JP2007003386A - マイクロチップ搭載用基体、マイクロチップ搭載装置、板状部材間電気及び流路接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 内部流路と導体とを有するマイクロチップを搭載するのに好適なマイクロチップ搭載装置を提供する。
【解決手段】 マイクロチップ搭載装置１１は、セラミック基板１４と、そのセラミック基板１４に搭載されたマイクロチップ１２とを備える。セラミック基板１４は基体側内部流路４１と基体側導体３５とを有し、マイクロチップ１２はチップ側内部流路２３とチップ側導体２１，２４とを有する。マイクロチップ搭載装置１１において、チップ側内部流路２３と基体側内部流路４１とが流路的に接続され、チップ側導体２１，２４と基体側導体３５とが電気的に接続され、基体側内部流路４１を経由してチップ側内部流路２３に流体が導かれる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内部流路と導体とを有するマイクロチップを搭載するマイクロチップ搭載用基体、マイクロチップ搭載装置、板状部材間電気及び流路接続構造に関するものである。

近年、遺伝子検査を行うＤＮＡチップなど、バイオセンサを組み込んだマイクロチップが開発されている。これらマイクロチップの中には、血液などの被検知液体をセンサ電極に導くために、チップ内部に流路を設けたものがある。従来、この種のマイクロチップは、チップ内部の流路に流路的に接続可能な治具に納められたり、電気信号を得るための測定器に接続されたりした状態で使用される（例えば、非特許文献１，２参照）。しかし、この種のマイクロチップを用いた測定システムでは、流路的な接続と電気的な接続とが同時に行えるような構成になっていない。ゆえに、実際の測定は煩雑なものとなる。

また、マイクロチップの中には、センサ信号を電気的に取得するために、センサ電極に加えて処理回路部を備えたチップも開発されている。センサ信号を外部装置へ出力するために、このマイクロチップは、配線層を有するパッケージ（基板）上に搭載されるようになっている。

図２０には、そのマイクロチップの一例を示している。図２０に示されるように、マイクロチップ１００には、チップ内部に被検知液体を流すための流路１１０が、シリコン微細加工技術を用いて形成されている。また、その流路１１０の途中には、センサ電極１２０が設けられている。

また、マイクロチップ１００の上面には、流路１１０の入口及び出口となる開口部１１１，１１２がそれぞれ形成されている。それらの開口部１１１，１１２には、被検知液体をチップ内部に導くため（またはチップ内部を通過した被検知液体をチップ外部に排出するため）のパイプ１３０が接続されている。そして、マイクロチップ１００は、パッケージ（具体的にはセラミック基板）１４０の上に搭載され、パッケージ１４０の有する配線１４１に対して電気的に接続されている。
"MEMSの現状と将来展望 MEMS技術を用いるマイクロフロー型バイオセンサの開発"（「表面技術」 VOL.54 No.10(660-664頁)(2003.)） "研究概要"、［online］、北陸先端科学技術大学院大学 材料科学研究科 機能科学専攻 生体機能材料講座 民谷・高村研究室、［平成１７年５月３１日検索］、インターネット<URL:http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/tamiya/research/chip/chip_tech2.html>

ところで、マイクロチップ１００は非常に小さく、流路１１０の開口部１１１，１１２はそれよりもさらに小さいため、開口部１１１，１１２に対するパイプ１３０の取り付けは極めて困難である。それゆえ、パイプ１３０の取り付けを容易にするためには、開口部１１１，１１２の径をある程度大きくしておく必要がある。この場合、マイクロチップ１００における開口部１１１，１１２の占有面積が増大し、結果として、チップサイズが大きくなり集積度が低下してしまう。また、パイプ１３０とマイクロチップ１００との取付強度を十分に確保することができず、マイクロチップ１００を取り扱う際に加わるストレスや振動によってパイプ１３０が外れたり、あるいは、マイクロチップ１００そのものが破壊されたりするといった問題が生じてしまう。さらに、コンタミネーションの回避のためにマイクロチップ１００を測定毎に交換する（使い捨てにする）場合、パイプ１３０の取り付けからすべて新規に行わなければならず、交換のための作業が煩雑となるといった問題も生じていた。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、内部流路と導体とを有するマイクロチップを搭載するのに好適なマイクロチップ搭載用基体、マイクロチップ搭載装置を提供することにある。

そして上記課題を解決するための手段（手段１）としては、チップ側内部流路とチップ側導体とを有するマイクロチップを搭載するための基体であって、前記チップ側内部流路と流路的に接続可能な基体側内部流路と、前記チップ側導体と電気的に接続可能な基体側導体とを有するマイクロチップ搭載用基体がある。

また、上記課題を解決するための別の手段（手段２）としては、基体側内部流路と基体側導体とを有する基体と、チップ側内部流路とチップ側導体とを有し、前記基体上に搭載されたマイクロチップとを備え、前記チップ側内部流路と前記基体側内部流路とが流路的に接続され、前記チップ側導体と前記基体側導体とが電気的に接続され、前記基体側内部流路を経由してチップ側内部流路に流体を導くことが可能なことを特徴とするマイクロチップ搭載装置がある。

