JPH11506412A - 超小型電気管路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、高アスペクト比の穴を貫通する液密電気管路を形成する方法であり、この方法は、バイアインクを焼結して電気管路を形成するとともに穴を密閉するステップを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 超小型電気管路の製造方法 本出願は、基板内の高アスペクト比の穴を通って突出し、この孔を流体漏れに 対抗してシールする電極を合成する方法に関する。 ウェーハサイズのプレート（例えば、ガラスプレートや半導体プレート）上に 、多数の貯蔵器から多数の反応セル（例えば、１００個から１０，０００個の反 応セル）に液体を向かわせる複合マイクロ構造を形成しようとする努力の中から 本発明が生まれた。これらのマイクロ構造は、「液体分配システム」と呼ぶこと ができる。これらの努力と一体になって、様々な液体の動電ポンプ輸送をもたら す電極ベースのポンプを形成しようとする努力もなされてきた。しかしながら、 液体分配システムを実現可能に形成するためには、基板というウェーハサイズの プレート上に数千の突出電極を形成することが必要であった。更に、電極が流体 をシールするように基板を貫通して突出する必要があった。 電気管路は、基板中の穴を、厚膜バイアインク、すなわち焼成ブロセスの後に 凝固して導電性固体となるインク、で充填することによって、基板という薄いプ レート（例えば、５０〜２００ミクロン）を貫通させて形成されてきた。しかし ながら、より厚いプレート（例えば、２５０ミクロン〜１５００ミクロン）、例 えば、液体分配システムを構成するのに有用であると考えられているプレート、 を貫通させて電極を形成する状況においては、バイアインクは、しばしばクラッ クを生じさせたり、穴の側面に適切に付着しないか、そうでなければ穴を適切に シールしないことが良く知られている。更に、プレートの表面から電極突起を形 成する方法が必要とされていた。本発明は、これらの問題を解決する。 本発明の好適な用途は、微小電極の形成である。他の用途としては、マルチレ ベル電気基板中の接続回路層へのバイアや、電気ピンに相互接続された基板用の バイアや、プリント配線板にモジュールを接続するためのバイアの形成が挙げら れる。発明の概要 本発明は、高アスペクト比の穴を貫通する液密電気管路を形成する方法を提供 する。この方法は、バイアインクを焼結して電気管路を形成し、穴をシールする ステップを備えている。この方法は、微小電極を形成するために使用することが できる。図面の簡単な説明 図１Ａ〜図１Ｄは、本発明の方法の各工程を示している。 図２は、本発明と共に使用することの可能な液体分配システムの切取図を示し ている。 図３は、図２の液体分配システムの分配プレートを示している。 図４は、図３の分配プレートの一部の拡大図を示している。定義 以下の用語は、下記の意味を持つものとする。 ・アドレス可能な 反応セルまたは流路に貯蔵器または他の流路からの液 体を向かわせることができる場合、反応セルまたは流 路は、貯蔵器または別の流路によって「アドレス可能」 である。 ・隣接 次の状況で使用される「隣接」。(i)第２構造物のプレ ート上に向かう第１構造物の鉛直突起が第１構造物を 第２構造物に重ね、あるいは第１構造物を第２構造物 の約２５０μｍ以内に配置する場合、複数のプレート のうちの一つの第１構造物は、同じまたは別のプレー トの第２構造物に隣接している。(ii)二つ以上の流路 の各々が実質的に同じ水平面内にある場合、これらの 流路の配置は相互に隣接しており、この配置における 外側の二つの流路を除く全ての流路は、その配置にお ける二つの近傍流路と（上記(i)で定義した意味におい て）隣接している。好ましくは、項目(i)において、第 ２構造物のプレート上に向かう第１構造物の鉛直突起 が第１構造物を第２構造物に重ね、あるいは第１構造 物を第２構造物の約１５０μｍ以内に配置する場合に、 第１構造物は第２構造物に隣接している。 ・毛管寸法 液体の毛管流に有利な寸法。通常、毛管寸法の流路は、 約１．５ｍｍ以下の幅を有している。