JP5051506B2 - 平面型ｓｑｕｉｄセンサ - Google Patents
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Description
本発明は、平面型ＳＱＵＩＤセンサに関し、さらに詳しくは、サーマルサイクルや熱膨張の違いによる破損がなく且つ外部接続用ケーブルを半田付けで接続することが出来る平面型ＳＱＵＩＤセンサに関する。
従来、ガラス基板上にＮｂ薄膜検出コイルをスパッタリングにより形成し、次いで同一基板上にＳＱＵＩＤチップをマウントし、Ｎｂ薄膜検出コイルとＳＱＵＩＤチップとを超伝導ボンディングワイヤーにより接続した平面型ＳＱＵＩＤセンサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
K.Tsukada, T.Morooka, J.Kawai, N.Matsuda, N.Mizutani, S.Yamasaki, G.Uehara and H.Kado, "HYBRID SQUID PROBES USING 2- AND 3-DIMENSIONAL THIN FILM PICK-UP COILS FOR MULTICHANNEL BIOMAGNETIC SYSTEM", Proceedings of the 9th International Conference on Biomagnetism (Biomag'93 Viena), pp290-pp291
上記従来の平面型ＳＱＵＩＤセンサでは、Ｎｂ薄膜検出コイルをスパッタリングにより形成するプロセスでの基板温度が２００℃程度になることを考慮して、耐熱性の低いガラスエポキシ基板ではなく、耐熱性の高いガラス基板を使っている。
しかし、ガラス基板は、４.２Ｋ（平面型ＳＱＵＩＤセンサの使用時温度＝液体ヘリウム温度）←→室温（不使用時温度）のサーマルサイクルで破損しやすい問題点があった。また、ガラス基板にＳＱＵＩＤチップをマウントしてモールドするが、モールド材とガラス基板の熱膨張の違いによって、ガラス基板が割れるという問題点もあった。さらに、ガラス基板には外部接続半田付け用銅端子がないため、外部接続用ケーブルを半田付けで接続することができない問題点があった。
そこで、本発明の目的は、サーマルサイクルや熱膨張の違いによる破損がなく且つ外部接続用ケーブルを半田付けで接続することが出来る平面型ＳＱＵＩＤセンサを提供することにある。
しかし、ガラス基板は、４.２Ｋ（平面型ＳＱＵＩＤセンサの使用時温度＝液体ヘリウム温度）←→室温（不使用時温度）のサーマルサイクルで破損しやすい問題点があった。また、ガラス基板にＳＱＵＩＤチップをマウントしてモールドするが、モールド材とガラス基板の熱膨張の違いによって、ガラス基板が割れるという問題点もあった。さらに、ガラス基板には外部接続半田付け用銅端子がないため、外部接続用ケーブルを半田付けで接続することができない問題点があった。
そこで、本発明の目的は、サーマルサイクルや熱膨張の違いによる破損がなく且つ外部接続用ケーブルを半田付けで接続することが出来る平面型ＳＱＵＩＤセンサを提供することにある。
第１の観点では、本発明は、外部接続半田付け用銅端子（２，２’）を積層したポリイミド基板またはポリイミド基材入り基板（１）の表面にＮｂ薄膜検出コイル（４）をスパッタリングにより形成し、前記基板（１）にＳＱＵＩＤチップ（５）をマウントし、前記Ｎｂ薄膜検出コイル（４）と前記ＳＱＵＩＤチップ（５）とを接続したことを特徴とする平面型ＳＱＵＩＤセンサ（１０，２０）を提供する。
上記構成において、ポリイミド基材入り基板とは、ガラスエポキシ基板におけるエポキシ樹脂の代わりにポリイミドを用いた基板である。
上記第１の観点による平面型ＳＱＵＩＤセンサでは、ポリイミド基板またはポリイミド基材入り基板（１）を用い、その表面にスパッタリングによりＮｂ薄膜検出コイル（４）を形成する。ポリイミド基板またはポリイミド基材入り基板（１）は、耐熱性が高いため、スパッタリングのプロセスに耐えられる。そして、サーマルサイクルによる破損がない。また、基板（１）にマウントしたＳＱＵＩＤチップ（５）をモールドしても、基板（１）とモールド材の熱膨張の違いによって基板（１）が割れることもない。さらに、基板（１）に外部接続半田付け用銅端子（２，２’）を積層してあるため、外部接続用ケーブルを半田付けで接続することが出来る。
