接合衬底以及使得衬底结合在一起的方法

专利名称：接合衬底以及使得衬底结合在一起的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有多个衬底的接合衬底以及将多个衬底结合在一起的方法。
背景技术：
近年来，被称作微反应器的小尺寸反应器得以研发。所述微反应器是一种小尺寸的反应器，其中诸如原料以及试剂的反应物能够在混合的同时彼此发生化学反应。所述微反应器用于在微观领域、药物研究或人造器官的研发方面实施化学反应试验，或者用作一个基因以及DNA分析工具或一用于微流体工程的基础分析工具。利用微反应器进行的化学反应具有通过大口杯或烧杯所实施的正常化学反应所不具有的特性。例如，当采用微反应器时，其可以小到足以提供一高效的再生器以便于实现反应所需之有效的温控。这样一来，所述微反应器可以使得需要精确温控或快速加热或冷却的反应得以迅速且容易地实施。
具体地说，所述微反应器具有例如反应物得以流过的一个通道以及一个能够使得反应物得以在其中发生反应的反应器。在公开号为No.2001-228159日本专利中，其中形成有一个呈预定图案之凹槽的硅衬底与一注册商标为Pyrex的衬底阳极连接以使得两者层合。一通道随后在所述两衬底之间的一个闭合区域得以形成。其中所述“阳极连接”是一种连接技术，其在高温环境下向衬底施加高电压，在所述衬底之间产生静电吸引，从而使得所述两个衬底在一界面化学结合在一起。所述阳极连接在诸多衬底结合技术中尤为优越，其原因在于无需使用涂层剂并且在大气中即可使得衬底牢固地结合在一起。
一些微反应器具有用于加热一通道的加热装置，以利于在所述反应器中进行的反应。例如，曾设想过通过一个衬底将热传输至一通道，一个与通道图案相对应的阻热薄膜以及由金属制成以向阻热薄膜提供动力的内连接装置可以在一玻璃衬底或类似衬底的前表面的一侧形成(所述表面是指与所述硅衬底相结合之表面相反的面)。在这种情形，当所述玻璃衬底以及硅衬底通过所述阻热薄膜以及内连接装置阳极连接在一起时，电场集中于所述玻璃衬底之前表面靠近所述阻热薄膜以及内连接装置的部分。因此，来自所述玻璃衬底的钠(Na)局部沉积于此。其结果是，钠能够进入阻热薄膜以及/或内连接装置，沉积于所述阻热薄膜上以便于向所述阻热薄膜施加一电压。这些混杂物能够在所述阻热薄膜、内连接装置以及/或其前表面产生良好的间隙以使其粗糙。因而，所述阻热薄膜以及/或内连接薄膜可以由所述玻璃衬底被剥落，或者一金属电极可以由所述阻热薄膜上被剥落。
本发明的优点在于，当一包括钠的玻璃衬底或类似衬底和另一衬底阳极连接时，来自所述衬底的钠无法局部沉积。

发明内容
按照本发明的一方面，其提供了一种接合衬底，所述衬底包括具有一个表面以及相反表面的第一衬底；一个在所述第一衬底之一个表面上形成的缓冲薄膜；一个在所述缓冲薄膜上形成的含有金属的薄膜，所述薄膜较所述缓冲薄膜具有较小的阻尼；以及与所述第一衬底之所述相反表面结合的第二衬底。
据此，在所述第一衬底之所述预定面上形成的所述缓冲薄膜能够阻止为阳极连接所移动的钠到达含有金属的薄膜。具体地说，当所述缓冲薄膜较所述含有金属的薄膜宽时，其就有可能阻止由于阳极连接所产生的电场扩散而导致接近所述含有金属之薄膜的钠移动并聚集。因而，由钠造成的所述含有金属之薄膜的(性能)衰减能够得以预防。
所述第一和第二衬底中的至少一个上可以形成一凹槽。所述第一衬底可以是玻璃衬底。所述第一和第二衬底最好通过阳极连接技术连接在一起。所述含有金属的薄膜在被施加一预定的电压时，其可以是一受加热的部件。
所述缓冲薄膜最好是钽-硅-氧基材料。所述含有金属的薄膜最好由一种钽-硅-氧-氮基材料构成。
所述缓冲薄膜最好具有较高的足以阻止电场在所述含有金属的薄膜中聚集的阻尼。所述含有金属之薄膜的表面阻尼最好是所述缓冲薄膜之表面阻尼的千分之一或更小。
所述接合衬底同样适用于微反应器。所述缓冲薄膜较所述含有金属之薄膜最好具有较大的面积。
按照本发明的另一方面，其提供了一种将多个衬底连接在一起以获得一接合衬底的方法，所述方法包括如下步骤在形成于第一衬底之一个表面上的缓冲薄膜上形成具有预定图案的阻热薄膜；使得所述第一衬底之与形成有所述缓冲薄膜之表面相反的表面抵靠第二衬底；以及施加电压，从而使得第一衬底用作负极，而第二衬底用作正极，并进而使得两者阳极连接在一起。
据此，当所述缓冲薄膜在所述第一衬底之预定的表面上形成之后，所述第一以及第二衬底阳极连接在一起。相应地，所述缓冲薄膜能够阻止为阳极连接所移动的钠到达所述阻热薄膜。具体地说，如果所述缓冲薄膜较所述阻热薄膜上之预定的图案宽，则当一电压施加于阳极和阴极之间时，来自所述阴极的电场扩散并通过所述缓冲薄膜。这就导致所述阴极以及所述阳极之间具有均匀的电场密度。因此，所述电场的分布不会发生偏移。