好ましくは、流 路は約５００μｍ以下の幅を有しており、より好まし くは、２５０μｍ以下の幅を有しており、更に好まし くは、約１５０μｍ以下の幅を有している。 ・毛管障壁 より大きな空間への開口を備える流路内の流体の流れ に対する障壁。ここで、この空間は、流路内の液体が メニスカス等のエネルギ最小化液体表面を開口に形成 するのに有利なように設計されている。この毛管障壁 は、より大きな空間への開口の直前に流路の垂直高さ を上げるダムを有していることが好ましい。 ・接続 本発明の流路、貯蔵器および反応セルは、これらの間 に流体を流れさせるルートがある場合、「接続」され ている。ここで、このルートは、反応セルを連結の一 部として使用することを含まない。 ・定常流路 流体が流路を通って定常的に流れることを可能にする オーバーフロー出口を有する流路。 ・直接接続 (1)貯蔵器と水平流路が接続されており、他の流路がこ れらの間に介在していない場合か、あるいは(2)貯蔵器 と水平流路が接続されており、単一の鉛直流路だけが これらの間に介在している場合、貯蔵器および水平流 路は「直接接続」されている。 ・穴径 小さな穴を製造する技術はしばしば一端が他端より広 い（例えば、約５０ミクロン広い）穴を形成するので、 本明細書で言及する穴径値は、最も狭い径を指す。 ・水平、鉛直、 分配システムの一部の方位の表示は、装置が使用中の ＥＷ、ＮＳ ときの方位を表している。「ＥＷ軸」及び「ＮＳ軸」 という表記は、図１、図２、図３および図７に関する ものである。ここで、ＥＷ軸は右から左に進み、ペー ジの長軸に対して垂直であり、ＮＳ軸は上から下に向 かい、ページの長軸に対して平行である。 ・垂直 分配プレート内の流路が当初、別個の水平面上に配置 されていても、同じ水平面上に向かうこれらの鉛直突 起が垂直であれば、分配プレート内の流路は垂直であ る。 ・貯蔵器 文脈から異なる意味が明白でない限り、「貯蔵器」お よび「流体貯蔵器」という用語は、貯蔵器または流体 貯蔵器に直接接続された水平延長流路（時には単に 「延長部」とも呼ばれる）を含んでいる。 ・バイアインク 導電性材料を含んだ流体材料であり、ここで、この導 電性材料は、特定の温度で焼結することにより、焼結 温度以下に冷却されると導電性の固体となる素材を形 成する。詳細な説明 Ａ．電気管路の製造 本発明は、基板材料内での管路の形成に関する。これらの管路は、液体分配シ ステム（上述したもの）の上部プレート内で製造されて、複数の電極を形成する ようになっていると好ましい。通常、このような電極の各ペアは、近接させて（ 例えば５０〜２５０ミクロンの間隔をあけて）配置される。これらの電極は、好 ましくは約２５ミクロン〜約１５０ミクロン、より好ましくは約５０ミクロン〜 約７５ミクロンの直径を持つように製造される。この液体分配システムは、１０ ，０００個の反応セル３５０を持つことができ、ここで、各反応セル３５０は、 ６〜１０個の対応する電極ベースポンプを有している。このように、液体分配シ ステムは、約２００，０００〜約３００，０００個の電極を必要とする。好まし くは、本発明の方法は、基板上に少なくとも約１０，０００個以上の電気管路を 形成するために使用される。ここで、これらの管路は、電極として使用すること ができる。より好ましくは、この方法は、基板上に約１００，０００個以上の電 気管路を形成するために使用される。大量生産技術を使用してこのような構造を 製造するためには、複数の管路を連続的にではなく並行して形成することが必要 となる。管路を形成する好ましい方法は、基板（例えば、フィードスループレー ト３００）を貫通する穴であって管路が貫通して突出する穴を形成するステップ と、その穴を金属厚膜インク（すなわち、いわゆる「バイアインク」）で充填す るステップと、この後、基板およびインク充填材を焼成して、流体漏れに対して 穴をシールする優れた導体にインクを転化するステップと、を含んでいる。また 、この方法は、基板を貫通して突出する管路部分を形成して、例えば、流路中の 液体内に突出する電極を一方で設け、他方で電気制御装置を取り付けるための接 点を設けることもできる。 例えば、ホウケイ酸ガラスからなる５００ミクロン厚のプレートにエキシマレ ーザを用いて穴をあける。