(57)【要約】【課題】  比較的構造が簡単であり、容易に被処理流体の供給口や排出口となる流路を形成することが可能な機能素子を搭載するための機能素子搭載用パッケージ、および流路構造体を提供すること。【解決手段】  本発明の流路構造体は、底部１０１及び底部１０１上に配置された枠体１０３により画定される凹部１０２と、機能素子１１２を搭載するために、凹部１０２内の底部１０１上に形成された支持台１１３を備えた機能素子搭載用パッケージであって、底部１０１は、凹部１０２から外部まで連通する縦孔１０５を備えており、枠体１０３は、凹部１０２から外部まで連通する横孔１０９と、蓋体１０８を載置するために、枠体１０３の上面から上側に向かって突出する複数の凸部１０６を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部及び該底部上に配置された枠体により画定される凹部と、
機能素子を搭載するために、該凹部内の前記底部上に形成された支持台と、を備えた機能素子搭載用パッケージであって、
前記底部は、前記凹部から外部まで連通する縦孔を備えており、
前記枠体は、前記凹部から外部まで連通する横孔と、蓋体を載置するために、該枠体の上面から上側に向かって突出する複数の凸部と、を備えていることを特徴とする機能素子搭載用パッケージ。
【請求項２】
前記支持台は、前記枠体に接しているとともに、
前記支持台上には、前記機能素子の信号端子に電気的に接合される電極パッドを備えていることを特徴とする請求項１に記載の機能素子搭載用パッケージ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の機能素子搭載用パッケージと、該機能素子搭載用パッケージの前記支持台上に搭載された機能素子と、
前記凸部上に載置された前記蓋体と、を備えるとともに、
前記機能素子は、その下面の一部が露出するように保持されていることを特徴とする流路構造体。
【請求項４】
前記蓋体には、その外周が前記枠体の外周よりも外側に突出する突出領域が形成されており、
該突出領域は、隣接する前記凸部間に位置することを特徴とする請求項３に記載の流路構造体。
【請求項５】
前記蓋体には、その外周が前記枠体に設けられた凸部の外周と平面視で一致する非突出領域が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の流路構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能素子を搭載するための機能素子搭載用パッケージ、および流路が形成された流路構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギー問題を背景に各種流体の有無、濃度を検出し、環境汚染物質削減等を目的とした流体センサーや、各種圧力を感知する圧力センサー等の研究・開発が行われている。
【０００３】
このようなセンサーは、例えば流体センサーであれば、流路が形成されたパッケージと、流路に被処理流体を流すためのマイクロポンプ等の動力源と、被処理流体に対して各種測定、分析を行なう機能素子と、を備えた構成のものが挙げられる。そして、上記機能素子としては、電位等の計測や試料の移送等の機械的な動きを生む機能を、１つの半導体基板で実施可能にするＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ：微小電子機械機構）等が用いられる。
【０００４】
また、流路が形成されたパッケージは、図４に示すように、シリコン等の半導体、セラミックやガラス等からなる基板の一主面に前述の機能素子が搭載される凹部を設け、凹部の壁面に外部に連通する流路となる貫通孔を設けたものが使用される。
【０００５】
なお、流路が形成されたパッケージ上には、外部からの異物の浸入を防止するために、ガラス板等からなる蓋体が配置される。そして、この蓋体を基板に取着した後、外部に露出している流路の開口部分が被処理流体の供給口や排出口となり、供給口から流体が供給される。
【０００６】
また、このようなセンサー用のパッケージは、一般的に、外部接続用の接続パッドが半導体基板の主面等に、ＭＥＭＳに電気的に接続されて形成されており、この接続パッドをプリント回路基板等の外部電気回路基板の電気回路に電気的に接続しておくことにより、ＭＥＭＳでの化学処理の結果に応じてＭＥＭＳから発信される電気信号が接続パッドから外部の電気回路に送信される。
【特許文献１】特開２０００−１５５１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のセンサーとなるパッケージは、セラミックやガラス等からなる基板の一主面や枠部の一部に溝状の流路を形成する必要があったため、パッケージの構造が複雑になるという問題点があった。さらに、パッケージに溝状の流路を形成すると、基板としての強度が低下してクラックが発生する可能性があった。
