JP4745741B2

JP4745741B2 - 中継基板、及びマイクロチップ搭載装置

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Publication number: JP4745741B2
Application number: JP2005203734A
Authority: JP
Inventors: 千栄林; 圭三古崎
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2025-07-12
Also published as: JP2007024551A

Description

本発明は、内部流路と導体とを有するマイクロチップとマイクロチップ搭載用基体との間に介在した状態で使用される中継基板、及びマイクロチップ搭載装置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１８には、そのマイクロチップの一例を示している。図１８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中継基板、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、基体側導体を有するマイクロチップ搭載用基体と、チップ側内部流路及びチップ側導体を有するマイクロチップとの間に介在した状態で使用される中継基板であって、中継基板側開口部が形成され、前記チップ側内部流路と流路的に接続可能な中継基板側内部流路を備え、前記チップ側導体と前記基体側導体との間に介することで、前記チップ側導体及び前記基体側導体と電気的に接続可能な中継基板側導体を備え、前記マイクロチップを接合すべき領域として設定され、その中に前記中継基板側導体が配置されたチップ接合領域を有し、前記中継基板側内部流路の有する中継基板側第１開口部が前記チップ接合領域内に配置され、前記中継基板側内部流路の有する中継基板側第２開口部が前記チップ接合領域外に配置され、前記中継基板側第１開口部及び前記中継基板側第２開口部が、前記チップ接合領域のある面側に配置されていることを特徴とする中継基板がある。

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、基体側導体を有するマイクロチップ搭載用基体と、中継基板側開口部を有する中継基板側内部流路を有する中継基板と、チップ側内部流路及びチップ側導体を有し、前記中継基板を介して前記マイクロチップ搭載用基体上に搭載されたマイクロチップとを備え、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り、前記チップ側内部流路と前記中継基板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、前記中継基板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、マイクロチップ搭載用基体上に中継基板を介してマイクロチップを搭載する際には、チップ側導体と基体側導体とが電気的に接続されるとともに、チップ側内部流路と中継基板側内部流路とが流路的に接続される。このようにすれば、中継基板側内部流路の中継基板側開口部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におけるマイクロチップ搭載用基体としては、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。

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。

前記中継基板は例えば略板状の部材であって、マイクロチップ搭載用基体とマイクロチップとの間に介在される。中継基板の大きさ（平面視での外形寸法）は特に限定されないが、少なくともマイクロチップよりも大きいことが好ましい。即ち、平面視での外形寸法がマイクロチップよりも大きい中継基板の場合、基板外周部がマイクロチップの外周部から張り出した状態となる。よって、その張り出した外周部に、例えば中継基板側内部流路の中継基板側開口部を配置すること等が可能となるからである。
前記中継基板は、前記チップ側導体及び前記基体側導体と電気的に接続可能な中継基板側導体を備えることが好ましい。中継基板側導体を備えると、中継基板が比較的厚い場合でもその中継基板側導体を介してチップ側導体と基体側導体とを確実に接続することができるからである。この中継基板側導体は、例えば、導電性の樹脂ペーストを用いて形成してもよいし、金属材料からなる柱状の導体で形成してもよい。

前記中継基板は、前記マイクロチップを接合すべき領域として設定され、その中に前記中継基板側導体が配置されたチップ接合領域を有し、前記中継基板側内部流路の有する中継基板側第１開口部が前記チップ接合領域内に配置され、前記中継基板側内部流路の有する中継基板側第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、中継基板におけるチップ接合領域には、中継基板側導体と中継基板側内部流路の中継基板側第１開口部が配置されるため、中継基板側導体による電気的な接続と中継基板側第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。

前記中継基板側第２開口部が前記中継基板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、中継基板側第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、中継基板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。

前記中継基板側内部流路はその途中で２つまたはそれ以上の方向に分岐していてもよい。このようにすると、例えば、異なる成分の流体を内部流路に導くことができ、流路の接続部（分岐部）において各流体が混合された後、混合された流体をマイクロチップに供給することができる。さらに、前記中継基板側内部流路における分岐部に流体溜め部を形成すると、その流体溜め部において流体の混合を確実に行うことができ、実用上好ましいものとなる。また、流体溜め部内に流体を留めることで、その流体に何らかの反応を起こさせることも可能となる。ここで流体溜め部とは、中継基板側内部流路の分岐部に形成された、当該中継基板側内部流路よりも広い空間のことを指す。

