WO2006114829A1

WO2006114829A1 - 表面波センサ装置

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Publication number: WO2006114829A1
Application number: PCT/JP2005/006774
Authority: WO
Inventors: Michio Kadota; Koji Fujimoto
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2007-10-06
Also published as: JP4183019B2; CN101133321A; US7656070B2; JPWO2006114829A1; TWI296046B; CN101133321B; EP1867980A1; TW200636237A; EP1867980A4; US20070284966A1

Abstract

　液体の付着による所望でない短絡や測定精度の低下が生じ難く、信頼性に優れた測定結果を与えることを可能とする表面波センサ装置を提供する。　第１のスルーホール導体５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂを有するベース基板２の第１の主面２ａ側において、熱圧着性異方性導電シート７，８を介して、弾性表面波素子１１，２１が接着されており、かつ弾性表面波素子１１，２１の圧電基板１２，２２の第１の主面１２ａ，２２ａ側にＩＤＴ１３，１４などの電極が形成されており、かつ該電極が圧電基板１２，２２に設けられた第２のスルーホール導体１６ａ，１６ｂ，２６ａ，２６ｂを介して第２の主面１２ｂ，２２側に引き出されており、第１のスルーホール導体５ａ，５ｂ，５ｅ，５ｆが、熱圧着性異方性導電シート７，８を介して第２のスルーホール導体１６ａ，１６ｂ，２６ａ，２６ｂに重なり合うように配置されている、表面波センサ装置１。

Description

表面波センサ装置

技術分野

[0001] 本発明は、表面波センサへの質量負荷の変動により被検出物質の検出を可能とする表面波センサ装置に関し、特に、液体中の被検出物質の検出を可能とするのに適した表面波センサ装置に関する。

背景技術

[0002] 従来、液体中に存在する物質を検出するために、様々なセンサが提案されている。

たとえば、下記の特許文献 1には、液体中の物質を表面波を利用して検出する液中物質センサが開示されて、る。

[0003] 図 9は、特許文献 1に記載の液中物質検出センサを説明するための略図的正面断面図である。

ここでは、検出対象物質を含む溶液 101に、液中物質検出センサ 102が浸漬されている。液中物質検出センサ 102は、表面波素子により構成されている。すなわち、液中物質検出センサ 102は、矩形板状の圧電基板 103と、圧電基板 103—方面において所定距離を隔てて配置された入力側 IDT電極 104及び出力側 IDT電極 105 とを有する。入力側 IDT電極 104と、出力側 IDT電極 105との間に、測定物質を吸着する膜 106が配置されている。ここでは、入力側 IDT電極 104に交流電圧を印加すると、圧電基板 103において、弾性表面波が励振される。該弾性表面波が出力側 I DT電極 105側に向力つて伝搬する。そして、出力側 IDT電極 105においては、伝搬してきた表面波に基づく電気信号が取出される。膜 106が検出対象物質を吸着するため、検出対象物質が存在すると、膜 106による圧電基板 103の表面への負荷が変化する。従って、伝搬する弾性表面波が変化するため、出力側 IDT電極 105から取出される出力が検出対象物質の存在により変化し、検出対象物質の有無や濃度を検出することができる。

[0004] し力しながら、液中物質検出センサ 102を用いた測定方法では、液中物質検出センサ 102を液体 101に浸漬しなければならな力つた。従って、測定対象である液体 1 01が少量しか用意できない場合には、液体中の物質を検出することができないという問題があった。

[0005] また、たとえ多量の液体を調達することができたとしても、液体が高価な場合には、測定コストが高くつくと、う問題があった。

カロえて、液中物質検出センサ 102では、弾性表面波が伝搬する領域以外で、すなわち IDT電極 103, 104に接続されて!、る電極パッドやボンディングワイヤなど配置されている領域にも液体 101が付着するため、電気的特性が変化し、検出精度が悪化するという問題もあった。

[0006] 他方、下記の特許文献 2, 3には、図 10及び図 11にそれぞれ正面断面図で示す弾性表面波装置が開示されている。特許文献 2, 3に記載の弾性表面波装置は、弾性表面波素子の電気的特性を利用して共振子やフィルタなどを構成するものであり、物質の検出に用いられるものではない。

