(57)【要約】【課題】電極と導体との接合が確実で、かつ歩留まりの高い電極接合構造を有する球状弾性表面波センサを得る。【解決手段】球状ＳＡＷ水素センサ１０は、球状ＳＡＷ水素センサ１０表面の円周上にあるＳＡＷ周回経路に設置され、ＳＡＷ周回経路に沿って弾性表面波を発生および伝搬させるすだれ状電極と、ＳＡＷ周回経路を挟み、球状ＳＡＷ水素センサ１０表面の互いに対向する両極にそれぞれ形成された第１電極および第２電極と、すだれ状電極と第１電極および第２電極とを接続する引出し線と、第１電極および第２電極にその一端がそれぞれ接合された第１電極棒２０および第２電極棒３０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球体表面の円周上に設置され、当該円周に沿って弾性表面波を発生および伝搬させる弾性表面波発生器と、
前記円周を挟み、前記球体表面の互いに対向する両極にそれぞれ形成された２つの電極と、
前記弾性表面波発生器と前記電極とを接続する引出し線と、
前記２つの電極にその一端がそれぞれ接合された２つの棒状導体とを備えた球状弾性表面波センサ。
【請求項２】
棒状導体の軸方向は、球体表面の弾性表面波が伝搬する円周の径方向と直交することを特徴とする請求項１記載の球状弾性表面波センサ。
【請求項３】
電極と棒状導体とを導電性接着剤によって接合することを特徴とする請求項１または請求項２記載の球状弾性表面波センサ。
【請求項４】
棒状導体は、電極と接合する端面に凹部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の球状弾性表面波センサ。
【請求項５】
棒状導体は、電極と接合する端部に所定の長さの縮径部を備え、
前記電極と前記棒状導体の一端とが前記縮径部を含んで導電性接着剤によって接合されることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の球状弾性表面波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、球状弾性表面波素子の表面に形成された電極と導体とを電気的に接続した球状弾性表面波センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
球状素子が外部回路等と電気信号をやりとりするためには、球状素子の表面に電極を形成し、その電極と外部回路等とを電気的に接続する必要がある。例えば、特許文献１では、球状素子表面の電極と外部回路とを複数の球状バンプで接合する電極接合構造が開示されている。この構造では、まず、配列基板に複数の導電性ボールを仮配列させておき、導電性ボールと球状素子の表面に形成した表面電極とを位置あわせしながら両者を接触させる。このとき、導電性ボールを適度に加熱して表面電極に押しつけることで、導電性ボールを表面電極に転写接合することができる。これにより、球状素子の各表面電極に球状バンプが形成される。この球状素子を実装すれば、球状バンプを介して外部回路等に接続することが可能となる。
【０００３】
また、球状素子に球状弾性表面波素子を用いる場合、球状素子の赤道表面上を周回する弾性表面波に影響を及ぼさないように、表面電極は赤道表面上を避けて各半球にそれぞれ形成される。赤道面を中心とした相対位置に対をなして形成された表面電極に球状バンプを形成し、その球状弾性表面波素子を回路基板に実装する。この際、表面電極の相対位置によっては球状弾性表面波素子の一部が回路基板に接触して実装される恐れがあるため、回路基板には窪みまたは穴が設けられていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の球状素子電極接合構造は以上のように構成されているので、球状素子の表面に形成する表面電極は、導電性ボールと合金化して接合させるために、所定の厚みを持たせる必要があった。しかし、所定の厚みを有した表面電極を形成することは難しく、歩留まりが低くなるという課題があった。
また、球形状であることに起因して、球状素子と導電性ボールとの各接合状態を均質にすること、および導電性ボールからなる球状バンプと外部回路との各接合状態を均質にすることが難しいという課題があった。
【０００６】
