專利名稱：流道結(jié)構(gòu)、制造該流道結(jié)構(gòu)的方法、以及液體噴射頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流道結(jié)構(gòu)、制造該流道結(jié)構(gòu)的方法、以及液體噴射頭，更具體來(lái)說(shuō)，涉及適用于諸如墨水之類的流體通過(guò)的流道的結(jié)構(gòu)、及其制造技木。
背景技術(shù)：
日本專利申請(qǐng)公開第08-168889號(hào)公開了ー種利用Au-Sn(金錫)合金來(lái)接合金屬組件的技術(shù)以及使用該接合技術(shù)制造噴墨打印頭的技術(shù)，并且描述了通過(guò)利用金錫合金的接合技術(shù)接合組件層所制造的結(jié)構(gòu)在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)領(lǐng)域中是公知的。 例如，如果使用通過(guò)上述接合技術(shù)制造的結(jié)構(gòu)來(lái)制造用于噴墨法的墨水流道，則根據(jù)流過(guò)所述流道的墨水溶液的類型，諸如Sn之類的流道成分會(huì)溶解在墨水中，從而破壞了流道結(jié)構(gòu)并導(dǎo)致墨水泄漏等。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述情況提出了本發(fā)明，本發(fā)明的ー個(gè)目的是提供一種耐用性高并且防泄漏的長(zhǎng)期穩(wěn)定的流道結(jié)構(gòu)、一種制造該流道結(jié)構(gòu)的方法、以及包含該流道結(jié)構(gòu)的液體噴射頭。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了ー種流道結(jié)構(gòu)，其包括第一基板，其中設(shè)置有第一流道部分；第一粘合層，其設(shè)置在所述第一基板上；第一貴金屬層，其包含金，并且設(shè)置在第一基板上的第一粘合層上方；第二基板，其中設(shè)置有第二流道部分；第二粘合層，其設(shè)置在所述第二基板上；第二貴金屬層，其包含金，并且設(shè)置在第二基板上的第二粘合層上方；和Au管狀結(jié)構(gòu)，其布置在第一和第二貴金屬層之間，所述第一和第二貴金屬層跨(across)所述Au管狀結(jié)構(gòu)彼此面對(duì)，所述Au管狀結(jié)構(gòu)具有中空部，所述中空部用作連通第一和第二流道部分的連通流道部分，所述Au管狀結(jié)構(gòu)的金含量不低于90原子百分比(at% )。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，流道由順次連通的第一流道部分、Au管狀結(jié)構(gòu)的中空部分(連通流道部分)和第二流道部分形成。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，Au管狀結(jié)構(gòu)和各個(gè)基板之間的粘附度較高，并且能夠形成具有較高耐用性的流道結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，第一流道部分、Au管狀結(jié)構(gòu)的中空部分以及第二流道部分形成了供液體通過(guò)的流道。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，能夠使用該流道結(jié)構(gòu)作為供各種液體通過(guò)的流道，而無(wú)需考慮液體類型(如堿性或酸性液體)。優(yōu)選地，Au管狀結(jié)構(gòu)的金含量不低于99at%?？紤]到液阻等方面，更期望使金含量更高。優(yōu)選地，通過(guò)對(duì)Au粉末進(jìn)行模制成型然后對(duì)模制成型的Au粉末進(jìn)行加熱和壓縮來(lái)制成Au管狀結(jié)構(gòu)。例如，以規(guī)定的模具對(duì)Au粉末進(jìn)行模制成型，然后對(duì)模制成型的Au粉末加熱和加壓，以壓縮模制成型的Au粉末來(lái)獲得Au管狀結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地,所述第一和第二基板中的姆一個(gè)均由娃制成。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，能夠使用半導(dǎo)體制造技術(shù)來(lái)執(zhí)行高精細(xì)度的處理。優(yōu)選地，所述第一和第二粘合層中的每ー個(gè)均包含鈦、鎳、鉻和鋯中的ー種。這些材料適于用作粘合層。優(yōu)選地，流道結(jié)構(gòu)還包括第一擴(kuò)散阻擋層，其布置在第一貴金屬層和第一粘合層之間，用于防止第一貴金屬層的金原子擴(kuò)散進(jìn)入第一粘合層；和第二擴(kuò)散阻擋層，其布置在第二貴金屬層和第二粘合層之間，用于防止第二貴金屬層的金原子擴(kuò)散進(jìn)入第二粘合層。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，通過(guò)將擴(kuò)散阻擋層布置在貴金屬層和粘合層之間，能夠 獲得更高的耐用性。