JP2005129771A

JP2005129771A - 多層配線基板およびマイクロ化学チップ

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Publication number: JP2005129771A
Application number: JP2003364548A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Okamoto; 哲也岡元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-10-24
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: JP4632653B2

Abstract

【課題】小型で発熱部を有していても電気特性の変化しにくい回路配線を内部に有する多層配線基板およびマイクロ化学チップを提供すること。
【解決手段】多層配線基板は、複数の誘電体層が積層されて成る基体１と、基体１の表面および内部の少なくとも一方に形成された抵抗発熱体２と、基体１の内部に形成された内部配線と、基体１の内部の抵抗発熱体２の下方に形成された空洞６とを具備し、内部配線はインダクタ部４およびキャパシタ部５を含んでおり、キャパシタ部５は基体１の内部で空洞６よりも下側に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発熱部を有する多層配線基板またはマイクロ化学チップであって、特に基体内部に内部配線を有する多層配線基板またはマイクロ化学チップに関するものである。

従来、発熱部を有する多層配線基板（以下、基板ともいう）については、発熱部が周囲の部品や基板に与える影響を少なくするために、発熱部で生じる熱を放熱させるために、ヒートシンクを用いたり、発熱部と周囲の部品との間に熱伝導率の小さいものを設けて熱伝導性を低下させることにより、発熱部と周囲の回路配線とを一体化したものがある。

このような多層配線基板として、例えば特許文献１には、基板上の電子部品が発熱部を含む電子回路装置において、基板上に電子回路装置の電気的性能を損うことのない回路部品を設けて、回路部品を発熱部品の放熱経路とする電子回路装置が開示されている。これによれば、発熱部に回路部品を接続し放熱経路とすることにより、通常の実装部品と同時に実装可能なため発熱部品の放熱効果を得るために特別な部品を設け、別の生産工程を必要としないため、コストを抑制することができるというものである。

また、放熱経路をグランドラインや電源供給ラインに接続したり、グランドラインや電源供給ラインによる放熱経路を複数設けた場合には、放熱される部位を面積的にも大きくできるとともに、電子回路装置をカバーする筐体にグランドラインまたは電源供給ラインを半田付けすることにより、大きな放熱効果が得られるというものである。

また、回路部品を抵抗器、コンデンサまたはコイルのいずれかとしたり、基板の第１面に実装される実装部品とすることにより、基板を形成するフェノール樹脂に比べて熱伝導率が大きいため十分な放熱効果が得られるというものである。

また、回路部品を第１面の裏面となる第２面に設けるとともにリードが第１面まで挿入されて接続されているとした場合は、この回路部品から裏面に対する放熱も期待できるというものである。
特開2001−68877号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電子回路装置では基板に実装される電子部品によって放熱効果を得ているために、基板上に電子部品を実装する必要があるとともに、放熱経路としてグランドラインや電源供給ラインを利用しているため、放熱のためにある程度の基板の大きさやグランドラインや電源供給ラインの面積が必要であるため、電子回路装置自体を小型にしたり、実装部品間の接続信頼性を向上させるのは困難であるという問題点があった。また、発熱部が基板上にあるため、基板内部にインダクタンス部やキャパシタ部を内蔵させることが困難であった。

また、多層配線基板を利用したマイクロ化学チップは、試薬等を流す流路などをＭＥＭＳ（Micro Electromechanical System）技術などを用いて小型化することにより試料や試薬の料を減らすとともに、反応部を加熱し化学反応を促進するためのヒーター部や、検出回路および信号処理を処理する集積回路や外部との情報のやり取りを成す通信回路を内蔵したものも提案されており、電気的な回路であるヒータ部の基板内蔵化やその他の電気回路の内蔵化などが望まれている。しかしながら、ヒータ部と電気回路部を同じ基板内に内蔵すると、ヒータ部の発熱の影響で電気回路の特性が変化してしまうという問題があった。

本発明は上記のような従来の技術の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、小型で発熱部を有していても電気特性の変化しにくい回路配線を内部に有する多層配線基板およびマイクロ化学チップを提供することにある。

