JP2011194889A - プリントデバイスにおける接合された回路及びシール - Google Patents

Abstract

【課題】流体が、内部に回路が作製されている層を通って流体室を含む層内に流れ込む流体吐出装置において、簡単な構成で回路層と流体室基板との接合部で流体が漏れることがなく且つ電気部品間に短絡をもたらさないように接合できる流体吐出装置の提供。
【解決手段】流体吐出装置は、下面１１０に流体出口を有する回路層１００と、上面４５に流体入口を有する流体室基板１０と、流体室基板１０を回路層１００の下面１１０に電気的に接続する電気接点１０５と、回路層１００の流体出口と流体室基板の流体入口との間に流体接続を形成するシール８０、９０と、を有する。シール８０、９０及び電気接点１０５は共晶材料から成る。シール８０、９０及び電気接点１０５は、同じ材料から成ってもよい。
【選択図】図１

Description

本願発明は、流体液滴吐出に関する。

流体液滴吐出装置のいくつかの実施態様では、シリコン基板等の基板の内部に、流体ポンプ室（流体室）、充填流路及びノズルが形成されている。プリント動作等において、流体液滴を、ノズルから媒体上に吐出することができる。ノズルは、流体ポンプ室に流体連結されている。流体ポンプ室を、熱アクチュエータ又は圧電アクチュエータ等のトランスデューサによって駆動することができ、流体ポンプ室は、駆動されると、流体液滴がノズルを通して吐出されるようにすることができる。媒体を、流体吐出装置に対して移動させることができる。ノズルからの流体液滴の吐出を、媒体の移動とタイミングを合わせることにより、媒体上の所望の位置に流体液滴を配置することができる。流体吐出装置は、一般に複数のノズルを有し、通常、サイズ及び速度が均一な流体液滴を同じ方向に吐出することにより、媒体上に流体液滴を均一に配置することが望ましい。

米国特許出願公開第２００４／０１１３９９６号明細書 米国特許第６，１６４，７６２号明細書 米国特許第６，４７７，９０１号明細書 米国特許第６，５２７，９０３号明細書 米国特許第７，５３６，７６２号明細書 国際公開第２００８／０５１７８１号 国際公開第２００９／１４２９６０号

流体が、内部に回路が作製されている層を通って流体室を含む層内に流れ込む、流体吐出装置においては、回路層と流体室基板とが接合される。この接合により、回路層の流体出口が流体室基板の流体入口に接続される。更に、流体室基板上のトランスデューサやアクチュエータなどの電気部品が、回路層に電気的に接続される。一つの起こり得る問題は、回路層と流体室基板とを、流体が二つの層の間で漏れることがなく且つ電気部品間に短絡をもたらさないように接合することは、複雑且つ費用がかかる可能性があるということである。

一態様では、流体吐出装置は、下面に流体出口を有する回路層と、上面に流体入口を有する流体室基板と、流体室基板を回路層の下面に電気的に接続する電気接点と、回路層の流体出口と流体室基板の流体入口との間に流体接続を形成するシールと、を備える。シール及び電気接点は共晶材料から成る。

実施態様は、以下の特徴のうちの一つ又は複数を含むことができる。シールは、流体入口を包囲することができる。流体室基板の上面にアクチュエータを配置することができ、電気接点はアクチュエータと電気的に連通することができる。回路層の下面にスタンドオフバンプを配置することができ、それはアクチュエータと接触することができる。アクチュエータは、非作動可能部分を有する圧電材料を含むことができ、スタンドオフバンプは非作動可能部分と接触することができる。アクチュエータはチタン酸ジルコン酸鉛から形成し、スタンドオフバンプは金から形成し、共晶材料はＳｎＡｕとすることができる。共晶材料を、第１材料及び第２材料から形成することができ、スタンドオフバンプを、第１材料から形成して第２材料を含まないようにすることができる。共晶材料は、ＳｎＡｕ、例えば２０：８０ＳｎＡｕとすることができる。回路層は、複数の流体出口を有することができ、流体室基板は、複数の流体入口を有することができ、複数の流体出口及び流体入口の周囲の周縁シールが、回路層と流体室基板との間の空間を装置の外側の環境から気密封止することができる。シール及び電気接点は同じ材料から形成することができる。