[0007] 図 10に示すように、表面波装置 201は、ベース基板 202と、ベース基板 202上に固定された枠材 203とを有する。ベース基板 202及び枠材 203はたとえばアルミナなどのセラミックスにより構成されて、る。ベース基板 202の上面から下面に至るように、端子電極 204, 205力形成されている。端子電極 204, 205は、枠材 203に囲まれた領域に至っており、枠材 203に囲まれた領域において、端子電極 204, 205上〖こ重なるように異方導電性シート 206が積層されて、る。

[0008] 異方性導電シート 206上に、弾性表面波素子 207が積層され、かつ弾性表面波素子 207上に、弾性シート 208が積層されている。そして、弾性シート 208を押圧するように蓋材 209が枠材 203の上面に固定されている。従って、弾性シート 208の弹発カにより、弾性表面波素子 207の下面の電極が異方性導電シート 206を介して端子電極 204, 205に確実に電気的に接続されるとされて！/、る。

[0009] 他方、図 11に示すように、特許文献 3に記載の弾性表面波装置 251では、ベース基板 252にお!/ヽて、下面に外咅電極 253, 254力 ^形成されて!/、る。外咅電極 253, 2 54に電気的に接続されるように、ベース基板 252の上面から下面に至るようにスルーホーノレ導体 255, 256力形成されて! /、る。スノレーホ一ノレ導体 255, 256の上端と電気的に接続されるように、ベース基板 252の上面に端子電極 257, 258が形成されてヽる。そして、端子電極 257, 258に、弾'性表面波素子 259力金属ノンプ 260, 261 により電気的に接続されている。なお、弾性表面波素子 259では、圧電基板 262内にスノレーホ一ノレ導体 263, 264力形成されて!ヽる。スノレーホ一ノレ導体 263, 264の一端が金属バンプ 260, 261に電気的に接続されている。スルーホール導体 263, 2 64の上端は、圧電基板 262の上面に設けられた IDT266などに電気的に接続されている。

[0010] ここでは、バンプ 260, 261による電気的接続を果たすとともに、弾性表面波素子 2 59をベース基板 252に接合するために、ダイボンド材 267が弾性表面波素子 259とベース基板 252との間に用いられている。

特許文献 1：特開昭 63— 250560号公報

特許文献 2 :特開平 10— 41776号公報

特許文献 3：特開 2001— 10290号公報

発明の開示

[0011] 特許文献 1に記載の液中物質検出センサ 102では、上記のように、液体 101に浸漬しなければならず、少量の液体しか用意できな、場合に液体中の物質を検出することができな力た。

カロえて、表面波が伝搬する領域以外であって、電極パッドやボンディングワイヤーなどが配置されている領域にも液体が付着するため、検出精度が十分でないという問題があった。

[0012] 他方、特許文献 2に記載の弾性表面波装置 201では、異方性導電シート 206によりベース基板 202上の端子電極 204, 205と弾性表面波素子 207との電気的接続が図られている力弾性表面波装置 201は表面波センサ装置を構成するものではなかつた。すなわち、ベース基板 202、枠材 203及び蓋材 209で囲まれた密閉空間に弹性表面波素子 207が収納されて、るにすぎず、表面波センサ装置として用、たり、特に液体中の検出物質を検出する用途に用いることとは予定されていない。

[0013] また、弾性表面波装置 251では、金属バンプ 260, 261力 Sスルーホール導体 263, 264に当接された状態で、ダイボンド材 267を充填し、ダイボンド材 267を硬化することにより接合が行われていた。従って、ダイボンド材 267は硬化前は流体であるため、取扱に注意を払わねばならず、接合作業が煩雑であるという問題があった。

[0014] また、弾性表面波装置 251では、上記ベース基板 252と、キャップ材 271とで囲まれた領域に弾性表面波素子 259が封止されており、液中物質検出センサなどの表面波装置として用いることは予定されて、な、。

上記のように、特許文献 2, 3に記載の弾性表面波装置は、弾性表面波素子をべ一ス基板上の電極と電気的に接続する構造の例を開示しているが、これらの弾性表面波装置は、液体中の物質を検出する用途に用いることはできない。