優(yōu)選地，第一和第二擴(kuò)散阻擋層中的每ー個(gè)均包含鉬、銥和釕或者鉬、銥和釕的任意氧化物之一。這些材料適于用作擴(kuò)散阻擋層。優(yōu)選地，在沿著Au管狀結(jié)構(gòu)的中空部分的軸截取的截面中來(lái)觀察Au管狀結(jié)構(gòu)和第一貴金屬層之間的第一交界面以及Au管狀結(jié)構(gòu)和第二貴金屬層之間的第二交界面中的姆ー個(gè)時(shí)，在所述第一和第二交界面中的姆ー個(gè)中，接合(bonded)部分的比例R不低于50%，其中比例R定義為R(% ) = (Ll/L) X 100，其中L是視場(chǎng)內(nèi)截面中第一和第二交界面中每ー個(gè)的整體長(zhǎng)度，LI是Au管狀結(jié)構(gòu)接合至第一和第二貴金屬層中的相應(yīng)ー個(gè)的部分沿視場(chǎng)內(nèi)截面中第一和第二交界面中每ー個(gè)的總長(zhǎng)度。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，能夠形成無(wú)泄漏的穩(wěn)定流道。接合部分的比例R最好不低于60%，并且越高越好。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了ー種液體噴射頭，其包括上述流道結(jié)構(gòu)；壓力室，其構(gòu)造為存儲(chǔ)液體并連通至流道，所述流道由用于將液體提供至壓カ室的流道結(jié)構(gòu)構(gòu)成；噴嘴，其構(gòu)造為用于將壓力室中的液體噴出的噴射ロ ；和噴射能量產(chǎn)生元件，其與壓力室相對(duì)應(yīng)地布置，并且構(gòu)造為產(chǎn)生用于通過(guò)噴嘴噴射液滴的能量。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種制造流道結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括第一粘合層形成步驟，用于在第一基板上形成第一粘合層；第一貴金屬層形成步驟，用于在第一基板上的第一粘合層上方形成第一貴金屬層，所述第一貴金屬層包含金；和Au管狀結(jié)構(gòu)前體形成步驟，用于通過(guò)對(duì)Au粉末進(jìn)行模制成型來(lái)在第一貴金屬層上形成Au管狀結(jié)構(gòu)前體，Au管狀結(jié)構(gòu)前體具有中空部分；第一通孔形成步驟，用于在第一基板中形成第一通孔，所述第一通孔構(gòu)造為連通至Au管狀結(jié)構(gòu)前體的中空部分；第二粘合層形成步驟，用于在第二基板上形成第二粘合層；第二貴金屬層形成步驟，用于在第二基板上的第二粘合層上方形成第二貴金屬層，所述第二貴金屬層包含金；第二通孔形成步驟，用于在第二基板中形成第二通孔，所述第二通孔構(gòu)造為連通至Au管狀結(jié)構(gòu)前體的中空部分；以及接合(bonding)步驟，用于將第一基板和第二基板布置為使得Au管狀結(jié)構(gòu)前體與第二貴金屬層接觸，并且同時(shí)將Au管狀結(jié)構(gòu)前體的中空部分與第二通孔彼此對(duì)準(zhǔn)，然后對(duì)Au管狀結(jié)構(gòu)前體進(jìn)行加熱和壓縮以形成Au管狀結(jié)構(gòu)，所述第一基板和第二基板通過(guò)所述Au管狀結(jié)構(gòu)彼此接合，從而形成具有流道的流道結(jié)構(gòu)，其中第一通孔和第二通孔通過(guò)從Au管狀結(jié)構(gòu)前體的中空部分得到的Au管狀結(jié)構(gòu)的中空部分相連通。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，能夠得到具有高耐用性的優(yōu)良流道結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，該方法還包括處在所述第一粘合層形成步驟和第一貴金屬層形成步驟之間的第一擴(kuò)散阻擋層形成步驟，用于在第一粘合層上方形成第一擴(kuò)散阻擋層，在第一貴金屬層形成步驟中在第一擴(kuò)散阻擋層上形成第一貴金屬層，所述第一擴(kuò)散阻擋層防止金原子從第一貴金屬層擴(kuò)散進(jìn)入第一粘合層；以及處在所述第二粘合層形成步驟和第二貴金屬層形成步驟之間的第二擴(kuò)散阻擋層形成步驟，用于在第二粘合層上方形成第二擴(kuò)散阻擋層，在第二貴金屬層形成步驟中在第二擴(kuò)散阻擋層上形成第二貴金屬層，所述第二擴(kuò)散阻擋層防止金原子從第二貴金屬層擴(kuò)散進(jìn)入第二粘合層。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，能夠更好地改善耐用性。根據(jù)本發(fā)明，利用包含Au管狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，能夠得到耐用性高并且長(zhǎng)期保持無(wú)泄漏等的穩(wěn)定流道。


