JP2005272174A - Stack structure and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】スタック構造を簡単に製造すること。
【解決手段】ガラス基板２の一方の面２ａ側に、酸化可能なＴａ等からなる結合膜４を成膜する。このようなガラス基板２を複数枚準備する。そして、ガラス基板２の他方の面２ｂに新たなガラス基板２の結合膜４を接して、先のガラス基板２の結合膜４が新たなガラス基板２の結合膜４よりも高電圧となるよう電圧を印加することにより陽極接合を行う。このように複数のガラス基板２を陽極接合していくことによってマイクロリアクタ１を製造するが、どのガラス基板２にも陽極接合時には同じ向きの電界を印加する。
【選択図】図４A stack structure is easily manufactured.
A bonding film 4 made of oxidizable Ta or the like is formed on one surface 2a side of a glass substrate 2. A plurality of such glass substrates 2 are prepared. Then, the bonding film 4 of the new glass substrate 2 is brought into contact with the other surface 2 b of the glass substrate 2 so that the bonding film 4 of the previous glass substrate 2 has a higher voltage than the bonding film 4 of the new glass substrate 2. Anodic bonding is performed by applying a voltage. The microreactor 1 is manufactured by anodically bonding a plurality of glass substrates 2 in this manner, and an electric field in the same direction is applied to any glass substrate 2 at the time of anodic bonding.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、複数のガラス基板を積み重ねてなるスタック構造及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a stack structure in which a plurality of glass substrates are stacked and a manufacturing method thereof.
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おこな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おこなうことができる。 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, the reaction requiring precise temperature control and the reaction requiring 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枚の基板のあいだの密閉領域にチャネルを形成している。「陽極接合」というのは、高温環境下でシリコン基板に正極を配し、ガラス基板に負極を配して高電圧を印加してガラス基板内に電界を発生させ、ガラス基板内の酸素原子を負電荷を持った状態でシリコン基板側に移動させてガラス基板とシリコン基板の界面でガラス基板の酸素原子をシリコン基板のケイ素原子と原子間結合させる接合技術であるが、塗布剤を用いなくても基板の接合をおこなえることや大気中でも基板の接合をおこなえることなどから、基板の接合技術においては特に優れた技術となっている。
ところで、シリコン基板とガラス基板を交互に積み重ねて陽極接合することにより、スタック構造型のマイクロリアクタを作成する試みがなされている。しかしながら、ガラス基板の両面にシリコン基板を接合することが難しく、スタック構造を製造することが難しい。これは、図１２（ａ）に示すように、第一陽極接合工程として、シリコン基板３０１及びガラス基板３０２を、シリコン基板３０１の一方の面３０１ａにガラス基板３０２の一方の面３０２ａを接するように配置し、電圧を印加して実線矢印の方向に電界を生じさせて面３０１ａ、３０２ａとの界面で接合が起きる。引き続き、第二陽極接合工程として、図１２（ｂ）に示すように、ガラス基板３０２とシリコン基板３０３とを、ガラス基板３０２の他方の面３０２ｂにシリコン基板３０３の一方の面３０３ａを接するように配置して電圧を印加して実線矢印の方向に電界を生じさせる。このとき、この電界方向と第一陽極接合工程時の電界方向（図中破線矢印）とは互いに逆方向になり、第一陽極接合工程で陽極接合されたガラス基板の他方の面とシリコン基板との間の結合に悪影響を及ぼす。
By the way, an attempt has been made to produce a stack structure type microreactor by alternately stacking and anodizing silicon substrates and glass substrates. However, it is difficult to bond a silicon substrate to both surfaces of a glass substrate, and it is difficult to manufacture a stack structure. As shown in FIG. 12A, as the first anodic bonding process, the
そこで本発明は、上記のような問題点を解決しようとしてなされたものであり、簡単にスタック構造を製造できるようにすることを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to easily manufacture a stack structure.
上記課題を解決するため、請求項１に発明は、
陽極接合により互いに接合された複数の基板のスタック構造において、
前記複数の基板のうち、第一基板とガラスを含む第二基板との間に、陽極接合により前記二基板のガラス中の酸素原子と結合された結合膜が介在していることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention according to
In a stack structure of a plurality of substrates bonded together by anodic bonding,
Among the plurality of substrates, a bonding film bonded to oxygen atoms in the glass of the two substrates by anodic bonding is interposed between the first substrate and the second substrate containing glass. .
請求項１に記載の発明では、陽極接合により前記二基板のガラス中の酸素原子と結合された結合膜が第一基板と第二基板との間に良好に接合できる。したがって基板の所定の面に結合膜を設けることによってその面とガラスを含む基板との間の陽極接合の電界を所定の方向に設定することができる。 In the first aspect of the invention, the bonding film bonded to the oxygen atoms in the glass of the two substrates by anodic bonding can be satisfactorily bonded between the first substrate and the second substrate. Therefore, by providing a bonding film on a predetermined surface of the substrate, the electric field for anodic bonding between the surface and the substrate containing glass can be set in a predetermined direction.
請求項９に記載の発明は、
複数の基板で構成されたスタック構造の製造方法において、
前記複数の基板のうち第一基板とガラスを含む第二基板との間に介在される結合膜が、前記第二基板のガラス内の酸素原子と結合されるように陽極接合することを特徴とする。
The invention according to
In the manufacturing method of the stack structure composed of a plurality of substrates,
The bonding film interposed between the first substrate and the second substrate containing glass among the plurality of substrates is anodic bonded so as to be bonded to oxygen atoms in the glass of the second substrate. To do.
請求項９に記載の発明では、陽極接合により前記二基板のガラス中の酸素原子と結合された結合膜が第一基板と第二基板との間に良好に接合できる。したがって基板の所定の面に結合膜を設けることによってその面とガラスを含む基板との間の陽極接合の電界を所定の方向に設定することができる。
In the invention described in
本発明によれば、スタック構造を簡単に製造することができる。 According to the present invention, a stack structure can be easily manufactured.
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.
〔第１の実施の形態〕
図１〜図４を参照して、本発明を適用した第一のスタック型マイクロリアクタの製造方法について説明する。
図１（ａ）に示すように、アルカリ酸化物（例えば、酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）、酸化リチウム（Ｌｉ2Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ2Ｏ））や、アルカリの炭酸塩（例えば、炭酸リチウム（Ｌｉ2ＣＯ3））のようなアルカリ化合物を添加することでナトリウム、リチウム、カリウムのようなアルカリ金属を含有したイオン導電性のガラス基板２を準備する。特に、Ｌｉはイオン半径が小さいため電界によりガラス内を移動しやすい点でＬｉを含有したガラスを用いることが好ましい。例えば、Ｎａ原子を含有したパイレックス（登録商標）ガラス、又は、Ｌｉ原子を含有したＳＷ−ＹＹ（製品番号、旭テクノグラス株式会社製）をガラス基板２として用いる。
[First Embodiment]
With reference to FIGS. 1-4, the manufacturing method of the 1st stack type | mold microreactor to which this invention is applied is demonstrated.
