JP4781784B2

JP4781784B2 - 微少質量測定用センサの構造

Info

Publication number: JP4781784B2
Application number: JP2005317722A
Authority: JP
Inventors: 章伊藤
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2025-10-31
Also published as: JP2007121249A

Description

本発明は、微少質量測定用センサ素子に水晶振動子を用い、微少質量測定用センサ素子の片面が露出して搭載される、信頼性の高い微少質量測定用センサ構造に関する。

従来から水晶振動子を使用した微少質量測定用センサ素子（ＱＣＭ：ＱｕａｒｔｚＣｒｙｓｔａｌＭｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅセンサ素子）は水晶の厚みすべり振動を利用しており、水晶基板の表面には水晶基板との密着性を考慮した金属膜材料が使用されている。このような微少質量測定用センサ素子全体を溶液中に浸漬させた場合、水晶振動子の主面から延伸するふたつの電極同士の電気的短絡を避ける必要があり、また、溶液と摩擦の抵抗力により先述の振動が抑制されて微少質量測定用センサ素子として使用することが出来なくなることを避けるために、液相に接触させない側の水晶基板の金属膜を気相状態として、溶液中に浸漬しても振動を検出することが出来る構成の微少質量測定用センサがつくられ使用に供されており、例えば、水晶振動子の両主面の縁周部にリング状の固定具を使用して微少質量測定用センサ素子が微少質量測定用センサに搭載される構造のものや、直接ＱＣＭセンサ素子に接触することの無い、信頼性を高めたクリップタイプの微少質量測定用センサ素子の支持板（サポート）を使用した構造の微少質量測定用センサが使用されていた。

ここで、微少質量測定用センサ素子全体を溶液中に浸漬させて使用する場合、水晶基板の片面の金属膜を液相に接触させずに気相状態に保つには、微少質量測定用センサ容器内部への溶液の進入を防ぐために、微少質量測定用センサ素子の側面の全周縁部、及び同素子の微少質量測定用センサ容器搭載面に至る部分を接着材などで固定して塞がなければならない。一般的には微少質量測定用センサ素子の振動への影響を出来うるだけ小さなものとするために、このような接着材には接着応力の小さなシリコン系の絶縁性の非導電性接着材が使用されることが多く見受けられる。従って、セラミックなどから出来た微少質量測定用センサ容器に微少質量測定用センサ素子を、接着材を用いて搭載する構成の微少質量測定用センサの場合では、微少質量測定用センサ素子の出力信号を取り出すための導電性接着材と、先述の微少質量測定用センサ素子の側面の全周縁部、及び同素子の微少質量測定用センサ容器搭載面に至る部分を固定して塞ぐ絶縁性接着材の２種類の接着材が使用された構造の微少質量測定用センサが使用される場合があった。

また、微少質量測定用センサでは、測定される反応物が水晶振動子の表面に付着・乖離する際の微少な重量変化を水晶振動子の周波数変化としてとらえるが、測定される反応物が水晶振動子の表面に付着するために、基本的には微少質量測定用センサ（以下ＱＣＭセンサと呼ぶ）は使い捨ての方式が採用されており、また、測定後の解析精度においては、一般的に温度制御の安定度や単位重量当たりの周波数変化量が大きい高周波帯での測定が有効とされている。

特開２００１−１５３７７７号公報特開平１１−１４５２５号公報

なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかしながら、従来のＱＣＭセンサでは、リング状の固定具の固定状態の変化により、固定具に直接接触しているＱＣＭセンサ素子の振動周波数が不安定となり、かつリング状の固定具がＱＣＭセンサ素子そのものに直接接触してＱＣＭセンサ容器内部にＱＣＭセンサ素子を機械的に固定するために、リング状の固定具の装着の際にＱＣＭセンサ素子表面の汚染や破損を生じるおそれがあった。

また、セラミックなどから出来たＱＣＭセンサ容器にＱＣＭセンサ素子を、導電性と非導電性の２種類の接着材を用いて搭載する従来のＱＣＭセンサ構造の場合では、導電性と非導電性の２種類の接着材がそれぞれ使用され塗布される位置が互いに非常に隣接しているために、導電性接着材を介したＱＣＭセンサ素子の出力信号の取り出しのための電気的接続の確保、及び非導電性接着材を使用したＱＣＭセンサ素子の周囲を確実に塞ぐ作業、及びその信頼性に欠けるおそれがあった。