[0015] 本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、少量の液体中の物質であつても、容易にかつ高精度に検出することができ、しかも製造方法を簡略化することができるとともに、液体が電気的接続部分等に付着した場合であっても短絡等が生じ難い、信頼性に優れた表面波センサ装置を提供することにある。

[0016] 本願の第 1の発明は、対向し合う第 1,第 2の主面を有するベース基板と、

前記ベース基板の第 1の主面力第 2の主面に貫通するように設けられた第 1のスルーホール導体と前記ベース基板の第 2の主面において前記スルーホール導体に電気的に接続されるように設けられた端子電極と、前記ベース基板の第 1の主面上にお、て、前記スルーホール導体の端部に電気的に接続されるように配置された熱圧着性異方性導電シートと、前記熱圧着性異方性導電シートにより前記ベース基板に接着されている弾性表面波素子とを備え、前記弾性表面波素子は、対向し合う第 1,第 2の主面を有する圧電基板と、圧電基板の第 1の主面に形成された少なくとも 1 つの IDTと、該 IDTを被覆するように設けられた絶縁性保護膜と、前記 IDTに電気的に接続されており、かつ前記圧電基板の第 1の主面力第 2の主面に至るように設けられた第 2のスルーホール導体とを備え、第 2のスルーホール導体が前記熱圧着性異方性導電シートにより前記ベース基板の第 1のスルーホール導体に電気的に接続されるように、前記第 1,第 2のスルーホール導体が熱圧着性異方性導電シートを介して重なり合うように配置されて、ることを特徴とする、表面波センサ装置である。

[0017] 本願の第 2の発明は、対向し合う第 1,第 2の主面を有するベース基板と、前記べース基板の第 1の主面に設けられた端子電極と、前記ベース基板の第 1の主面上において、前記端子電極に電気的に接続されるように配置された熱圧着性異方性導電シートと、前記熱圧着性異方性導電シートにより前記ベース基板に接着されている弾性表面波素子とを備え、前記弾性表面波素子は、対向し合う第 1,第 2の主面を有する圧電基板と、圧電基板の第 1の主面に形成された少なくとも 1つの IDTと、該 IDTを被覆するように設けられた絶縁性保護膜と、前記 IDTに電気的に接続されており、かつ前記圧電基板の第 1の面力第 2の面に至るように設けられたスルーホール導体とを備え、スルーホール導体が前記熱圧着性異方性導電シートにより、前記ベース基板の前記端子電極に電気的に接続されるように、前記スルーホール導体と端子電極とが熱圧着性異方性導電シートを介して重なり合うように配置されて、ることを特徴とする、表面波センサ装置である。

[0018] 本発明のある特定の局面では、前記ベース基板の第 1の主面上において、前記弹性表面波素子が取り付けられる領域を少なくとも除くように前記ベース基板の第 1の主面に設けられた絶縁性材料部材がさらに備えられている。

本発明に係る表面波センサ装置の他の特定の局面では、前記弾性表面波素子が、特定の物質と反応して質量を増加させ、該質量増加分に応じた荷重を前記圧電基板に加える検出膜がさらに備えられている。

[0019] 本発明においては、上記絶縁性保護膜が検出膜を兼ねていてもよぐあるいは絶縁性保護膜上に検出膜が積層されていてもよい。

本発明に係る表面波センサ装置のさらに特定の局面では、 1つのベース基板上に前記弾性表面波素子が複数実装されており、複数の弾性表面波素子の内少なくとも 1つの弾性表面波素子において、前記検出膜が設けられており、残りの弾性表面波素子の内少なくとも 1つの弾性表面波素子は前記検出膜を有していない。

[0020] 本発明に係る表面波センサ装置のさらに別の特定の局面では、 1つのベース基板上に前記弾性表面波素子が複数実装されており、複数の弾性表面波素子がそれぞれ前記検出膜を有し、少なくとも 1つの弾性表面波素子の検出膜が、他の弾性表面波素子の検出膜と異なる物質に対して反応する検出膜である。