【０００８】
また、一主面から他主面にかけて貫通する流路のみを形成する構造も考えられるが、センサーが小型化した場合、パッケージとなる基板にこのような貫通する流路を形成すると、分析、測定を行う機能素子（ＭＥＭＳ）を搭載する面積が制限されてしまい、センサーの小型化が難しいという問題があった。さらに、下面（搭載面）が流路の開口部、つまり被処理流体の供給口や排出口となるために、機能素子を搭載する以外の面積に孔を形成しても十分な面積を確保することが難しく、被処理流体の高精度な分析、測定を行うことが出来ないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであり、その目的は、比較的構造が簡単であり、容易に被処理流体の供給口や排出口となる流路を形成することが可能な機能素子を搭載するための機能素子搭載用パッケージ、および流路構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の機能素子搭載用パッケージは、底部及び該底部上に配置された枠体により画定される凹部と、機能素子を搭載するために、該凹部内の前記底部上に形成された支持台と、を備えた機能素子搭載用パッケージであって、前記底部は、前記凹部から外部まで連通する縦孔を備えており、前記枠体は、前記凹部から外部まで連通する横孔と、蓋体を載置するために、該枠体の上面から上側に向かって突出する複数の凸部と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の機能素子搭載用パッケージは、好ましくは、前記支持台は、前記枠体に接しているとともに、前記支持台上には、前記機能素子の信号端子に電気的に接合される電極パッドを備えていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の流路構造体は、請求項１または請求項２に記載の機能素子搭載用パッケージと、該機能素子搭載用パッケージの前記支持台上に搭載された機能素子と、前記凸部上に載置された前記蓋体と、を備えるとともに、前記機能素子は、その下面の一部が露出するように保持されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の流路構造体は、好ましくは、前記蓋体には、その外周が前記枠体の外周よりも外側に突出する突出領域が形成されており、該突出領域は、隣接する前記凸部間に位置することを特徴とする。
【００１４】
本発明の本発明の流路構造体は、好ましくは、前記蓋体には、その外周が前記枠体に設けられた凸部の外周と平面視で一致する非突出領域が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の機能素子搭載用パッケージは、底部及び該底部上に配置された枠体により画定される凹部と、機能素子を搭載するために、凹部内の底部上に形成された支持台と、を備えた機能素子搭載用パッケージであって、底部は、凹部から外部まで連通する縦孔を備えており、枠体は、凹部から外部まで連通する横孔と、蓋体を載置するために、枠体の上面から上側に向かって突出する複数の凸部と、を備えていることから、検出装置（センサー）の小型化・薄型化により貫通孔を形成する壁面の面積が小さくなっても、複雑な構造とすることなく容易に流路を形成することができる。
【００１６】
また、本発明の機能素子搭載用パッケージは、好ましくは、支持台は、枠体に接しているとともに、支持台上には、機能素子の信号端子に電気的に接合される電極パッドを備えることから、支持台が枠体と離間している場合と異なり、機能素子が搭載された場合に支持台上の電極パッドから枠体の内部や表面に配線を引き回して、外部との接続を行うことが容易に行える。
【００１７】
本発明の流路構造体は、上記に記載の機能素子搭載用パッケージと、機能素子搭載用パッケージの支持台上に搭載された機能素子と、凸部上に載置された蓋体と、を備えるとともに、機能素子は、その下面の一部が露出するように保持されていることから、被処理流体と接する機能素子の感知面を広くすることができ、濃度や流量等の検出感度を向上することができる。
【００１８】
また、本発明の流路構造体は、好ましくは、蓋体には、その外周が枠体の外周よりも外側に突出する突出領域が形成されており、突出領域は、隣接する凸部間に位置することから、凸部間に設けられた外部に連通する隙間上に、突出領域が位置する構造となり、隙間からダストや分析、測定に不具合が生じる可能性がある液体等が凹部内に浸入することを抑制できる。
