(57)【要約】【課題】高感度化、小型化およびマルチセンサ化に対応することが可能な、質量測定チップを提供する。【解決手段】逆メサ型圧電振動片２０における一方面側の励振電極２２ａの表面に感応膜を塗布し、その一方面側の励振電極２２ａに検体溶液を接触させて、その検体溶液に含まれる特定物質の質量測定を行う質量測定チップ２であって、逆メサ型圧電振動片２０における他方面側の周縁の厚肉部を基板部材１０に接合して、逆メサ型圧電振動片２０における電極相互の短絡を防止した。【選択図】        図１
2004286585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆メサ型圧電振動片における一方面側の励振電極の表面に感応膜を塗布し、前記一方面側の励振電極に検体を接触させて、前記検体に含まれる特定物質の質量測定を行う質量測定チップであって、
前記逆メサ型圧電振動片における他方面側の周縁の厚肉部を基板部材に接合して、前記逆メサ型圧電振動片における電極相互の短絡を防止したことを特徴とする質量測定チップ。
【請求項２】
請求項１に記載の質量測定チップにおいて、
前記基板部材は、樹脂モールドにリードフレームを埋設して形成したことを特徴とする質量測定チップ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の質量測定チップにおいて、
前記逆メサ型圧電振動片の外周に沿って、前記基板部材の表面から凸部を形成したことを特徴とする質量測定チップ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の質量測定チップにおいて、
前記逆メサ型圧電振動片における他方面側の周縁の厚肉部は、異方性導電性ゴムを介して基板部材に接合し、
前記逆メサ型圧電振動片における一方面側の周縁の厚肉部を押圧する押圧手段を備えたことを特徴とする質量測定チップ。
【請求項５】
逆メサ型圧電振動片における他方面側の周縁の厚肉部を基板部材に実装した質量測定チップを製造する方法であって、
複数の基板部材が連続する基板母材を形成する工程と、
前記基板母材に複数の逆メサ型圧電振動片を実装する工程と、
前記基板母材を分割して、複数の質量測定チップを形成する工程と、
を有することを特徴とする質量測定チップの製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載の質量測定チップを使用して製造したことを特徴とする質量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は質量測定チップおよびその製造方法ならびに質量測定装置に係り、特に圧電振動片を用いて検体溶液における特定物質の濃度等を測定する質量測定チップに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
食品や生化学、環境などの分野で、特定物質の有無や濃度等を測定するため、水晶振動子マイクロバランス法が利用されている。その具体的な方法は、まず圧電振動片における一方面側の励振電極の表面に、特定物質の感応膜を塗布する。感応膜を塗布した圧電振動子を溶液に浸漬した後、溶液中で周波数が安定するまで暫く時間をおく。その後、溶液に吸着或いは脱着、沈殿或いは分解の反応を起させる物質、または検出される物質を加え、振動子上の感応膜と特定物質とを反応させてその質量変化を検出する。
【０００３】
たとえば、加えられた検体溶液中の特定物質が感応膜と結合し、励振電極の質量が増加する。この励振電極の質量増加にともなって、圧電振動片の共振周波数が低下する。これにより、検体溶液中の特定物質の有無を判断することができる。なお、検体溶液中の特定物質の濃度が高いほど、共振周波数の低下速度は速くなる。そこで、圧電振動片の共振周波数の低下速度を把握することにより、検体溶液中の特定物質の濃度を測定することができる。
【０００４】