下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的性質(zhì)及其它目的和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明，各個(gè)附圖中相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同或相似的部件，以及附圖中圖I是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的流道結(jié)構(gòu)的構(gòu)成的剖視圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的流道結(jié)構(gòu)的構(gòu)成的剖視圖；圖3是在根據(jù)本發(fā)明的示例中得到的流道結(jié)構(gòu)中接合部分的剖面圖像；圖4是在對(duì)比示例中得到的流道結(jié)構(gòu)中接合部分的剖面圖像；和圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的噴墨頭的構(gòu)成的剖視圖。
具體實(shí)施例方式第一實(shí)施例圖I是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的流道結(jié)構(gòu)的構(gòu)成的剖視圖。流道結(jié)構(gòu)10包括第一基板20、第二基板30、和Au (金)管狀結(jié)構(gòu)40,其中Au管狀結(jié)構(gòu)40具有管狀形狀，并且設(shè)置在第一基板20和第二基板30之間。第一粘合層22和第一 Au層26布置在第一基板20上，Au管狀結(jié)構(gòu)40的下端通過(guò)第一 Au層26接合至第一基板20。類似地，第二粘合層32和第二 Au層36設(shè)置在第二基板30上，Au管狀結(jié)構(gòu)40的上端通過(guò)第二 Au層36接合至第二基板30。貫穿第一基板20、第一粘合層22和第一 Au層26形成第一通孔28。貫穿第二基板30、第二粘合層32和第二 Au層36形成第二通孔38。第一通孔28和第二通孔38與Au管狀結(jié)構(gòu)40的中空部分42連通。在圖I中，為了繪圖方便，未示出第一通孔28和第二通孔38的中空部分，并且以虛線表示第一通孔28和第二通孔38的側(cè)壁面。第一通孔28用作第一流道部分，第二通孔38用作第二流道部分。第一 Au層26用作第一貴金屬層，第二 Au層36用作第二貴金屬層。第一和第二 Au層26和36具有改善與Au管狀結(jié)構(gòu)40的親合性(接合特性)的效果。只要貴金屬層主要由Au構(gòu)成就可以獲得類似的效果。貴金屬層還可以由鉬(Pt)、銥(Ir)、釕(Ru)等構(gòu)成。優(yōu)選使貴金屬層的Au含量較高，具體來(lái)說(shuō)不低于50原子百分比(at% )。第一基板20和第二基板30優(yōu)選為娃(Si)基板。最好使分別布置在Au層26和36與Si基板20和30之間的第一和第二粘合層22和32中的每ー個(gè)包含鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉻(Cr)和鋯(Zr)中的至少ー種。
Au管狀結(jié)構(gòu)40的金含量?jī)?yōu)選不低于90at %，更優(yōu)選地不低于95at %，進(jìn)ー步優(yōu)選地不低于99at%。這種Au管狀結(jié)構(gòu)40可以通過(guò)燒結(jié)處理制成，例如通過(guò)將Au粉末(例如平均顆粒尺寸為亞微米級(jí)的Au粉末)模制成型為期望的形狀，然后對(duì)模制成型的Au粉末進(jìn)行加熱和壓縮以形成Au固體。Au管狀結(jié)構(gòu)40不限于圓管形狀，也可以是多邊形管形狀。另外，對(duì)于液體流過(guò)的中空部分42的流道的截面形狀沒有特別的限制；可以使用諸如圓形、橢圓形、方形、六邊形或其它多邊形狀等的各種形狀。Au管狀結(jié)構(gòu)40用作連通第一通孔28和第二通孔38的連通流道。通過(guò)圖I所示的結(jié)構(gòu)，第一通孔28、Au管狀結(jié)構(gòu)40的中空部分42、和第二通孔38成直線連通以組成流道，諸如墨水之類的液體可以流過(guò)該流道。盡管圖I中僅示出了ー個(gè)流道，但在第一基板20和第二基板30之間形成了可供液體流經(jīng)的多個(gè)類似的流道。對(duì)于液體流動(dòng)的方向沒有特別的限制，液體可以在圖I中從上向下(從第二通孔38向第一通孔28)流動(dòng)，或者以相反方向流動(dòng)。另外，盡管附圖中未示出，但可以在圖I中 第一基板20的下表面上設(shè)置另一基板(未示出)，在所述另一基板中形成有連通至第一通孔28的流道。類似地，還可以在圖I中第二基板30的上表面上設(shè)置另一基板(未示出)，在所述另一基板中形成有連通至第二通孔38的流道。第二實(shí)施例圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的流道結(jié)構(gòu)的構(gòu)成的剖視圖。在圖2中，以相同的參考標(biāo)號(hào)指示與參照?qǐng)DI描述的組件相同或相似的元件，并且在此省略對(duì)其進(jìn)一歩的說(shuō)明。