この後、市販の注入バイア充填機（パシフィック・ト リネティクス社製モデルＶＦ−１０００、カリフォルニア州サンマルコ）を使用 して、穴を厚膜インクで充填する。焼成されたインクが穴の側面に付着し、焼成 プロセス中にクラックを生じないで、流体の流れに対抗して穴をシールするよう に、このような高アスペクト比の穴を充分に充填する機能を持つバイアインクの 優れた配合が思いがけなく発見された。高アスペクト比の穴を貫通するシール導 電管路の形成にあたって重要な一つの要素は、充分に微細な寸法を有するバイア インク用の金属粉末成分およびガラス粉末成分を選択することである。一つの適 切な配合では、１２−５０７ Ａｕ粉末（テクニック社、ロードアイランド州ウ ーンソケット）を８９．３％ ｗ／ｗ、Ｆ−９２ガラス（Ｏ．ホメル社、ペンシ ルバニア州カーネギー）を５．７％ ｗ／ｗ、テキサノール（Texanol（商標）） （２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールのモノイソブタレートエ ステル、イーストマン化学製品、テネシー州キングスポート）中の１５％ ｗ／ ｖ エチルセルロースＮ−３００（Ｎ−３００、アクアロン、デラウエア州ウィ ルミングトン）を２．４％ ｗ／ｗ、テルピネオール（Terpineol）Ｔ−３１８（ 混合第三級テルペンアルコール、ハーキュリーズ社、デラウエア州ウィルミント ン）中の１５％ ｗ／ｖ エルヴァサイト２０４５（Elvacite 2045（商標））（ ポリイソブチルメタクリレート）を２．１％ ｗ／ｗ、及びデュオミーンＴＤＯ （Duomeen TDO（商標））（Ｎ−タローアルキルトリメチレンジアミンオレエー ト、アクゾ化学、イリノイ州シカゴ）を０．５％ ｗ／ｗ使用する。テクニック 社の金粉末は、０．９ミクロンの平均粒径を有している。別の適切な配合では、 Ａｇ粉末Ｑ粉末（メッツ、ニュージャージー州サウスプレーンフィールド）を８ ０．８％ ｗ／ｗ、Ｆ −９２ガラス（Ｏ．ホメル社、ペンシルバニア州カーネギー）を５．２％ ｗ／ ｗ、ＶＣ−１樹脂（３７％ ｗ／ｗのテルピネオールＴ−３１８、５５．５％ ｗ ／ｗのブチルカルビトール、７．５％ ｗ／ｗのエチルセルロースＮ−３００、 アクアロン、デラウエア州ウィルミントン）を３．７％ ｗ／ｗ、テキサノール （Texanol（商標））中の１５％ ｗ／ｖ エチルセルロースＮ−３００を４．０ ％ ｗ／ｗ、テルピネオールＴ−３１８中の１５％ ｗ／ｖ エルヴァサイト２０ ４５（Elvacite 2045（商標））（ポリイソブチルメタクリレート）を４．１％ ｗ／ｗ、デュオミーンＴＤＯ（Duomeen TDO（商標））を０．６％ ｗ／ｗ、及び テルピネオールを１．６％ ｗ／ｗ使用する。これらの配合物を５５０℃で焼成 して、高アスペクト比の導電管路を形成した。 バイアインクは、通常、４種類の成分、すなわち（１）ガラス粉末、（２）金 属粉末、（３）主としてインクの流動性を調節する機能を果たす一つ以上の有機 樹脂、及び（４）一つ以上の溶剤（通常は、有機溶剤）、からなる混合材である 。 ガラス粉末または金属粉末のサイズが大きくなったときは、バイアインク内の 樹脂成分および溶剤成分の量を調節することによって、優れた充填特性（クラッ クがなく、液体に対する良好なシールと穴の側面への良好な付着を与える）を依 然として得ることができる。粉末の平均粒径は、好ましくは約０．３ミクロンか ら約１２ミクロンであり、より好ましくは約０．６ミクロンから約８ミクロンで ある。少なくとも約８０％の粒子が平均粒径の±約６０％の大きさを有している ことが好ましい。 本発明は、特に、高アスペクト比の穴の中に管路を形成する工程に適用するこ とができる。本明細書では、このような穴は、直径に対する穴の厚みの比が少な くとも約３、好ましくは少なくとも約５、より好ましくは少なくとも約６．５、 更に好ましくは少なくとも約１０であると定められる。管路が形成される基板は 、一般に、約５０ミクロンから約１５００ミクロンの厚さを有しており、好まし くは約１００ミクロンから約１０００ミクロンの厚さを有しており、より好まし くは約５００ミクロン（すなわち約２０ミル）の厚さを有している。管路が形成 される基板は、好ましくは、ガラス（コーニング７１４０ホウケイ酸ガラス、コ ーニングガラス社、ニューヨーク州コーニング）基板、またはセラミック基板で ある。