(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主表面側にイオン感応部を有するセンサチップと、イオン感応部の大きさと少なくとも同等の大きさの開口を有し、平面視においてイオン感応部を囲むように設けられた枠体と、半導体基板の他方の表面側と当接してセンサチップを支持する支持体と、イオン感応部を除いたセンサチップ及び支持体を封止する封止樹脂体とを備えた半導体イオンセンサにおいて、
前記封止樹脂体を、イオン感応部を除いたセンサチップ及び支持体に覆うように金型成形を用いて設けたことを特徴とする半導体イオンセンサ。
【請求項２】
前記センサチップに外部からの応力に対して弾性を有する緩衝部材を設けた請求項１記載の半導体イオンセンサ。
【請求項３】
前記緩衝部材を、センサチップと枠体との間に配設した請求項２記載の半導体イオンセンサ。
【請求項４】
前記緩衝部材を、センサチップと支持体との間に配設した請求項２又は３記載の半導体イオンセンサ。
【請求項５】
前記支持体は、リードフレームにて形成されている請求項１乃至４いずれかに記載の半導体イオンセンサ。
【請求項６】
前記リードフレームは、センサチップと外部とを電気的に接続するリード及びセンサチップを載置するアイランドで構成される第１のリードフレームと、イオン感応部を露出する開口を有した枠部とそれを支持する支持脚で構成される第２のリードフレームとで構成されている請求項５記載の半導体イオンセンサ。
【請求項７】
前記リードフレームは、センサチップを載置するアイランドで構成される第３のリードフレームと、イオン感応部を露出する開口を有した枠部及び枠部を支持してセンサチップと外部とを電気的に接続する支持脚で構成される第４のリードフレームとで構成されている請求項５記載の半導体イオンセンサ。
【請求項８】
前記リードフレームの、少なくとも枠部に金メッキが施されている請求項６又は７記載の半導体イオンセンサ。
【請求項９】
半導体基板の主表面側にイオン感応部を有するセンサチップと、イオン感応部の大きさと少なくとも同等の大きさの開口を有し、平面視においてイオン感応部を囲むように設けられた枠体と、半導体基板の従表面側と当設してセンサチップを支持する支持体と、イオン感応部を除いたセンサチップ及び支持体を封止する封止樹脂体とを備えた半導体イオンセンサにおいて、
枠体の開口面に成形金型の所定の一部を当接させることにより開口部を塞ぎ、金型成形にて樹脂封止することを特徴とする半導体イオンセンサの製造方法。
【請求項１０】
外部からの応力を緩和する緩衝部材を介してセンサチップの所定の位置に枠体及び支持体を配設する請求項９記載の半導体イオンセンサの製造方法。
【請求項１１】
前記成形金型が枠体と密接するように、少なくともイオン感応部を設けた位置に相当する支持体の裏面側を支持する請求項９又は１０記載の半導体イオンセンサの製造方法。
【請求項１２】
支持体の裏面側の支持跡を樹脂封止する請求項１１記載の半導体イオンセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオンセンサに関し、特に、溶液中での成分検出を行う電界効果型の半導体イオンセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶液（被測定液）中の成分、例えば、イオン濃度などを検出するために用いられる半導体イオンセンサとして、ＩＳＦＥＴ（Ｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と呼ばれる半導体イオンセンサが提供されている。この種の半導体イオンセンサは、電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のゲート電極に相当する部位を、特定のイオン成分に感応して、その濃度に応じた表面電位を生じさせるイオン感応部に転換したものであり、イオン感応部と溶液との界面に生じる電界の変化に応じて半導体表面近傍のコンダクタンスが変化することを利用して、溶液中の特定イオン成分のイオン濃度などを検出すること、更に詳しくは、溶液中の特定イオン成分を定性的、定量的に分析することができる。
【０００３】
その具体的なものとしては、図８に示されている構造のものが知られている。このものは、センサチップ１１０と、支持体１２０と、金属細線１３０と、封止樹脂体１４０を主要構成要素としている。
【０００４】
センサチップ１１０は、検出したイオン濃度を電気信号に変換するものであり、ｐ型の半導体基板の表面（図４の上方向）にｎ＋層よりなるドレイン領域１１１とソース領域１１２を離間して形成し、両領域間１１１，１１２のチャネル領域１１３上に当接する部位を薄膜化したシリコン酸化膜よりなる絶縁膜（図示せず）と、薄膜化した絶縁膜上面にシリコン窒化膜からなるイオン感応部１１４をそれぞれ形成したものである。また、ドレイン領域１１１及びソース領域１１２には配線抵抗１１５，１１５が連設され、電極１１６，１１６と電気的に接続されている。
【０００５】