従って、上記手段１及び手段２によると、基体には電気信号を伝達するための基体側導体に加えて被検出流体などを流すための基体側内部流路が形成されており、マイクロチップを基体に搭載する際には、導体同士の接続と内部流路同士の接続とが行われる。このようにすれば、基体に管を接続すればよく、マイクロチップに管を直接接続する必要がないため、チップ側内部流路の開口部を小さくした場合でも内部流路同士の接続を確実に行うことができる。そのため、マイクロチップにおける内部流路の開口部の占有面積を抑えることができ、マイクロチップの集積度を向上させることができる。またこの場合、内部流路に対する管の取付強度を十分に確保することができ、信頼性の高いマイクロチップ搭載装置を実現することができる。さらに、チップ交換時には従来のように管をマイクロチップに取り付ける必要がないため、その交換時の作業性を向上させることができる。

上記手段１，２における基体としては、セラミック材料、樹脂材料、金属材料などを主体として構成された基体を挙げることができる。この基体の形状は特に限定されないが、少なくとも１つの主面を有するものであることがよく、例えば平板状の基板を用いることが好適である。

セラミック材料を主体として構成された基板の具体例としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、炭化珪素、窒化珪素などのセラミック材料からなる基板などがある。また、樹脂材料を主体として構成された基板の具体例としては、ＥＰ樹脂（エポキシ樹脂）基板、ＰＩ樹脂（ポリイミド樹脂）基板、ＢＴ樹脂（ビスマレイミド・トリアジン樹脂）基板、ＰＰＥ樹脂（ポリフェニレンエーテル樹脂）基板などがある。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維（ガラス織布やガラス不織布）やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料からなる基板を使用してもよい。あるいは、連続多孔質ＰＴＦＥ等の三次元網目状フッ素系樹脂基材にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させた樹脂−樹脂複合材料からなる基板等を使用してもよい。さらに、金属材料を主体として構成された基板の具体例としては、銅基板、銅合金からなる基板、銅以外の金属単体からなる基板、銅以外の合金からなる基板などを挙げることができる。なお、基体の内部流路に水などの液体を導く場合、絶縁性に優れるセラミック基板や樹脂基板を用いることが好ましい。

前記マイクロチップ搭載用基体の基体側導体は基体表面に形成されていてもよく、基体内部に形成されていてもよい。これらの導体の層間接続を図るために、基体内部にビアホール導体が形成されていてもよい。なお、かかる導体は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などからなる導電性金属ペーストを印刷または充填することにより形成される。そして、このような導体には、マイクロチップに対して入出力される電気信号が流れるようになっている。

前記マイクロチップ搭載用基体には、マイクロチップ以外の電子部品や素子が１つ以上設けられていてもよい。前記電子部品の具体例としては、チップトランジスタ、チップダイオード、チップ抵抗、チップコンデンサ、チップコイルなどを挙げることができる。これらの電子部品は、能動部品であっても受動部品であってもよい。前記素子の具体例としては、薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード、薄膜抵抗、薄膜コンデンサ、薄膜コイルなどを挙げることができる。これらの素子は、能動素子であっても受動素子であってもよい。そして、前記基体上には、前記電子部品同士、前記半導体素子同士、あるいは前記電子部品と前記半導体素子とを接続する配線層が形成されていてもよい。なお、かかる配線層は、前記配線基板の内部に形成されていてもよい。

前記マイクロチップ搭載用基体は、前記マイクロチップを接合すべき領域として設定されたチップ接合領域と、前記チップ接合領域内に配置された複数の基体側接続端子とを有する。このマイクロチップ搭載用基体において、前記基体側内部流路の有する基体側第１開口部が前記チップ接合領域内に配置され、前記基体側内部流路の有する基体側第２開口部が前記チップ接合領域外に配置されていることが好ましい。この場合、マイクロチップ搭載用基体におけるチップ接合領域には、複数の基体側接続端子と基体側内部流路の基体側第１開口部が配置されるため、基体側接続端子による電気的な接続と基体側第１開口部による流路的な接続とを同時に行うことができる。これにより、マイクロチップ搭載用基体へのマイクロチップの搭載を容易かつ迅速に行うことができる。

また、マイクロチップ搭載用基体において、基体側内部流路の有する基体側第１開口部及び基体側第２開口部が、いずれも前記チップ接合領域外に配置されていてもよい。この場合、マイクロチップ搭載用基体におけるチップ接合領域内では、基体側接続端子による電気的な接続が行われ、チップ接合領域外では、基体側内部流路の開口部による流路的な接続が行われる。この構成において、水などを含む液体を基体側内部流路及びチップ側内部流路に導く場合、電気的な接続部分から離れた位置で内部流路の接続を行うことができるため、基体側接続端子やチップ側導体の絶縁を確実に行うことができる。

前記基体側第２開口部が前記基体の外周部に配置されていることが好ましい。この構成によると、基体側第２開口部がマイクロチップからある程度離間するため、流体を導くための管（パイプやチューブなど）を、マイクロチップに誤って接触させることなく、第２開口部に確実に取り付けることができる。また、基体の外周部であれば比較的スペースに余裕があるため、管同士が互いに干渉しにくくなるという利点もある。

さらに、前記基体側第２開口部には、管を装着するための管継手が取り付けられていることが好ましい。この管継手を取り付けることにより、基体側第２開口部に管を容易に装着することができる。

