JP2015142109A - 液体材料検査用センサモジュールとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定精度に優れた浸漬型の液体材料検査用センサモジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】測定対象液に浸漬するよう外部に露出させたセンサ素子２を有するＩＣチップ３と、ＩＣチップ３で検出した信号を伝達する基板配線６と、ＩＣチップ３と基板配線６とを電気的に接続するボンディング部８と、これらＩＣチップ３と基板配線６とボンディング部８とを支持する回路基板５と、ボンディング部８が封止される状態で回路基板５の上に設けられる第１保護層９と、撥水剤を含有しつつ第１保護層９を覆う第２保護層１０とを備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、センサ素子を測定対象液に浸漬して測定情報を検出する液体材料検査用センサモジュールとその製造方法に関する。

特許文献１に記載されているセンサモジュールは、測定対象液に浸漬するよう外部に露出させたセンサ素子を有するＩＣチップと、ＩＣチップで検出した信号を伝達する基板配線と、ＩＣチップと基板配線とを電気的に接続するボンディング部と、これらＩＣチップと基板配線とボンディング部とを支持する回路基板とを備えている。

特許文献２には、リードフレーム、半導体素子、リードフレームと半導体素子とを電気的に接続するボンディング部、および、半導体素子が接合されるヒートシンクを備え、半導体素子とボンディング部とを封止する封止用樹脂をヒートシンクに接着してある樹脂封止型半導体装置が記載されている。
つまり、半導体素子とボンディング部の全体を封止用樹脂で封止する技術が記載されている。

ＵＳ２０１３／０１０２４８９ 特開２００８−３１１３６６号公報

特許文献１に記載されたセンサモジュールは、ＩＣチップが有するセンサ素子を測定対象液に浸漬して測定情報を検出するものであるが、ボンディング部が露出しているので、ＩＣチップを測定対象液に浸漬したときにボンディング部に測定対象液が付着することがある。
ボンディング部に測定対象液が付着すると、ボンディング部の電気抵抗が変化して、測定情報を精度良く検出できないおそれがある。
このボンディング部への測定対象液の付着を防止するためには、例えば、特許文献２に記載されている封止技術を用いて、ボンディング部を樹脂材料で被覆することが考えられる。
しかし、特許文献２の技術は、ボンディング部やＩＣチップに加えてセンサ素子も同時に被覆するものであるため、露出状態のセンサ素子を測定対象液に浸漬しなければならないセンサモジュールにこの技術をそのまま適応することは妥当ではない。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、測定精度に優れた浸漬型の液体材料検査用センサモジュールおよびその製造方法の提供を目的とする。

本発明による液体材料検査用センサモジュールの特徴構成は、測定対象液に浸漬するよう外部に露出させたセンサ素子を有するＩＣチップと、前記ＩＣチップで検出した信号を伝達する基板配線と、前記ＩＣチップと前記基板配線とを電気的に接続するボンディング部と、これらＩＣチップと基板配線とボンディング部とを支持する回路基板と、前記ボンディング部が封止される状態で前記回路基板の上に設けられる第１保護層と、撥水剤を含有しつつ前記第１保護層を覆う第２保護層と、を備えている点にある。

本構成のように、第１保護層と、撥水剤を含有する第２保護層とでボンディング部を覆うことで、センサ素子を測定対象液に浸漬したときのボンディング部への測定対象液の付着を二つの層で防止することができる。
特に、第２保護層が撥水剤を含有しているので、センサ素子を測定対象液から取り出した際に、測定対象液がボンディング部の周辺に残留することがない。よって、測定対象液の第２保護層内部への滲入を抑制することができる。さらに、第２保護層の下層には第１保護層が存在するため、測定対象液がボンディング部に一層付着し難い。
したがって、本構成の液体材料検査用センサモジュールであれば、センサ素子を測定対象液に浸漬してもボンディング部の電気抵抗が変化し難く、測定情報を精度良く検出することができる。

本発明による液体材料検査用センサモジュールの他の特徴構成は、前記ＩＣチップの外周側に沿って前記回路基板の板面よりも盛り上がるように一連に形成された突出部と、前記ＩＣチップと前記突出部との間を埋める第３保護層とを備える点にある。

