JPH1078407A - 酸素電極およびバイオセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 酸素濃度を測定するための使い易い酸素電極
に関し、取扱いが容易で破損しにくい小型酸素電極を提
供する。 【解決手段】 電極基板上に配置された電解質層と、前
記電解質層を覆って前記電極基板上に配置された酸素透
過膜１１４と、前記電極基板に固定された第１および第
２のリード板１１５ａ、１１５ｂと、第１の接続パッド
ＰＡと前記第１のリード板とを電気的に接続する第１の
接続部材１２２ａと、第２の接続パッドＰＫと前記第２
のリード板とを電気的に接続する第２の接続部材１２２
ｂと、前記第１および第２の接続パッド、前記第１およ
び第２のリード板の各一部、および前記第１および第２
の接続部材を覆い、前記電極基板に固定された絶縁性モ
ールド部材１２６とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は酸素濃度を測定する
ための酸素電極に関し、特に酸素濃度を測定するため
の、使い易い酸素電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】酸素電極は、種々の分野において、液体
中の溶存酸素濃度を測定するために用いられている。た
とえば、水質保全の見地から水中の生化学的酸素要求量
（ＢＯＤ）の測定が行なわれている。この溶存酸素濃度
の測定を酸素電極を用いて行なうことができる。醗酵工
業において効率よく醗酵を進めるためには、醗酵槽中の
溶存酸素濃度を調整できることが望ましい。この溶存酸
素濃度測定に酸素電極を用いることができる。

【０００３】酸素電極に酵素を固定してバイオセンサを
形成することもできる。糖やアルコール等の濃度測定に
このようなバイオセンサを用いることができる。たとえ
ば、グルコースオキシダーゼという酵素を酸素電極に固
定してグルコース濃度を測定することができる。グルコ
ースは、グルコースオキシダーゼを触媒として溶存酸素
と反応し、グルコノラクトンを生成する。これにより、
酸素電極セルの中に拡散してくる溶存酸素が減る。溶存
酸素の消費量からグルコース濃度を測定することができ
る。このように、酸素電極は環境計測、醗酵工業、臨床
医療など各種の分野で使用できる。

【０００４】従来の酸素電極は、ガラス製あるいは塩ビ
製の基板上に形成されていた。これらの酸素電極は、小
型化が難しく、大量生産も困難であった。そこで、本発
明者らは、リソグラフィ技術および異方性エッチング技
術を利用した新しいタイプの小型酸素電極を提案した
（特開昭６３−２３８５４９号公報）。この酸素電極
は、シリコン基板上に異方性エッチングにより凹部を形
成し、絶縁膜を介して２本の電極を形成し、凹部内に電
解液含有体を収容し、最後に上面をガス透過性膜で覆っ
た構造を有する。

【０００５】また、スクリーン印刷により、必要な箇所
のみに電解質層とガス透過性膜を形成する技術も提案し
た（特開平５−８７７６６号公報）。この酸素電極は、
小型で特性のばらつきが少なく、大量生産が可能なため
に低コストで製造することができる。さらに、本発明者
らは、より大量生産に適し、より高性能な酸素電極を提
供するため、異方性エッチングにさらに陽極接合の技術
を組み合わせた小型酸素電極も提案した（特開平４−１
２５４６２号公報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように酸素電極の
小型化が進められている。小型化が進むと共に他の問題
が明らかになってきた。酸素電極が小型化され、その幅
が小さくなると、そのままでは外部回路との接続が容易
でなくなってくる。また、脆いシリコンやガラスの基板
を用いた場合、取扱い中の応力により酸素電極の外部回
路との接続部分が容易に破損し易くなる。

【０００７】本発明の目的は、取扱いが容易で破損しに
くい小型酸素電極を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、絶縁性表面を有する電極基板と、前記電極基板の絶
縁性表面上に形成され、電気的に接続された第１の電極
と、第１のリード線と、第１の接続パッドとを含む第１
の極部材と、前記電極基板の絶縁性表面上に形成され、
電気的に接続された第２の電極と、第２のリード線と、
第２の接続パッドとを含む第２の極部材と、前記第１の
電極と前記第２の電極とを結ぶように前記電極基板上に
配置された電解質層と、前記電解質層を覆って前記電極
基板上に配置された酸素透過膜と、前記電極基板に固定
された第１および第２のリード板と、前記第１の接続パ
ッドと前記第１のリード板とを電気的に接続する第１の
接続部材と、前記第２の接続パッドと前記第２のリード
板とを電気的に接続する第２の接続部材と、前記第１お
よび第２の接続パッド、前記第１および第２のリード
板、および前記第１および第２の接続部材を覆い、前記
電極基板に固定された絶縁性モールド部材とを有する酸
素電極が提供される。

【０００９】電極基板上の接続パッドにリード板を接続
することにより、外部回路との接続が容易になる。ま
た、接続パッドとリード板との接続部をモールド部材で
覆うことにより、電極基板に外部応力がかかりにくくな
り、電極基板の破損が防止される。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の
実施例による酸素電極の構成を概略的に示す。図１
（Ａ）は平面図であり、図１（Ｂ）はその一部破断平面
図である。

