JP4574369B2 - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、たとえばＤＮＡ（デオキシリボ核酸）やたんぱく質などの生体物質（検体）を照合、合成、増幅するための流路や溝の付いた配線基板において、配線基板での諸反応温度を正確に安定して計測でき、ＤＮＡ解析の信頼性の向上や照合時間を短縮させることができる配線基板に関する。

従来から、ＤＮＡやたんぱく質などの生体物質（検体）を解析、照合、合成、増幅するための流路、溝、空孔等の付いた配線基板、所謂マイクロ化学チップとして、セラミックスから成る絶縁基体に配線導体や溝加工を施した配線基板が知られている。

このような、配線基板は、セラミックグリーンシート（セラミック生シートで、以下、グリーンシートともいう）積層法によって以下のように製作される。まず、アルミナ等から成るセラミック原料粉末にガラス粉末，有機バインダー，溶剤，可塑剤等を添加混合して泥漿状となし、これをドクターブレード法やカレンダーロール法等によってシート状に成形してグリーンシートを得、流路や泳動路となる溝や穴をプレス打抜き加工法等によって形成する。さらに、セラミック層間を貫通する貫通導体の形成ための微細な穴をプレス打抜き加工法等によって形成し、その穴に、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）等の金属粉末に所望のガラス粉末，有機バインダー，溶剤，可塑剤等を添加混合して得られる金属ペーストを埋込む。

その後、グリーンシート表面に、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）等の金属粉末に所望のガラス粉末，有機バインダー，溶剤，可塑剤等を添加混合して得られる金属ペーストを、スクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布し熱電対を載置形成する。しかる後、このグリーンシートを複数枚積層して積層体となすとともに、この積層体を１６５０℃程度の温度で焼成することによって製作される。

また、このような、ＤＮＡの解析、照合用等に使用される配線基板は、ＤＮＡの２鎖を１鎖に分解する分鎖作業を行なうために加熱機能と測温機能が必要となる。加熱機能は、一般に、配線基板内部に高抵抗材料の白金−レニウム（Ｐｔ−Ｒｅ）合金やタングステン−レニウム（Ｗ−Ｒｅ）合金から成るヒーターによって形成される。

また、測温機能は、アルメル−クロメル熱電対、鉄（Ｆｅ）−コンスタンタン熱電対、クロメル−コンスタンタン熱電対、白金−白金ロジウム合金熱電対等の熱電対の素線を、配線基板の温度測定部近傍に穴を設け、その穴に線状の熱電対を挿入し温度測定を行なう方法、配線基板上に熱電対の取付け治具をロウ材や耐熱性接着剤等を用いて接合し、その取付け治具に線状の熱電対を固定し温度測定を行なう方法、または軟化温度が３５０〜５００℃程度の低軟化温度ガラスや耐熱性接着剤等を用いて配線基板に直接固定し温度測定を行なう方法等が一般的に行なわれている。

しかしながら、これらの熱電対を配線基板に直接取付ける方法においては、配線基板上において熱電対を取付けるための面積を確保する必要があり、小型化、高密度化が進む配線基板においては熱電対を取付けるための面積が確保できないため、これらの方法を用いるのは困難な状況になりつつある。特に、ＤＮＡ等の検体を照合、合成、増幅するための流路や溝の付いた配線基板においては、検体を液状の試薬中で泳動させるための溝の幅が小型化により年々細くなってきており、熱電対の素線を配線基板の表面に取付けるための面積は確保できなくなる傾向にある。

また、強酸性、強アルカリ性の化学薬品による処理が検体を照合、合成、増幅する過程において施されるために、金属のロウ材や取付け金具は化学薬品により侵食されるので使用に制限が生じる。

そこで、近年、配線基板内部に熱電対を形成する方法として、アルミナ等から成るグリーンシートに、配線導体としてタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）等の金属ペーストを、熱電対として白金と白金−ロジウム合金との金属ペーストを印刷形成してグリーンシートを積層し、１６５０℃程度で焼成する方法も実施されるようになってきている。
特開昭５４−１３７１４１号公報 特開平１１−２１４１２７号公報

しかしながら、上記従来の配線基板内部に熱電対を形成する構成においては、熱電対として白金−白金ロジウム合金熱電対を用いているので、ＤＮＡ解析における検体の分解温度や、ＩＣチップの自己発熱温度または使用環境温度である３００℃以下の温度において、発生する起電力が１００〜２４００μＶ程度と小さい。そのため、電圧計測機器の配線や接続線等により発生するノイズや使用雰囲気によるドリフトにより、測定精度が安定せず、測定起電力に補正を加えて使用することが必要であるという問題点があった。