前記マイクロチップは、前記チップ側内部流路内に配置されたセンサ部と、前記センサ部から出力された信号を電気的に処理する処理回路部とを有する半導体センサマイクロチップであることが好ましい。このようなマイクロチップとしては、ＤＮＡセンサチップ、ヘモグロビン量センサチップ、ｐＨセンサチップなどを挙げることができる。勿論、マイクロチップとしては、センサ部のないものでもよく、例えば、チップ内部に電気回路とその回路を冷却するための冷却用流路とが形成されるチップでもよい。さらに、マイクロチップとしては、半導体材料（例えばシリコン等）からなる半導体集積回路チップ（ＩＣチップ）以外に、例えば、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）の加工技術を用いて製造されるチップでもよい。

また、前記マイクロチップは、前記基体に接合された被接合面と、前記被接合面内に配置された複数のチップ側接続端子とを有し、前記チップ側内部流路の有するチップ側開口部が前記被接合面内に配置されている。このマイクロチップを搭載する基体は、前記マイクロチップの前記被接合面が接続されたチップ接合領域と、前記チップ接合領域内に配置され、前記複数のチップ側接続端子と電気的に接続された複数の基体側接続端子とを有する。この基体において、前記基体側内部流路の有する基体側第１開口部が、前記チップ接合領域内に配置されかつ前記チップ側開口部に流路的に接続され、前記基体側内部流路の有する基体側第２開口部が、前記チップ接合領域外に配置されていることが好ましい。かかるマイクロチップ搭載装置においては、チップ側接続端子と基体側接続端子とによる電気的な接続と、チップ側開口部と基体側第１開口部とによる流路的な接続とを同時に行うことができる。これにより、基体へのマイクロチップの搭載を容易かつ迅速に行うことができる。

前記マイクロチップの前記被接合面は、透孔を有する樹脂薄膜によって前記基体の前記チップ接合領域に接着または融着されるとともに、前記基体側第１開口部と前記チップ側開口部とが流路的に、かつ前記基体側導体と前記チップ側導体とが電気的に、前記透孔を介して接続されることが好ましい。このように、基体とマイクロチップとを樹脂薄膜を介して接合することにより、基体にマイクロチップを確実に取り付けることができ、マイクロチップ搭載装置の信頼性をより高めることができる。また、基体側第１開口部とチップ側開口部との接続部分に高いシール性も確保することができる。

また、上記課題を解決するための別の手段（手段３）としては、第１内部流路と第１板状部材側導体とを有する第１板状部材と、第２内部流路と第２板状部材側導体とを有し、前記第１板状部材上に搭載された第２板状部材とを備え、前記第２内部流路と前記第１内部流路とが流路的に接続され、前記第２板状部材側導体と前記第１板状部材側導体とが電気的に接続され、前記第１内部流路を経由して前記第２内部流路内に流体を導くことが可能なことを特徴とする板状部材間電気及び流路接続構造がある。

従って、この手段３の構成によれば、第１板状部材上に第２板状部材を搭載する際に、各部材に形成された内部流路同士の接続と導体同士の接続とが同時に行われる。このようにすると、板状部材における導体回路の集積度を向上させることができる。

なお、本発明においては、矩形平板状に形成されたマイクロチップも板状部材に含まれる。

［第１の実施の形態］

以下、本発明をマイクロチップ搭載装置に具体化した第１の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施の形態のマイクロチップ搭載装置１１の概略構成を示す断面図であり、図２は、そのマイクロチップ搭載装置１１の平面図である。

図１に示されるように、マイクロチップ搭載装置１１は、マイクロチップ１２と、樹脂薄膜としてのインターポーザ１３と、マイクロチップ搭載用基体としてのセラミック基板１４とを備える。なお、マイクロチップ搭載装置１１におけるパッケージの形態としては、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）を採用しているが、このＢＧＡのみに限定されるものではなく、例えばＰＧＡ（ピングリッドアレイ）やＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）等であってもよい。

マイクロチップ１２は、シリコンからなる半導体センサマイクロチップであり、遺伝子診断を行うためのＤＮＡセンサとしての機能を有する。マイクロチップ１２は長方形平板状に形成された板状部材であり、その下面側には複数のバンプ状の接続端子（チップ側接続端子）２１が格子状に設けられている。マイクロチップ１２は、それら接続端子２１を介して、セラミック基板１４と電気的に接続される。マイクロチップ１２の内部には、フォトリソグラフィや異方性エッチングなどのシリコン微細加工技術を用いて、被検知液体（ＤＮＡを含む溶液）を流すための内部流路（チップ側内部流路）２３が形成されている。その内部流路２３の途中には、センサ電極（センサ部）２４が形成されている。なお、センサ電極２４の表面には図示しないプローブＤＮＡが固定化されている。これらのプローブＤＮＡは、それぞれ異なる塩基配列を有しており、その塩基配列と相同性が高いＤＮＡ（ターゲットＤＮＡ）とハイブリダイズするようになっている。

図１，図２に示されるように、本実施の形態のマイクロチップ１２では、その長手方向に沿って平行となるように２本の内部流路２３が形成されている。その内部流路２３の開口部（チップ側開口部）２５は、マイクロチップ１２の下面（セラミック基板１４との被接合面）２６に配置されている。さらに、マイクロチップ１２の内部には、センサ電極２４から出力される信号を電気的に処理する処理回路部２７が形成されている。