在上述的接合方法中，所述阻热薄膜为具有多个纵向部分的迂回形状。如果所述每一纵向部分的宽度被定义为LA，所述每一纵向部分的长度被定义为LB，所述相邻两个纵向部分的间隔被定义为LC，所述每一纵向部分的表面阻尼被定义为Sh，并且如果由相邻之纵向部分暴露的所述缓冲薄膜部分的表面阻尼被定义为Sf，则可得到如下的关系式Sh*(LB/LA)*2*100＜Sf*(LC/LB)。
当相邻两个纵向部分的阻尼被表达为Sh*(LB/LA)*2时，则由相邻之纵向部分暴露的所述缓冲薄膜部分的表面阻尼被表达为Sf*(LC/LB)，并且这两个阻尼值满足如下的关系式Sh*(LB/LA)*2*100＜Sf*(LC/LB)，由相邻之纵向部分暴露的所述缓冲薄膜部分的表面阻尼远大于两个纵向部分的阻尼。当电压施加于所述阻热薄膜之两端时，电流未必所述缓冲薄膜，但是有可能流过所述阻热薄膜。
按照本发明的再一方面，其提供了一种将多个衬底连接在一起以得到一接合衬底的方法，所述方法包括如下步骤形成具有预定图案的内连接薄膜，所述薄膜向在所述第一衬底之一个表面上形成的一个阻热薄膜供电；使得所述第一衬底之与形成有所述阻热薄膜之表面相反的表面抵靠第二衬底；以及施加电压，从而使得第一衬底用作负极，而第二衬底用作正极，并进而使得两者阳极连接在一起。
据此，在所述第一衬底之预定表面上形成的阻热薄膜能够阻止为阳极连接所移动的钠到达所述含有金属的薄膜。因此，含有金属之薄膜的衰减能够得以抑制。具体地说，当所述阻热薄膜较所述含有金属的薄膜宽时，由于阳极连接所造成的电场的扩散而带来的靠近所述含有金属的薄膜的钠的移动以及聚集有可能得以抑制。
按照本发明的再一方面，其提供了一种将多个衬底连接在一起以得到一接合衬底的方法，所述方法包括如下步骤在由第一衬底之一个表面上形成的缓冲薄膜上形成阻热薄膜；在所述阻热薄膜上形成具有预定图案的用以向所述阻热薄膜供电的内连接薄膜；使得所述第一衬底之与形成有所述缓冲薄膜之表面相反的表面抵靠第二衬底；以及施加电压，从而使得第一衬底用作负极，而第二衬底用作正极，并进而使得两者阳极连接在一起。
据此，当所述缓冲薄膜在所述第一衬底之一预定的表面上形成之后，所述第一以及第二衬底阳极连接在一起。相应地，所述缓冲薄膜能够阻止为阳极连接所移动的钠到达所述阻热薄膜以及所述内连接薄膜。具体地说，如果所述缓冲薄膜较所述阻热薄膜上之预定的图案宽，则当一电压施加于阳极以及阴极之间时，来自所述阴极的电场扩散并通过所述缓冲薄膜。这就导致所述阴极以及所述阳极之间具有均匀的电场密度。因此，所述电场的分布不会发生偏移。这又依次阻止了所述钠的局部化以及所述阻热薄膜以及所述内连接薄膜的局部衰减。


图1是一衬底的透视图，其中形成有一呈凹陷部的凹槽；图2是沿图1线(II)-(II)在厚度方向的剖视图；图3是沿图1线(III)-(III)在厚度方向的剖视图；图4是将与图1所示之衬底结合在一起的一衬底的透视图；图5是沿图4线(V)-(V)在厚度方向的剖视图；图6是图4所示衬底的平面视图；图7是表示一阳极连接的剖视图；
图8示出了按照一比较的实施例与阳极连接相关之电场密度分配的图表；图9示出了按照本发明在阳极连接期间所述玻璃衬底薄膜之一前表面沿其厚度方向的组成；图10示出了按照本发明在阳极连接期间电场密度的分配；图11示出了按照本发明在阳极连接期间一缓冲薄膜之一前表面沿其厚度方向的组成；图12示出了按照本发明第二实施例之一阳极连接的剖视图；图13示出了按照本发明第二实施例之一衬底的平面视图；图14示出了按照本发明第三实施例之一阳极连接的剖视图；图15示出了按照本发明第三实施例在阳极连接期间电场密度的分配；图16是一生产系统的框图，其中使用了按照本发明通过阳极连接技术得到的一个微反应器；图17是所述生产系统中一生产模块的剖视图；以及图18是所述生产系统的透视图。
具体实施例方式
下面将参照附图对本发明之最佳实施方式予以描述。但是，本发明的范围并不局限于所示的实施例。
第一实施例下面将就按照本发明将多个衬底连接在一起的方法的第一实施例予以描述。图1是将与另一个衬底相结合之一衬底的透视图。准确地说，所述衬底4包括如一个硅衬底或玻璃衬底，所述衬底具有一涂覆有一薄的导电薄膜的表面4A。所述衬底4具有一预定的厚度并且呈矩形。所述表面4A以及与其相反的面4B平直且彼此平行。所述衬底4具有一凹陷部5，所述凹陷部在所述表面4A上形成，并且具有呈迂回Z字形的凹槽。所述凹槽的一端形成有一个入口7以便于沿厚度方向贯穿所述衬底4。所述凹槽的另一端形成有一个出口8以便于沿厚度方向贯穿所述衬底4。流体由所述入口7流入并由所述出口8流出。