この問題点を解決する手段として、３００℃時の起電力が１２２０９μＶであり、白金（Ｐｔ）−白金ロジウム合金（Ｐｔ−Ｒｈ）熱電対の約５倍の大きな起電力を得ることが可能であり、電圧計測機器の配線や接続線等により発生するノイズに起電力値が埋もれることが無く補正を加えなくても安定した測定精度が得られる、アルメル−クロメル熱電対や鉄（Ｆｅ）−コンスタンタン熱電対、クロメル−コンスタンタン熱電対等の比較的低融点金属からなる熱電対を使用することが考えられる。

しかしながら、これらの比較的低融点の金属からなる熱電対は、それを構成する金属の融点が９００〜１７００℃程度であることから、使用限界温度が８００〜１０００℃程度である。その結果、従来のアルミナ等から成るグリーンシートに、配線導体としてタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）等の金属ペーストを、熱電対として白金と白金ロジウム合金の金属ペーストを印刷形成してグリーンシートを積層し、１６５０℃程度で焼成する方法においては、熱電対の金属接点において金属の相互拡散が進み、熱電対としての機能を失うという問題点があった。

また、熱電対素線を直接配線基板内に内蔵化する手法を例にとると、通常ＤＮＡやたんぱく質などの検体の泳動解析を行う際に、モニターされる温度および設定温度は、流路（チャネルやキャピラリーともいう）を流れる検体の温度であるために、アルメル−クロメル熱電対素線の測温部をできるだけ流路に近づけて設置する必要がある。このため、セラミック配線基板においては、流路の下側のセラミック層の層厚みを可能なかぎり薄くして、流路に熱電対を近く設置する方法が取られている。

なお、流路の形成方法として、グリーンシート単層にて形成する場合、金型上に成形された凸状の流路パターンをグリーンシートに加圧し押し付けて凹状の溝を形成する方法がある。

しかしながら、この方法によれば、凸状の流路パターンがグリーンシートに加圧され食込んでいく際に、グリーンシートに加わる圧力が流路部とその周辺部では異なるために、グリーンシートに割れやクラックが発生したり、グリーンシート内の比重に部分的に差が生じ、これが原因となって配線基板の焼成時に焼結収縮量に差が生じ、配線基板に割れやクラックが発生する場合がある。

そこで、第１層目のグリーンシートに流路となる貫通したパターン形状を金型で打ち抜き加工して形成し、この流路加工を施した第１層目のグリーンシートの下層に、別の第２層目のグリーンシートをプレス機等で積層加圧して流路の底を形成して流路と成す方法がある。

しかしながら、この方法においては、熱電対素線の載置された第３層目のグリーンシートを、打ち抜き加工された第１のグリーンシートを積層した第２層目のグリーンシートの下面に位置決めしプレス等で加圧積層するが、その後の焼成の際のガラスセラミックスの厚み収縮により、流路は空孔であるために第２層目のグリーンシートや熱電対素線が載置された第３層目のグリーンシートよりも密度が低くなり、そのため、流路の底部が流路内へ押し出され凸形状を成す。その結果、流路に検体を泳動させ解析する際に、流路底部の凸部が検体の泳動を妨げ、正しい検出ができないという問題点がある。

そこで、流路底部が流路内側へ押し出されて凸形状になることを防止する方法として、第１層目のグリーンシートに流路となる貫通したパターン形状を金型で打ち抜き加工して形成した後に、この打ち抜き穴にアルミナ粉末等の単独では焼結しない密度の高い難焼結性粉末を入れることによって、流路底部が流路内側へ押し出されて凸形状に変形することを防止する手法が考えられる。

しかしながら、この手法においては、配線基板の焼成時に流路底部とアルミナ粉末等の変形防止用の難焼結性粉末とが押し合った結果、流路底部に難焼結性粉末の圧痕が付く。このため、流路底部が平坦面にならず、流路底部の凹凸が検体の泳動を妨げ、正しい検出ができないという問題点がある。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決すべく完成されたものであり、その目的は、熱電対を内蔵した配線基板において、配線基板の使用温度域である３００℃以下での温度測定を行なった場合、計測機器の配線や接続線等により発生するノイズや使用雰囲気によるドリフトによって測定精度低下が発生せず、測定起電力に補正を加えることもなく安定した測定が可能となる配線基板とすることである。また、配線基板に搭載されるＩＣチップの熱による誤動作や動作停止を容易に防止し、さらに流路を流れる検体の処理に対しても安定した特性を維持することが可能な熱電対を内蔵した配線基板を得ることにある。