本実施の形態のマイクロチップ１２では、センサ電極２４に電圧を加えた状態で、プローブＤＮＡに検知対象となるターゲットＤＮＡが結合すると、そのセンサ電極２４に所定の電流が流れる。すると、処理回路部２７は、その電流を検出してそれに応じた検出信号を出力する。この検出信号は、マイクロチップ１２の接続端子２１に伝達され、さらに、セラミック基板１４を介して図示しないマザーボードに設けられた解析装置に入力されるようになっている。なお、マイクロチップ１２における接続端子２１、センサ電極２４、及び処理回路部２７などによりチップ側導体が構成される。

セラミック基板１４は、略長方形状に形成された板状部材である。かかるセラミック基板１４は複数のセラミック層３１〜３４からなる、いわゆる多層配線基板であって、基体側導体としての金属配線層３５を備えている。セラミック基板１４において、上面に形成された金属配線層３５の一部には、マイクロチップ１２をフリップチップ接続するための複数の接続パッド（基体側接続端子）３６が形成されている。これら各接続パッド３６は、マイクロチップ１２を接合すべき領域として設定されたチップ接合領域（マイクロチップ１２の被接合面２６に対応する領域）３７に配置されており、マイクロチップ１２の各接続端子２１と電気的に接続されている。

また、金属配線層３５はセラミック基板１４の内層にも形成されている。このセラミック基板１４はビアホール導体３８も備えており、層の異なる金属配線層３５同士はビアホール導体３８を介して層間接続されている。また、セラミック基板１４の下面には複数の接続パッド３９が格子状に形成されている。本実施形態の場合、金属配線層３５、接続パッド３６，３９、及びビアホール導体３８は、いずれも銅（Ｃｕ）からなる。また、各接続パッド３９には、はんだバンプ４０が設けられている。そして、そのはんだバンプ４０を介して、図示しないマザーボード側とセラミック基板１４側とが電気的に接続される。

さらに、セラミック基板１４の内部には、前記マイクロチップ１２の内部流路２３と流路的に接続可能な内部流路（基体側内部流路）４１が形成されている。図１，図2に示されるように、本実施の形態のセラミック基板１４では、その長手方向に沿って平行となるように３本の内部流路４１が形成されている。それらの内部流路４１の開口部４２，４３は、セラミック基板１４の上面に設けられている。

本実施の形態のセラミック基板１４では、内部流路４１の有する一方の開口部（基体側第１開口部）４２がチップ接合領域３７内に配置され、他方の開口部（基体側第２開口部）４３がチップ接合領域３７外に配置されている。そして、セラミック基板１４の第１開口部４２が、マイクロチップ１２側の開口部２５に流路的に接続されている。また、第２開口部４３はセラミック基板１４の外周部に配置され、その第２開口部４３には、金属製の管継手４４が接着剤等により取り付けられている。これらの管継手４４には、管としてのパイプ４５がそれぞれ接続されている。よって、被検知液体は、一方のパイプ４５を経て内部流路４１内に導かれた後、内部流路２３を通過し、再び内部流路４１を通過して他方のパイプ４５から排出されるようになっている。

なお、本実施の形態では、セラミック基板１４に形成された３本の内部流路４１のうちの２本がマイクロチップ１２に形成された内部流路２３に接続され、残り１本の内部流路（中央に位置する内部流路）は被検知液体が流れない未使用の内部流路となっている。

インターポーザ１３は、ＰＴＦＥやＰＦＡなどのフッ素系樹脂、ＰＤＭＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などからなるシート状の樹脂薄膜であり、マイクロチップ１２の被接合面２６をセラミック基板１４のチップ接合領域３７に対して接着または融着させている。このインターポーザ１３において、マイクロチップ１２とセラミック基板１４との電気的な接続や流路的な接続に対応する位置には、周知の孔加工によって透孔４７，４８が形成されている。つまり、これら透孔４７，４８を介して、基板側の第１開口部４２がチップ側の開口部２５に流路的に接続されるとともに、基板側の接続パッド３６がチップ側の接続端子２１に電気的に接続されている。なお、インターポーザ１３における孔加工の具体例としては、ドリル加工、パンチ加工、エッチング加工、レーザ加工などがある。

次に、上記構成のマイクロチップ搭載装置１１の製造方法を図３〜図９を用いて説明する。

先ず、以下の手順により、セラミック基板１４を製作する。

セラミック粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤などを均一に混合・混練してなる原料スラリーを作製し、この原料スラリーを用いてドクターブレード装置によるシート成形を行って、図３に示すような所定厚みのグリーンシート５１，５２，５３，５４を複数枚形成する。図４に示すように、これらグリーンシート５１〜５４における所定部分にパンチ加工や溝加工を施して、ビアホール用孔５５、流路用孔５６、及び流路用貫通溝５７を形成する。この段階ではまだセラミックが未焼結状態であるので、パンチ加工や溝加工を比較的簡単にかつ低コストで行うことができる。

次に、図５に示すように、ペースト印刷装置（図示略）を用いてビアホール用孔５５の中にビアホール導体用の銅ペースト５８を充填する。また、グリーンシート５１〜５４の表面に銅ペースト５９を印刷することにより、後に金属配線層３５等となる印刷層を形成する。

