JPH04208846A - マイクロ化学センサの装着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［０００１］

【産業上の利用分野】本発明は信頼性を向上したマイク
ロ化学センサの装着方法に関する。ＩＣ，ＬＳＩなどの
半導体集積回路は薄膜形成技術、写真蝕刻技術（フォト
リソグラフィ）９選択エツチング技術、不純物イオン注
入技術などを用いて形成されており、最小パターン幅と
してサブミクロン（Ｓｕｂ−ｍｉｃｒｏｎ）のものまで
実用化されているが、これらの微小化技術はマイクロマ
シン技術として他の素子形成分野にも応用されている。 ［０００２］例えば、酸素センサ、過酸化水素センサ。 イオン感応性電界効果トランジスタ（略称ｌ５ＦＥＴ）
などの化学センサがこれに当たり、マイクロマシン技術
により小型化されマイクロ化学センサとして実用化され
ている。そして、それぞれ単独に或いは酵素、微生物、
抗体などと組合せてバイオセンサとして使用されている
。これらのセンサは食品分析、臨床分析、醗酵・醸造過
程のモニタ、化学プラントにおける計測、水質検査など
広い分野で使用されている。 ［０００３］

【従来の技術】マイクロ化学センサはシリコン（Ｓｉ）
、ガラス、セラミックなどの基板を用いて形成されてい
るが、特にＳｉ基板の異方性エツチング技術を用いて形
成されている場合が多い。すなわち、８１基板に等方性
エツチング液を使用する場合は丸い六ができるが、異方
性エツチング液を使用する場合は、六の形状は基板表面
の結晶の方向、酸化膜よりなるマスクに開けた窓の方向
などに依存して変化する。すなわち、異方性エツチング
液は（１１０）面を最も速くエツチングし、（１００）
面では遅く、また（１１１）面は殆どエツチングされな
い。そこで、（１００）面を基板面とするＳｉ基板に＜
１１０　＞に四辺を揃えた正方形では壁面に（１１１）
面が現れてピラミッド状の穴ができる。また、窓が大き
いと（１１１）面が交わる点が深くなるから、エツチン
グをその前の段階で停止すれば、底が平らな面ができる
。また、長方形の窓を開けた場合はＶ字形の溝を作るこ
とができる。 ［０００４］か＼る選択エツチング技術を含むマイクロ
マシン技術の使用により一枚の基板上に微小なマイクロ
化学センサを一括して大量に作ることが可能になった。 また製造条件が一定なことから、センサの特性が均一と
なり、小型のために体内への埋め込みが可能で、また廉
価のために使い捨てができるようになった。 ［０００５］さて、マイクロ化学センサはチップ状のた
め、単独に使用する場合もあるが、多くの場合はプリン
ト配線基板、セラミック回路基板、リードフレームなど
の上に装着し、基板やリードフレームに設けられている
パッドとチップとをワイヤポンディングして使用されて
いるのが通常である。 ［０００６］

【発明が解決しようとする課題】マイクロ化学センサに
設けられているポンディングパッドと配線基板の導体線
路に設けられているポンディングパッドとを回路接続す
るワイヤとしてはアルミニウム（ＡＩ）、銅（Ｃｕ）、
金（Ａｕ）などからなり径１０〜５０μｍのものが使用
されているが、径が小さいために電気抵抗が少なくなく
、また微小な電圧や電流を計測する化学センサにおいて
はワイヤによる抵抗の影響を無視できない場合がある。 ［０００７］また、マイクロ化学センサは種々の環境、
例えば水中、酸性やアルカリ性の雰囲気、腐食性のガス
雰囲気、高温・高湿の雰囲気で使われる場合がある。更
に、醗酵工業、醸造工業、医療などの分野で使用する場
合には滅菌のため１２１℃、２．２気圧の高温高圧の蒸
気中に曝す必要がある。そして、このような過酷な条件
で使用すると細いポンディングワイヤは腐食による切断
が生じ易かった。また、熱による膨張・収縮、荒い取扱
いにより生ずる歪み、振動などによりポンディング部分
が剥離すると云う問題がありマイクロ化学センサの信頼
性を低下させていた。そこで、この信頼性を向上するこ
とが課題である。 ［０００８］