別の態様では、流体吐出装置を形成する方法は、下面に流体出口を有する回路層の該下面に、第１材料から成る接触バンプ及びシールバンプを形成する工程と、上面に流体入口を有する流体室基板の該上面に、第２材料から成る接触バンプと第２材料から成るシールバンプとを形成する工程と、回路層の下面の第１材料から成る接触バンプと流体室基板の上面の第２材料から成る接触バンプとを合わせる工程と、回路層の下面の第１材料から成るシールバンプと流体室基板の上面の第２材料から成るシールバンプとを合わせる工程と、流体室基板の接触バンプを加熱して、回路層の下面の接触バンプと流体室基板の上面の接触バンプとの間に共晶結合を形成することにより、電気接点を形成する工程と、流体室基板のシールバンプを加熱して、回路層の下面のシールバンプと流体室基板の上面のシールバンプとの間に共晶結合を形成することにより、シールを形成する工程と、を含む。

実施態様は、以下の特徴のうちの一つ又は複数を含むことができる。第１材料から成るシールバンプ及び第２材料から成るシールバンプの少なくとも一方は、リング形状を有することができる。リング形状は同心の二つのリングを含むことができる。シールは流体入口を包囲することができる。流体室基板の上面にアクチュエータを形成することができ、電気接点をアクチュエータと電気的に接続することができる。回路層の下面にスタンドオフバンプを形成することができ、スタンドオフバンプをアクチュエータと接触させることができる。スタンドオフバンプをアクチュエータと接触させる工程において、スタンドオフバンプを、アクチュエータの圧電材料の非作動可能部分と接触させることができる。圧電材料をチタン酸ジルコン酸鉛から形成し、スタンドオフバンプを金から形成し、共晶結合をＳｎＡｕ共晶結合とすることができる。アクチュエータは圧電材料の層を含むことができ、接触バンプの加熱及びシールバンプの加熱を、圧電材料のキュリー温度を下回る温度で行うことができる。回路層の下面のシールバンプと流体室基板の上面のシールバンプとの間に共晶結合を形成することにより、流体室基板の上面のシールバンプとアクチュエータとの間にスタンドオフ間隔をもたらすことができる。共晶結合を、第１材料及び第２材料から形成することができ、スタンドオフバンプを第１材料から形成して第２材料を含まないようにすることができる。共晶結合は、ＳｎＡｕ共晶結合、例えば２０：８０ＳｎＡｕ共晶結合とすることができる。シール及び電気接点は同じ材料とすることができる。第１材料から成る接触バンプ及びシールバンプ並びに第２材料から成る接触バンプ及びシールバンプの少なくとも一方を、化学機械研磨することができる。

別の態様では、流体吐出装置は、下面に流体出口を有する流体供給基板と、上面に流体入口を有する流体室基板と、流体供給基板の流体出口と流体室基板の流体入口との間に流体接続を形成するシールであって、第１材料及び第２材料の共晶材料から成るシールと、流体供給基板と流体室基板との間のスタンドオフバンプであって、第１の材料は含むが第２の材料は含まないスタンドオフバンプと、を備える。

実施態様は、以下の特徴のうちの一つ又は複数を含むことができる。スタンドオフバンプは、流体室基板に面する流体供給基板の表面に接触することができる。スタンドオフバンプは、流体供給基板の上にある第２材料を含む層、即ちシールを形成する層の一部の開口部において、流体供給基板の表面と接触することができる。スタンドオフバンプは、圧電材料の一部と流体供給基板との間にあってもよい。

本装置の実施態様は、以下の利点のうちの一つ又は複数を有することができる。同じ材料から成る二つの層の間に電気的結合及びシールを形成することにより、製造を簡略化することができる。材料が金属である場合、金属は、低い熱膨張係数を有することができ、したがって、膨張なしに二つの層を接合することができる。金属材料を研磨することができ、それにより、ある領域にわたって均一に付与することが困難な他の接合材料と比較して、均一性を向上させることができる。電気的結合及びシールが同じ材料から構成されるため、全ての接続を同じ温度で行うことができる。電気的結合及びシールを形成するために非腐食性材料を選択することができ、それにより腐食の可能性を低減することができる。腐食が低減することにより、装置の寿命を長くすることができる。シール及び電気的結合の一部を形成するために使用される材料の一つが、溶融温度が接合温度より高い場合、スタンドオフバンプをその材料から形成することができる。スタンドオフバンプを使用して、接合されている二つの層の間の均一な間隔を確実にすることができる。複数の噴射構造を備えた流体液滴吐出装置を構成する二つの層の間の均一性により、複数の噴射構造が均一な特徴を有することができる。シール及び電気接点は互いに同じ材料であることが可能であり、それは、それらの熱膨張係数が一致し、それにより結合を熱応力に対してより頑強にすることができることを意味する。二つの層の間の周縁シールにより、二つの層の間の電気部品を湿気から保護することができる。電気部品を湿気から保護することにより、装置寿命を長くすることができる。製造を更に簡略化するために、周縁シールを電気接点及びシールと同じ材料とすることができる。