在圖2所示的流道結(jié)構(gòu)50中，第一擴(kuò)散阻擋層24設(shè)置在第一粘合層22和第一 Au層26之間，第二擴(kuò)散阻擋層34設(shè)置在第二粘合層32和第二 Au層36之間。第一擴(kuò)散阻擋層24具有在進(jìn)行加熱和壓縮處理以形成Au管狀結(jié)構(gòu)40期間，防止Au原子從第一 Au層26擴(kuò)散(移動(dòng))至第一粘合層22中的功能,從而具有改善第一 Au層26和第一粘合層22之間粘合度的效果。類似地，第二擴(kuò)散阻擋層34具有在進(jìn)行加熱和壓縮處理以形成Au管狀結(jié)構(gòu)40期間，防止Au原子從第二 Au層36擴(kuò)散(移動(dòng))至第二粘合層32中的功能，從而具有改善第二 Au層36和第二粘合層32之間粘合度的效果。于是，第一和第二擴(kuò)散阻擋層24和34防止了各層的分離。從反應(yīng)性的角度出發(fā)，優(yōu)選使第一和第二擴(kuò)散阻擋層24和34由貴金屬構(gòu)成。例如，優(yōu)選形成Pt、Ir、Ru及其氧化物中至少ー種的層來(lái)作為第一和第二擴(kuò)散阻擋層24和34。第二實(shí)施例中的流道結(jié)構(gòu)50相比第一實(shí)施例中的流道結(jié)構(gòu)10具有進(jìn)ー步提高了的耐用性。制造流道結(jié)構(gòu)的方法示例I下面對(duì)制造圖2所示流道結(jié)構(gòu)50的方法進(jìn)行說(shuō)明，以作為具體示例。流道結(jié)構(gòu)50通過(guò)如下過(guò)程制造。<步驟1>制備其中預(yù)先形成有流道的層疊晶片基板(由接合在一起的Si晶片組成)。該晶片基板對(duì)應(yīng)于第一基板20。<步驟2>在晶片基板的表面上通過(guò)濺射順次形成Ti層、Pt層和Au層。Ti層對(duì)應(yīng)于第一粘合層22，Pt層對(duì)應(yīng)于第一擴(kuò)散阻擋層24，Au層對(duì)應(yīng)于第一 Au層26。各個(gè)層的厚度如下=Ti為20nm，Pt為lOOnm，Au為20nm。這些層的厚度為示例，本發(fā)明的實(shí)施例可以使用其它厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)。Ti層、Pt層和Au層的疊層用作粘合層，以將Au管狀結(jié)構(gòu)40接合到晶片基板上。由3層的疊層構(gòu)成的粘合層可以被圖案化，并且僅在后續(xù)步驟中將要形成Au管狀結(jié)構(gòu)的部分處形成，或者可以在晶片基板的整個(gè)表面上形成。<步驟3>接下來(lái)，利用抗蝕劑在晶片基板上形成圖案(具體來(lái)說(shuō)是在已經(jīng)形成在晶片基板上的Au層上形成圖案)。將平均顆粒尺寸為0. 3 y m的Au粉末嵌入抗蝕劑圖案中，然后在100°C下執(zhí)行預(yù)燒結(jié)處理并移除抗蝕劑。從而，形成了具有圓管形狀的Au管狀結(jié)構(gòu)前體，其外徑為180iim、內(nèi)徑為120iim,高度為20iim。這里形成的Au管狀結(jié)構(gòu)前體最終成為后續(xù)步驟中的Au管狀結(jié)構(gòu)40?？刮g劑圖案用作將Au粉末成形為三維形狀的Au管狀結(jié)構(gòu)前體的模具，并且按照制造目標(biāo)的結(jié)構(gòu)形狀被圖案化。<步驟4>接下來(lái)，通過(guò)在對(duì)應(yīng)于Au管狀結(jié)構(gòu)前體的中空部分的部分處進(jìn)行干蝕刻來(lái)在晶片基板中開孔，以制造完整流道的ー側(cè)。從而，在晶片基板中形成對(duì)應(yīng)于第一通孔28的孔。在這ー階段，Au管狀結(jié)構(gòu)前體的Au含量不低于99at%。<步驟5>制備要與步驟4中得到的晶片基板接合的另ー個(gè)Si晶片基板(對(duì)應(yīng)于第二基板30)，在這個(gè)第二晶片基板的表面上通過(guò)濺射順次形成Ti層、Pt層和Au層。Ti層對(duì)應(yīng)于第二粘合層32,Pt層對(duì)應(yīng)于第二擴(kuò)散阻擋層34, Au層對(duì)應(yīng)于第二 Au層36。各個(gè)層的厚度如下=Ti為20nm，Pt為lOOnm，Au為20nm。這些層的厚度可以等于步驟2中描述的厚度，或者可以適當(dāng)變化。另外，與步驟2類似，可以僅在對(duì)應(yīng)于Au管狀結(jié)構(gòu)的部分處對(duì)這些層進(jìn)行圖案化，或者可以在Si晶片基板的整個(gè)表面上形成這些層而不進(jìn)行圖案化?！床襟E6>通過(guò)干蝕刻在步驟5中得到的晶片基板中開孔，以形成與第二通孔38對(duì)應(yīng)的開ロ。<步驟7>于是，上述兩個(gè)晶片基板彼此對(duì)準(zhǔn)并疊置，并在300°C的加熱溫度下和50Mpa的施加壓カ下經(jīng)過(guò)I個(gè)小時(shí)的接合處理，從而完成完整的流道晶片組件。通過(guò)加熱和加壓處理，對(duì)Au管狀結(jié)構(gòu)前體進(jìn)行了壓縮，并獲得了圖2所示的Au管狀結(jié)構(gòu)40。