(57)【要約】【課題】マイクロチップ内の反応チャンバと熱電変換デバイスとの間の熱伝導特性を改善し反応チャンバの高速且つ正確な制御を容易にする。【解決手段】基板１０２内の反応チャンバ１０４の底壁１０６の下面に、銅の熱伝導板２０４が接合される。熱伝導板２０４の下面に、セラミックの絶縁薄膜２０５が溶射またはスパッタにより直接的に接合され、絶縁薄膜２０５の下面に、熱電変換デバイス２０２の半導体素子１１２，１１４を電気接続するための電極１１６がプリントされる。反応チャンバ１０４の温度を測定する温度センサとして、熱伝導板２０４の適当箇所にコンスタンタンの配線２０８を冶金接合してなる熱電対２０６が使用される。熱電変換デバイス２０２内の電極１１６にコンスタンタンの配線を冶金接合した熱電対を温度センサとして用いてもよい。【選択図】図２
2007209885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の壁により画成された反応チャンバ（１０４）と、
複数の熱電変換素子（１１２，１１４）と、前記熱電変換素子を電気的に相互接続する複数の電極（１１６，１１８）と、前記電極に接合または接着されて熱入出力面をそれぞれ提供する両側の絶縁層（１０６，１２０）とをもつ熱電変換デバイス（１０８）と
を備え、
前記熱電変換デバイスの一側の絶縁層（１０６）が、前記反応チャンバ（１０４）の壁の一つ（１０６）と一体化されているマイクロチップ（１００）。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロチップにおいて、
前記反応チャンバの壁の一つの表面もしくは厚み内に配置された温度センサ（１２４）、または、
前記熱電変換デバイス内の電極の一つとこれとは異種類の導電材料製の導電体との接合により構成される熱電対を用いた温度センサ
を更に備えるマイクロチップ。
【請求項３】
反応チャンバ（１０４）と、
前記反応チャンバの温度を制御するための熱電変換デバイス（２０２，３０２，４０２，５０２）と、
前記反応チャンバと前記熱電変換デバイスとの間に介装された導電材料製の熱伝導板（２０４）と、
前記熱伝導板とこれとは異種類の導電材料製の導電体（２０８A）との接合により構成される熱電対を用いた温度センサ（２０６）と
を備えたマイクロチップ（２００，３００，４００，５００）。
【請求項４】
請求項３記載のマイクロチップにおいて、
前記熱伝導板に上に形成された金属薄膜の複数の電極パターンを有し、
前記複数の電極パターンの内の一部は、前記熱電変換デバイス中の複数の熱電変換素子を電気的に相互接続するための複数の電極を構成し、
前記複数の電極パターンの内の他の一部は、前記電極パターンとは異種類の導電材料製の導電体と接合されて、温度センサのための熱電対を構成するマイクロチップ。
【請求項５】
温度測定対象（１０４）と前記温度測定対象に熱を入出力する熱源（２０２，３０２，４０２）との間に介装された導電材料製の熱伝導体（２０４）と、前記熱伝導体とは異種類の導電材料製の導電体（２０８A）との接合からなる熱電対を備えた温度センサ（２０６）。
【請求項６】
請求項５記載の温度センサにおいて、
前記熱源が、複数の熱電変換素子（１１２，１１４）と、前記熱電変換素子を電気的に接続する複数の電極（１１６，１１８）とを有する熱電変換デバイス（２０２，３０２，５０２）であり、
絶縁薄膜（２０５）または絶縁層（３０４）が、前記熱伝導体の一側の表面に直接的に接合されており、
前記絶縁薄膜または絶縁層の表面上に、前記熱電変換デバイスの一側の前記電極（１１６）が接合または接着されている温度センサ。
【請求項７】
請求項６記載の温度センサにおいて、
前記温度測定対象が、マイクロチップ内の複数の壁により画成された反応チャンバ（１０４）であり、
前記熱伝導体の他側の表面が、前記反応チャンバ（１０４）の壁の一つ（１０６）に接合または接着されている温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばバイオチップのように反応チャンバを備えてその反応チャンバの温度が制御可能に構成されたマイクロチップ、及び、そのようなマイクロチップの温度を測るために好適な温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