[0021] 本発明に係る表面波センサ装置のさらに他の特定の局面では、前記検出膜が、生化学物質と生化学反応により反応し、質量を増加させる検出膜であり、それによつてバイオセンサが構成されて、る。本発明に係る表面波センサ装置がノィォセンサである場合、本発明のより限定的な局面では、前記検出膜に抗原または抗体が固定化されており、前記生化学物質力抗体または抗原であり、前記生化学反応が免疫反応である。

[0022] 第 1の発明に係る表面波センサ装置では、ベース基板の第 2の主面に端子電極が設けられており、第 1の主面力第 2の主面に貫通するようにかつ端子電極に電気的に接続されるように第 1のスルーホール導体が設けられている。そして、ベース基板の第 1の主面上において、熱圧着性異方性導電シートにより弾性表面波素子が接着されており、弾性表面波素子の圧電基板の第 1の主面力第 2の主面に至るように設けられた第 2のスルーホール導体力ベース基板の第 1のスルーホール導体と熱圧着性異方性導電シートを介して電気的に接続されるように第 1,第 2のスルーホール導体が熱圧着性異方性導電シートを介して重なり合うように配置されている。

[0023] 従って、第 1の発明の表面波センサ装置では、ベース基板の第 2の主面、すなわち、弾性表面波素子が実装されている側とは反対側の主面である第 2の主面に設けられた端子電極により外部と電気的に接続することができる。し力も、弾性表面波素子では、熱圧着性異方性導電シートに積層される側とは反対側の主面である圧電基板の第 1の主面に少なくとも 1つの IDTが設けられており、該 IDTを被覆するように絶縁性保護膜が設けられて、るので、 IDTが設けられて、る圧電基板の表面波伝搬領域上に、少量の液体が付着した場合であっても、該液体が付着したことによる荷重の変化により、液体中の物質あるいは液体自体の荷重を検出することが可能となる。よつて、少量の液体を用いて、液体中の被検出物質や、液体自体の検出を行うことができる。し力も、絶縁性保護膜により IDTが被覆されているため、 IDTが液体と接触して短絡するおそれがない。さらに、電気的接続部分が、上記圧電基板内に設けられた第 2のスルーホール導体と、熱圧着性異方性導電シートとを用いて構成されて!ヽるため、弾性表面波素子の液体が付与される圧電基板の第 1の主面側において、電気的接続部分が露出し難いため、短絡が生じ難い。従って、液体中の検出物質や液体を検出するにあたり、作業が容易となるだけでなぐ測定の信頼性を高めることができる。

[0024] 第 2の発明にお、ては、ベース基板上に熱圧着性異方性導電シートを介して弾性表面波素子が接着されており、弾性表面波素子において、熱圧着性異方性導電シ一トに積層される側とは反対側の主面である圧電基板の第 1の主面に IDTが形成されており、かつ IDTが絶縁性保護膜により被覆されている。従って、第 2の発明に係る表面波センサ装置では、圧電基板の第 1の主面に少量の液体を付与した場合であつても、液体中の物質の検出や液体の検出を行うことができる。すなわち、荷重の変動による表面波の励振状態の変動に基づいて、液体自体の物質や液体の検出を行うことができる。

[0025] しカゝも、絶縁性保護膜で IDTが被覆されており、かつ弾性表面波素子を外部と電気的に接続する部分が上記熱圧着性異方性導電シートが設けられている側で行われてヽるため、液体の付着による短絡や特性の変動も生じ難、。

[0026] よって、液体中の物質を検出したり、液体を検出するにあたり、作業が容易になるだけでなぐ測定の信頼性を高めることも可能となる。

本発明に係る表面波センサ装置において、ベース基板の第 1の主面上において弹性表面波素子が取り付けられる領域を少なくとも除くようにベース基板の第 1の主面に絶縁性材料部材が設けられている場合には、該絶縁性材料部材により、液体の弹性表面波素子の第 2の主面側への侵入を抑制することができ、短絡等をより一層確実に防止することができる。

[0027] 弾性表面波素子が特定の物質と反応して質量を増加させ、該質量増加分に応じた荷重を圧電基板に加える検出膜がさらに備えられている場合には、該検出膜の質量増加による荷重変動に基づ!/、て、液体中の特定の物質を高精度にかつ容易に検出することができる。