支持体１２０は、センサチップ１１０を固定するとともに外部と信号の授受をするための導電路１２１を擁したものであり、例えば、ガラスエポキシ材からなるプリント配線基板等により形成されている。そして、センサチップ１１０を、例えば、接着剤等により支持体１２０の導電路１２１が形成されている面側に固着している。
【０００６】
金属細線１３０は、センサチップ１１０と導電路１２１とを電気的に接続するためのものであり、例えば、金等により構成されている。また、このものは、例えば、超音波熱圧着併用法等を用いて電極１１６と導電路１２１とに接続されている。
【０００７】
封止樹脂体１４０は、センサチップ１１０と金属細線１３０とを水分及び異物並びに衝撃から保護するものであり、例えば、シリコーン樹脂等の合成樹脂で構成されている。また、このものは、イオン感応部１１４のみを露出して、センサチップ１１０のそれ以外の部位及び金属細線１３０を覆うように設けられている。
【０００８】
この半導体イオンセンサによると、イオン感応部１１４がイオン成分濃度に応じてチャネル領域１１３のコンダクタンスを変化させる。つまり、このコンダクタンスの変化を電気信号の変化として出力するようにすれば、溶液中の被検出対象のイオン濃度を電気的な物理量として検出できるのである。また、イオン感応部１１４以外の部位は、シリコーン樹脂等の封止樹脂体１４０により封止しているので、溶液中に浸漬しても電極１１６等を腐食し難くすることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような半導体イオンセンサにおいて、その封止樹脂体１４０は、塗布する際の温度や湿度、さらには放置時間によって粘度が変化するため、塗布後の形状が不安定に成り易いという懸念がある。また、このような状態になると、封止樹脂体１４０がイオン感応部１１４上に流れ込んでしまい、最悪の場合、半導体イオンセンサのイオンセンシング機能が損なわれてしまう可能性がある。また、このような懸念点を解決するためには、恒温恒湿の環境と精密に塗布量を制御する、例えば、計量塗布装置等の装置が必要となり、製造工程が繁雑になるという問題が生じる恐れがある。
【００１０】
本発明は、上記の点を鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、イオンセンシング機能の低下を招くことなく製造工程の簡略性を向上させた半導体イオンセンサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の半導体イオンセンサは、半導体基板の主表面側にイオン感応部を有するセンサチップと、イオン感応部の大きさと少なくとも同等の大きさの開口を有し、平面視においてイオン感応部を囲むように設けられた枠体と、半導体基板の他方の表面側と当接してセンサチップを支持する支持体と、イオン感応部を除いたセンサチップ及び支持体を封止する封止樹脂体とを備えた半導体イオンセンサにおいて、前記封止樹脂体を、イオン感応部を除いたセンサチップ及び支持体に覆うように金型成形を用いて設けたことを特徴としている。
【００１２】
請求項２に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項１記載の構成において、前記センサチップに外部からの応力に対して弾性を有する緩衝部材を設けたものとしている。
【００１３】
請求項３に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項２記載の構成において、前記緩衝部材を、センサチップと枠体との間に配設したものとしている。
【００１４】
請求項４に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項２又は３記載の構成において、前記緩衝部材を、センサチップと支持体との間に配設したものとしている。
【００１５】
請求項５に係る半導体イオンセンサは、請求項１乃至４記載のいずれかの構成において、前記支持体を、リードフレームにて形成したものとしている。
【００１６】
請求項６に係る半導体イオンセンサは、請求項５記載の構成において、リードフレームを、センサチップと外部とを電気的に接続するリード及びセンサチップを載置するアイランドで構成される第１のリードフレームと、イオン感応部を露出する開口を有した枠部とそれを支持する支持脚で構成される第２のリードフレームとで構成したものとしている。
【００１７】
請求項７に係る半導体イオンセンサは、請求項５記載の構成において、リードフレームを、センサチップを載置するアイランドで構成される第３のリードフレームと、イオン感応部を露出する開口を有した枠部及び枠部を支持してセンサチップと外部とを電気的に接続する支持脚で構成される第４のリードフレームとで構成したものとしている。
【００１８】
請求項８に係る半導体イオンセンサは、請求項６又は７記載の構成において、前記リードフレームの、少なくとも枠部に金メッキを施したものとしている。
【００１９】