例如，高度為20 ii m的Au管狀結(jié)構(gòu)前體通過(guò)加熱和加壓被壓縮為具有大約10 ii m至15 ii m的高度。在接合處理中，示例I中所施加的壓カ為50Mpa，加熱溫度為300°C;優(yōu)選使所施加的壓カ不低于20Mpa且不高于50Mpa，并且加熱溫度不低于200°C且不高于300°C。當(dāng)在這些條件下對(duì)Au管狀結(jié)構(gòu)前體進(jìn)行加熱和壓縮時(shí)，形成Au管狀結(jié)構(gòu)前體的Au粉末的各顆粒接合起來(lái)形成Au固體,而不是Au顆粒的聚集。在上述示例中，在兩個(gè)晶片基板接合在一起之前形成對(duì)應(yīng)于第二通孔38的開ロ ；不過(guò)，并不對(duì)形成(這些)通孔的時(shí)間進(jìn)行特別限定，也可以在兩個(gè)晶片基板接合在一起之后形成該孔，或者使用其中至少ー個(gè)具有預(yù)先形成的孔的各晶片基板來(lái)形成Au管狀結(jié)構(gòu)前體。通過(guò)執(zhí)行上述包括步驟I至I的制造方法，能夠制造具有圖2所示構(gòu)成的流道結(jié)構(gòu)。或者，通過(guò)省略在步驟2和5中形成擴(kuò)散阻擋層(Pt層)的同時(shí)執(zhí)行類似的制造方法，可以制造具有圖I所示構(gòu)成的流道結(jié)構(gòu)。
〈耐用性確定實(shí)驗(yàn)〉將通過(guò)上述包括步驟I至7的制造方法得到的完整流道晶片組件(對(duì)應(yīng)于流道結(jié)構(gòu))浸沒在PH值為3的鹽酸中24小時(shí)并進(jìn)行觀察，可以確認(rèn)該完整流道晶片組件未發(fā)生變化，從而耐用性優(yōu)良。圖3示出了利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察完整流道晶片組件中Au層(貴金屬層)和Au管狀結(jié)構(gòu)之間的接合部分截面的樣本圖像。觀察到Au層和Au管狀結(jié)構(gòu)之間的交界面中的接合部分的比例為60%，接合良好。<接合部分比例的定義>Au層和Au管狀結(jié)構(gòu)之間的交界面中的接合部分的比例定義如下。在沿著Au管狀結(jié)構(gòu)的中空部分的軸的截面中觀察Au管狀結(jié)構(gòu)和Au層之間的接合部分。更具體來(lái)說(shuō)，從液體可以穿過(guò)的一側(cè)來(lái)看Au管狀結(jié)構(gòu)的流道中沒有液體穿過(guò)的平面中的截面，觀察該截面中的任意視場(chǎng)(這里所示的視場(chǎng)的長(zhǎng)度約為IOum)來(lái)測(cè)量總長(zhǎng)度 LI，該總長(zhǎng)度LI是Au管狀結(jié)構(gòu)與Au層接合的部分在沿Au管狀結(jié)構(gòu)和Au層的交界面的方向上的總長(zhǎng)度。接合部分的比例R定義為R(% ) = (Ll/L) X 100，其中L是Au管狀結(jié)構(gòu)和Au層之間的交界面在視場(chǎng)內(nèi)的總長(zhǎng)度。對(duì)于用作供液體流經(jīng)的流道的流道結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，優(yōu)選從防止液體泄漏的角度來(lái)使得在Au管狀結(jié)構(gòu)和Au層之間的接合部分中的任何視場(chǎng)中(無(wú)論觀察哪個(gè)視場(chǎng))，接合部分的比例R不低于50%，更優(yōu)選地不低于60%，進(jìn)ー步優(yōu)選地不低于80 %。對(duì)比示例I通過(guò)鍍共晶Au_20Sn(80wt%的Au和2(^セ％的Sn)在Si晶片上形成與示例I中通過(guò)步驟4得到的形狀相似的結(jié)構(gòu)。然后，與示例I類似地，在約280°C和20MPa下將具有粘合層的另一 Si晶片接合到上述結(jié)構(gòu)上。將所得的晶片層疊體(完整流道晶片組件)浸沒在PH值為3的鹽酸中24小時(shí)后，觀察到有腐蝕情況。對(duì)比示例2制備要被結(jié)合的晶片基板，其具有與示例I類似的由Au粉末制成的結(jié)構(gòu)；然而，將由20nm的Ti層和IOOnm的Pt層組成的疊層(不具有任何Au層)用作各粘合層，除此之夕卜，在與示例I相同的條件下執(zhí)行接合。當(dāng)利用SEM觀察得到的接合體的截面時(shí)，接合部分的比例低于50%。圖4示出了利用SEM觀察的樣本圖像。如圖4所示，在接合部分的交界面附近存在大量空穴，當(dāng)液體流經(jīng)該流道時(shí)，可以觀察到少量泄漏，從而該結(jié)構(gòu)不適用于流道。對(duì)比示例3制備要被接合的晶片基板，其具有與示例I類似的由Au粉末制成的結(jié)構(gòu)；然而，將由20nm的Ti層和20nm的Pt層組成的疊層用作各粘合層，除此之外，在與示例I相同的條件下執(zhí)行接合。在處理期間上述接合的結(jié)構(gòu)發(fā)生了剝離。其原因可能是，Au管狀結(jié)構(gòu)中的Au原子擴(kuò)散到Ti層和Si層中并形成合金，于是由于在Au管狀結(jié)構(gòu)和粘合層之間不存在具有屏障屬性的貴金屬層，使得交界面處的粘合度變差。