【００１１】図１（Ａ）において、センサチップ１０２
の下端はモールド樹脂体１２６に覆われている。モール
ド樹脂体１２６の下面からは、一対のリード板１１５
ａ、１１５ｂが突出している。

【００１２】使用時には、一対のリード板１１５ａ、１
１５ｂに外部回路を接続し、センサチップ１０２を測定
対象である液体中に浸漬して液体中の酸素濃度を測定す
る。モールド樹脂体１２６がセンサチップを支持し、取
扱いに便利な絶縁面を供給する。測定者はモールド樹脂
体１２６および／またはリード板１１５ａ、１１５ｂを
握んで酸素電極を取扱えば、センサチップに無用の応力
をかけることができない。

【００１３】図１（Ｂ）は、モールド樹脂体１２６の上
側を除去した状態を示す。センサチップ１０２の上面
は、酸素透過膜１１４で覆われている。酸素透過膜１１
４の下には、カソード、アノードや、それらのリード、
カソードとアノードを接続する電解質層等が形成されて
いる。酸素透過膜１１４の図中下側には、接続パッドＰ
Ａ、ＰＫが形成されている。これらの接続パッドＰＡ、
ＰＫの上面にリード板１１５ａ、１１５ｂが接続されて
いる。接続パッドＰＡとリード体１１５ａは銀ペースト
等の導電部材１２２ａで電気的に接続されている。同
様、接続パッドＰＫとリード板１１５ｂは導電部材１２
２ｂで接続されている。

【００１４】リード板１１５ａ、１１５ｂは、センサチ
ップ１０２と共にモールド樹脂体１２６に固定されてい
る。モールド樹脂体１２６は十分な強度を有する。リー
ド板１１５ａ、１１５ｂに応力が印加されても、その応
力はモールド樹脂体１２６に吸収され、センサチップ１
０２に直接印加されることが防止される。したがって、
センサチップ１０２としてシリコン基板やガラス基板の
ような破損し易い部材を用いても、センサチップが破損
することが防止される。以下、酸素電極の製造方法を説
明する。

【００１５】図２（Ａ）、（Ｂ）は、酸素電極を作成す
るための基板を示す。本実施例においては、シリコンウ
エハ１０１を用いて酸素電極を作成する場合を説明す
る。シリコンウエハ１０１は、たとえば３インチウエハ
であり、１０８枚のセンサチップ１０２を同時に作成す
ることができる。

【００１６】図２（Ｂ）は、１つの酸素電極に相当する
チップ１０２を示す。以下の説明においては、１つのチ
ップ１０２を図示するが、同様の多数のチップがウエハ
１０１上に作成される。シリコンウエハ１０１の厚さ
は、たとえば４００μｍである。

【００１７】図３（Ａ）に示すように、約１０００℃で
約２００分間のウェット熱酸化を行い、シリコン基板１
０１表面に厚さ約１μｍの熱酸化膜１０３を形成する。

【００１８】シリコン基板１０１の一方の表面上に、下
地として厚さ約４０ｎｍのクロム層１０４を抵抗加熱に
より真空蒸着し、続いて厚さ約２００ｎｍの金層１０５
を同様に、抵抗加熱によって真空蒸着する。

【００１９】金層１０５表面上にポジ型ホトレジスト
（東京応化工業製、ＯＦＰＲ−５０００）をスピン塗布
し、８０℃で３分間プリベークした後、露光、現像す
る。このようにして、エッチング用のホトレジストパタ
ーンＰＲを形成する。

【００２０】図３（Ｂ）に示すように、ホトレジストパ
ターンＰＲをエッチングマスクとし、その下の金層１０
５およびクロム層１０４をエッチングする。金層１０５
のエッチングは、１ｇＩ₂ ＋４ｇＫＩ＋４０ｍｌ水のエ
ッチャントを用い、クロム層１０４のエッチングは、
０．５ｇＮａＯＨ＋１ｇＫ₃ Ｆｅ（ＣＮ）₆ ＋４ｍｌ水
のエッチャントを用いる。エッチング後、アセトンでホ
トレジストパターンＰＲを除去し、導電体パターン１１
０を得る。

【００２１】図３（Ｃ）は、このようにして得た導電体
パターンの形状を示す。導電体パターンは、２つの極部
材を含む。一方の極部材はカソードＫ、カソード配線Ｗ
Ｋおよびカソード用接続パッドＰＫを含む。他方の極部
材は、アノードＡ、アノード配線ＷＡおよびアノード用
接続パッドＰＡを含む。