請求項９に係る半導体イオンセンサの製造方法は、半導体基板の主表面側にイオン感応部を有するセンサチップと、イオン感応部の大きさと同等若しくはより大きい開口を有し、平面視においてイオン感応部を囲むように設けられた枠体と、半導体基板の従表面側と当設してセンサチップを支持する支持体と、イオン感応部を除いたセンサチップ及び支持体を封止する封止樹脂体とを備えた半導体イオンセンサにおいて、枠体の開口面に成形金型の所定の一部を当接させることにより開口部を塞ぎ、金型成形にて樹脂封止することを特徴としている。
【００２０】
請求項１０に係る半導体イオンセンサの製造方法は、請求項９記載の方法において、外部からの応力を緩和する緩衝部材を介してセンサチップの所定の位置に枠体及び支持体を配設することとしている。
【００２１】
請求項１１に係る半導体イオンセンサの製造方法は、請求項９又は１０記載の方法において、前記成形金型が枠体と密接するように、少なくともイオン感応部を設けた位置に相当する支持体の裏面側を支持することとしている。
【００２２】
請求項１２に係る半導体イオンセンサの製造方法は、請求項１１記載の方法において、支持体の裏面側の支持跡を樹脂封止することとしている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体イオンセンサを示すものであり、（ａ）はその断面図を、（ｂ）はその平面図である。また、図４は、第１のリードフレームを示す平面図である。また、図８は、本発明の第１の実施形態に係る半導体イオンセンサの製造方法を示すものである。
【００２５】
この半導体イオンセンサは、センサチップ１と、枠体２と、支持体３と、封止樹脂体４と、緩衝部材５とを主要構成要素とするものである。
【００２６】
センサチップ１は、検出したイオン濃度を電気信号に変換するものであり、略四角状のｐ型半導体基板の表面（図１の上方向）にｎ＋層からなるドレイン領域１１とソース領域１２と両領域間１１，１２にチャネル領域１３を形成している。また、ドレイン領域１１及びソース領域１２には配線抵抗１５，１５が連設され、電極１６，１６と電気的に接続されている。そして、ｐ型半導体基板上には、チャネル領域１３と当接する部位を薄膜化したシリコン酸化膜よりなる絶縁膜（図示せず）が形成され、さらに、チャネル領域上の絶縁膜上面にはシリコン窒化膜よりなるイオン感応部１４が形成されている。
【００２７】
枠体２は、樹脂封止の際に、後述する封止樹脂体４がイオン感応部１４に浸入して表面が覆い隠されるのを防止するものであり、例えば、エポキシ樹脂やフッ素樹脂等の高分子材料にて形成されている。その形状は、平面視において略円形の枠状であり、その開口部２１は、イオン感応部１４の大きさと少なくとも同等の大きさに形成している。また、このものは、平面視において後述する第１の緩衝部材５ａを介してイオン感応部１４を囲むようにセンサチップ１上に設けられており、シリコーン樹脂（図示せず）にて固着されている。
【００２８】
支持体３は、センサチップ１を固定するとともに外部と信号の授受をするための導電路を擁したものであり、例えば、銅合金や鉄ニッケル合金等からなる第１のリードフレーム３１にて形成している。このものは、リード３１ａと、アイランド３１ｂとを備えており、このうち、リード３１ａは、センサチップ１からの信号を外部に授受するための導電路であり、また、このものは、平面視において略四角形をした棒状である。また、このものは、センサチップ１の電極１６と、例えば、金等を用いた金属細線６により、例えば、超音波熱圧着併用法等を用いて電気的に接続されている。アイランド３１ｂは、センサチップ１を搭載して固定するためのものであり、平面視において略四角形をした平板である。また、このものとセンサチップ１とは、後述する第２の緩衝部材５ｂを介してシリコーン樹脂（図示せず）にてそれぞれが固着されている。また、第１のリードフレーム３１の送りしろ部３１ｃには、第２の実施形態で詳述する第２のリードフレーム３２との位置あわせの際に使用する円形の合わせマーク３１ｄが形成されている。
【００２９】
封止樹脂体４は、センサチップ１と金属細線６とを水分及び異物並びに衝撃から保護するものであり、例えば、エポキシ樹脂等の合成樹脂で構成されている。また、このものは、イオン感応部１４と、イオン感応部１４を設けた位置に相当するアイランド３１ｂの裏面側（支持部４１）のみを露出して、それ以外のセンサチップ１及び支持体３を覆うように封止するように設けられている。
【００３０】
緩衝部材５は、樹脂封止の際に枠体２やアイランド３１ｂを介してセンサチップ１に掛かる応力を緩和するものであり、例えば、シリコーンゴム等の弾性を有する樹脂にて構成している。その形状は、第１の緩衝部材５ａについては枠体２と、緩衝部材５ｂについてはセンサチップ１と同じ形状（第１の緩衝部材５ａは略円形、第２の緩衝部材５ｂは略四角形）をしている。また、平面視における大きさは、第１の緩衝部材５ａについては、枠体２より小さく、第２の緩衝部材５ｂについては、センサチップと同等の大きさに形成している。また、このものは、センサチップ１や枠体２やアイランド３１ｂと、例えば、シリコーン樹脂（図示せず）にて接着されている。