在处理所述衬底4之方法的第一个步骤中，一个预定的罩板被使用以构造所述凹陷部5，并通过诸如喷砂的机械蚀刻或使用一种蚀刻剂的化学蚀刻形成一个深度为0.1-1.5毫米的凹槽。类似的，所述凹槽的两端被机械或化学蚀刻以形成构成所述入口7以及所述出口8的通孔。如果所述衬底4采用玻璃，则可以在所述表面4A上形成一氧化薄膜以便于如下所述在一阳极连接期间被氧化。在这种情形下，所述氧化薄膜上涂覆有一保护薄膜，以防当所述凹陷部5、入口7以及出口8形成时其被氧化。图2是沿图1线(II)-(II)在所述衬底4厚度方向的剖视图。图3是沿图1线(III)-(III)在所述衬底4厚度方向的剖视图。
如图4所示，将与所述衬底4结合在一起的玻璃衬底1具有覆盖其整个表面1A的缓冲薄膜2。一个迂回的阻热薄膜3位于所述缓冲薄膜2的一个前表面上。所述玻璃衬底1的一相反面与所述衬底4之所述表面4A阳极连接在一起。
如同所述衬底4的情形，所述玻璃衬底1的所述表面1A以及1B平直并且彼此平行，同时所述整个表面1B抵靠所述衬底4之所述表面4A。具体地说，所述玻璃衬底1由Pyrex(注册商标)构成，其含有百分之几的二氧化钠或苏打-石灰玻璃。图5是沿图4线(V)-(V)在所述衬底1之厚度方向的剖视图。所述缓冲薄膜2较所述阻热薄膜3具有一较大的薄膜形成区域。
处理所述玻璃衬底1之方法的第一步骤包括在所述玻璃衬底1的所述底面形成所述缓冲薄膜2以便于覆盖整个底面。所述缓冲薄膜2被设置成其表面阻尼(表面阻尼率)大于所述阻热薄膜3之所述表面阻尼，具体地说，表面阻尼被设定为1-1000MΩ/□，这样的一种具有高阻尼并且阳极连接期间在高温下不会衰减的材料可以是由钽、硅以及氧组成的化合物(在下面被称作钽-硅-氧基材料)，或者是一种由钽、硅氧以及氮组成的化合物(在下面被称作钽-硅-氧-氮基材料)。
为了形成缓冲薄膜2，首先，所述玻璃衬底1被放置在一个喷镀装置中作为一将被涂覆的目标体。随后，其中埋有硅的一块钽板(钽∶硅＝3∶1)被用作一个一目标体，以便于在由氩气以及氧气组成的大气环境中实施喷镀。在所述喷镀步骤中，粒子与所述目标体碰撞，从而使得所述目标体发出第二种离子。所述发出的第二种离子与所述玻璃衬底1的底面碰撞，从而在所述玻璃衬底1之所述底面上形成材质为钽-硅-氧基材料的缓冲薄膜2。如果被加工的是一种钽-硅-氧-氮基材料，则由钽板构成并且其中预埋硅的目标体可以在含有氩气、氧气以及氮气的大气环境中使用。
所述缓冲薄膜2一旦形成，则在施加一电压而得以被加热的迂回状的阻热薄膜3在所述缓冲薄膜2的一个前表面上形成。所述形成的阻热薄膜3较所述缓冲薄膜2具有一较低的表面阻尼，并且所述表面阻尼的值最好等于或小于所述缓冲薄膜2之表面阻尼的千分之一。如果所述缓冲薄膜2由钽-硅-氧基材料加工而成，则阻热薄膜3例如可以由表面阻尼为100-1000MΩ/□的钽-硅-氧基材料加工而成。如果所述缓冲薄膜2由钽-硅-氧-氮基材料加工而成，则阻热薄膜3可以由诸如铜或铂的表面阻尼为0.01-1MΩ/□的金属材料加工而成。
利用钽-硅-氧基材料加工形成阻热薄膜3的方法和用于形成缓冲薄膜2的方法几乎相同。即，一块其中预埋有硅的钽板(钽∶硅＝3∶1)被作为目标体。随后一玻璃衬底1被放置在一喷镀装置中以便于涂覆缓冲薄膜2。接着，在含有氩气、氧气以及氮气的大气环境中实施喷镀，同时使用具有一迂回状开口的罩板覆盖所述缓冲薄膜2。
在形成所述阻热薄膜3的步骤中，公知的影印石板术可被使用以便于在所述缓冲薄膜2的底面上形成所述阻热薄膜3。接着，所述阻热薄膜3可以被加工出迂回的图案。
在所述阻热薄膜3被加工之处，当所述玻璃衬底1与其中形成有迂回状凹陷部5的衬底4结合时，所述阻热薄膜3可沿着所述凹陷部而形成相应的迂回图案。此外，如果所述阻热薄膜3的形成用以覆盖所述凹陷部5，则其可以是矩形或其他的形状。所述玻璃衬底1以及所述衬底4一旦结合在一起，则所述凹陷部5可以起到便于由一种或多种材料混合物构成的流体流过之通道的功用。在这种情形下，当所述阻热薄膜3沿着所述凹陷部5迂回时，所述凹陷部5之通道的内部可以被均匀且有效地加热。所述阻热薄膜3最好较所述凹陷部5之相应的部分宽。
形成所述阻热薄膜3的步骤使得所述薄膜3呈大致为迂回状的图案，这样一来，多个各具有一预定长度以及宽度的纵向部分3a如图6所示通过横向部分3b连接在一起。所述纵向部分3a垂直于所述横向部分3b而延伸。