本発明の一つ又は複数の実施形態の詳細を、添付図面及び以下の説明において示す。本発明の他の特徴、目的及び利点は、説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかとなろう。

接合する前の集積回路層及びポンプ室基板の側面断面図である。 接合した後の集積回路層及びポンプ室基板の側面断面図である。 装置を形成する工程図である。 集積回路層がポンプ室基板に接合され、集積回路層が透明であるものとして描かれた、プリントヘッドモジュールの部分的な斜視図である。 集積回路層の底面図である。 ポンプ室基板の上面の部分的な平面図である。 接合する前の流体供給基板及びポンプ室基板の側面断面図である。 接合した後の流体供給基板及びポンプ室基板の側面断面図である。 実施態様のうちの任意のものにおけるシールの別の構成を示す。 図９の集積回路層の底面図である。 図９のポンプ室基板の上面図である。

それぞれの図面における同様の参照符号は同様の要素を示す。

インク等のプリント流体が、内部に集積回路が作製されている層を通ってポンプ室を含む層内に流れ込む、一部の多層プリントデバイスにおいては、集積回路層とポンプ室基板とが接合される。この接合により、集積回路層の流体出口がポンプ室基板の流体入口に接続される。更に、ポンプ室基板上のトランスデューサやアクチュエータ等、一部のポンプ室基板上の電気部品が、集積回路層に電気的に接続される。一つの起こり得る問題は、集積回路層とポンプ室基板とを、流体が二つの層の間で漏れることがなく且つ電気部品間に短絡をもたらさないように接合することは、複雑且つ費用がかかる可能性があるということである。処理を簡略化するために、二つの層の間の接合は、接合が電気的接続をもたらすためか又は流体シールをもたらすためかに関らず、同じ材料で成されることが可能である。トランスデューサが、圧電材料、例えばチタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料から形成されるプリントデバイスの場合、接合材料の接合温度は、分極した圧電材料の減極を防止するように圧電材料のキュリー温度を下回ることが可能である。いくつかのタイプの共晶接合材料が所望の接合材料を構成する。

図１に、複数の噴射構造を有する装置内の一つの噴射構造を示す。基板１０、即ちポンプ室基板は、流体を吐出するノズル１５を基板１０の下面２０に有している。ポンプ室２５がノズル１５と流体連通している。また、ポンプ室２５は、基板１０の上面３５近くに位置する充填流路３０とも流体連通している。充填流路３０は、上面３５にある入口４０と流体連通している。任意に、ポンプ室２５及び充填流路３０を膜層４５が覆っている。膜層４５は、基板１０の入口４０に隣接し且つそれと流体連通する開口部５０を有している。

圧電材料の非活性部分６０と、圧電アクチュエータを形成する圧電材料の活性部分６６とが、基板１０の上面３５にある。圧電材料の活性部分６６はポンプ室２５の上部の領域に位置し、圧電アクチュエータの作動によってポンプ室２５が膨張又は収縮するようになっていて、それにより、ポンプ室２５が充填流路３０からの流体で充填されるか、又はノズル１５から流体が吐出される。圧電アクチュエータは、上部導電層と下部導電層との間に挟まれた圧電材料の層の活性部分を含む。基板１０の上面、例えば膜層４５の上か又は膜層の上の圧電層の上に形成された導電トレース７５を含むことができる電気コネクタ構造が、駆動源、例えば集積回路層１００の集積回路からの電気信号を圧電アクチュエータに伝達する。トレース７５を、圧電アクチュエータの上部導電層又は下部導電層と同じ導電層から形成することができ、又は別個に作製された層とすることができる。実施態様によっては、電気コネクタ構造は、シード層及び構造層等、複数の層を含む。シード層を、チタン・タングステン（ＴｉＷ）及び金（Ａｕ）、又はチタン・プラチナ（ＴｉＰｔ）及び金等の材料から形成することができる。ＴｉＷやＴｉＰｔ層の厚さは、５０ｎｍ〜２００ｎｍ、例えば約１００ｎｍであってもよい。Ａｕ層の厚さは、１００ｎｍ〜３００ｎｍ、例えば約２００ｎｍであってもよい。これらの層を、蒸着、例えばスパッタリング等によって付与することができる。金・スズ層等の構造層を、シード層の上にメッキするか又は蒸着することができる。構造層の厚さは、２μｍ〜２０μｍであってもよい。

