JP2014083045A

JP2014083045A - 遺伝子解析用配線基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2014083045A
Application number: JP2012237318A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Takami; 征一高見
Original assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Current assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2014-05-12

Abstract

【課題】検出用凹部内への銅イオンの溶出を低減するとともに、金の使用量を抑制した遺伝子解析用配線基板を提供すること。
【解決手段】絶縁基板３の上面に被着された遺伝子解析用の検出電極９を含む銅めっき層から成る上面側の導体層８と、絶縁基板３の下面に被着された銅めっき層から成る下面側の導体層８と、検出電極９の上面中央部を露出させる開口部１２を有する上面側のソルダーレジスト層１１と、下面側の導体層８の一部を露出させる下面側のソルダーレジスト層１１とを具備して成る遺伝子解析用配線基板であって、上面側の導体層８は、ソルダーレジスト層１１で覆われた面およびソルダーレジスト層１１から露出する面の全面が金めっき層１４で被覆されており、下面側の導体層８は、ソルダーレジスト層１１から露出する面のみが金めっき層１４で被覆されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、遺伝子を解析するために用いられる遺伝子解析用配線基板およびその製造方法に関するものである。

近年、遺伝子を解析する技術は、急速な進歩を遂げている。このような遺伝子を解析する技術の中で、ナノポアを用いた遺伝子の解析方法が注目されている。このナノポアを用いた遺伝子の解析方法は、遺伝子の分子よりも僅かに大きなサイズの細孔であるナノポアを遺伝子が通過する際の電流の変化を検出して遺伝子の塩基配列を読み取るものである。

このような遺伝子の解析に用いられる遺伝子解析用配線基板の例を図５に示す。図５に示すように、従来の遺伝子解析用配線基板２００は、コア用の絶縁板２１の上下面にビルドアップ用の絶縁層２２が積層された絶縁基板２３を備えている。

絶縁板２１には、複数のスルーホール２４が形成されており、絶縁基板２１の上下面およびスルーホール２４内には、コア用の導体層２５が被着されている。絶縁層２２には、複数のビアホール２６が形成されており、絶縁層２２の表面およびビアホール２６内には、ビルドアップ用の導体層２７が被着されている。

上面側の導体層２７の一部は、検出電極２８を形成している。検出電極２８は、遺伝子の塩基配列に対応して発生する電流を検出するためのものである。また、上面側および下面側の導体層２７の一部は、外部接続端子２９を形成している。外部接続端子２９は、検出電極２８を外部の分析装置に電気的に接続するためのものである。

さらに、絶縁基板２３の上下面にはソルダーレジスト層３０が被着されている。上面側のソルダーレジスト層３０は、検出電極２８の上面中央部を露出させる開口部３１を有している。この開口部３１の内面と検出電極２８の上面とで検出用凹部Ｃが形成されている。また、上面側および下面側のソルダーレジスト層３０は、外部接続端子２９を露出させる窓部３２を有している。なお、ソルダーレジスト層３０から露出する検出電極２８および外部接続端子２９の表面には、ニッケルめっき層（不図示）を下地として金めっき層３３が被着されている。

そして、図６に示すように、検出用凹部Ｃを覆うようにしてナノポアPを有する薄い膜Ｍを被着するとともに遺伝子ＧがナノポアＰを通過する際にその塩基配列に応じて発生する電流を検出電極２８で検出し、その電流を外部の解析装置で解析することによって遺伝子Ｇの塩基配列を特定することができる。

しかしながら、このような遺伝子解析用配線基板２００においては、検出電極２８は検出用凹部Ｃ内に露出する表面のみが金めっき層３３で覆われていることから、開口部３１の開口縁と金めっき層３３との間を通して検出電極２８から検出用凹部Ｃ内に銅イオンが溶出しやすい。検出用凹部Ｃ内に銅イオンが溶出すると、遺伝子ＧがナノポアＰを通過する際にその塩基配列に応じて発生する電流を正確に検出することが困難となる。

そこで、図７に示すように、導体層２７の全面を金めっき層３３で被覆した上で、ソルダーレジスト層３０を形成することが考えられる。しかしながら、導体層２７の全面を金めっき層３３で被覆すると、使用する金の量が多くなるため、遺伝子解析用配線基板が高価なものとなってしまう。