在此，所述阻热薄膜3之每一纵向部分3a的纵向阻尼被定义为Sh。所述每一纵向部分3a的宽度被定义为LA。所述每一纵向部分3a的长度被定义为LB。相邻之纵向部分之间的间隔被定义为LC。由所述两个纵向部分3a之间暴露的所述缓冲薄膜2部分的表面阻尼被定义为Sf。则在平行于所述阻热薄膜3之所述横向部分3b的一直线上的两个部分X1、X2之间的所述阻热薄膜3部分的阻尼通常满足Sh*(LB/LA)*2。所述两个部分X1、X2之间的所述缓冲薄膜2部分的阻尼通常满足Sf*(LC/LB)。
在所述第一实施例中，所述缓冲薄膜2以及所述阻热薄膜3最好在所述玻璃衬底1上形成以便于所述两个相邻之纵向部分3a的阻尼以及由所述两个纵向部分3a之间暴露的所述缓冲薄膜2部分的阻尼满足如下的等式(1)Sh*(LB/LA)*2*100＜Sf*(LC/LB) (1)所述缓冲薄膜2以及所述阻热薄膜3基于等式(1)而在所述玻璃衬底1上形成，从而使得所述阻热薄膜3位于所述两个部分X1、X2之间部分的阻尼等于或小于位于所述两个部分X1、X2之间的所述缓冲薄膜2之阻尼的千分之一。随后，当一电压作用于所述阻热薄膜3之两端3c以及3d之间时，电流决不会流过位于所述两个部分X1、X2之间且较所述阻热薄膜3具有一较短的最小距离的所述缓冲薄膜2部分。另一方面，一电流可以流过所述阻热薄膜3，从而使其受到充分的加热。
其中形成有凹陷部5的衬底4以及其上形成有缓冲薄膜2以及阻热薄膜3的玻璃衬底1一旦制备而成，则下面将要描述的如图7所示的步骤将得以实施。所述衬底4的表面4A抵靠所述玻璃衬底1的顶面1B(与形成有缓冲薄膜2以及阻热薄膜3之表面相反的面)。一阳极连接装置11之一正电极12与所述衬底4之所述表面4B相连以便于所述衬底4作为一阳极而工作。此时，所述衬底1以及所述缓冲薄膜2未与一负电极13直接接触。在这种状态下，所述衬底1以及4被加热至300-500℃。随后，所述阳极连接装置11向所述衬底1及4施加一300-1000伏的电压以将两者阳极连接在一起。此时，所述负电极13与包括纵向部分3a以及横向部分3b的所述阻热薄膜3之整个表面接触，以便于使得与所述玻璃衬底1接触的区域最大化。这样一来，靠近所述玻璃衬底1之所述表面1A的氧原子与在所述衬底4之所述表面4A上的原子化学结合在一起，从而使得衬底4以及所述玻璃衬底1结合在一起。在经过阳极连接之后，电极连接装置位于所述阻热薄膜3之相应的端部3c以及3d处。所述电极连接装置包括三层，即作为底层的钨-钛层，作为中间层的金层以及作为顶层的钛层。
当所述缓冲薄膜2被形成而覆盖所述玻璃衬底1之整个底面，并且所述玻璃衬底1以及所述衬底4被阳极连接在一起时，阳极连接装置11之所述负电极的电场穿过所述阻热薄膜3并且在所述缓冲薄膜2中大范围地扩散。所述玻璃衬底1以及所述衬底4之间的阳极连接将在下面予以描述。在其中未形成一缓冲薄膜2的比较实施例中，等位线LV1-LV7(其中电压值按照LV1，LV2，LV3，LV4，LV5以及LV6的顺序增大)按照一小的间隔排列，同时所述电场密度如图8所示在所述玻璃衬底1之靠近与所述阳极连接装置11之所述负电极13相接触之阻热薄膜3的部分集中。所述电场使得所述钠离子由所述玻璃衬底1移动并使得所述离子局部沉积于所述表面1A之靠近所述阻热薄膜3的部分。但是，所述钠离子可沿厚度方向蚀刻所述阻热薄膜3。这就使得所述阻热薄膜3很难用作一个阻热器。图9示出了图8所示阳极连接之玻璃衬底1之所述前表面的组成。图示的所述组成可以通过RBS/HFS而得到。由该图可以看出，所述表面是富含钠的玻璃。此外，在所述前表面集中的氢来自水分子。沿所述玻璃衬底1的厚度方向具有相当大量的氢，因而其有可能导致蚀刻。
然而，在所述第一实施例中，具有一较大阻尼并且较所述阻热薄膜3具有一较大宽度的缓冲薄膜2在所述玻璃衬底1以及所述阻热薄膜3之间形成。随后，所述阳极连接装置11之所述正电极12以及所述负电极13之间电场密度的偏移得以抑制，同时所述等位线LV1-LV7的间隔如图10所示几乎是一致的。图11示出了图10所示阳极连接之玻璃衬底1之所述前表面的组成，图示的所述组成可以通过RBS/HFS而得到。由该图可以看出，与上相比，靠近所述缓冲薄膜2之所述前表面的钠的比率减少。如此一来，所述缓冲薄膜2的设置使得所述玻璃衬底1中所含有的钠局部沉积于所述玻璃衬底1之所述底面上。此外，所述缓冲薄膜2之所述钽-硅-氧基材料具有适当的密集结构。相应地，所述缓冲薄膜2自身在某种程度上可起到阻止所述钠移动的屏障作用并且可以吸收钠。因此，钠不会在靠近所述玻璃衬底1之所述表面1A的界面处局部出现。此外，所述钠的集中不会非常的靠近所述阻热薄膜3，即所述缓冲薄膜2之所述前表面。这相应的有阻止了在所述缓冲薄膜2上形成之所述阻热薄膜3由于钠的存在而变脆。这因此就使得防止所述阻热薄膜3由所述玻璃衬底1上剥落成为可能。此外，氢沿所述阻热薄膜3之所述厚度方向的集中程度相当的低。这表明水被阻止进入所述玻璃衬底1。因此这就有可能阻止水对作为一微反应器之所述玻璃衬底1中反应的影响。