上記構成において、ポリイミド基材入り基板とは、ガラスエポキシ基板におけるエポキシ樹脂の代わりにポリイミドを用いた基板である。
上記第１の観点による平面型ＳＱＵＩＤセンサでは、ポリイミド基板またはポリイミド基材入り基板（１）を用い、その表面にスパッタリングによりＮｂ薄膜検出コイル（４）を形成する。ポリイミド基板またはポリイミド基材入り基板（１）は、耐熱性が高いため、スパッタリングのプロセスに耐えられる。そして、サーマルサイクルによる破損がない。また、基板（１）にマウントしたＳＱＵＩＤチップ（５）をモールドしても、基板（１）とモールド材の熱膨張の違いによって基板（１）が割れることもない。さらに、基板（１）に外部接続半田付け用銅端子（２，２’）を積層してあるため、外部接続用ケーブルを半田付けで接続することが出来る。
第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による平面型ＳＱＵＩＤセンサにおいて、前記基板（１）に検出コイルパッド用銅端子（３，３’）を積層しておき、その検出コイルパッド用銅端子（３，３’）を前記Ｎｂ薄膜検出コイル（４）の端部の土台としたことを特徴とする平面型ＳＱＵＩＤセンサ（１０，２０）を提供する。
上記第２の観点による平面型ＳＱＵＩＤセンサでは、Ｎｂ薄膜検出コイル（４）の端部の土台となる検出コイルパッド用銅端子（３，３’）を基板（１）に積層しておくから、ＳＱＵＩＤチップ（５）と安定に接続しうる厚さをＮｂ薄膜検出コイル（４）の端部に得ることが出来る。
上記第２の観点による平面型ＳＱＵＩＤセンサでは、Ｎｂ薄膜検出コイル（４）の端部の土台となる検出コイルパッド用銅端子（３，３’）を基板（１）に積層しておくから、ＳＱＵＩＤチップ（５）と安定に接続しうる厚さをＮｂ薄膜検出コイル（４）の端部に得ることが出来る。
第３の観点では、本発明は、前記第１または前記第２の観点による平面型ＳＱＵＩＤセンサにおいて、前記基板（１）にヒータ抵抗用半田付け銅端子（２ａ）を積層したことを特徴とする平面型ＳＱＵＩＤセンサ（１０，２０）を提供する。
上記第３の観点による平面型ＳＱＵＩＤセンサでは、ＳＱＵＩＤチップ（５）を局所的に加熱して超伝導を壊すためのヒータ抵抗を半田付けでマウントすることが出来る。
上記第３の観点による平面型ＳＱＵＩＤセンサでは、ＳＱＵＩＤチップ（５）を局所的に加熱して超伝導を壊すためのヒータ抵抗を半田付けでマウントすることが出来る。
第４の観点では、本発明は、前記第１から前記第３のいずれかの観点による平面型ＳＱＵＩＤセンサにおいて、前記基板（１）に前記ＳＱＵＩＤチップ（５）をフリップチップ実装したことを特徴とする平面型ＳＱＵＩＤセンサ（２０）を提供する。
上記第４の観点による平面型ＳＱＵＩＤセンサ（２０）では、ＳＱＵＩＤチップ（５）をフリップチップ実装としたため、ワイヤボンディングによるよりも製造作業が簡便になる。
上記第４の観点による平面型ＳＱＵＩＤセンサ（２０）では、ＳＱＵＩＤチップ（５）をフリップチップ実装としたため、ワイヤボンディングによるよりも製造作業が簡便になる。
本発明の平面型ＳＱＵＩＤセンサによれば、サーマルサイクルや熱膨張の違いによる破損がなく且つ外部接続用ケーブルを半田付けで接続することが出来る。
以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
図１は、実施例１に係る平面型ＳＱＵＩＤセンサ１０を示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。
この平面型ＳＱＵＩＤセンサ１０は、外部接続半田付け用銅端子２、検出コイルパッド用銅端子３およびヒータ抵抗半田付け用銅端子２ａを積層したポリイミド基板１の表面にＮｂ薄膜検出コイル４をスパッタリングにより形成し、ポリイミド基板１にＳＱＵＩＤチップ５をマウントし、Ｎｂ薄膜検出コイル４とＳＱＵＩＤチップ５とを超伝導ボンディング６により接続し、外部接続半田付け用銅端子２とＳＱＵＩＤチップ５とをＡｌ（またはＡｕ）ボンディング７により接続した構成である。