實(shí)施例中的液體噴射頭的構(gòu)成圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的噴墨頭的構(gòu)成的剖視圖。在圖5中，以相同的參考標(biāo)號(hào)指示與參照?qǐng)DI和圖2描述的構(gòu)成相同或相似的元件，并且在此省略對(duì)其的描述。圖5所示的噴墨頭100包括噴嘴102，其形成墨水噴射ロ ；壓力室(墨水腔)104，其中填充要通過(guò)噴嘴102噴射的墨水；和壓電元件106 (用作噴射能量產(chǎn)生元件)，其與壓力室104相對(duì)應(yīng)地布置。盡管未示出壓電元件106的詳細(xì)構(gòu)成，但壓電元件106由設(shè)置在膜片108上的下部電極、設(shè)置在下部電極上的壓電體、以及設(shè)置在壓電體上的上部電極構(gòu)成。這里，僅例示了對(duì)應(yīng)于一個(gè)噴嘴102的噴射機(jī)構(gòu)，但噴墨頭100具有多個(gè)相似的噴射機(jī)構(gòu)和多個(gè)噴嘴102。在噴墨頭100中形成內(nèi)部流道110，墨水通過(guò)該內(nèi)部流道110提供至壓カ室104。內(nèi)部流道110用作各個(gè)供給通道的限流器部件(最窄部分)，墨水通過(guò)供流通道輸送至壓カ室104。在Si結(jié)構(gòu)120 (下文中稱為下部Si結(jié)構(gòu))中形成內(nèi)部流道110以及連通至內(nèi)部流道110的第一通孔28和壓カ室104。下部Si結(jié)構(gòu)120可以由單個(gè)Si基板構(gòu)成，或者由層疊并接合在一起的多個(gè)Si基板所形成的層疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
另ー Si結(jié)構(gòu)130 (下文中稱為上部Si結(jié)構(gòu))通過(guò)Au管狀結(jié)構(gòu)40接合到下部Si結(jié)構(gòu)120上。上部Si結(jié)構(gòu)130可以由單個(gè)Si基板構(gòu)成，或者由層疊并接合在一起的多個(gè)Si基板所形成的層疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成。下部Si結(jié)構(gòu)120包括與參照?qǐng)DI和圖2描述的第一基板20相對(duì)應(yīng)的組件，并且下部Si結(jié)構(gòu)120形成有與第一通孔28相對(duì)應(yīng)的孔。上部Si結(jié)構(gòu)130包括與參照?qǐng)DI和圖2描述的第二基板30相對(duì)應(yīng)的組件，并且上部Si結(jié)構(gòu)130形成有與第二通孔38相對(duì)應(yīng)的孔。盡管圖5中未示出，但在下部Si結(jié)構(gòu)120上與Au管狀結(jié)構(gòu)40的交界面處，設(shè)置了參照?qǐng)DI描述的第一粘合層22和第一 Au層26，或者設(shè)置了參照?qǐng)D2描述的第一粘合層22、第一擴(kuò)散阻擋層24和第一 Au層26。另外，在上部Si結(jié)構(gòu)130上與Au管狀結(jié)構(gòu)40的交界面處，設(shè)置了參照?qǐng)DI描述的第二粘合層32和第二 Au層36，或者設(shè)置了參照?qǐng)D2描述的第二粘合層32、第二擴(kuò)散阻擋層34和第二 Au層36。于是，本發(fā)明實(shí)施例中的噴墨頭100具有通過(guò)將下部Si結(jié)構(gòu)120、Au管狀結(jié)構(gòu)40和上部Si結(jié)構(gòu)130層疊在一起所形成的結(jié)構(gòu)，其中下部Si結(jié)構(gòu)120包括其中形成有噴嘴102的噴嘴板150。在圖5中，在上部Si結(jié)構(gòu)130的上表面所開的孔132是墨水輸入口，通過(guò)該孔提供墨水。如圖5所示，每個(gè)流道都成直線形成在與基板垂直的向下方向上，在每個(gè)流道中墨水流經(jīng)墨水輸入口 132、第二通孔38、Au管狀結(jié)構(gòu)40的中空部分42和第一通孔28。從墨水輸入口 132進(jìn)入的墨水通過(guò)內(nèi)部流道110提供至壓カ室104。膜片108構(gòu)成了壓カ室104的表面的一部分(圖5中為頂面)。當(dāng)把驅(qū)動(dòng)電壓施加給接合至膜片108的壓電元件106的上部電極(單個(gè)電極)時(shí)，壓電元件106發(fā)生形變，壓カ室104的容積改變，由此產(chǎn)生的壓カ變化導(dǎo)致壓力室104中的墨水通過(guò)噴嘴102噴射。盡管圖5中僅不出了供星流道，但嗔星頭100具有使星水在嗔星頭100內(nèi)部循環(huán)的構(gòu)成，在上部Si結(jié)構(gòu)130的上表面中設(shè)置有用作墨水輸出ロ的孔(未示出)，并且形成有與供給流道類似的包括Au管狀結(jié)構(gòu)的循環(huán)(回收)流道。