また、球状素子に球状弾性表面波素子を用いる場合には、外部回路基板の球状弾性表面波素子を実装する位置に予め窪みまたは穴を設ける必要があった。また表面電極と導電性ボールとの位置あわせ、および球状バンプと回路基板との位置あわせをする必要があった。球状弾性表面波素子は、例えば直径１ｍｍ、表面電極は直径０．１ｍｍ程度と微細で、かつ接合信頼性の観点から４極以上必要なため、これらの工程は精密さが要求され、歩留まりが低くなるという課題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、電極間の接合が確実で、かつ歩留まりの高い電極接合構造を有する球状弾性表面波センサを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る球状弾性表面波センサは、球体表面の円周上に設置され、当該円周に沿って弾性表面波を発生および伝搬させる弾性表面波発生器と、円周を挟み、球体表面の互いに対向する両極にそれぞれ形成された２つの電極と、弾性表面波発生器と電極とを接続する引出し線と、２つの電極にその一端がそれぞれ接合された２つの棒状導体とを備えるようにしたものである。
【０００９】
この発明に係る球状弾性表面波センサは、棒状導体の軸方向が、球体表面の弾性表面波が伝搬する円周の径方向と直交するようにしたものである。
【００１０】
この発明に係る球状弾性表面波センサは、電極と棒状導体とを導電性接着剤によって接合するようにしたものである。
【００１１】
この発明に係る球状弾性表面波センサは、棒状導体の電極と接合する端面に凹部を備えるようにしたものである。
【００１２】
この発明に係る球状弾性表面波センサは、棒状導体の電極と接合する端部に縮径部を備え、電極と棒状導体の一端とが縮径部を含んで導電性接着剤によって接合されるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、球体表面の円周上に設置され、当該円周に沿って弾性表面波を発生および伝搬させる弾性表面波発生器と、円周を挟み、球体表面の互いに対向する両極にそれぞれ形成された２つの電極と、弾性表面波発生器と電極とを接続する引出し線と、２つの電極にその一端がそれぞれ接合された２つの棒状導体とを備えるようにしたので、電極と導体との接合が確実で、かつ歩留まりの高い電極接合構造を有する球状弾性表面波センサを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る球状弾性表面波センサの全体構成を示す斜視図である。本実施の形態１では、球状弾性表面波センサの１例として、球状弾性表面波水素センサ（以下、球状ＳＡＷ水素センサとする。ＳＡＷ；Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）を例に挙げて説明する。図１に示す球状ＳＡＷ水素センサは、球状ＳＡＷ水素センサ１０、球状ＳＡＷ水素センサ１０の両極に接合された導体である第１電極棒（棒状導体）２０および第２電極棒（棒状導体）３０から構成される。また、球状ＳＡＷ水素センサ１０の出力値に対してリファレンス値を出力するために用いる球状素子１０ａも、球状ＳＡＷ水素センサ１０同様に第１電極棒２０および第２電極棒３０がその両極に接合され、球状素子電極接合構造をなしている。球状素子１０ａの詳細な説明は後述する。これらの球状ＳＡＷ水素センサを実装する場合、例えば、パッケージ４０にガラスハーメチックシールで固定された導体４１と第１電極棒２０および第２電極棒３０とをそれぞれ電気的に接続する。このように、球状ＳＡＷ水素センサ１０およびリファレンスである球状素子１０ａを実装して、水素センサとなる。
【００１５】
次に、球状ＳＡＷ水素センサ１０の説明をする。図２は、この発明の実施の形態１に係る球状ＳＡＷ水素センサの構成を示す斜視図である。図２に示す球状ＳＡＷ水素センサ１０は、結晶球１１を基板として用いる。結晶球１１は、圧電結晶である水晶とした。結晶球１１の円周上には、すだれ状電極（弾性表面波発生器）１２がパターン形成されている。このすだれ状電極１２から結晶球１１の両極に向けて引出し線１３ａ，１４ａがそれぞれ伸び、引出し線１３ａの先端に第１電極１３が、引出し線１４ａの先端に第２電極１４が、互いに対向するように形成されている。さらに、結晶球１１の円周上には、水素吸蔵によって超音波に対する特性が変化するパラジウム−ニッケル系合金膜である水素感応膜１５がスパッタリング法等によって成膜されている。
【００１６】
球状ＳＡＷ水素センサ１０は、第１電極１３および第２電極１４によってすだれ状電極１２に電位を与えると、圧電効果によりＳＡＷが発生し、結晶球１１の円周であるＳＡＷ周回経路１６を多重周回する。このとき、ＳＡＷ周回経路１６に成膜された水素感応膜１５は、球状ＳＡＷ水素センサ１０周辺の水素を吸収して弾性率および密度が変化しているため、この変化に応じて、水素感応膜１５上を多重周回するＳＡＷの音速（遅延時間）および振幅強度も変化する。これらの遅延時間応答および振幅強度応答から、水素圧および濃度を推定する。
【００１７】
