JP5179609B2 - 流路構造体及びその製造方法並びに液体吐出ヘッド - Google Patents
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Description
図1は第1実施形態に係る流路構造体の構成を示す断面図である。この流路構造体10は、第1基板20と第2基板30との間に、中空の筒状構造を有するAu(金)構造体40が挟み込まれた構成からなる。第1基板20には第1密着層22と第1Au層26が積層されており、第1Au層26を介してAu構造体40が第1基板20に接合されている。第2基板30についても同様に、第2密着層32と第2Au層36が積層されており、Au構造体40の上端は第2Au層36に接合されている。
図2は第2実施形態に係る流路構造体の構成を示す断面図である。図2中、図1と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
ここでは図2で説明した流路構造体50の製造方法を具体的な実施例によって説明する。
上記の製造方法(工程1〜7)によって得られた貫通流路ウエハ(「流路構造体」に相当)をpH3の塩酸溶液に浸して24時間経過した後に観察したところ、変化なく良好な耐久性であった。
Au層とAu構造体の界面における接着部の比率は以下のように定義した。
実施例1の工程4で得られるものと、同じような構造体を、Siウエハ上にAu-20%Snの共晶メッキにて作製した。この構造体上に実施例1と同様に、密着層を有したSiウエハを約280℃、20MPaにて貼り合わせた。こうして得られたウエハ積層体(貫通流路ウエハ)をpH3の塩酸溶液に24時間浸したところ、腐食が確認された。
実施例1と同様に、Au粒子を用いて貼り合わせ基板を作製した。ただし、密着層として、Ti/Ptの積層物とした(Au層を設けない構成とした)。それ以外は、実施例1とまったく同じ条件にて貼り合わせをした。このときの貼り合せ断面をSEMで調べたところ、接着部の比率が50%未満であった。図4に当該サンプルのSEM観察の例を示した。図示のとおり、接合部の界面付近に空隙が多く、この流路に液体を通過させたところ、微小な漏れが観測され、流路としては不適なものであった。
実施例1と同様にAu粒子を用いて貼り合わせ基板を作製した。ただし、密着層として、Ti(20nm)/Pt(20nm)とした。それ以外はまったく同じ条件にて貼り合わせをした。この貼り合せ材料はハンドリング途中に剥離してしまった。この理由としては、バリア性能のある貴金属がAuと密着層の間にないため、AuがTi層やSi層へ拡散して反応してしまい、界面での密着性が悪くなったと考えられる。
図5は本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を示した断面図である。図5において、図1及び図2で説明した構成と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
本実施形態によれば、耐久性のよいマイクロ流路を得ることができる。
図5では、吐出エネルギー発生素子として圧電素子を用いた例を説明したが、これに代えて、発熱素子や静電アクチュエータなど、他の手段を用いることも可能である。
本発明による流路構造体は、インクジェット用インク以外の液体についても、同様に、耐久性よく流すことができる。また、液体に限らず、気体(ガス)等の流体の流路としても利用することが可能である。
上述の実施形態では、Si基板を用いたが、Si以外の材料の基板についても本発明を適用することができる。
上記の実施形態では、インクジェットヘッドへの適用を例に説明したが、本発明の適用範囲はこの例に限定されない。例えば、CPU(中央演算処理装置)のヒートシンク用流路やマイクロタスなどの流路など、様々な用途における微小な流路構造体に広く適用できる。
上記に詳述した発明の実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書は以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。
Claims (12)
- 第1流路部が形成された第1基板と、
前記第1基板に積層された第1密着層と、
前記第1密着層を介して前記第1基板に積層されたAuを含む第1貴金属層と、
第2流路部が形成された第2基板と、
前記第2基板に積層された第2密着層と、
前記第2密着層を介して前記第2基板に積層されたAuを含む第2貴金属層と、
前記第1貴金属層と前記第2貴金属層との間に配置され、前記第1流路部と前記第2流路部とを連通させる連結流路部となる中空部を有する筒状構造からなる構造体であって、当該構造体の組成としてAuが90%以上であるAu構造体と、