反応チャンバ（または化学反応部）を備えてその反応チャンバの温度が制御されるようになったマイクロチップが、例えば特許文献１及び２に開示されている。マイクロチップは、全体的に平板形であり、その内部に反応チャンバを有する。反応チャンバの底壁の外面に相当するマイクロチップの裏面に、マイクロチップとは別部品である熱電変換デバイスが取り付けられる。熱電変換デバイスは、反応チャンバの温度を制御するためのものである。
【０００３】
特許文献２には、マイクロチップと熱電変換デバイスとの間の結合構造も開示されている。この開示によれば、マイクロチップと熱電変換デバイスとの間に、銅またはアルミニウムのような熱伝導率の高い固体材料製の熱伝導体が介装される。マイクロチップと熱伝導体は熱伝導性グリースを介して当接され、また、熱伝導体と熱電変換デバイスも熱伝導性グリースを介して当接させる。さらに、熱伝導体の内部に孔が開けられ、その穴の中に温度センサが挿入される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７９３４０号公報
【特許文献２】特開２００５−４０７８４号公報（特に段落００３９〜００４０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来技術、特に特許文献２に開示されたマイクロチップと熱電変換デバイスとの結合構造によると、マイクロチップと熱電変換デバイスは元来独立した別個の部品としで用意され、熱伝導体を間に介して両者が結合される。それらの接合面には熱伝導性グリースが塗られている。そして、熱電導体に開けられた孔の中に温度センサが埋め込まれる。この結合構造においては、熱電導体はその内部に温度センサを挿入することができる程度の厚さを必要とするから、その熱容量がその厚さ相応に大きい。また、内部に或る程度に大きい穴が開いた熱電導体では、熱伝導率が面でばらつきがある。さらに、マイクロチップと熱電導体と熱電変換デバイスの接合面に塗られた熱伝導性グリースは、他の個体部品ほどに高い熱伝導率をもつことが難しい。また、グリースの厚さを精度よく均一にすることも難しく、その熱伝導率が面でばらつく。これらの原因により、反応チャンバの温度を高速且つ正確に制御すること、及びその温度を面で均一に制御することが難しい。
【０００６】
従って、本発明の目的は、マイクロチップ内の反応チャンバと熱電変換デバイスとの間の熱伝導特性を改善し、反応チャンバの高速且つ正確な制御を容易にすることにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、マイクロチップ内の反応チャンバと熱電変換デバイスとの間の熱伝導特性を改善するために貢献できる温度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの側面に従うマイクロチップは、複数の壁により画成された反応チャンバと、熱電変換デバイスとを備える。熱電変換デバイスは、複数の熱電変換素子と、前記熱電変換素子を電気的に相互接続する複数の電極と、前記電極に接合または接着されて熱入出力面をそれぞれ提供する両側の絶縁層とをもつ。そして、熱電変換デバイスの一側の絶縁層が、前記反応チャンバの壁の一つとが一体化されている。
【０００９】
このマイクロチップでは、熱電変換デバイスの一側の絶縁層が反応チャンバの壁の一つとが一体化されているため、熱電変換デバイスと反応チャンバとの間の熱抵抗をより小さくすることができ、反応チャンバの温度を高速かつ正確に制御することが容易である。
【００１０】
好適な実施形態では、反応チャンバの温度を測定するための温度センサが更に設けられる。この温度センサは、反応チャンバの壁の一つの表面もしくは厚み内に配置される。或いは、熱電変換デバイス内の電極を形成する際に、それらの電極と一緒に同様の電極パターンを形成し、その電極パターンに、これとは異種類の導電材料製の導電体を接合し、その接合体を熱電対温度センサとして構成することもできる。