具體來(lái)說(shuō)，用于墨水回收(循環(huán))的回收流道連通至下部Si結(jié)構(gòu)120中的每個(gè)壓力室104，墨水可以通過(guò)墨水回收系統(tǒng)中的墨水流道循環(huán)至上部Si結(jié)構(gòu)130的墨水輸出口，其中墨水回收系統(tǒng)包括與上述供墨系統(tǒng)類似的Au管狀結(jié)構(gòu)?！幢緦?shí)施例的優(yōu)點(diǎn)〉根據(jù)本實(shí)施例，能夠獲得可以傳送強(qiáng)堿墨水及強(qiáng)酸墨水并且不管所傳送的墨水類型如何都具有高耐用性的微流道。另外，根據(jù)本實(shí)施例，能夠得到在長(zhǎng)期無(wú)漏液的穩(wěn)定流道。<變型例1>對(duì)于噴射能量產(chǎn)生元件，可以使用加熱元件或靜電致動(dòng)器來(lái)代替參照?qǐng)D5描述的實(shí)施例中的壓電元件。<變型例2>還可以將根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的流道結(jié)構(gòu)用于傳送不同于噴墨系統(tǒng)的墨水的液體，并具有同樣良好的耐用性。另外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的流道結(jié)構(gòu)還可以用于傳送諸如氣體之類的流體，而不僅是液體。 〈變型例3>對(duì)于基板，可以使用由Si之外的材料制成的基板來(lái)代替上述實(shí)施例中的Si基板。例如，可以使用由金屬材料(如不銹鋼、鈦、鋁等)或玻璃材料制成的基板。此外，還可以使用由耐熱樹脂制成的基板，所述耐熱樹脂例如是聚酰亞胺(PD、聚苯硫醚(pps)、聚醚酮醚(PEEK)等，或者是帶有額外填充料的這些樹脂之一。<本發(fā)明實(shí)施例的其它應(yīng)用>以上描述了本發(fā)明的實(shí)施例在噴墨頭中的應(yīng)用，但本發(fā)明的應(yīng)用范圍不限于此。例如，本發(fā)明的實(shí)施例可以廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域中的微流道結(jié)構(gòu)，如中央處理單元(CPU)中的散熱流道、微全分析系統(tǒng)(U-TAS)等。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開的具體形式，相反，本發(fā)明涵蓋落入權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的思想和范圍內(nèi)的全部變型、替換構(gòu)造和等同結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.ー種流道結(jié)構(gòu)，包括 第一基板，其中設(shè)置有第一流道部分； 第一粘合層，其設(shè)置在所述第一基板上； 第一貴金屬層，其包含金，并且設(shè)置在所述第一基板上的第一粘合層上方； 第二基板，其中設(shè)置有第二流道部分； 第二粘合層，其設(shè)置在所述第二基板上； 第二貴金屬層，其包含金，并且設(shè)置在所述第二基板上的第二粘合層上方；和 Au管狀結(jié)構(gòu)，其布置在所述第一貴金屬層和所述第二貴金屬層之間，所述第一貴金屬層和所述第二貴金屬層跨所述Au管狀結(jié)構(gòu)彼此面對(duì)，所述Au管狀結(jié)構(gòu)具有中空部，所述中空部用作連通所述第一流道部分和所述第二流道部分的連通流道部分，所述Au管狀結(jié)構(gòu)的金含量不低于90at%。
2.如權(quán)利要求I所述的流道結(jié)構(gòu)，其中所述第一流道部分、所述Au管狀結(jié)構(gòu)的中空部分、以及所述第二流道部分形成供液體通過(guò)的流道。
3.如權(quán)利要求I所述的流道結(jié)構(gòu)，其中所述Au管狀結(jié)構(gòu)的金含量不低于99at%。
4.如權(quán)利要求I所述的流道結(jié)構(gòu)，其中通過(guò)對(duì)Au粉末進(jìn)行模制成型然后對(duì)模制成型的Au粉末進(jìn)行加熱和壓縮來(lái)制成所述Au管狀結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求I所述的流道結(jié)構(gòu)，其中所述第一基板和所述第二基板中的每ー個(gè)均由娃制成。
6.如權(quán)利要求I所述的流道結(jié)構(gòu)，其中所述第一粘合層和所述第二粘合層中的每ー個(gè)均包含鈦、鎳、鉻和錯(cuò)之一。
7.如權(quán)利要求I所述的流道結(jié)構(gòu)，還包括 第一擴(kuò)散阻擋層，其布置在所述第一貴金屬層和所述第一粘合層之間，用于防止金原子從所述第一貴金屬層擴(kuò)散到所述第一粘合層中；和 第二擴(kuò)散阻擋層，其布置在所述第二貴金屬層和所述第二粘合層之間，用于防止金原子從所述第二貴金屬層擴(kuò)散到所述第二粘合層中。
8.如權(quán)利要求7所述的流道結(jié)構(gòu)，其中所述第一擴(kuò)散阻擋層和所述第二擴(kuò)散阻擋層中的每ー個(gè)均包含鉬、銥和釕或者鉬、銥和釕的任意氧化物之一。