本発明の配線基板は、ガラスセラミックスから成る複数の第１の絶縁層および該第１の絶縁層より焼結温度の低い第２の絶縁層が積層されて成る絶縁基板と、前記第１の絶縁層に形成された、被処理流体を流通させる流路と、前記絶縁層の層間および前記絶縁基体の表面に形成された配線導体と、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層を貫通して形成された貫通導体と、前記配線導体に電気的に接続された熱電対とを具備しており、前記第１の絶縁層は前記第２の絶縁層の両主面にそれぞれ積層されており、前記第２の絶縁層の一方主面側に底部に平坦なガラスの層が形成された前記流路が形成されているとともに、前記第２の絶縁層の他方主面に前記熱電対の測温部が設けられており、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層はガラス成分が結晶化ガラスから成り、前記第２の絶縁層に含まれる結晶化ガラスのガラス軟化温度が、前記第１の絶縁層に含まれる結晶化ガラスの軟化温度よりも低いことを特徴とする。

本発明の配線基板は好ましくは、前記被処理流体は、生体物質を含むものであることを特徴とする。

また、本発明の配線基板は好ましくは、前記熱電対の測温部は、前記第２の絶縁層の他方主面の前記流路と対向する部位に設けられていることを特徴とする。

また、本発明の配線基板は好ましくは、前記配線導体および前記貫通導体は、銀、銅、パラジウムおよび白金のうちの少なくとも一種から成ることを特徴とする。

また、本発明の配線基板は好ましくは、前記配線導体は、前記熱電対との接続部に銀、パラジウム、白金および金のうちの少なくとも一種から成る接続配線部が形成されていることを特徴とする。

本発明の配線基板の製造方法は、本発明の配線基板の製造方法であって、前記第１の絶縁層となる第１のガラスセラミックグリーンシートを準備する工程と、前記第２の絶縁層となる第２のガラスセラミックグリーンシートを準備する工程と、前記第１のガラスセラミックグリーンシートの主面に前記流路を形成する工程と、前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートに前記配線導体および
前記貫通導体となる第１の導体ペースト層を印刷する工程と、前記第２のガラスセラミックグリーンシートの主面および前記第１の導体ペースト層上に、前記接続配線部となる第２の導体ペーストを印刷する工程と、前記第２の導体ペースト上に前記熱電対を位置決めし載置するか、または前記熱電対となる第３の導体ペースト層を印刷する工程と、前記第１のガラスセラミックグリーンシートにて前記第２のガラスセラミックグリーンシートを挟むように複数枚加圧積層して積層体を作製する工程と、前記積層体を焼成する工程とを具備することを特徴とする。

本発明の配線基板の製造方法は好ましくは、前記第１のガラスセラミックグリーンシートにて前記第２のガラスセラミックグリーンシートを挟むように複数枚加圧積層して積層体を作製する工程において、前記流路と前記熱電対の測温部となる前記第３の導体ペースト層とが対向するように積層体を作製することを特徴とする。

本発明の配線基板の製造方法は好ましくは、前記第１の導体ペースト層は、銀、銅、パラジウムおよび白金のうちの少なくとも一種から成ることを特徴とする。

また、本発明の配線基板の製造方法は好ましくは、前記第２の導体ペースト層は、銀、パラジウム、白金および金のうち少なくとも一種から成ることを特徴とする。

本発明の配線基板によれば、ガラスセラミックスを絶縁層としたことから、１０００℃以上の焼成では溶融し配線導体を形成しない低融点でかつ低抵抗の金属を配線導体として形成することができるとともに、アルメル−クロメル熱電対や鉄（Ｆｅ）−コンスタンタン熱電対、クロメル−コンスタンタン熱電対等の比較的低融点の金属からなる起電力が大きい熱電対を使用することができる。その結果、ＩＣチップが搭載される配線基板における使用温度域である３００℃以下で熱電対の起電力が小さいことに起因する計測機器の配線や接続線等により発生するノイズや使用雰囲気によるドリフトによって測定精度が安定しないという問題を効果的に解消することができ、測定起電力に補正を加えて使用する必要性を回避することができる。

また、第２の絶縁層は第１の絶縁層より焼結温度が低く、第１の絶縁層は第２の絶縁層の両主面（上下面）に積層されており、第２の絶縁層の一方主面側に流路が形成されているとともに、第２の絶縁層の他方主面に熱電対の測温部が設けられていることから、配線基板の焼成時に、まず第２の絶縁層が焼結し硬くなり、その後第１の絶縁層が焼結収縮するため、第２の絶縁層の他方主面に形成された熱電対が第２の絶縁層に食い込もうとしても、第２の絶縁層は焼結収縮が進み密度が高くなっているので熱電対が食い込まず、第２の絶縁層は流路側に凸となることがない。その結果、流路底部が流路内側へ押し出されて凸形状になることが防止され、平坦な流路底部を得ることができる。

