JP5320657B2

JP5320657B2 - Bonding substrate and bonding method

Info

Publication number: JP5320657B2
Application number: JP2005272101A
Authority: JP
Inventors: 修中村
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2025-09-20
Also published as: JP2007083436A

Description

本発明は、接合基板及び接合方法に関する。 The present invention relates to a bonding substrate and a bonding method.

近年では、マイクロリアクタと呼ばれる小型反応器が開発・実用化されている。マイクロリアクタは、複数種類の原料や試薬、燃料などの反応物を互いに混合させながら反応させる小型反応器であって、マイクロ領域での化学反応実験、薬品の開発、人工臓器の開発、ゲノム・ＤＮＡ解析ツール、マイクロ流体工学の基礎解析ツールなどに利用されている。マイクロリアクタを用いる化学反応には、ビーカ、フラスコなどを用いた通常の化学反応にはない特徴がある。例えば、反応器全体が小さいため、熱交換率が極めて高く温度制御が効率良く行えるという利点がある。そのため、精密な温度制御を必要とする反応や急激な加熱又は冷却を必要とする反応でも容易に行うことができる。 In recent years, small reactors called microreactors have been developed and put into practical use. A microreactor is a small reactor that reacts multiple types of raw materials, reagents, fuels, and other reactants while mixing them together. Chemical reaction experiments, drug development, artificial organ development, genome / DNA analysis in the micro domain It is used for tools and basic analysis tools for microfluidics. A chemical reaction using a microreactor has characteristics that are not found in a normal chemical reaction using a beaker, a flask, or the like. For example, since the entire reactor is small, there is an advantage that the heat exchange rate is extremely high and temperature control can be performed efficiently. Therefore, a reaction that requires precise temperature control or a reaction that requires rapid heating or cooling can be easily performed.

具体的にマイクロリアクタには、反応物を流動させるチャネル（流路）や反応物同士を反応させるリアクタ（反応槽）などが形成されている。特許文献１では、所定パターンの溝を形成したシリコン基板とガラス製のパイレックス（登録商標）基板とを互いに貼り合わせた状態で陽極接合し、２枚の基板の間の密閉領域にチャネルを形成している。
陽極接合とは、高温環境下（例えば、３００℃〜４００℃）で高電圧を印加してガラス基板内に電界を発生させ、ガラス基板とシリコン基板の界面で原子間結合させる接合技術であるが、大気中でも基板の接合を行えることなどから、基板の接合技術においては特に優れた技術とされている。
特開２００１−２２８１５９号公報（段落番号００１８〜００１９参照） Specifically, a microreactor is formed with a channel (flow path) for allowing reactants to flow, a reactor (reaction tank) for causing reactants to react with each other, and the like. In Patent Document 1, a silicon substrate on which a groove having a predetermined pattern is formed and a glass Pyrex (registered trademark) substrate are bonded together, and a channel is formed in a sealed region between the two substrates. ing.
The anodic bonding is a bonding technique in which an electric field is generated in a glass substrate by applying a high voltage in a high temperature environment (for example, 300 ° C. to 400 ° C.), and atoms are bonded at the interface between the glass substrate and the silicon substrate. Since the substrate can be bonded even in the atmosphere, the substrate bonding technique is considered to be particularly excellent.
JP 2001-228159 A (see paragraphs 0018 to 0019)

しかしながら、この陽極接合は、ガラス基板とシリコン基板を接合する技術であるので、金属間をそのまま接合することはできなかった。 However, since this anodic bonding is a technique for bonding a glass substrate and a silicon substrate, the metals cannot be bonded as they are.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、金属間でも確実に陽極接合にて接合することのできる接合基板及び接合方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a bonding substrate and a bonding method capable of reliably bonding even between metals by anodic bonding.

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、第一の金属基板と、
前記第一の金属基板の一方の面に形成され、金属に比べて抵抗率の高い電気伝導性膜と、
前記電気伝導性膜の上に積層され、アルカリ金属イオン又は銀イオンの可動イオンを含む前記電気伝導性膜に比べて抵抗率の高い絶縁性のガラス膜と、
前記絶縁性のガラス膜の上に陽極接合された第二の金属基板と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the invention of claim 1 includes a first metal substrate,
An electrically conductive film formed on one surface of the first metal substrate and having a higher resistivity than the metal;
An insulating glass film having a higher resistivity than the electrically conductive film, which is laminated on the electrically conductive film and contains movable ions of alkali metal ions or silver ions;
And a second metal substrate anodically bonded on the insulating glass film.