9.如權(quán)利要求I所述的流道結(jié)構(gòu)，其中在沿著所述Au管狀結(jié)構(gòu)的中空部分的軸截取的截面中來(lái)觀察所述Au管狀結(jié)構(gòu)和所述第一貴金屬層之間的第一交界面以及所述Au管狀結(jié)構(gòu)和所述第二貴金屬層之間的第二交界面中的每ー個(gè)時(shí)，所述第一交界面和所述第二交界面中每ー個(gè)的接合部分的比例R不低于50%，其中比例R定義為R(%) = (Ll/L) X100,其中L是視場(chǎng)內(nèi)截面中所述第一交界面和所述第二交界面中每ー個(gè)的整體長(zhǎng)度，LI是所述Au管狀結(jié)構(gòu)接合至所述第一貴金屬層和所述第二貴金屬層中的相應(yīng)ー個(gè)的部分沿視場(chǎng)內(nèi)截面中所述第一交界面和所述第二交界面中每ー個(gè)的總長(zhǎng)度。
10.ー種液體噴射頭，包括 如權(quán)利要求I所述的流道結(jié)構(gòu)； 壓カ室，其構(gòu)造為存儲(chǔ)液體并連通至流道，所述流道由用于將液體提供至所述壓カ室的所述流道結(jié)構(gòu)構(gòu)成； 噴嘴，其構(gòu)造為用于將所述壓カ室中的液體噴出的噴射ロ ；和噴射能量產(chǎn)生元件，其與所述壓カ室相對(duì)應(yīng)地布置，并且構(gòu)造為產(chǎn)生用于通過(guò)所述噴嘴噴射液滴的能量。
11.一種制造流道結(jié)構(gòu)的方法，包括 第一粘合層形成步驟，用于在第一基板上形成第一粘合層； 第一貴金屬層形成步驟，用于在所述第一基板上的第一粘合層上方形成第一貴金屬層，所述第一貴金屬層包含金； Au管狀結(jié)構(gòu)前體形成步驟，用于通過(guò)對(duì)Au粉末進(jìn)行模制成型來(lái)在所述第一貴金屬層上形成Au管狀結(jié)構(gòu)前體,所述Au管狀結(jié)構(gòu)前體具有中空部分； 第一通孔形成步驟，用于在所述第一基板中形成第一通孔，所述第一通孔構(gòu)造為連通至所述Au管狀結(jié)構(gòu)前體的中空部分； 第二粘合層形成步驟，用于在第二基板上形成第二粘合層； 第二貴金屬層形成步驟，用于在所述第二基板上的第二粘合層上方形成第二貴金屬層，所述第二貴金屬層包含金； 第二通孔形成步驟，用于在所述第二基板中形成第二通孔，所述第二通孔構(gòu)造為連通至所述Au管狀結(jié)構(gòu)前體的中空部分；以及 接合步驟，其中將所述第一基板和所述第二基板布置為使得所述Au管狀結(jié)構(gòu)前體與所述第二貴金屬層接觸，并且同時(shí)將所述Au管狀結(jié)構(gòu)前體的中空部分與所述第二通孔彼此對(duì)準(zhǔn)，然后對(duì)所述Au管狀結(jié)構(gòu)前體進(jìn)行加熱和壓縮以形成Au管狀結(jié)構(gòu)，所述第一基板和所述第二基板通過(guò)所述Au管狀結(jié)構(gòu)彼此接合，以形成具有流道的流道結(jié)構(gòu)，其中所述第一通孔和所述第二通孔通過(guò)從所述Au管狀結(jié)構(gòu)前體的中空部分得到的Au管狀結(jié)構(gòu)的中空部分相連通。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括 處在所述第一粘合層形成步驟和第一貴金屬層形成步驟之間的第一擴(kuò)散阻擋層形成步驟，用于在所述第一粘合層上方形成第一擴(kuò)散阻擋層，在所述第一貴金屬層形成步驟中在所述第一擴(kuò)散阻擋層上形成所述第一貴金屬層，所述第一擴(kuò)散阻擋層防止金原子從所述第一貴金屬層擴(kuò)散到所述第一粘合層中；以及 處在所述第二粘合層形成步驟和第二貴金屬層形成步驟之間的第二擴(kuò)散阻擋層形成步驟，用于在所述第二粘合層上方形成第二擴(kuò)散阻擋層，在所述第二貴金屬層形成步驟中在所述第二擴(kuò)散阻擋層上形成所述第二貴金屬層，所述第二擴(kuò)散阻擋層防止金原子從所述第二貴金屬層擴(kuò)散到所述第二粘合層中。
全文摘要
本發(fā)明公開了流道結(jié)構(gòu)、制造該流道結(jié)構(gòu)的方法、以及液體噴射頭。該流道結(jié)構(gòu)包括第一基板，其中設(shè)置有第一流道部分；第一粘合層，其設(shè)置在所述第一基板上；第一貴金屬層，其包含金，并且設(shè)置在第一基板上的第一粘合層上方；第二基板，其中設(shè)置有第二流道部分；第二粘合層，其設(shè)置在所述第二基板上；第二貴金屬層，其包含金，并且設(shè)置在第二基板上的第二粘合層上方；和Au管狀結(jié)構(gòu)，其布置在第一和第二貴金屬層之間，所述第一和第二貴金屬層跨所述Au管狀結(jié)構(gòu)彼此面對(duì)，所述Au管狀結(jié)構(gòu)具有中空部，所述中空部用作連通第一和第二流道部分的連通流道部分，所述Au管狀結(jié)構(gòu)的金含量不低于90at％。
文檔編號(hào)B41J2/175GK102649363SQ2012100469
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者向山明博, 藤井隆滿 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社