また、ガラスセラミックスの焼結温度は、それに含まれる主たる成分のガラス粉末やアルミナ粉末の平均粒径に依存することから、第２の絶縁層に含まれる主たる成分のガラス粉末やアルミナ粉末の平均粒径を第１の絶縁層に含まれるものより細かくすることによって、第２の絶縁層の焼結温度を第１の絶縁層よりも低くすることができる。そうすると、第２の絶縁層は、焼結後のガラスとアルミナのマトリクスである焼結粒子が小さい緻密なものとなるため、流路底部の表面の粗さを小さくすることができる。その結果、流路に検体を泳動させて解析する際に、スムーズに泳動させることが可能となる。

一方で、第１の絶縁層に含まれる主たる成分のガラス粉末やアルミナ粉末の平均粒径は第２の絶縁層よりも粗くなっていることから、第１の絶縁層は、焼結後のガラスとアルミナのマトリクスが焼結粒子が大きい疎なものとなるため、通常は熱電対下部に内蔵されるヒーター材料の熱膨張、冷却収縮による応力を吸収しやすくなるので、ヒーターの電源の入切を行なっても配線基板にクラックや断線が起きるのを防止することもできる。さらに、第１の絶縁層が焼結後のガラスとアルミナのマトリクスである焼結粒子が大きい疎なものとなることによって、配線基板の下部方向への熱伝達が抑制され、ヒーターの熱効率の良い配線基板となる。

本発明の配線基板によれば、第１の絶縁層および第２の絶縁層はガラス成分が結晶化ガラスから成り、第２の絶縁層に含まれる結晶化ガラスのガラス軟化温度が、第１の絶縁層に含まれる結晶化ガラスの軟化温度よりも低いことから、第１の絶縁層と第２の絶縁層界面の焼結が液相焼結となるので、第１の絶縁層と第２の絶縁層界面の焼結収縮の時間差により発生する層間のボイドが効果的に低減される。その結果、流路を流れる被処理流体の温度が更に正確に熱電対に伝わり温度制御の精度を向上させることが可能となる。

さらに、流路底部に当たる第２の絶縁層に含まれる結晶化ガラスは、第１の絶縁層に含まれるガラス軟化温度まで過熱されガラス融点を超えるために、流路底部に平坦なガラスの層が形成される。その結果、流路底部をより一層平坦にすることができ、流路に検体を泳動させて解析する際に、スムーズに泳動させることが可能となる。

本発明の配線基板は好ましくは、被処理流体は、生体物質を含むものであることから、配線基板をＤＮＡやたんぱく質等の生体物質を分析するマイクロ化学チップ等に適用する際に、流路に変形がないため高い精度で生体物質を分析できるマイクロ化学チップを得ることができる。

また、本発明の配線基板は好ましくは、熱電対の測温部は、第２の絶縁層の他方主面の流路と対向する部位に設けられていることから、流路と熱電対とは第２の絶縁層を介して対向する位置関係となり、焼成時の焼結収縮による熱電対の流路側への押し出しが確実になくなる。その結果、流路底部を確実に平坦と成すことができる。

また、本発明の配線基板は好ましくは、配線導体および貫通導体は、銀、銅、パラジウムおよび白金のうちの少なくとも一種から成ることから、配線導体および貫通導体は抵抗率が１．５９〜１．６７μΩｃｍと低くなり、熱電対の起電力を損失することなく計測機器へ伝達することができ、精度の高い測定をすることができる。

また、本発明の配線基板は好ましくは、配線導体は、熱電対との接続部に銀、パラジウム、白金および金のうちの少なくとも一種から成る接続配線部が形成されていることから、熱電対の基本的組成を成す金属であるニッケルと配線導体や貫通導体との間に酸化ニッケルが形成されず、配線導体と熱電対とを良好に電気的に接続できる。

本発明の配線基板の製造方法は、上記各工程を具備することから、流路底部が流路内側へ押し出されて凸形状になることが防止され、平坦な流路底部が得られる配線基板を作製することができる。

本発明の配線基板の製造方法は好ましくは、第１のガラスセラミックグリーンシートにて第２のガラスセラミックグリーンシートを挟むように複数枚加圧積層して積層体を作製する工程において、流路と熱電対の測温部となる第３の導体ペースト層とが対向するように積層体を作製することから、流路と熱電対とは第２の絶縁層を介して対向する位置関係となり、焼成時の焼結収縮による熱電対の流路側への押し出しが確実に防止された配線基板を作製することができる。

また、本発明の配線基板の製造方法は好ましくは、第１の導体ペースト層は、銀、銅、パラジウムおよび白金のうちの少なくとも一種から成ることから、配線導体および貫通導体は抵抗率が１．５９〜１．６７μΩｃｍと低くなり、熱電対の起電力を損失することなく計測機器へ伝達することができ、精度の高い測定をすることができる配線基板を作製することができる。