なお、図１に示す球状素子１０ａは、球状ＳＡＷ水素センサ１０から水素感応膜１５を除いた構成である。水晶でできた結晶球１１は周囲空気の温湿度変化の影響を受ける。そのため、水素感応膜１５を持たない球状素子１０ａの出力値は、周囲空気の温湿度変化を示す。従って、同一パッケージ４０内に実装された水素感応膜１５のある球状ＳＡＷ水素センサ１０の出力値と水素感応膜１５のない球状素子１０ａの出力値とを比較すれば、温湿度特性を補正することができ、水素センサの測定精度を高めることができる。
【００１８】
また、球状ＳＡＷ水素センサ１０は、水素感応膜１５にパラジウム−ニッケル以外の組成の合金膜または各種ガスに反応する膜を用いることで、他種のガスセンサとなる。
【００１９】
次に、球状ＳＡＷ水素センサ１０の電極接合構造を説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係る球状ＳＡＷ水素センサを構成する電極棒の構造を示す斜視図である。図３に示す電極棒１は、一方の先端に外径の小さい縮径部２と、縮径部２が設けられた同先端に凹部３とが形成されている。この電極棒１の縮径部２および凹部３が形成された先端が、図２に示す球状ＳＡＷ水素センサ１０に形成された第１電極１３および第２電極１４にそれぞれ導電性接着剤で接合される。
【００２０】
図４は、この発明の実施の形態１に係る球状ＳＡＷ水素センサの電極接合構造を示す断面図である。また、図５および６は、この発明の実施の形態１に係る球状ＳＡＷ水素センサを示す斜視図である。図４−６において図１−３と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。説明の都合上、第１電極１３に接合する電極棒１を第１電極棒２０とし、第２電極１４に接合する電極棒１を第２電極棒３０とする。第１電極棒２０および第２電極棒３０は、図３に示す電極棒１同様に縮径部２および凹部３をそれぞれ有する。
【００２１】
図４に示す第１電極棒２０の凹部３に導電性接着剤４を流し込み、凹部３の肩部３ａと第１電極１３とを接合させる。このとき、第１電極棒２０の軸方向と結晶球１１表面のＳＡＷ周回経路１６円周の径方向とを略直交させる。凹部３は、第１電極棒２０と球状ＳＡＷ水素センサ１０とを接合させたときに、結晶球１１に接触しないような窪みであればどのような形状であってもよい。なお、凹部３の肩部３ａは球状ＳＡＷ水素センサ１０の球形状に沿わせて傾斜して形成すれば、第１電極棒２０の球状ＳＡＷ水素センサ１０への接合をより確実にすることができる。
【００２２】
縮径部２は、第１電極棒２０を第１電極１３に接合する際に、導電性接着剤４がフィレットを形成しやすくするために設けられた面である。導電性接着剤４のフィレットを形成することにより、第１電極棒２０と第１電極１３の接合を確実で強固なものとする。なお、縮径部２の形状はフィレットを形成しやすく、固着しやすい形状であればどのような形状であってもよく、例えばテーパ状でもよい。あるいは、縮径部２を設けず、第１電極棒２０一端表面にフィレットを直接形成してもよい。
この導電性接着剤４には、熱硬化性樹脂と銀粉とを組み合わせた加熱硬化型の導電性接着剤を用いた。導電性接着剤４を用いて第１電極棒２０と第１電極１３とを接合する際に、縮径部２表面が導電性接着剤４で覆われてフィレットが形成されていることが望ましいが、必ずしもその全体が覆われている必要はない。第２電極棒３０と第２電極１４との接合も上記同様に行う。
【００２３】
以下では、球状ＳＡＷ水素センサ１０をパッケージ４０に実装する場合を例にとり、図５および図６を用いて球状ＳＡＷ水素センサの製造方法について説明する。結晶球１１の表面にすだれ状電極１２、第１電極１３、第２電極１４、およびそれら各部をつなぐ引出し線１３ａ，１４ａをパターン形成する。この工程を経た結晶球１１が、図１に示す球状素子１０ａである。次に、球状素子１０ａ表面の第１電極１３と第１電極棒２０とを、位置あわせしながら導電性接着剤４を用いて接合し、加熱硬化させる。続いて、第１電極１３と対向する位置に形成された第２電極１４と第２電極棒３０とを導電性接着剤４を用いて接合し、加熱硬化させ、球状ＳＡＷ水素センサの電極接合構造とする。
【００２４】
次に、電極接合構造を両極に形成した球状素子１０ａを、図１に示すようにパッケージ４０に実装する。第１電極棒２０の凹部３が設けられた先端とは逆側の一点、および第２電極棒３０の凹部３が設けられた先端とは逆側の一点をそれぞれ導体４１と接合する。第１電極棒２０と導体４１との接合および第２電極棒３０と導体４１との接合は、電極接合構造同様に導電性接着剤を用いてもよいし、ろう付け等でもよい。その際、球状素子１０ａはすだれ状電極１２がパッケージ４０と向き合うように設置する。
