(57)【要約】【課題】従来のＱＣＭセンサーでは、片面被覆材に配置したリード端子上に電極パターンを設けた圧電振動子を配置する構造となっており、複数の圧電振動子を配置する場合隣接させて圧電振動子を配置する必要があった。【解決手段】本発明のＱＣＭセンサーは、圧電振動子に設けた励振用の電極パターンを、基板に設けた配線パターンに接続材料を用いて接続し、圧電振動子の外周部と基板の間を封止材によって封止したＱＣＭセンサーであって、基板の一方の面には検出用の圧電振動子が配置してあり、他方の面には比較用の圧電振動子が配置してあることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子に設けた励振用の電極パターンを、基板に設けた配線パターンに接続材料を用いて接続し、前記圧電振動子の外周部と前記基板との間を封止材によって封止したＱＣＭセンサーであって、
前記基板の一方の面には検出用の圧電振動子が配置されており、他方の面には比較用の圧電振動子が配置されているＱＣＭセンサー。
【請求項２】
圧電振動子に設けた励振用の電極パターンを、基板に設けた配線パターンに接続材料を用いて接続したＱＣＭセンサーであって、
前記基板の一方の面には検出用の圧電振動子を配置し、他方の面には比較用の圧電振動子を配置し、前記圧電振動子における接続材料の周囲と前記基板との間を封止材によって封止し、前記検出用の圧電振動子と前記比較用の圧電振動子との間に外部に開放された空間を有するＱＣＭセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子上の電極パターンを試料ガスや試料溶液に晒したときの圧電振動子の発振周波数やインピーダンス等の電気的特性の変化から電極パターン表面に吸着した試料の成分を検知、定量するＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）センサーの実装構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、圧電振動子を用いてマイクロバランス原理を応用したケミカルバイオセンサーが注目を集めている。従来のＱＣＭセンサーの構造を図１１を用いて説明する。図１１は特許文献１に記載されているＱＣＭセンサーの実装構造を示している。圧電振動子１の表面には励振用の電極パターン２ａ、２ｂが形成されている。片面被覆材１１は圧電振動子１を保持しながらその一方の面を覆っており、片面被覆材１１の側壁内面１１ａは圧電振動子１の側面に接している。この側壁内面１１ａと圧電振動子１の間に封止材６が設けられ、側壁内面１１ａと圧電振動子１の外周部分とに接着している。また、電極パターン２ａ、２ｂはリード端子１０ａ、１０ｂと接続されており、リード端子１０ａ、１０ｂは片面被覆材１１と圧電振動子１で構成された気密空間内に配線され、リード端子１０ａ、１０ｂの端部は片面被覆材１１の開口部（図示せず）を通って外部の発振回路に接続されている。
【０００３】
上記のＱＣＭセンサーは、圧電振動子１の電極パターン２ａが形成された面のみを露出させ、この面を試料ガスや試料液体に晒し、圧電振動子１上に形成された電極パターン２ａに試料成分が吸脱着することにより変動する共振周波数の変化量から試料成分を検知、定量することができる。
【特許文献１】特開２００１−１５３７７７号公報（４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したＱＣＭセンサーには以下に記載するような問題点がある。
【０００５】
従来のＱＣＭセンサーでは、片面被覆材に配置したリード端子上に電極パターンを設けた圧電振動子を配置する構造となっており、複数の圧電振動子を配置する場合隣接させて圧電振動子を配置する必要があった。
【０００６】
このためＱＣＭセンサーが大型化してしまい圧電振動子全体を試料液体に浸漬する場合、試料液体を入れる大きな容器体を必要としていた。すなわち、必要な試料液体の量も多く必要であり、非常に使い勝手の悪いものであった。
【０００７】
本発明は、検出用と比較用の圧電振動子を有しながら、非常にコンパクトで試料液体が微量な場合でも計測が可能なＱＣＭセンサーを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明におけるＱＣＭセンサーは、下記記載の構成を採用する。
【０００９】
本発明のＱＣＭセンサーは、圧電振動子に設けた励振用の電極パターンを、基板に設けた配線パターンに接続材料を用いて接続し、圧電振動子の外周部と基板との間を封止材によって封止したＱＣＭセンサーであって、基板の一方の面には検出用の圧電振動子が配置
してあり、他方の面には比較用の圧電振動子が配置してあることを特徴としている。
【００１０】
本発明のＱＣＭセンサーは、圧電振動子に設けた励振用の電極パターンを、基板に設けた配線パターンに接続材料を用いて接続したＱＣＭセンサーであって、基板の一方の面には検出用の圧電振動子を配置し、他方の面には比較用の圧電振動子を配置し、圧電振動子における接続材料の周囲と基板との間を封止材によって封止し、検出用の圧電振動子と比較用の圧電振動子との間に外部に開放された空間を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＱＣＭセンサーは、圧電振動子に設けた励振用の電極パターンを、基板に設けた配線パターンに接続材料を用いて接続し、圧電振動子の外周部と基板の間を封止材によって封止したＱＣＭセンサーであって、基板の一方の面には検出用の圧電振動子が配置してあり、もう一方の面には比較用の圧電振動子が配置してあることを特徴としている。