そして、これら複数枚のグリーンシート５１〜５４を積層してプレスすることにより一体化し、グリーンシート積層体とする。次に、周知の手法に従って乾燥工程や脱脂工程などを行った後、さらにセラミックが焼結しうる７００℃〜１０００℃程度の温度にて焼成工程を行う。これにより、グリーンシート積層体（セラミック未焼結体）を焼結させ、セラミック基板１４とする。この時点でセラミックは硬質化しかつ収縮すると同時に、銅ペーストも焼結して硬質化する。その結果、図６に示すように、金属配線層３５や内部流路４１を有するセラミック基板１４が製造される。

その後、図７に示すように、はんだ印刷及びリフローを行って、セラミック基板１４上面の接続パッド３６上にはんだバンプ６０を形成する。続いて、図８に示すように、画像認識装置（図示略）を用いてセラミック基板１４に対するマイクロチップ１２の位置合わせを行ったうえで、そのマイクロチップ１２をセラミック基板１４に搭載する。ここでは、セラミック基板１４側の接続パッド３６と、マイクロチップ１２側の接続端子２１とを接合し、セラミック基板１４とマイクロチップ１２との電気的な導通を図る。またこのとき、セラミック基板１４とマイクロチップ１２の間に、透孔４７，４８を加工したインターポーザ１３を配置して加熱・加圧することにより、インターポーザ１３が軟化してマイクロチップ１２とセラミック基板１４との両部材に溶着する。その後、冷却されることでインターポーザ１３が硬質化して接着シートとして機能する。このインターポーザ１３を介在させることにより、セラミック基板１４側の内部流路４１とマイクロチップ１２側の内部流路２３との流路的な接続が確実に行われる。

さらに、図９に示すように、はんだ印刷及びリフローを行って、セラミック基板１４の下面の接続パッド３９にはんだバンプ４０を形成し、セラミック基板１４における内部流路４１の第２開口部４３に管継手４４を接着する。その結果、図１のマイクロチップ搭載装置１１を得ることができる。この後、さらにセラミック基板１４上の管継手４４にパイプ４５を接続すれば、マイクロチップ搭載装置１１に被検知液体を導入可能な状態となる。

なお、本実施の形態に用いられるセラミック基板１４は、マイクロチップ１２の専用基板ではなく、接続パッドや流路の数が異なる複数種類のマイクロチップを実装可能な標準化基板として実現されている。具体的には、セラミック基板１４における接続パッド３６及び内部流路４１の位置やサイズを合わせてマイクロチップを形成すれば、１本の内部流路２３や３本の内部流路２３が形成されたチップでもセラミック基板１４に搭載することが可能である。

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施の形態のマイクロチップ搭載装置１１において、セラミック基板１４には接続パッド３６などの金属配線層３５に加えて基体側内部流路４１が形成されている。また、マイクロチップ１２をセラミック基板１４に搭載する際には、チップ側の接続端子２１と基板側の接続パッド３６とが電気的に接続されるとともに、チップ側内部流路２３と基体側内部流路４１とが流路的に接続される。このようにすると、マイクロチップ自体にパイプを接続する従来技術（図２０参照）と比較して、マイクロチップ１２におけるチップ側内部流路２３の開口部２５の面積を小さくすることができ、マイクロチップ１２の集積度を向上させることができる。

（２）本実施の形態のマイクロチップ搭載装置１１の場合、セラミック基板１４におけるチップ接合領域３７には、複数の接続パッド３６と内部流路４１の第１開口部４２が配置されるため、電気的な接続と流路的な接続とを同時に行うことができる。その結果、セラミック基板１４へのマイクロチップ１２の搭載を容易にかつ迅速に行うことができる。

（３）本実施の形態の場合、セラミック基板１４において内部流路４１の第２開口部４３が外周部に配置されているので、第２開口部４３をマイクロチップ１２からある程度離間させることができる。このため、基板中央に位置するマイクロチップ１２に接触することなく、パイプ４５を第２開口部４３に確実に装着することができる。特に、本実施の形態では、第２開口部４３に管継手４４が取り付けられているので、パイプ４５を容易に装着することができる。また、セラミック基板１４の外周部であれば比較的スペースに余裕があるため、パイプ４５同士が互いに干渉しにくくなるという利点もある。

（４）本実施の形態の場合、セラミック基板１４とマイクロチップ１２との接合部にインターポーザ１３を介在させたので、接着強度を十分に確保することができ、マイクロチップ搭載装置１１の信頼性をより高めることができる。また、第１開口部４２とチップ側開口部２５との接続部分に高いシール性も確保することができる。よって、両者の接続部分からの液漏れを未然に防止することができる。しかも、流路的接続部分に高いシール性を確保した結果、流路的接続部分を電気的接続部分と近接させて配置することが可能となる。

（５）本実施の形態のマイクロチップ搭載装置１１において、セラミック基板１４に搭載したマイクロチップ１２を交換する場合には、介在するインターポーザ（樹脂薄膜）１３を熱的、化学的に分解することにより、マイクロチップ１２をセラミック基板１４から容易に取り除くことができる。この場合、マイクロチップ１２のみを交換すれば、マイクロチップ搭載装置１１を複数回使用することができ、実用上好ましいものとなる。