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。

前記中継基板は、樹脂材料を主体として構成され、前記マイクロチップ搭載用基体及び前記マイクロチップに対して接着または融着されていることが好ましい。このように構成すると、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、中継基板側第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。

特に、中継基板は、絶縁性を有する樹脂材料を主体として形成することが好ましい。その理由は、絶縁性を有しない中継基板では、導体の形成時にあらかじめ絶縁層を設ける必要があるが、絶縁性を有する中継基板ならばそれが不要になるからである。また、中継基板の内部流路に水などの液体を導く場合、絶縁性を有する中継基板ならば内部流路の周囲に絶縁層を設ける必要がなくなるからである。従って、中継基板の構造の複雑化や工数の増加を回避でき、ひいては装置全体の低コスト化に貢献することができるからである。

なお、中継基板側第１開口部とチップ側開口部との接続部分におけるシール性を確保できる場合（例えば、中継基板に、その表面を被覆する樹脂薄膜などを設ける場合）、前記中継基板の形成材料として、樹脂以外にセラミック、金属などを用いてもよい。

前記マイクロチップ搭載用基体は、管が装着可能な基体側開口部が形成され、前記中継基板側内部流路に対して流路的に接続された基体側内部流路を備え、前記基体側内部流路及び前記中継基板側内部流路を経由して前記チップ側内部流路に流体を導くように構成してもよい。このようにすれば、マイクロチップ搭載用基体の基体側開口部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。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。

［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、中継基板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、インターポーザ１３のビアホール導体（中継基板側導体）２２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（インターポーザ１３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あるいは光学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。あるいは、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、結合に関与したセンサ電極２４のみ蛍光を発し、処理回路部２７はその蛍光を検出して、その強度変化に応じた検出信号を出力する。これらの検出信号は、マイクロチップ１２の接続端子２１に伝達され、さらに、インターポーザ１３及びセラミック基板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、インターポーザ１３の導体２２に接続するための複数の接続パッド３６が形成されている。

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３７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３７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３８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３６，３８、及びビアホール導体３７は、いずれも銅（Ｃｕ）からなる。また、各接続パッド３８には、はんだバンプ３９が設けられている。そして、そのはんだバンプ３９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。

インターポーザ１３は、略長方形状に形成された板状部材であり、複数枚の樹脂絶縁板４１，４２，４３からなる。これら樹脂絶縁板４１，４２，４３は、例えば、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）などの樹脂材料からなる。本実施形態のインターポーザ１３は、平面視での外形寸法が、マイクロチップ１２よりも大きくセラミック基板１４よりも小さくなるように設計されている。

インターポーザ１３には、インターポーザ１３の厚さ方向に沿って延びる複数のビアホール導体２２が設けられている。このインターポーザ１３における各ビアホール導体２２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）４４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。

さらに、インターポーザ１３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（中継基板側内部流路）４５が形成されている。図１，図２に示されるように、本実施の形態のインターポーザ１３では、その長手方向に沿って内部流路４５が形成されている。その内部流路４５の開口部４６，４７は、インターポーザ１３の上面に設けられている。

本実施の形態のインターポーザ１３では、内部流路４５の有する一方の開口部（中継基板側第１開口部）４６がチップ接合領域４４内に配置され、他方の開口部（中継基板側第２開口部）４３がチップ接合領域４４外に配置されている。そして、インターポーザ１３の第１開口部４６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４７はインターポーザ１３の外周部に配置され、その第２開口部４７には、金属製の管継手４８が接着剤等により取り付けられている。これらの管継手４８には、管としてのパイプ４９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４９を経て内部流路４５内に導かれた後、内部流路２３を通過し、再び内部流路４５を通過して他方のパイプ４９から排出されるようになっている。

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１０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、所定厚みのグリーンシートを複数枚形成する。そして、図３に示すように、各グリーンシート５１〜５４における所定部分にパンチ加工を施してビアホール用孔５５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４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５７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５８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５に示すように、金属配線層３５、接続パッド３６，３８、及びビアホール導体３７を有するセラミック基板１４が製造される。