また、本発明の配線基板の製造方法は好ましくは、第２の導体ペースト層は、銀、パラジウム、白金および金のうち少なくとも一種から成ることから、熱電対の基本的組成を成す金属であるニッケルと配線導体や貫通導体との間に酸化ニッケルが形成されず、配線導体と熱電対とを良好に電気的に接続できる配線基板を作製することができる。

以上より、例えば、ＤＮＡやたんぱく質などの生体物質（検体）を照合、合成、増幅するための流路や溝の付いた配線基板において、配線基板上での諸反応温度を正確に安定して計測できるため、検体の照合不良や合成不良、増幅率低下が発生するという問題を防止できるので、ＤＮＡ解析の信頼性を向上させることができ、照合時間を短縮させることが可能となる。

本発明の配線基板を以下に説明する。図１，図２は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示し、図１（ａ）は配線基板の内層の構成を一部示す部分切欠斜視図、（ｂ）は配線基板の斜視図である。図２（ａ），（ｂ）は配線基板の断面図である。図１，図２において、１は複数の絶縁層が積層されて成る第１の絶縁層、２は第２の絶縁層、３は配線導体、４は貫通導体、５は線状の熱電対素線である。また、６は熱電対に接合され、熱電対の起電力を外部へ引き出す内層の配線導体（以下、引き出し配線ともいう）、７は熱電対と引き出し配線６との間の接続配線部、８は耐薬品性の保護膜を有するＩＣチップ、９はＤＮＡやたんぱく質を泳動させる流路としての溝、１０は流路を流通する生体物質等を含む被処理流体を加熱するためのヒーターである。

本発明において、第１の絶縁層１及び第２の絶縁層２はガラスセラミックス、所謂ガラスセラミックス質焼結体から成る。ガラスセラミックス質焼結体は、ガラス成分とフィラー成分とから成るが、ガラス成分としては、例えばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は同じまたは異なっており、Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は上記と同じである）、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す）、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３は上記と同じである）、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。

また、フィラー成分としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、ＴｉＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等が挙げられる。

第１の絶縁層１より第２の絶縁層２を早く焼結収縮させるためには、例えば、第１の絶縁層１に含まれるアルミナ粉末及びガラス粉末の平均粒径（Ｄ５０）を１．２〜５．０μｍとし、第２の絶縁層２に含まれるアルミナ粉末及びガラス粉末の平均粒径（Ｄ５０）を０．２〜０．５μｍとするとよい。

なお、Ｄ５０とは、粉末の粒径分布を表す指標であり、分布中の粒径の小さい粉末から
積算して５０％の位置にある粒径という意味である。

また、第１の絶縁層１に含まれるアルミナ粉末及びガラス粉末の平均粒径（Ｄ５０）と、第２の絶縁層２に含まれるアルミナ粉末及びガラス粉末の平均粒径（Ｄ５０）との差が、０．５μｍ程度になると、第１の絶縁層１と第２の絶縁層２とがほぼ同時に焼結してしまうために、本発明の効果が十分に発揮されない。

さらに、第１の絶縁層１の熱伝導性を下げる必要がある場合、第１の絶縁層１に含まれるアルミナ粉末及びガラス粉末の積算累計１０％の粒径（Ｄ１０）を３．０μｍ程度に大きくするとよい。

また、第２の絶縁層２が構成する溝９底面の平坦性をより向上させるためには、第２の絶縁層２に含まれるアルミナ粉末及びガラス粉末の積算累計９０％の粒径（Ｄ９０）を１．０μｍ程度に小さくするとよい。

また、第１の絶縁層および第２の絶縁層はガラス成分が結晶化ガラスから成り、第２の絶縁層に含まれる結晶化ガラスのガラス軟化温度が、第１の絶縁層に含まれる結晶化ガラスの軟化温度よりも低いことが重要であり、第１の絶縁層と第２の絶縁層界面の焼結が液相焼結となるので、第１の絶縁層と第２の絶縁層界面の焼結収縮の時間差により発生する層間のボイドが効果的に低減される。その結果、流路を流れる被処理流体の温度が更に正確に熱電対に伝わり温度制御の精度を向上させることが可能となる。

さらに、流路底部に当たる第２の絶縁層に含まれる結晶化ガラスは、第１の絶縁層に含まれるガラス軟化温度まで過熱されガラス融点を超えるために、流路底部に平坦なガラスの層が形成される。その結果、流路底部をより一層平坦にすることができ、流路に検体を泳動させて解析する際に、スムーズに泳動させることが可能となる。

また、第１の絶縁層１より第２の絶縁層２を早く焼結収縮させるために、第２の絶縁層２に含まれる結晶化ガラスのガラス軟化温度が、第１の絶縁層１に含まれる結晶化ガラスの軟化温度よりも低くする、より好ましくは、第１の絶縁層１に含まれるガラス粉末のガラス軟化温度を７００〜９５０℃とし、第２の絶縁層２に含まれるガラス粉末のガラス軟化温度を５００〜６５０℃とすると、以下の点でさらに良い。