【００２２】図４（Ａ）に示すように、導電体パターン
を形成したシリコン基板表面上に、感光性ポリイミド液
（東レ製フォトニース、ＵＲ−３１４０）を、回転数約
２２００ｒｐｍで３０秒間スピン塗布し、８０℃で９０
分間プリベークする。感光性ポリイミド層ＰＩ上に、図
４（Ａ）に示すようなパターンを露光する。図３（Ｃ）
に示すパターンと比較すると、カソードＫおよびアノー
ドＡの部分がなく、カソード配線ＷＫ、アノード配線Ｗ
Ａを覆う部分１０６ａがあり、アノード用パッドＰＡ、
カソード用パッドＰＫの代わりに、その間に配置された
パターン１０６ｄを含み、さらに、アノード用パッドＰ
Ａおよびカソード用パッドＰＫから配線ＷＡ、ＷＫに接
続する部分を横断するパターン１０６ｃを含む。

【００２３】未露光のポリイミド層ＰＩは、現像液（東
レ製、ＤＶ−６０５）で現像した後、イソプロピルアル
コール中で３回に分けてリンスする。ポリイミドパター
ン１０６を、１５０℃で３０分、２００℃で３０分、３
００℃で１時間ベーキングしてキュアする。

【００２４】図４（Ｂ）は、図４（Ａ）における線Ｂ−
Ｂに沿う断面を示す。カソードＫ上にはポリイミドパタ
ーン１０６ａが作成されていないことが判る。

【００２５】図４（Ｃ）および（Ｄ）は、それぞれ図４
（Ａ）におけるＣ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線に沿う断面を示
す。カソード配線ＷＫは、ポリイミドパターン１０６ａ
によって覆われている。アノードＡ、パッドＰＡ、ＰＫ
はポリイミドに覆われず、露出している。また、アノー
ド用パッドＰＡおよびカソード用パッドＰＫの間の領域
は、ポリイミドパターン１０６ｄによって埋められてい
る。

【００２６】なお、パッド間のポリイミドの土手１０６
ｄは、リードフレームとパッドとを導電性ペーストで接
続する際に導電性ペーストの流れを防止し、パッド間の
短絡事故を防止する。また、ポリイミドの土手１０６ｄ
によりパッド間の段差を緩和することもできる。

【００２７】また、アノード配線およびカソード配線を
横切って作成されたポリイミドの土手１０６ｃ（図４
（Ａ））は、センサチップ側からの水のしみ込み等によ
るパッド間の短絡や酸素電極接続部の破損を防止するの
に有効である。

【００２８】図５（Ａ）、（Ｂ）は、カソードおよびア
ノード上への銀層の作成を示す。図５（Ａ）は、カソー
ド部分の断面を示し、図５（Ｂ）はアノード部分の断面
を示す。

【００２９】まず、全面にポジ型ホトレジスト（東京応
化工業製、ＯＦＰＲ−８００）をスピン塗布し、８０℃
で３０分間プリベークする。このポジ型ホトレジスト層
に選択的な露光を行い、３０℃のトルエン中に５分間浸
漬し、８０℃で１０分間ポストベークした後、現像を行
う。この結果、カソード部分およびアノード部分を露出
する窓が形成される。このような窓を作成したホトレジ
ストパターンＰＲの上に、銀層１０７を抵抗加熱による
真空蒸着で形成する。

【００３０】その後、アセトンでポジ型ホトレジスト層
ＰＲを除去し、その上の銀層１０７をリフトオフする。
カソード上、アノード上の銀層１０７のみが残る。

【００３１】図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、銀層１０
７のパターンを作成したセンサチップを示す。図６
（Ａ）は上面図を示し、図６（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ
図６（Ａ）におけるＢ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線に沿う断面
を示す。銀層１０７がカソードＫおよびアノードＡの上
にのみ形成され、カソードに接続するカソード配線ＷＫ
およびアノードに接続するアノード配線ＷＡはポリイミ
ド膜１０６によって覆われている。

【００３２】図７（Ａ）、（Ｂ）は、アノードＡ上に撥
水性膜１０９を形成する工程を示す。たとえば、基板全
面上にネガ型ホトレジスト（東京応化工業製、ＯＭＲ−
８３）をスピン塗布し、アノード領域のうちアノードの
中央部のスリット状領域以外の領域を露光し、現像する
ことによってアノード電極上にスリット１０８を有する
撥水性膜１０９を形成する。

【００３３】アノード電極上を撥水性膜１０９が覆い、
撥水性膜１０９の中央部のスリット１０８のみを介して
アノードを露出することにより、この上に形成する電解
質膜とアノードとの接触面積を制限する。このような構
成とすることにより、銀が劣化しにくくなり、かつ初期
処理における安定化時間が短縮できる。

【００３４】図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すよう
に、カソードＫ、アノードＡおよびこれらを電気的に接
続する部分に電解質層１１２をスクリーン印刷する。な
お、図８（Ａ）は平面図を示し、図８（Ｂ）、（Ｃ）
は、図８（Ａ）におけるＢ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線に沿う
断面を示す。

【００３５】電解質層１１２は、粉末化した塩化カリウ
ムまたは塩化ナトリウムを主材料とし、ｐＨ調整用材料
およびバインダを添加したもので構成される。たとえ
ば、ｐＨ調整用材料としては、トリスヒドロキシメチル
アミノメタン、グリシン、燐酸塩、クエン酸塩、酢酸
塩、ほう酸塩等を用いることができる。バインダとして
は、たとえばポリビニルピロリドンをヘキサノール溶液
中に溶解させたものを用いることができる。このような
電解質層をスクリーン印刷した後、溶媒を蒸発させるこ
とにより、電解質層１１２が形成される。