この平面型ＳＱＵＩＤセンサ１０は、外部接続半田付け用銅端子２、検出コイルパッド用銅端子３およびヒータ抵抗半田付け用銅端子２ａを積層したポリイミド基板１の表面にＮｂ薄膜検出コイル４をスパッタリングにより形成し、ポリイミド基板１にＳＱＵＩＤチップ５をマウントし、Ｎｂ薄膜検出コイル４とＳＱＵＩＤチップ５とを超伝導ボンディング６により接続し、外部接続半田付け用銅端子２とＳＱＵＩＤチップ５とをＡｌ（またはＡｕ）ボンディング７により接続した構成である。
図示していないが、ヒータ抵抗半田付け用銅端子２ａ間にヒータ抵抗を半田付けする。また、ＳＱＵＩＤチップ５をモールド材（例えばエポキシ樹脂）でモールドしてポリイミド基板１と一体化する。
平面型ＳＱＵＩＤセンサ１０は、次のようにして製造されたものである。
（１）図３に示すように、ポリイミド基板１の表面に外部接続半田付け用銅端子２、検出コイルパッド用銅端子３およびヒータ抵抗半田付け用銅端子２ａを積層する。
（２）図４に示すように、Ｎｂ薄膜検出コイル４をスパッタリングにより形成する。検出コイルパッド用銅端子３は、Ｎｂ薄膜検出コイル４の端部の土台とする。
（３）図１に示すように、ＳＱＵＩＤチップ５をマウントし、Ｎｂ薄膜検出コイル４とＳＱＵＩＤチップ５とを超伝導ボンディング６により接続し、外部接続半田付け用銅端子２とＳＱＵＩＤチップ５とをＡｌボンディング７により接続する。
（１）図３に示すように、ポリイミド基板１の表面に外部接続半田付け用銅端子２、検出コイルパッド用銅端子３およびヒータ抵抗半田付け用銅端子２ａを積層する。
（２）図４に示すように、Ｎｂ薄膜検出コイル４をスパッタリングにより形成する。検出コイルパッド用銅端子３は、Ｎｂ薄膜検出コイル４の端部の土台とする。
（３）図１に示すように、ＳＱＵＩＤチップ５をマウントし、Ｎｂ薄膜検出コイル４とＳＱＵＩＤチップ５とを超伝導ボンディング６により接続し、外部接続半田付け用銅端子２とＳＱＵＩＤチップ５とをＡｌボンディング７により接続する。
実施例１に係る平面型ＳＱＵＩＤセンサ１０によれば、次の効果が得られる。
（ａ）ポリイミド基板１の表面にスパッタリングによりＮｂ薄膜検出コイル４を形成するが、ポリイミド基板１は耐熱性が高いため、スパッタリングのプロセスに耐えられる。
（ｂ）サーマルサイクルによる破損がない。また、ポリイミド基板１にマウントしたＳＱＵＩＤチップ５をモールドしても、ポリイミド基板１とモールド材の熱膨張の違いによってポリイミド基板１が割れることもない。
（ｃ）ポリイミド基板１に外部接続半田付け用銅端子２を積層してあるため、外部接続用ケーブルを半田付けで接続することが出来る。
（ｄ）ＳＱＵＩＤチップ５を局所的に加熱して超伝導を壊すためのヒータ抵抗を半田付けでマウントすることが出来る。
（ａ）ポリイミド基板１の表面にスパッタリングによりＮｂ薄膜検出コイル４を形成するが、ポリイミド基板１は耐熱性が高いため、スパッタリングのプロセスに耐えられる。
（ｂ）サーマルサイクルによる破損がない。また、ポリイミド基板１にマウントしたＳＱＵＩＤチップ５をモールドしても、ポリイミド基板１とモールド材の熱膨張の違いによってポリイミド基板１が割れることもない。
（ｃ）ポリイミド基板１に外部接続半田付け用銅端子２を積層してあるため、外部接続用ケーブルを半田付けで接続することが出来る。
（ｄ）ＳＱＵＩＤチップ５を局所的に加熱して超伝導を壊すためのヒータ抵抗を半田付けでマウントすることが出来る。
図５は、実施例２に係る平面型ＳＱＵＩＤセンサ２０を示す平面図である。図６は、図５のＡ−Ａ’断面図である。
この平面型ＳＱＵＩＤセンサ１０は、外部接続半田付け用銅端子２，２’、検出コイルパッド用銅端子３’およびヒータ抵抗半田付け用銅端子２ａを積層したポリイミド基材入り基板１’の表面にＮｂ薄膜検出コイル４をスパッタリングにより形成し、ポリイミド基材入り基板１’にＳＱＵＩＤチップ５をマウントし、フリップチップ接続によりＮｂ薄膜検出コイル４とＳＱＵＩＤチップ５を接続すると共に外部接続半田付け用銅端子２’とＳＱＵＩＤチップ５を接続した構成である。