【００３１】
次に、その製造方法について説明する。
【００３２】
まず、第１のリードフレーム３１のアイランド３１ｂに、シリコーン樹脂（図示せず）を介して第２の緩衝部材５ｂを接着する。この際、シリコーン樹脂は、アイランド３１ｂと第２の緩衝部材５ｂａのどちらに塗布してもかまわない。同様に、第２の緩衝部材５ｂの上面（図８の上方向）に同じくシリコーン樹脂（図示せず）を介してセンサチップ１を接着する。このときも、シリコーン樹脂は、第２の緩衝部材５ｂとセンサチップ１のどちらに塗布してもかまわない（図８（ａ））。次いで、シリコーン樹脂を１５０℃の温度下で硬化し、センサチップ１の電極１６とリード３１ａとを金属細線６にてワイヤボンドして電気的に接続する（図８（ｂ））。次いで、センサチップ１のイオン感応部１４を囲むようにシリコーン樹脂（図示せず）を介して第１の緩衝部材５ａを接着し、さらに、その上面に同じくシリコーン樹脂（図示せず）を介して枠体２を接着する。このときも、シリコーン樹脂は、第１の緩衝部材５ａとセンサチップ１と枠体２のいずれに塗布してもかまわない（図８（ｃ））。次いで、１５０℃の温度下でシリコーン樹脂を硬化後、成型金型７にて第１のリードフレーム３１にマウントされたセンサチップ１を固定する。この際、成型金型７の任意の部位が、枠体２と、イオン感応部１４を設けた位置に相当するアイランド３１ｂの下面側（図８の下方向）とを挟持するようにセンサチップ１を設置する（図８（ｄ））。そして、成型金型７内にエポキシ樹脂からなる封止樹脂体４を充填してイオン感応部１４を除くすべての部位を封止樹脂体４で覆い隠す（図８（ｅ））。最後に、封止樹脂体４が硬化した後、アイランド３１ｂの下面側に形成された凹状の支持部４１に、再度、封止樹脂体４を埋入し、第１のリードフレーム３１の送りしろ部３１ｃからリード３１ａを切断して半導体イオンセンサを完成させる（図８（ｆ））。
【００３３】
したがって、以上説明した実施形態に係る半導体イオンセンサによると、封止樹脂体４を金型成形を用いてイオン感応部１４を除いたセンサチップ１及び支持体３を覆うことにより、封止樹脂体４を充填した際に、封止樹脂体４は、イオン感応部１４を囲む枠体２によりイオン感応部１４への浸入を阻まれるので、封止する際の温度や湿度、さらには放置時間による粘度変化に起因する封止後の形状を考慮することが無くなり、イオンセンシング機能の低下を招くことなく製造工程の簡略性を向上させることができる。また、センサチップ１に外部からの応力に対して弾性を有する緩衝部材５を、センサチップ１と枠体２との間及びセンサチップ１とアイランド３１ｂとの間に設けることにより、封止の際に、成形金型７でセンサチップ１を固定するために応力を加えた際に、緩衝部材５は弾性変形して衝撃を吸収するので、センサチップ１に伝わる応力を緩和できるようになり、センサチップ１の破損を低減することができる。また、支持体３を、第１のリードフレーム３１にて形成することにより、支持体３自身の大きさを小さくすることができるので、センサチップ１と支持体３とを封止する樹脂量を少なくできるようになり、半導体イオンセンサの形状を小型化することができる。
【００３４】
なお、イオン感応部１４は、シリコン窒化膜からなるものに限定されるものではなく、例えば、五酸化二タンタル膜や酸化アルミニウム膜等でもよい。また、イオン感応部１４は、センシングするイオンに応じて選択されるもので、上記の他にも有機膜等が存在する。
【００３５】
また、枠体２の形状は、略円形に限定されるものではなく、例えば、略四角形でもよく、平面視において開口部２１がイオン感応部１４と少なくとも同じ大きさあれば形状は限定されない。また、その材料についても、エポキシ樹脂やフッ素樹脂等の高分子材料に限定されるものではなく、例えば、ステンレス等の金属材料やシリコン等の半導体を用いてもよい。
【００３６】
また、支持体３は、第１のリードフレーム３１に限定されるものではなく、例えば導電路を有した樹脂基板やセラミック基板等でもよい。
【００３７】
また、緩衝部材５は、シリコーンゴム等に限定されるものではなく、弾性を有する部材であれば上記効果を得ることができる。また、このものは、予め枠体２やセンサチップ１と同じ形状に成形したものを使用する方法の他に、例えば、シリコーン樹脂等のように、硬化後に弾性を有する性質を有した樹脂を使用し、接着剤と兼用させてもよい。また、緩衝部材５ａの平面視における大きさは、少なくとも成形金型７が枠体２と当接する部位と同じ大きさであることが好ましい。また、緩衝部材５ａは、センサチップ１と枠体２との間に設けるものに限定されるものではなく、枠体２上に設けてもよい。
【００３８】
また、封止樹脂体４は、枠体２上面の開口部２１を除くすべてが隠れるまで塗布してもよい。