【００１１】
本発明の別の側面に従うマイクロチップは、反応チャンバと、前記反応チャンバの温度を制御するための熱電変換デバイスと、前記反応チャンバと前記熱電変換デバイスとの間に介装された導電材料製の熱伝導板と、前記熱伝導板とこれとは異種類の導電材料製の導電体との接合により構成される熱電対を用いた温度センサとを備える。
【００１２】
このマイクロチップによれば、温度センサとして、反応チャンバと熱電変換デバイスとの間の熱伝導板そのものを熱電対の一方の金属として用いた熱電対が用いられるため、熱伝導板をより薄くより熱抵抗の小さいものにすることが容易である。よって、反応チャンバの温度を高速かつ正確に制御することが容易である。このマイクロチップにおいて、熱伝導板の表面上に金属薄膜の電極パターンを複数形成して、それらの電極パターンの中の大部分を、熱電変換デバイスの熱電変換素子を相互接続するための電極として用いるとともに、それらの電極パターンの中の少なくとも一つを、そこに別金属材料製の導電体を接合することで、温度センサのための熱電対として用いることができる。
【００１３】
本発明のまた別の側面に従う温度センサは、温度測定対象と温度測定対象に熱を入出力する熱源との間に介装された導電材料製の熱伝導体と、この熱伝導体とは異種類の導電材料製の導電体との接合からなる熱電対を備える。
【００１４】
この温度センサによれば、熱伝導体そのものを熱電対の一方の金属として用いるので、熱伝導体をより薄くより熱抵抗の小さいものにすることが容易である。よって、温度測定対象の温度を高速かつ正確に制御することが容易である。
【００１５】
好適な実施形態では、前記熱源が、熱電変換デバイスであって、複数の熱電変換素子と、それらの熱電変換素子を電気的に接続する複数の電極とを有する。そして、前記熱伝導体の一側の表面には、絶縁薄膜または絶縁層が直接的に接合されており、この絶縁薄膜または絶縁層の表面上に、前記熱電変換デバイスの一側の前記電極が接合または接着されている。さらに、前記温度測定対象が、マイクロチップ内の複数の壁により画成された反応チャンバであり、この反応チャンバの壁の一つに、前記熱伝導体の他側の表面が接合または接着されている。そのため、マイクロチップ内の反応チャンバの温度を、熱電変換デバイスにより高速かつ正確に制御することが容易である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のマイクロチップによれば、反応チャンバと熱電変換デバイスとの間の熱伝導特性が改善され、反応チャンバの高速且つ正確な制御を容易になる。
【００１７】
本発明の温度センサによれば、これをマイクロチップの温度センサとして採用すれば、反応チャンバと熱電変換デバイスとの間の熱伝導特性を改善すること容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の第1の実施形態にかかるマイクロチップの断面構造を示す。
【００１９】
図１に示されたマイクロチップ１００では、反応チャンバを画成する複数の壁の一つが、熱電変換デバイスの熱入出力面を提供する絶縁体層により構成される。換言すれば、反応チャンバの壁の一つと熱電変換デバイスの絶縁体層とが一体化されており、反応チャンバの一つの内面が熱電変換デバイスの熱入出力面そのものになっている。これにより、反応チャンバと熱電変換デバイスとの間の熱抵抗が非常に小さくなり、反応チャンバの高速且つ正確な制御がより容易になる。
【００２０】
具体的に説明すると、図１に示すように、ガラス、シリコンまたは合成樹脂などの固体材料製の平板状の基板１０２の図中下面に、反応チャンバ１０４が溝または凹部の形で設けられる。反応チャンバ１０４は、その中でサンプルの生化学反応または化学反応などを行なうための部屋である。図１では１つの反応チャンバ１０４のみが示されているが、１つの基板１０２内に反応チャンバ１０４が複数あってよい。
【００２１】
