwei miteinander zu verbindenden Platten mit einer wei­ teren Platte mit einer Glasschicht dadurch verbunden werden kann, daß die beiden Platten durch anodisches Bonden mitein­ ander verbunden werden, indem an die eine Platte einerseits und an die andere Platte andererseits eine Stromquelle angeschlossen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzei­ gen, mit dem eine Platte mit der Schichtschaltung durch ano­ disches Bonden mit einer weiteren Platte mit einer Glasschicht verbunden werden kann, ohne daß die Schichtschaltung beim Bonden Schaden nimmt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der ein­ gangs angegebenen Art erfindungsgemäß vor dem Verbinden auf die Passivierungsschicht eine elektrische leitende Schicht aufgebracht; und es wird zum Verbinden unter anodischem Bonden eine Stromquelle einerseits an die elektrisch leitende Schicht und andererseits an die Glasschicht angeschlossen.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be­ steht darin, daß infolge der aufgebrachten elektrisch lei­ tenden Schicht die Schichtschaltung auf der einen Platte beim anodischen Bonden vor hohen elektrischen Feldstärken geschützt ist. Derartige Feldstärken sind erforderlich, um das anodische Bonden durchzuführen. Die elektrisch leitende Schicht kann zusätzlich Funktionen des Bausteines übernehmen, zu dem die Platten zusammengesetzt sind.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn bei dem erfindungs­ gemäßen Verfahren für die elektrisch leitende Schicht als Stoff Metalle oder Halbleiter-Werkstoffe verwendet werden, die Sauerstoffverbindungen eingehen. In Frage kommen dafür u. a. Tantal, Titan, Aluminium bzw. Silizium oder Germanium.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Verbinden der einen Leiterplatte mit einer anderen Platte, bei der die Glasschicht von einem elektrisch leitenden Substrat getragen ist, vor dem Aufbringen der Glas­ schicht eine Isolationsschicht auf dem Substrat aufgebracht. Dies ermöglicht es, die elektrische Durchschlagfestigkeit zu erhöhen, wodurch der Bondvorgang aufgrund höherer elektrischer Feldstärke optimiert werden kann. Die Isolationsschicht kann beispielsweise aus Siliziumoxid bestehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ferner dann vorteilhaft, wenn vor dem Verbinden der einen Platte mit einer anderen Platte, die auf ihrer Verbindungsseite mit einer Schicht­ schaltung versehen ist, die Schichtschaltung dieser Platte mit einem Passivierungsüberzug versehen wird, auf dem anschließend eine elektrisch leitende Beschichtung aufgebracht wird; danach wird auf die elektrisch leitende Beschichtung die Glasschicht aufgetragen, und es wird zum Verbinden unter anodischem Bonden die Stromquelle an die elektrisch leitende Schicht und die elektrisch leitende Beschichtung angeschlossen.

Selbstverständlich können auch mehr als zwei Platten entsprechender Ausgestaltung mit dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren miteinander verbunden werden.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Herstellen eines Tintendruckkopfes ge­ sehen, der auf einer von einem Substrat gebildeten Platte Heizwiderstandsschichten mit angeschlossenen Leiterbahnen, auf den Widerstandsschichten eine Isolierschicht und auf den Lei­ terbahnen eine Passivierungsschicht sowie auf der Isolier­ schicht eine Tantalschicht trägt und bei dem die eine Platte auf der die Schichten tragenden Verbindungsseite mit einer Tintenkanalplatte aus Silizium als anderer Platte verbunden ist. Der Aufbau eines solchen Tintendruckkopfes geht aus der EP 02 10 848 A2 als bekannt hervor. Zum Herstellen eines der­ artigen Tintendruckkopfes wird erfindungsgemäß vor dem Verbinden die Tantalschicht auch über die Passivierungsschicht aufgebracht, die Tintenkanalplatte auf ihrer Verbindungsseite mit einer Glasschicht versehen und zum Verbinden unter ano­ dischem Bonden die Stromquelle an die Tantalschicht und an die andere Platte angeschlossen. Damit ist ein Tintendruckkopf gewonnen, dessen plattenförmige Bestandteile fest miteinander verbunden sind, wobei die Verbindung nicht durch Alterung sowie mangelnde Hitzebeständigkeit und Chemikalienbeständig­ keit beeinträchtigt ist. Auch weist die Verbindung keine Fügespalte für einen Kleber auf, wie dies zum Verbinden der entsprechenden Teile eines Tintendruckkopfes nach der EP 02 10 848 A2 der Fall ist.

Zur Erläuterung der Erfindung sind in

Fig. 1 schematisch zwei Platten dargestellt, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander verbunden werden können, und es ist in

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahldruck­ kopfes gezeigt, der unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine Platte 1 aus einem Isolierstoff auf ihrer einen Seite 2 mit einer nur sche­ matisch dargestellten Schichtschaltung 3 versehen, die sowohl als Dickschicht- als auch als Dünnschichtschaltung ausgebil­ det sein kann. Dabei werden unter diesen Schaltungen Schicht­ schaltungen verstanden, wie sie beispielsweise in dem Buch von G. Käs, W. Ackermann, H. Delfs und J. Wilhelm "Schichtelek­ tronik Dickschicht- und Dünnschicht-Technik" 1978, Seiten 29 bis 53 beschrieben sind. Auf die Schichtschaltung 3 ist eine Passivierungsschicht 4 aufgebracht. Auf der Passivierungs­ schicht 4 ist eine elektrisch leitende Schicht 5 aufgebracht, die vorzugsweise aus Tantal, Titan, Aluminium, Silizium oder Germanium besteht.