［第２の実施の形態］

以下、本発明を具体化した第２の実施の形態を図１０に基づき詳細に説明する。

図１０に示されるように、本実施の形態におけるマイクロチップ搭載装置６１の基体６２は、上部部材６３及び下部部材６４からなり、マイクロチップ１２を覆うように設けられている。マイクロチップ１２は、その上面に内部流路２３の開口部２５が形成されている点が上記第１の実施の形態と相違し、それ以外の構成（接続端子２１やセンサ電極２４など）は同一構成となっている。

下部部材６４は、複数のセラミック層３１〜３４からなる多層配線基板（セラミック基板）である。下部部材６４には、第１の実施の形態のセラミック基板１４と同様に、マイクロチップ１２と電気的な接続を行うための接続パッド３６を含む金属配線層３５が形成されている。この下部部材６４においても、マイクロチップ１２が接合される領域が、チップ接合領域３７となる。

また、本実施の形態では、金属配線層３５を有する下部部材６４に内部流路は形成されておらず、上部部材６３に内部流路（基体側内部流路）６５が形成されている。つまり、上部部材６３における内部流路６５の開口部は、いずれもチップ接合領域３７外に配置されている。

そして、上部部材６３の内部流路６５は、チップ上面に設けられた樹脂薄膜６６の透孔６７を介して、マイクロチップ１２の内部流路２３に流路的に接続されている。さらに、上部部材６３の上面には内部流路６５の開口部６９が配置され、この開口部６９にはパイプ４５を接続するための管継手４４が取り付けられている。

上部部材６３における内部流路６５は、上記第１の実施の形態のセラミック基板１４と同様の方法（パンチ加工や溝加工によって流路用孔５６や流路用貫通溝５７を形成したグリーンシート５１〜５４を積層する方法）により形成することもできるが、下記のような形成方法を採用することができる。すなわち、図１１に示すように、第１のグリーンシート７１の上面において、内部流路６５として予定された領域に粉末ペーストにより流路パターン７２を形成する。なお、この粉末ペーストとしては、焼成時に燃焼ないし分解して消失する材質のペースト、例えば主にカーボン粉末で構成されたペーストが用いられる。その後、図１２に示すように、第１のグリーンシート７１の上面に第２のグリーンシート７３の下面を重ね合わせて、プレスすることにより各グリーンシート７１，７３を接合する。そして、周知の手法に従って乾燥工程や脱脂工程などを行った後、さらにセラミックの焼成工程を行う。ここで、流路パターン７２は焼成時に蒸発するため、図１３に示すように、各グリーンシート７１，７３を焼成してなる上部部材６３に内部流路６５の空間が形成される。なお、上記第１の実施の形態におけるセラミック基板１４の内部流路４１も、図１１〜図１３に示すような方法で形成してもよい。

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施の形態のマイクロチップ搭載装置６１では、基体６２を構成する上部部材６３に基体側内部流路６５が形成され、下部部材６４に基体側導体としての金属配線層３５が形成されている。そして、この基体６２にマイクロチップ１２を搭載する際には、チップ側の導体（接続端子２１）と基板側の導体（接続パッド３６）とが電気的に接続されるとともに、チップ側の内部流路２３と基板側の内部流路６５とが流路的に接続される。このようにすれば、上記第１の実施の形態と同様に、マイクロチップ１２における内部流路２３の開口部２５の面積を小さくすることができ、マイクロチップ１２の集積度を向上させることができる。

（２）本実施の形態のマイクロチップ搭載装置６１の場合、上部部材６３に設けられた内部流路６５の開口部６９は、いずれもチップ接合領域３７外に配置されている。この場合、下部部材６４とマイクロチップ１２とにおける電気的な接続部分から離れた位置で、上部部材６３側の内部流路６５とマイクロチップ１２側の内部流路２３との接続が行われるため、下部部材６４やマイクロチップ１２における導体の絶縁を確実に行うことができる。

なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。

・上記各実施の形態では、パイプ４５を接続する基体側の開口部４３，６９をセラミック基板１４や上部部材６３の上面に設けるものであったがこれに限定されるものではない。図１４に示すマイクロチップ搭載装置８１のように、開口部４３をセラミック基板１４の側面に設けてもよいし、図１５に示すマイクロチップ搭載装置８２のように、開口部６９を上部部材６３の側面に設けてもよい。なお、図１５のマイクロチップ搭載装置８２では、マイクロチップ１２における内部流路２３の開口部２５もチップ側面に設けられている。さらに、図１６に示すマイクロチップ搭載装置８３のように、開口部４３をセラミック基板１４の下面に設けてもよい。なお、図１４のマイクロチップ搭載装置８１及び図１６のマイクロチップ搭載装置８３において開口部４３が形成される位置以外の構成は、図１のマイクロチップ搭載装置１１と同じである。また、図１５のマイクロチップ搭載装置８２において基体６２側の開口部６９が形成される位置及びマイクロチップ１２側の開口部２５が形成される位置以外の構成は、図１０のマイクロチップ搭載装置６１と同じである。従って、図１４のマイクロチップ搭載装置８１及び図１６のマイクロチップ搭載装置８３では、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができ、図１５のマイクロチップ搭載装置８２では、上記第２の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