基板１０２の下面には、ガラス、シリコンまたは合成樹脂などの電気絶縁材料製の非常に薄い板状又は膜状の蓋１０６が密着される。この蓋１０６は、反応チャンバ１０４の底壁を構成する。従って、反応チャンバ１０４は、基板１０２により構成される天壁と側壁、並びに蓋１０６により構成される底壁によって画成される。蓋１０６は、反応チャンバ１０４の底壁であるだけでなく、以下に説明するように、熱電変換デバイス１０８の熱入出力面も提供する。すなわち、反応チャンバ１０４の下方に、反応チャンバ１０４の温度を制御するための熱電変換デバイス１０８が配置される。この熱電変換デバイス１０８の下方に、熱電変換デバイス１０８から放出された熱を外へ逃がすための放熱板１１０が配置される。
【００２２】
熱電変換デバイス１０８は、ペルチェ効果を利用した熱ポンプである。ここで、ペルチェ効果を利用した熱電変換デバイスの典型的な基本的構成と作用は、よく知られているように次の通りである。すなわち、複数の熱電変換素子、典型的には複数のN型半導体小片と複数のP型半導体小片、が平面的に配列され且つ電気的に直列接続され、そして、この熱電変換素子の直列接続行列が両側から絶縁体層で挟まれる。両側の絶縁体層で挟まれた熱電変換素子の直列接続行列に一方向に電流を流すと、一方の絶縁体層の外面で熱が吸収され、他方の絶縁体層の外面で熱が放出される。逆方向に電流を流すと、上記とは逆側の面でそれぞれ熱の吸収と放出が行なわれる。このように、熱電変換デバイスの両側の絶縁体層の外面が、熱電変換デバイスの熱入出力面を提供する。
【００２３】
さて、図１に示された熱電変換デバイス１０８も、上述した典型的な基本的構成を有している。しかし、ここで注目すべき一つの点は、熱電変換デバイス１０８の上側の絶縁層が、反応チャンバ１０４の底壁である蓋１０６と一体化されている点、より具体的には、上側の絶縁層が反応チャンバ１０４の底壁（蓋）１０６そのものにより構成される点である。すなわち、絶縁材料製である蓋１０６の下面に、銅またはアルミニウムなどの導電材料製の複数の電極１１６が接合または接着される。これらの電極１１６は、例えば蓋１０６の下面上に積層形成された金属箔をパターンエッチングするなどの方法で形成することができる。これらの電極１１６に、平面的に配列された複数の熱電変換素子（例えばN型半導体小片１１２とP型半導体小片１１４）の上面が接合される。このように、熱電変換デバイス１０８の上側の絶縁層と反応デバイス１０４の底壁とが一体化され、熱電変換デバイス１０８の上側の熱入出力面そのものが、反応チャンバ１０４の底面を構成する。そのため、熱電変換デバイス１０８と反応チャンバ１０４との間の熱抵抗は非常に小さい。
【００２４】
また、熱電変換デバイス１０８の下側の絶縁層は、非常に薄く作られ且つ放熱板１１０と直接的に（つまり、間に何も介することなく）密着接合している。すなわち、放熱板１１０は例えばアルミニウムのような熱伝導率の高い材料製である。この放熱板１１０の上面に、例えばセラミックスのような絶縁材料製の絶縁薄膜１２０が、例えばアルマイト処理や、溶射やスパッタリングなどの薄膜形成方法により形成される。この絶縁薄膜１２０の厚さは、蓋１０６やその他の部品の厚さに比較して問題にならない程度に薄く、よって、その熱抵抗も、それら他の部品の熱抵抗に比較して無視できる程度に小さい。この絶縁薄膜１２０の上面に、銅またはアルミニウムなどの導電材料製の複数の電極１１８が接合または接着される。これらの電極１１８も、例えば絶縁薄膜１２０の上面上に積層形成された金属箔をパターンエッチングするなどの方法で形成することができる。これらの電極１１８に、平面的に配列された複数のN型半導体小片１１２とP型半導体小片１１４の下面が接合される。なお、参照番号１２２は、熱電変換デバイス１０８に電流を流すための配線を示す。このように、熱電変換デバイス１０８の下側の絶縁層が非常に薄く且つ放熱板１１０と直接的に密着接合しているので、熱電変換デバイス１０８と放熱板１１０との間の熱抵抗も非常に小さい。
【００２５】