As shown in FIG. 1A, an alkali oxide (for example, sodium oxide (Na 2 O), lithium oxide (Li 2 O), potassium oxide (K 2 O)) or an alkali carbonate (for example, carbonate By adding an alkali compound such as lithium (Li 2 CO 3 ), an ion
次に、図１（ｂ）に示すように、ガラス基板２の一方の面２ａ全面に、ガラス基板２より低く且つ金属単体より高い抵抗率の導電性であるとともに適度なアルカリイオン透過性の緩衝膜３を成膜し、緩衝膜３上に金属若しくはこの金属を含む合金で構成された単層膜或いはこれらの多層膜からなる結合膜４を成膜し、ガラス基板２の他方の面２ｂに蛇行した一本の溝２ｃを形成する。この溝２ｃは、この他方の面２ｂを後述する別のガラス基板２（図１（ｃ）に図示）と接合させることによって上面が閉じこめられたマイクロリアクタの流路となる。流路の幅及び深さはともに５００μｍ以下の構造となっている。
Next, as shown in FIG. 1 (b), the entire surface of one
結合膜４は、後述する別のガラス基板２（図１（ｃ）に図示）中の酸素原子により酸化されて別のガラス基板２との間で共有結合を引き起こすことによって別のガラス基板２に陽極接合される膜であり、このような結合膜４は、酸化される前の状態において、陽極接合により容易に電流が流れるように導電性を示し、常温常圧下で酸化進行速度が遅く、陽極酸化条件下で適度な酸化進行速度であることが望ましい。具体的な酸化される前の状態の結合膜４の材料としては、融点が２０００℃以上の金属や合金が好ましく、具体的にはＴａ（融点２９９０℃）、Ｗ（融点３４００℃）、Ｍｏ（融点２６２０℃）、ＴａＳｉ2（融点２２００℃）、ＷＳｉ2（融点２１７０℃）、ＭｏＳｉ2（融点２０５０℃）の中から少なくとも一種を含むことが好ましい。これは２０００℃未満の金属の場合、大気中で容易に酸化されてしまう傾向にあるので真空雰囲気下で陽極接合を行わなければならず、管理や製造プロセスが煩雑になり且つ高コストになってしまうからである。
The
緩衝膜３は、陽極接合によってガラス基板２内のアルカリイオンがガラス基板２の表面に析出物として析出することを緩和させるものであり、ガラス基板２より抵抗率の低い導電性であり且つ陽極接合時にガラス基板２中のアルカリイオンをある程度内包する程度のアルカリイオン透過性を有し、特に０〜１０ｋΩ・ｃｍ程度の抵抗率の物質が望ましい。また、緩衝膜３として酸化物を用いることができ、特に多結晶よりもアモルファス（非晶質）の酸化物が望ましい。これは、アモルファスの原子間の距離は多結晶の原子間より長く、アモルファスの方が多結晶よりもアルカリイオンが透過しやすく、また多結晶膜の結晶粒界はその部分が高抵抗となり、電界分布が不均一に成りやすいため接合反応に面内ばらつきが生じてしまうためである。
The
具体的には、緩衝膜３として、ＴａとＳｉとＯとを成分元素とする化合物（以下「Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系材料」という。）、ＬａとＳｒとＭｎとＯとを成分元素とするとともにそれらの組成比をＬａ：Ｓｒ：Ｍｎ：Ｏ＝０．７：０．３：１：（３−ｘ）とする化合物（以下、Ｌａ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3-xという。）、又は、鉛ガラスを用いることができる。ここで、０≦ｘ＜１である。Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系材料も、Ｌａ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3-xもアモルファスの酸化物である。
Specifically, as the
なお、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系材料の緩衝膜３の成膜方法としては、ガラス基板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、Ｔａで形成された板にＳｉを埋め込んだものをターゲットとしてＡｒガスとＯ2ガスからなる雰囲気下でスパッタリングをおこなう。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二次イオンが放出され、放出された二次イオンがガラス基板２に衝突し、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系材料の緩衝膜３がガラス基板２の下面に成膜される。Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系材料の緩衝膜３は、特に結合膜４がＴａの場合、それらの間の接合性に優れている。
As a method for forming the Ta—Si—O-based
また、Ｌａ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3-xの緩衝膜３を成膜するには、まず、硝酸ランタン塩（Ｌａ（ＮＯ3）3・６Ｈ2Ｏ）、硝酸ストロンチウム塩（Ｓｒ（ＮＯ3）3）、硝酸マンガン塩（Ｍｎ（ＮＯ3）3・６Ｈ2Ｏ）をそれぞれ１メチル−２ピロリドンに溶解してから硝酸ランタン溶液、硝酸ストロンチウム溶液、硝酸マンガン溶液を混合する。次いで、調製した溶液をガラス基板２の表面に塗布し、溶液を塗布した面を上に向けてガラス基板２を真空デジケータ内にセッティングし、真空ポンプによって真空デジケータ内を真空圧とすると、塗布した溶液が蒸発されて粘性が高まる。次いで、ガラス基板２を真空デジケータから取り出して、電気炉内にセッティングし、電気炉内を真空圧にするとともに、電気炉内でガラス基板２を加熱すると、Ｌａ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3-xの緩衝膜３が形成される。
In order to form the
以上のように、ガラス基板２の面２ａに緩衝膜３、結合膜４を順に成膜したものを複数枚準備する。
As described above, a plurality of films in which the
次に、図１（ｃ）に示すように、ガラス基板２の他方の面２ｂに導電性のシリコン基板５を陽極接合する。ここで、結合膜４に、導電性のステージ８を介して陽極接合装置１０の負極を接し、シリコン基板５に陽極接合装置１０の正極を接し、シリコン基板５が結合膜４よりも高電位となるように電圧を印加する。この場合、緩衝膜３上に結合膜４が成膜されているから、シリコン基板５が緩衝膜３よりも高電位である。なお、ステージ８は、それ自体が発熱体であるか或いは別途発熱体を備えており、ガラス基板２を所定の温度に加熱するように設定されている。陽極接合は、面方向に均等に加重がかかる重し９でシリコン基板５をガラス基板２に押しつけてから、発熱するステージ８でガラス基板２を３００〜４００℃に加熱し、陽極接合装置１０により電圧を印加して行われる。すると、ガラス基板２内のアルカリイオンがマイナスの電極寄りの緩衝膜３に引き寄せられ、ガラス基板２内の電子がシリコン基板５と接する面２ｂに集まり、ガラス基板２とシリコン基板５との間で強固な原子間結合（共有結合）が引き起こり、ガラス基板２とシリコン基板５が陽極接合される。使用するシリコン基板５はアモルファスシリコンからなるシリコン基板であってもよいし、単結晶シリコン、多結晶シリコンといった結晶性シリコンからなる基板であってもよい。