本発明の多層配線基板は、複数の誘電体層が積層されて成る基体と、該基体の表面および内部の少なくとも一方に形成された抵抗発熱体と、前記基体の内部に形成された内部配線と、前記基体の内部の前記抵抗発熱体の下方に形成された空洞とを具備しており、前記内部配線はインダクタ部およびキャパシタ部を含んでおり、前記キャパシタ部は前記基体の内部で前記空洞よりも下側に配置されていることを特徴とするものである。

本発明のマイクロ化学チップは、基体の上面に、被処理流体をそれぞれ供給する複数の供給部と、複数の供給部にそれぞれ接続されるとともに途中で合流された流路と、流路の合流部よりも下流側の途中に設けられた反応部と、流路の下流の端部に設けられた採取部とが形成されているマイクロ化学チップであって、基体は、反応部の直上に抵抗発熱体が設置されているとともに、基体の内部に形成された内部配線とを具備しており、内部配線はインダクタ部およびキャパシタ部を含んでおり、キャパシタ部は流路に対して抵抗発熱体と反対側に配置されていることを特徴とするものである。

本発明の多層配線基板によれば、複数の誘電体層が積層されて成る基体と、基体の表面および内部の少なくとも一方に形成された抵抗発熱体と、基体の内部に形成された内部配線と、基体の内部の抵抗発熱体の下方に形成された空洞とを具備しており、内部配線はインダクタ部およびキャパシタ部を含んでおり、キャパシタ部は基体の内部で空洞よりも下側に配置されていることから、熱の影響により電気的特性の変化しやすいキャパシタ部を、抵抗発熱体との間に空洞をはさんで配置できるため、キャパシタ部に伝わる熱を低減できる。そのため、抵抗発熱体とインダクタ部およびキャパシタ部などの電気的な部品が一体化された基板においても、抵抗発熱体の発熱による電気特性の変化の少ない多層配線基板とすることができるため、従来の発熱部を有する基板のように放熱部をあらためて設けたり、基板自体を大型化して放熱させたりする必要がなくなる。

本発明のマイクロ化学チップによれば、基体の上面に、被処理流体をそれぞれ供給する複数の供給部と、複数の供給部にそれぞれ接続されるとともに途中で合流された流路と、流路の合流部よりも下流側の途中に設けられた反応部と、流路の下流の端部に設けられた採取部とが形成されているマイクロ化学チップであって、基体は、反応部の直上に抵抗発熱体が設置されているとともに、基体の内部に形成された内部配線とを具備しており、内部配線はインダクタ部およびキャパシタ部を含んでおり、キャパシタ部は流路に対して抵抗発熱体と反対側に配置されていることから、熱の影響により電気的特性の変化しやすいキャパシタ部を、抵抗発熱体との間に流路をはさんで配置できるため、キャパシタ部に伝わる熱を低減できる。そのため、インダクタ部およびキャパシタ部などの電気的な部品が一体化されたマイクロ化学チップにおいても、抵抗発熱体の発熱による電気特性の変化の少ないマイクロ化学チップとすることができるため、放熱部をあらためて設けたり、マイクロ化学チップを大型化して放熱させたり、供給部、抵抗発熱部、流路、反応部および採取部を熱的に分離させるために別の基板に設けたりする必要がなくなる。

本発明の多層配線基板について図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）は本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。また、図１（ｂ）は本発明の多層配線基板についてインダクタ部およびキャパシタ部から成るフィルタの部分の実施の形態の一例を示す分解斜視図である。図１において、１は複数の誘電体層を積層してなる基体、２は抵抗発熱体、３は接地電極、４はインダクタ部、５はキャパシタ部、６は多層配線基板をマイクロ化学チップ等に適用した際に液体や気体の流路等となったり、抵抗発熱体２の熱的な影響を他の部分に与えにくくするための空洞である。

図１に示す例においては、インダクタ部４のそれぞれの電極により生じるインダクタンス成分をＬ１〜Ｌ５とし、接地電極３とキャパシタ部５のそれぞれの電極との間に生じる接地容量をＣ１〜Ｃ３とする。図１の多層配線基板の等価回路図は図２に示すようなものとなる。図２においては、Ｌ１〜Ｌ５とＣ１〜Ｃ３とによってバンドパスフィルタを構成している。