【００３６】図９（Ａ）に示すように、パッドを覆うよ
うに保護膜１１３を形成し、その上に基板全面にわたっ
て酸素透過膜１１４を塗布する。保護膜は、たとえば藤
倉化成製ドータイトＸＢ−８０１をスクリーン印刷し、
８０℃で約２０分ベークすることによって作成する。酸
素透過膜としては、たとえばシリコーン樹脂（東レ・ダ
ウコーニング・シリコーン製、ＳＥ９１７６）を用いる
ことができる。このようなシリコーン樹脂をスピンコー
トによって基板全面に塗布し、加湿した高温層内で８０
℃、６０分間の加熱硬化処理を行う。加湿は硬化を促進
させるための処理であり、たとえば恒温層内に水の入っ
たシャーレもしくはビーカを設置することによって行う
ことができる。

【００３７】その後、パッド部分を覆って形成した保護
膜１１３をピンセット等を利用して剥離する。保護膜１
１３と共にその上の酸素透過膜が剥離される。保護膜１
１３を剥離することにより、この部分にパッドが露出す
る。

【００３８】図９（Ｂ）、（Ｃ）は、図９（Ａ）におけ
るＢ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線に沿う断面図を示す。パッド
を含む領域以外では、基板全面を酸素透過膜１１４が覆
っている。

【００３９】その後、図２に示すような半導体ウエハ１
０１から各チップ１０２をダイシングソーによって切り
出すことにより、各チップ１０２を分離する。従来は、
このようにして得たチップをそのまま酸素電極として用
いていた。

【００４０】図１０は、リードフレームの構成例を示
す。リードフレーム１１５は、たとえば厚さ約２００μ
ｍの４２アロイ（４２％ニッケル−鉄）板から形成され
ている。上方に２つのリード板１１５ａ、１１５ｂが配
置され、これらのリード板が下部の支持用部材１１５ｃ
によって支持されている。なお、リード板１１５ａ、１
１ｂと支持部材１１５ｃの接続部分はその幅が細くされ
ており、パンチング等によって容易に切断することがで
きる。

【００４１】図１１（Ａ）、（Ｂ）は、センサチップ１
０２上にリードフレーム１１５を接続した状態を示す。
リードフレーム１１５の一対のリード板１１５ａ、１１
５ｂの先端を、接着剤層を介してパッドＰＡ、ＰＫの下
部に接着する。なお、パッドＰＡ、ＰＫの上部には、電
気接続用の露出面が残ることが必要である。接着剤とし
ては、たとえばベルノックス社製、ＸＮ−５８３１−１
を用いることができる。

【００４２】接着剤でパッド上にリードフレームを接着
した後、たとえば１５０℃で約１５分間のベーキングを
行うことにより、接着剤を硬化させる。このようにし
て、センサチップ１０２とリードフレーム１１５が一体
化させた構成を得る。但し、電気的には、センサチップ
１０２上のパッドＰＡ、ＰＫとリードフレーム１１５と
は接着剤層によって分離されている。

【００４３】図１２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、接続
パッドが形成された部分のセンサチップ１０２側面にシ
リコンワニス（信越化学製、ＫＲ−５２４０）を塗布
し、ワニス層１２０を形成してシリコンであるセンサチ
ップ１０２側面の絶縁性を確保する。

【００４４】その後、アノードおよびカソードのパッド
ＰＡ、ＰＫとリードフレームのリード板１１５ａ、１１
５ｂを接続するように銀ペーストを塗布し、銀ペースト
層１２２を形成する。この時、銀ペーストが流れても、
パッド間のポリイミド層１０６ｄおよびチップ側面上の
ワニス層１２０が銀ペーストの流れを制限する。

【００４５】図１３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、銀ペ
ーストによる接続部分およびその周辺を覆うように、耐
水性、密着性に優れた絶縁材料で絶縁層１２４を形成す
る。たとえば、共立化学製ワールドロックを塗布し、１
００ｍＷ／ｃｍ² の紫外線を２０秒照射して硬化させ
る。

【００４６】なお、この絶縁層は、絶縁をより完全にす
るためのものである。用途によってはこの絶縁層を省略
し、直接モールドを行うことも可能である。

【００４７】図１４（Ａ）、（Ｂ）は、センサチップと
リードフレームとの接続部を絶縁性樹脂でモールドする
工程を示す。たとえば、高密着性、高耐水性のグレード
を有するエポキシ系モールド樹脂によって、モールド樹
脂体１２６を形成する。モールド樹脂体１２６は、Ｓｉ
Ｏ₂ 等の適当なフィラーを含んでもよい。

【００４８】モールド樹脂体１２６がセンサチップ、リ
ードフレームを固定し、その相対的位置関係を確保す
る。リードフレームに印加される応力は、モールド樹脂
体１２６によって吸収され、接続部におけるセンサチッ
プに局所的に応力が印加されることが防止される。セン
サチップ上のパッドＰＡ、ＰＫからリード板１１５ａ、
１１５ｂへの電気的接続も安定化される。

