(57)【要約】【課題】従来のＱＣＭセンサーでは、圧電振動子と片面被覆材との隙間の空気層の膨張収縮による圧電振動子の変形がＱＣＭセンサーとしての特性を著しく低下させていた。【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、基板に設けた接続端子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、基板に設けた接続端子が封止材塗布領域の内側に配置され、圧電振動子に設けた電極パターンとの電気的接続および圧電振動子と基板との間隔を制御するスペーサーの役割を兼ねてい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と連結している接続端子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、前記接続端子が封止材塗布領域の内側にあるＱＣＭセンサー。
【請求項２】
配線パターンおよび該配線パターンと連結された接続端子が形成された基板上に接続材料および封止材を塗布する工程と、電極パターンが形成された圧電振動子を前記接続端子との位置あわせを行い配置する工程と、前記接続材料および前記封止材とを同時に硬化させる工程とを有するＱＣＭセンサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子上の金属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金属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）センサーおよびその製造方法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８を用いて説明する。図８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の全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、リード端子の大きさにより圧電振動子と片面被覆材の隙間の体積が決まっていた。
【０００６】
そのためＱＣＭセンサーが大型化してしまい、特に圧電振動子と片面被覆材との隙間が大きく、その隙間にある空気層が温度変化により膨張収縮することで圧電振動子が変形しＱＣＭセンサーとしての特性を著しく低下させていた。
【０００７】
また、特殊な形状の片面被覆材が必要であり、容易にＱＣＭセンサーを作成することは困難であった。
【０００８】
本発明は、簡便な方法で作成が可能であり、非常にコンパクトかつ温度変化の影響を受け難い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】
【０００９】
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。
【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連結された接続端子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、基板に設けた接続端子が封止材塗布領域の内側に配置され、圧電振動子に設けた電極パターンとの電気的接続および圧電振動子と基板との間隔を制御するスペーサーの役割を兼ねていることを特徴としている。
【００１１】
本発明のＱＣＭセンサーの製造方法は、配線が形成された基板上に接続材料および封止材を塗布する工程と、電極パターンが形成された圧電振動子を基板上に設けられた配線パターンと連結された接続端子との位置あわせを行い配置する工程と、接続材料および封止材を同時に硬化させる工程とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
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と連結された接続端子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、基板に設けた配線パターンが封止材塗布領域の内側に配置されていることを特徴としている。
【００１３】
この構造とすることで、特殊な形状の片面被覆材が必要でなくなり、基板上に設けた接続端子が圧電振動子に設けた電極パターンとの電気的接続および圧電振動子と基板との間隔を制御するスペーサーの役割を兼ね備えることができ、容易にＱＣＭセンサーを形成することが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明のＱＣＭセンサーの構造では圧電振動子と基板との隙間を非常に小さくすることが可能であるからり、ＱＣＭセンサーを小型化できる。さらに、圧電振動子と基板との隙間に存在する空気の膨張収縮の影響をほとんど無くすことができる。
【００１５】
すなわちコンパクトで様々な温度で良好なＱＣＭセンサーの特性を得ることができ、より精度の高い物質の検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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に本発明におけるＱＣＭセンサーの断面図を示す。
【００１７】
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２ａ、２ｂを、基板３に設けた配線パターン４ａに連結された接続端子４ｂに接続材料５を用いて接続し、圧電振動子１の裏面の外周部と基板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に設けた接続端子４ｂが図７に示す封止材塗布領域１２の内側に配置されていることを特徴としている。
【００１８】
この構造とすることで、基板３上に設けた接続端子４ｂが圧電振動子１に設けた電極パターン２ａ、２ｂとの電気的接続および圧電振動子１と基板３との間隔を制御するスペーサーの役割を兼ね備えることができ、容易にＱＣＭセンサーを形成することが可能となる。
【００１９】
次に、第一の実施形態におけるＱＣＭセンサの製造方法について図１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を任意の周波数の厚みになるように研磨し、分割した圧電振動子１にメタルマスクを使用し、真空蒸着法やスパッタリング法により金属薄膜パターンを圧電振動子１上に形成することにより励振用の電極パターン２ａ、２ｂを形成する。
【００２０】
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２ａ、２ｂは基板３上に設けた配線パターン４ａと連結している接続端子４ｂ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し、図７に示す封止材塗布領域１２の内側になるように配置される。
【００２１】
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４ｍｍ×６ｍｍで厚みが５０μｍのものを使用し、電極パターン２ａ、２ｂの２ｍｍ×２ｍｍの励振部分が２ヶ所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。
【００２２】
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４ａおよび接続端子４ｂを形成する。配線パターン４ａおよび接続端子４ｂ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。
【００２３】
接続端子４ｂについても圧電振動子１に設けた電極パターン２ａ、２ｂと同様に封止材塗布領域１２の内側となる位置に配置する。
【００２４】
本実施形態では厚みが１ｍｍ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４ａおよび接続端子４ｂを形成した。配線パターン４ａおよび接続端子４ｂ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。
【００２５】
配線パターン４ａを保護する目的で基板３および配線パターン４ａ上に絶縁層を設けておくことが好ましい。
【００２６】
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２ａ、２ｂと基板３上に形成した接続端子４ｂ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、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基板３上に塗布する。
【００２７】
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程度で基板３上の圧電振動子１の外周部に当たる部分に塗布する。これは圧電振動子１と基板３との間を封止材６により密閉された空間にするためのものである。
【００２８】
また、図７は本発明のＱＣＭセンサーを示す平面図であり、点線は圧電振動子１に隠れた部分の状態を示している。圧電振動子１上の電極パターン２ａ、２ｂおよび基板３上の接続電極４ｂの位置を封止材塗布領域１２の内側に配置することで圧電振動子１の変形を防止する効果がさらに向上する。
【００２９】
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。
【００３０】
上記の方法で得られたＱＣＭセンサーは、基板３上に設けた接続端子４ｂが圧電振動子１に設けた電極パターン２ａ、２ｂとの電気的接続および圧電振動子１と基板３との間隔を制御するスペーサーの役割を兼ね備えることができ、容易にＱＣＭセンサーを形成することが可能となる。
【００３１】
これにより圧電振動子１と基板３の間隔を一定に保つことが可能となり、さらに液中で
使用する際の水圧および撹拌による水流などの外力に対して圧電振動子１の変形を防止する機能も併せ持つことができる。
【００３２】
このとき形成されたＱＣＭセンサーの圧電振動子と基板との隙間は接続端子と接続材料の厚みで決定され、本実施形態では２０μｍ程度と非常に狭い隙間が形成され、接続端子の厚みを薄くすることでさらに圧電振動子と基板との距離は狭めることが可能となる。
【００３３】
本発明のＱＣＭセンサーの構造では圧電振動子と基板との隙間を非常に小さくすることが可能となっており、圧電振動子と基板との隙間に存在する空気の膨張収縮の影響をほとんど無くすことができる。
また、励振部分を複数有する圧電振動子を用いても同様の製造方法でＱＣＭセンサーを作成することが可能であり、複数の物質を検出することができるＱＣＭセンサーも容易に作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明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】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサーを示す平面図である。
【図８】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】
【００３５】
１  圧電振動子
２ａ、２ｂ  電極パターン
３  基板
４ａ  配線パターン
４ｂ  接続端子
５  接続材料
６  封止材
１０  リード端子
１１  片面被覆材
１２  封止材塗布領域
【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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