【００３９】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る半導体イオンセンサを示すものである。この実施形態の半導体イオンセンサは、枠体が支持体を構成する第２のフィードフレームにて形成されていることが第１の実施形態と異なるもので、他の構成要素は第１の実施形態のものと実質的に同一であるので説明を省略する。また、同一部材においては第１の実施形態と同一の番号を付す。
【００４０】
第２のリードフレーム３２は、第１の実施形態における枠体２と役割を同じにし、樹脂封止の際に、封止樹脂体４がイオン感応部１４に浸入して表面が覆い隠されるのを防止するものであるが、このものは、例えば、銅合金や鉄ニッケル合金等からなる枠部３２ｅと支持脚３２ｂで構成されている。枠部３２ｅは、平面視において、略四角形の平板をしており、その中央には略円形の開口部３２ｇが設けられている。その開口部３２ｇは、イオン感応部１４の大きさと少なくとも同じ大きさに形成したものである。また、この枠部３２ｅには、耐腐食性を確保するために金メッキが施されている。支持脚３２ｂは、平面視において略四角形をした棒状であり、リード３１ａと相対する枠部３２ｅの辺の両端からリード３１ａ方向に向かって延設されている。また、この支持脚３２ｂは、断面視において滑り台のように段違いに折れ曲がって形成されており、その折曲部３２ｆは、第２のリードフレーム３２の剛性や反発力を低減して支持脚３２ｂの形状を安定化させるために薄く形成されている。その段違いの高さは、枠部３２ｅを第１の緩衝部材５ａに固着させたときに、支持脚３２ｂがリード３１ａと同一平面上にあるように設定されている。また、送りしろ部３２ｃには、第１のリードフレーム３１との位置あわせの際に使用する円形の合わせマーク３２ｄが形成されている。
【００４１】
ところで、枠部３２ｅの下部には、第１の緩衝部材５ａが平面視においてイオン感応部１４を囲むようにセンサチップ１上に設けられており、シリコーン樹脂（図示せず）にて枠部３２ｅと第１の緩衝部材５ａが固着されている。
【００４２】
次に、その製造方法であるが、第１のリードフレーム３１に第２の緩衝部材５ｂを介してセンサチップ１を固着し、金属細線６をワイヤボンドした後に第１の緩衝部材５ａをセンサチップ１上に接着する工程までは、第１の実施形態と実質的に同様である。次いで、枠部３２ｅと支持脚３２ｂを構成する第２のリードフレーム３２を、支持脚３２ｂがリード３１ａと同一平面を形成するように第１の緩衝部材５ａにシリコーン樹脂にて接着する。この際、両リードフレーム３１，３２の送りしろ部３１ｃ、３２ｃにある合わせマーク３１ｄ、３２ｄを用いることにより、両リードフレーム３１，３２の相対位置精度を向上することができる。次いで、１５０℃の温度下でシリコーン樹脂を硬化後、成型金型７にて第１のリードフレーム３１にマウントされたセンサチップ１を固定する。この際、成型金型７の任意の部位が、枠部３２ｅとイオン感応部１４を設けた位置に相当するアイランド３１ｂの下面側とを挟持するようにセンサチップ１を設置する。そして、成型金型７内にエポキシ樹脂からなる封止樹脂体４を充填してイオン感応部１４を除くすべての部位を封止樹脂体４で覆い隠す。最後に、封止樹脂体４が硬化した後、アイランド３１ｂの下面側に形成された凹状の支持部４１に、再度、封止樹脂体４を埋入し、第１リードフレーム３１の送りしろ部３１ｃからリード３１ａと第２のリードフレーム３２の送りしろ部３２ｃから支持脚３２ｂを切断して半導体イオンセンサを完成させる。
【００４３】
したがって、以上説明した実施形態に係る半導体イオンセンサによると、封止樹脂体４を金型成形を用いてイオン感応部１４を除いたセンサチップ１及び支持体３を封止することにより、封止樹脂体４を充填した際に、封止樹脂体４は、イオン感応部１４を囲む枠部３２ｅによりイオン感応部１４への浸入を阻まれるので、塗布する際の温度や湿度、さらには放置時間による粘度変化に起因する塗布後の形状を考慮することが無くなりイオンセンシング機能の低下を招くことなく製造工程の簡略性を向上させることができる。また、センサチップ１に外部からの応力に対して弾性を有する緩衝部材５を、センサチップ１と枠部３２ｅとの間及びセンサチップ１とアイランド３１ｂとの間に設けることにより、封止の際に、成形金型７でセンサチップ１を固定するために応力を加えた際に、緩衝部材５は弾性変形して衝撃を吸収するので、センサチップ１に伝わる応力を緩和できるようになり、センサチップ１の破損を低減することができる。また、支持体３を、第１のリードフレーム３１と第２のリードフレーム３２にて形成することにより、支持体３自身の大きさを小さくすることができるので、センサチップ１と支持体３とを封止する樹脂量を少なくできるようになり、半導体イオンセンサの形状を小型化することができる。そして、両リードフレーム３１，３２の送りしろ部３１ｃ、３２ｃに設けられた合わせマーク３１ｄ，３２ｄにより第１のリードフレーム３１と第２のリードフレーム３２の合わせ精度が向上するので、枠部３２ｅの大きさを小さくすることができる。また、第２のリードフレーム３２の、少なくとも枠部３２ｅに金メッキを施すことにより、第２のリードフレーム３２の露出部が耐食性の高い金によって被覆されるので、第２のリードフレームの材料である、例えば、銅や鉄などの金属が溶液に直接触れなくなり、第２のリードフレームの耐腐食性を確保することができる。