【００１２】
この構造とすることで、検出用、比較用の二つの圧電振動子を有しているにもかかわらず、非常にコンパクトなＱＣＭセンサーを得ることができる。さらに、比較用の圧電振動子を有することで精度の良い測定が行える。
【００１３】
また、検出用と比較用の圧電振動子の間に隙間を有する構造の場合、その隙間に試料液体を毛細管現象により吸い込む事ができ、この隙間が試料液体を入れる容器になり、微量の試料液体での計測が可能となっている。
【００１４】
検出用と比較用の圧電振動子を有しながら、非常にコンパクトなＱＣＭセンサーを簡便な構造で得ることができ、試料液体が微量な場合でも計測が可能なＱＣＭセンサーを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第一の実施形態）
以下図面を用いて本発明の最適な実施形態におけるＱＣＭセンサーについて説明する。図１に本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの断面図を示す。図１に示すように、圧電振動子１に設けた励振用の電極パターン２を、基板３に設けた配線パターン４に接続材料５を用いて接続し、圧電振動子１の外周部と基板３の間を封止材６によって封止したＱＣＭセンサーであって、基板３の一方の面には検出用の圧電振動子１が配置してあり、もう一方の面には比較用の圧電振動子１が配置してあることを特徴としている。なお、本実施形態では、基板３の一方の面に配置されている圧電振動子１を検出用の圧電振動子１とした場合、基板３の他方の面に配置されている圧電振動子１を比較用の圧電振動子１とすればよい。
【００１６】
この構造とすることで、検出用、比較用の二つの圧電振動子を有しているにもかかわらず、非常にコンパクトなＱＣＭセンサーを得ることができる。さらに、比較用の圧電振動子１を有することで精度の良い測定が行える。
【００１７】
次に、第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造方法について図２から図６を用いて説明する。まず、図２に示すように圧電振動子１をエッチングやダイシングなどの方法により任意の大きさに分割し、メタルマスクを用いてスパッタリング法や真空蒸着法により水晶板上に金属薄膜を形成することにより、圧電振動子１上に励振用の電極パターン２を形成する。
【００１８】
図３は圧電振動子１の斜視図であるが、点線は裏面の状態を表している。励振用の電極パターン２は基板３上に設けた配線パターン４と電気的な接続を行う部分が同一の面にな
るように形成されている。
【００１９】
本実施形態では圧電振動子１として水晶板を用い、大きさが１０ｍｍ2で厚みが５０μｍのものを使用し、電極パターンの励振部分が５ｍｍ2となるようなパターンで下地にクロムを０．１μｍ、クロム上に金を０．２μｍの厚みで形成した。
【００２０】
次に図４の断面図に示すように、ガラスやガラス繊維とエポキシ樹脂で形成された基板３上に銅箔を貼り合わせ、フォトリソグラフィとエッチングにより配線パターン４を基板３の表裏に形成する。配線パターン４の表面には銅の腐食防止のためニッケルと金を形成しておく。
【００２１】
本実施形態では厚みが０．５ｍｍのガラス繊維とエポキシ樹脂でできた基板３を使用し、厚みが１８μｍの銅箔を貼り合わせフォトリソグラフィとエッチングにより配線パターン４を形成した。配線パターン４の表面にはニッケルを１μｍ、金を０．３μｍの厚みでメッキ法により形成した。
【００２２】
図５の断面図に示すように、圧電振動子１上に形成した電極パターン２と基板３上に形成した配線パターン４とを電気的に接続するための導電接着剤やハンダペーストなどからなる接続材料５と圧電振動子１上に設けた電極パターン２と基板上に設けた配線パターン４の接続部分の外周部を封止するエポキシ、シリコーン、ウレタンなどからなる封止材６をディスペンサにより塗布する。
【００２３】
この時、封止材６は図６の平面図に示すようにディスペンサを用いて幅２００μｍ程度で圧電振動子１の外形より内側に塗布する。
【００２４】
本実施形態では接続材料５として硬化後に柔らかく、圧電振動子１を変形させるような応力を発生させないシリコーン接着剤に銀粒子を含有した導電接着剤を使用し、封止材６として接続材料５と同様の理由で熱硬化型のシリコーン接着剤を使用した。
【００２５】
接続材料５および封止材６を配置した後、圧電振動子１の位置合わせを行い基板３上に配置した後、接続材料５および封止材６を硬化させることで、図１に示すＱＣＭセンサーが得られる。
【００２６】
（第二の実施形態）
次に第二の実施形態について説明する。図７に本発明の第二の実施形態におけるＱＣＭセンサーの断面図を示す。図７に示すように、圧電振動子１に設けた励振用の電極パターン２を、基板３に設けた配線パターン４に接続材料５を用いて接続したＱＣＭセンサーであって、基板３の一方の面には検出用の圧電振動子１を配置し、もう一方の面には比較用の圧電振動子１を配置し、接続材料５周辺の圧電振動子１と基板３の間を封止材６によって封止し、圧電振動子１と基板３との重なり合う部分が電極パターン２と配線パターン４の接続部周辺であることを特徴としている。なお、本実施形態では、基板３の一方の面に配置されている圧電振動子１を検出用の圧電振動子１とした場合、基板３の他方の面に配置されている圧電振動子１を比較用の圧電振動子１とすればよい。