ところで、圧電振動片を検体溶液中に浸漬する際に、その両面に形成した励振電極が相互に短絡すると、圧電振動片を発振させることができなくなる。そこで、感応膜を塗布しない他方面側の励振電極を被覆部材等で覆うことにより、当該励振電極を検体溶液から封止して、電極間の短絡を防止する必要がある。
【０００５】
図１０に、特許文献１に記載された質量測定チップの説明図を示す。なお、図１０（１）は平面図であり、図１０（２）は図１０（１）のＧ−Ｇ線における側面断面図である。この質量測定チップ８０３は、矩形状の圧電平板の両面に円形状の励振電極８２２ａ，８２２ｂを形成した圧電振動片８２０を備えている。また、圧電振動片８２０の一方面側には、絶縁性薄板からなる被覆部材８５０が接着剤８５８によって接着されている。これにより、一方面側の励振電極８２２ｂが検体溶液から封止され、電極間の短絡が防止されている。さらに、各励振電極にはリード線８２４が取り付けられ、リード線８２４の検体溶液に浸漬する部分は接着剤８５８によって被覆されている。
【０００６】
図１１に、従来の質量測定装置の説明図を示す。質量測定装置８０１において、上述した質量測定チップ８０３は外部の発振回路８４０に接続されている。質量の測定は、励振電極８２２ａの表面に上述した感応膜（不図示）を塗布した上で、質量測定チップ８０３を検体溶液７中に浸漬して行う。まず、発振回路８４０により質量測定チップ８０３の圧電振動片を発振させ、周波数カウンタ５により圧電振動片の共振周波数を測定する。上述したように、検体溶液中の特定物質が感応膜と結合し励振電極の質量が増加すると、圧電振動片の共振周波数が低下する。そこで、コンピュータ６によりこの共振周波数の低下量等を解析して、検体溶液中の特定物質の有無および濃度等を算出する。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１３８１２５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
検体溶液に含まれる特定物質が微量であっても、その測定を可能とするため、質量測定チップには高感度化が要求されている。質量測定チップを高感度化するには、圧電振動片を高周波化する必要がある。そして圧電振動片を高周波化するには、振動部の肉厚を薄くする必要がある。しかし、図１０に示す従来の質量測定チップ８０３において、肉厚の薄い圧電振動片８２０を実装すると、接着時の加圧や接着剤８５８の固化により圧電振動片８２０に応力が作用し、圧電振動片８２０が破損する場合がある。以上の理由から、質量測定チップの高感度化に対応できないという問題がある。
【０００９】
また、測定費用を安価にするために、非常に微量な検体溶液で測定できる装置が求められており、質量測定チップには小型化が要求されている。質量測定チップを小型化するには、圧電振動片を小型化する必要がある。しかし圧電振動片を小型化すると、製造工程における取り扱いが困難になるという問題がある。
【００１０】
また、同時に多種類の特定物質の測定を可能とするため、質量測定チップにはマルチセンサ化が要求されている。質量測定チップをマルチセンサ化するには、多数の圧電振動片を低コストで製造する必要がある。しかし、図１０に示す質量測定チップ８０３では、圧電振動片８２０の個片と被覆部材８５０の個片とを接合して質量測定チップ８０３を製造するため、多数の圧電振動片を備えた質量測定チップを低コストで製造することができない。その結果、質量測定チップのマルチセンサ化に対応できないという問題がある。
【００１１】
本発明は上記問題点に着目し、高感度化、小型化およびマルチセンサ化に対応することが可能な、質量測定チップおよびその製造方法ならびに質量測定装置の製造方法の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る質量測定チップは、逆メサ型圧電振動片における一方面側の励振電極の表面に感応膜を塗布し、前記一方面側の励振電極に検体を接触させて、前記検体に含まれる特定物質の質量測定を行う質量測定チップであって、前記逆メサ型圧電振動片における他方面側の周縁の厚肉部を基板部材に接合して、前記逆メサ型圧電振動片における電極相互の短絡を防止した構成とした。