本発明は、以上のような技術的背景のもとでなされたものであり、従がってその目的は、微少質量測定用センサ素子に水晶振動子を用い、微少質量測定用センサ素子の片面が露出して搭載される、信頼性の高い微少質量測定用センサ構造を提供することである。

上記の目的を達成するために本発明は、水晶基板の表面に金属膜を形成して成る水晶振動子を用い、微少質量測定用センサ素子の片面が露出して搭載され、該微少質量測定用センサ素子の側面の全周縁部、及び同素子周りの微少質量測定用センサ容器の搭載面に至る部分が非導電性接着材で塞がれた微少質量測定用センサ構造において、該微少質量測定用センサ容器内部の外部引き出し用配線端と該水晶振動子が、該微少質量測定用センサ素子の該搭載面にあけられた穴の縁部にて導電性接着剤を介して接続されており、かつ外部引き出し用配線が該穴の内壁面を経て、該微少質量測定用センサ容器の該搭載面側と反対側の下層に引き出されていることを特徴とする。

本発明のＱＣＭセンサ構造によれば、液相にＱＣＭセンサを浸漬させたときの、ＱＣＭセンサ素子を固定して、その周囲を塞ぐ非導電性接着材の塗布量の不足による、ＱＣＭセンサ内部への液相の侵入を原因とした短絡不良率を著しく低減させることが出来る。

また、本発明のＱＣＭセンサ構造によれば、ＱＣＭセンサ素子の寸法が小さい場合でも、容易に、かつ安定して非導電性接着材を塗布することが出来るために、ＱＣＭセンサ素子の露出した主面周辺部のＱＣＭセンサ容器外面への非導電性接着材のはみ出しなどの汚染による生産歩留まりの劣化を著しく改善することが出来る。

以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。

図１は本発明のＱＣＭセンサ構造５を上面方向からみた概略の上面模式図と、Ａ−Ａ’位置の概略の断面模式図、及び、Ｂ−Ｂ’位置の概略の断面模式図、及びＱＣＭセンサ構造５に搭載される微少質量測定用（ＱＣＭ）センサ素子３の露出される主面側からみた上面模式図である。即ち、Ａ−Ａ’位置の概略の断面模式図に示されるように、ＱＣＭセンサ容器４内部の外部引き出し用配線６がＱＣＭセンサ素子３の搭載面７よりも下層に形成され、外部引き出し用配線端８とＱＣＭセンサ素子３とが導電性接着材９を介してＱＣＭセンサ素子３の搭載面７で電気的に接合され、ＱＣＭセンサ素子３の側面の全周縁部１０、及びＱＣＭセンサ容器搭載面７に至る部分が非導電性接着材１２で塞がれている。ＱＣＭセンサ容器４内部の外部引き出し用配線６がＱＣＭセンサ素子３の搭載面７よりも下層に形成されているために、ＱＣＭセンサ素子３の下層の容器内部側に設けられた穴の内壁面を外部引き出し配線６が経由し、外部引き出し用配線端８とＱＣＭセンサ素子３とが導電性接着材９を介してＱＣＭセンサ素子３の搭載面７で電気的に接合される構造となっているために、導電性接着材９を用いた接合部と、非導電性接着材１２を用いて塞がれる部分の液相からの距離を、従来のＱＣＭセンサ構造５に比べて長く間隔を設けることが出来、搭載面７に有る導通パターンと液相が入り込む箇所とのあいだの距離を長くとることが出来るために、本発明のＱＣＭセンサ構造５では、液相にＱＣＭセンサ構造５を浸漬させたときにＱＣＭセンサ素子の周囲を塞ぐ非導電性接着材１２の塗布量の不足による、液相のＱＣＭセンサ構造５内部への侵入を原因とした短絡不良率を著しく低減させることが出来る。また、微少質量測定用センサ（ＱＣＭセンサ）容器４はセラミックに限らず、ガラス、水晶、若しくはプラスチックから成っていても構わず、これらの場合においても本発明の技術的範囲に含まれることはいうまでも無い。なお、本発明のＱＣＭセンサ構造５に搭載されるＱＣＭセンサ素子３の電極を、従来に比べて素子３の中心側に設けて、先述の導電性接着材９を用いた接合部と、非導電性接着材１２を用いて塞がれる部分の液相からの距離を長く、間隔を設けても構わず、この場合、本発明のＱＣＭセンサ構造と相まって、従来に比較して、より確実に導電性接着材９を用いた接合部と、非導電性接着材１２を用いて塞がれる部分の液相からの距離を長くすることが出来る効果を奏する。