トレース７５は、コンタクトパッドで終端する。単一の電気コネクタを図示しているが、実施態様によっては、各圧電アクチュエータは、例えば内部電極及び外部電極を含む二重電極構造の場合、一対のトレースを有する。実施態様によっては、圧電アクチュエータの厚さは、導電トレース７５よりも薄く、それにより、圧電アクチュエータの上面と導電トレース７５の上面との間に高さ差８５がある。

また、基板１０の上面３５は、下部シール部８０即ちシールバンプも有している。集積回路層１００即ちＡＳＩＣ層の下面に、対応する上部シール部９０が形成されている。上部シール部９０は、集積回路層１００の流体出口１１５の周囲にある。集積回路層１００に上部シール部９０を形成することに加えて、集積回路層１００の下面１１０には、導電電気接触バンプ１０５が形成されている。電気接触バンプ１０５は、集積回路層１００内の回路、例えば集積回路と電気的に連通している。任意に、集積回路層１００の下面１１０に、スタンドオフバンプ１２０も形成されている。

実施態様によっては、集積回路層１００の導電性材料に直接接触することになる、基板１０の上面３５の導電性材料即ち導電トレース７５と、下部シール部８０即ち下部シールバンプとは、互いに同じ材料である。実施態様によっては、基板１０の上面３５の導電性材料に直接接触することになる、集積回路層１００の下面１１０の導電性材料即ち電気バンプ１０５と、上部シール部９０と、更にスタンドオフバンプ１２０（これは基板１０上の導電性材料に接触しない）とは、互いに同じ材料である。実施態様によっては、集積回路層１００の下面１１０の導電性材料と、基板１０の上面３５の導電性材料とは、組成が異なる。実施態様によっては、導電性材料は金属である。

基板１０の上面３５の材料と、集積回路層１００の下面１１０の材料とは、共晶結合を形成することができる。多くの材料が、共晶結合を形成することができ、上面３５の導電性材料及び下面１１０の導電性材料に対して選択され得る。上面３５の導電性材料は、金（例えば１００％金）であってもよく、下面１１０の導電性材料は、スズ、又はスズ・金混合物（例えば、スズよりも金の量が多い混合物、例えば、８０：２０金・スズ混合物）であってもよい。用いられることができる混合物の他の例として、金及びシリコン、スズ及び銅、スズ及び銀、並びにインジウム及び金、を挙げることができる。集積回路層１００が基板１０と接触することにより、下部シール部８０が上部シール部９０と接触し、電気バンプ１０５が、トレース７５のコンタクトパッド等、導電トレース７５と接触すると、スズ等の一方の材料が、金等の他方の材料内に移動して結合を形成することができる。シール及び結合を形成する他の好適な材料は、銅及び金めっき銅等、共晶結合を形成しない材料であってもよい。結合は内部を流体が流れるシールを形成するので、非腐食性の材料の方が腐食し易い材料よりも長い装置寿命を提供することができる。

結合を形成するために、導電性材料を加熱する必要がある場合もある。金及びスズ・金は、約２８０℃の接合温度で共晶結合を形成することができる。この温度は、約３００℃であるスパッタＰＺＴのキュリー温度を下回るため、スズ・金共晶結合を、ＰＺＴを減極する危険なしに、スパッタＰＺＴと共に使用することができる。スズ・金共晶結合は、約３８０℃等のより高い温度まで加熱されなければ、リフローしない。したがって、装置を製造するために追加の加熱ステップが必要である場合、その加熱ステップが共晶結合リフロー温度を下回る限り、装置を、共晶結合又はシールのいずれをも破壊及び損傷することなく加熱することができる。バルクＰＺＴのキュリー温度は約２００℃である可能性があり、接合温度がより低い他の接合材料をバルクＰＺＴと共に用いることにより減極を防止することができる。