Next, as shown in FIG. 1 (c), a
アルカリイオンを取り込むことができる緩衝膜３がガラス基板２の一方の面２ａに成膜されているから、陽極接合時にガラス基板２内のアルカリイオンが、適度にアルカリイオンを透過する緩衝膜３内等に分散されるので、ガラス基板２と緩衝膜３との界面や緩衝膜３と結合膜４との界面に局在化しないので、これら界面での接合不良発生を抑制し、さらには結合膜４の表面が結合膜４の表面にアルカリイオンで組成された酸化物等の固体が殆ど析出しないので、この表面での接合性に悪影響を与えない。
Since the
なお、図２に示すように、シリコン基板５の代わりに、ガラス基板６の一方の面６ａに金属膜若しくは合金膜又はこれらの多層膜からなる結合膜７を成膜したものを用いて、３００〜４００℃でこの一方の面６ａをガラス基板２と陽極接合しても良い。この場合、結合膜７としては、上述した結合膜４の材料の中から選択されればよい。この場合、結合膜７と結合膜４とは、同じ材料組成の組合せでも、互いに異なる材料組成の組合せでもよい。ここで、ガラス基板２の結合膜４に陽極接合装置１０の負極をステージ８を接し、ガラス基板６の結合膜７に陽極接合装置１０の正極を接し、結合膜７が結合膜４よりも高電位となるように電圧を印加する。図２中、実線の矢印は陽極接合による電界方向である。このようなガラス基板６を用いる場合において、ガラス基板６と結合膜７との間に緩衝膜３と同様の膜が介在しても良い。
As shown in FIG. 2, instead of the
シリコン基板５又はガラス基板６の結合膜７をシリコン基板２に陽極接合した後、図１（ｄ）に示すように、一方の面２ａに緩衝膜３及び結合膜４を成膜した別のガラス基板２の他方の面２ｂを、先に接合したガラス基板２の結合膜４に接するように先に接合したガラス基板２に別のガラス基板２を配置して３００〜４００℃でガラス基板２同士を陽極接合する。ここで、別のガラス基板２は、先に接合したガラス基板２の結合膜４の表面の一部が露出するように配置させて、先に接合したガラス基板２の結合膜４の露出した表面に陽極接合装置１０の正極を接続し、導電性のステージ８を介して新たな別のガラス基板２の結合膜４に陽極接合装置１０の負極を接続し、新たな結合膜４が先の結合膜４よりも高電位となるように電圧を印加する。図１（ｄ）中、破線の矢印は先の陽極接合（図１（ｃ）時の陽極接合）による電界方向であり、実線の矢印は新たな陽極接合による電界方向である。新たに陽極接合された界面では、先に接合したガラス基板２の結合膜４に含まれる原子が、別のガラス基板２の酸素原子との間で強固な結合を引き起こしている。
そして、図１（ｃ）の示す先の陽極接合の電界方向と同じ電界方向で後の陽極接合を行うことができるので、先の陽極接合した部分が後の陽極接合時の電界によって接合性が低下することがない。
なお、新たな別のガラス基板２の他方の面２ｂを先のガラス基板２の結合膜４に陽極接合する時に、その新たなガラス基板２に結合膜４が成膜されていなくても良いが、その場合には、ステージ８を介してその新たなガラス基板２の緩衝膜３に陽極接合装置１０の負極を接続し、先に接合したガラス基板２の露出された結合膜４に陽極接合装置１０の正極を接続し、陽極接合後にその新たなガラス基板２の緩衝膜３上に結合膜４を成膜する。
After bonding the
And since subsequent anodic bonding can be performed in the same electric field direction as that of the previous anodic bonding shown in FIG. 1 (c), the bonding property of the portion where the previous anodic bonding is performed is increased by the electric field at the time of the subsequent anodic bonding. There is no decline.
When the
その後は、図１（ｄ）に示した工程を繰り返すことによって、図３に示すように、緩衝膜３及び結合膜４を成膜した複数のガラス基板２，２，…を順に積み重ねて陽極接合していく。図３中で上側のガラス基板２から順に下側のガラス基板２に陽極接合していくことによって、これらのガラス基板２，２，…を積み重ねてなるスタック型マイクロリアクタ１が化学反応炉として完成する。図３において、隣り合う二枚のガラス基板２，２のうち上側のガラス基板２は、下側のガラス基板２側の面に緩衝膜３、結合膜４を順に成膜したものであり、下側のガラス基板２は、上側のガラス基板２の結合膜４に陽極接合されている。
さらに他の陽極接合例として、ステージ８上に緩衝膜３を設け、他方の面２ｂをシリコン基板５又はガラス基板６に陽極接合するガラス基板２の一方の面２ａに緩衝膜３及び結合膜４のいずれも成膜せずに、緩衝膜３上に一方の面２ａが接するようにガラス基板２及びその上にシリコン基板５又はガラス基板６をステージ８上に配置させて、ステージ８を介して緩衝膜３に陽極接合装置１０の負極を接続し、シリコン基板５又はガラス基板６の結合膜７に陽極接合装置１０の正極を接続して陽極接合を行ってもよい。このとき、ガラス基板２の一方の面２ａには、ステージ８上に緩衝膜３によってアルカリイオンによる析出物がほとんど生じることはない。そしてガラス基板２の一方の面２ａに新たにガラス基板２を陽極接合する場合は、先のガラス基板２の析出物のほとんどない一方の面２ａに結合膜４を被膜してから行えばよい。
After that, by repeating the process shown in FIG. 1 (d), as shown in FIG. 3, a plurality of
As still another anodic bonding example, the
また、図３において、どのガラス基板２も、上の結合膜４（但し、一番上のガラス基板２の場合には、シリコン基板５）を下の結合膜４よりも高電位とするよう電圧を印加することによって下の結合膜４に陽極接合されている。従って、どのガラス基板２も、実線矢印に示すとおり、陽極接合時には上から下に向かった向きの電界が印加される。ここで、図３に示された矢印は、それぞれのガラス基板２の陽極接合時に作用する電界の向きを表す。
In FIG. 3, any
また、図３では、ガラス基板２を一枚ずつ陽極接合させたが、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように陽極接合された複数のガラス基板２同士を陽極接合してもよい。図４（ａ）では、一方の面２ａに緩衝膜３及び結合膜４を順次成膜された第一ガラス基板２を、結合膜４をステージ８に接するように導電性のステージ８上に載置し、その第一ガラス基板２の他方の面に、一方の面２ａに緩衝膜３及び結合膜４を順次成膜された第二ガラス基板２’の結合膜４が先のガラス基板２に接するように第二ガラス基板２’を配置し、第二ガラス基板２’の他方の面２ｂ上に重し９により荷重をかける。この状態で陽極接合装置１０の正極を第二ガラス基板２’の一方の面２ａ側に設けられた結合膜４の露出された表面に接続し、導電性のステージ８を介して第一ガラス基板２に設けられた結合膜４に陽極接合装置１０の負極を接続して実線矢印の方向に電界が生じるように第一陽極接合を行う。