米国公開公報２０１１／０１２０８９０号

本発明は、検出用凹部内への銅イオンの溶出を低減するとともに、金の使用量を抑制した遺伝子解析用配線基板を提供することを目的とする。

本発明の遺伝子解析用配線基板は、上面と下面とを有する絶縁基板と、前記上面に被着されており、遺伝子解析用の検出電極を含む銅めっき層から成る第１の導体層と、前記下面に被着されており、銅めっき層から成る第２の導体層と、前記上面に被着されており、前記検出電極の上面中央部を露出させる開口部を有する第１のソルダーレジスト層と、前記下面に被着されており、前記第２の導体層の一部を露出させる第２のソルダーレジスト層とを具備して成る遺伝子解析用配線基板であって、前記第１の導体層は、前記第１のソルダーレジスト層で覆われた面および第１のソルダーレジスト層から露出する面の全面がが金めっき層で被覆されており、前記第２の導体層は、前記第２のソルダーレジスト層から露出する面のみが金めっき層で被覆されていることを特徴とするものである。

本発明の遺伝子解析用配線基板の製造方法は、上面と下面とを有する絶縁基板の前記上面に遺伝子解析用の検出電極を含む銅めっき層から成る第１の導体層を形成するとともに前記下面に銅めっき層から成る第２の導体層を形成する工程と、前記下面に前記第２の導体層の一部を露出させる第２のソルダーレジスト層を形成する工程と、前記第１の導体層における露出面の全面および前記第２の導体層における前記第２のソルダーレジスト層から露出する面に金めっき層を被着する工程と、前記上面に前記検出電極の上面中央部を露出させる開口部を有する第１のソルダーレジスト層を形成する工程とを行なうことを特徴とするものである。

本発明の遺伝子解析用配線基板によれば、遺伝子解析用の検出電極を含む第１の導体層は、第１のソルダーレジスト層で覆われた面および第１のソルダーレジスト層から露出する面の全面が金めっき層で被覆されていることから、検出電極の上面中央部を露出させる開口部の開口縁と金めっき層との間から銅イオンが溶出することを有効に低減することができる。また、絶縁基板の下面に被着された第２の導体層は、第２のソルダーレジスト層から露出する面のみが金めっき層で被覆されていることから、導体層の全てを金めっき層で被覆する場合と比較して金の使用量を抑制することができる。

本発明の遺伝子解析用配線基板の製造方法によれば、絶縁基板の上面に遺伝子解析用の検出電極を含む銅めっき層から成る第１の導体層を形成するとともに絶縁基板の下面に銅めっき層から成る第２の導体層を形成した後、絶縁基板の下面に第２の導体層の一部を露出させる第２のソルダーレジストを形成し、次に、第１の導体層の露出面の全面および第２の導体層における第２のソルダーレジスト層から露出する部分に金めっき層を被着した後、絶縁基板の上面に検出電極の上面中央部を露出させる開口部を有する第１のソルダーレジスト層を形成することから、検出電極の上面中央部を露出させる開口部の開口縁と金めっき層との間から銅イオンが溶出することを有効に低減することが可能な遺伝子解析用配線基板を提供することができる。また、また、絶縁基板の下面に被着された第２の導体層にいては、第２のソルダーレジスト層から露出する部分のみを金めっき層で被覆することから、導体層の全てを金めっき層で被覆する場合と比較して金の使用量を抑制した遺伝子解析用配線基板を提供することができる。

図１は、本発明の遺伝子解析用配線基板の実施形態の一例を示す概略断面図である。図２は、図１に示す遺伝子解析用配線基板の上面図である。図３は、図１に示す遺伝子解析用配線基板の要部拡大断面模式図である。図４は、本発明の配線基板の製造方法を説明するための工程毎の概略断面図である。図５は、従来の遺伝子解析用配線基板を示す概略断面図である。図６は、図５に示す遺伝子解析用配線基板の要部拡大断面模式図である。図７は、従来の遺伝子解析用配線基板の改良例を示す概略断面図である。