【００１３】
逆メサ型圧電振動片の周縁厚肉部を基板部材に接合するので、実装時の加圧や接着剤の固化により、中央の薄肉振動部に大きな応力が作用することはなく、圧電振動片の破損を防止することができる。また、圧電振動片の振動部と基板部材との干渉を回避することができる。さらに、逆メサ型圧電振動片の周縁厚肉部の表面と基板部材の表面とを広範囲にわたって面接触させるので、封止の安定性を向上させることができる。したがって、肉厚の薄い高周波の圧電振動片を使用することが可能となり、質量測定チップを高感度化することができる。
【００１４】
また、単純な構造により圧電振動片の電極相互の短絡を防止することができるので、質量測定チップを小型化することができる。同時に、質量測定チップの低コスト化が可能になるので、質量測定チップのマルチチップ化に対応することができる。
【００１５】
なお、前記基板部材は、樹脂モールドにリードフレームを埋設して形成してもよい。この場合も、単純な構造により圧電振動片の電極相互の短絡を防止することができるので、質量測定チップを小型化することができる。同時に、質量測定チップの低コスト化が可能になるので、質量測定チップのマルチチップ化に対応することができる。
【００１６】
なお、前記逆メサ型圧電振動片の外周に沿って、前記基板部材の表面から凸部を形成してもよい。この凸部が圧電振動片に作用する外力を受け止めるので、圧電振動片の破損を防止することができる。したがって、肉厚の薄い高周波の圧電振動片を使用することが可能となり、質量測定チップを高感度化することができる。
【００１７】
なお、前記逆メサ型圧電振動片における他方面側の周縁の厚肉部は、異方性導電性ゴムを介して基板部材に接合し、前記逆メサ型圧電振動片における一方面側の周縁の厚肉部を押圧する押圧手段を備えてもよい。異方性導電性ゴムは適度な圧力を加えることで、圧力の作用方向に導電性を示すので、逆メサ型圧電振動片および基板部材の電極間を電気的に接続することができる。また、異方性導電性ゴムは封止材として機能するので、圧電振動片における電極相互の短絡を防止することができる。したがって、製造工程が簡略化され、質量測定チップの低コスト化が可能になる。
【００１８】
一方、本発明にかかる質量測定チップの製造方法は、逆メサ型圧電振動片における他方面側の周縁の厚肉部を基板部材に実装した質量測定チップを製造する方法であって、複数の基板部材が連続する基板母材を形成する工程と、前記基板母材に複数の逆メサ型圧電振動片を実装する工程と、前記基板母材を分割して複数の質量測定チップを形成する工程と、を有する構成とした。これにより、圧電振動片を小型化した場合でも、基板母材が製造トレイとして機能するので、製造工程における取り扱いが容易になる。したがって、質量測定チップを小型化することができる。また、複数の質量測定チップを同時に製造することができるので、質量測定チップの低コスト化が可能になる。したがって、質量測定チップのマルチチップ化に対応することができる。
【００１９】
一方、本発明にかかる質量測定装置は、請求項１ないし４のいずれかに記載の質量測定チップを使用して製造した構成とした。これにより、上記効果をともなった質量測定装置を提供することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る質量測定チップおよびその製造方法ならびに質量測定装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。なお、以下に記載するのは本発明の実施形態の一態様にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２１】
最初に、第１実施形態について説明する。
図１に、第１実施形態に係る質量測定チップの説明図を示す。なお、図１（１）は平面図であり、図１（２）は図１（１）のＡ−Ａ線における側面断面図である。第１実施形態に係る質量測定チップ２は、逆メサ型圧電振動片２０における一方面側の励振電極２２ａの表面に感応膜を塗布し、その一方面側の励振電極２２ａに検体溶液を接触させて、その検体溶液に含まれる特定物質の質量測定を行う質量測定チップ２であって、逆メサ型圧電振動片２０における他方面側の周縁の厚肉部を基板部材１０に接合して、逆メサ型圧電振動片２０における電極相互の短絡を防止したものである。