【００４９】その後、リードフレームの支持部１１５ｃ
をリード板１１５ａおよび１１５ｂから切断し、分離す
ることにより、図１（Ａ）に示すような酸素電極を得
る。

【００５０】以上のように作成された小型酸素電極は、
常温の水中に一晩以上浸漬するか、またはオートクレー
ブ炉中１２０℃、差圧１．２気圧で１５分間処理するこ
とにより使用可能な状態となる。すなわち、電解質層に
水または水蒸気が供給され、酸素電極として機能するよ
うになる。

【００５１】なお、以上に説明した実施例においては、
シリコン基板表面上に熱酸化膜を形成し、この上にアノ
ード電極、カソード電極を形成した。本実施例の特徴
は、アノード電極、カソード電極等に接続する接続用パ
ッドに外部回路と接続するためのリード板を接続し、こ
の接続部をモールド樹脂によってモールドすることにあ
る。センサチップ内部の構造は特に限定されない。

【００５２】図１５（Ａ）、（Ｂ）は、センサチップの
他の構成例を示す。図１５（Ａ）に示すように、ガラス
基板１３２の一面に凹部を設け、この凹部内にまずカソ
ード配線ＷＫを形成し、その表面をポリイミド層１０６
で覆って絶縁している。ポリイミド層１０６上に、アノ
ード用導電層１１０を形成し、その上に銀層１０７を形
成している。すなわち、カソード配線ＷＫとアノード電
極とが重ねて配置されている。銀層１０７の上には、開
孔スリット１０８を有する撥水性膜１０９がポリイミド
等によって形成されている。

【００５３】図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）に示すセン
サチップの上面図を示す。ガラス基板１３２表面上に、
カソード電極Ｋ、カソード用接続パッドＰＫ、これらを
接続するカソード用配線ＷＫが形成され、その表面が絶
縁された後、アノード電極Ａ、アノード用接続パッドＰ
Ａおよびこれらを接続するアノード用配線ＷＡが形成さ
れている。なお、アノード上には、開孔スリット１０８
を有する撥水性膜１０９が形成され、銀層１０７の一部
のみを露出する。

【００５４】本構成においては、さらにこの上に他の基
板を貼り合わせ、カソード電極上に開孔を形成して測定
液体と接触させる。接続用パッドＰＡ、ＰＫは蓋となる
基板に被覆されず、露出される。このパッドＰＡ、ＰＫ
にリードフレームのリード板を前述の実施例同様に接続
する。

【００５５】上述の実施例においては、リードフレーム
のリード板をセンサチップの長さ方向に沿ってモールド
樹脂体のセンサチップと反対側から外部に導出した。リ
ード板の導出方向は、センサチップの反対側からに限ら
ない。

【００５６】図１６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、リード
板の導出の他の例を示す。図１６（Ａ）において、リー
ド板１１５ａ、１１５ｂは、センサチップ１０２をモー
ルドするモールド樹脂体１２６の両側部から導出されて
いる。

【００５７】図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のモールド
樹脂体１２６の上側部分を除去した構成を示す。リード
板１１５ａ、１１５ｂが略Ｌ字状の形状を有し、パッド
と接続される部分の下部において方向を変換し、横方向
に延在する。横方向に延在するリード板の長さは任意で
ある。

【００５８】図１６（Ｃ）は、図１６（Ａ）に示す構成
の変形例を示す。すなわち、リード板１１５ａ、１１５
ｂを一旦モールド樹脂体１２６の側部から外部に導出し
た後、リード板１１５ａ、１１５ｂを折り曲げ、モール
ド樹脂体１２６の表面に沿って折り返し、モールド樹脂
体１２６表面上に２つの接触部を形成している。酸素電
極をソケットに挿入して使用する場合等に便利な形態で
ある。

【００５９】図１７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）
は、モールド樹脂体１２６の他の構成例を示す。図１７
（Ａ）、（Ｂ）において、モールド樹脂体１２６は、概
略円筒状の外形を有し、その一部の円筒面が平坦面によ
って切り取られた形状を有する。このように一部に平坦
な面を設けることにより、酸素電極の転がりを防止し、
取扱い中安定に酸素電極を配置することができると共
に、リード板１１５ａと１１５ｂの区別をつけやすくす
ることができる。

【００６０】図１７（Ｃ）は、モールド樹脂体１２６の
他の構成例を示す。図に示すように、モールド樹脂体１
２６の外周にＯリング固定用溝１２７を設ける。

【００６１】図１７（Ｄ）に示すように、この溝１２７
にＯリング１２８をはめ込み、リード板１１５ａ、１１
５ｂ側から円筒状の外筒１２９を挿入し、Ｏリング１２
８と係合させる。このような構成とすれば、リード板１
１５ａ、１１５ｂを外界の水滴等から防御することが容
易となる。