また、抵抗発熱体２はヒータなどの発熱する部分であり、基体１の内部には空洞６を設けてある。

図３（ａ），（ｂ）は、図１の多層配線基板のフィルタ部分の上下方向を入れ替えた場合、すなわちインダクタ部およびキャパシタ部の上下の位置を入れ替えた場合の断面図および分解斜視図である。図３において、１ａは複数の誘電体層を積層してからなる基体、２ａは抵抗発熱体、３ａは接地電極、４ａはインダクタ部、５ａはキャパシタ部、６ａは空洞である。

図３に示す例においては、インダクタ部４ａのそれぞれの電極により生じるインダクタ成分をＬ１ａ〜Ｌ５ａとし、接地電極３ａとキャパシタ部５ａのそれぞれの電極との間に生じる接地容量をＣ１ａ〜Ｃ３ａとする。図３の多層配線基板の等価回路図は図４に示すようなものとなる。なお、図４においては、Ｌ１ａ〜Ｌ５ａとＣ１ａ〜Ｃ３ａとによってバンドパスフィルタを構成している。

また、抵抗発熱体２ａはヒータなどの発熱する部分であり、基体１ａの内部には空洞６ａを設けてある。

また、複数の誘電体層を積層してからなる基体１，１ａは、一般的に温度により誘電率が変化することが知られている。内部配線のうち温度による誘電率の変化の影響を受けにくい部分は、インダクタ部４，４ａにより生じるインダクタ部Ｌ１〜Ｌ５，Ｌ１ａ〜Ｌ５ａであり、温度による誘電率の変化の影響を受けやすい部分は、接地電極３，３ａとキャパシタ部５，５ａのそれぞれの電極との間に生じる接地容量Ｃ１〜Ｃ３，Ｃ１ａ〜Ｃ３ａである。このことにより、キャパシタ部５，５ａの電気的特性が変化してしまうことにより、インダクタ部４，４ａとキャパシタ部５，５ａからなるフィルタの特性が変化してしまう。

図５は、図１，図３の本発明の多層配線基板に内蔵されたバンドパスフィルタの周波数特性を示す線図（グラフ）である。図５において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）を、縦軸は入力から出力への信号通過量（単位：ｄＢ）を表わしている。また、図５において、Ａは図１および図３において抵抗発熱体２，２ａを発熱させない場合の特性であり、Ｂは図１において抵抗発熱体２を９０℃程度に発熱させた場合の特性であり、Ｃは図３において抵抗発熱体２ａを９０℃程度に発熱させた場合の特性である。図５の結果から、図１の多層配線基板に内蔵されたバンドパスフィルタの方が、図３の多層配線基板に内蔵されたバンドパスフィルタに比べて、特性の変化が少ないのがわかる。

よって、本発明の多層配線基板においては、熱的な影響を受けやすキャパシタ部５を、熱的な影響を受にくいインダクタ部４より、抵抗発熱体２の影響を受けにくい部分すなわち抵抗発熱体２より空洞６を挟んだ部分に配置したことにより、抵抗発熱体２が発熱してもバンドパスフィルタの電気特性に影響を与えにくい多層基板とすることができた。

以上により、本発明によれば、内部配線のキャパシタ部５をインダクタ部４よりも基体の抵抗発熱体２の影響を受けにくい部分に配置したことにより、発熱部を有していても熱的な影響をうけにくい電気特性の良い基板とすることができるとともに、発熱部と内部配線とを近づけることができるため基板自体を小型することができる多層配線基板を実現することができる。

本発明において、図１のように、キャパシタ部５は空洞６よりも下側で、抵抗発熱体２の直下にないのが好ましい。この場合、抵抗発熱体２とキャパシタ部５との間の距離が大きくなるとともに、抵抗発熱体２とキャパシタ部５との間に空洞６が存在するため、キャパシタ部５が熱的な影響をより受けにくくなる。