【００２２】
本実施形態に係る質量測定チップは、従来の質量測定チップを高感度化したものである。質量測定チップの感度は、次式で表すことができる。
【数１】
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ただし、ｄｆは圧電振動片の共振周波数の変化量、ｆ０は圧電振動片の共振周波数の初期値、ρは圧電材料の密度、μは圧電材料のせん断応力、ｄｍは励振電極に結合した検出物質の質量、Ａは励振電極の面積である。上式からわかるように、圧電振動片の共振周波数の初期値ｆ０が高いほど、その変化量ｄｆが大きくなり、質量測定チップが高感度化する。例えば、ｆ０を従来の２７ＭＨｚから１５０ＭＨｚまで高周波化すれば、感度を３０倍にすることができる。また、例えば１ＧＨｚまでさらに高周波化すれば、より高い感度が得られる。そして圧電振動片を高周波化するには、圧電振動片の振動部における肉厚を薄くすればよい。
【００２３】
そこで、圧電振動片２０として、いわゆる逆メサ型圧電振動片を使用する。逆メサ型圧電振動片２０は、水晶等の圧電材料を平板状に切り出し、その両面中央部に凹部を形成して薄肉化し、その薄肉部の両面に励振電極２２ａ，２２ｂを形成したものである。圧電振動片２０の周縁の厚肉部には、励振電極２２ａ，２２ｂと導通する接続電極２４ａ，２４ｂを形成する。なお、圧電振動片２０の上面側の接続電極２４ａは、圧電振動片２０の下面にも延長形成する。そして圧電振動片２０の下面には、上面側の接続電極２４ａと下面側の接続電極２４ｂとを並べて配置する。なお、各電極はＡｕ／ＣｒまたはＡｇ／Ｃｒの２層によって構成する。このような逆メサ型圧電振動片では、周縁の厚肉部により中央の薄肉振動部が保護されるので、外力による振動部の破壊を防止することができる。これにより、高周波の圧電振動片が利用可能となり、質量測定装置を高感度化することができる。
【００２４】
そして、この圧電振動片２０における上面の励振電極２２ａの表面に感応膜を塗布する。感応膜は、検出すべき特定物質の分子のみと結合する物質であり、特定物質に対応して選択する。
【００２５】
一方、圧電振動片２０を実装する基板部材１０を形成する。基板部材１０は、セラミック材料やエポキシ材料、シリコン材料等の樹脂材料によって構成する。なお、圧電材料と同等の熱膨張係数を有するガラス材料によって基板部材１０を形成すれば、圧電振動片２０と基板部材１０との熱膨張率および熱収縮率が同等となるので、両者の接合部における破壊を防止することができる。加えて、振動片への応力の影響も最小限に抑えることができる。また、基板部材１０の上面には接続電極１４を形成し、下面には外部電極１６を形成して、スルーホール１５により上下の電極相互の導通を確保する。なお、各電極はＡｕ、Ｃｕ材料等によって形成する。
【００２６】
そして、基板部材１０の上面側に圧電振動片２０を配置する。さらに、基板部材１０の上面に形成した接続電極１４と、圧電振動片２０の下面に形成した接続電極２４ａ，２４ｂとを、Ａｇペースト等の導電性接着剤１８により接着して電気的に接続する。なお導電性接着剤１８の代わりに、金属バンプや金属ロウ剤を介して両電極を接続してもよい。また、両電極表面のＡｕ材料を溶着または圧着して両電極を接続してもよい。
【００２７】
一方、基板部材１０の上面と圧電振動片２０の側面との角部に、封止用接着剤１９を塗布する。なお封止用接着剤１９には、シリコン系接着剤等の、電気絶縁性、耐薬品性、耐水性および弾性を有する接着剤を使用する。また、封止用接着剤１９は圧電振動片２０の全周にわたって塗布する。これにより、圧電振動片２０の下面側の励振電極２２ｂが基板部材１０によって密閉封止され、圧電振動片２０の上下両面に形成した電極相互の短絡が防止される。
【００２８】