【００１９】
また、本発明の流路構造体は、好ましくは、蓋体には、その外周が枠体に設けられた凸部の外周と平面視で一致する非突出領域が形成されていることから、蓋体を枠体の凸部に接合する際に、蓋体の非突出領域の周囲と枠体の外周とを一致させることで容易に位置合わせを行うことができ、蓋体載置時の位置精度を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の機能素子搭載用パッケージの実施例について添付の図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の機能素子搭載用パッケージを用いたセンサー装置の実施の形態の一例を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）Ｘ−Ｘ´線における断面図である。なお、図１（ａ）は蓋体が接合された状態をわかり易くするために蓋体を透視した構造を示しており、蓋体の位置を破線で示している。
【００２１】
図１（ａ）および図１（ｂ）において、１００は機能素子搭載用パッケージ（以下、パッケージという）、１０１は底部、１０２は凹部、１０３は枠体、１０４は接続パッド、１０５は縦孔、１０６は枠体の上面に形成される凸部、１０７は外部端子、１０８は蓋体、１１２は機能素子、１１３は機能素子１１２が搭載される支持台である。本実施例において、パッケージ１００は、上面に蓋体１０８が被覆される枠体１０３を具備している。さらに、パッケージ１００の形状は、例えば直方体状をなし、上面に搭載領域となる凹部１０２を備える形状である。
【００２２】
また、凹部１０２は、例えばパッケージ１００を構成する積層体を３層構造として、下面に外部端子１０７が形成される第１の絶縁層と、枠体１０３の下側となる小さな開口が形成される第２の絶縁層と、枠体１０３の上側となる大きな開口が形成された第３の絶縁層を順次積層することにより形成される。さらに、底部１０１となる第１の絶縁層の中央に、厚み方向に連通する縦孔１０５が形成され、凹部１０２の内部に支持台１１３を備えるセンサー用のパッケージ１００が形成される。
【００２３】
機能素子１１２が搭載される支持台１１３は、例えば、枠体１０３の下側部分を構成する枠体の一部を内側に向かって突出させることにより構成される。このため、支持台１１３は、凹部１０２の内周の全辺に接するように枠状に形成されており、支持台１１３の上面には複数の接続パッド１０４が形成されている。また、パッケージ１００の凹部内から底部１０１または枠体１０２の内部や側面を経由してパッケージ１００の下面に導出される構造となっている。
【００２４】
接続パッド１０４や配線導体（図示せず）は、タングステン，モリブデン，銅，銀等の金属材料から成り、メタライズ層やめっき層等の形態で形成される。接続パッド１０４や配線導体は、例えば、タングステンのメタライズ層から成る場合であれば、タングステン粉末に有機溶剤、バインダーを添加して作製した金属ペーストを、パッケージ１００となる各絶縁層に所定パターンとなるように印刷しておくことにより形成される。
【００２５】
パッケージ１００の露出した面に形成される配線導体には、めっき層が被着されている。接続パッド１０４や外部端子１０７等の露出表面には、例えば１〜１０μｍ程度の厚みのニッケルめっき層と０．１〜３μｍ程度の厚みの金めっき層とが順次被着されているとよい。これにより、接続パッド１０４や外部端子１０７等の酸化を効果的に防止することができる。また、接続パッド１０４に対するボンディングワイヤの接続性や半田の濡れ性等を向上させることができ、電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００２６】
本実施例において、パッケージ１００は、底部１０１及び底部１０１上に配置された枠体１０３により画定される凹部１０２と、機能素子１１２を搭載するために、凹部１０２内の底部１０１上に形成された支持台１１３を備えている。またパッケージ１００の底部１０１は、凹部１０２から外部まで連通する縦孔１０５を備えている。さらにパッケージ１００の枠体１０３は、蓋体１０８を載置するために、枠体１０３の上面から上側に向かって突出する複数の凸部１０６を備えている。
【００２７】