【００２５】
そして、パッケージ４０の導体４１に接合した状態の球状素子１０ａに、蒸着法、スパッタリング法等により、水素感応膜１５を成膜する。水素感応膜１５は、すだれ状電極１２の対向側を中心に、ＳＡＷ周回経路１６を覆うように成膜されていればよい。この工程を経た球状素子１０ａが球状ＳＡＷ水素センサ１０となる。図１に示す、もう一方の球状素子１０ａは、球状ＳＡＷ水素センサ１０の出力値を温湿度特性補正するためのリファレンス用であるため、水素感応膜１５を成膜せず完成となる。この電極接合構造の製造方法であれば、電極接合構造を形成して実装した後に水素感応膜１５を成膜することができるので、電極接合中または実装中に水素感応膜１５を損傷することがない。
【００２６】
以上のように、実施の形態１によれば、結晶球１１表面の円周であるＳＡＷ周回経路１６上に設置され、ＳＡＷ周回経路１６に沿って弾性表面波を発生および伝搬させるすだれ状電極１２と、ＳＡＷ周回経路１６を挟み、結晶球１１表面の互いに対向する両極にそれぞれ形成された第１電極１３および第２電極１４と、すだれ状電極１２と第１電極１３とを接続する引出し線１３ａと、すだれ状電極１２と第２電極１４とを接続する引出し線１４ａと、第１電極１３および第２電極１４にその一端がそれぞれ接合された第１電極棒２０および第２電極棒３０とを備えるようにした。また、第１電極棒２０および第２電極棒３０の各軸方向が、ＳＡＷ周回経路１６からなる円周の径方向と略直交するようにした。さらに、第１電極１３と第１電極棒２０、および第２電極１４と第２電極棒３０とを接合する端部に縮径部２を、端面に凹部３をそれぞれ設けるようにし、導電性接着剤４によって接合するようにした。これらのことにより、電極と導体との接合が確実で、かつ歩留まりの高い電極接合構造を有する球状弾性表面波センサを得ることができる。
【００２７】
なお、上記実施の形態１では、第１電極１３および第２電極１４は、結晶球１１の両極に形成する構成であったが、これに限定されるものではない。すだれ状電極１２にて発生するＳＡＷがＳＡＷ周回経路１６を多重周回するため、ＳＡＷ周回経路１６上を除く結晶球１１表面であれば、どこに第１電極１３および第２電極１４を形成してもよい。ただし、第１電極１３と第１電極棒２０および第２電極１４と第２電極棒３０の電極接合構造を球状ＳＡＷ水素センサ１０の両極に形成した場合に実装の容易性が高い。
【００２８】
また、上記実施の形態１では、第１電極棒２０および第２電極棒３０の各軸方向が結晶球１１の円周の径方向と略直交するように、それぞれ第１電極１３および第２電極１４と接合する構成であったが、結晶球１１の円周の径方向に対する第１電極棒２０および第２電極棒３０の各軸方向の角度は、電極と電極棒とを接合できる角度であればよい。
【００２９】
また、上記実施の形態１では、第１電極１３と第１電極棒２０および第２電極１４と第２電極棒３０をそれぞれ導電性接着剤４によって接合する構成としたが、接合の構成はこれに限定されるものではない。例えば、電極と電極棒とを球状バンプで接合する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る球状弾性表面波センサの全体構成を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る球状ＳＡＷ水素センサの構成を示す斜視図である。
【図３】この実施の形態１に係る球状ＳＡＷ水素センサを構成する電極棒の構造を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る球状ＳＡＷ水素センサの電極接合構造を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る球状ＳＡＷ水素センサを示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る球状ＳＡＷ水素センサを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  電極棒
２  縮径部
３  凹部
３ａ  肩部
４  導電性接着剤
１０  球状ＳＡＷ水素センサ
１０ａ  球状素子
１１  結晶球
１２  すだれ状電極
１３  第１電極
１３ａ，１４ａ  引出し線
１４  第２電極
１５  水素感応膜
１６  ＳＡＷ周回経路
２０  第１電極棒
３０  第２電極棒
４０  パッケージ
４１  導体
【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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