ところで、基板１０２内に複数の反応チャンバ１０４がある場合には、それらの反応チャンバ１０４の各々の下に上述した構造の熱電変換デバイス１０８が少なくとも１つずつ配置されることになる。反応チャンバ１０４の平面形状には任意の形状が採用し得るが、熱電変換デバイス１０８の平面形状も、そのようなは反応チャンバ１０４の平面形状に合わせた任意の形状とすることができる。また、熱電変換素子１１２、１１４の形成方法としては、予め成形された固体の熱電変換素子１１２、１１４を電極１１６、１１８に半田付けなどの方法で冶金的に接合するという方法や、あるいは、ペースト状の熱電変換素子材料をシルクスクリーン等で電極１１６または１１８上に印刷した後にそれを焼結するという方法などが採用できる。
【００２６】
反応チャンバ１０４の底面（蓋１０６の上面）の中央部には、温度センサ１２４が配置され、温度センサ１２４の配線１２６は、蓋１０６の上面を這って基板１０２外へ延び出る。温度センサ１２４は、例えば、異なる種類の金属の配線１２６を先端部で接合させてなる熱電対である。変形例として、温度センサ１２４は反応チャンバ１０４の底壁（蓋）１０６の厚み内部に埋め込まれても良い。
【００２７】
以上のように構成されたマイクロチップ１００では、反応チャンバ１０４と熱電モジュール１０８との間の熱抵抗が非常に小さいため、より高速に反応チャンバ１０４の温度を制御することが容易である。また、温度センサ１２４が、反応チャンバ１０４内に配置されるため、反応チャンバ１０４の温度をより正確に測定することができ、それにより、より正確に反応チャンバ１０４の温度を制御することが容易である。
【００２８】
図２は、本発明の第２の実施形態にかかるマイクロチップの断面構造を示す。ところで、前述した第1の実施形態、及びこれから述べる第２の実施形態、加えて、後続の他の実施形態において、基本的に同様の役割をもつ構成要素については、同一の参照番号を付して重複した説明を省略する。
【００２９】
図２に示されるマイクロチップ２００における、図1に示したマイクロチップ１００と異なる部分の一つは、熱電変換デバイス２０２の構造、特に、反応チャンバ１０４と熱的に結合する上側の絶縁層の構造にある。また、温度センサ２０６の構造も、図1に示したマイクロチップ１００とは異なる。
【００３０】
すなわち、図２に示されるマイクロチップ２００では、熱電変換デバイス２０２は、既に説明したような典型的な基本的構造を有するのであるが、しかし、その上側の絶縁層は、図１に示されたような反応チャンバ１０４の底壁である絶縁材料製の蓋１０６により構成されるのではなく、その蓋１０６の下面に接着または接合された熱伝導板２０４に直接的に（つまり、間に何も介することなく）密着接合された例えばセラミックスのような絶縁材料製の絶縁薄膜２０５により構成される。ここで、熱伝導板２０４は、例えば銅のような熱伝導率の高い金属製の薄板又は薄膜であり、蓋１０６の下面に熱伝導率の高い接着剤で接着されるか、或いは、蓋１０６の下面に直接的に積層形成された金属箔をパターンエッチングするなどの方法で形成される。また、絶縁薄膜２０５は、放熱板１１０上の絶縁薄膜２０５と同様、熱伝導板２０４の下面に、例えば溶射やスパッタリングなどの薄膜形成方法により形成される。
【００３１】
また、温度センサ２０６は、熱源たる熱電変換デバイス２０２と温度測定対象たる反応チャンバ１０４との間に介在する熱伝導板２０４それ自体を熱電対の一方の金属として利用した熱電対である。すなわち、温度センサ２０６は、熱伝導板２０４の適当な箇所（図２に示す例では熱伝導板２０４の端縁部）に、熱伝導板２０４とは異なる金属製の電線（例えば、熱伝導板２０４が銅である場合、コンスタンタンの線）の先端部を例えば溶接などの冶金的方法で接合することにより構成される。なお、図中の参照番号２０８は、温度センサ２０６の２本の配線、すなわち、上述した例えばコンスタンタン製の電線と熱伝導板２０４側の例えば銅製の電線（いずれも被覆電線である）を示す。
【００３２】
図３A〜図３Cは、図２に示したマイクロチップ２００で採用可能な温度センサ２０６の構造のバリエーションを示す。
【００３３】