本構成のように、ＩＣチップと突出部との間を第３保護層で埋めることで、ＩＣチップと回路基板との界面が外部に露出するのを防止することができる。
このため、測定対象液がＩＣチップと回路基板との界面に滲入するのを第３保護層が遮断することができる。その結果、測定対象液がボンディング部に滲入する機会をさらに低減させることができ、測定精度をより向上させることができる。

本発明による液体材料検査用センサモジュールの他の特徴構成は、前記第１保護層と前記第３保護層とを撥水剤を含有しない同じ材料で形成してある点にある。

本構成のように、第１保護層と第３保護層とを同じ材料で形成することで、これらの保護層を同じ工程で設けることができ、製造手順を簡略化することができる。
また、第１保護層と第３保護層とを撥水剤を含有しない材料で形成することで、ＩＣチップと回路基板との界面に撥水剤が滲入してＩＣチップの接着強度が低下したり、滲入した撥水剤によってＩＣチップと回路基板との界面に空隙が形成されるといった不都合が生じ難くなる。

本発明による液体材料検査用センサモジュールの他の特徴構成は、前記第２保護層の表面に撥水層を形成してある点にある。

本構成であれば、第２保護層の表面に対して測定対象液が付着し難くなるため、第２保護層内部への測定対象液の滲入が極めて少なくなる。この結果、測定対象液が第１保護層に滲入するのを略完全に防止することができる。

本発明による液体材料検査用センサモジュールの製造方法の特徴構成は、測定対象液に浸漬するよう外部に露出させたセンサ素子を有するＩＣチップと、前記ＩＣチップで検出した信号を伝達する基板配線と、前記ＩＣチップと前記基板配線とを電気的に接続するボンディング部とを回路基板に設けておき、前記ボンディング部が封止される状態で前記回路基板の上に設けられる樹脂製の第１保護層を形成する第１保護材料を塗布した後、撥水剤を含有しつつ前記第１保護層を覆う当該第１保護層とは異なる樹脂製の第２保護層を形成する第２保護材料を前記第１保護層に塗布して硬化させる点にある。

本構成であれば、第１保護層と、第１保護層を覆う第２保護層とを備えている液体材料検査用センサモジュールを製造するにあたって、第２保護材料の第１保護材料への混入や、第２保護材料の存在により第１保護材料の硬化が妨げられるようなことがなく、回路基板との密着性が高い第１保護層を予め形成しておくことができる。
したがって、形成された第１保護層に空隙が少なく、第１保護層を回路基板に対して強く密着させることができるため、第１保護層と回路基板との界面から測定対象液が滲入するのを防止することができる。

また、第１保護材料を塗布した第１保護層の表面には、樹脂の表面張力が作用する。この樹脂上に第２保護材料を塗布することで、第２保護材料の不要な広がりを防止しつつ第１保護層の領域のみに塗布し易くなる。これはつまり、第２保護材料に表面張力が作用するため、回路基板やＩＣチップ上に直接塗布される場合に比べて樹脂材料が第１保護層上に集約し易くなるためである。
よって、本構成であれば、第２保護材料が周辺部位に不要に広がることがなく、第１保護層の表面領域に対して確実に保護膜を形成することができる。

本発明による液体材料検査用センサモジュールの製造方法の他の特徴構成は、前記回路基板の板面よりも盛り上がる突出部を前記ＩＣチップの外周側に沿って一連に形成した後、前記第１保護層と前記第２保護層の夫々を形成する保護材料を塗布する点にある。

本構成であれば、第１保護層と第２保護層の夫々を形成する未硬化の保護材料の回路基板端部からの流出を突出部で堰き止めることができ、ＩＣチップの周囲を確実に保護することができる。
また、保護材料の流出がなくなることで、塗布する保護材料の使用量が少なくなり、余剰な保護材料がセンサ素子の側に拡がることを防止することができる。

本発明による液体材料検査用センサモジュールの製造方法の他の特徴構成は、前記第２保護材料を減圧下で加熱硬化させることにより当該第２保護材料から滲み出た撥水剤で前記第２保護層の表面に撥水層を形成する点にある。