在所述第一实施例之形成所述缓冲薄膜2的步骤中，喷镀在体积上包括99％的氩气以及1％的氧气并且压力为10托的大气环境中实施，以便于形成表面阻尼值Sh为1000MΩ/□的缓冲薄膜2。
在形成阻热薄膜3的步骤中，所述每一纵向部分3a的宽度LA为100微米，长度LB为4000微米，表面阻尼Sh为0.5MΩ/□，并且相邻之所述纵向部分3a之间的间隔Lc为100微米。
在这种情况下，所述每一纵向部分3a的阻尼Sh*(LB*LA)为0.5MΩ/□*4000/100微米＝20欧(Ω)。由所述纵向部分3a之间暴露的所述缓冲薄膜2部分的阻尼Sf*(LA*LB)为1000MΩ/□*100/4000微米＝25千欧。
因此，由所述纵向部分3a之间暴露的所述缓冲薄膜2部分的阻尼(25千欧)远远大于阻尼20*2＝40欧；准确地说，将相邻两个纵向部分3a相连在一起的一个横向部分3b的阻尼应当为所述阻热薄膜3之所述两个纵向部分3a之阻尼的和。因而上述的等式(1)得到满足。
在这种状态下，当一电压施加于所述阻热薄膜3的两端3c以及3d之间时，所述呈迂回图案之阻热薄膜3能够被有效地加热，同时流过所述缓冲薄膜2之电流的过流能够得以抑制。
在所述第一实施例中，所述阳极连接仅仅通过所述阳极连接装置11之所述负电极13与所述热阻薄膜3的接触而得以实施。但是，本发明并不局限于这一方面。所述阳极连接也可通过所述负电极与所述阻热薄膜3以及所述缓冲薄膜2之所述暴露部分的接触而得以实现。
(第二实施例)下面将对按照本发明之将衬底连接在一起之方法的第二实施例予以说明。在所述第二实施例中，与第一实施例类似的部件采用相同的图标记。同时对这些部件相应的描述将省略。
首先如图12所示，所述玻璃衬底1被制备。喷镀如同第一实施例所述被实施以便于在所述玻璃衬底1之所述底面上形成钽-硅-氧-氮基材料或类似材料的阻热薄膜3。但是。在所述薄膜形成步骤中，所述矩形阻热薄膜3被形成以覆盖所述玻璃衬底1之整个底面(具体地说，所述阻热薄膜3必须覆盖所述玻璃衬底1之所述底面的80％或更多)而不是形成迂回状的图案。所述阻热薄膜3之所述表面阻尼值至少为100MΩ/□。
所述阻热薄膜3一经在所述玻璃衬底1之所述表面1A上形成，则一对内连接件6如图13所示在所述阻热薄膜3的所述前表面上形成。所述内连接件6用作一电极连接件，据此动力能够提供给所述阻热薄膜3。所述每一内连接件6由三金属层组成，即钨-钛层/金层/钨-钛层。所述钨-钛是钨钛合金，其与钽-硅-氧基，钽-硅-氧-氮基、其他金属氧化物以及诸如金的金属相连。钨钛用作金的底部保护薄膜。金是一低阻尼材料并且用作所述内连接件之主要部分。金未和所述金属氧化物相连但是可以与钨钛良好的连接。所述内连接件的阻尼低于所述阻热薄膜3的阻尼，最好等于或小于所述阻热薄膜3之所述阻尼值的1/100。所述内连接件6用作向所述阻热薄膜3提供动力之电极的主要部分。
所述内连接件6与第一实施例一样通过公知的影印石板术、蚀刻以及/或喷镀处理而得以形成。所述内连接件6一经形成，则长边相对并且彼此远离的呈直线状的内连接件6分别位于所述衬底1的左右位置处，从而使得所述阻热薄膜3上的整个凹陷部5在所述玻璃衬底1以及所述衬底4结合在一起之后能够被充分的加热。所述内连接件6之间的最短距离在任何位置均是相同的。因此，当一电压作用于所述内连接件6之间时，位于所述内连接件6之间的所述阻热薄膜3能够被均匀且有效地加热。
一侧形成有阻热薄膜3以及内连接件6的玻璃衬底1以及所述衬底4一经被制备，下述的如图12所示的步骤将被实施。首先，所述玻璃衬底1之与形成有所述阻热薄膜3之表面1A相反的面1B抵靠其上形成有所述凹陷部或凹槽5的衬底4的表面4A。随后，所述衬底4的表面4B与所述阳极连接装置11之所述正电极12相连，同时所述阳极连接装置11之所述负电极13与所述内连接件6相连。一阳极连接得以实施从而将所述玻璃衬底1以及所述衬底4连接在一起。由于第一实施例中的缓冲薄膜2为阻热薄膜3所替代，同时第一实施例中的阻热薄膜3为所述内连接件6所取代，因此玻璃衬底1上的电场在靠近内连接件6处的集中得以控制，故所述阻热薄膜3起到一缓冲薄膜的作用。所述玻璃衬底1中的钠均匀地在所述阻热薄膜3中分布。这就使得减少钠在所述内连接件6中以及靠近所述内连接件6的所述阻热薄膜3之前表面上的集中成为可能。