図２に、基板と集積回路層とが接合された後の接合アセンブリを示す。接合後の導電層は、導電層に圧力又は熱のいずれかが加えられたために、電気接点２０５及びシール２８０を形成している。シールには、液体が出口から入口に流れるための開口部が貫通している。実施態様によっては、シールは環状である。良好な結合を確保するために、基板及び集積回路層を互いに押し付けながら、加熱及び接合を行うことができる。多くの噴射構造にわたって、基板と集積回路との間に一貫した間隔があることが望ましい。また、シールを形成する材料が集積回路層１００の流体出口１１５や基板１０の入口４０を制限するほどには縮まないことを確実にすることが望ましい。スタンドオフバンプ１２０は、集積回路層１００と基板１０との間にスペーサを提供することができる。実施態様によっては、スペーサバンプ材料は、シール及び電気バンプの接合温度より融点が高い材料である。スペーサバンプは、接合温度では溶融しないので、アセンブリが接合される時に変形しない。したがって、複数のスペーサバンプが、複数の噴射構造を含むアセンブリにわたって一貫し且つ均一な間隔を維持することができる。

実施態様によっては、スタンドオフバンプ１２０は、圧電材料の非活性部分６０と接触するように配置される。スタンドオフバンプ１２０は、導電性材料ではなく圧電材料自体に接触することができる。スタンドオフバンプ１２０は、圧電材料の非活性部分６０と接触する場合、圧電材料の活性部分６６を妨害せず、したがって噴射を妨害しない。圧電アクチュエータの厚さと下部導電トレース７５の厚さとの高さ差８５（図１参照）により、シールや電気バンプの厚さとシール及び電気バンプを形成する導電層の厚さとの間で高さがどれくらい変形又は変化するかが決まる。

図３に、アセンブリを形成する方法を説明する。各ステップが特定の順序で示されているが、ステップの多くを異なる順序で再配置又は実行することができる。基板の上面に導電層を付与する（ステップ３１０）。実施態様によっては、導電層は、スパッタリング、めっき、蒸着又はこれら方法の組合せによって形成される。この時点で、基板は、内部に形成されたポンプ室、ノズル及び充填流路等の形状を有することができる。基板上に膜がある場合、導電層は膜の上に形成される。基板及び膜がシリコンから形成される場合、半導体プロセス技法を用いて、所望の形状を形成することができ、且つ膜を付与することができる。また、基板は、導電層を形成する前に、少なくとも圧電アクチュエータの圧電材料がその上に形成されている。導電層の厚さは、２μｍ〜２０μｍ、例えば約１０μｍであってもよい。実施態様によっては、導電層の厚さが圧電材料の厚さよりも大きいことにより、上部バンプ及び下部バンプが合わせられ且つスタンドオフバンプがある場合、基板上のバンプと集積回路層上の対応するバンプとが全て接触することが確実になる。そして、導電層をパターニングする（ステップ３２０）。実施態様によっては、マスクを用いて導電層を形成することにより、ステップ３１０及び３２０が統合され、それにより別個のパターニングステップが不要になる。

そして、集積回路層の下面に導電層を形成する（ステップ３３０）。実施態様によっては、導電層は、スパッタリング、めっき、蒸着又はこれらの方法の組合せによって形成される。そして、導電層をパターニングする（ステップ３４０）。基板上の導電層と同様に、マスクを用いて導電層を付与することにより、ステップ３３０及び３４０を統合することができる。導電層の厚さは、１μｍ〜２０μｍ、例えば約５μｍであってもよい。実施態様によっては、集積回路層の下面の導電層は、基板の上面に形成された導電層よりも厚い。圧電層の厚さを３μｍとし且つ基板上の導電層の厚さを５μｍとする場合、スタンドオフ間隔、即ち変形間隔は２μｍである。したがって、最終的なシール及び電気接点の厚さは、二つの導電層の厚さからスタンドオフ間隔を引いた厚さとし得る。

任意に、導電層の一方又は両方を、化学機械研磨等によって研磨する（ステップ３５０）。研磨ステップにより、導電層のバンプが、高さが均一であるか又は接合のために平滑面を有することを確実にすることができる。基板及び集積回路層を、二つの表面の電気バンプが互いに接触し且つ二つの表面の上のシール部分が互いに接触するように、合わせる（ステップ３６０）。そして、アセンブリを加熱する（ステップ３７０）。任意に、アセンブリを合わせる前に、基板又は集積回路層のみを加熱する。且つ任意に、アセンブリを合わせてから、バンプ及びシール部分を共に押し潰すように、基板又は集積回路層の一方又は両方に圧力を加える。

実施態様によっては、シール及び電気的接続を形成することに加えて、導電層の一部を用いて、基板の上面及び集積回路層の下面の周囲に、周縁シールを形成することができる。周縁シールは、シール及び電気的接続と同じ導電層から形成される。周縁シールは、基板と集積回路層との間の空間を気密封止することができる。これにより、湿気が二つの層の間に入って電気部品の寿命を短くすることを防止することができる。更に、腐食から電気部品をより保護するために、二つの層の間の空間を窒素又はヘリウム等の不活性ガスで充填することができる。