好ましくは、前記第一の金属基板における前記第二の金属基板側の面、及び／又は、第二の金属基板における前記第一の金属基板側の面に溝を形成することによって、流路が構成されている。
好ましくは、前記第1の金属基板における前記第二の金属基板側の面又は前記第二の金属基板における前記第1の金属基板側の面のうち少なくとも一方に溝が形成されている。
好ましくは、前記電気伝導性膜は、酸化物である。
好ましくは、前記電気伝導性膜は、アモルファス状の構造を有している。
好ましくは、前記電気伝導性膜は、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系材料から構成されている。
好ましくは、前記可動イオンとしてのアルカリ金属イオンはＮａ又はＬｉのイオンである。
好ましくは、マイクロリアクタの一部を構成する。 Preferably, the flow path is formed by forming a groove on the surface of the first metal substrate on the second metal substrate side and / or on the surface of the second metal substrate on the first metal substrate side. It is configured.
Preferably, a groove is formed on at least one of the surface on the second metal substrate side of the first metal substrate or the surface on the first metal substrate side of the second metal substrate.
Preferably, the electrically conductive film is an oxide.
Preferably, the electrically conductive film has an amorphous structure.
Preferably, the electrically conductive film is made of a Ta—Si—O-based material.
Preferably, the alkali metal ion as the mobile ion is an ion of Na or Li.
Preferably, it forms part of a microreactor.

請求項９の発明は、一方の面側に金属に比べて抵抗率の高い電気伝導性膜と、前記電気伝導性膜の上に、アルカリ金属イオン又は銀イオンの可動イオンを含む前記電気伝導性膜に比べて抵抗率の高い絶縁性のガラス膜とが成膜された第一の金属基板を準備する工程と、第二の金属基板を準備する工程と、前記第一の金属基板上の前記絶縁膜と第二の金属基板とを互いに当接させる工程と、前記第一の金属基板と前記第二の金属基板とを陽極接合する工程とを含む。 The invention according to claim 9 is characterized in that an electric conductive film having a higher resistivity than a metal on one surface side, and the electric conductivity containing mobile ions of alkali metal ions or silver ions on the electric conductive film. A step of preparing a first metal substrate on which an insulating glass film having a higher resistivity than the film is formed; a step of preparing a second metal substrate; and the step on the first metal substrate. A step of bringing the insulating film and the second metal substrate into contact with each other, and a step of anodic bonding the first metal substrate and the second metal substrate.

好ましくは、前記第一の金属基板を準備する工程は、前記電気伝導性膜を成膜する工程と、前記電気伝導性膜の前記第一の金属基板と反対側の面に前記絶縁性のガラス膜を成膜する工程と、を含む。
好ましくは、前記第一の金属基板を準備する工程は、前記電気伝導性膜を成膜する工程と、前記電気伝導性膜の前記第一の金属基板と反対側の面に前記絶縁性のガラス膜を成膜する工程と、を含み、前記第二の金属基板を準備する工程は、前記第二の金属基板における前記第一の金属基板側の面に溝を形成する工程を含む。 Preferably, the first step of preparing a metal substrate, a step of forming said electrically conductive film, the insulating glass on a surface thereof opposite to the first metal substrate of the electrically conductive film Forming a film.
Preferably, the first step of preparing a metal substrate, a step of forming said electrically conductive film, the insulating glass on a surface thereof opposite to the first metal substrate of the electrically conductive film Forming the film, and preparing the second metal substrate includes forming a groove on the surface of the second metal substrate on the first metal substrate side.

好ましくは、前記第一の金属基板を準備する工程は、前記第一の金属基板の一方の面側に前記電気伝導性膜を成膜する工程と、前記電気伝導性膜の前記第一の金属基板と反対側の面に前記絶縁性のガラス膜を成膜する工程と、前記第一の金属基板における前記第二の金属基板側の面に溝を形成する工程と、を含む。 Preferably, the first step of preparing a metal substrate, a step of forming the electrically conductive film on one surface side of the first metal substrate, the first metal of the electrically conductive film and a step of forming the insulating glass layer on the surface of the substrate opposite the steps of forming a groove in the second metal substrate-side surface of the first metal substrate.

本発明によれば、第一の金属基板の一方の面に可動イオンを含む絶縁膜を成膜しているので、金属間でも確実に陽極接合にて接合することのできる接合基板及び接合方法を実現することができる。 According to the present invention, since the insulating film containing movable ions is formed on one surface of the first metal substrate, there is provided a bonding substrate and a bonding method capable of reliably bonding even between metals by anodic bonding. Can be realized.