次いで、以下の手順により、インターポーザ１３を製作する。

先ず、複数枚の樹脂絶縁板４１，４２，４３を用意する。そして、図６に示すように、各樹脂絶縁板４１，４２，４３の所定部分にパンチ加工や溝加工を施して、導体用孔６１、流路用孔６２、及び流路用貫通溝６３を形成する。なおここでは、ドリル加工やレーザ加工により導体用孔６１、流路用孔６２、及び流路用貫通溝６３を形成してもよい。

次に、図７に示すように、これら複数枚の樹脂絶縁板４１，４２，４３を積層して加熱・加圧することにより、樹脂絶縁板４１，４２，４３の樹脂表面が軟化して、樹脂絶縁板４１，４２，４３同士が溶着したインターポーザ１３が製造される。このようにして、インターポーザ１３の内部に、貫通孔６６と内部流路４５が形成される。なおここでは、各樹脂絶縁板４１，４２，４３の接続面に接着剤を塗布して樹脂絶縁板４１，４２，４３同士を接着させてもよい。

その後、図８に示すように、インターポーザ１３の貫通孔６６に、ペースト印刷装置（図示略）を用いて導電性の樹脂ペースト（例えば、銅や銀などからなる導電性フィラーをエポキシ樹脂に分散させたペースト）６７を充填する。そして、図９に示すように、そのインターポーザ１３をセラミック基板１４とマイクロチップ１２の間に介在させ、画像認識装置（図示略）を用いてマイクロチップ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。このとき、加熱・加圧されることによりインターポーザ１３の樹脂表面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。その結果、インターポーザ１３側の内部流路４５とマイクロチップ１２側の内部流路２３とが流路的に接続される。また、インターポーザ１３の貫通孔６６内の導電性樹脂ペースト６７は、加熱されることで硬化してビアホール導体２２となる。このインターポーザ１３のビアホール導体２２を介して、マイクロチップ１２の接続端子２１とセラミック基板１４の接続パッド３６とが電気的に接続される。

さらに、図１０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３８にはんだバンプ３９を形成し、内部流路４５の第２開口部４７に管継手４８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、さらにインターポーザ１３上の管継手４８にパイプ４９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、インターポーザ１３とは別体で形成した管継手４８を接着した構造に代えて、管継手４８と同様の構造物をインターポーザ１３に一体形成した構造を採用してもよい。

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１１の場合、インターポーザ１３にはビアホール導体２２に加えて内部流路４５が形成されており、そのインターポーザ１３を介してセラミック基板１４上にマイクロチップ１２が搭載されている。このマイクロチップ搭載装置１１では、チップ側の接続端子２１と基板側の接続パッド３６とがインターポーザ１３のビアホール導体２２を介して電気的に接続されるとともに、チップ側内部流路２３と中継基体側内部流路４５とが流路的に接続される。このように構成すると、マイクロチップ自体にパイプを接続する従来技術（図１８参照）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、インターポーザ１３におけるチップ接合領域４４には、複数の導体２２と内部流路４５の第１開口部４６とが配置されるため、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、インターポーザ１３の外周部がマイクロチップ１２から張り出しているとともに、その張り出した外周部に内部流路４５の第２開口部４７が配置されているので、第２開口部４７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４９を第２開口部４７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４７に管継手４８が取り付けられているので、パイプ４９を容易に装着することができる。また、インターポーザ１３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４９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、インターポーザ１３が樹脂材料を主体として構成されており、セラミック基板１４及びマイクロチップ１２の接合面にインターポーザ１３の樹脂表面を融着させることで、接合部の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の信頼性を高めることができる。また、インターポーザ１３の第１開口部４６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及びインターポーザ１３を交換すれば、セラミック基板１４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１１に基づき詳細に説明する。

図１１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７１も、第１の実施の形態と同様に、マイクロチップ１２と、インターポーザ１３と、セラミック基板１４とを備える。このマイクロチップ搭載装置７１では、セラミック基板１４に内部流路（基板側内部流路）７２が形成されており、該内部流路７２がインターポーザ１３の内部流路４５と流路的に接続されている。そして、インターポーザ１３の内部流路４５及びセラミック基板１４の内部流路７２を経由してマイクロチップ１２の内部流路２３に被検知液体が導かれるようになっている。