・上記各実施の形態のマイクロチップ搭載装置１１，６１，８１，８２，８３では、セラミック基板１４，６４の上面にマイクロチップ１２を搭載する構成を採用したが、図１７や図１８のマイクロチップ搭載装置８４，８５のように、セラミック基板８６の下面にマイクロチップ１２を搭載するよう構成してもよい。具体的には、マイクロチップ搭載装置８４，８５では、セラミック基板８６に、マイクロチップ１２の接続端子２１と電気的に接続する基体側導体（接続パッドを含む金属配線層やビアホール導体）８７が設けられるとともに、マイクロチップ１２側の内部流路２３に流路的に接続する内部流路８８が設けられている。そして、図１７のマイクロチップ搭載装置８４では、セラミック基板８６の下面においてマイクロチップ１２の周囲に、例えばセラミックからなる基体８９が設けられている。この基体８９には、セラミック基板８６の導体８７と電気的に接続する導体（接続パッドを含む金属配線層やビアホール導体など）９０が形成されている。また、図１８のマイクロチップ搭載装置８５では、セラミック基板８６の下面においてマイクロチップ１２を覆うように基体９１が設けられる点が、図１７のマイクロチップ搭載装置８４と異なる。なお、この基体９１にも、セラミック基板８６の導体８７と電気的に接続する導体（接続パッドを含む金属配線層やビアホール導体など）９２が形成されている。これらマイクロチップ搭載装置８４，８５においても、電気的な接続と流路的な接続とを同時に行うことができ、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

・図１９のマイクロチップ搭載装置９４のように、チップ側内部流路２３の有する一方の開口部２５にパイプ４５を接続する一方、他方の開口部２５をセラミック基板１４の内部流路４１の開口部４２に接続するよう構成してもよい。このように構成しても、マイクロチップにおける各開口部にパイプを接続した従来技術の場合（図２０参照）と比較して、マイクロチップ１２の集積度を向上させることができる。

・上記各実施の形態の場合、セラミック基板１４，６４に１つのマイクロチップ１２が搭載されるものであったが、複数のマイクロチップ１２が搭載される搭載装置に具体化してもよい。この場合、それぞれのマイクロチップ１２で、異なる成分の解析を行うようにマイクロチップ搭載装置を構成することができ、複数種類の成分解析を行う解析システムを大型化することなく実現できる。さらに、被検知液体がセラミック基板の流路を経由して各マイクロチップに順次導かれるので、各成分解析に必要となる被検知液体の量を最小限に抑えることができる。

・マイクロチップ１２及びセラミック基板１４，６２，８６に形成した流路２３，４１，６５，８８はＤＮＡを含む被検知液体を流す流路であったが、チップ冷却用の冷却液などを流す流路であってもよい。勿論、液体以外に気体などの流体を流すマイクロチップおよびセラミック基板を有するマイクロチップ搭載装置に具体化してもよい。
・上記各実施の形態では、マイクロチップ１２を搭載するマイクロチップ搭載装置１１，６１，８１〜８５，９４に具体化したが、これ以外に、例えば内部流路及び導体を有する基板とマザーボード間における電気及び流路接続構造に本発明を具体化してもよい。

次に、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）チップ側内部流路とチップ側導体とを有するマイクロチップを搭載するための基体であって、前記チップ側内部流路と流路的に接続可能な基体側内部流路と、前記チップ側導体と電気的に接続可能な基体側導体とを有し、その上面に前記マイクロチップを接合するためのチップ接合領域が設定されるマイクロチップ搭載用基体。

（２）前記チップ接合領域に、前記マイクロチップの下面に設けられたチップ側接続端子と電気的に接続可能な基体側接続端子と、前記マイクロチップの下面に設けられた前記チップ側内部流路の開口部と流路的に接続可能な前記基体側内部流路の開口部とを有することを特徴とする技術的思想（１）に記載のマイクロチップ搭載用基体。

（３）チップ側内部流路とチップ側導体とを有するマイクロチップを搭載するための基体であって、上部部材と下部部材とからなり、前記上部部材に前記チップ側内部流路と流路的に接続可能な基体側内部流路を有し、前記下部部材に前記チップ側導体と電気的に接続可能な基体側導体を有するマイクロチップ搭載用基体。

（４）複数のセラミック層を積層して構成され、チップ側内部流路とチップ側導体とを有するマイクロチップを搭載するための基体であって、前記チップ側内部流路と流路的に接続可能な基体側内部流路と、前記チップ側導体と電気的に接続可能な基体側導体とを有するマイクロチップ搭載用基体の製造方法において、未焼結状態の複数のグリーンシートを加工することにより、前記基体側内部流路を形成するための流路用孔及び流路用貫通溝を設ける工程と、前記複数のグリーンシートを積層して一体化する工程と、前記グリーンシートの積層体を焼結させる工程とを含むことを特徴とするマイクロチップ搭載用基体の製造方法。