まず、第１の絶縁層１に含まれるガラス粉末のガラス軟化温度を７００〜９５０℃とし、第２の絶縁層２に含まれるガラス粉末のガラス軟化温度を５００〜６５０℃としているので、第２の絶縁層２に含まれる結晶化ガラスのガラス軟化温度が、第１の絶縁層１に含まれる結晶化ガラスの軟化温度よりも低いことから、第１の絶縁層１と第２の絶縁層２界面の焼結が液相焼結となるので、第１の絶縁層１と第２の絶縁層２界面の焼結収縮の時間差により発生する層間のボイドが無くなる。その結果、流路を流れる被処理流体の温度が更に正確に熱電対に伝わり温度制御の精度を向上させることが可能となる。

さらに、流路底部に当たる第２の絶縁層２に含まれる結晶化ガラスは、第１の絶縁層１に含まれるガラス軟化温度（７００〜９５０℃）まで過熱されガラス融点を超えるために、流路底部に平坦なガラスの層が形成される。その結果、流路底部をより一層平坦にすることができ、流路に検体を泳動させて解析する際に、スムーズに泳動させることが可能となる。

なお、ここでガラス軟化温度とは、ガラス粉末が軟化する温度を表す指標であり、示差熱分析法で第３変曲点と融点との中間温度という意味である。

また、第１の絶縁層１に含まれるガラス粉末のガラス軟化温度と、第２の絶縁層２に含まれるガラス粉末のガラス軟化温度との差が、５０℃程度になると、第１の絶縁層１と第２の絶縁層２に含まれるガラスがほぼ同時に軟化、焼結してしまうために、本発明の効果が十分に発揮されない。

また、第２の絶縁層２に含まれるガラス粉末のガラス軟化温度を５００℃以下にすると第２の絶縁層の焼結温度と、第１の絶縁層の焼結温度の差が大きいために基板に反りを生じてしまうことがあり、好ましくない。

配線導体３および引き出し配線６は、例えば、銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ），パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ）等の金属の粉末を主成分とするメタライズ層からなる。このメタライズ層は、上記金属の粉末を含む導体ペーストを焼結させることにより得られるが、導体ペーストの焼成収縮とガラスセラミックスの焼成収縮とを合わせたり、絶縁基板１との接合強度を確保したりするために、導体ペースト中にガラス粉末やセラミック粉末を添加してもよい。また、配線導体３および引き出し配線６は、それぞれ添加するガラス粉末やセラミック粉末の種類および添加量が異なっていてもよい。

貫通導体４は、例えば、銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ），パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ）等の金属の粉末を主成分とするメタライズ層からなる。このメタライズ層は、上記金属の粉末を含む導体ペーストを焼結させることにより得られるが、導体ペーストの焼成収縮とガラスセラミックスの焼成収縮とを合わせたり、第１の絶縁層１及び第２の絶縁層２との接合強度を確保したりするために、導体ペースト中にガラス粉末やセラミック粉末を添加してもよい。また、配線導体３および引き出し配線６は、それぞれ添加するガラス粉末やセラミック粉末の種類および添加量が異なっていてもよい。

線状の熱電対素線５は、例えばアルメル−クロメル熱電対や鉄（Ｆｅ）−コンスタンタン熱電対，クロメル−コンスタンタン熱電対等から成るが、特に工業用として最も多く使用されているアルメル−クロメル熱電対が最良の結果が得られた。

線状の熱電対素線５と接合され、熱電対の起電力を外部へ引き出すための引き出し配線６は、例えば、銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ），パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ）等の金属の粉末を主成分とするメタライズ層からなる。このメタライズ層は、上記金属の粉末を含有する導体ペーストを焼結させることにより得られるが、導体ペーストの焼成収縮とガラスセラミックスの焼成収縮とを合わせたり、第１の絶縁層１との接合強度を確保したりするために、導体ペースト中にガラス粉末やセラミック粉末を添加してもよい。

線状の熱電対素線５と引き出し配線６との間の接続配線部７は、例えば、銀（Ａｇ），パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ）またはそれらの少なくとも１種を含む合金からなる。この接続配線部７は、熱電対の周囲にめっき法や蒸着法、印刷法等より形成される。接続配線部７は、熱電対の感温部、すなわちアルメルとクロメルとの接合部には形成してはならない。これは、例えばアルメルとクロメルにまたがって導電性物質が接触すると、アルメルとクロメルとの電位差がなくなり、起電力が発生せず、熱電対として機能しなくなるためである。