所述阳极连接装置11之所述负电极13可以选择性地只与所述阻热薄膜3的前表面相连而不是如上所述仅与所述内连接件6相连。另外，所述阳极连接装置11之所述负电极13可以与所述阻热薄膜3以及所述内连接件6两者均相连。在任何一种方式下，在所述玻璃衬底1以及所述衬底4阳极连接在一起之前，当所述阻热薄膜3形成并覆盖整个表面1A时，所述阳极连接装置11之所述负电极13的电场在所述阻热薄膜3中大范围地分布。这就与第一实施例一样可以避免所述阳极连接装置11之所述正电极12以及负电极13之间电场的局部集中。因此，所述玻璃衬底1厚度方向的电场密度是均匀的，从而避免了电场分布的偏移。这样一来，在第二实施例中，玻璃衬底1中钠的局部沉积可得以控制。此外，呈直线状的用于提供动力的内连接件6由所述玻璃衬底1上的脱落也可得以控制。
(第三实施例)下面将对按照本发明之将衬底连接在一起之方法的第三实施例予以说明。在所述第三实施例中，与第一以及第二实施例类似的部件采用相同的图标记。同时对这些部件相应的描述将省略。
首先制备所述玻璃衬底1。随后如同第一实施例，在所述玻璃衬底1之整个表面1A上形成由钽-硅-氧基材料构成的缓冲薄膜2。所述缓冲薄膜2一经形成，则下述的如图14所示的步骤将被实施。如同第二实施例所述，由钽-硅-氧-氮基材料构成的阻热薄膜3在所述缓冲薄膜2之整个前表面形成。因此，与所述第二实施例相同，一对内连接件6如图13所示在所述阻热薄膜3的前表面形成，并且其长边彼此相对，其中所述内连接件包括三金属层，即作为基础层的钨钛层，作为中间层的金层以及作为顶层的钛层。所述每一内连接件6较所述缓冲薄膜2以及阻热薄膜3聚于一较小的表面阻尼。
其上形成有所述阻热薄膜3的玻璃衬底1以及衬底4一经制备好后，则下述的如图14所示的步骤将被实施。首先，所述玻璃衬底1之与形成有所述阻热薄膜3之表面1A相反的面1B抵靠其上形成有所述凹陷部或流体通道5的衬底4的表面4A。随后，所述衬底4的表面4B与所述阳极连接装置11之所述正电极12相连，同时所述阳极连接装置11之所述负电极13与所述内连接件6相连。一阳极连接得以实施从而将所述玻璃衬底1以及所述衬底4连接在一起。所述阻热薄膜3起到一缓冲薄膜的作用。相应地，如图15所示，所述玻璃衬底1表面方向的电场分布是均匀的并且其在靠近所述内连接件6的部分不会产生电场集中。所述玻璃衬底1中的钠均匀地在所述阻热薄膜3中分布。这就使得减少钠在所述内连接件6中以及靠近所述内连接件6的所述阻热薄膜3之前表面上的集中成为可能。所述内连接件6由所述阻热薄膜3上的脱落可得以控制。同时所述内连接件6由所述缓冲薄膜2上的脱落也能够得以控制。
在第三实施例中，阳极连接可通过负电极13仅与其上无内连接件6的所述阻热薄膜3之所述前表面的接触而实施。另外，所述阳极连接也可通过所述负电极13与所述阻热薄膜3以及所述内连接件6两者的接触而实施。
在第一至第三实施例中，所述凹陷部5仅在所述衬底4上形成以便于为使得化学反应得以发生之材料的流动提供一通道。但是，本发明并不局限于此，所述凹陷部5也可只在所述玻璃衬底1上形成。另外，也可在所述玻璃衬底1以及衬底4上形成相对的凹陷部，由两个凹陷部形成一通道。
第一至第三实施例中的接合衬底(使用按照本发明第一至第三实施例之连接方法生产的玻璃衬底1以及衬底4的结合单元(包括缓冲薄膜2、阻热薄膜3以及内连接件6))可用作被成为微反应器的一个精细的反应器。特别地，一材料系统中的流体可以流过由所述凹陷部5构成且深度大约为0.01-0.02毫米的通道。随后，所述阻热薄膜3可用于加热所述通道以使得其中发生化学反应。这种接合衬底可用作一微反应器，其重组诸如二乙醚或甲醇的碳氢化合物而提取氢。特别地，其可由有效地用作一使得呈固态或液态的碳氢化合物蒸发的浓缩微反应器，一将碳氢化合物重组至氢中的氢重组微反应器，去除一氧化碳的微反应器。因此，所述接合衬底有助于减少通过与水的化学反应而产生动力之燃料电池的尺寸。
图16示出了一微重组器的实施例，其中应用了一个微反应器，所述微反应器采用了如上所述通过阳极连接技术结合在一起衬底1及4，所述为重组器将一种燃料重组至供给一燃料电池的氢。
将通过微重组器而重组至水中的甲醇以及水密闭在一个燃料箱21中。
燃料蒸发器22是一微重组器，如图17所示，其利用内阻热薄膜3加热图17所示之燃料箱21提供的水及甲醇的混合液并使其蒸发。
氢重组器23是一微重组器，其按照如下的方程式使得一氢重组反应得以产生，从而重组由燃料蒸发器22提供的被蒸发的甲醇及水(2)一个一氧化碳去除装置24是一微重组器，其将一氧化碳氧化成二氧化碳，一氧化碳是氢重组器23中产生之反应的副产品，同时该反应中还产生氢气，如下面的反应式(3)及(4)所示(3)