【００２７】
この構造とすることで、検出用、比較用の二つの圧電振動子を有しているにもかかわらず、非常にコンパクトなＱＣＭセンサーを得ることができる。さらに、比較用の圧電振動子１を有することで精度の良い測定が行える。
【００２８】
また、二つの圧電振動子１の間に隙間が存在するので、試料液体を毛細管現象により隙間に吸い込ませ、検知、検出が行える。これにより試料液体を入れる容器体などを必要と
しない。
【００２９】
次に、第二の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造方法について図２から図３、図８から図１０を用いて説明する。まず、図２に示すように圧電振動子１をエッチングやダイシングなどの方法により任意の大きさに分割し、メタルマスクを用いてスパッタリング法や真空蒸着法により水晶板上に金属薄膜を形成することにより、圧電振動子１上に励振用の電極パターン２を形成する。
【００３０】
図３は圧電振動子１の斜視図であるが、点線は裏面の状態を表している。励振用の電極パターン２は基板３上に設けた配線パターン４と電気的な接続を行う部分が同一の面になるように形成されている。
【００３１】
本実施形態では圧電振動子１として水晶板を用い、大きさが１０ｍｍ2で厚みが５０μｍのものを使用し、電極パターンの励振部分が５ｍｍ2となるようなパターンで下地にクロムを０．１μｍ、クロム上に金を０．２μｍの厚みで形成した。
【００３２】
次に図８の断面図に示すように、ガラスやガラス繊維とエポキシ樹脂で形成された基板３上に銅箔を貼り合わせ、フォトリソグラフィとエッチングにより配線パターン４を基板３の表裏に形成する。配線パターン４の表面には銅の腐食防止のためニッケルと金を形成しておく。
【００３３】
本実施形態では厚みが０．５ｍｍのガラス繊維とエポキシ樹脂でできた基板３を使用し、厚みが１８μｍの銅箔を貼り合わせフォトリソグラフィとエッチングにより配線パターン４を形成した。配線パターン４の表面にはニッケルを１μｍ、金を０．３μｍの厚みでメッキ法により形成した。
【００３４】
図９の断面図に示すように、圧電振動子１上に形成した電極パターン２と基板３上に形成した配線パターン４とを電気的に接続するための導電接着剤やハンダペーストなどからなる接続材料５を配線パターン４上に塗布する。
【００３５】
本実施形態では接続材料５として硬化後に柔らかく、圧電振動子１を変形させるような応力を発生させないシリコーン接着剤に銀粒子を含有した導電接着剤を使用した。
【００３６】
図１０の断面図に示すように、圧電振動子１を基板３との位置あわせを行い基板３上に配置した後、接続材料５を硬化させることにより圧電振動子１上に設けた電極パターン２と基板３上に設けた配線パターン４との電気的接続が行われる。
【００３７】
圧電振動子１と基板３との間に封止材６を接続材料５が完全に絶縁されるように流し込み、硬化させることで図７に示すようなＱＣＭセンサーを得ることができる。
【００３８】
本実施形態では封止材６として硬化後に柔らかく、圧電振動子１を変形させるような応力を発生させないシリコーン接着剤を使用した。
【００３９】
以上の方法により得られたＱＣＭセンサーは、検出用と比較用の圧電振動子１の間に隙間を有する構造となっており、その隙間に試料液体を毛細管現象により吸い込む事ができ、この隙間が試料液体を入れる容器になり、微量の試料液体での計測が可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーを示す断面図である。
【図２】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す斜視図である。
【図４】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す平面図である。
【図７】本発明の第二の実施形態におけるＱＣＭセンサーを示す断面図である。
【図８】本発明の第二の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の第二の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の第二の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す断面図である。
【図１１】従来例におけるＱＣＭセンサーを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  圧電振動子
２  電極パターン
３  基板
４  配線パターン
５  接続材料
６  封止材
１０  リード端子
１１  片面被覆材
【図１】
2008164472.tif 000003
【図２】
2008164472.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008164472.tif 000008
【図７】
2008164472.tif 000009
【図８】
2008164472.tif 000010
【図９】
2008164472.tif 000011
【図１０】
2008164472.tif 000012
【図１１】
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