ガラスの方がより好ましい。 バイアインクを基板中の穴に挿入するために使用される装置は、通常、基板中 の穴に対応する開口を備えた金属ステンシルを含んでいる。基板の上に載せられ たステンシルの上方にバイアインクを供給し、ブラダ装置を使用してインクを加 圧し、強制的にインクを穴に充填する。充填後、バイアインクが充填された穴を 有する基板を、後述するような別の処理のために取り除く。 焼成に先だって、例えばインク充填基板を１〜５分間にわたって（例えば１０ ０℃の）オーブン内に置くことにより、有機成分の多くを蒸発させる。焼成は、 好ましくは約４５０℃から約７００℃の温度で、より好ましくは約５００℃から 約５５０℃の温度で行われる。バイアインクは、好ましくは約６００℃以下の温 度で、より好ましくは５５０℃以下の温度で焼結して導電性固体を形成する。し かしながら、適当な焼成温度範囲の上限は、主として、処理される基板が歪み始 める温度によって決定される。従って、ある種の基板では、もっと高い温度を考 慮に入れることも可能になる。 焼成後にガラス基板の上下に突出する導電性材料が確実に存在するように、基 板の上面および下面を所望の突出部の長さに等しい厚さの犠牲層で被覆すること ができる。この犠牲層は、穴が基板に形成される前または後に加えることができ る。穴が形成される前に犠牲層を加える場合、穴は基板および犠牲層の双方を貫 通して形成される。穴が形成された後に犠牲層を加える場合は、（ａ）基板の一 側から他側にかけてガス圧の差を生じさせ、この圧力差が穴を覆う犠牲材料を取 り除くことによって、犠牲層を貫通する対応開口を形成することができ、あるい は（ｂ）インクの圧力が犠牲層を突き抜けて穴に押し入るときに、（無害な量の 犠牲層材料を穴に残して）少なくとも上部犠牲層を貫通する開口が形成される。 適切な犠牲層は、焼成プロセスの間に焼失される。犠牲層は、例えば、テルピネ オールＴ−３１８（Terpineol T-318（商標））またはテクサノール（Texanol（ 商標））中に溶解されたエチルセルロース樹脂（例えば、エチルセルロースＮ− ３００、アクアロン、デラウエア州ウィルミントン）の５〜２５ｗ／ｗ％混合物 、またはテルピネオールＴ−３１８（Terpineol T-318（商標））中のエルヴァ サイト２０４５（Elvacite 2045（商標））の５〜５０％ ｗ／ｗ混合物を用いて 基板を被覆することにより形成することができる。焼成後、管路の表面を、めっ き金属、例えばニッケル、銀、金、プラチナ、ロジウム等、で改善することがで きる。この堆積は、標準的な電解および／または無電解めっき槽ならびにめっき 技術を用いて行うことができる。 本発明は、図１Ａ〜図１Ｄを参照することにより説明することができる。図１ Ａは、１ミルの犠牲材料層２０で両面が被覆された基板からなる２０ミル厚プレ ート１０を示している。この被覆済みプレート１０に、２ミル径の穴３０を複数 形成する（図１Ｂ）。次いで、バイアインク４０が穴３０内に注入される（図１ Ｃ）。最後に、プレート１０を加熱してバイアインクを凝固させるとともに犠牲 層を焼失させる（図１Ｄ）。 エッチング形成された開口を含むことになる基板を処理して管路を具備させる 場合、エッチングを最初に行い、続いて犠牲層で被覆を行って、管路穴を形成す る。 別の製造方法では、各ポンプについて、２本以上の金属ワイヤ、例えば直径が 約１〜１０ミルの金またはプラチナのワイヤが、例えば約１５０ミクロン離れた 複数の流路壁の開口に挿入される。これらのワイヤは、ガラス基質中の細かく分 割された金属粒子からなる従来の金またはプラチナバイア充填インクによって流 路中に封入される。開口部の外側のワイヤ基部のまわりにバイア充填インクを供 給した後、流路をバイア充填インクガラスの流れ温度以上の温度に加熱し、ワイ ヤと流路との間に優れたシールを形成する。 本発明は、動電ポンプ用の電極を形成するに際して生じたものであるが、高ア スペクト比の穴を貫通する電気管路を形成することが望まれる場合にも本発明を 適用できることは明らかである。また、別の電気構造への管路の連結を容易にす るために突出部を形成することが望まれる場合にも、本発明を適用することがで きる。