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されないものとする。
［第一の実施の形態］
はじめに本発明に係る基板の接合方法について説明する。図１は、基板の接合方法の一部の工程を説明するための図面であり、(a)、(b)は第一の金属基板１に可動イオンを含む酸化膜３を成膜する工程を示した図面であり、(c)は第一の金属基板１と第二の金属基板４とを陽極接合する図面である。
まず、図１(a)に示すように、第一の金属基板１としてSUS基板等といった金属基板を準備する。第一の金属基板１は、所定の厚みを有しかつ四角形状をなした基板であって、上下両面が平坦でかつ互いに平行となるように形成されている。
第一の金属基板１を準備したら、図１(b)に示すように、第一の金属基板１の下面に、そのほぼ全域を覆うように可動イオンを含む酸化膜３を成膜する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the scope of the invention is not limited to the illustrated examples.
[First embodiment]
First, a method for bonding substrates according to the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining a part of the steps of the substrate bonding method. FIGS. 1A and 1B show a step of forming an oxide film 3 containing movable ions on a first metal substrate 1. FIG. 2C is a drawing in which the first metal substrate 1 and the second metal substrate 4 are anodically bonded.
First, as shown in FIG. 1A, a metal substrate such as a SUS substrate is prepared as the first metal substrate 1. The first metal substrate 1 is a substrate having a predetermined thickness and a quadrangular shape, and is formed such that both upper and lower surfaces are flat and parallel to each other.
When the first metal substrate 1 is prepared, an oxide film 3 containing movable ions is formed on the lower surface of the first metal substrate 1 so as to cover almost the entire area, as shown in FIG.

可動イオンを含む酸化膜３は電気的な絶縁体であれば良い。電気的な絶縁体とは、キャリヤとして電子やホールを持たない物質である。可動イオンはアルカリイオンや銀イオンであり、アルカリイオンとしては、例えばＮａイオン又はＬｉイオンであることが好ましい。特にアルカリイオンを含有したイオン電導性のガラス、特にパイレックス（登録商標）からなる酸化膜が好ましい。パイレックスは、ＳｉＯ_２（８０．６重量％）及びＢ_２Ｏ_３（１１．９重量％）を主成分とし、ＮａＯ_２（４．４重量）を含有するほか少量のＡｌ_２Ｏ_３及びアルカリ土類酸化物を含むガラスからなる。本実施形態ではガラス膜３を使用した場合について述べる。 The oxide film 3 containing movable ions may be an electrical insulator. An electrical insulator is a substance that does not have electrons or holes as carriers. The mobile ions are alkali ions or silver ions, and the alkali ions are preferably Na ions or Li ions, for example. In particular, an ion conductive glass containing alkali ions, particularly an oxide film made of Pyrex (registered trademark) is preferable. Pyrex is mainly composed of SiO ₂ (80.6% by weight) and B ₂ O ₃ (11.9% by weight), contains NaO ₂ (4.4% by weight), and small amounts of Al ₂ O ₃ and alkaline earth. It consists of glass containing oxides. In this embodiment, the case where the glass film 3 is used will be described.

ガラス膜３の成膜方法としては、第一の金属基板１を被膜対象物としてスパッタリング装置にセッティングし、その後、例えばガラス等の可動イオンを含む酸化物をターゲットとしてＡｒガスとＯ_２ガスからなる雰囲気下でスパッタリングを行う。スパッタリング工程では、上記ターゲットにイオンが衝突することによって当該ターゲットからスパッタされた原子や分子が放出され、放出された原子や分子がガラス膜３の下面に衝突し、ガラス膜３が第一の金属基板１の下面に成膜される。このガラス膜３の膜厚は３０００Å〜５０００Åとすることが好ましい。 As a method for forming the glass film 3, the first metal substrate 1 is set as a coating object in a sputtering apparatus, and thereafter, for example, an oxide containing movable ions such as glass is used as a target and is made of Ar gas and O ₂ gas. Sputtering is performed in an atmosphere. In the sputtering process, atoms and molecules sputtered from the target collide with the target, and the emitted atoms and molecules collide with the lower surface of the glass film 3, so that the glass film 3 is the first metal. A film is formed on the lower surface of the substrate 1. The glass film 3 preferably has a thickness of 3000 to 5000 mm.

一方、第二の金属基板４としてSUS等といった金属基板を準備する。第二の金属基板４は、第一の金属基板１と同様に所定の厚みを有しかつ四角形状をなした基板であって、上下両面が平坦でかつ互いに平行となるように形成されている。そして、第一の金属基板１と当接させたときに第一の金属基板１とほぼ合致する大きさを有している。 On the other hand, a metal substrate such as SUS is prepared as the second metal substrate 4. The second metal substrate 4 is a substrate having a predetermined thickness and a quadrangular shape, like the first metal substrate 1, and is formed so that both upper and lower surfaces are flat and parallel to each other. . The first metal substrate 1 has a size that substantially matches the first metal substrate 1 when brought into contact with the first metal substrate 1.