【００４４】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る半導体イオンセンサを示すものである。この実施形態の半導体イオンセンサは、アイランドのみで構成されている第３のリードフレームと、枠部とリードで構成されている第４のリードフレームとで形成されていることが第２の実施形態と異なるもので、他の構成要素は第２の実施形態のものと実質的に同一であるので説明を省略する。また、同一部材においては第２の実施形態と同一の番号を付す。
【００４５】
第３のリードフレーム３３は、センサチップ１を搭載して固定するアイランド３３ｂで構成されており、例えば、銅合金や鉄ニッケル合金等にて形成している。その形状は、平面視において略四角形をした平板である。また、このものとセンサチップ１とは、第２の緩衝部材５ｂを介してシリコーン樹脂（図示せず）にて固着されている。また、第３のリードフレーム３３の送りしろ部３３ｃには、後述する第４のリードフレーム３４との位置あわせの際に使用する円形の合わせマーク３３ｄが形成されている。
【００４６】
第４のリードフレーム３４は、第２の実施形態と役割を同じにし、樹脂封止の際に、封止樹脂体４がイオン感応部１４に浸入して表面が覆い隠されるのを防止するもので、例えば、銅合金や鉄ニッケル合金等からなる枠部３４ｅと支持脚３４ｂで構成されている。この第４のリードフレーム３４に形成された枠部３４ｅと支持脚３４ｂがそれぞれ金属細線６とリードの役割を果たすものであることが第２の実施形態と異なる点である。枠部３４ｅは、平面視において、略四角形の２枚の平板を、例えば、エポキシ樹脂等の絶縁性を示す樹脂３４ｈを介して継合することにより１枚の平板にしたものであり、その中央には略円形の開口部３４ｇが設けられている。その開口部３４ｇは、イオン感応部１４の大きさと少なくとも同じ大きさに形成したものである。また、この枠部３４ｅは、センサチップ１上の電極１６，１６と、例えば、半田等のバンプ８を介して接続されており、互いの電極１６，１６が電気的に絶縁するように配設している。また、この枠部３４ｅには、耐腐食性を確保するために金メッキが施されている。支持脚３４ｂは、平面視において略四角形をした棒状であり、枠部３４ｅの電気的に絶縁された平板から同一方向に向かってそれぞれ併設されている。また、この支持脚３４ｂは、断面視において滑り台のように段違いに折れ曲がって形成されており、その折曲部３４ｆは、第４のリードフレーム３４の剛性や反発力を低減して支持脚３４ｂの形状を安定化させるために薄く形成されている。その段違いの高さは、枠部３４ｅを電極１６，１６に接続させたときに、支持脚３４ｂが第３のリードフレーム３３のアイランド３３ｂと同一平面上にあるように設定されている。
【００４７】
ところで、枠部３４ｅの下部には、第１の緩衝部材５ａが平面視においてイオン感応部１４を囲むようにセンサチップ１上に設けられている。
【００４８】
次に、その製造方法であるが、第３のリードフレームに第２の緩衝部材５ｂａを介してセンサチップ１を固着する工程までは、第２の実施形態と実質的に同様である。次いで、枠部３４ｅを構成する第４のリードフレーム３４を、支持脚３４ｂがアイランド３３ｂと同一平面を形成するように枠部３４ｅの所定の位置を、電極１６，１６に半田バンプ８を用いて接続する。この際、両リードフレーム３３，３４の送りしろ部３３ｃ，３４ｃにある合わせマーク３３ｄ，３４ｄを用いることにより、両リードフレーム３３，３４の相対位置精度を向上することができる。次いで、成型金型７にて第３のリードフレーム３３にマウントされたセンサチップ１を固定する。この際、成型金型７の任意の部位が、枠部３４ｅとイオン感応部１４を設けた位置に相当するアイランド３３ｂの下面側とを挟持するようにセンサチップ１を設置する。そして、成型金型７内にエポキシ樹脂からなる封止樹脂体４を充填してイオン感応部１４を除くすべての部位を封止樹脂体４で覆い隠す。最後に、封止樹脂体４が硬化した後、アイランド３３ｂの下面側に形成された凹状の支持部４１に、再度、封止樹脂体４を埋入し、第３のリードフレーム３３の送りしろ部３３ｃからアイランド３３ｂと第４のリードフレーム３４の送りしろ部３４ｃから支持脚３４ｂを切断して半導体イオンセンサを完成させる。
【００４９】