【００６２】図１８（Ａ）〜（Ｄ）は、センサチップ上
の接続用導電パッドと、リード板との接続の形態を示
す。

【００６３】図１８（Ａ）は、上述の実施例による接続
方法を示している。センサチップ１０２表面上に接着剤
層１１７によってリード板１１５を固定し、銀ペースト
層１２２によってリード板１１５とセンサチップ１０２
上の接続用パッドを電気的に接続する。

【００６４】図１８（Ｂ）は、金属ワイヤ１１８を用い
てワイヤボンディングする構成を示す。センサチップ１
０２表面上にリード板１１５を接着剤層１１７で固定し
た後、センサチップ１０２上の接続用パッドとリード板
１１５とを金属ワイヤ１１８を用いてワイヤボンディン
グする。

【００６５】図１８（Ｃ）は、リード板１１５をセンサ
チップ１０２の下面に接着剤層１１７で固定した構成を
示す。この場合、リード板１１５表面とセンサチップ１
０２表面がより離れる傾向にあるので、銀ペースト層で
接続するよりは金属ワイヤ１１８で接続することが好ま
しい。

【００６６】図１８（Ｄ）は、より簡便な方法を示す。
すなわち、センサチップ１０２表面の接続用パッド上に
導電性ペースト１１９を塗布し、その上に直接リード板
１１５を配置してセンサチップ１０２とリード板１１５
を固定する。

【００６７】以上説明したように、小型酸素電極は、裸
のチップ状態ではなく、測定に必要な露出部分を除き、
不要な部分を樹脂でモールドした状態で使用される。樹
脂モールド内でチップ上の接続パッドとリード板とを接
続し、リード板を樹脂モールド外に導出している。この
ため、外部回路との接続は樹脂モールド外に導出された
リード板を用いてチップ本体に影響を与えることなく、
都合良く行うことができる。

【００６８】なお、半導体集積回路装置等においても樹
脂モールドが広く行われている。しかし、一般的な半導
体装置の樹脂モールドと、小型酸素電極の樹脂モールド
とは次の点で大きな相違点を有する。

【００６９】半導体装置の半導体チップは、樹脂モール
ド中に完全に封入されるが、小型酸素電極では少なくと
もチップの感応部は樹脂モールド外に露出させなければ
ならない。

【００７０】一般的な半導体装置は、選択された条件下
で使用されるが、酸素電極は水蒸気中、高温下、低温下
等の過酷な環境で使用されなければならない。小型酸素
電極の表面には、ガス透過能を有するゴム製膜等が形成
されており、樹脂モールドはこのゴム膜を含めて確実な
封入を実現しなくてはならない。

【００７１】図１９は、以上説明した小型酸素電極の感
応部にグルコースオキシダーゼ等の酵素を固定した固定
膜１３０を有するバイオセンサを示す。センサチップ１
０２、モールド樹脂体１２６、リード板１１５ａ、１１
５ｂは前述の実施例と同様である。酵素固定膜１３０
は、カソードに対応した位置に設けられている。

【００７２】酵素の固定は、たとえば牛血清アルブミン
１５ｗｔ％、グルタルアルデヒト５ｗｔ％を含む溶液２
０ｍｌ中にグルコースオキシダーゼ１ｍｍを溶かした溶
液を用意し、小型酸素電極感応部をこの溶液中に浸漬
し、その後乾燥させることにより作成することができ
る。

【００７３】バイオセンサの活性化は、酵素を固定して
あるため、オートクレーブ処理を行うことはできない。
このため、酵素を固定したチップを常温の水中に１２時
間以上浸漬することにより、活性化を行うことが好まし
い。

【００７４】図２０（Ａ）、（Ｂ）は、バイオセンサの
他の構成例を示す。小型酸素電極を並列的に２個並べ、
共通のモールド樹脂体１２６でモールドした構成を準備
する。２つの小型酸素電極に対応し、４つのリード板１
１５ａ〜１１５ｄが接続されている。一方の小型酸素電
極には、たとえばグルコースオキシダーゼを固定した酵
素固定膜１３０ａを形成し、他の小型酸素電極には、た
とえばグルタミン酸オキシダーゼを固定した酵素固定膜
１３０ｂを形成する。

【００７５】図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）の構成にお
いて、モールド樹脂体１２６の上側部分を除去した構成
を示す。２つの小型酸素電極チップ１０２ａ、１２０ｂ
は、独立のチップを並べて配置してもよいが、より好ま
しくは２つ分の小型酸素電極に対応するチップをウエハ
から切り出す。２つの酸素電極を含むチップを用いるこ
とにより、単一の酸素電極を製造する工程と同等の工程
で複合酸素電極を作成することができる。

【００７６】図２１（Ａ）、（Ｂ）は、２種類のバイオ
センサを集積化した他の構成例を示す。本構成において
は、チップ１０２の一面上に一種類のバイオセンサを形
成し、他の面に他の種類のバイオセンサを形成してい
る。