続いて、ガラス膜３を成膜した第一の金属基板１と、第二の金属基板４とを準備したら、図１(c)に示すように、第一の金属基板１の下面（ガラス膜３が成膜された面）と第二の金属基板４の上面とを当接させ、これら第一の金属基板１及び第二の金属基板４を陽極接合装置にセッティングして陽極接合を行う。詳細には、第一の金属基板１及び第二の金属基板４を高温雰囲気に曝露することによりこれらを加熱し、さらにガラス膜３を介在させた状態で第一の金属基板１の上面（ガラス膜３が成膜された面と反対側の面）に陰極を接触させ、かつ、第二の金属基板４の下面（第一の金属基板１との当接面と反対側の面）に陽極を接触させて、第一の金属基板１と第二の金属基板４との間に高電圧を印加する。これにより、ガラス膜３中のＮａ^＋イオンが陰極である第一の金属基板１側へと移動する。その結果、第二の金属基板４側のガラス膜３中の酸素がＯ^２−イオン等の酸素の陰イオンとなり、第一の金属基板１のガラス膜３と第二の金属基板４とが化学結合し、第一の金属基板１と第二の金属基板４とが接合する。 Subsequently, when the first metal substrate 1 on which the glass film 3 is formed and the second metal substrate 4 are prepared, the lower surface (glass film) of the first metal substrate 1 is prepared as shown in FIG. 3) is brought into contact with the upper surface of the second metal substrate 4, and the first metal substrate 1 and the second metal substrate 4 are set in an anodic bonding apparatus to perform anodic bonding. Specifically, the first metal substrate 1 and the second metal substrate 4 are heated by exposing them to a high-temperature atmosphere, and the upper surface (glass) of the first metal substrate 1 with the glass film 3 interposed therebetween. The cathode is brought into contact with the surface opposite to the surface on which the film 3 is formed, and the anode is connected to the lower surface of the second metal substrate 4 (the surface opposite to the contact surface with the first metal substrate 1). And a high voltage is applied between the first metal substrate 1 and the second metal substrate 4. As a result, Na ⁺ ions in the glass film 3 move to the first metal substrate 1 side which is the cathode. As a result, oxygen in the glass film 3 on the second metal substrate 4 side becomes an anion of oxygen such as O ²⁻ ion, and the glass film 3 of the first metal substrate 1 and the second metal substrate 4 are chemically reacted. The first metal substrate 1 and the second metal substrate 4 are bonded to each other.

［第二の実施の形態］
第二の実施の形態では、第一の金属基板１と可動イオンを含む酸化膜（ガラス膜）３との間に、電気伝導性酸化膜２を成膜した場合について説明する。
図２は、基板の接合方法の一部の工程を説明するための図面であり、(a)〜(c)は第一の金属基板１に電気伝導性酸化膜２及び可動イオンを含む酸化膜３を成膜する工程を示した図面であり、(d)は第一の金属基板１と第二の金属基板４とを陽極接合する図面である。
まず、図２(a)に示すように、第一の金属基板１としてSUS基板等といった金属基板を準備する。第一の金属基板１は、所定の厚みを有しかつ四角形状をなした基板であって、上下両面が平坦でかつ互いに平行となるように形成されている。
第一の金属基板１を準備したら、図２(b)に示すように、第一の金属基板１の下面に、そのほぼ全域を覆うように電気伝導性酸化物からなる電気伝導性酸化膜２を成膜する。電気伝導性酸化膜２は、アモルファス状の構造を有していることが好ましい。電気伝導性酸化膜２は一般的に金属より抵抗率が高い材料、例えばＴａとＳｉとＯとを成分元素とする化合物材料（「Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系材料」という。）から構成し、具体的には（Ｔａ_0.7Ｓｉ_0.3）_0.32Ｏ_0.68であることが好ましい。電気伝導性酸化膜２の抵抗率は１０ｋΩ・cm〜２００ｋΩ・cmとする。 [Second Embodiment]
In the second embodiment, a case where an electrically conductive oxide film 2 is formed between the first metal substrate 1 and an oxide film (glass film) 3 containing movable ions will be described.
FIG. 2 is a drawing for explaining a part of the steps of the substrate bonding method, wherein (a) to (c) are an oxide film containing an electrically conductive oxide film 2 and movable ions on the first metal substrate 1. 3 is a drawing showing a step of forming a film 3, and FIG. 4D is a drawing for anodic bonding of the first metal substrate 1 and the second metal substrate 4.
First, as shown in FIG. 2A, a metal substrate such as a SUS substrate is prepared as the first metal substrate 1. The first metal substrate 1 is a substrate having a predetermined thickness and a quadrangular shape, and is formed such that both upper and lower surfaces are flat and parallel to each other.
When the first metal substrate 1 is prepared, as shown in FIG. 2B, an electrically conductive oxide film 2 made of an electrically conductive oxide is formed on the lower surface of the first metal substrate 1 so as to cover almost the entire area. Is deposited. The electrically conductive oxide film 2 preferably has an amorphous structure. The electrically conductive oxide film 2 is generally composed of a material having a higher resistivity than a metal, for example, a compound material containing Ta, Si, and O as component elements (referred to as “Ta—Si—O-based material”). _Specifically , (Ta _0.7 Si _0.3 ) _0.32 O _0.68 is preferable. The resistivity of the electrically conductive oxide film 2 is 10 kΩ · cm to 200 kΩ · cm.