【課題を解決するための手段】上記の課題はＳｉ半導体
基板上にマイクロマシン技術を用いて複数個のマイクロ
化学センサをマトリックス状に形成し、ダイシングして
チップ状に切り出した後、チップを予め配線パターンが
形成されている回路基板上に装着し、チップに設けられ
ているパッドと回路基板の配線とを回路接続する方法と
して、チップのパッド形成位置を予めエツチングして貫
通孔を設け、この貫通孔を配線パターン上に位置決めし
て接着した後、この導通孔に導電性ペーストを供給して
回路接続するか、或いはチップのパッド形成位置に傾斜
を設け、この傾斜面を配線パターン上に位置決めして接
着した後、傾斜面に導電性ペーストを塗布して回路接続
することを特徴としてマイクロ化学センサの装着方法を
構成することにより解決することができる。 ［０００９］

【作用】図１と図２は本発明の原理図である。本発明は
マイクロ化学センサの基板への装着を信頼性よく行うも
のである。図１はマイクロ化学センサチップ（以下略し
てチップ）１のパッド部分に異方性エツチングを行って
貫通孔２を開け、このマイクロ化学センサ１をプリント
配線基板やセラミック回路基板などの基板３に設けられ
ている配線パターン４と貫通孔２を位置合わせして接着
固定した後、導電性ペースト５を貫通孔２に塗布するこ
とにより回路接続を行うものである。 ［００１０１また、図２はパッド部分に孔開けする代わ
りにチップ１のパッド６を傾斜面７をもつ端部に形成し
、この部分に導電性ペースト５を塗布することにより回
路接続を行うものである。このように従来の細いワイヤ
に代わって幅の広い導電性ペースト５により回路接続を
行うため、電気抵抗を減少することができ、また腐食や
断線など従来の問題点を解消することができるため信頼
性を向上することができる。 ［００１１］

【実施例】実施例１：　（マイクロ酸素センサの製造例
。 請求項１対応）（１００）面を基板面とする厚さが３５
０μｍのＳｉウェハ（以下略して基板）３を過酸化水素
（Ｈ２Ｏ２）とアンモニア水（ＮＨ４０Ｈ）の混合溶液
と硝酸（ＨＮＯ３）を用いてよく洗浄した後に、１０５
０℃の温度でウェット酸化し、基板３の全面に二酸化硅
素（ＳＩ０２）膜を形成した。　（以上第３図Ａ）なお
、センサの製造はウェハ単位で行われるが、図面は一個
のチップについて示している。 （００１２１次に、基板３の上にネガ型のレジスト（Ｏ
ＭＲ−８３，東京応化）をスピンコードし、写真蝕刻技
術によりエツチング用パターン１０を窓開けした。（以
上同図Ｂ）次に、弗酸（ＨＦ）と弗化アンモニウム（Ｎ
Ｈ４Ｆ）の混合液に浸漬して窓開けしたエツチング用パ
ターンのＳｉＯ２膜を除去した。次に、硫酸（Ｈ２ＳＯ
４）とＨ２Ｏ２の混合液に浸漬してレジストを剥離した
後、８０℃に保った３５％苛性カリ（ＫＯＨ）水溶液に
浸漬してエツチング用パターン１０の異方性エツチング
を行い、酸素感応部の溝１１と貫通孔２を形成した。　
（以上同図Ｃ）次に、ＨＦとＮＨ４Ｆの混合液に浸漬し
て基板３の上のＳ　ｉＯ２膜を除去した後、改めて１０
５０℃の温度でウェット酸化し、基板上に０．８μｍの
厚さのＳｉＯ２膜を形成した。そして、この上に真空蒸
着法によりクローム（Ｃｒ）膜を４００Ａと金（Ａｕ）
膜１２を４０００　Ａの厚さに形成した。（以上同図Ｄ
）次に、ポジ型レジスト（ＯＦＰＲ−８００゜東京応化
）をスピンコードした後、選択露光と現像を行ってアノ
ード１３とカソード１４となる部分を除いてレジストを
除去した。（以上同図Ｅ）次に、露出しているＡｕ膜１
２とＣｒ膜とをエツチングにより溶解除去した後、アセ
トンを用いてアノード１３とカソード１４となる部分の
レジストを剥離した。（以上同図Ｆ）次に、酸素感応部
の溝１１と貫通孔２以外のところをネガ型レジスト（Ｏ
ＭＲ−８３，東京応化）で被覆し、酸素感応部を確定す
るレジストパターン１５を形成した。（以上同図Ｇ）次
に、基板３の裏面に疎水性絶縁膜（ＢＳｌｏｏＬ、信越
化学）を−様に塗布し、硬化した後に基板をダイシング
し、マイクロ酸素センサをチップ状に切り出した。次に
、チップの先端部を苛性ソーダ水溶液中に短時間浸漬し
酸素感応部の溝１１を親水性にした後、電解質含有体１
６の溶液を滴下して乾燥させた。（以上同図Ｈ）次に、
この電解質含有体１６のある溝を覆うようにしてガス透
過膜（ＯＭＲ−８３とＫＥ３４７Ｔ、信越化学）１７を
被覆してマイクロ酸素センサ１８が完成した。（以上同
図Ｉ）次に、このマイクロ酸素センサ１８を配線パター
ン４が形成されている配線基板（プリント配線基板）３
の上に接着剤を用いて接着固定した。　（以上同図Ｊ）
次に、スクリーン印刷法により貫通孔２の部分に導電性
ペースト（ＦＡ−７０５Ａ、藤倉化成）１９を塗布して
硬化させた。（以上同図Ｋ）次に、コンタクト部分にエ
ポキシ樹脂（ポンドクイック５．コニシ）２０を被覆し
て保護した。（以上同図Ｌ）実施例２：　（マイクロ酸
素センサの製造例、請求項２対応）この実施例の実施例
１と異なるところはチップと基板の配線パターンとの接
続を貫通孔ではなくチップの傾斜面を用いて行う点だけ
である。そして、この傾斜面の作り方は実施例１の貫通
孔と同じ幅でチップと同じ長さの細長い窓開は部を作り
、異方性エツチングを行うことにより傾斜面を形成する
ことができる。図５および図６はこの方法による製造プ
ロセスを示すもので図３と図４に対応している。 ［００１３］