本構成であれば、第２保護材料を減圧下で加熱硬化させることにより、強固な第２保護層の形成と、第２保護層の表面に対する撥水層の形成とを同時に行うことができる。

液体材料検査用センサモジュールの平面図である。 センサ部を示す平面図である。 図２のIII −III 線断面図である。 第２実施形態における液体材料検査用センサモジュールのセンサ部を示す平面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 第２実施形態における液体材料検査用センサモジュールの製造方法を説明する断面図である。 第２実施形態における液体材料検査用センサモジュールの製造方法を説明する断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図３は、センサ素子２を薬液や血液などの測定対象液に浸漬して測定情報を検出する液体材料検査用センサモジュールを示す。

液体材料検査用センサモジュールは、図１に示すように、複数の接続用電極１ａを並設してある矩形の電極部１と、センサ素子２を有するＩＣチップ３を設けてある複数のセンサ部４とを回路基板（プリント配線板）５に設けて構成してある。
センサ部４は帯板状に形成してあり、電極部１の一側辺部に沿って櫛歯状に並設してある。

センサ部４には、図２，図３に示すように、ＩＣチップ３で検出した信号を電極１ａに伝達する複数の基板配線６と、各基板配線６とＩＣチップ３とを金属線７で電気的に接続するボンディング部８と、ＩＣチップ３と各基板配線６とボンディング部８とを支持する回路基板５と、ボンディング部８が封止される状態で回路基板５の上に接着された第１保護層９と、撥水剤を含有しつつ第１保護層９の全体を覆う第２保護層１０とを設けてある。
なお、ボンディング部８は、第１保護層９に封止されているのでセンサ部４の上面から見えないが、理解が容易になるように、図２などにおいて第１保護層９と第２保護層１０とを通して見える状態で記載してある。

ＩＣチップ３と各基板配線６とボンディング部８および第１保護層９は回路基板５の同一面に設けられている。
ＩＣチップ３は、センサ素子２を一側面側に有する平面視で矩形に形成してあり、測定対象液に浸漬するようにセンサ素子２を外部に露出させた姿勢でセンサ部４の先端部分にダイボンド材３ａで接着してある。

第１保護層９は、ボンディング部８の全体と、基板配線６およびＩＣチップ３のパッド（配線取り出し部）６ａ，３ｂの全体とを、センサ素子２に重ならないように包み込む状態でＩＣチップ３よりも盛り上がるように設けてある。

第１保護層９は、例えば半導体用熱硬化性エポキシ樹脂（エポキシ、フィラー、熱硬化材を主成分とする、低粘度/ 高速硬化タイプの樹脂）などで構成してある未硬化の第１ポッティング材（第１保護材料）９ａを加熱硬化させることにより設けてある。

第２保護層１０は、第１保護層９の全体をセンサ素子２に重ならないように覆う状態で第１保護層９に積層してあり、撥水層１１をその表面に形成してある。

第２保護層１０は、第１保護層９を形成する第１ポッティング材９ａを加熱硬化させた後、第２保護層１０を形成する未硬化の第２ポッティング材（第２保護材料）１０ａを、センサ素子２に重ならないように、かつ、第１保護層９の全体を覆うように当該第１保護層９に塗布し、その第２ポッティング材１０ａを加熱硬化させて形成してある。

第２ポッティング材１０ａは、例えば半導体用熱硬化性エポキシ樹脂（エポキシ、フィラー、熱硬化材を主成分とする、中粘度/ 高速硬化タイプの樹脂）などにシリコーン樹脂もしくはフッ素系コーティング材を混入することにより撥水剤を含有させてある。
そして、第２ポッティング材１０ａを大気圧よりも低い低圧雰囲気下で加熱硬化させることにより撥水剤が表面に滲み出し、この滲み出た撥水剤で第２保護層１０の表面に撥水層１１を形成してある。

〔第２実施形態〕
図４〜図７は、本発明の別実施形態を示す。
本実施形態では、図４，図５に示すように、ＩＣチップ３のうちの、ボンディング部８が設けられていない部分を囲む第３保護層１２を一連に設けてある。