次に、本発明を図１〜図４を基にして説明する。図１は、本発明の実施形態の一例である遺伝子解析用配線基板１００を示す概略断面図である。遺伝子解析用配線基板１００は、コア用の絶縁板１の上下面に絶縁層２を積層して成る絶縁基板３を備えている。

絶縁板１は、例えばガラス繊維束を縦横に織ったガラスクロスにビスマレイミドトリアジン樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた電気絶縁材料から成る。絶縁板１の厚みは１００〜１０００μｍ程度である。また、絶縁板１の上面から下面にかけては直径が１００〜３００μｍ程度のスルーホール４が形成されている。

絶縁板１の上下面およびスルーホール４の内壁にはコア用の導体層５が被着されている。導体層５は、例えば厚みが５〜２５μｍ程度の銅箔や銅めっき層等の良導電性の金属材料から成る。さらに、導体層５が被着されたスルーホール４の内部はエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る孔埋め樹脂６により充填されている。

このような絶縁板１および導体層５は、以下のようにして形成される。先ず、ガラスクロスに熱硬化性樹脂を含浸させた樹脂板の上下両面に厚みが５〜３５μｍ程度の銅箔が被着された両面銅張板を準備する。次に、両面銅張板にドリル加工やレーザ加工によりスルーホール４を穿孔する。次に、スルーホール４内をデスミア処理した後、スルーホール４内および上下の銅箔表面に無電解銅めっき層および電解銅めっき層を順次被着させる。無電解銅めっき層の厚みは０．１〜１μｍ程度、電解銅めっき層の厚みは５〜２５μｍ程度とする。次に、電解銅めっき層が施されたスルーホール４の内部に孔埋め樹脂６を充填する。孔埋め樹脂６の充填は、ペースト状の熱硬化性樹脂をスクリーン印刷法によりスルーホール４内に充填した後、それを熱硬化させることにより行なう。充填された孔埋め樹脂６は、その上下端を上下面の銅めっき層とともに研磨することにより平坦化する。次に、平坦化された孔埋め樹脂６の上下端面および上下面の銅めっき層上に無電解銅めっき層および電解銅めっき層を順次被着する。無電解銅めっき層の厚みは０．１〜１μｍ程度、電解銅めっき層の厚みは５〜２５μｍ程度とする。最後に、銅箔およびその上の銅めっき層を周知のサブトラクティブ法によりパターン加工して導体層５を形成する。

絶縁層２は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含む絶縁材料から成る。絶縁層２の厚みは３０〜５０μｍ程度であり、絶縁層２の上面から下面にかけては直径が５０〜１００μｍ程度のビアホール７が形成されている。このような絶縁層２は、例えば以下のようにして形成される。まず、導体層５が被着形成された絶縁板１の上下面に熱硬化性の樹脂フィルムを積層する。積層には真空プレス機を用いる。樹脂フィルムは、未硬化の熱硬化性樹脂成分と無機絶縁フィラーとを含んでいる。最後に、樹脂フィルムを熱硬化させた後、その表面からレーザ加工を施してビアホール７を穿孔することにより絶縁層２が形成される。なお、ビアホール７を穿孔した後は、必要に応じてデスミア処理やソフトエッチング処理を施す。

絶縁層２の表面およびビアホール７内には導体層８が被着されている。導体層８は、厚みが５〜２５μｍ程度の銅めっき層から成る。導体層８の一部は、上面側の絶縁層２の表面において遺伝子の塩基配列に応じた電流を検出するための検出電極９を形成している。検出電極９は直径が５０〜１００μｍ程度の円形であり、図２に示すように、マトリックス状に配設されている。検出電極９の配列ピッチは、１００〜２００μｍ程度である。また、導体層８の一部は、上下両方の絶縁層２の表面において外部の分析装置に接続される外部接続端子１０を形成している。これらの検出電極９と外部接続端子１０とは、所定のもの同士が導体層５や８を介して互いに電気的に接続されている。