また、空洞６は、抵抗発熱体２とキャパシタ部５とを結ぶ線上にあるのがよく、キャパシタ部５が熱的な影響をより受けにくくなる。

また、抵抗発熱体２とキャパシタ部５との間の距離は、基体１の厚みが１．６ｍｍ以上であれば１．４ｍｍ以上の厚み方向の距離があるのが好ましく、また基体１の厚みが１．６ｍｍ未満の場合は基体１の厚みの８０〜９０％以上の厚み方向の距離がありかつ平面方向においても基体１の厚みの８０〜９０％以上あるのが好ましい。上記寸法未満では、キャパシタ部５が熱的な影響を受けやすくなり、上記寸法以上になると全体の形状が大きくなり小型化に適さないものとなる。

本発明の空洞６は、多層配線基板をマイクロ化学チップ等に適用した際に液体や気体の流路等となるものであるが、キャパシタ部５が熱的な影響を受けにくくするためには、試薬、試料、たとえば水，水溶液，アルコール等の液体が通過するものであることが好ましい。

図６（ａ）は、本発明のマイクロ化学チップの実施の形態の一例を示す平面図である。また、図６（ｂ）は本発明のマイクロ化学チップの図６（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。図６（ａ），（ｂ）において、１１は基体、１２は複数の供給部、１３は採取部、１４は複数の供給部１２と採取部１３とを接続する流路、１５は抵抗発熱体、１６はキャパシタ部である。

本発明のマイクロ化学チップによれば、図１の多層配線基板と同様に、熱的な影響を受けやすいキャパシタ部１６を、流路１４に対して抵抗発熱体１５と反対側に配置したことにより、抵抗発熱体１５で生じる熱を、流路１４を流れる液体または気体により効果的に遮断でき、キャパシタ部１６への熱的な影響を大幅に小さくすることができる。その結果、発熱部を有するマイクロ化学チップにフィルタなどの電気的な機能を熱的な影響を小さくして付加することができ、マイクロ化学チップを大幅に小型化することができる。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、基体内部のインダクタ部とキャパシタ部により形成される電気回路は、ローパスフィルタやハイパスフィルタであったり、発振回路の一部であったりしてもよい。

（ａ），（ｂ）は本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図および分解斜視図である。図１の多層配線基板の等価回路図である。（ａ），（ｂ）は、図１の多層配線基板においてフィルタ部分のインダクタ部とキャパシタ部とを入れ替えた多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図および分解斜視図である。図３の多層配線基板の等価回路図である。図１および図３の多層配線基板に内蔵されたバンドパスフィルタの周波数特性を示す線図である。（ａ），（ｂ）は本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す平面図および断面図である。

符号の説明

１，１ａ・・・基体
２，２ａ・・・抵抗発熱体
３，３ａ・・・接地電極
４，４ａ・・・インダクタ部
５，５ａ・・・キャパシタ部
６，６ａ・・・空洞
１１・・・基体
１２・・・供給部
１３・・・採取部
１４・・・流路
１５・・・抵抗発熱体
１６・・・キャパシタ部

Claims

複数の誘電体層が積層されて成る基体と、該基体の表面および内部の少なくとも一方に形成された抵抗発熱体と、前記基体の内部に形成された内部配線と、前記基体の内部の前記抵抗発熱体の下方に形成された空洞とを具備しており、前記内部配線はインダクタ部およびキャパシタ部を含んでおり、前記キャパシタ部は前記基体の内部で前記空洞よりも下側に配置されていることを特徴とする多層配線基板。
基体の上面に、被処理流体をそれぞれ供給する複数の供給部と、該複数の供給部にそれぞれ接続されるとともに途中で合流された流路と、該流路の合流部よりも下流側の途中に設けられた反応部と、前記流路の下流の端部に設けられた採取部とが形成されているマイクロ化学チップであって、前記基体は、前記反応部の直上に抵抗発熱体が設置されているとともに、前記基体の内部に形成された内部配線とを具備しており、該内部配線はインダクタ部およびキャパシタ部を含んでおり、前記キャパシタ部は前記流路に対して前記抵抗発熱体と反対側に配置されていることを特徴とするマイクロ化学チップ。