電気伝導性酸化膜２の成膜方法としては、第一の金属基板１を被膜対象物としてスパッタリング装置にセッティングし、その後、Ｔａで形成された板にＳｉを埋め込んだもの（Ｔａ：Ｓｉ＝３：１）をターゲットとしてＡｒガスとＯ_２ガスからなる雰囲気下でスパッタリングを行う。スパッタリング工程では、上記ターゲットにイオンが衝突することによって当該ターゲットからスパッタされた原子や分子が放出され、放出された原子や分子が第一の金属基板１の下面に衝突し、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系材料の電気伝導性酸化膜２が第一の金属基板１の下面に成膜される。電気伝導性酸化膜２の膜厚は１０００Å〜３０００Åとすることが好ましい。 As a method for forming the electrically conductive oxide film 2, the first metal substrate 1 is set as a coating object in a sputtering apparatus, and then Si is embedded in a plate formed of Ta (Ta: Si = 3). 1) is used as a target and sputtering is performed in an atmosphere composed of Ar gas and O ₂ gas. In the sputtering process, the atoms and molecules sputtered from the target collide with the target, and the emitted atoms and molecules collide with the lower surface of the first metal substrate 1, and Ta—Si—O. An electrically conductive oxide film 2 made of a system material is formed on the lower surface of the first metal substrate 1. The thickness of the electrically conductive oxide film 2 is preferably 1000 to 3000 mm.

電気伝導性酸化膜２を成膜したら、図２(c)に示すように、電気伝導性酸化膜２の下面（第一の金属基板１と反対側の面）に、そのほぼ全域を覆うように、可動イオンを含む酸化膜（第二の膜）３を成膜する。可動イオンを含む酸化膜３は電気的な絶縁体であれば良い。電気的な絶縁体とは、キャリヤとして電子やホールを持たない物質である。可動イオンはアルカリイオンや銀イオンであり、アルカリイオンとしては、例えばＮａ又はＬｉであることが好ましい。特にアルカリイオンを含有したイオン電導性のガラス、特にパイレックス（登録商標）からなる酸化膜が好ましい。パイレックスは、ＳｉＯ_２（８０．６重量％）及びＢ_２Ｏ_３（１１．９重量％）を主成分とし、ＮａＯ_２（４．４重量）を含有するほか少量のＡｌ_２Ｏ_３及びアルカリ土類酸化物を含むガラスからなる。本実施形態ではガラス膜３を使用した場合について述べる。 When the electrically conductive oxide film 2 is formed, as shown in FIG. 2 (c), the lower surface of the electrically conductive oxide film 2 (the surface opposite to the first metal substrate 1) is covered almost entirely. Then, an oxide film (second film) 3 containing mobile ions is formed. The oxide film 3 containing movable ions may be an electrical insulator. An electrical insulator is a substance that does not have electrons or holes as carriers. The mobile ions are alkali ions and silver ions, and the alkali ions are preferably, for example, Na or Li. In particular, an ion conductive glass containing alkali ions, particularly an oxide film made of Pyrex (registered trademark) is preferable. Pyrex is mainly composed of SiO ₂ (80.6% by weight) and B ₂ O ₃ (11.9% by weight), contains NaO ₂ (4.4% by weight), and small amounts of Al ₂ O ₃ and alkaline earth. It consists of glass containing oxides. In this embodiment, the case where the glass film 3 is used will be described.

ガラス膜３の成膜方法としては、電気伝導性酸化膜２を被膜対象物としてスパッタリング装置にセッティングし、その後、例えばガラス等の可動イオンを含む酸化物をターゲットとしてＡｒガスとＯ_２ガスからなる雰囲気下でスパッタリングを行う。スパッタリング工程では、上記ターゲットにイオンが衝突することによって当該ターゲットからスパッタされた原子や分子が放出され、放出された原子や分子が電気伝導性酸化膜２の下面に衝突し、ガラス膜３が電気伝導性酸化膜２の下面に成膜される。このガラス膜３の膜厚は３０００Å〜５０００Åとすることが好ましい。 As a method for forming the glass film 3, the electrically conductive oxide film 2 is set as a coating object in a sputtering apparatus, and then, for example, an oxide containing movable ions such as glass is used as a target and is made of Ar gas and O ₂ gas. Sputtering is performed in an atmosphere. In the sputtering process, atoms and molecules sputtered from the target collide with the target, and the emitted atoms and molecules collide with the lower surface of the electroconductive oxide film 2. It is formed on the lower surface of the conductive oxide film 2. The glass film 3 preferably has a thickness of 3000 to 5000 mm.