Eine andere Platte 6 weist eine Glasschicht 7 auf, die im dar­ gestellten Ausführungsbeispiel auf einem elektrisch leitendem Substrat aufgebracht ist.

Zum Verbinden der beiden Platten 1 und 6 durch anodisches Bonden wird an die elektrisch leitende Schicht 5 mit einem Pol 9 eine Stromquelle 10 angeschlossen, deren anderer Pol 11 an das Substrat 8 gelegt ist. Beide Platten 1 und 6 sind selbstverständlich zum Verbinden durch anodisches Bonden - anders als in der Fig. 1 dargestellt - unmittelbar aneinander geführt, so daß die elektrisch leitende Schicht 5 unmittelbar an der Glasschicht 7 der anderen Platte 6 anliegt.

Nach dem anodischen Bonden wird die Verbindung zur Stromquelle 10 entfernt, und es ist eine Baueinheit gewonnen, die aus den beiden fest miteinander verbundenen Platten 1 und 6 besteht.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einen Tintendruckkopf 20, der ein Substrat 21 als eine Platte und ein weiteres Substrat 22 als weitere Platte enthält, die miteinander zu verbinden sind.

Auf dem Substrat 21 ist über eine Zwischenschicht 23 eine Heizwiderstandsschicht 24 für jeden mit dem Tintendruckkopf 20 zu erzeugenden Druckpunkt aufgebracht. Beiderseits jeder Heiz­ widerstandsschicht 24 sind Leiterbahnen 25 und 26 vorhanden, die durch eine durchgehende Passivierungsschicht 27 abgedeckt sind. Als Kavitationsschutz liegt über der Passivierungs­ schicht 27 eine Tantalschicht 29, die an einen Tintenkanal 31 angrenzt.

Der Tintenkanal 31 verläuft in der Fig. 2 waagerecht inner­ halb der anderen Platte 22, die aus Silizium hergestellt ist und in der durch Atzen der Kanal 31 gebildet ist. Die Platte 22 aus Silizium ist an ihrer in der Fig. 2 unteren Seite mit einer Glasschicht 32 vor dem Herstellen der Verbindung der beiden Platten versehen. Zum Verbinden der Platten 21 und 22 durch anodisches Bonden werden die beiden Platten so zusam­ mengefügt, wie es die Fig. 2 zeigt und mit einer Stromquelle 33 in der Weise verbunden, daß deren einer Pol 34 an die Plat­ te 22 geführt und der andere Pol 35 an die nach außen gezogene Tantalschicht 29 geführt ist. Nach erfolgtem Bonden wird auch hier die Stromquelle abgetrennt, und es ist ein Tintendruck­ kopf gewonnen, der beständig gegen Hitze und Chemikalien ist und in seiner Genauigkeit nicht durch Fügespalte beeinflußt ist. Außerdem ist bei seiner Herstellung eine Gefährdung der aus den Widerstandsschichten 24 und den Leiterbahnen 25 und 26 bestehenden Schichtschaltung durch das elektrische Feld beim Bonden durch die durchgezogene Tantalschicht ausgeschlossen worden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Verbinden von zwei Platten durch anodi­ sches Bonden, von denen die eine auf der Verbindungsseite eine Schichtschaltung mit einer Passivierungsschicht und die andere auf ihrer Verbindungsseite eine Glasschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verbinden auf die Passivierungsschicht (4) eine elek­ trisch leitende Schicht (5) aufgebracht wird, und daß zum Verbinden unter anodischem Bonden eine Stromquelle (10) einerseits an die elektrisch leitende Schicht (5) und andererseits an die Glasschicht (7) angeschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die elektrisch leitende Schicht (5) als Werkstoff Metalle oder Halbleiter-Werkstoffe verwendet werden, die Sauerstoff­ verbindungen eingehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verbinden der einen Platte mit einer anderen Platte, bei der die Glasschicht von einem elektrisch leitendem Substrat getragen ist, vor dem Aufbringen der Glasschicht eine Isola­ tionsschicht auf dem Substrat aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verbinden der einen Platte mit einer anderen Platte, die auf ihrer Verbindungsseite mit einer Schichtschaltung versehen ist, die Schichtschaltung dieser Platte mit einem Passivierungsüberzug versehen wird, auf dem anschließend eine elektrisch leitende Beschichtung aufgebracht wird, daß danach auf die elektrisch leitende Beschichtung die Glasschicht aufgetragen wird und daß zum Verbinden unter anodischem Bonden die Stromquelle an die elektrisch leitende Schicht und die elektrisch leitende Beschichtung angeschlossen wird.

5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Herstellen eines Tintendruckkopfes, der auf einer von einem Substrat gebildeten Platte Heizwiderstandsschichten mit angeschlosenen Leiterbahnen, auf den Heizwiderstandsschich­ ten eine Isolierschicht und auf den Leiterbahnen eine Passi­ vierungsschicht sowie auf der Isolierschicht eine Tantal­ schicht trägt und bei dem die eine Platte auf der die Schich­ ten tragenden Verbindungsseite mit einer Tintenkanalplatte aus Silizium als anderer Platte verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verbinden die Tantalschicht (29) auch über der Passi­ vierungsschicht (28) aufgebracht wird, daß die Tintenkanal­ platte (22) auf ihrer Verbindungsseite mit einer Glasschicht (34) versehen wird und daß zum Verbinden unter anodischem Bonden die Stromquelle an die Tantalschicht (29) und an die andere Platte (22) angeschlossen wird.