このような導体層８は、以下のようにして形成される。まず、絶縁層２の表面およびビアホール７内に、無電解銅めっき層を被着させる。無電解銅めっき層の厚みは０．１〜１μｍ程度とする。次に、無電解銅めっき層の上に、導体層８のパターンに対応した開口部を有するめっきレジスト層を被着する。めっきレジスト層は感光性を有するレジスト用の樹脂フィルムを無電解銅めっき層上に貼着するとともに周知のフォトリソグラフィ技術を採用して所定のパターンに露光および現像することにより形成する。次にめっきレジスト層の開口内に露出する無電解銅めっき層の上に電解銅めっき層を被着する。電解銅めっき層の厚みは、５〜２５μｍ程度とする。最後に、めっきレジスト層を剥離除去した後、電解銅めっき層から露出する無電解銅めっき層をエッチング除去することにより導体層８が形成される。

さらに、絶縁基板３の上下面にはソルダーレジスト層１１が被着されている。ソルダーレジスト層１１は、例えばアクリル変性エポキシ樹脂等の感光性絶縁材料から成る。ソルダーレジスト層１１の厚みは、検出電極９上において２０〜１４０μｍ程度である。上面側のソルダーレジスト層１１には、検出電極９の上面中央部を露出させる開口部１２が形成されている。この開口部１２の内面と検出電極９の上面とで検出用凹部Ｃが形成されている。さらに上面側および下面側のソルダーレジスト層１１には、外部接続端子１０を露出させる窓部１３が形成されている。窓部１３は外部接続端子１０を露出させるのに十分な大きさに形成されている。

さらに、本発明による遺伝子解析用配線基板１００においては、絶縁基板３の上面に被着された導体層８は、ソルダーレジスト層１１で覆われた面およびソルダーレジスト層１１から露出する面の全面がニッケルめっき層（不図示）を下地として金めっき層１４で被覆されている。また、絶縁基板３の下面に被着された導体層８は、ソルダーレジスト層１１から露出する表面のみがニッケルめっき層（不図示）を下地として金めっき層１４で被覆されている。なお、ニッケルめっき層の厚みは、２〜１０μｍ程度である。また、金めっき層１４の厚みは０．０２〜０．１μｍ程度である。このような金めっき層１４が被着されていることにより、導体層８の露出部が酸化腐食することが有効に防止される。

そして、本発明による遺伝子解析用配線基板１００においては、図３に示すように、検出用凹部Ｃを覆うようにしてナノポアPを有する薄い膜Ｍを被着するとともに遺伝子ＧがナノポアＰを通過する際にその塩基配列に応じて発生する電流を検出電極９で検出し、その電流を外部の解析装置で解析することによって遺伝子Ｇの塩基配列を特定することができる。

このとき、本発明による遺伝子解析用配線基板１００によれば、絶縁基板３の上面に被着された導体層８は、ソルダーレジスト層１１で覆われた面およびソルダーレジスト層１１から露出する面の全面が金めっき層１４で被覆されていることから、検出電極９の上面中央部を露出させる開口部１２の開口縁と金めっき層１４との間から銅イオンが溶出することを有効に低減することができる。検出用凹部Ｃ内に銅イオンが溶出すると、遺伝子ＧがナノポアＰを通過する際にその塩基配列に応じて発生する電流を正確に検出することが困難となる。そのため、本発明による遺伝子解析用配線基板１００によれば、ナノポアを用いた遺伝子の解析方法に用いられるのに好適な遺伝子解析用配線基板を提供することができる。

さらに本発明による遺伝子解析用配線基板１００によれば、絶縁基板３の下面に被着された導体層８は、下面側のソルダーレジスト層１０から露出する面のみが金めっき層１４で被覆されていることから、導体層８の全てを金めっき層１４で被覆する場合と比較して金の使用量を抑制することができる。したがって、安価な遺伝子解析用配線基板１００を提供することができる。

次に、上述した遺伝子解析用配線基板１００の製造方法について説明する。まず、図４（ａ）に示すように、絶縁基板３の上下面に導体層８を形成する。絶縁基板３上面の導体層８は、検出電極９および外部接続パッド１０を含んでいる。また、絶縁基板３下面の導体層８は、外部接続パッド１０を含んでいる。