図４に、各ポンプ室が流体入口及び流体出口を有している装置の実施態様を示す。複数の噴射構造を図示する。図４では、集積回路層は透けて見えるように図示され、流体入口に接続されている上昇部４０５及び流体出口に接続されている下降部４１０のみが図示されていて、集積回路材料は図示されていない。

図５は、集積回路層１００の底面図であり、周縁シール５０５と共に、電気バンプ１０５、流体連結部９０及びスタンドオフバンプ１２０が図示されている。図５では、圧電アクチュエータに対する上部導電層も図示して他の要素に対するその位置を示しているが、上部導電層は、集積回路層ではなくポンプ室基板の上にある。

図６は、基板層の部分的な上面図であり、電気バンプ即ち導電トレース７５及び流体シール部分８０が図示されている。

図７に示すように、実施態様によっては、流体供給基板７００が集積回路層１００の代りに用いられる。流体供給基板は、流体出口１１５を有しているが、集積回路層１００が有している回路のいずれか又は全てを有してない。流体供給基板７００の底面７１０に、Ａｕ：Ｓｎ、Ａｕ、又はＳｎの層等の共晶層を形成することができる材料の層７１５が形成されている。層７１５には、開口部７２５が形成されている。開口部７２５は、基板１０及び流体供給基板７００が合わせられた時に基板１０のポンプ室の真上にはない層に、形成されている。流体供給基板７００の全体に均一な層７１５を付与した後にその層７１５をエッチングすること等により、開口部７２５を形成することができる。均一な層７１５を形成する前か又は形成した後に、流体供給基板７００に流体出口１１５を形成することができる。

基板１０及びその特徴は、上述した基板と同様である。しかしながら、不活性圧電材料７３０等の材料の一部の上にスタンドオフバンプ７２０が形成されている。実施態様によっては、スタンドオフバンプ７２０の厚さは、下部シール８０の厚さと同じである。圧電材料の活性部分６６の厚さと下部シール８０の厚さとの間の差７８５により、流体供給基板７００が基板１０と合わせられた時且つ共晶結合が発生する前の、層７１５と圧電材料の活性部分６６の上面との間の間隔が決まる。開口部７２５の深さとスタンドオフバンプ７２０の厚さとの差により、流体供給基板７００が基板１０と合わせられた時且つ共晶結合が発生する前の、スタンドオフバンプ７２０の上面と流体供給基板７００の下面７１０との間の間隔７９０が決まる。間隔７９０により、共晶結合が形成される際に下部シール材料８０と層７１５の材料との間に発生する可能性のある流れの量が決まる。共晶結合の後、層７１５と圧電材料の活性部分６６の上面との間の間隔７９５は、差７８５と間隔７９０との差に等しい。

実施態様によっては、スタンドオフバンプ７２０は、層７１５より例えば２μｍだけ厚い。実施態様によっては、層７１５の高さは５μｍ〜７μｍ、例えば５μｍであり、スタンドオフバンプ７２０及びシール８０の高さは７μｍ〜９μｍ、例えば７μｍである。実施態様によっては、圧電層、例えば圧電材料の活性部分６６及び非活性圧電材料７３０の厚さは３μｍである。したがって、圧電材料６６とシール８０との差７８５は４μｍであり、開口部７２５における流体供給基板７００の下面７１０とスタンドオフバンプ７２０の上部との間隔７９０は２μｍである。共晶結合の後、層７１５と圧電材料の活性部分６６の上面との間の間隔は、４μｍと２μｍとの差、即ち２μｍである。

層７１５及び下部シール８０の少なくとも一方を加熱することにより、図８に示すように、基板１０と流体供給基板７００との間に共晶結合が形成される。共晶結合は、本明細書で説明する材料の任意のものとし得る。例えば、共晶結合が金：スズ結合である場合、流体供給基板７００上に形成される層７１５を、金：スズ材料又はスズから形成することができる。この場合、下部シール８０及びスタンドオフバンプは金から形成される。或いは、層７１５を金から形成することができ、下部シール８０及びスタンドオフバンプは、金：スズ材料又はスズから形成される。スタンドオフバンプ７２０は、共晶結合の後で活性圧電材料６６の上部と共晶層７１５との間に隙間、例えば少なくとも２μｍの隙間があるように、十分な高さがあるべきである。