In FIG. 3, the
引き続き、図４（ｂ）に示すように、ステージ８と第一ガラス基板２との間に、一方の面２ａに緩衝膜３及び結合膜４が設けられた第三のガラス基板２”を配置させる。このとき、陽極接合装置の正極は第一ガラス基板２の露出された結合膜４に接続し、負極はステージ８を介して第三のガラス基板２”の結合膜４に接続している。この状態で第二陽極接合すると、その電界方向は、実線の矢印で示されるように、第一陽極接合時の電界方向（破線矢印）と同一方向になる。このように接合されたガラス基板２、２’、２”の第一基板群１１を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 4B, a
その後、第一基板群１１とステージ８との間に、第一基板群１１と同様に第一陽極接合及び第二陽極接合で形成された第二基板群１１’を載置させる。そして、第一基板群１１の第二ガラス基板２”に設けられた結合膜４に陽極接合装置１０の正極を接続し、導電性ステージ８を介して第二基板群１１’の第二ガラス基板２”に設けられた結合膜４に陽極接合装置１０の負極を接続して第三陽極接合を行う。このときの電界方向（実線矢印）は、第一陽極接合の電界方向及び第二陽極接合の電界方向（ともに破線矢印）と同一方向になる。
Thereafter, the
以上のように、本実施の形態では、陽極接合する側である一方の面２ａ側に陽極接合によりガラス基板２内の酸素原子により酸化可能な結合膜４が形成されているので、図１（ｄ）に示すように、この結合膜４を正極とし、新たなガラス基板２の表面２ａ寄りを負極として、陽極接合を行うことができる。この時、新たなガラス基板２の両面間に電圧が印加されるので、新たなガラス基板２には電界が発生するが、先に接合したガラス基板２には電界が殆ど発生しない。特に、新たなガラス基板２の接合時には、先の陽極接合時における電界と反対向きの電界が先のガラス基板２に発生しない。このように、先に接合したガラス基板２の接合面とは反対面に結合膜４を成膜することによって、先に接合したガラス基板２に新たなガラス基板２を接合することができる。更には、何れのガラス基板２にも各陽極接合での電界が互いに反対向きに作用しないので、逆電界によるガラス基板２の内部の変色が生じない。そのため、スタック構造を簡単に製造することができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、図４に示すように、陽極接合するガラス基板２のうち、新たに陽極接合する側である一方の面２ａ側に陽極接合によりガラス基板２内の酸素原子により酸化可能な結合膜４が形成されているので、複数回の陽極接合を行う際に各陽極接合での電界方向を同一方向にするので逆電界による基板間の接合不良又は接合性の低下が生じることがない。
Further, as shown in FIG. 4, a
そして、陽極接合するガラス基板２のうち、新たに陽極接合する側である一方の面２ａに緩衝膜３を成膜するので、先の陽極接合時においてガラス基板２内のアルカリイオンの移動を緩衝膜３内等に分散させため、新たに陽極接合する一方の面２ａと緩衝膜３との界面や、緩衝膜３の表面にアルカリイオンによる析出物が発生することを抑制できる。これは、次のように考えられる。即ち、図５に示すように、陽極接合直後には、内部のアルカリ組成物や酸素がイオン化してキャリアとなることによって微小な電流を流すガラス基板２内の電界Ｅaが緩衝膜３内の電界Ｅbよりも高い。このとき、電界Ｅa及び電界Ｅbは、緩衝膜３の表面からの距離ｄと陽極接合開始時からの時間ｔとの関数である。なお、結合膜４は、金属又は合金なために高抵抗のガラス基板２や金属酸化膜等の緩衝膜３より遙かに抵抗率及びシート抵抗が低く、分圧比が無視できる程小さい。陽極接合時には、アルカリイオンが負極側に引き寄せられ移動するが、ガラス基板２内部でアルカリイオンが受ける力Ｆは、アルカリイオンの電荷をｑとした場合、次式で表すことができる。
Ｆ＝ｑ・Ｅa
Then, since the
F = q · E a
一方、緩衝膜３内部でアルカリイオンが受ける力ｆは、次式で表すことができる。
ｆ＝ｑ・Ｅb
On the other hand, the force f received by alkali ions inside the
f = q · E b
したがって、アルカリイオンが受ける力は、電界Ｅa、電界Ｅbを比較すれば良い。つまり、時間ｔがゼロ又は十分に小さい場合には、電界Ｅa、電界Ｅbは図５に示すようになり、電界Ｅa、電界Ｅbは、ガラス基板２、緩衝膜３のそれぞれの内部の位置に関係がなく、ほぼ一定値になる。また、緩衝膜３の方がガラス基板２よりも電気伝導性が高いので、電界Ｅbの方が電界Ｅaよりも小さい。しかも、電界Ｅbはゼロとならず、アルカリイオンは緩衝膜３の表面方向への弱い力をうける。したがって、ガラス基板２内のアルカリイオンは、ある程度緩衝膜３に移動する。
Therefore, the force alkali ions is subjected, the electric field E a, it may be compared field E b. That is, when the time t is zero or sufficiently small, the electric field E a and the electric field E b are as shown in FIG. 5, and the electric field E a and the electric field E b are respectively inside the
一方、十分に時間ｔが経過した場合（陽極接合が可能な時間）、電界Ｅa、電界Ｅbは、それぞれの内部で一定値にならず、図５のグラフは、直線から、上に凸の曲線に変わる。これは、プラスイオンのスクリ−ニング効果のため、電子の場合のＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）デバイスの酸化膜近傍の半導体層や、電解質溶液中の電極近傍と定性的に同じである。この場合、仮に緩衝膜３がないとすると、アルカリイオンは、その量が十分にある場合、負極近傍の電荷を打ち消すまで移動し、ガラス基板２の表面にアルカリ酸化物のような形で析出する。この緩衝膜３のない状態でのガラス基板２内部の電界ＥAは、スクリ−ニング効果を受けた形になり、やはりグラフ上の軌跡が上に凸の関数になる。したがって、定性的には電界Ｅb＜電界Ｅa＜電界ＥAとなると考えられる。したがって、アルカリイオン濃度も、緩衝膜３のない場合、ガラス基板２の表面近傍表面又は界面に集中するが、ある程度の量のアルカリイオンが内在可能で且つガラス基板２より低い抵抗率の緩衝膜３がある場合、陽極接合による電界強度の分散によってガラス基板２内のアルカリイオンの濃度が面２ａの表面に集中することを避けることができる。