(4)如图17所示，一燃料电池25具有一氢柱34，所述氢柱使得一电化学反应得以产生，其将经由一氧化碳去除装置24通过氢重组器23产生的氢气分解成氢离子以及电子，在所述氢柱以及一氧柱之间具有一能够使得所述氢离子得以通过的氢离子传输薄膜36，所述单元还包括氧柱，所述氧柱使得被吸收的氧以及经由氢离子传输薄膜传输的氢离子及电子之间发生电化学反应。燃料箱基于上述一系列的电化学反应而产生动力。
下面将对生成模块101予以说明，所述模块包括燃料蒸发器22，氢重组器23，一氧化碳去除装置24以及燃料电池25。
所述燃料蒸发器22，氢重组器23以及一氧化碳去除装置24的上侧以及下侧均通过阻热固定薄膜28而固定，其周向为阻热格26所分隔。所述阻热格26与所述燃料蒸发器22，氢重组器23以及一氧化碳去除装置24中每一个之间的间隔的设定使得一惰性气体环境的压力减少至1托或更低。因此，来自所述内部阻热薄膜3及类似部件的热量得以传输至衬底1及4。所述间隔中仅仅包含少量的用于传输热的介质，从而对流几乎不发生并能够得到最小的热损。
所述氢重组器23具有一催化剂层27，所述催化剂层27利用涂覆于所述凹陷部5之壁面上的氧化铝或类似材料来构成一使得反应式(2)得以进行的铜/氧化锌基催化剂。所述一氧化碳去除装置24具有一催化剂层27，所述催化剂层27利用涂覆于所述凹陷部5之壁面上的氧化铝或类似材料来构成一使得反应式(4)得以进行的铂催化剂。
位于所述燃料蒸发器22、氢重组器23以及一氧化碳去除装置24中的阻热薄膜3将所述凹陷部5中的流体分别加热至120℃、280℃以及190℃，以利于蒸发反应以及/或化学反应。
所述燃料蒸发器22之所述凹陷部5的一端具有一流入管29，所述流入管接收来自所述燃料箱21的燃料，一个流入管30与和所述燃料蒸发器22之所述凹陷部5的另一端连通的所述氢重组器23之所述凹陷部5相连以吸入诸如被蒸发之甲醇的气体。与所述燃料蒸发器22之所述凹陷部5的另一端连通的所述一氧化碳去除装置24之所述凹陷部5的一端具有一流入管31以吸入气体，诸如通过化学反应生成的氢气。所述一氧化碳去除装置24之所述凹陷部5的另一端具有一流出管32排出其中的一氧化碳已被去除并富含氢气的气体。所述流出管32所述流入管33的一段相连，据此来自所述流出管32的氢气被吸入。所述流入管33的另一端与所述燃料电池25相连。所述燃料电池25环绕所述燃料蒸发器22，氢重组器23以及一氧化碳去除装置24的周向。如上所述，所述燃料电池25具有氢柱34，氧柱35以及介于所述氢柱以及氧柱之间的氢离子输送薄膜36。所述单元还包括一个收集板37，所述收集板与所述氢柱34电连接，并与所述流入管33相连，同时具有一个废气排出口42，所述单元还具有一个与所述氧柱35电连接并且具有多个吸氧口39的收集板38。
所述生成模块101包括一个用于放置所述燃料蒸发器22，氢重组器23，一氧化碳去除装置24以及所述燃料电池25的箱体40。所述箱体40具有多个与所述吸氧口39相通的狭缝41以及多个与所述废气排出口42相通的排出口43。
所述氧柱35以及所述收集板38之间具有一个排出管44用以排出由动力生成所产生的水。
图18是与所述燃料箱21相连之所述生成模块101的透视图。所述燃料箱21具有一个燃料包52，其中密闭有包括水以及诸如甲醇之酒精的燃料。
所述燃料包52位于一保护箱46中，所述保护箱46具有一窗子47以便于部分暴露。所述保护箱46用作所述燃料箱21以及所述生成模块101之间的分界。所述保护箱46具有一个吸管48，据此由所述排出管44排出的水被吸入。
当所述燃料包52被安装至位于所述生成模块101中的所述保护箱46中时，所述流入管29被插入所述燃料包52被为燃料所充满。相应地，燃料51可通过所述流入管29而被吸入。
所述生成模块101通过使用由阳极连接而生产的作为一微反应器的薄的燃料蒸发器22，氢重组器23以及一氧化碳去除装置24，整个结构之尺寸的减小成为可能。
权利要求
1.一种接合衬底，所述衬底包括第一衬底，所述第一衬底具有两个相反的表面；缓冲薄膜，所述薄膜形成在所述第一衬底之所述一个表面上；含有金属的薄膜，所述薄膜形成在所述缓冲薄膜上并具有较所述缓冲薄膜小的表面阻尼；以及第二衬底，所述第二衬底与所述第一衬底之所述相反的表面相结合。
2.如权利要求1所述的接合衬底，其特征在于在所述第一和第二衬底至少之一上形成有一个凹槽。
3.如权利要求1或2所述的接合衬底，其特征在于所述第一衬底是玻璃衬底。