を備えたことを特徴とする流路構造体。 - 前記第1流路部、前記Au構造体の前記中空部及び前記第2流路部からなる液体通過流路が構成されることを特徴とする請求項1に記載の流路構造体。
- 前記Au構造体の組成としてAuが99%以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の流路構造体。
- 前記Au構造体は、Au粒子を用いて成形した後、加熱及び加圧することによって得られたものであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の流路構造体。
- 前記第1基板及び前記第2基板は、Si基板であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の流路構造体。
- 前記第1密着層及び前記第2密着層は、Ti、Ni、Cr、Zrのいずれかを含む層であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の流路構造体。
- 前記第1貴金属層と前記第1密着層の間に、前記第1貴金属層から前記第1密着層へのAuの拡散を抑止するための第1拡散ブロック層が設けられ、
前記第2貴金属層と前記第2密着層の間に、前記第2貴金属層から前記第2密着層へのAuの拡散を抑止するための第2拡散ブロック層が設けられていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の流路構造体。 - 前記第1拡散ブロック層及び前記第2拡散ブロック層は、Pt、Ir、Ruのいずれか、あるいは、これらいずれかの酸化物を含む層であることを特徴とする請求項7に記載の流路構造体。
- 前記筒状構造の軸に沿って前記Au構造体を切断した断面で前記第1貴金属層又は前記第2貴金属層と前記Au構造体との界面を観察したときに、当該断面の視野内における前記界面の全体の長さをL、当該視野内で前記Au構造体が前記第1貴金属層又は前記第2貴金属層と接着している分の長さをL1としたときに、接着部分の比率RをR=(L1/L)×100[%]と定義すると、
前記第1貴金属層と前記Au構造体の界面における接着部分の比率、並びに、前記第2貴金属層と前記Au構造体の界面における接着部分の比率が、ともに50%以上であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の流路構造体。 - 請求項1から9のいずれか1項に記載の流路構造体と、
前記流路構造体によって構成される流路に接続された圧力室と、
前記圧力室内の液を吐出するための吐出口としてのノズルと、
前記圧力室に対応して設けられ、前記ノズルから液滴を吐出させるエネルギーを発生させる吐出エネルギー発生素子と、
を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 第1基板に第1密着層を形成する第1密着層形成工程と、
前記第1基板に前記第1密着層を介して、Auを含む第1貴金属層を積層形成する第1貴金属層形成工程と、
前記第1貴金属層の上に、Au粒子を用いて筒状構造体を形成する筒状構造体形成工程と、
前記第1基板に前記筒状構造体の中空部とつながる第1貫通孔を形成する第1貫通孔形成工程と、
第2基板に第2密着層を形成する第2密着層形成工程と、
前記第2基板に前記第2密着層を介して、Auを含む第2貴金属層を積層形成する第2貴金属層形成工程と、
前記第2基板に前記筒状構造体の中空部とつながる第2貫通孔を形成する第2貫通孔形成工程と、
前記第1密着層及び前記第1貴金属層を介して前記筒状構造体が積層された前記第1基板と、前記第2密着層を介して前記第2貴金属層が積層された前記第2基板とを重ね合わせて、前記第2貴金属層と前記筒状構造体とを接触させ、加熱及び加圧によって前記第1基板と前記第2基板とを接合する接合工程と、
を含み、
前記接合工程により前記筒状構造体が圧縮されてなるAu構造体の中空部を通して前記第1基板の前記第1貫通孔と前記第2基板の前記第2貫通孔とがつながった流路が形成されてなる流路構造体を得ることを特徴とする流路構造体の製造方法。 - 前記第1密着層と前記第1貴金属層の間に前記第1貴金属層から前記第1密着層へのAuの拡散を抑止するための第1拡散ブロック層を、前記第1密着層の形成後、前記第1貴金属層の形成前に、形成する第1拡散ブロック層形成工程と、
前記第2密着層と前記第2貴金属層の間に前記第2貴金属層から前記第2密着層へのAuの拡散を抑止するための第2拡散ブロック層を、前記第2密着層の形成後、前記第2貴金属層の形成前に、形成する第2拡散ブロック層形成工程と、
を有することを特徴とする請求項11に記載の流路構造体の製造方法。
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