次に、図４（ｂ）に示すように、絶縁基板３の下面にソルダーレジスト層１１を形成する。このソルダーレジスト層１１は、外部接続パッド１０を露出させる窓部１３を有している。このようなソルダーレジスト層１１は、以下のようにして形成される。先ず、導体層８が被着された絶縁基板３の下面に感光性を有する熱硬化性の樹脂層を積層する。積層には樹脂ペーストを塗布した後に乾燥させる方法と、樹脂フィルムを真空プレス機を用いて貼着する方法とがある。次に、積層された感光性の樹脂層にフォトリソグラフィ技術を採用して窓部１３を有するように露光および現像処理を施し、最後に、樹脂層を熱硬化させることにより絶縁基板３の下面にソルダーレジスト層１１が形成される。

次に、図４（ｃ）に示すように、絶縁基板３の上面側および下面側の導体層の露出部にニッケルめっき層（不図示）を下地として金めっき層１４を被着する。これらのニッケルめっき層（不図示）および金めっき層１４を被着するには、周知の無電解ニッケルめっき法および無電解金めっき法が採用される。なお、ニッケルめっき層（不図示）と金めっき層１４との間にパラジウムめっき層（不図示）を介在させてもよい。

次に図４（ｄ）に示すように、絶縁基板３の上面にソルダーレジスト層１１を形成する。このソルダーレジスト層１１は、検出電極９の上面中央部を露出させる開口部１２および上面側の外部接続端子１０を露出させる窓部１３を有している。上面側のソルダーレジスト層１１は、下面側のソルダーレジスト層１１と同様にして形成される。このようにして本発明による遺伝子解析用配線基板１００が完成する。

この場合、絶縁基板３の上下面に導体層８を形成した後、絶縁基板３の下面のみに外部接続パッド１０を露出させるソルダーレジスト１１を形成し、次に、絶縁基板３の上面側の導体層８の露出面および下面側の導体層８の露出面に金めっき層１４を被着した後、絶縁基板３の上面に検出電極９の上面中央部を露出させる開口部１２を有する上面側のソルダーレジスト層１１を形成することから、検出電極３の上面中央部を露出させる開口部１２の開口縁と金めっき層１４との間から銅イオンが溶出することを有効に低減することが可能な遺伝子解析用配線基板１００を提供することができる。また、絶縁基板３の下面に被着された導体層８においては、ソルダーレジスト層１１から露出する部分のみを金めっき層１４で被覆することから、導体層８の全てを金めっき層で被覆する場合と比較して金の使用量を抑制した遺伝子解析用配線基板１００を提供することができる。

本発明の遺伝子解析用配線基板は、遺伝子以外の物質の解析についても利用可能である。

３絶縁基板
８導体層
９検出電極
１１ソルダーレジスト層
１２開口部
１４金めっき層

Claims

上面と下面とを有する絶縁基板と、前記上面に被着されており、遺伝子解析用の検出電極を含む銅めっき層から成る第１の導体層と、前記下面に被着されており、銅めっき層から成る第２の導体層と、前記上面に被着されており、前記検出電極の上面中央部を露出させる開口部を有する第１のソルダーレジスト層と、前記下面に被着されており、前記第２の導体層の一部を露出させる第２のソルダーレジスト層とを具備して成る遺伝子解析用配線基板であって、前記第１の導体層は、前記第１のソルダーレジスト層で覆われた面および第１のソルダーレジスト層から露出する面の全面がが金めっき層で被覆されており、前記第２の導体層は、前記第２のソルダーレジスト層から露出する面のみが金めっき層で被覆されていることを特徴とする遺伝子解析用配線基板。
上面と下面とを有する絶縁基板の前記上面に遺伝子解析用の検出電極を含む銅めっき層から成る第１の導体層を形成するとともに前記下面に銅めっき層から成る第２の導体層を形成する工程と、前記下面に前記第２の導体層の一部を露出させる第２のソルダーレジスト層を形成する工程と、前記第１の導体層における露出面の全面および前記第２の導体層における前記第２のソルダーレジスト層から露出する面に金めっき層を被着する工程と、前記上面に前記検出電極の上面中央部を露出させる開口部を有する第１のソルダーレジスト層を形成する工程とを行なうことを特徴とする遺伝子解析用配線基板の製造方法。