図２は本発明のＱＣＭセンサ構造５をＱＣＭセンサ素子３の露出した主面方向からみた概略の上面模式図である。なお、ＱＣＭセンサ素子３は円形に限られるものではなく、矩形、楕円形、台形、多角形などであっても構わず、これらの場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。なお、ＱＣＭセンサ素子３の信号入出力端１３は、ＱＣＭセンサ構造５内部の外部引き出し用配線６を経てＱＣＭセンサ容器の外面１４に延在されている。

図３は一般的なＱＣＭセンサ素子３を斜め上方からみた概略の模式図である。水晶基板の表面１に形成される金属膜２材料には、水晶基板１との密着性を考慮してクロム（Ｃｒ）、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、チタン（Ｔｉ）などが下地金属膜材料として使用され、その上に上地金属膜材料として、化学的にも安定した性質をもつ金（Ａｕ）などが使用されることが多い。

図４は従来のＱＣＭセンサ構造５を上面方向からみた概略の上面模式図と、Ｃ−Ｃ’位置の概略の断面模式図、及び、Ｄ−Ｄ位置の概略の断面模式図、及びＱＣＭセンサ構造５に搭載されるＱＣＭセンサ素子３の露出される主面側からみた上面模式図である。従来のＱＣＭセンサ構造５の場合では、導電性接着材と非導電性接着材の２種類の接着材がそれぞれ使用される位置が互いに隣接しているために、導電性接着材９を介したＱＣＭセンサ素子３の出力信号の取り出しのための電気的接続の確保、及び非導電性接着材１２を使用してＱＣＭセンサ素子３によるＱＣＭセンサ素子３の周囲を確実に塞ぐ作業、及びその信頼性に欠けるおそれがあった。

本発明のＱＣＭセンサ構造を上面方向からみた概略の上面模式図と、Ａ−Ａ’位置の概略の断面図、及び、Ｂ−Ｂ’位置の概略の断面図、及び搭載される微少質量測定用（ＱＣＭ）センサ素子の露出される主面側からみた上面模式図である。本発明のＱＣＭセンサ構造をＱＣＭセンサ素子の露出した主面方向からみた概略の上面模式図である。従来のＱＣＭセンサ素子を斜め上方からみた概略の模式図である。従来のＱＣＭセンサ構造を上面方向からみた概略の上面模式図と、Ｃ−Ｃ’位置の概略の断面図、及び、Ｄ−Ｄ’位置の概略の断面図、及び搭載される微少質量測定用（ＱＣＭ）センサ素子の露出される主面側からみた上面模式図である。

符号の説明

１水晶基板の表面
２金属膜
３微少質量測定用センサ素子（ＱＣＭセンサ素子）
４微少質量測定用センサ容器（ＱＣＭセンサ容器）
５微少質量測定用センサ構造（ＱＣＭセンサ構造）
６外部引き出し用配線
７搭載面
８外部引き出し用配線端
９導電性接着材
１０微少質量測定用センサ素子（ＱＣＭセンサ素子）側面の全周縁部
１２非導電性接着材
１３信号入出力端
１４微少質量測定用（ＱＣＭ）センサ容器の外面

Claims

水晶基板の表面に金属膜を形成して成る水晶振動子を用い、微少質量測定用センサ素子の片面が露出して搭載され、該微少質量測定用センサ素子の側面の全周縁部、及び同素子周りの微少質量測定用センサ容器の搭載面に至る部分が非導電性接着材で塞がれた微少質量測定用センサ構造において、

該微少質量測定用センサ容器内部の外部引き出し用配線端と該水晶振動子が、該微少質量測定用センサ素子の該搭載面にあけられた穴の縁部にて導電性接着剤を介して接続されており、かつ外部引き出し用配線が該穴の内壁面を経て、該微少質量測定用センサ容器の該搭載面側と反対側の下層に引き出されていることを特徴とする微少質量測定用センサ構造。