図９、図１０及び図１１に、流体シールの別の実施態様を示す。シールは、流体入口及び流体出口を包囲していて、したがってリング又はドーナツ形状であるが、流体入口又は流体出口の外径を包囲する限り、正方形、楕円形、矩形又は別の形状等、他の何らかの形状とし得る。更に、シールの一方（例えば基板９００上）を、同心の二つ以上のリングとして構成することができる。これにより、二つのリングの間に材料が流れ込む空間８１０が提供される。材料が流れるための空間を設けることにより、流体流路の入口又は出口内や材料が電気的接続と接触する可能性のある領域内などの望ましくない領域に、材料が無制御で流れ込むことを防止することができる。

単一のプリントデバイスに関して、集積回路層とポンプ室基板とを共晶結合させることについて説明した。実施態様によっては、複数の集積回路層を含む第１ウエハ（例えばシリコンウエハ）を、複数のポンプ室基板を含む第２ウエハと位置合せして共晶結合させることにより、複数のプリントデバイスを形成することができる。共晶結合により、複数のプリントデバイスを、個々のダイではなくウエハ全体で同時に作製することができる。例えば、個々のダイの場合では、複数の集積回路層が第１ウエハからそれぞれ分離され、複数のポンプ室基板が第２ウエハからそれぞれ分離され、その後、二つの層が個々に接合される。ウエハ全体での接合により、生産量を増大させることができ、処理中の個々の層に対する損傷を最小限にすることができる。

本発明の多くの実施態様について説明した。しかしながら、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更を行ってもよいことが理解されよう。例えば、実施態様によっては、流体シールに対して電気的接続がない。他の実施態様では、流体シールは接地される。本明細書で説明した特徴の任意のものを、本明細書で説明した実施態様の任意のものと共に用いることができる。それらの特徴は、それらが関連して記載されている実施態様に限定されるようには意図されていない。したがって、他の実施形態が以下の特許請求の範囲内にある。

Claims (30)