On the other hand, when the time t has sufficiently passed (the time in which anodic bonding is possible), the electric field E a and the electric field E b do not become constant values inside, and the graph of FIG. 5 protrudes upward from the straight line. It turns into a curve. This is qualitatively the same as the semiconductor layer near the oxide film of the MOS (Metal Oxide Semiconductor) device in the case of electrons and the vicinity of the electrode in the electrolyte solution due to the positive ion screening effect. In this case, if the
ガラス基板２内のアルカリイオンの濃度が緩衝膜３とガラス基板２との界面に集中したり、アルカリイオンで組成された化合物が結合膜４の表面に析出したりすることを避けることができるので、新たなガラス基板２を先に陽極接合したガラス基板２の結合膜４に陽極接合しても、新たなガラス基板２が先に陽極接合したガラス基板２の結合膜４から剥離しない。そのため、接合強度の強いスタック構造を提供することができる。
Since the concentration of alkali ions in the
また、ガラス基板２内のアルカリイオンの濃度が緩衝膜３とガラス基板２との界面に集中したり、アルカリが結合膜４の表面に析出したりすることを避けることができるので、結合膜４に別の材料を接合することができる。
Further, the concentration of alkali ions in the
また、ガラス基板２にリチウム含有のガラス基板（例えば、ＳＷ−ＹＹ）を用いれば、陽極接合時における印加電圧を小さくすることができる。図６は、リチウム含有ガラス基板（ＳＷ−ＹＹ）を用いて陽極接合した場合と、リチウムを含有していないガラス基板（コーニング社製の製品番号♯７７４０のパイレックス（登録商標））を用いて陽極接合した場合について、陽極接合開始時からの時間と両電極間に流れる電流との関係を表したグラフである。緩衝膜３は、厚さ３００ｎｍのＴａ−Ｓｉ−Ｏ系材料とし、リチウム含有ガラス基板の場合には両極間の印加電圧を３００Ｖとし、リチウムを含有していないガラス基板の場合には両極間の印加電圧を８００Ｖとした。図６からわかるように、リチウム含有ガラス基板を３００Ｖで陽極接合した場合でも、電流及び時間変化が、リチウムを含有しないガラス基板を８００Ｖで陽極接合した場合と殆ど同じ挙動を示す。そのため、ガラス基板２にリチウム含有のガラス基板（例えば、ＳＷ−ＹＹ）を用いれば、陽極接合時における印加電圧を小さくすることができる。また、リチウムは、イオン半径が０．５９Å程度とナトリウムのイオン半径より十分小さいので、陽極接合時に容易にガラス基板２内を移動することができる。
Further, if a glass substrate containing lithium (for example, SW-YY) is used for the
なお、図３のように陽極接合していない状態で結合膜４が設けられたガラス基板２を複数枚積層させて、最上部のガラス基板２の結合膜４を陽極接合装置１０の正極に接続し、最下部のガラス基板２又は最下部のガラス基板２の結合膜に陽極接合装置１０を接続して複数のガラス基板２、２、…と、これらに接する結合膜４、４、…との間をまとめて陽極接合してもよい。なお最下部のガラス基板２は、陽極接合後に他のガラス基板や導電性膜と接合しないのであれば、緩衝膜３及び結合膜４を設けなくてもよい。
As shown in FIG. 3, a plurality of
上記製造方法で、同一電界方向に複数の陽極接合を行う場合、ガラス基板２の一方の面２ａに緩衝膜３を設けずに、直接、結合膜４を被膜しても接合可能である。
また、上記製造方法では、ステージ８側に新たなガラス基板２を順次積層させて陽極接合したが、これに限らず、図１（ａ）〜図１（ｄ）のシリコン基板５、ガラス基板２、或いは図２のガラス基板２、６、或いは図４のガラス基板２、２’、２”の相対的な上下位置及び上下面を反転した構造で陽極接合を行ってもよい。つまり、下側にシリコン基板５又はガラス基板６又はガラス基板２’を載置するステージ８が配置され、シリコン基板５の上面、又はガラス基板６の上面に設けられた結合膜７、又はガラス基板２’の上面側に設けられた結合膜４上に、溝２ｃが設けられた他の面２ｂを接するようにガラス基板２を載置して、このガラス基板２の一方の面２ａ側に設けられた結合膜４上に重し９を載せ、シリコン基板５、又はガラス基板６に設けられた結合膜７、又はガラス基板２’の一方の面２ａ側に設けられた結合膜４を陽極接合装置１０の正極に接続し、ガラス基板２の一方の面２ａ側に設けられた結合膜４を負極に接続して陽極接合を行えばよい。そして引き続き、緩衝膜３及び結合膜４が設けられた一方の面２ａを上側にした新たなガラス基板２を順次積み上げ、この上に重し９を載置し、この積み上げられた最上部のガラス基板２の結合膜４に負極に接続して陽極接合を行う。このとき導電性の材料を有する重し９を用いることによって重し９を介して陽極接合装置１０の負極と最上の結合膜４と接続することも可能である。
When a plurality of anodic bondings are performed in the same electric field direction by the above manufacturing method, bonding is possible even if the
In the above manufacturing method, the
上記スタック構造（スタック型マイクロリアクタ１）は、燃料電池に供給する水素をメタノールのような炭化水素燃料から改質して得る改質器に用いられ、特に炭化水素燃料を蒸発する蒸発器、蒸発された炭化水素燃料から水素を改質する水素改質器、水素改質器で生成される副生成物の一酸化炭素を化学反応させて除去する一酸化炭素除去器等に用いることができる。 The stack structure (stacked microreactor 1) is used in a reformer obtained by reforming hydrogen supplied to a fuel cell from a hydrocarbon fuel such as methanol, and in particular, an evaporator that evaporates hydrocarbon fuel, The present invention can be used in a hydrogen reformer that reforms hydrogen from a hydrocarbon fuel, a carbon monoxide remover that removes carbon monoxide by-product generated in the hydrogen reformer by a chemical reaction, and the like.