続いて、電気伝導性酸化膜２及びガラス膜３をそれぞれ成膜した第一の金属基板１と、第二の金属基板４とを準備したら、図２(d)に示すように、第一の金属基板１の下面（ガラス膜３が成膜された面）と第二の金属基板４の上面とを当接させ、これら第一の金属基板１及び第二の金属基板４を陽極接合装置にセッティングして陽極接合を行う。詳細には、第一の金属基板１及び第二の金属基板４を高温雰囲気に曝露することによりこれらを加熱し、さらに電気伝導性酸化膜２及びガラス膜３を介在させた状態で第一の金属基板１の上面（電気伝導性酸化膜２及びガラス膜３が成膜された面と反対側の面）に陰極を接触させ、かつ、第二の金属基板４の下面（第一の金属基板１との当接面と反対側の面）に陽極を接触させて、第一の金属基板１と第二の金属基板４との間に高電圧を印加する。これにより、ガラス膜３中のＮａ^＋イオンが陰極である第一の金属基板１側へと移動する。その結果、第二の金属基板４側のガラス膜３中の酸素がＯ^２−イオン等の酸素の陰イオンとなり、第一の金属基板１のガラス膜３と第二の金属基板４とが化学結合し、第一の金属基板１と第二の金属基板４とが接合する。また、Ｎａ^＋イオンは、ガラス膜３から第一の金属基板１側へと移動するが、その際にＮａ^＋イオンを透過可能な電気伝導性膜２に移動する。なぜなら、電気伝導性酸化膜２はガラス膜３に比べて抵抗率が低いが、第一の金属に比べて抵抗率が高いために膜内部の電界はガラス膜３、電気伝導性酸化膜２、第一の金属基板１の順に小さくなる。したがって、第一の金属基板１側へと移動するＮａ^＋イオンは一部電気伝導性膜２内に移動することができ、第一の金属基板１に電気伝導性酸化膜２を成膜せずにガラス膜３のみ成膜した場合に比べて、第一の金属基板１と電気伝導性酸化膜２との界面におけるＮａ^＋イオンの濃度集中が緩和される。 Subsequently, when the first metal substrate 1 and the second metal substrate 4 on which the electrically conductive oxide film 2 and the glass film 3 are respectively formed are prepared, as shown in FIG. The lower surface of the metal substrate 1 (the surface on which the glass film 3 is formed) and the upper surface of the second metal substrate 4 are brought into contact with each other, and the first metal substrate 1 and the second metal substrate 4 are used as an anodic bonding apparatus. Set and perform anodic bonding. Specifically, the first metal substrate 1 and the second metal substrate 4 are heated by exposing them to a high temperature atmosphere, and the first conductive substrate 2 and the glass film 3 are interposed between the first metal substrate 1 and the second metal substrate 4. The cathode is brought into contact with the upper surface of the metal substrate 1 (the surface opposite to the surface on which the electrically conductive oxide film 2 and the glass film 3 are formed), and the lower surface of the second metal substrate 4 (the first metal substrate). 1 is brought into contact with the first metal substrate 1 and the second metal substrate 4, and a high voltage is applied between the first metal substrate 1 and the second metal substrate 4. As a result, Na ⁺ ions in the glass film 3 move to the first metal substrate 1 side which is the cathode. As a result, oxygen in the glass film 3 on the second metal substrate 4 side becomes an anion of oxygen such as O ²⁻ ion, and the glass film 3 of the first metal substrate 1 and the second metal substrate 4 are chemically reacted. The first metal substrate 1 and the second metal substrate 4 are bonded to each other. Further, Na ⁺ ions move from the glass film 3 to the first metal substrate 1 side, and at that time, move to the electrically conductive film 2 that can transmit Na ⁺ ions. This is because the electrical conductivity oxide film 2 has a lower resistivity than the glass film 3, but because the resistivity is higher than the first metal, the electric field inside the film is the glass film 3, the electrically conductive oxide film 2, The first metal substrate 1 decreases in order. Therefore, a part of Na ⁺ ions moving to the first metal substrate 1 side can move into the electrically conductive film 2 and the electrically conductive oxide film 2 is not formed on the first metal substrate 1. Compared with the case where only the glass film 3 is formed, the concentration concentration of Na ⁺ ions at the interface between the first metal substrate 1 and the electrically conductive oxide film 2 is relaxed.