【００７７】図２１（Ｂ）に示すように、チップ１０２
の両面に２種類の酵素固定膜１３０ａ、１３０ｂが形成
される。また、リード板もチップの両面に接続される。
本実施例によれば、小型で複雑な測定を行うことのでき
るバイオセンサが提供される。

【００７８】図２１（Ａ）、（Ｂ）に示す構成は、小型
で測定に便利であるが、その作成手順が複雑化する。

【００７９】図２２は、より簡単な製造工程によって作
成することのできる類似の構成を示す。すなわち、本構
成においては、２枚の小型酸素電極を背中合わせに貼り
合わせ、共通のモールド樹脂体１２６でモールドする。
各小型酸素電極の表面には、酵素固定膜１３０ａ、１３
０ｂを形成し、二種類のバイオセンサを構成する。この
構成によれば、一面上に小型酸素電極を形成する工程で
２つの小型酸素電極を作成し、組み立ての際に２つの酸
素電極を背中合わせに貼り合わせることによって、図２
１（Ａ）、（Ｂ）同様のバイオセンサを構成することが
できる。２枚の小型酸素電極の貼り合わせは、たとえば
エポキシ系樹脂等を用いて好適に実施することができ
る。

【００８０】リードフレームとして、厚さ２００ｍｍ程
度の４２合金板等を用いる場合を説明したが、リード端
子の材料は必ずしもこれに限定されない。たとえば、リ
ード板の厚さは約２００μｍに限らず、自由に選択する
ことができる。また、リードフレームから切り出すリー
ド板の他、セラミックやプラスチック等の絶縁性基板上
にスクリーン印刷等で形成された導電パターンを用いる
こともできる。このような配線基板を用いる場合、セン
サチップ裏面にこの配線用基板を接着し、ワイヤボンデ
ィングでパッドと回線基板上のリードとを接続すること
が好ましい。

【００８１】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００８２】

【発明の効果】本発明によれば、酸素電極を小型化し、
かつ取り扱いの容易な端子が導出できるため、小型酸素
電極の取り扱いが容易になる。同様、取り扱いの容易な
小型バイオセンサが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による酸素電極の構成を示す平
面図および一部破断平面図である。

【図２】図１に示す小型酸素電極を作成する工程を説明
するための平面図である。

【図３】図１に示す小型酸素電極を作成する工程を説明
するための断面図および平面図である。

【図４】図１に示す小型酸素電極を作成する工程を説明
するための平面図および断面図である。

【図５】図１に示す小型酸素電極を作成する工程を説明
するための断面図である。

【図６】図１に示す小型酸素電極を作成する工程を説明
するための平面図および断面図である。

【図７】図１に示す小型酸素電極を作成する工程を説明
するための平面図および断面図である。

【図８】図１に示す小型酸素電極を作成する工程を説明
するための平面図および断面図である。

【図９】図１に示す小型酸素電極を作成する工程を説明
するための平面図および断面図である。

【図１０】図１に示す酸素電極を作成するために用いら
れるリードフレームを示す平面図である。

【図１１】センサチップにリードフレームを固定した状
態を示す平面図および側面図である。

【図１２】センサチップにリードフレームを固定し、電
気的に接続した状態を示す平面図および側面図である。

【図１３】センサチップにリードフレームを固定し、電
気的接続を安定化した状態を示す平面図および側面図で
ある。

【図１４】センサチップとリードフレームの接続部をモ
ールド樹脂によってモールドした状態を示す平面図およ
び横断面図である。

【図１５】本発明の他の実施例によるセンサチップの構
成を示す断面図および平面図である。

【図１６】本発明の他の実施例による小型酸素電極の構
成を示す平面図および一部破断平面図である。

【図１７】本発明の他の実施例による小型酸素電極の構
成を示す上面図および底面図である。

【図１８】センサチップとリードフレームのリード板と
の接続の形態を示す概略断面図である。

【図１９】本発明の他の実施例によるバイオセンサの構
成を示す平面図である。

【図２０】本発明の他の実施例によるバイオセンサの構
成を示す平面図および一部破断平面図である。

【図２１】本発明の他の実施例によるバイオセンサを示
す平面図および側面図である。

【図２２】本発明の他の実施例によるバイオセンサを示
す側面図である。

【符号の説明】

１０１ 半導体ウエハ（基板） １０２ センサチップ １０３ 酸化膜 １０４ Ｃｒ膜 １０５ Ａｕ膜 １０６ ポリイミド層 １０７ Ａｇ層 １０９ 撥水性膜 １１０ 接続用パッド １１２ 電解質層 １１３ 保護膜 １１４ ガス透過膜 １１５ リードフレーム １１５ａ、１１５ｂ リード板 １２０ ワニス層 １２２ インペースト層 １２４ 絶縁樹脂層 １２６ モールド樹脂体 ＰＲ ホトレジスト層 Ａ アノード ＷＡ アノード配線 Ｋ カソード ＷＫ ＴＣ配線 ＰＡ アノードパッド ＰＫ カソードパッド