また上記実施形態では、ガラス基板２の接合面と対向する面側に緩衝膜３を設けたが、これに限らず、この対向する面の全面と接するステージ８上に緩衝膜３を設けて陽極接合してもよい。このとき、緩衝膜３は、ガラス基板２がステージ８上に配置される際の位置合わせずれを考慮して、ガラス基板２全面を覆うようにガラス基板２より面積が広いことが好ましい。
なお、上記各実施形態ではガラス基板２に結合膜４を設けたが、これをもう消すにガラス基板２に直接、緩衝膜３を設けてもよく、さらに結合膜４が設けられていないガラス基板２をステージ８上の緩衝膜３に載置して陽極接合してもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
In each of the above embodiments, the
〔第２の実施の形態〕
図７〜図１１の断面図を参照して、本発明を適用した第二のスタック型マイクロリアクタの製造方法について説明する。
[Second Embodiment]
A manufacturing method of the second stack type microreactor to which the present invention is applied will be described with reference to the sectional views of FIGS.
図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、第１ガラス基板１０１を準備し、第１ガラス基板１０１の一方の面に葛折り状の溝１０１ａを形成し、第１ガラス基板１０１の一方の面のうち溝１０１ａ以外の部分に結合膜１０２を成膜する。第１ガラス基板１０１は、第１実施形態におけるガラス基板２と同様の成分組成である。以下、第２実施形態で使用するガラス基板は何れも第１実施形態におけるガラス基板２と同様の成分組成である。なお、図７（ｂ）は第１ガラス基板１０１の平面図であり、図７（ａ）は図７（ｂ）の面VII−VIIに沿った断面図である。
As shown in FIGS. 7A and 7B, a
溝１０１ａの形成方法としては、第１ガラス基板１０１の一方の面に対し周知のサンドブラス法を施す方法でも良いし、周知のフォトリソグラフィー及びエッチング等を適宜施す方法でも良い。
As a method for forming the
結合膜１０２をパターニングする方法としては、リフトオフ方法を適用することができる。つまり、溝１０１ａにレジストを被覆したまま第１ガラス基板１０１の一方の面に結合膜を気相成長法等により成膜し、レジストとともに溝１０１ａに重なった結合膜を除去することによって、溝１０１ａ以外の部分に結合膜１０２を残留させる。結合膜１０２は、第１実施形態における結合膜４（図１に図示）と同じ成分である。以下、第２実施形態で使用する結合膜は何れも第１実施形態における結合膜４と同じ成分である。
As a method for patterning the
図８に示すように、一方の面に葛折り状の溝１０３ａが形成された第２ガラス基板１０３を準備し、この第２ガラス基板１０３の他方の面に緩衝膜１０４を成膜し、その緩衝膜１０４上に結合膜１０５を成膜する。緩衝膜１０４の成分及び成膜方法は、第１実施形態における緩衝膜３の成分組成及び成膜方法と同様である。以下、第２実施形態で使用する緩衝膜は何れも第１実施形態における緩衝膜３と同様の成分組成である。なお、溝１０３ａは、第１ガラス基板１０１の溝１０１ａと面対称に設けられている。
As shown in FIG. 8, a
次に、図９に示すように、溝１０１ａを溝１０３ａに向かい合わせた状態で第２ガラス基板１０３の一方の面を結合膜１０２に押し当て、結合膜１０２が結合膜１０５よりも高電位となるよう結合膜１０２と結合膜１０５との間に電圧を印加し、更に３００〜４００℃に加熱する。これにより、陽極接合を行う。緩衝膜１０４が第２ガラス基板１０３に成膜されているので、アルカリイオンの濃度が第２ガラス基板１０３の他方の面に集中することを抑えることができる。
Next, as shown in FIG. 9, with the
次に、図１０に示すように、一方の面に緩衝膜１０７、結合膜１０８が順に成膜された熱緩衝用の第３ガラス基板１０６を準備する。そして、第３ガラス基板１０６の他方の面を結合膜１０５に押し当て、結合膜１０５が結合膜１０８よりも高電位となるよう結合膜１０５と結合膜１０８との間に電圧を印加し、更に３００〜４００℃に加熱する。これにより、陽極接合を行う。そして、その結合膜１０８の一部に電熱材からなる薄膜ヒータ１５１（図１１に図示）をパターニングする。この構成をガラス基板１０１、１０３の溝１０１ａ、１０３ａで構成される流路内を流れる燃焼燃料を薄膜ヒータ１５１の熱によって気化する燃焼燃料気化器１７１とし、後述するガラス基板１１５に設けられた溝１１５ａで構成される流路、ガラス基板１２４設けられた溝１２４ａで構成される流路、及びガラス基板１３３、１３６の溝１３３ａ、１３６ａで構成される流路に、気化された燃焼燃料を供給する。
Next, as shown in FIG. 10, a
以後、第１ガラス基板１０１に第２ガラス基板１０３を接合した場合や第２ガラス基板１０３に第３ガラス基板１０６を接合した場合と同様に以下の（ａ）〜（ｂ）の工程を順に繰り返すことによって、ガラス基板１０９，１１２，１１５，１１８，１２１，１２４，１２７，１３０，１３３，１３６をこの順に接合していく。
（ａ）新たなガラス基板の一方の面に緩衝膜、結合膜を順に成膜する。
（ｂ）先に陽極接合したガラス基板に形成された結合膜に、新たなガラス基板の他方の面を押し当て、先のガラス基板の結合膜が新たなガラス基板の結合膜よりも高電位となるよう先の結合膜と新たな結合膜との間に電圧を印加し、更に３００〜４００℃に加熱する。つまり、陽極接合を行う。
Thereafter, the following steps (a) to (b) are sequentially repeated in the same manner as when the
(A) A buffer film and a binding film are sequentially formed on one surface of a new glass substrate.
(B) The other surface of the new glass substrate is pressed against the bonding film formed on the previously anodically bonded glass substrate so that the bonding film of the previous glass substrate has a higher potential than the bonding film of the new glass substrate. A voltage is applied between the previous bonding film and the new bonding film so as to be further heated to 300 to 400 ° C. That is, anodic bonding is performed.