Ｂ．液体分配システム 本発明の起因となった液体分配システム１００の一例を図２〜４に示す。この 分配システムは、少なくとも３つのプレート、すなわちフィードスループレート ３００、分配プレート３１０および反応セルプレート３２０から形成されている （図２）。フィードスループレート３００は、分配プレート３１０に接合されて いる。最も重要なことは、フィードスループレート３００が、本発明に従って製 造することの可能な複数の第１電極３６０および第２電極３６１を有しているこ とである。反応セルプレート３２０は、通常、分配プレート３１０の下側に、あ るいは分配プレート３１０と反応セルプレート３２０との間に配置される中間プ レート３３０の下側に、取り外し可能に装着される。 図３は、本発明による分配プレート３１０の配置を示している。図４は、分配 プレート３１０の一部の拡大図であり、図４のスケールにより、幾つかの不明瞭 な特徴点が好適に示されている。通常、実線で示される構造は、分配プレート３ １０の最上層に形成され、点線で示される構造は、分配プレート３１０の最下層 に形成される。但し、例外として、図２では、反応セル３５０がもっと下の面内 に配置される場合であっても、これらの構造を実線の囲みで示している。適切な 場合には、鉛直流路が分配プレート３１０の上部の構造を下部の構造に接続する 。 図３の上部には、４つの第１流体貯蔵器２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃおよび ２００Ｄがあり、各々が所定の充填レベルを有している。これらの第１流体貯蔵 器２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃおよび２００Ｄの各々は、分配プレート３１０ のＥＷ軸（定義を参照）の実質的に全部に沿って伸びる２つの第１貯蔵器延長部 ２１２を有している。第１貯蔵器延長部２１２の天井は、第１充填レベルと実質 的に同じ高さにあることが好ましい。第１貯蔵器延長部２１２のＥＷ軸に沿って 互い違いに配列された５つの位置Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１およびＥ１には、４つ の第１鉛直流路２１４（図示せず）があり、これらは、分配プレート３１０の最 下層に形成された４つの第１水平供給路セグメント２１６に第１貯蔵器延長部２ １２を接続する。互い違いに配置された各位置Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１またはＥ １では、別個の第１貯蔵器延長部２１２に接続される４つの隣接する第１水平供 給路セグメント２１６が、ＮＳ軸に沿って１０個の位置Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２ 、Ｅ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２、Ｉ２およびＪ２に向かって延びている。このような ４つの隣接する水平供給路セグメント２１６のセットの各々の進路に沿った位置 Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２、Ｅ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２、Ｉ２またはＪ２の各々は、 一対の反応セル３５０に隣接している（図示せず）。これらの位置Ａ２、Ｂ２、 Ｃ２、Ｄ２、Ｅ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２、Ｉ２、またはＪ２では、４つの隣接する 第１水平供給路セグメント２１６が、第２の鉛直流路２２５（図示せず）を介し て、分配プレート３１０の最上層に形成される４つの垂直第１分配路２２２の各 々に別個に接続される。第１分配路２２２の天井は、第２の充填レベルを決める 。通 常、この第２充填レベルは、実質的に第１充填レベルの高さである。分配路の充 填レベルと接続された貯蔵器の充填レベルとが流路の深さの約１０％以下しか鉛 直方向にずれていない場合、分配路の充填レベル（例えば、第２充填レベル）は 、「実質的に」、接続された貯蔵器の充填レベル（例えば、第１充填レベル）で ある。