本実施の形態のインターポーザ１３は、１枚の樹脂絶縁板７４により形成されている。このインターポーザ１３において、チップ側内部流路２３の開口部２５の真下となる位置に、その厚さ方向（図１１では上下方向）に貫通するよう内部流路４５が形成されており、この内部流路４５にチップ側内部流路２３が接続されている。さらに、インターポーザ１３における外周部にも、その厚さ方向（図１１では上下方向）に貫通するよう内部流路４５が形成されており、この内部流路４５に管継手４８を介してパイプ４９が接続されている。なお、これら内部流路４５は、例えば、樹脂絶縁板７４にドリル加工を施すことで形成される。

また、セラミック基板１４における内部流路７２は、パンチ加工や溝加工によって流路用孔や流路用貫通溝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ができる。なお、セラミック基板１４には、上記第１の実施の形態と同様に、基体側導体（接続パッド３６，３８を含む金属配線層３５やビアホール導体３７）が形成されている。

このようにマイクロチップ搭載装置７１を構成すると、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、インターポーザ１３における内部流路４５がその厚さ方向に貫通するよう形成されており、第１の実施の形態のように長手方向（水平方向）の内部流路４５を形成する必要がないため、インターポーザ１３の厚さを薄くすることができる。

また、インターポーザ１３を薄くする場合、そのインターポーザ１３にパイプ４９を接続するための十分な強度を確保できなくなることがある。この場合には、図１２に示す変形例のマイクロチップ搭載装置７５のように、インターポーザ１３ではなく、セラミック基板１４にパイプ４９を接続してもよい。詳しくは、マイクロチップ搭載装置７５において、インターポーザ１３はセラミック基板１４よりも短く形成されており、セラミック基板１４の上面の外周部が露出している。そして、そのセラミック基板１４の外周部に内部流路７２の開口部（基板側開口部）７６が設けられ、該開口部７６には管継手４８を介してパイプ４９が接続される。なお、マイクロチップ搭載装置７５において、パイプ４９の取り付け位置以外の構成は、図１１のマイクロチップ搭載装置７１と同じである。

このように、マイクロチップ搭載装置７５では、比較的硬いセラミック基板１４にパイプ４９を接続することにより、パイプ４９の取付強度を十分に確保することができる。

［第３の実施の形態］

以下、本発明を具体化した第３の実施の形態を図１３及び図１４に基づき詳細に説明する。

図１３及び図１４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８１も、第１の実施の形態と同様に、マイクロチップ１２と、インターポーザ１３と、セラミック基板１４とを備える。このマイクロチップ搭載装置８１において、インターポーザ１３に形成される内部流路４５が上記第１の実施の形態と相違し、それ以外の構成（マイクロチップ１２やセラミック基板１４の構成）は同一構成となっている。

詳述すると、マイクロチップ搭載装置８１のインターポーザ１３において、被検知液体をマイクロチップ１２に導くための（図１３の左側の）内部流路４５はその途中で分岐しており、その内部流路４５における分岐部分には流体溜め部８３が形成されている。この流体溜め部８３の近傍には、流体溜め部８３内の流体を加熱するための図示しないヒータが配設されていてもよい。そして、インターポーザ１３の上面には、分岐した内部流路４５の開口部８４，８５がそれぞれ設けられ、各開口部８４，８５には管継手４８が取り付けられるとともにそれら管継手４８にパイプ４９が接続されている。インターポーザ１３は複数枚の樹脂絶縁板からなり、流体溜め部８３は、内部流路４５と同様に、パンチ加工や溝加工を施した各樹脂絶縁板を積層することで形成されている。

本実施の形態では、これらパイプ４９の一方から被検知液体（ターゲットＤＮＡを含む溶液）が内部流路４５に導かれ、他方からこのＤＮＡを増幅させるためのＰＣＲ（polymerase chain reaction）反応液が内部流路４５に導かれる。かかるＰＣＲ反応液には、耐熱性ＤＮＡポリメラーゼやプライマー等が含まれている。そして、流体溜め部８３で各溶液が混合されてＤＮＡの増幅処理が行われた後に、被検知液体がマイクロチップ１２の内部流路２３に供給される。また、チップ内部を通過した被検知液体は、分岐部がない（図１３の右側の）内部流路４５を経由してパイプ４９から排出される。