このような構造としたことから、検出装置（センサー）等の機能素子１１２の小型化・薄型化により貫通孔を形成する壁面の面積が小さくなっても、凹部１０２の底面に流路となる縦孔１０５、および枠体１０３の表面と蓋体１０８との間に複数の凸部１０６を介して横孔１０９が形成されることとなり、枠体の側壁に貫通孔を設けたパッケージのように複雑なパッケージ構造とすることなく容易に被処理流体が通過する流路を形成することができる。例えば、機能素子１１２が流体センサーであれば、流路が形成されたセラミックやガラス等からなるパッケージと流路に被処理流体を流すためのマイクロポンプ（例えば流路に形成された電気浸透流ポンプや圧電ポンプ）等の動力源と、被処理流体に対して各種測定、分析を行なう機能素子とを備えた構成である。このような機能素子１１２のうち、電位等の計測や試料の移送等の機械的な動きを生む機能を１つの半導体基板で実施可能にするものとして、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ：微小電子機械機構）を機能素子１１２として搭載する場合もある。
【００２８】
流体センサー用のＭＥＭＳとは、例えば、一つの半導体基板の主面に、化学変化に応じて発生する気体や液体の圧力変化等を検出するための加速度計、圧力センサー、アクチュエーター等のセンサー、化学変化に応じて生じる変化を化学的に検出する際に、高精度での検出を目的とする光軸の変更のために使用される微細な鏡面体可動式に形成したマイクロミラーデバイス、光デバイス等の機能部分にマイクロポンプ等の流入機構を組み込んだ構造を有するもの等であり、多岐にわたる構造を有するものである。このようなＭＥＭＳが形成された半導体基板を流路が形成されたパッケージ１００に接続し、流路とＭＥＭＳ等の機能素子が形成された部分とを連通させた構造とすることにより、ＭＥＭＳが備えるマイクロポンプ等の動力源で流路中に被処理流体を流すことが可能となる。従って、流路を介して流入された被処理流体をＭＥＭＳによって分析、測定することが可能な流体センサーが形成される。
【００２９】
また、本発明のパッケージ１００は、上述したように支持台１１３となる部分が枠体１０３の下側となる部分と接している或いは一体化している。そして、支持台１１３上には、機能素子１１２の信号端子に電気的に接合される電極パッド１０４を備えている。このような構造としたことから、支持台１１３が枠体１０３と離間している場合と異なり、機能素子１１２が搭載された場合に支持台１１３上の電極パッド１０４から枠体１０３の内部や表面に配線を引き回して、外部との接続を行うことが容易に行える。
【００３０】
このようなセンサー用のパッケージ１００は、パッケージ１００の下面に形成される外部接続用の外部端子１０７が電極パッド１０４や配線導体を介してパッケージ１００内に収容されるＭＥＭＳ（機能素子１１２）に電気的に接続されるように形成されており、この接続パッド１０４をプリント回路基板等の外部電気回路基板の電気回路に電気的に接続しておくことにより、ＭＥＭＳでの化学処理の結果に応じてＭＥＭＳから発信される電気信号が接続パッド１０４から外部の電気回路に送信される。
【００３１】
ここで、支持台１１３は、パッケージ１００の枠体１０３と一体的に形成されて凹部１０２側に露出するように形成しても良く、枠体１０３とは別の支持台１１３を新たに製作して、この支持台１１３に機能素子１１２を搭載してから凹部１０２の内側に接するように、支持台１１３と機能素子１１２を一括してパッケージ１００に搭載しても良い。このようにすることにより、取り扱いが難しい機能素子１１２であっても、パッケージ１００への搭載時の取り扱いを容易に行うことができる。
【００３２】
本発明の流路構造体は、パッケージ１００と、パッケージ１００の支持台１１３上に搭載された機能素子１１２と、凸部１０６上に載置された蓋体１０８と、を備えるとともに、機能素子１１２は、その下面の一部が露出するように保持されている。このような構造としたことから、被処理流体と接する機能素子１１２の感知面を広くすることができ、濃度や流量等の検出感度を向上することができる。
【００３３】
ここで、上記機能素子１１２が例えばＭＥＭＳであれば、電極用やＤＮＡ吸着用等の微細な突起、微小反応槽、マイクロポンプ等の微細構造体や可動部を備えたものであり、機能素子１１２の両面に被処理流体と接する感知面を形成することにより、濃度や流量等の検出感度を向上することが可能となる。
【００３４】
また、本発明の流路構造体は、蓋体１０８に、その外周が枠体１０３の外周よりも外側に突出する突出領域１１４が形成されている。この突出領域１１４は、平面視で隣接する凸部１０６間に位置するように形成されている。この状態を図２に示す。このような構造としたことから、外部に連通する凸部１０６間に設けられた隙間上に突出領域１１４が位置する構造となり、隙間からダストや分析、測定に不具合が生じる可能性がある液体等が凹部１０２内に浸入することを抑制できる。
【００３５】