これらの充填レベルがもっと大きくずれていたとしても、貯蔵器をその充 填レベルまで満たすことが接続された分配路を充填し、この接続された分配路中 に流体を保持することになるのであれば、これらの充填レベルは、やはり実質的 に同一である。水平供給路セグメント２１６に接続され、次いで第２の鉛直流路 ２２５に接続される第１鉛直流路２１４の組み合わせが、第１供給路２１７（図 では特定せず）を作り上げる。 第１流体貯蔵器２００で定められた第１のレベルに液体が維持される場合、第 １供給路２１７を介して第１流体貯蔵器２００に接続される第１分配路２２２内 でも実質的に同じレベルが維持されることになる。この平準化は、２つの連結さ れた液体が同じレベルになろうとする傾向を持つという原理に基づいて発生し、 また、流路の大きさが許す場合には毛管流にも起因して発生する。液体は、第１ 流体貯蔵器で定められたレベルに維持される。図示の実施形態では、液体は、フ ィードスループレート３００内の流路を通って流体貯蔵器２００内に供給され、 定められたレベルまで流体貯蔵器を満たす必要のない液体は、排出管３８０を通 して排出される。第１の開口３８１（図示せず）は、フィードスループレート３ ００の最下層に形成されて、第１流体貯蔵器２００と排水管３８０との間に液体 連絡部または水門を形成する。外部ポンプ１５（図示せず）、例えばワトソン− マーロウ社から入手可能な型番２０５Ｕのマルチチャンネルカセットポンプ、を 使用することにより、第１流体貯蔵器２００（ならびに第２流体貯蔵器２１０お よび第３流体貯蔵器２２０）には液体が絶えず供給される。この他に、第１流体 貯蔵器２００（または第２流体貯蔵器２１０もしくは第３流体貯蔵器２２０）内 の液体レベルを監視し、定められたレベルを維持するために必要なときに所定の 流体貯蔵器に液体を供給するポンプを作動させるだけで、定められたレベルを維 持することができる。 ４つの隣接する第１分配路２２２からなるセットの各々は、ＥＷ軸に沿って第 １分配路２２２の両側に配置された二つの緩衝流路２１８に隣接している。第１ 分配路２２２の第１ポンプ３６０（図４では、あるタイプのポンプ電極を表す二 つの黒点を用いて表示されている）を作動させることによって、いずれかの第１ 分配路２２２から隣接する緩衝流路２１８内に液体をポンプ輸送することができ る。このポンプ輸送は、第１分配路２２２と緩衝流路２１８とを分離する毛管障 壁３７０（図示せず）を超えて液体を移動させる付加的な圧力を作り出す。各第 １分配路２２２、第２分配路２２４または第３分配路２２６と隣接緩衝流路２１ ８との間、及び各緩衝流路２１８とその隣接第３鉛直流路３９０（後述する）と の間には、ポンプが作動していないときに液体の流れを阻止する毛管障壁３７０ がある。第２開口３６２（図示せず）がフィードスループレート３００の最下層 に形成されて、第１分配路２２２と緩衝流路２１８との間に液体連絡部または水 門が形成される。緩衝流路２１８からは、第２ポンプ３６１（図４では、あるタ イプのポンプ電極を表わす二つの黒点を用いて表示されている）を使用すること により、反応セルプレート３２０内の反応セルと接続する第３鉛直流路３９０に 液体をポンプ輸送することができる。フィードスループレート３００または分配 プレート３１０の最下層の第３開口３６３（図示せず）は、緩衝流路２１８と第 ３鉛直流路３９０との間に液体連絡部または水門を形成する機能を果たす。 第１ポンプ３６０または第２ポンプ３６１は、電極ベースのポンプから構成す ることができる。このような電極ベースのポンプ輸送のうち少なくとも二つのタ イプは、通常、「電気流体力学ポンプ輸送」（ＥＨＤ）及び「電気浸透」（ＥＯ ）という名称の下で説明されている。ＥＨＤポンプ輸送は、バートらによる「超 小型電気流体力学ポンプ（Microfabricated Electrohydrodynamic Pumps）」（S ensors and Actuators、１９９０年）のＡ２１〜Ａ２３、１９３〜１９７や、リ ヒターらによる「マイクロマシン電気流体力学ポンプ（Micromachined Electroh ydrodynamic Pump）」（Sensors and Actuators、１９９１年）のＡ２９、１５ ９〜１６８に説明されている。