したがって、以上説明した実施形態の半導体イオンセンサによると、封止樹脂体４を金型成形を用いてイオン感応部１４を除いたセンサチップ１及び支持体３を封止することにより、封止樹脂体４を充填した際に、封止樹脂体４は、イオン感応部１４を囲む枠部３４ｅによりイオン感応部１４への浸入を阻まれるので、封止する際の温度や湿度、さらには放置時間による粘度変化に起因する塗布後の形状を考慮することが無くなりイオンセンシング機能の低下を招くことなく製造工程の簡略性を向上させることができる。また、センサチップ１に外部からの応力に対して弾性を有する緩衝部材５を、センサチップ１と枠部３４ｅとの間及びセンサチップ１とアイランド３３ｂとの間に設けることにより、封止の際に、成形金型７でセンサチップ１を固定するために応力を加えた際に、緩衝部材５は弾性変形して衝撃を吸収するので、センサチップ１に伝わる応力を緩和できるようになり、センサチップ１の破損を低減することができる。また、支持体３を、第３のリードフレーム３３と第４のリードフレーム３４にて形成することにより、支持体３自身の大きさを小さくすることができるので、センサチップ１と支持体３とを封止する樹脂量を少なくできるようになり、半導体イオンセンサの形状を小型化することができる。そして、両リードフレーム３３，３４の送りしろ部３３ｃ，３４ｃに設けられた合わせマーク３３ｄ，３４ｄにより第３のリードフレームと第４のリードフレームの合わせ精度が向上するので枠部３４ｅの大きさを小さくすることができる。また、支持脚３４ｂを、センサチップ１と外部とを電気的に接続するリードを兼ねたものとすることにより、センサチップ１と導電路を電気的に接続する金属細線６の機能を兼ね備えるので、金属細線６を省略できるようになり、半導体イオンセンサを構成する部品点数を削減することができる。また、第４のリードフレーム３４の、少なくとも枠部３４ｅに金メッキを施すことにより、第４のリードフレーム３４の露出部が耐食性の高い金によって被覆されるので、第４のリードフレーム３４の材料である、例えば、銅や鉄などの金属が溶液に直接触れなくなり、第４のリードフレーム３４の耐腐食性を確保することができる。
【００５０】
なお、枠部３４ｅを構成する平板の数は、２つに限定されるものではなく、センサチップ１に形成されている電極１６の数に合わせて任意に選択できるものである。
【００５１】
また、バンプ８は、半田バンプに限定されるものではなく、例えば、異方性導電性ペースト等を用いて形成してもよい。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の半導体イオンセンサは、封止樹脂体を、イオン感応部を除いたセンサチップ及び支持体を覆うように金型成形を用いて設けることにより、封止する際の温度や湿度、さらには封止樹脂体の放置による粘度変化に起因する封止後の形状変化を考慮することが無くなるので、イオン感応部に封止樹脂体が覆い被さることによるイオンセンシング機能の低下を招くことなく製造工程の簡略性を向上させることができる。
【００５３】
請求項２に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項１の効果に加えて、センサチップに外部からの応力に対して弾性を有する緩衝部材を設けることにより、センサチップを固定するために成形金型で応力を加えた際に、緩衝部材が弾性変形して衝撃を吸収するので、センサチップに伝わる応力を緩和できるようになり、センサチップの破損を低減することができる。
【００５４】
請求項３に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項２の効果に加えて、緩衝部材を、センサチップと枠体との間に配設することにより、イオン感応部に樹脂が浸入しないように枠体の開口面に成形金型で直接外力を加えた際に、緩衝部材が弾性変形して衝撃を吸収するので、センサチップに伝わる応力を緩和できるようになり、センサチップの破損を低減することができる。
【００５５】
請求項４に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項２又は３の効果に加え、緩衝部材を、センサチップと支持体との間に配設することにより、イオン感応部に樹脂が浸入しないように枠体の開口面に成形金型で支持体を介して外力を加えた際に、緩衝部材が弾性変形して衝撃を吸収するので、センサチップに伝わる応力を緩和できるようになり、センサチップの破損を低減することができる。
【００５６】
請求項５に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項１乃至４いずれかの効果に加えて、支持体を、リードフレームにて形成することにより、支持体の大きさを小さくすることができるので、センサチップと支持体とを封止する封止樹脂体の量を少なくできるようになり、半導体イオンセンサの形状を小型化することができる。
【００５７】
請求項６に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項５の効果に加えて、センサチップと外部とを電気的に接続するリード及びセンサチップを載置するアイランドで構成される第１のリードフレームと、イオン感応部を露出する開口を有した枠部とそれを支持する支持脚で構成される第２のリードフレームとで構成することにより、両リードフレームの送りしろ部に設けられた合わせマークにより第１のリードフレームと第２のリードフレームの合わせ精度が向上するので、枠体の大きさを小さくすることができる。
【００５８】