4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的接合衬底，其特征在于所述第一和第二衬底通过阳极连接技术连接在一起。
5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的接合衬底，其特征在于当预定的电压施加于所述含有金属的薄膜时，所述含有金属的薄膜被加热。
6.如权利要求1-5中任一权利要求所述的接合衬底，其特征在于所述缓冲薄膜由钽-硅-氧基材料构成。
7.如权利要求1-6中任一权利要求所述的接合衬底，其特征在于所述含有金属的薄膜由钽-硅-氧-氮基材料构成。
8.如权利要求1-7中任一权利要求所述的接合衬底，其特征在于所述含有金属的薄膜的表面阻尼等于或小于所述缓冲薄膜之表面阻尼的千分之一。
9.如权利要求1-8中任一权利要求所述的接合衬底，其特征在于所述接合衬底是微反应器。
10.如权利要求1-9中任一权利要求所述的接合衬底，其特征在于所述缓冲薄膜较所述含有金属的薄膜具有较大的面积。
11.如权利要求1-10中任一权利要求所述的接合衬底，其特征在于所述含有金属的薄膜为具有多个纵向部分的迂回结构，并且如果所述每一纵向部分的宽度被定义为LA，所述每一纵向部分的长度被定义为LB，所述相邻两个纵向部分的间隔被定义为LC，所述每一纵向部分的表面阻尼被定义为Sh，并且如果由相邻之纵向部分暴露的所述缓冲薄膜部分的表面阻尼被定义为Sf，则其满足如下的关系式Sh*(LB/LA)*2*100＜Sf*(LC/LB)。
12.如权利要求1-10中任一权利要求所述的接合衬底，其特征在于所述含有金属的薄膜具有阻热薄膜。
13.如权利要求1-10中任一权利要求所述的接合衬底，其特征在于所述缓冲薄膜是阻热薄膜，同时所述含有金属的薄膜为内连接件。
14.如权利要求12所述的接合衬底，其特征在于所述衬底还包括内连接件，所述内连接件位于所述阻热薄膜上并且其阻尼值较所述阻热薄膜之相应的阻尼值小。
15.如权利要求13或14所述的接合衬底，其特征在于所述含有金属的薄膜包括金。
16.如权利要求1-15中任一权利要求所述的接合衬底，其特征在于所述第一衬底包括钠。
17.一种将多个衬底连接在一起而得到一接合衬底的方法，所述方法包括在形成于第一衬底之一个表面上的缓冲薄膜上形成具有预定图案的阻热薄膜；使得所述第一衬底之与形成有所述缓冲薄膜之表面相反的表面抵靠第二衬底；以及施加一电压，从而使得第一衬底用作负极，而第二衬底用作正极，并进而使得第一和第二衬底阳极连接在一起。
18.如权利要求17所述的将衬底结合在一起的方法，其特征在于所述阻热薄膜为其上具有多个纵向部分的迂回结构，并且如果所述每一纵向部分的宽度被定义为LA，所述每一纵向部分的长度被定义为LB，所述相邻两个纵向部分的间隔被定义为LC，所述每一纵向部分的表面阻尼被定义为Sh，并且如果由相邻之纵向部分暴露的所述缓冲薄膜部分的表面阻尼被定义为Sf，则如下的关系式被满足Sh*(LB/LA)*2*100＜Sf*(LC/LB)。
19.一种将多个衬底连接在一起而得到一接合衬底的方法，所述方法包括形成具有预定图案的内连接薄膜，所述内连接薄膜向形成在第一衬底之一个表面上的阻热薄膜供电；使得所述第一衬底之与形成有所述阻热薄膜之表面相反的另一表面抵靠第二衬底；以及施加一电压，从而使得第一衬底用作负极，而第二衬底用作正极，并进而使得第一和第二衬底阳极连接在一起。
20.一种将多个衬底连接在一起而得到一接合衬底的方法，所述方法包括在形成于第一衬底之一个表面上的缓冲薄膜上形成阻热薄膜；在所述阻热薄膜上形成具有预定图案的内连接薄膜，通过所述内连接薄膜向所述阻热薄膜供电；使得所述第一衬底之与形成有所述缓冲薄膜之表面相反的表面抵靠第二衬底；以及施加电压，从而使得第一衬底用作负极，而第二衬底用作正极，并进而使得第一和第二衬底阳极连接在一起。
21.按照权利要求17、18或20所述的将衬底结合在一起方法，其特征在于所述缓冲薄膜由钽一硅-氧基材料构成。
22.按照权利要求17-21中任一权利要求所述的将衬底结合在一起方法，其特征在于所述阻热薄膜由钽-硅-氧-氮基材料构成。
全文摘要
一种接合衬底包括第一衬底(1)、在所述第一衬底之一个表面上形成的缓冲薄膜(2)，在所述缓冲薄膜上形成的并且较其具有较低之阻尼值的含有金属的薄膜，以及与所述第一衬底(1)之所述另一表面相结合的第二衬底(4)。
文档编号B01L3/00GK1744944SQ20048000312
公开日2006年3月8日 申请日期2004年8月12日 优先权日2003年8月25日
发明者中村修, 竹山启之, 寺崎努 申请人:卡西欧计算机株式会社