ＥＯポンプは、ダスグプタらによる「電気浸透− フローインジェクション分析のための信頼性の高い流体推進システム（Electroo smosis:A Reliable Fluid Propulsion System for Flow Injection Analysis） 」（Anal.Chem.、１９９４年）の６６、１７９２〜１７９８に説明されている。 ＥＯポンプ輸送は、石英、ガラス等を含む多くの固体の表面が塩、酸、塩基等 のイオン材料の存在によって負または正に帯電されるという原理を利用するもの と考えられている。この帯電した表面は、適切な導電率の溶液中で反対の極性に 帯電した対イオンを引き寄せる。このような溶液に電圧を印加すると、対イオン が反対の極性に帯電した電極に向かって泳動し、流体の大部分も同様に移動する ことになる。体積流量は電流に比例し、流体中に生じる体積流れも印加電圧に比 例する。通常、毛管寸法の流路では、流れを引き起こす電極は、ＥＨＤポンプ輸 送の場合よりも更に間隔をあけて配置することができる。これは、電極が力を加 えることにのみ関与し、ＥＨＤの場合のように力を作用させる電荷を作り出すこ とには関与しないからである。ＥＯポンプ輸送は、一般に、導電性溶液をポンプ 輸送するのに適した方法として認められていいる。 ＥＨＤポンプは、通常、極端に低い導電率、例えば１０^-14〜１０^-9Ｓ／ｍ、 の流体を移動させるのに適していると見られている。ポンプ輸送を容易にする適 切な溶質を用い、電極の適切な間隔や幾何学的配置を用い、または後述のように 適切なパルス電圧や直流電圧を用いて電極に電力を供給することにより、広範な 溶剤や溶液をポンプ輸送できることが本明細書で実証されている。 液体分配システムにおいて使用される第１ポンプ３６０および第２ポンプ３６ １の電極は、好ましくは約２５ミクロンから約１５０ミクロン、より好ましくは 約２５ミクロンから約１００ミクロン、更に好ましくは約５０ミクロンから約７ ５ミクロンの直径を有している。好ましくは、これらの電極は、流路の上部から 流路の深さの約５％から約９５％の深さまで突出し、より好ましくは、流路の深 さの約２５％から約５０％の深さまで突出する。通常、流体と相互作用する要素 として定義されるこれらの電極は、結果的に、約５ミクロンから約９５ミクロン の長さ、好ましくは約２５ミクロンから約５０ミクロンの長さを有している。好 ましくは、ポンプは、アルファ電極３６４（例えば、第１電極３６０Ａや第３電 極３６１Ａ）およびベータ電極３６５（例えば、第３電極３６０Ｂや第４電極３ ６１Ｂ）を含んでいる。これらの電極は、好ましくは約１００ミクロンから約２ ５００ミクロン、より好ましくは約２５０ミクロンから約１０００ミクロン、更 に好ましくは約１５０ミクロンから約２５０ミクロン離間されている。電極の間 隔は、これらの電極が対応する流路中に最初に突出するときに電極の中心点から 測定される。特に好ましい態様では、ガンマ電極３６６（図示せず）が、アルフ ァ電極３６４及びベータ電極３６５の遠い方から約２００ミクロンから約５００ ０ミクロン、より好ましくは約５００ミクロンから約１５００ミクロン、更に好 ましくは約１０００ミクロン離間されている。別の好適な態様では、このポンプ は、ガンマ電極３６６（図示せず）とデルタ電極３６７（図示せず）から成る二 つの追加電極を有しており、これらの電極は、約２００ミクロンから約５０００ ミクロン、より好ましくは約５００ミクロンから約１５００ミクロン、更に好ま しくは約１０００ミクロン離間されている。これらの電極が曲りを有する流路内 に配置されている場合、その距離は流路の中心線を定める線に沿って測定される 。比較的低い導電度の流体をポンプ輸送する場合は、アルファ電極３６４とベー タ電極３６５との間に電圧を印加し、比較的高い導電度の流体をポンプ輸送する 場合は、ガンマ電極３６６とアルファ電極３６４、ベータ電極３６５またはデル タ電極３６７のいずれか一つとの間に電圧を誘起する。後者の状況は、通常、Ｅ Ｏポンプ輸送によって従来通りにポンプ輸送される溶剤に対して適用されるが、 本発明は、ＥＨＤまたはＥＯポンプ輸送の概念の周辺で展開されたいかなる理論 にも限定されない。