第１の実施の形態のマイクロチップ搭載装置を示す断面図。 第１の実施の形態のマイクロチップ搭載装置を示す平面図。 マイクロチップ搭載装置の製造方法を示す説明図。 マイクロチップ搭載装置の製造方法を示す説明図。 マイクロチップ搭載装置の製造方法を示す説明図。 マイクロチップ搭載装置の製造方法を示す説明図。 マイクロチップ搭載装置の製造方法を示す説明図。 マイクロチップ搭載装置の製造方法を示す説明図。 マイクロチップ搭載装置の製造方法を示す説明図。 第２の実施の形態のマイクロチップ搭載装置を示す断面図。 流路の形成方法を示す説明図。 流路の形成方法を示す説明図。 流路の形成方法を示す説明図。 別例のマイクロチップ搭載装置を示す断面図。 別例のマイクロチップ搭載装置を示す断面図。 別例のマイクロチップ搭載装置を示す断面図。 別例のマイクロチップ搭載装置を示す断面図。 別例のマイクロチップ搭載装置を示す断面図。 別例のマイクロチップ搭載装置を示す断面図。 従来のマイクロチップ搭載装置を示す断面図。

符号の説明

１１，６１，８１，８２，８３，８４，８５，９４…マイクロチップ搭載装置
１２…マイクロチップ
１３…樹脂薄膜としてのインターポーザ
１４，６２，８６…基体としてのセラミック基板
２１…チップ側導体を構成する接続端子
２３…チップ側内部流路
２４…センサ部としてのセンサ電極
２５…チップ側開口部
２６…被接合面
２７…処理回路部
３５…基体側導体を構成する金属配線層
３６…基体側接続端子
３７…チップ接合領域
３８…基体側導体を構成するビアホール導体
３９…基体側導体を構成する接続パッド
４１，６５，８８…基体側内部流路
４２…基体側第１開口部
４３，６９…基体側第２開口部
４４…管継手
４５…管としてのパイプ
４７，４８…透孔
６３…基体を構成する上部部材
６４…基体を構成する下部部材
８７…基体側導体

Claims (10)

1. チップ側内部流路とチップ側導体とを有するマイクロチップを搭載するための基体であって、
   前記チップ側内部流路と流路的に接続可能な基体側内部流路と、前記チップ側導体と電気的に接続可能な基体側導体とを有するマイクロチップ搭載用基体。
2. 前記マイクロチップを接合すべき領域として設定されたチップ接合領域と、前記チップ接合領域内に配置された複数の基体側接続端子とを有し、
   前記基体側内部流路の有する基体側第１開口部が前記チップ接合領域内に配置され、前記基体側内部流路の有する基体側第２開口部が前記チップ接合領域外に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ搭載用基体。
3. 前記マイクロチップを接合すべき領域として設定されたチップ接合領域と、前記チップ接合領域内に配置された複数の基体側接続端子とを有し、
   前記基体側内部流路の有する基体側第１開口部及び基体側第２開口部が、いずれも前記チップ接合領域外に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ搭載用基体。
4. 前記基体側第２開口部が前記基体の外周部に配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載のマイクロチップ搭載用基体。
5. 前記基体側第２開口部には、管を装着するための管継手が取り付けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のマイクロチップ搭載用基体。
6. 基体側内部流路と基体側導体とを有する基体と、
   チップ側内部流路とチップ側導体とを有し、前記基体上に搭載されたマイクロチップと
   を備え、
   前記チップ側内部流路と前記基体側内部流路とが流路的に接続され、前記チップ側導体と前記基体側導体とが電気的に接続され、前記基体側内部流路を経由してチップ側内部流路に流体を導くことが可能なことを特徴とするマイクロチップ搭載装置。
7. 前記マイクロチップは、前記チップ側内部流路内に配置されたセンサ部と、前記センサ部から出力された信号を電気的に処理する処理回路部とを有する半導体センサマイクロチップであることを特徴とする請求項６に記載のマイクロチップ搭載装置。
8. 前記マイクロチップは、前記基体に接合された被接合面と、前記被接合面内に配置された複数のチップ側接続端子とを有し、
   前記チップ側内部流路の有するチップ側開口部が前記被接合面内に配置され、
   前記基体は、前記マイクロチップの前記被接合面が接続されたチップ接合領域と、前記チップ接合領域内に配置され、前記複数のチップ側接続端子と電気的に接続された複数の基体側接続端子とを有し、
   前記基体側内部流路の有する基体側第１開口部が、前記チップ接合領域内に配置されかつ前記チップ側開口部に流路的に接続され、前記基体側内部流路の有する基体側第２開口部が前記チップ接合領域外に配置されている
   ことを特徴とする請求項６または７に記載のマイクロチップ搭載装置。
9. 前記マイクロチップの前記被接合面は、透孔を有する樹脂薄膜によって前記基体の前記チップ接合領域に接着または融着されるとともに、前記基体側第１開口部と前記チップ側開口部とが流路的に、かつ前記基体側導体と前記チップ側導体とが電気的に、前記透孔を介して接続されていることを特徴とする請求項８に記載のマイクロチップ搭載装置。
10. 第１内部流路と第１板状部材側導体とを有する第１板状部材と、
    第２内部流路と第２板状部材側導体とを有し、前記第１板状部材上に搭載された第２板状部材と
    を備え、
    前記第２内部流路と前記第１内部流路とが流路的に接続され、前記第２板状部材側導体と前記第１板状部材側導体とが電気的に接続され、前記第１内部流路を経由して前記第２内部流路内に流体を導くことが可能なことを特徴とする板状部材間電気及び流路接続構造。

Images