図６で、５ａはＳＱＵＩＤチップ５のパッド部であり、８はバンプである。
この平面型ＳＱＵＩＤセンサ１０は、外部接続半田付け用銅端子２，２’、検出コイルパッド用銅端子３’およびヒータ抵抗半田付け用銅端子２ａを積層したポリイミド基材入り基板１’の表面にＮｂ薄膜検出コイル４をスパッタリングにより形成し、ポリイミド基材入り基板１’にＳＱＵＩＤチップ５をマウントし、フリップチップ接続によりＮｂ薄膜検出コイル４とＳＱＵＩＤチップ５を接続すると共に外部接続半田付け用銅端子２’とＳＱＵＩＤチップ５を接続した構成である。
図６で、５ａはＳＱＵＩＤチップ５のパッド部であり、８はバンプである。
図示していないが、ヒータ抵抗半田付け用銅端子２ａ間にヒータ抵抗を半田付けする。また、ＳＱＵＩＤチップ５をモールド材（例えばエポキシ樹脂）でモールドしてポリイミド基材入り基板１’と一体化する。
平面型ＳＱＵＩＤセンサ２０は、次のようにして製造されたものである。
（１）図７に示すように、ポリイミド基材入り基板１’の表面に外部接続半田付け用銅端子２，２’、検出コイルパッド用銅端子３およびヒータ抵抗半田付け用銅端子２ａを積層する。
（２）図８に示すように、Ｎｂ薄膜検出コイル４をスパッタリングにより形成する。検出コイルパッド用銅端子３’は、Ｎｂ薄膜検出コイル４の端部の土台とする。
（３）図５に示すように、ＳＱＵＩＤチップ５をマウントし、フリップチップ接続によりＮｂ薄膜検出コイル４とＳＱＵＩＤチップ５を接続すると共に外部接続半田付け用銅端子２’とＳＱＵＩＤチップ５を接続する。
（１）図７に示すように、ポリイミド基材入り基板１’の表面に外部接続半田付け用銅端子２，２’、検出コイルパッド用銅端子３およびヒータ抵抗半田付け用銅端子２ａを積層する。
（２）図８に示すように、Ｎｂ薄膜検出コイル４をスパッタリングにより形成する。検出コイルパッド用銅端子３’は、Ｎｂ薄膜検出コイル４の端部の土台とする。
（３）図５に示すように、ＳＱＵＩＤチップ５をマウントし、フリップチップ接続によりＮｂ薄膜検出コイル４とＳＱＵＩＤチップ５を接続すると共に外部接続半田付け用銅端子２’とＳＱＵＩＤチップ５を接続する。
実施例２に係る平面型ＳＱＵＩＤセンサ２０によれば、実施例１の効果に加えて、製造作業を簡便に出来る。
本発明の平面型ＳＱＵＩＤセンサは、脳磁や心磁の測定に利用できる。
１ ポリイミド基板
１’ ポリイミド基材入り基板
２，２’ 外部接続半田付け用銅端子
３，３’ 検出コイルパッド用銅端子
４ Ｎｂ薄膜検出コイル
５ ＳＱＵＩＤチップ
１０，２０ 平面型ＳＱＵＩＤセンサ
１’ ポリイミド基材入り基板
２，２’ 外部接続半田付け用銅端子
３，３’ 検出コイルパッド用銅端子
４ Ｎｂ薄膜検出コイル
５ ＳＱＵＩＤチップ
１０，２０ 平面型ＳＱＵＩＤセンサ
Claims (3)
- 外部接続半田付け用銅端子（２，２’）を積層したポリイミド基板またはポリイミド基材入り基板（１）の表面にＮｂ薄膜検出コイル（４）をスパッタリングにより形成し、前記基板（１）にＳＱＵＩＤチップ（５）をマウントし、前記Ｎｂ薄膜検出コイル（４）と前記ＳＱＵＩＤチップ（５）とを接続したことを特徴とする平面型ＳＱＵＩＤセンサであって、前記基板（１）に検出コイルパッド用銅端子（３，３’）を積層しておき、その検出コイルパッド用銅端子（３，３’）を前記Ｎｂ薄膜検出コイル（４）の端部の土台としたことを特徴とする平面型ＳＱＵＩＤセンサ（１０，２０）。
- 請求項１に記載の平面型ＳＱＵＩＤセンサにおいて、前記基板（１）にヒータ抵抗用半田付け銅端子（２ａ）を積層したことを特徴とする平面型ＳＱＵＩＤセンサ（１０，２０）。
- 請求項１または請求項２に記載の平面型ＳＱＵＩＤセンサにおいて、前記基板（１）に前記ＳＱＵＩＤチップ（５）をフリップチップ実装したことを特徴とする平面型ＳＱＵＩＤセンサ（２０）。
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