図２に、第１実施形態に係る質量測定チップの第１変形例の説明図を示す。第１変形例に係る質量測定チップ７０は、圧電振動片２０の外周に沿って、基板部材７２の表面から凸部７４を形成したものである。この凸部７４は、セラミック材料等からなるシートを基板部材７２に積層・焼成して形成する。なお、凸部７４の高さは、圧電振動片２０の上面より高くするのが好ましい。この凸部７４が圧電振動片２０に作用する外力を受け止めるので、圧電振動片２０の破損を防止することができる。
【００２９】
図３（１）に、第１実施形態に係る質量測定チップの第２変形例の説明図を示す。第２変形例に係る質量測定チップ８０は、異方性導電性ゴム８２を介して圧電振動片２０を実装したものである。異方性導電性ゴム８２は、適度な圧力を加えることで、圧力の作用方向に導電性を示すゴム材料である。この異方性導電性ゴム８２を、逆メサ型圧電振動片２０の下面の周縁厚肉部と、基板部材１０の上面との間に配置する。そして、逆メサ型圧電振動片２０の上面の周縁厚肉部表面にキャップ８３を配置する。このキャップ８３は、逆メサ型圧電振動片２０の上面の周縁厚肉部を所定の圧力で押圧するように配置されているため、異方性導電性ゴム８２は、圧電振動片２０の接続電極２４および基板部材１０の接続電極１４によって挟まれた部分で圧力の加わる方向に導電性を示し、両電極間を電気的に接続することができる。また異方性導電性ゴム８２は封止材として機能し、圧電振動片２０の下面の励振電極２２ｂを密閉封止する。したがって、圧電振動片２０における電極相互の短絡を防止することができる。これにともなって、導電性接着剤および封止用接着剤の塗布が不要となり、製造工程が簡略化されて、製造コストを削減することができる。
【００３０】
図４に、アタッチメントおよびホルダの説明図を示す。なお、図４（１）は全体の側面断面図であり、図４（２）はアタッチメントの側面断面図である。図１に示す質量測定チップ２を使用して、図４に示すアタッチメント５０を形成する。具体的には、まず配線パターン（不図示）を形成したフレーム５２に質量測定チップ２を装着する。そして、フレーム５２の周囲に樹脂材料５４等を成型する。なお、感応膜を塗布する励振電極２２ａが外部に露出するように、樹脂材料５４等を成型する。このようなアタッチメント５０を形成することにより、微小な質量測定チップ２の取り扱いが容易になり、また使用済みの質量測定チップを簡単に交換することができる。
【００３１】
一方、アタッチメント５０を着脱するホルダ４を形成する。具体的には、まず配線パターン（不図示）を形成したフレーム４２に、発振回路素子４０およびソケット部材４６を装着する。また、フレーム４２から周波数カウンタ５（図５参照）への配線４８を接続する。さらに、フレーム４２の周囲に樹脂材料４４等を成型すれば、ホルダ４が完成する。そして、ホルダ４のソケット部材４６に、アタッチメント５０のフレーム５２を挿入することにより、発振回路４０と質量測定チップ２とを電気的に接続する。また、係合部４９においてホルダ４の凹部にアタッチメント５０の凸部を係合させることにより、ホルダ４とアタッチメント５０とを機械的に接続する。これにより、質量測定に使用済みのアタッチメント５０をホルダ４から取り外して、図４（２）に示すような他のアタッチメント１５０と交換することができる。なお、ホルダ４の内部に発振回路４０を設けたので、伝送経路を伝わる発振信号の波長に対し、圧電振動片２０と発振回路４０との電気長が短くなって、圧電振動片２０を高周波で発振させても、安定に発振させることができる。よって、高周波の圧電振動片を検体溶液中で安定して発振させることが可能となり、質量測定チップを高感度化することができる。
【００３２】
図５に、質量測定装置の説明図を示す。上記のようにアタッチメントを装着したホルダ４は、周波数カウンタ５に接続する。周波数カウンタ５は、圧電振動片の共振周波数を測定するものである。また、周波数カウンタ５はコンピュータ６に接続する。コンピュータ６は、周波数カウンタ５が測定した共振周波数から、圧電振動片の励振電極に吸着もしくは脱着した特定物質の質量を算出するものである。加えて、特定物質の付着量の経時変化から検体溶液中の特定物質の濃度を解析し得るようにコンピュータ６を構成する。