図３Aに示す温度センサ（熱電対）２０６の例は、図２に例示された構造であり、熱伝導板２０４の端縁部に、異なる金属の電線２０８Aの末端部を例えば溶接などの冶金的方法で接合したものである。参照番号２０８Bは、この温度センサ（熱電対）２０６の熱伝導板２０４側の電線を示す。図３Bに示す温度センサ（熱電対）２０６の例は、熱伝導板２０４の表面の適当箇所（例えば、反応チャンバ１０４の平面領域の中央に対応する箇所）に凹部２０４Aを形成し、その凹部２０４Aの底面に、異なる金属の電線２０８の末端を溶接ししたものである。図３Bに示す温度センサ２０６は、凹部２０４A内に収容され、熱伝導板２０４の表面より外へ突出しない。また、図３Cに示す温度センサ２０６は、図３Bに示した構成に加え、熱伝導板２０４の表面に凹部２０４Aから端縁部まで延びる溝２０４Bを形成し、その溝２０４B内に電線２０８Aを収容して、熱伝導板２０４の表面より外へ突出しないようにしたものである。
【００３４】
以上の構成を持つ第２の実施形態にかかるマイクロチップ２００によれば、熱電変換デバイス２０２の一方の熱入出力面を提供する上側の絶縁層が、反応チャンバ１０４の底壁（蓋）１０６の下面に接着または接合された熱伝導板２０４に直接的に密着接合された絶縁薄膜２０５により構成される。この絶縁薄膜２０５は非常に薄く形成することができ、その熱抵抗を非常にちいさくすることがでる。加えて、温度センサ２０６として、熱伝導板２０４そのものを熱電対の一方の金属として利用した熱電対が採用されるため、従来のように熱伝導板の内部に穴を開けて別部品としての温度センサを挿入する構造と比較して、熱伝導板２０４の厚さをずっと薄くすることができ、その熱容量と熱抵抗をかなり小さくすることができる。また、熱伝導板２０４に加えなければならない加工も、従来より小規模で済むので、熱伝導板２０４の熱抵抗の面での分布がより均一となる。従って、熱電変換デバイス２０２と反応チャンバ１０４との間の熱抵抗が従来より小さく且つ均一であり、また、反応チャンバ１０４の温度の測定精度も向上する。その結果、反応チャンバ１０４の温度をより高速且つ正確に制御することが容易である。
【００３５】
図４は、本発明の第３の実施形態にかかるマイクロチップの断面構造を示す。
【００３６】
図４に示されるマイクロチップ３００は、熱電変換デバイス３０２の構造、特に、両側の絶縁層の構造において、前述した図1及び図２に示したマイクロチップ１００，２００と異なる。また、温度センサ２０６の配線２０８を外へ引き出すための構造にも、図1、２に示したマイクロチップ１００、２００とは若干異なる特徴がある。
【００３７】
すなわち、図４に示されるように、熱電変換デバイス３０２は、既に説明したような典型的な基本的構造を有するのであるが、しかし、その上側の絶縁層は、反応チャンバ１０４の底壁（蓋）１０６の下面に接着または接合された熱伝導板２０４の下面に直接的に（つまり、間に何も介することなく）密着接合された、例えばポリイミドのような自ら接着能（例えば、ある温度以上に加熱すると接着能を発揮する）を持つ可撓性の絶縁材料製の絶縁膜３０４により構成される。この絶縁膜３０４は、熱伝導板２０４の下面の全領域だけでなく、熱伝導板２０４の外側の蓋１０６の下面の領域も覆っている。また、熱電変換デバイス３０２の下側の絶縁層は、放熱板１１０の上面に直接的に密着接合された、例えばポリイミドのような自ら接着能を持つ可撓性の絶縁材料製の絶縁膜３０６により構成される。絶縁膜３０６の上面には、熱電変換デバイス３０２に電流を供給するためのプリント配線１２２が、例えば絶縁膜３０６上に積層された金属箔のパターンエッチングなどの方法で形成されている。
【００３８】
温度センサ２０６は、熱伝導板２０４それ自体を熱電対の一方の金属として利用した熱電対である。図４に示され温度センサ２０６の例では、図３Cに例示された構造が採用されるが、代わりに図３Aまたは図３Bに示された構造を採用することもできる。この温度センサ２０６の配線２０８は、熱伝導板２０４の外側へ出てから、絶縁膜３０４を貫通して絶縁膜３０４の下面に出て、そこで、絶縁膜３０４の下面上のプリント配線３０８の一つに接続される。ここで、このプリント配線３０８は、例えば絶縁膜３０４上に積層形成された金属箔のパターンエッチングにより形成されたものであり、そのパターン形状には、下側の絶縁膜３０６上の熱電変換デバイス３０２用のプリント配線パターン１２２と同じものを採用することができる。換言すれば、熱電変換デバイス３０２の上側と下側の絶縁膜３０４と３０６のいずれにも、基本的に同じパターン形状のプリント配線３０８、１２２を表面に有する絶縁膜を用いることができる。