所与の溶剤または溶液に対してどの電極の組み合わせが適当 であるかを示す確固とした規則はない。その代わり、適当な組み合わせは、本明 細書の開示内容を考慮して経験的に決定することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ， ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ ，ＶＮ (72)発明者 ブラウン，ポール，エル. アメリカ合衆国 ニュージャージー州 ハ イランドパーク レッドクリフ アヴェニ ュー ６ ２ビー (72)発明者 ザンズチ，ピーター，ジェイ. アメリカ合衆国 ニュージャージー州 ロ ーレンスヴィル ジル ドライヴ 13 (72)発明者 バートン，シャーロット，エー. アメリカ合衆国 ニュージャージー州 ブ リック デュケスネ ブルヴァード 555 (72)発明者 マクブライド，スターリング，イー. アメリカ合衆国 ニュージャージー州 ロ ーレンスヴィル フィールドクレスト コ ート 4124 (72)発明者 デマーズ，ロバート，アール. アメリカ合衆国 ニュージャージー州 ク ランベリー エヴァンズ ドライヴ 26

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 高アスペクト比の穴を貫通する液密電気管路を形成する方法であって、 バイアインクを焼結して電気管路を形成するとともに穴をシールするステップを 備える方法。 ２． バイアインク中のガラス粉末および金属粉末の平均粒径は、約０．３ミ クロンから約１２ミクロンである、請求項１記載の方法。 ３． バイアインク中のガラス粉末および金属粉末の平均粒径は、約０．６ミ クロンから約８ミクロンである、請求項２記載の方法。 ４． 前記ガラス粒子および金属粒子の少なくとも約８０％は、前記平均粒径 の±約６０％の大きさを有している、請求項２記載の方法。 ５． 前記バイアは、約６００℃以下の温度で焼結して導電性固体を形成する 、請求項１記載の方法。 ６． 前記バイアは、約５５０℃以下の温度で焼結して導電性固体を形成する 、請求項１記載の方法。 ７． 前記穴がガラス内に位置する、請求項１記載の方法。 ８． 前記穴のアスペクト比が少なくとも約３である、請求項１記載の方法。 ９． 前記穴のアスペクト比が少なくとも約６である、請求項８記載の方法。 １０． 前記穴のアスペクト比が少なくとも約１０である、請求項９記載の方 法。 １１． 前記穴にバイアインクを充填するに先だって、前記穴が形成される基 板を犠牲層で被覆するステップを更に備える請求項８記載の方法。 １２． 前記犠牲層による被覆を前記穴を形成する前に行う請求項１１記載の 方法。 １３． 前記基板を前記犠牲層で被覆した後、前記基板をエッチングプロセス で処理して流路、貯蔵器または反応セルを形成するステップを更に備える請求項 １１記載の方法。 １４． 前記加熱ステップの後、前記バイアインクが前記基板からの突出部を 形成する、請求項１１記載の方法。 １５． 前記穴は、約２５ミクロンから約１５０ミクロンの直径を有する、請 求項８記載の方法。 １６． 前記穴は、約２５ミクロンから約１００ミクロンの直径を有する、請 求項１５記載の方法。 １７． 前記穴は、約５０ミクロンから約７５ミクロンの直径を有する、請求 項１５記載の方法。 １８． 前記穴は、約５０ミクロンから約１５００ミクロンの深さである、請 求項１５記載の方法。 １９． 前記穴は、約１００ミクロンから約１０００ミクロンの深さである、 請求項１５記載の方法。 ２０． 前記穴は、約５００ミクロンの深さである、請求項１５記載の方法。 ２１． 約１０，０００個の電気管路が前記基板上に一時に形成される、請求 項１記載の方法。 ２２． 約１００，０００個の電気管路が前記基板上に一時に形成される、請 求項２１記載の方法。 ２３． 動電ポンプを流路内に形成する方法であって、 導電ワイヤを開口を通して流路に挿入するステップと、 挿入されたワイヤを含む前記開口をバイアインクでシールするステップと、 を備える方法。 ２４． 前記流路が毛管寸法を有する、請求項２３記載の方法。 ２５． 前記バイアインクの導電性成分は、金およびプラチナからなる群から 選択されたものである、請求項２３記載の方法。