【００３３】
次に、本実施形態に係る質量測定チップおよび質量測定装置を使用して、質量測定を行う方法について説明する。
質量測定を行うには、まず図４に示す発振回路４０から圧電振動片２０に通電して、圧電振動片２０を発振させる。また、図５に示す周波数カウンタ５により圧電振動片の共振周波数を連続的に計測しておく。次に、アタッチメント５０を検体溶液７中に浸漬し、圧電振動片の励振電極に検体溶液を接触させる。検体溶液が励振電極に接触すると、検体溶液中の特定物質が励振電極表面の感応膜と結合する。これにより、励振電極の質量が増加して、圧電振動片の共振周波数が低下する。この共振周波数の低下量等をコンピュータ６で解析することにより、特定物質の有無および濃度等を算出することができる。なお、質量測定チップを検体溶液に浸漬して使用するだけでなく、水平配置した質量測定チップに検体溶液を滴下して使用することも可能である。また、質量測定チップを検体ガスに暴露して使用することにより、検体ガス中の特定物質の質量を測定することも可能である。なお、励振電極の質量の増加だけでなく、励振電極の質量の減少や検体溶液の粘度、密度の変化等による圧電振動片の共振周波数の増減をコンピュータ６で解析することにより、液体の粘度や密度などの物理量を測定することも可能である。
以上に詳述した本実施形態に係る質量測定チップにより、高感度化、小型化およびマルチセンサ化に対応することが可能となる。
【００３４】
すなわち本実施形態では、逆メサ型圧電振動片における下面側の周縁の厚肉部を基板部材に接合して、逆メサ型圧電振動片における下面側の電極を密閉封止した構成とした。逆メサ型圧電振動片の周縁厚肉部を基板部材に接合するので、実装時の加圧や接着剤の固化により、中央の薄肉振動部に大きな応力が作用することはなく、圧電振動片の破損を防止することができる。また、圧電振動片の振動部と基板部材との干渉を回避することができる。さらに、逆メサ型圧電振動片の周縁厚肉部の表面と基板部材の表面とを広範囲にわたって面接触させるので、封止の安定性を向上させることができる。したがって、肉厚の薄い高周波の圧電振動片を使用することが可能となり、質量測定チップを高感度化することができる。
【００３５】
また、単純な構造により圧電振動片の電極相互の短絡を防止することができるので、質量測定チップを小型化することができる。同時に、質量測定チップの低コスト化が可能になるので、質量測定チップのマルチチップ化に対応することができる。なお、本実施形態で使用する基板部材は、基板母材を個片に分割して形成する。ここで、個片に分離した基板部材に圧電振動片を実装すれば通常の質量測定チップが完成し、基板母材に対して複数の圧電振動片を実装すればマルチセンサ化された質量測定チップを得ることができる。したがって、特段の製造コストを要することなく、質量測定チップをマルチセンサ化することができる。
【００３６】
次に、第２実施形態について説明する。
図６に、第２実施形態に係る質量測定チップの説明図を示す。第２実施形態に係る質量測定チップ１０２は、樹脂モールド１１１にリードフレーム１１５を埋設して基板部材１１０を形成したものである。
【００３７】
リードフレーム１１５は、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属材料で形成する。なお、インナリード部分は上方に立ち上げて接続電極１１４を形成する。また、アウタリード部分はガルウイング状に下方に折り曲げて外部端子１１６を形成する。一方、リードフレーム１１５を埋設するように樹脂モールド１１１を成型する。この樹脂モールド１１１により、リードフレーム１１５相互間およびリードフレーム１１５と外部との間の電気絶縁性を確保することができる。
【００３８】