【００３９】
図５は、絶縁膜３０４（３０６）の表面のプリント配線３０８（１２２）の一例を示す。
【００４０】
図５に示した例は、８個の反応チャンバ１０４を有するマイクロチップ３００用のものであり、それら８個の反応チャンバ１０４にそれぞれ対応する位置に配置された８個の領域３１０の各々には、各反応チャンバ１０４に対応した熱電変換デバイス３０２のもつ複数の電極１１６（１１８）（図５では図示省略）が配列されることになる。因みに、それらの電極１１６（１１８）は、絶縁膜３０４（３０６）とは別の金属箔として用意されて、絶縁膜３０４（３０６）のもつ接着能を利用して絶縁膜３０４（３０６）に接着されてもよいし、あるいは、プリント配線３０８（１２２）と同様に例えば絶縁膜３０４（３０６）上に積層形成された金属箔のパターンエッチングの方法で絶縁膜３０４（３０６）と一体的に形成されてもよい。
【００４１】
図５に示すように、プリント配線３０８（１２２）は、熱電変換デバイス３０２毎に少なくとも２本存在する。そして、下側の絶縁膜３０６の場合には、熱電変換デバイス３０２毎の２本のプリント配線１２２は、熱電変換デバイス３０２への電流の入力線と出力線として使用される。一方、上側の絶縁膜３０４の場合には、熱電変換デバイス３０２毎の２本のプリント配線３０８の一方または双方は、温度センサ２０６の一方の配線２０８B（図３A〜図３Cを参照）として使用され、そして、そこには、温度センサの他方の配線２０８Aである異種金属の線（図５には図示されていない）が接合される。
【００４２】
以上の構成をもつマイクロチップ３００によれば、熱電変換デバイス３０２の上側の熱入出力面を提供する絶縁膜３０４が、反応チャンバ１０４の底壁（蓋）１０６に接着または接合された熱伝導板２０４に直接的に密着接合されている。また、熱伝導板２０４そのものを熱電対の一方の金属として利用した熱電対が温度センサ２０６として採用されているから、熱伝導板２０４を薄く形成することができ、また、その熱抵抗の面分布もより均一化され得る。従って、熱電変換デバイス３０２と反応チャンバ１０４との間の熱抵抗をより小さくすることができる。さらに、温度センサ２０６による反応チャンバ１０４の温度の測定精度をより高くすることができる。さらに、熱電変換デバイス３０２の下側の熱入出力面を提供する絶縁膜３０６が、放熱板１１０に直接的に密着接合されているから、熱電変換デバイス３０２と放熱板１１０との間の熱抵抗もより小さくすることができる。その結果、反応チャンバ１０４の温度をより高速且つ正確に制御することが容易である。
【００４３】
図６は、本発明の第４の実施形態にかかるマイクロチップの断面構造を示す。
【００４４】
図６に示されるマイクロチップ４００は、熱電変換デバイス４０２の構造、特に、両側の絶縁層の構造において、前述した図1、図２及び図３に示したマイクロチップ１００、２００、３００と異なる。すなわち、図６に示されるように、熱電変換デバイス４０２の上側と下側の絶縁層は、いずれも、例えばセラミックのような固体材料製の絶縁板であり、それぞれ、反応チャンバ１０４の底壁（蓋）１０６の下面と、放熱板１１０の上面に、例えば熱伝導性摂津薬剤または半田などを介して接着または接合される。
【００４５】
また、温度センサ２０６には、図３A〜図３Cに例示されたような、熱伝導板２０４を熱電対の一方の金属として使用した熱電対が採用される。
【００４６】
このマイクロチップ４００によれば、温度センサ２０６として、熱伝導板２０４を熱電対の一方の金属として使用した熱電対が採用されるので、熱伝導板２０４を薄く形成することができ、また、その熱抵抗の面分布もより均一化され得る。よって、熱電変換デバイス３０２と反応チャンバ１０４との間の熱抵抗をより小さくすることができ、その結果、反応チャンバ１０４の温度をより高速且つ正確に制御することが容易である。