このようにマイクロチップ搭載装置８１を構成すると、インターポーザ１３における流体溜め部８３で被検知液体のＤＮＡが増幅される。よって、微量のＤＮＡサンプルしかない場合であっても、インターポーザ１３内において（言い換えるとマイクロチップ１２の直前において）必要量のＤＮＡを得ることができ、マイクロチップ１２による遺伝子診断を容易にかつ正確に行うことができる。

［第４の実施の形態］

以下、本発明を具体化した第４の実施の形態を図１５及び図１６に基づき説明する。

図１５及び図１６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８６は、マイクロチップ１２と、インターポーザ１３と、セラミック基板１４とを備える。このマイクロチップ搭載装置８６において、セラミック基板１４にも内部流路８７が形成されており、その内部流路８７とインターポーザ１３に形成される内部流路４５との接続部に流体溜め部８３が設けられている。セラミック基板１４において、内部流路８７の開口部（基板側開口部）８８が設けられる外周部は露出しており、開口部８８には管継手４８を介してパイプ４９が接続される。また、インターポーザ１３において、流体溜め部８３から分岐した内部流路４５の開口部８５にも管継手４８を介してパイプ４９が接続されている。

そして、セラミック基板１４の開口部８８に接続するパイプ４９から被検知液体（ＤＮＡを含む溶液）が内部流路８７に導かれ、インターポーザ１３の開口部８５に接続するパイプ４９からＤＮＡを増幅させるためのＰＣＲ反応液が内部流路４５に導かれる。そして、流体溜め部８３で各溶液が混合されてＤＮＡの増幅処理が行われた後に、被検知液体がマイクロチップ１２の内部流路２３に供給される。

このようにマイクロチップ搭載装置８６を構成しても、上記第３の実施の形態と同様に、遺伝子診断を容易にかつ正確に行うことができる。

なお、本発明の各実施の形態は以下のように変更してもよい。

・上記各実施の形態のマイクロチップ搭載装置１１，７１，７５，８１，８６では、１つのマイクロチップ１２が搭載されるものであったが、図１７に示すマイクロチップ搭載装置９０のように、複数のマイクロチップ９１，９２を搭載してもよい。このマイクロチップ搭載装置９０のインターポーザ１３には、上記第４の実施の形態と同様に、内部流路４５とセラミック基板１４の内部流路８７との接続部に流体溜め部８３が設けられている。また、流体溜め部８３から分岐した内部流路４５には管継手４８を介してパイプ４９が接続されるとともに、セラミック基板１４の内部流路８７にも管継手４８を介してパイプ４９が接続される。従って、各パイプ４９から異なる成分の流体が内部流路４５，８７に導かれ、流体溜め部８３において各流体が混合される。そして、混合された流体がマイクロチップ９１に供給される。

さらに、マイクロチップ搭載装置９０では、２つのマイクロチップ９１，９２をつなぐ内部流路４５も途中で分岐しており、その分岐部にも流体溜め部９３が形成されている。そして、分岐した内部流路４５に管継手４８を介してパイプ４９が接続されている。従って、一方のマイクロチップ９１から排出された流体が流体溜め部９３に蓄えられ、その流体に対して異なる成分の流体が混合された後、他方のマイクロチップ９２に供給される。

このようにマイクロチップ搭載装置９０を構成すると、それぞれのマイクロチップ１２で、異なる成分の解析を確実に行うことができる。また、このマイクロチップ搭載装置９０を用いれば、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、被検知液体が内部流路４５を経由して各マイクロチップ９１，９２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、及びインターポーザ１３に形成した内部流路２３，４５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及びインターポーザ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、導電性の樹脂ペーストを用いてインターポーザ１３のビアホール導体２２を形成するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、インターポーザ１３に設けられた貫通孔６６に対して柱状の金属材（例えば、銅柱など）を圧入することでビアホール導体２２を形成することができる。なおこの場合、はんだ印刷及びリフローを行うことで、インターポーザ１３のビアホール導体２２とマイクロチップ１２の接続端子２１とを電気的に接続し、インターポーザ１３のビアホール導体２２とセラミック基板１４の接続パッド３６とを電気的に接続する。

・インターポーザ１３が薄く、はんだリフローの際にマイクロチップ１２の接続端子２１側のはんだペーストが貫通孔６６を介してセラミック基板１４の接続パッド３６側のはんだペーストに接続される場合には、インターポーザ１３のビアホール導体２２を省略することも可能である。