すなわち、ＩＣチップ３のうちのボンディング部８が設けられていない部分の外周側に沿って囲み、かつ、ＩＣチップ３に対して隙間を隔てて、回路基板５の板面よりも盛り上がるように一連に形成された突出部１３と、ＩＣチップ３の外周側と突出部１３との隙間を埋める第３保護層１２とを備えている。

突出部１３は、回路基板５の金属部分５ａに溶融ハンダを塗布して固化させることにより形成してある。
第３保護層１２は、撥水剤を含有しない第１保護層９と同じ材料（第１ポッティング材９ａ）で形成してある。したがって、第１保護層９と第３保護層１２は一体に形成してある。

突出部１３は、図６に示すように、ＩＣチップ３のうちのボンディング部８が設けられていない部分の外周側に沿って、かつ、ＩＣチップ３に対して隙間１４を隔てて、回路基板５の板面よりも盛り上がるように溶融ハンダを一連に塗布し、この溶融ハンダを冷却して設けてある。

突出部１３を形成した後、図７に示すように、ＩＣチップ３と突出部１３との隙間１４に未硬化の第１ポッティング材９ａを充填する。また、未硬化の第１ポッティング材９ａを、ボンディング部８の全体と基板配線６およびＩＣチップ３のパッド６ａ，３ｂの全体とをセンサ素子２に重ならないように包み込む状態で、回路基板５およびＩＣチップ３よりも盛り上がるように塗布する。
そして、それらの第１ポッティング材９ａを加熱硬化させて第１保護層９および第３保護層１２を形成する。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

本発明は、センサ素子を測定対象液に浸漬する各種の液体材料検査用センサモジュールに利用することができる。

２ センサ素子
３ ＩＣチップ
５ 回路基板
６ 基板配線
８ ボンディング部
９ 第１保護層
９ａ 第１保護材料
１０ 第２保護層
１０ａ 第２保護材料
１１ 撥水層
１２ 第３保護層
１３ 突出部

Claims (7)

1. 測定対象液に浸漬するよう外部に露出させたセンサ素子を有するＩＣチップと、
   前記ＩＣチップで検出した信号を伝達する基板配線と、
   前記ＩＣチップと前記基板配線とを電気的に接続するボンディング部と、
   これらＩＣチップと基板配線とボンディング部とを支持する回路基板と、
   前記ボンディング部が封止される状態で前記回路基板の上に設けられる第１保護層と、
   撥水剤を含有しつつ前記第１保護層を覆う第２保護層と、を備えている液体材料検査用センサモジュール。
2. 前記ＩＣチップの外周側に沿って前記回路基板の板面よりも盛り上がるように一連に形成された突出部と、
   前記ＩＣチップと前記突出部との間を埋める第３保護層とを備える請求項１記載の液体材料検査用センサモジュール。
3. 前記第１保護層と前記第３保護層とを撥水剤を含有しない同じ材料で形成してある請求項２記載の液体材料検査用センサモジュール。
4. 前記第２保護層の表面に撥水層を形成してある請求項１〜３のいずれか１項記載の液体材料検査用センサモジュール。
5. 測定対象液に浸漬するよう外部に露出させたセンサ素子を有するＩＣチップと、前記ＩＣチップで検出した信号を伝達する基板配線と、前記ＩＣチップと前記基板配線とを電気的に接続するボンディング部とを回路基板に設けておき、
   前記ボンディング部が封止される状態で前記回路基板の上に設けられる樹脂製の第１保護層を形成する第１保護材料を塗布した後、撥水剤を含有しつつ前記第１保護層を覆う当該第１保護層とは異なる樹脂製の第２保護層を形成する第２保護材料を前記第１保護層に塗布して硬化させる液体材料検査用センサモジュールの製造方法。
6. 前記回路基板の板面よりも盛り上がる突出部を前記ＩＣチップの外周側に沿って一連に形成した後、前記第１保護層と前記第２保護層の夫々を形成する保護材料を塗布する請求項５記載の液体材料検査用センサモジュールの製造方法。
7. 前記第２保護材料を減圧下で加熱硬化させることにより当該第２保護材料から滲み出た撥水剤で前記第２保護層の表面に撥水層を形成する請求項５または６記載の液体材料検査用センサモジュールの製造方法。

Images