以上のようにガラス基板１０９，１１２，１１５，１１８，１２１，１２４，１２７，１３０，１３３，１３６を順次接合していくことにより、図１１に示すようなスタック型マイクロリアクタ２００が化学反応炉として完成する。図１１において、何れのガラス基板１０３〜１３６でも、下の結合膜を上の結合膜よりも高電位とするよう電圧を印加することによって上の結合膜に陽極接合されている。従って、何れのガラス基板１０３〜１３６も、陽極接合時には下から上に向かった向きの電界が印加される。
As described above, by sequentially joining the
このスタック型マイクロリアクタ２００について説明する。
薄膜ヒータ１５１の周囲が空間となるよう、結合膜１０８に第４ガラス基板１０９が陽極接合されている。第４ガラス基板１０９の結合膜１０８との接合面の反対面には、葛折り状の溝１０９ａが形成されており、その面のうち溝１０９ａ以外の部分に緩衝膜１１０、結合膜１１１が順に成膜されている。
The
The
結合膜１１１に第５ガラス基板１１２が陽極接合され、第５ガラス基板１１２の結合膜１１１との接合面には、溝１０９ａと面対称な溝１１２ａが形成され、その接合面と反対の面には、緩衝膜１１３、結合膜１１４が順に成膜されている。
The
結合膜１１４に第６ガラス基板１１５が陽極接合され、第６ガラス基板１１５の結合膜１１４との接合面には、葛折り状の溝１１５ａが形成され、その溝１１５ａの壁面には、燃焼用触媒１５２が形成されている。第６ガラス基板１１５の結合膜１１４との接合面の反対面には、緩衝膜１１６、結合膜１１７が順に成膜され、結合膜１１７の一部に薄膜ヒータ１５３が形成されている。ガラス基板１０９，１１２、緩衝膜１１０、結合膜１１１で構成されたマイクロリアクタと、このマイクロリアクタを加熱するための第６ガラス基板１１５及び燃焼用触媒１５２で構成された改質燃料気化用燃焼器と、薄膜ヒータ１５３とから、改質燃料気化器１７２が構成される。改質燃料気化器１７２は、後述する水素改質器１７４に、気化された改質燃料を供給するためのものである。
The
薄膜ヒータ１５３の周囲が空間となるよう、結合膜１１７に第７ガラス基板１１８が陽極接合されている。第７ガラス基板１１８の結合膜１１７との接合面の反対面には、葛折り状の溝１１８ａが形成されており、その溝１１８ａの壁面には、一酸化炭素酸化用触媒１５４が形成されている。その反対面のうち溝１１８ａ以外の部分に緩衝膜１１９、結合膜１２０が順に成膜されている。
The
結合膜１２０に第８ガラス基板１２１が陽極接合され、第８ガラス基板１２１の結合膜１２０との接合面には、溝１１８ａに面対称な葛折り状の溝１２１ａが形成され、その溝１１５ａの壁面には、一酸化炭素酸化用触媒１５５が形成されている。第８ガラス基板１２１の結合膜１２０との接合面の反対面には、緩衝膜１２２、結合膜１２３が順に成膜されている。
The
結合膜１２３に第９ガラス基板１２４が陽極接合され、第９ガラス基板１２４の結合膜１２３との接合面には、葛折り状の溝１２４ａが形成され、その溝１２４ａの壁面には、燃焼用触媒１４２が形成されている。第９ガラス基板１２４の結合膜１２３との接合面の反対面には、緩衝膜１２５が成膜されている。緩衝膜１２５の周囲部には、結合膜１２６が成膜され、緩衝膜１２５の中央部には、薄膜ヒータ１５６が形成されている。
The
一酸化炭素除去器１７３は、ガラス基板１１８，１２１、緩衝膜１１９、結合膜１２０で構成されたマイクロリアクタと、このマイクロリアクタを加熱するためのガラス基板１２４及び燃焼用触媒１４２で構成された一酸化炭素除去用燃焼器と、薄膜ヒータ１５６と、を有し、後述する水素改質器１７４で生成される一酸化炭素を酸化して二酸化炭素とするためのものである。
The
薄膜ヒータ１５６の周囲が空間となるよう、結合膜１２６に第１０ガラス基板１２７が陽極接合されている。第１０ガラス基板１２７の結合膜１２６との接合面の反対面には、葛折り状の溝１２７ａが形成されており、その溝１２７ａの壁面には、燃料改質用触媒１５４が形成されている。その反対面のうち溝１２７ａ以外の部分に緩衝膜１２８、結合膜１２９が順に成膜されている。
The
結合膜１２９に第１１ガラス基板１３０が陽極接合され、第１１ガラス基板１３０の結合膜１２９との接合面には、溝１２７ａに面対称な葛折り状の溝１３０ａが形成され、その溝１３０ａの壁面には、燃料改質用触媒１５８が形成されている。第１１ガラス基板１３０の結合膜１２９との接合面の反対面には、緩衝膜１３１、結合膜１３２が順に成膜されている。
The
結合膜１３２に第１２ガラス基板１３３が陽極接合され、その接合面の反対面には、葛折り状の溝１３３ａが形成されており、その溝１３３ａの壁面には、燃焼用触媒１５９が形成されている。その反対面のうち溝１３３ａ以外の部分に緩衝膜１３４、結合膜１３５が順に成膜されている。
The
結合膜１３５に第１３ガラス基板１３６が陽極接合され、第１３ガラス基板１３６の結合膜１３５との接合面には、溝１３３ａに面対称な葛折り状の溝１３６ａが形成され、その溝１３６ａの壁面には、燃焼用触媒１６０が形成されている。第１３ガラス基板１３６の結合膜１３５との接合面の反対面には、緩衝膜１３７、結合膜１３８が順に成膜され、結合膜１３８の一部に薄膜ヒータ１６１が形成されている。
A
水素改質器１７４は、ガラス基板１２７，１３０、緩衝膜１２８、結合膜１２９で構成されたマイクロリアクタと、このマイクロリアクタを加熱するためのガラス基板１３３，１３６、緩衝膜１３４、結合膜１３５及び燃焼用触媒１５９、１６０で構成された水素改質用燃焼器と、薄膜ヒータ１６１と、を有し、改質燃料気化器１７２で気化された改質燃料を水素に改質するものであり、水素及び副生成物として生成される一酸化炭素を含む混合流体を一酸化炭素除去器１７３に供給するものである。
The
以上のマイクロリアクタ２００の燃焼燃料気化器１７１においては、薄膜ヒータ１５１や後述する燃焼器等の熱によってメタノール等の燃焼燃料が溝１０１ａ，１０３ａを流動している時に加熱されて蒸発する。この気化器において気化した燃焼燃料は、空気等と混合され、水素改質器１７４、一酸化炭素除去器１７３、改質燃料気化器１７２の各燃焼器に供給される。つまり、溝１３３ａ，１３６ａによる流路、溝１２４ａによる流路及び溝１１５ａによる流路に流れる。
In the combustion fuel vaporizer 171 of the
気化した燃焼燃料が、溝１１５ａの流路を流れている時に、燃焼用触媒１５２の触媒作用によって酸化して燃焼し、同様に、溝１２４ａの流路を流れている時に、燃焼用触媒１４２の触媒作用によって酸化して燃焼する。また、気化した燃料が１３３ａ，１３６ａの流路を流れている時に、燃焼用触媒１５９，１６０の触媒作用によって酸化して燃焼する。これにより、燃焼熱が発生し、改質燃料気化器１７２、一酸化炭素除去器１７３、水素改質器１７４を加熱することによって、改質燃料気化器１７２、一酸化炭素除去器１７３、水素改質器１７４での反応を促進させる。改質燃料気化器１７２、一酸化炭素除去器１７３、水素改質器１７４での主たる熱源はこれら燃焼器であることが好ましく、薄膜ヒータ１５３，１５６，１６１は、改質燃料気化器１７２、一酸化炭素除去器１７３、水素改質器１７４に要求される温度を調整するための補助熱源として用いられることが好ましい。
When the vaporized combustion fuel flows through the flow path of the
また、第４ガラス基板１０９と第５ガラス基板１１２とから気化器が構成されている。つまり、メタノール等の改質燃料と水との混合物が、溝１０９ａ，１１２ａによる流路を流れている時に、主に第６ガラス基板１１５における燃焼熱及び薄膜ヒータ１５３により加熱されて蒸発する。気化した改質燃料と水の混合気は、溝１２７ａ，１３０ａによる流路に流れる。
Further, the
燃料と水の混合気が、溝１２７ａ，１３０ａを流れている時に、主にガラス基板１３３，１３６の燃焼器における燃焼熱及び薄膜ヒータ１６１の熱により加熱され、更に燃料改質用触媒１５７，１５８による触媒作用により水素に改質される。つまり、ガラス基板１２７，１３０と燃料改質用触媒１５７，１５８とから水蒸気改質器が構成される。また、この水蒸気改質器では、副生成物として、二酸化炭素、一酸化炭素等も生成される。水素等の生成物は空気と混合されて、溝１１８ａ，１２１ａによる流路に流れる。
When the mixture of fuel and water flows through the