そして、基板部材１１０の上面側に圧電振動片１２０を配置し、基板部材１１０の上面に形成した接続電極１１４と、圧電振動片１２０の下面に形成した接続電極１２４とを、導電性接着剤１１８等により電気的に接続する。また、基板部材１１０の表面と圧電振動片１２０の側面との角部に、圧電振動片の全周にわたって封止用接着剤１１９を塗布する。これにより、圧電振動片１２０の下面側の励振電極１２２ｂが基板部材１１０によって密閉封止され、圧電振動片１２０の両面に形成された電極間の短絡を防止することができる。なお、アウターリードの形状は、ＤＩＰ形状であっても良い。
【００３９】
図７に、第２実施形態に係る質量測定チップの製造方法の説明図を示す。上述した質量測定チップを製造するには、図７（１）に示すように、まず連続したリードフレーム１１５を形成する。さらに、そのリードフレーム１１５における複数の質量測定チップ形成領域に、樹脂モールド１１１を成型する。これにより、連続した複数の基板部材からなる基板母材１１０ａが形成される。次に、図７（２）に示すように、基板母材１１０ａにおける各基板部材１１０に、それぞれ圧電振動片１２０を実装する。そして、図７（３）に示すように、基板母材１１０ａを各質量測定チップの個片１０２ａに分割する。その後、各質量測定チップのアウタリード１１６を下側に折り曲げれば、図６に示す質量測定チップ１０２を同時に複数個形成することができる。
【００４０】
図８に、第２実施形態に係る質量測定チップの第１変形例の説明図を示す。第１変形例に係る質量測定チップは、アウタリードの形状を変更したものである。図８（１）の質量測定チップ１７０では、アウタリードをＪリードに加工して外部端子１７２を形成する。Ｊリード部分は、その可撓性により緩衝材として機能する。したがって、外力による質量測定チップの破損を防止することができる。図８（２）の質量測定チップ１７５では、アウタリードを樹脂モールドの下側表面に配置して外部端子１７７を形成する。これにより、質量測定チップを小型化することができる。なお、図８（１）（２）に示す質量測定チップ１７０，１７５では、圧電振動片１２０の外周に沿って基板部材１７１の表面から凸部１７４を形成している。この凸部１７４は、基板部材１７１の樹脂モールドと一体成型する。この凸部１７４により、外力による圧電振動片の破損を防止することができる。
【００４１】
図９に、第２実施形態に係る質量測定チップの第２変形例の説明図を示す。第２変形例に係る質量測定チップ１８０，１８５は、基板部材１８１，１８６の中央部に貫通孔１８３，１８８を設けて、圧電振動片１２０の下面側の励振電極１２２ｂを、下方に向かって開放したものである。質量測定チップを検体溶液に浸漬して使用する場合とは異なり、圧電振動片の上面に検体溶液を滴下して使用する場合や、圧電振動片を検体ガスに暴露して使用する場合には、上下両面に形成した電極相互の短絡がないからである。なお、図９（１）は図８（１）の質量測定チップにおける基板部材に貫通孔を設けたものであり、図９（２）は図８（２）の質量測定チップにおける基板部材に貫通孔を設けたものである。
【００４２】
なお図３（２）に示すように、異方性導電性ゴム１８２を介して圧電振動片１２０を実装することにより、圧電振動片１２０と基板部材１１０とを電気的に接続するとともに、圧電振動片１２０の上下両面に形成した電極相互の短絡を防止することも可能である。そして、圧電振動片１２０の周縁厚肉部にキャップ８５を配置し、圧電振動片１２０を適宜の力で基板部材１１０の底面に押圧した状態で、キャップ８５を圧電振動片１２０の厚肉部と凸部１７４との上端面に接合する。これにより、導電性接着剤および封止用接着剤の塗布が不要となり、製造工程を簡略化して、製造コストを削減することができる。なお図３（２）は、図８（２）の質量測定チップにおける導電性接着剤および封止用接着剤の代わりに、異方性導電性ゴムを介して圧電振動片を実装したものである。
【００４３】
以上に詳述したように、第２実施形態に係る質量測定チップでは、樹脂モールドにリードフレームを埋設して基板部材を形成した構成とした。かかる単純な構造により圧電振動片の電極間の短絡を防止することができるので、質量測定チップを小型化することができる。同時に、質量測定チップの低コスト化が可能になるので、質量測定チップのマルチチップ化に対応することができる。