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）基体側導体を有するマイクロチップ搭載用基体と、管が装着可能な中継基板側開口部を有する中継基板側内部流路及び中継基板側導体を有する中継基板と、チップ側内部流路及びチップ側導体を有し、前記中継基板を介して前記マイクロチップ搭載用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中継基板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前記中継基板側導体を介して電気的に接続され、前記中継基板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。

（２）前記中継基板側内部流路は、その途上で分岐してい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装置。

（３）前記中継基板側内部流路における分岐部には、流体溜め部が形成されていることを特徴とする技術的思想（２）に記載のマイクロチップ搭載装置。

（４）前記マイクロチップ搭載用基体は、管が装着可能な基体側開口部が形成され、前記中継基板側内部流路に対して流路的に接続された基体側内部流路を備え、前記基体側内部流路及び前記中継基板側内部流路を経由して前記チップ側内部流路に流体を導くことが可能であり、前記中継基板側内部流路と前記基体側内部流路との接続部には、流体溜め部が形成されていることを特徴とする技術的思想（１）〜（３）のいずれかに記載のマイクロチップ搭載装置。

（５）前記マイクロチップが複数個搭載されることを特徴とする技術的思想（１）〜（４）のいずれかに記載のマイクロチップ搭載装置。

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。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。第２の実施の形態の変形例のマイクロチップ搭載装置を示す断面図。第３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３の実施の形態のマイクロチップ搭載装置を示す平面図。第４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４の実施の形態のマイクロチップ搭載装置を示す平面図。別の実施形態のマイクロチップ搭載装置を示す平面図。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

１１，７１，７５，８１，８６，９０…マイクロチップ搭載装置
１２，９１，９２…マイクロチップ
１３…中継基板としてのインターポーザ
１４…マイクロチップ搭載用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
２２…中継基板側導体
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
２７…処理回路部
３５…基体側導体を構成する金属配線層
３６，３８…基体側導体を構成する接続パッド
３７…基体側導体を構成するビアホール導体
４４…チップ接合領域
４５…中継基板側内部流路
４６…中継基体側第１開口部
４７…中継基体側第２開口部
４９…管としてのパイプ
７２，８７…基体側内部流路
７６，８８…基体側開口部
８３，９３…流体溜め部

Claims

基体側導体を有するマイクロチップ搭載用基体と、チップ側内部流路及びチップ側導体を有するマイクロチップとの間に介在した状態で使用される中継基板であって、
中継基板側開口部が形成され、前記チップ側内部流路と流路的に接続可能な中継基板側内部流路を備え、
前記チップ側導体と前記基体側導体との間に介することで、前記チップ側導体及び前記基体側導体と電気的に接続可能な中継基板側導体を備え、
前記マイクロチップを接合すべき領域として設定され、その中に前記中継基板側導体が配置されたチップ接合領域を有し、
前記中継基板側内部流路の有する中継基板側第１開口部が前記チップ接合領域内に配置され、前記中継基板側内部流路の有する中継基板側第２開口部が前記チップ接合領域外に配置され、
前記中継基板側第１開口部及び前記中継基板側第２開口部が、前記チップ接合領域のある面側に配置されている
ことを特徴とする中継基板。
前記中継基板側内部流路は、その途上で分岐していることを特徴とする請求項１に記載の中継基板。
前記中継基板側内部流路における分岐部には流体溜め部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の中継基板。
基体側導体を有するマイクロチップ搭載用基体と、
中継基板側開口部を有する中継基板側内部流路を有する中継基板と、
チップ側内部流路及びチップ側導体を有し、前記中継基板を介して前記マイクロチップ搭載用基体上に搭載されたマイクロチップと
を備え、
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り、
前記チップ側内部流路と前記中継基板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、前記中継基板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。
前記中継基板は、樹脂材料を主体として構成され、前記マイクロチップ搭載用基体及び前記マイクロチップに対して接着または融着されていることを特徴とする請求項４に記載のマイクロチップ搭載装置。
前記マイクロチップ搭載用基体は、管が装着可能な基体側開口部が形成され、前記中継基板側内部流路に対して流路的に接続された基体側内部流路を備え、前記基体側内部流路及び前記中継基板側内部流路を経由して前記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請求項４または５に記載のマイクロチップ搭載装置。