水素等の生成物が溝１１８ａ，１２１ａの流路を流れている時に、生成物中の一酸化炭素が一酸化炭素酸化用触媒１５４，１５５の触媒作用により酸化する。これにより、一酸化炭素が除去される。
When a product such as hydrogen flows through the
一酸化炭素除去器から水素等の生成物が燃料電池の燃料極に供給され、フュエールセルの空気極には空気中の酸素が供給され、フュエールセルにおける電気化学反応により電気エネルギーが生成される。 A product such as hydrogen is supplied from the carbon monoxide remover to the fuel electrode of the fuel cell, oxygen in the air is supplied to the air electrode of the fuel cell, and electric energy is generated by an electrochemical reaction in the fuel cell.
このマイクロリアクタ２００においても、各ガラス基板内のアルカリイオンの濃度が集中したり、アルカリが析出したりすることを避けることができるので、それぞれの陽極接合面の接合強度が強い。そのため、接合強度の強いマイクロリアクタ２００を提供することができる。
Also in this
以上のように上記各実施形態では、後工程としてガラス基板の一方の面にシリコン基板を陽極接合した場合のガラス基板に作用する電界が、その前工程としてガラス基板の他方の面に他のシリコン基板を陽極接合した場合のガラス基板に作用する電界と同じ向きとなり、先に陽極接合されたガラス基板の他方の面とシリコン基板との間の結合に悪影響を及ぼすことを防止できる。さらに前工程で陽極接合時にガラス基板内に正電荷となるようなキャリア例えばナトリウムイオンが発生するような場合、前工程の電界でガラス基板の一方の面の表面付近に化合物等の状態で析出され、後工程のガラス基板の一方の面にシリコン基板の間の接合を阻害するといったことを防止できる。 As described above, in each of the above embodiments, the electric field acting on the glass substrate when the silicon substrate is anodically bonded to one surface of the glass substrate as a post-process is the other silicon on the other surface of the glass substrate as the pre-process. It becomes the same direction as the electric field acting on the glass substrate when the substrate is anodically bonded, and it can be prevented that the bonding between the other surface of the glass substrate previously anodically bonded and the silicon substrate is adversely affected. Furthermore, when carriers such as sodium ions are generated in the glass substrate during the anodic bonding in the previous process, they are deposited in the form of compounds in the vicinity of one surface of the glass substrate by the electric field in the previous process. Further, it is possible to prevent the bonding between the silicon substrates from being obstructed on one surface of the glass substrate in the subsequent process.
また、何れのガラス基板１０３〜１３６にも反対向きの電界が作用しないので、ガラス基板１０３〜１３６の内部が変色しなくなる。そのため、スタック構造型のマイクロリアクタ２００を簡単に製造することができる。
In addition, since the opposite electric field does not act on any of the
また、ガラス基板１０３〜１３６としてリチウム含有のガラス基板を用いることによって、陽極接合時の電圧を低くすることができる。
Moreover, the voltage at the time of anodic bonding can be made low by using a glass substrate containing lithium as the
１ スタック型マイクロリアクタ（スタック構造）
２，７，１０１，１０３，１０６，１０９，１１２，１１５，１１８，１２１，１２４，１２７，１３０，１３３，１３６ ガラス基板
３，１０４，１０７，１１０，１１３，１１６，１１９，１２２，１２５，１２８，１３１，１３４，１３７ 緩衝膜
４，１０２，１０５，１０９，１１１，１１４，１１７，１２０，１２３，１２６、１２９，１３２，１３５，１３８ 結合膜
２ｃ，１０１ａ，１０３ａ，１０９ａ，１１２ａ，１１５ａ，１１８ａ，１２１ａ，１２４ａ，１２７ａ，１３０ａ，１３３ａ，１３６ａ 溝
５ シリコン基板
２００ マイクロリアクタ（スタック構造）
1 Stack type microreactor (stack structure)
2, 7, 101, 103, 106, 109, 112, 115, 118, 121, 124, 127, 130, 133, 136
Claims (16)
前記複数の基板のうち、第一基板とガラスを含む第二基板との間に、陽極接合により前記二基板のガラス中の酸素原子と結合された結合膜が介在していることを特徴とするスタック構造。 In a stack structure of a plurality of substrates bonded together by anodic bonding,
Among the plurality of substrates, a bonding film bonded to oxygen atoms in the glass of the two substrates by anodic bonding is interposed between the first substrate and the second substrate containing glass. Stack structure.
前記複数の基板のうち第一基板とガラスを含む第二基板との間に介在される結合膜が、前記第二基板のガラス内の酸素原子と結合されるように陽極接合することを特徴とするスタック構造の製造方法。 In the manufacturing method of the stack structure composed of a plurality of substrates,
The bonding film interposed between the first substrate and the second substrate containing glass among the plurality of substrates is anodic bonded so as to be bonded to oxygen atoms in the glass of the second substrate. Manufacturing method of stack structure.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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