以上のように、第二の実施の形態によれば、第一の金属基板１に電気伝導性酸化膜２を成膜し、電気伝導性酸化膜２にガラス膜３を成膜して、第一の金属基板１と第二の金属基板４とを陽極接合すると、陽極接合によりガラス膜３中のＮａ^＋イオンがガラス膜３よりも抵抗率の低い電気伝導性酸化膜２中に移動するため、Ｎａ^＋イオンが第一の金属基板１とガラス膜３との界面近傍に集中する現象を避けることができるという効果もある。すなわち、第二の実施の形態によれば、上述のように電気伝導性酸化膜２を成膜することによって、電気伝導性酸化膜２がＮａ^＋イオンの移動の障壁となっていた電界強度の急激な変化を和らげる緩衝膜として作用するため、第一の金属基板１側への濃度集中が緩和される。その結果、電気伝導性酸化膜２が成膜されていない第一の実施の形態に比べて、第一の金属基板１と成膜層との間の密着強度をさらに高めることができる。 As described above, according to the second embodiment, the electrically conductive oxide film 2 is formed on the first metal substrate 1, the glass film 3 is formed on the electrically conductive oxide film 2, and the first When one metal substrate 1 and the second metal substrate 4 are anodically bonded, Na ⁺ ions in the glass film 3 move into the electrically conductive oxide film 2 having a lower resistivity than the glass film 3 by anodic bonding. There is also an effect that a phenomenon in which Na ⁺ ions concentrate near the interface between the first metal substrate 1 and the glass film 3 can be avoided. That is, according to the second embodiment, by forming the electroconductive oxide film 2 as described above, the electric field intensity of which the electroconductive oxide film 2 has been a barrier to Na ⁺ ion migration can be obtained. Since it acts as a buffer film that relieves sudden changes, concentration concentration on the first metal substrate 1 side is relaxed. As a result, compared to the first embodiment in which the electrically conductive oxide film 2 is not formed, the adhesion strength between the first metal substrate 1 and the film formation layer can be further increased.

［第三の実施の形態］
第三の実施の形態では、第二の実施の形態の第二の金属基板４Ａに溝５を形成することによって流路を構成し、マイクロリアクタと呼ばれる微小の反応炉として利用する場合について説明する。
図３は、基板の接合方法の一部の工程を説明するための図面であり、(a)〜(c)は第二の金属基板４Ａに溝５を形成する工程を示した図面であり、(d)は第一の金属基板１と第二の金属基板４Ａとを陽極接合した図面である。
まず、第二の実施の形態と同様の第一の金属基板１を準備し、この第一の金属基板１の下面に第一の実施の形態と同様に電気伝導性酸化膜２及びガラス膜３を順に成膜する。 [Third embodiment]
In the third embodiment, a case will be described in which a flow path is configured by forming the groove 5 in the second metal substrate 4A of the second embodiment and used as a microreactor called a microreactor.
FIG. 3 is a drawing for explaining a part of the steps of the substrate bonding method, and (a) to (c) are drawings showing a step of forming the groove 5 in the second metal substrate 4A. (d) is a drawing in which the first metal substrate 1 and the second metal substrate 4A are anodically bonded.
First, a first metal substrate 1 similar to that of the second embodiment is prepared, and an electrically conductive oxide film 2 and a glass film 3 are formed on the lower surface of the first metal substrate 1 as in the first embodiment. Are sequentially formed.

一方、図３(a)に示すように、第二の実施の形態の第二の金属基板４と同様の第二の金属基板４Ａを準備し、図３(b)に示すように、第二の金属基板４Ａの上面に葛折り状の溝５を形成する。溝５の形成方法としては、第二の金属基板４Ａの上面に対し周知のフォトリソグラフィー、サンドブラスト加工等を適宜施すことによって行う。 On the other hand, as shown in FIG. 3A, a second metal substrate 4A similar to the second metal substrate 4 of the second embodiment is prepared, and as shown in FIG. A twisted groove 5 is formed on the upper surface of the metal substrate 4A. The groove 5 is formed by appropriately performing well-known photolithography, sandblasting or the like on the upper surface of the second metal substrate 4A.

このようにして準備した第一の金属基板１と第二の金属基板４Ａとを、図３(d)に示すように、第一の金属基板１のガラス膜３を成膜した面と、第二の金属基板４Ａの溝５を形成した面とを当接させ、第二の実施の形態と同様に陽極接合装置にセッティングして陽極接合を行う。
接合された第一の金属基板１と第二の金属基板４Ａとは、第一の金属基板１及び第二の金属基板４Ａの溝５で構成された流路内に原料系の流体を流し、この流路を例えば第一の金属基板１の上面（電気伝導性酸化膜２及びガラス膜３が成膜された面と反対側の面）に形成した薄膜ヒータ（図示略）によって加熱することにより、流路内で化学反応を引き起こすことができる。この接合基板は、例えばジメチルエーテルやメタノール等の炭化水素物を改質して水素を抽出するマイクロリアクタとして応用することができる。特に、液体又は固体状の炭化水素物を気化する気化用マイクロリアクタ、炭化水素物を水素に改質する水素改質用マイクロリアクタ、一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去用マイクロリアクタとして用いるのに有効であり、水素を化学反応させて発電する燃料電池の小型化に寄与することができる。 As shown in FIG. 3D, the first metal substrate 1 and the second metal substrate 4A prepared as described above are formed on the surface on which the glass film 3 of the first metal substrate 1 is formed, The surface of the second metal substrate 4A on which the groove 5 is formed is brought into contact, and anodic bonding is performed by setting in the anodic bonding apparatus as in the second embodiment.
The first metal substrate 1 and the second metal substrate 4A that are joined flow the raw material fluid into the flow path that is formed by the grooves 5 of the first metal substrate 1 and the second metal substrate 4A. The channel is heated by, for example, a thin film heater (not shown) formed on the upper surface of the first metal substrate 1 (the surface opposite to the surface on which the electrically conductive oxide film 2 and the glass film 3 are formed). , Can cause a chemical reaction in the flow path. This bonded substrate can be applied as a microreactor for extracting hydrogen by reforming a hydrocarbon such as dimethyl ether or methanol. In particular, it is effective for use as a vaporizing microreactor that vaporizes liquid or solid hydrocarbons, a hydrogen reforming microreactor that reforms hydrocarbons into hydrogen, and a carbon monoxide removing microreactor that removes carbon monoxide. Yes, it can contribute to the miniaturization of a fuel cell that generates electricity by chemically reacting hydrogen.