【発明の効果】本発明はチップに設けた貫通孔か傾斜面
を利用し、導電性ペーストにより配線基板の配線パター
ンと回路接続を行うもので、接続部の電気抵抗を軽減で
きることは勿論、腐食や振動などについても余裕をもっ
て対応できるので、過酷な条件のもとでも高い信頼性を
維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図（その１）である。

【図２】本発明の原理図（その２）である。

【図３】請求項１の方法によるマイクロ酸素センサの製
造例である。

【図４】請求項１の方法によるマイクロ酸素センサの製
造例（図４のつゾ゛き）である。

【図５】請求項２の方法によるマイクロ酸素センサの製
造例である。

【図６】請求項２の方法によるマイクロ酸素センサの製
造例（図５のつ≦゛き）である。

【符号の説明】

１はチップ ２は貫通孔 ３は基板 ４は配線パターン ５は導電性ペースト ６まパッド ７ま傾斜面 １０よエツチング用パターン １１ま酸素感応部の溝 １２よＡｕ膜 １３はアノード １４はカソード １５はレジストパターン １６は電解質含有体 １９は導電性ペースト

【図３】

【図５】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコン半導体基板上にマイクロマシン技
   術を用いて複数個のマイクロ化学センサをマトリックス
   状に形成し、ダイシングしてチップ状に切り出した後、
   該チップを予め配線パターンが形成されている回路基板
   上に装着し、該チップに設けられているパッドと回路基
   板の配線とを回路接続する手段として、前記チップ（１
   ）のパッド形成位置を予めエッチングして貫通孔（２）
   を設け、該貫通孔（２）を配線パターン（４）の上に位
   置決めして接着した後、該貫通孔（２）に導電性ペース
   ト（５）を供給して回路接続することを特徴とするマイ
   クロ化学センサの装着方法。
2. 【請求項２】前項記載のチップを回路基板の配線とを回
   路接続する手段として、チップ（１）のパッド形成位置
   に傾斜面（７）を設け、該傾斜面（７）を配線パターン
   （４）の上に位置決めして接着した後、該傾斜面（７）
   に導電性ペースト（５）を塗布して回路接続することを
   特徴とするマイクロ化学センサの装着方法。