【００４７】
図７は、本発明の第５の実施形態にかかるマイクロチップの断面構造を示す。
【００４８】
図７に示されるマイクロチップ５００は、図２に示されたマイクロチップ２００と大部分において同じ構造を有するが、温度センサ２０６が設けられた位置において、図２に示されたマイクロチップ２００と異なる。すなわち、温度センサ２０６である熱電対の一方の金属を構成する熱伝導板２０４が、熱電変換デバイス２０２の熱ポンプ作用を発揮する領域（すなわち、熱電変換素子１１２、１１４の配列が存在する領域）より外側へ或る程度離れた位置まで延びた部分を有しており、そして、この熱伝導板２０４の上記延びた部分における上記熱ポンプ作用を発揮する領域から所定距離５１２だけ離れた位置に、温度センサ２０６が配置されている。
【００４９】
ここで、上記所定距離５１２つまり温度センサ２０６の位置は、温度センサ２０６と熱電変換デバイス２０２との間の実質的な熱抵抗値が、反応チャンバ１０４内の代表位置（例えば中央位置）５０４と熱電変換デバイス２０２との間の実質的な熱抵抗値と略等しくなるように選ばれている。それにより、温度センサ２０６が反応チャンバ１０４の外に配置されていても、反応チャンバ１０４内部の温度により近い温度を測定することができる。よって、反応チャンバ１０４の温度をより正確に制御することが容易である。なお、このように温度センサ２０６の位置を選ぶことは、図４や図６に示したマイクロチップ３００や４００においても、採用することができる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。例えば、上述したような、反応チャンバと熱電変換素子との間の熱伝導板２０４を利用した温度センサに代えて、またはこれと併用して、熱電変換デバイス内の熱電変換素子同士を接続する電極（反応チャンバ側の電極）１１６に、これとは別種類の金属の配線を接合した熱電対を用いた温度センサを採用してもよい。このような構成の温度センサは、図１に示したような熱伝導板のないマイクロチップにも採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第1の実施形態にかかるマイクロチップの断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態にかかるマイクロチップの断面図。
【図３】図２に示したマイクロチップ２００で採用可能な温度センサ２０６の構造のバリエーションを示す断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態にかかるマイクロチップの断面図。
【図５】図４のマイクロチップで採用できる絶縁層の表面のプリント配線の例を示す平面図。
【図６】本発明の第４の実施形態にかかるマイクロチップの断面図。
【図７】本発明の第５の実施形態にかかるマイクロチップの断面図。
【符号の説明】
【００５２】
１００，２００，３００，４００，５００  マイクロチップ
１０２  基板
１０４  反応チャンバ
１０６  反応チャンバの底壁（蓋）
１０８，２０２，３０２，４０２，５０２  熱電変換デバイス
１１０  放熱板
１１２，１１４  熱電変換素子（N形半導体小片とP型半導体小片）
１１６，１１８  電極
１２０，２０５  絶縁薄膜
１２２  熱電変換デバイスの配線
１２４，２０６  温度センサ
１２６，２０８  温度センサの配線
２０４  熱伝導板
３０４，３０６  絶縁層
３０８  プリント配線
【図１】
2007209885.tif 000003
【図２】
2007209885.tif 000004
【図３】
2007209885.tif 000005
【図４】
2007209885.tif 000006
【図５】
2007209885.tif 000007
【図６】
2007209885.tif 000008
【図７】
2007209885.tif 000009