なお、上記実施の形態では、第二の金属基板４Ａに溝５を形成して流路を構成するとしたが、第一の金属基板１にも同様の溝を形成して第一の金属基板１の溝と第二の金属基板４Ａの溝５とによって流路を構成するようにしても良いし、第一の金属基板１にのみ溝を形成して流路を構成するようにしても良い。 In the above-described embodiment, the grooves 5 are formed in the second metal substrate 4A to form the flow path. However, the first metal substrate 1 is formed by forming similar grooves in the first metal substrate 1 as well. The channel may be constituted by the groove and the groove 5 of the second metal substrate 4A, or the channel may be constituted by forming a groove only in the first metal substrate 1.

第一の実施の形態における基板の接合方法の一部の工程を説明するための図面である。It is drawing for demonstrating the one part process of the bonding | joining method of the board | substrate in 1st embodiment. 第二の実施の形態における基板の接合方法の一部の工程を説明するための図面である。It is drawing for demonstrating the one part process of the bonding | joining method of the board | substrate in 2nd embodiment. 第三の実施の形態における基板の接合方法の一部の工程を説明するための図面である。It is drawing for demonstrating the one part process of the joining method of the board | substrate in 3rd embodiment.

Explanation of symbols

１第一の金属基板
２電気伝導性酸化膜
３ガラス膜
４、４Ａ第二の金属基板
５溝 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st metal substrate 2 Electrically conductive oxide film 3 Glass film 4, 4A Second metal substrate 5 Groove

Claims

A first metal substrate;
An electrically conductive film formed on one surface of the first metal substrate and having a higher resistivity than the metal;
An insulating glass film having a higher resistivity than the electrically conductive film, which is laminated on the electrically conductive film and contains movable ions of alkali metal ions or silver ions;
And a second metal substrate anodically bonded onto the insulating glass film.

By forming a groove on the surface of the first metal substrate on the second metal substrate side and / or on the surface of the second metal substrate on the first metal substrate side, a flow path is configured. The bonded substrate according to claim 1, wherein:

A groove is formed in at least one of the surface on the second metal substrate side of the first metal substrate or the surface on the first metal substrate side of the second metal substrate. Item 3. The bonded substrate according to Item 1 or 2.

The bonding substrate according to claim 1, wherein the electrically conductive film is an oxide.

The said electrically conductive film | membrane has an amorphous structure, The bonded substrate as described in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.

The said electrically conductive film is comprised from the Ta-Si-O type material, The junction board as described in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.

The bonded substrate according to any one of claims 1 to 6, wherein the alkali metal ion as the movable ion is an ion of Na or Li.

The bonded substrate according to any one of claims 1 to 7, wherein the bonded substrate constitutes a part of a microreactor.

An electrically conductive film having a higher resistivity than a metal on one surface side, and a resistivity higher than that of the electrically conductive film containing mobile ions of alkali metal ions or silver ions on the electrically conductive film. Preparing a first metal substrate on which a highly insulating glass film is formed;
Preparing a second metal substrate;
Bringing the insulating film on the first metal substrate and the second metal substrate into contact with each other;
And a step of anodic bonding the first metal substrate and the second metal substrate.

The step of preparing the first metal substrate is opposite to the step of forming the electrically conductive film on one surface side of the first metal substrate and the first metal substrate of the electrically conductive film. The method according to claim 9, further comprising: forming the insulating glass film on a side surface.

The step of preparing the first metal substrate is opposite to the step of forming the electrically conductive film on one surface side of the first metal substrate and the first metal substrate of the electrically conductive film. Forming the insulating glass film on the side surface,
The bonding method according to claim 9, wherein the step of preparing the second metal substrate includes a step of forming a groove on a surface of the second metal substrate on the first metal substrate side.

The step of preparing the first metal substrate is opposite to the step of forming the electrically conductive film on one surface side of the first metal substrate and the first metal substrate of the electrically conductive film. The method includes: forming the insulating glass film on a side surface; and forming a groove on the second metal substrate side surface of the first metal substrate. 9. The joining method according to 9.