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性表面を有する電極基板と、 前記電極基板の絶縁性表面上に形成され、電気的に接続
   された第１の電極と、第１のリード線と、第１の接続パ
   ッドとを含む第１の極部材と、 前記電極基板の絶縁性表面上に形成され、電気的に接続
   された第２の電極と、第２のリード線と、第２の接続パ
   ッドとを含む第２の極部材と、 前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶように前記電
   極基板上に配置された電解質層と、 前記電解質層を覆って前記電極基板上に配置された酸素
   透過膜と、 前記電極基板に固定された第１および第２のリード板
   と、 前記第１の接続パッドと前記第１のリード板とを電気的
   に接続する第１の接続部材と、 前記第２の接続パッドと前記第２のリード板とを電気的
   に接続する第２の接続部材と、 前記第１および第２の接続パッド、前記第１および第２
   のリード板の各一部、および前記第１および第２の接続
   部材を覆い、前記電極基板に固定された絶縁性モールド
   部材とを有する酸素電極。
2. 【請求項２】 前記第１および第２の接続部材が、前記
   第１および第２の接続パッドと前記第１および第２のリ
   ード板とのそれぞれの間に挟んで配置された導電性ペー
   スト層を有する請求項１記載の酸素電極。
3. 【請求項３】 前記電極基板上の前記第１および第２の
   接続パッド間に配置された絶縁性樹脂層を有する請求項
   １記載の酸素電極。
4. 【請求項４】 前記第１および第２のリード板が、前記
   電極基板の前記第１および第２の極部材が配置されてい
   る面と逆の面に接着されている請求項１記載の酸素電
   極。
5. 【請求項５】 前記第１および第２のリード線と、前記
   第１および第２の接続パッドと前記第１および第２のリ
   ード線との間を覆って前記電極基板上に配置された絶縁
   性樹脂層を有する請求項１記載の酸素電極。
6. 【請求項６】 前記第１および第２の接続パッドと前記
   第１および第２のリード板との接続部上を覆って前記電
   極基板上に配置された絶縁性樹脂層を有する請求項１記
   載の酸素電極。
7. 【請求項７】 複数のセンサチップであって、各センサ
   チップが、 絶縁性表面を有する電極基板と、 前記電極基板の絶縁性表面上に形成された複数の電極
   と、 前記電極基板の絶縁性表面上に形成され、前記複数の電
   極に電気的に接続された複数の接続パッドと、 前記複数の電極の２つを結ぶように前記電極基板上に配
   置された電解質層と、 前記電解質層を覆って前記電極基板上に配置された酸素
   透過膜と、 前記酸素透過膜上に配置された生体関連物質の固定膜
   と、を有する複数のセンサチップと；前記各センサチッ
   プの電極基板に固定された複数のリード板と；前記接続
   パッドと前記リード板との各対を電気的に接続する複数
   の接続部材と；前記複数の接続パッド、前記複数のリー
   ド板の各一部、および前記複数の接続部材を覆い、前記
   複数のセンサチップの電極基板に固定された絶縁性モー
   ルド部材と；を有する集積型バイオセンサ。
8. 【請求項８】 前記複数のセンサチップが同一平面上で
   横に並べて配置されている請求項７記載の集積型バイオ
   センサ。
9. 【請求項９】 前記複数のセンサチップの裏面同士が接
   着剤により貼り合わされている請求項７記載の集積型バ
   イオセンサ。
10. 【請求項１０】 前記複数の接続部材が、前記接続パッ
    ドと前記リード板との間に挟んで配置された導電性ペー
    スト層を有する請求項７記載の集積型バイオセンサ。
11. 【請求項１１】 少なくとも一方のセンサチップの前記
    電極基板上の前記複数の接続パッド間に配置された絶縁
    性樹脂層を有する請求項７または１０記載の集積型バイ
    オセンサ。
12. 【請求項１２】 一対の絶縁性表面を有する電極基板
    と、 前記電極基板の各絶縁性表面上に形成された複数の電極
    と、 前記電極基板の各絶縁性表面上に形成され、前記複数の
    電極と電気的に接続された複数の接続パッドと、 前記電極基板の各絶縁性表面上で前記複数の電極を結ぶ
    ように配置された電解質層と、 前記各電解質層を覆って前記電極基板の各絶縁性表面上
    に配置された酸素透過膜と、 前記各酸素透過膜上に配置された生体関連物質の固定膜
    と、 前記電極基板の各絶縁性表面上に固定された複数のリー
    ド板と；前記複数の接続パッドと前記複数のリード板の
    各対を電気的に接続する複数の接続部材と；前記複数の
    接続パッド、前記複数リード板の各一部、および前記複
    数の接続部材を覆い、前記電極基板に固定された絶縁性
    モールド部材とを有する集積型バイオセンサ。
13. 【請求項１３】 前記複数の接続部材が、前記接続パッ
    ドと前記リード板との間に挟んで配置された導電性ペー
    スト層を有する請求項１２記載の集積型バイオセンサ。
14. 【請求項１４】 前記電極基板上の少なくとも一方の絶
    縁性表面上の複数の接続パッド間に配置された絶縁性樹
    脂層を有する請求項１２または１３記載の集積型バイオ
    センサ。