1. 下面に流体出口を有する回路層と、
   上面に流体入口を有する流体室基板と、
   前記流体室基板を前記回路層の前記下面に電気的に接続する電気接点と、
   前記回路層の前記流体出口と前記流体室基板の前記流体入口との間に流体接続を形成するシールと、
   を備え、
   前記シール及び前記電気接点は共晶材料から成る、
   流体吐出装置。
2. 前記シールは前記流体入口を包囲する、請求項１に記載の流体吐出装置。
3. 前記流体室基板の前記上面にアクチュエータを更に備え、
   前記電気接点は前記アクチュエータと電気的に連通する、
   請求項１又は２に記載の流体吐出装置。
4. 前記回路層の前記下面にスタンドオフバンプを更に備え、
   前記スタンドオフバンプは前記アクチュエータと接触する、
   請求項３に記載の流体吐出装置。
5. 前記アクチュエータは、非作動可能部分を有する圧電材料を含み、
   前記スタンドオフバンプは、前記非作動可能部分と接触する、
   請求項４に記載の流体吐出装置。
6. 前記アクチュエータはチタン酸ジルコン酸鉛から形成され、
   前記スタンドオフバンプは金から形成され、
   前記共晶材料はＳｎＡｕである、
   請求項４又は５に記載の流体吐出装置。
7. 前記共晶材料は、第１材料及び第２材料から成り、
   前記スタンドオフバンプは、前記第１材料から形成され前記第２材料は含まない、
   請求項４又は５に記載の流体吐出装置。
8. 前記共晶材料はＳｎＡｕである、請求項１乃至５及び７のいずれかに記載の流体吐出装置。
9. 前記共晶材料は２０：８０ＳｎＡｕである、請求項８に記載の流体吐出装置。
10. 前記回路層は複数の流体出口を有し、
    前記流体室基板は、
    複数の流体入口と、
    前記回路層と前記流体室基板との間の空間を当該装置の外側の環境から気密封止する、前記複数の流体出口及び前記複数の流体入口の周囲の周縁シールと、
    を有する、
    請求項１乃至９のいずれかに記載の流体吐出装置。
11. 前記シール及び前記電気接点は同じ材料から形成されている、請求項１乃至１０のいずれかに記載の流体吐出装置。
12. 流体吐出装置を形成する方法であって、
    下面に流体出口を有する回路層の前記下面に、第１材料から成る接触バンプ及びシールバンプを形成する工程と、
    上面に流体入口を有する流体室基板の前記上面に、第２材料から成る接触バンプと前記第２材料から成るシールバンプとを形成する工程と、
    前記回路層の前記下面の前記第１材料から成る前記接触バンプと前記流体室基板の前記上面の前記第２材料から成る前記接触バンプとを合わせる工程と、
    前記回路層の前記下面の前記第１材料から成る前記シールバンプと前記流体室基板の前記上面の前記第２材料から成る前記シールバンプとを合わせる工程と、
    前記流体室基板の前記接触バンプを加熱して、前記回路層の前記下面の前記接触バンプと前記流体室基板の前記上面の前記接触バンプとの間に共晶結合を形成することにより、電気接点を形成する工程と、
    前記流体室基板の前記シールバンプを加熱して、前記回路層の前記下面の前記シールバンプと前記流体室基板の前記上面の前記シールバンプとの間に共晶結合を形成することにより、シールを形成する工程と、
    を含む方法。
13. 前記第１材料から成る前記シールバンプ及び前記第２材料から成る前記シールバンプの少なくとも一方はリング形状である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記リング形状は同心の二つのリングを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記シールは前記流体入口を包囲する、請求項１２乃至１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記流体室基板の前記上面にアクチュエータを形成する工程と、
    前記電気接点を前記アクチュエータと電気的に接続する工程と、
    を更に含む、請求項１２乃至１５のいずれかに記載の方法。
17. 前記回路層の前記下面にスタンドオフバンプを形成する工程と、
    前記スタンドオフバンプを前記アクチュエータに接触させる工程と、
    を更に含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記スタンドオフバンプを前記アクチュエータに接触させる工程において、前記スタンドオフバンプは前記アクチュエータの圧電材料の非作動可能部分と接触させる、請求項１７に記載の方法。
19. 前記アクチュエータはチタン酸ジルコン酸鉛から形成され、
    前記スタンドオフバンプは金から形成され、
    前記共晶結合はＳｎＡｕ共晶結合である、
    請求項１７又は１８に記載の方法。
20. 前記アクチュエータは圧電材料の層を含み、
    前記接触バンプの加熱及び前記シールバンプの加熱は、前記圧電材料のキュリー温度を下回る温度で行われる、
    請求項１６乃至１９のいずれかに記載の方法。
21. 前記回路層の前記下面の前記シールバンプと前記流体室基板の前記上面の前記シールバンプとの間に共晶結合を形成することにより、前記流体室基板の前記上面の前記シールバンプと前記アクチュエータとの間にスタンドオフ間隔がもたらされる、請求項１６乃至２０のいずれかに記載の方法。
22. 前記共晶結合は、第１材料及び第２材料から形成され、
    前記スタンドオフバンプは、前記第１材料から形成され前記第２材料は含まない、
    請求項１７乃至１９のいずれかに記載の方法。
23. 前記共晶結合はＳｎＡｕ共晶結合である、請求項１２乃至１８及び２０乃至２２のいずれかに記載の方法。
24. 前記共晶結合は２０：８０ＳｎＡｕ共晶結合である、請求項２３に記載の方法。
25. 前記シール及び前記電気接点は同じ材料から形成される、請求項１２乃至２４のいずれかに記載の方法。
26. 前記第１材料から成る前記接触バンプ及び前記シールバンプ並びに前記第２材料から成る前記接触バンプ及び前記シールバンプの少なくとも一方を化学機械研磨する工程を更に含む、請求項１２乃至２５のいずれかに記載の方法。
27. 下面に流体出口を有する流体供給基板と、
    上面に流体入口を有する流体室基板と、
    前記流体供給基板の前記流体出口と前記流体室基板の前記流体入口との間に流体接続を形成するシールであって、第１材料及び第２材料の共晶材料から成るシールと、
    前記流体供給基板と前記流体室基板との間のスタンドオフバンプであって、前記第１の材料は含むが前記第２の材料は含まないスタンドオフバンプと、
    を備える流体吐出装置。
28. 前記スタンドオフバンプは、前記流体室基板に面する前記流体供給基板の表面と接触する、請求項２７に記載の流体吐出装置。
29. 前記スタンドオフバンプは、前記流体供給基板の上にある前記第２材料を含む層、即ち前記シールを形成する前記層の一部の開口部において、前記流体供給基板の表面と接触する、請求項２８に記載の流体吐出装置。
30. 前記スタンドオフバンプは、圧電材料の一部と前記流体供給基板との間にある、請求項２７乃至２９のいずれかに記載の流体吐出装置。

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