請求項７に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項５の効果に加えて、センサチップを載置するアイランドで構成される第３のリードフレームと、イオン感応部を露出する開口を有した枠部及び枠部を支持してセンサチップと外部とを電気的に接続する支持脚で構成される第４のリードフレームとで構成することにより、第４のリードフレームは、センサチップと導電路を電気的に接続する金属細線の機能を兼ね備えるので、センサチップと導電路を電気的に接続する金属細線を省略できるようになり、半導体イオンセンサを構成する部品点数を削減することができる。
【００５９】
請求項８に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項６又は７の効果に加え、リードフレームの、少なくとも枠部に金メッキを施すことにより、溶液と接する部位が耐食性の高い金によって被覆されるので、リードフレームの材料である、例えば、銅や鉄などの金属が溶液に直接触れなくなり、枠部の耐腐食性を向上することができる。
【００６０】
請求項９に係る発明の半導体イオンセンサは、枠体の開口面に成形金型の所定の一部を当接させることにより開口部を塞ぎ、金型成形にて樹脂封止することにより、枠体の開口部内は密封状態になって封止樹脂体がイオン感応部へ浸入することを低減できるようになり、また、金型成形により、封止樹脂体の充填及び成形が一度に大量に行えるようになるので、塗布する際の温度や湿度、さらには、放置による粘度変化に起因する塗布後の形状を考慮することが無くなりイオンセンシング機能の低下を招くことなく製造工程の簡略性を向上させることができる。
【００６１】
請求項１０に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項９の効果に加え、外部からの応力を緩和する緩衝部材を介してセンサチップの所定の位置に枠体及び支持体を配設することにより、成形金型が枠体を押さえるために加える応力を、緩衝部材が弾性変形することで吸収するので、センサチップに伝わる応力を緩和できるようになり、センサチップの破損を低減することができる。
【００６２】
請求項１１に係る半導体イオンセンサの製造方法は、請求項９又は１０記載の方法において、前記成形金型が枠体と密接するように、少なくともイオン感応部を設けた位置に相当する支持体の裏面側を支持することにより、枠体は、成形金型により開口面と直交する上下方向から応力を受けることになるので、枠体の開口面と成形金型の密着性が向上するようになり、樹脂のイオン感応部への浸入をさらに低減することができる。
【００６３】
請求項１２発明の半導体イオンセンサは、請求項１１の効果に加え、支持体の裏面側の支持跡を樹脂封止することにより、イオンセンシングに必要のない支持跡による空隙を塞ぐことができるので、その空隙からの溶液の浸入を低減できるようになり、半導体イオンセンサの品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態の半導体イオンセンサを示すもので、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその平面図である。
【図２】  同上の半導体イオンセンサの製造方法を示すものである。
【図３】  本発明の第２の実施形態の半導体イオンセンサを示すもので、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその平面図である。
【図４】  本発明の第３の実施形態の半導体イオンセンサを示すもので、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその平面図である。
【図５】  第１のリードフレームを示す平面図である。
【図６】  第２のリードフレームを示す平面図である。
【図７】  第３のリードフレームを示す平面図である。
【図８】  第４のリードフレームを示す平面図である。
【図９】  従来の半導体イオンセンサを示すものであり、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその平面図である。
【符号の説明】
１     センサチップ
１４   イオン感応部
２     枠体
２１   開口部
３     支持体
３１   第１のリードフレーム
３１ａ リード
３１ｂ アイランド
３２   第２のリードフレーム
３２ｂ 支持脚
３２ｅ 枠部
３３   第３のリードフレーム
３３ｂ アイランド
３４   第４のリードフレーム
３４ｂ 支持脚
３４ｅ 枠部
４     封止樹脂体
５     緩衝部材
５ａ   第１の緩衝部材
５ｂ   第２の緩衝部材
７     成型金型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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