【００４４】
また、第２実施形態に係る質量測定チップの製造方法では、複数の基板部材が連続する基板母材を形成する工程と、基板母材に複数の逆メサ型圧電振動片を実装する工程と、基板母材を分割して複数の質量測定チップを形成する工程と、を有する構成とした。これにより、圧電振動片を小型化した場合でも、基板母材が製造トレイとして機能するので、製造工程における取り扱いが容易になる。したがって、質量測定チップを小型化することができる。また、複数の質量測定チップを同時に製造することができるので、質量測定チップの低コスト化が可能になり、質量測定チップのマルチチップ化に対応することができる。
【００４５】
なお、上述した各実施形態では、本発明に係る質量測定チップないし質量測定装置をバイオセンサとして使用する方法について説明したが、本発明に係る質量測定チップないし質量測定装置は、例えばメッキ膜厚モニタや粘度計、イオンセンサ、においセンサなどにも使用することが可能である。まず、メッキ膜厚モニタとして使用する場合には、メッキ対象物とともに質量測定チップをメッキ液中に浸漬する。この場合、励振電極の表面に付着したメッキ膜厚の増加とともに、圧電振動片の共振周波数が低下する。したがって、メッキ対象物のメッキ膜厚を検知することができる。また、イオンセンサとして使用する場合には、感応膜としてイオン吸着物質を塗布すればよい。一方、においセンサとして使用する場合には、感応膜としてにおい成分の吸着物質を塗布すればよい。
【００４６】
次に、粘度／密度計として使用する場合の測定原理を説明する。ＡＴカット圧電振動子は、その表面に沿って厚み滑り振動する。このＡＴカット圧電振動子を液体中に浸漬して発振させると、液体との間にせん断応力を生じる。そこで、ニュートンの粘性の式と水晶振動子の振動の式とから、液体の粘性による周波数変化量を表す次式が導かれる。
【数２】
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ただし、ｄｆは圧電振動片の共振周波数の変化量、ｆ０は圧電振動片の共振周波数の初期値、ηは液体の粘度、ρＬは液体の密度、μは圧電材料の弾性率である。上式において、液体の粘度ηまたは液体の密度ρＬのいずれか一方を一定とすれば、いずれか他方と共振周波数の変化量とが一対一に対応する。したがって、共振周波数の変化量を測定することにより、液体の粘度変化または液体の密度変化を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る質量測定チップの説明図である。
【図２】第１実施形態に係る質量測定チップの第１変形例の説明図である。
【図３】第１実施形態に係る質量測定チップの第２変形例の説明図である。
【図４】アタッチメントおよびホルダの説明図である。
【図５】質量測定装置の説明図である。
【図６】第２実施形態に係る質量測定チップの説明図である。
【図７】第２実施形態に係る質量測定チップの製造方法の説明図である。
【図８】第２実施形態に係る質量測定チップの第１変形例の説明図である。
【図９】第２実施形態に係る質量測定チップの第２変形例の説明図である。
【図１０】従来の質量測定チップの説明図である。
【図１１】従来の質量測定装置の説明図である。
【符号の説明】
２………質量測定チップ、１０………基板部材、１４………接続電極、１５………スルーホール、１６………外部電極、１８………導電性接着剤、１９………封止用接着剤、２０………圧電振動片、２２ａ，２２ｂ………励振電極、２４ａ，２４ｂ………接続電極。
【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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【図１０】
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【図１１】
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