ヒーター１０は、例えば、白金−レニウム（Ｐｔ−Ｒｅ）やタングステン−レニウム（Ｗ−Ｒｅ）等の金属の粉末を主成分とするメタライズ層からなる。このメタライズ層は、上記金属の粉末を含む導体ペーストを焼結させることにより得られる。

ここで、下記表１および図３のグラフは、本発明の配線基板においてアルメル−クロメル熱電対を用いた場合の−４０℃〜３００℃での起電力曲線を測定した結果を示しており、起電力の理論値とほぼ一致した特性を得ることができた。

そして、本発明の配線基板は以下のようにして作製される。本発明の配線基板の第１の絶縁層１及び第２の絶縁層２がガラスセラミックスから成るので、まずセラミック粉末，ガラス粉末等の原料粉末に所望の有機バインダー，可塑剤，有機溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法によりシート状に成形してガラスセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を作製する。また、銅，銀等の低融点金属の粉末に所望の有機溶剤，溶媒を添加混合して導体ペーストを作製する。また、第１の絶縁層１より第２の絶縁層２を早く焼結収縮させるために、第１の絶縁層１に含まれるガラス粉末のガラス軟化温度を７００〜９５０℃とし、第２の絶縁層２に含まれるガラス粉末のガラス軟化温度を５００〜６５０℃とした各々のガラス粉末を使用し、各々のグリーンシートを製作してもよい。ここで、第１の絶縁層１となるグリーンシートには第２の絶縁層２となるグリーンシートより平均粒径（Ｄ５０）の大きなアルミナ粉末及びガラス粉末を使用し、各々のグリーンシートを製作する。

次に、第１の絶縁層１となるグリーンシートにＤＮＡやたんぱく質を泳動させる流路としての溝９を形成するために、溝パターンが凸状に形成された金型等を用いて、５０〜１５０℃の温度、３〜２００ＭＰａの圧力でグリーンシートを加圧し、グリーンシートの表面に所定パターンの溝９を形成する。

次に、溝９を形成したグリーンシートに、例えば打ち抜き法により貫通導体４を形成するための貫通孔を形成し、例えばスクリーン印刷法によりその貫通孔に導体ペーストを充填する。続いて、配線導体３や引き出し配線６を、各グリーンシート表面に所定パターンで印刷塗布する。

次に、溝９を形成したグリーンシートの下層にあたる第２の絶縁層２となるグリーンシートに、例えば打ち抜き法により貫通導体４を形成するための貫通孔を形成し、例えばスクリーン印刷法によりその貫通孔に導体ペーストを充填する。続いて、配線導体３を第２の絶縁層２となるグリーンシートの表面に所定パターンで印刷塗布する。

次に、第２の絶縁層２のグリーンシートの下層にあたる第１の絶縁層１となるグリーンシートに、例えば打ち抜き法により貫通導体４を形成するための貫通孔を形成し、例えばスクリーン印刷法によりその貫通孔に導体ペーストを充填する。続いて、配線導体３や引き出し配線６、ヒーター１０を、第２の絶縁層２のグリーンシートの下層にあたる第１の絶縁層１のグリーンシートの表面に所定パターンで印刷塗布する。

次に、熱電対素線５の所定位置に接続配線部７を形成するために、めっき法やプリント法等によってパラジウム膜を形成する。しかる後、第２の絶縁層２のグリーンシートの下層に構成する第１の絶縁層１のグリーンシート上の引き出し配線６の所定位置に、パラジウム膜が形成された熱電対素線５を位置決めして搭載し、その後、第２の絶縁層２のグリーンシートの下層に構成する第１の絶縁層１のグリーンシートを重ね、３〜２００ＭＰａの圧力で加圧し、熱電対をグリーンシート内に固定する。

次に、溝９を形成した第１の絶縁層１のグリーンシートと、その下層にあたる第２の絶縁層２のグリーンシートと、第２の絶縁層２のグリーンシートの下層にあたる第１の絶縁層１のグリーンシートとを重ねて積層し、必要に応じて５０〜１００℃の温度で３〜２００ＭＰａの圧力で圧着し、約８００〜９５０℃の温度で焼成する。

その後、配線基板の主面に露出する配線導体３や引き出し配線６の表面に、腐食防止等のために、ニッケルめっき、パラジウムめっきおよび金めっき等を被着させるとよい。

上記のようにして製造された本発明の配線基板は、ガラスセラミックスから成る複数の第１の絶縁層１および第１の絶縁層１より焼結温度の低い第２の絶縁層２が積層されて成る絶縁基板と、第１の絶縁層１に形成されて被処理流体を流通させる流路と、絶縁層の層間および絶縁基体の表面に形成された配線導体６と、第１の絶縁層１および第２の絶縁層２を貫通して形成された貫通導体４と、配線導体６に電気的に接続された熱電対とを具備し、第１の絶縁層１は第２の絶縁層２の両主面にそれぞれ積層されており、第２の絶縁層２の一方主面側に流路が形成されているとともに、第２の絶縁層２の他方主面に熱電対の測温部が設けられている。即ち、流路としての溝９と熱電対との間に、第１の絶縁層１より焼結温度の低い第２の絶縁層２から成る変形防止層が形成されている。