なお、本発明では、ＭＥＭＳが搭載されたパッケージの凹部１０２内への異物の浸入を防止して、分析や測定等の化学的な処理を高精度に行わせるために、ガラス板やセラミック等からなる蓋体１０８が凸部１０６上に載置される。蓋体１０８をパッケージ１００に取着した後、外部に露出している流路の開口部分（この実施例では、外部に連通する凸部１０６間に設けられた隙間、および縦孔１０５）が被処理流体の供給口や排出口となり、供給口から被処理流体が供給される。
【００３６】
蓋体１０８はパッケージ１００の枠体１０３の上面から上側に向かって突出する複数の凸部１０６に、例えば半田や樹脂等のロウ材１１１により接合される。この場合、蓋体１０８と枠体１０３との接合強度を保ち、且つ被処理流体が連通する横孔１０９がロウ材１１１で塞がれないように、適切なロウ材１１１の量で接合することが望ましい。例えば平面視でろう材１１１が凸部１０６上からはみ出していないことが望ましい。ロウ材１１１が蓋体１０８と枠体１０３との接合部以外に流動してはみ出すことを抑制するために、凸部１０６の形状が下側の面積よりも上側の面積が小さくなるように形成して凸部１０６の上面と蓋体１０８との間にロウ材１１１の溜まりを形成することが望ましい。
【００３７】
また、本発明の流路構造体は、蓋体１０８に、その外周が枠体１０３に設けられた凸部１０６の外周と平面視で一致する非突出領域１１５が形成されている。このような構造としたことから、蓋体１０８を枠体１０３の凸部１０６に接合する際に、蓋体１０８の非突出領域１１５の周囲と枠体１０３の外周とを一致させることで容易に位置合わせを行うことができ、蓋体１０８を載置する時の位置精度を向上できる。
【００３８】
この状態を図２に示す。蓋体１０８の非突出領域１１５を図２に示したようにパッケージ１００の四角部に４箇所設けて、ロウ材１１１で接合される前にパッケージ１００と蓋体１０８とが重なった状態で位置決め用の治具（図示せず）をパッケージ１００の四角部から凹部１０２の中心に向けて水平方向に移動させることにより、パッケージ１００と蓋体１０８との間に位置ずれがあったとしても蓋体１０８の非突出領域１１５の周囲と枠体１０３の外周とが一致するように作用し、蓋体１０８をパッケージ１００に載置する時の位置精度を向上できる。
【００３９】
なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態に変形できる。例えば、図１、図２の例ではパッケージ１００の凹部１０２の形状を正方形としたが、円状としても良い。また、凹部１０２が形成されるパッケージ１００を３層構造としたが、４層以上の絶縁層から構成しても良い。さらに、横孔１０９はパッケージ１００の各辺の中央部に１箇所設ける構造としたが、その他の箇所に複数設ける構造としても良い。
【００４０】
或いは、図１，図２には、流路の凸部１０６間に挟まれた領域が略一定の幅である例を記載したが、図３に示すように、流路の前記領域への流入口の幅或いは流出口の幅が、前記領域のうちの他の部位（流入口と流出口の間）よりも広くなるようにしてもよい。これにより被処理流体をより効率よく流入或いは流出させることができる。具体的には、前記流入口或いは流出口近傍に当たる凸部の側面の角を面取りするとよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】（ａ）は本発明の機能素子搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）はＸ−Ｘ´における断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の機能素子搭載用パッケージの他の実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）はＹ−Ｙ´における断面図である。
【図３】本発明の機能素子搭載用パッケージの他の実施の形態の一例を示す平面図である。
【図４】（ａ）は従来の機能素子搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）はＺ−Ｚ´における断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１００・・・・・パッケージ
１０１・・・・・底部
１０２・・・・・凹部
１０３・・・・・枠体
１０４・・・・・電極パッド
１０５・・・・・縦孔
１０６・・・・・凸部
１０７・・・・・外部端子
１０８・・・・・蓋体
１０９・・・・・横孔
１１１・・・・・ロウ材
１１２・・・・・機能素子
１１３・・・・・支持台
１１４・・・・・突出領域
１１５・・・・・非突出領域
【図１】
2009109268.tif 000003
【図２】
2009109268.tif 000004
【図３】
2009109268.tif 000005
【図４】
2009109268.tif 000006