これにより、ＤＮＡなどの検体を照合、合成、増幅するための流路付きの配線基板において、流路底部が熱電対により凸形状に変形することがなく、流路を検体がスムーズに泳動するので、配線基板上での諸反応温度を正確に安定して計測できる。その結果、検体の照合不良や合成不良、増幅率低下が発生するという問題を防止できるので、ＤＮＡ解析の信頼性を向上でき、照合時間を短縮させることが可能となる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更は可能である。

例えば、実施例では図１のように第２の絶縁層２が配線基板端部まで構成される事例を示したが、図２のように第２の絶縁層２が第１の絶縁層１の内部に構成される形状でも要旨を逸脱しない範囲内で構成することが可能である。

（ａ），（ｂ）は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示し、（ａ）は配線基板の内層の構成を一部示す部分切欠斜視図、（ｂ）は配線基板の斜視図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の配線基板の実施の形態の例をそれぞれ示す断面図である。 本発明の配線基板について、アルメル−クロメル熱電対を用いた場合の起電力曲線を測定した結果を示すグラフである。

符号の説明

１：第１の絶縁層
２：第２の絶縁層
３：配線導体
４：貫通導体
５：熱電対素線
６：引き出し配線
７：接続配線部
８：ＩＣチップ
９：溝
１０：ヒーター

Claims (9)

1. ガラスセラミックスから成る複数の第１の絶縁層および該第１の絶縁層より焼結温度の低い第２の絶縁層が積層されて成る絶縁基板と、前記第１の絶縁層に形成された、被処理流体を流通させる流路と、前記絶縁層の層間および前記絶縁基体の表面に形成された配線導体と、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層を貫通して形成された貫通導体と、前記配線導体に電気的に接続された熱電対とを具備しており、前記第１の絶縁層は前記第２の絶縁層の両主面にそれぞれ積層されており、前記第２の絶縁層の一方主面側に底部に平坦なガラスの層が形成された前記流路が形成されているとともに、前記第２の絶縁層の他方主面に前記熱電対の測温部が設けられており、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層はガラス成分が結晶化ガラスから成り、前記第２の絶縁層に含まれる結晶化ガラスのガラス軟化温度が、前記第１の絶縁層に含まれる結晶化ガラスの軟化温度よりも低いことを特徴とする配線基板。
2. 前記被処理流体は、生体物質を含むものであることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
3. 前記熱電対の測温部は、前記第２の絶縁層の他方主面の前記流路と対向する部位に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の配線基板。
4. 前記配線導体および前記貫通導体は、銀、銅、パラジウムおよび白金のうちの少なくとも一種から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の配線基板。
5. 前記配線導体は、前記熱電対との接続部に銀、パラジウム、白金および金のうちの少なくとも一種から成る接続配線部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の配線基板。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の配線基板の製造方法であって、前記第１の絶縁層となる第１のガラスセラミックグリーンシートを準備する工程と、前記第２の絶縁層となる第２のガラスセラミックグリーンシートを準備する工程と、前記第１のガラスセラミックグリーンシートの主面に前記流路を形成する工程と、前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートに前記配線導体および前記貫通導体となる第１の導体ペースト層を印刷する工程と、前記第２のガラスセラミックグリーンシートの主面および前記第１の導体ペースト層上に、前記接続配線部となる第２の導体ペーストを印刷する工程と、前記第２の導体ペースト上に前記熱電対を位置決め
   し載置するか、または前記熱電対となる第３の導体ペースト層を印刷する工程と、前記第１のガラスセラミックグリーンシートにて前記第２のガラスセラミックグリーンシートを挟むように複数枚加圧積層して積層体を作製する工程と、前記積層体を焼成する工程とを具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
7. 前記第１のガラスセラミックグリーンシートにて前記第２のガラスセラミックグリーンシートを挟むように複数枚加圧積層して積層体を作製する工程において、前記流路と前記熱電対の測温部となる前記第３の導体ペースト層とが対向するように積層体を作製することを特徴とする請求項６記載の配線基板の製造方法。
8. 前記第１の導体ペースト層は、銀、銅、パラジウムおよび白金のうちの少なくとも一種から成ることを特徴とする請求項６または請求項７記載の配線基板の製造方法。
9. 前記第２の導体ペースト層は、銀、パラジウム、白金および金のうち少なくとも一種から成ることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の配線基板の製造方法。

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