[0028] 保護膜が検出膜を兼ねている場合には、検出膜を別途形成する必要がないため、製造工程が容易であり、かつ構造が簡略化された表面波センサ装置を提供することができる。

[0029] もっとも、検出膜は保護膜上に積層されていてもよぐその場合には保護膜を構成する材料とは異なる広い範囲の材料を用いて検出膜を形成することができ、かつ検出対象物に最適な検出膜を容易に形成することができる。

[0030] 1つのベース基板上に弾性表面波素子が複数実装されており、複数の弾性表面波素子の内、少なくとも 1つの弾性表面波素子において検出膜が設けられるように、残りの弾性表面波素子の内少なくとも 1つの弾性表面波素子が検出膜を有しない場合には、検出膜が設けられていない弾性表面波素子の出力と、検出膜が設けられている弾性表面波素子の出力とを比較することにより、測定の精度を高めることが可能となる。

[0031] 1つのベース基板上に弾性表面波素子が複数実装されており、複数の弾性表面波素子が検出膜を有し、少なくとも 1つの弾性表面波素子の検出膜が、他の弾性表面波素子の検出膜と異なる物質に対して反応する検出膜である場合には、 2種以上の検出対象物質を本発明に係る表面波センサ装置を用いて検出することが可能となる

[0032] 検出膜が生化学物質と生化学反応により反応し、質量を増加させる検出膜であり、それによつてバイオセンサが構成されている場合には、たとえば血液や体液などの中の被測定物質を本発明に従って、容易にかつ高精度に検出することが可能となる。特に、 IDTを含む測定部分が絶縁性保護膜で被覆されているため、測定部分が血液や体液で汚染され難ぐかつベース基板上に弾性表面波素子が熱圧着性異方性導電シートで接着された比較的簡略化された構造を有するため、使い捨て可能であり、かつ安価に構成され得るバイオセンサを本発明により提供することが可能となる。

[0033] 検出膜に抗原または抗体が固定化されており、生化学物質が抗体または抗原であり、生化学反応が免疫反応である場合には、本発明に従って測定の信頼性に優れ、少量の血液や体液を検体として用いることができる、免疫センサ装置を提供することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0034] [図 1]図 1 (a)及び (b)は、本発明の第 1の実施形態に係る表面波センサ装置の正面断面図及び該表面波センサ装置に用いられている弾性表面波素子の電気的構造を示す模式的平面図である。

[図 2]図 2は、図 1に示した表面波センサ装置の製造工程を説明するための正面断面図である。

[図 3]図 3は、図 1に示した表面波センサ装置を用いた測定工程の一例を示す正面断面図である。

[図 4]図 4は、図 1に示した表面波センサ装置を用いた測定工程の他の例を示す正面断面図である。

[図 5]図 5は、図 1に示した実施形態の表面波センサ装置の変形例を説明するための部分切り欠け正面断面図である。

[図 6]図 6は、図 1に示した実施形態の表面波センサ装置の他の変形例を説明するための部分切り欠け正面断面図である。

[図 7]図 7は、図 1に示した表面波センサ装置のさらに他の変形例を説明するための表面断面図である。

[図 8]図 8は、本発明の第 2の実施形態に係る表面波センサ装置の正面断面図である。

[図 9]図 9は、従来の液中物質検出センサを説明するための該略構成図である。

[図 10]図 10は、従来の弾性表面波装置の一例を示す正面断面図である。

[図 11]図 11は、従来の弾性表面波装置の他の例を示す正面断面図である。

符号の説明

1…表面波センサ装置

2…ベース基板

2a, 2b…第 1,第 2の主面

5a, 5b, 5c, 5d…第 1のスルーホール導体

6a〜6d…端子電極

7, 8, A…熱圧着性異方性導電シート

11…弾性表面波素子

12…圧電基板

12a, 12b…第 1,第 2の主面

13, 14- - -IDT

15a, 15b…反射器

16a, 16b…第 2のスルーホール導体

16c, 16d…第 2のスルーホール導体 17…絶縁性保護膜

21…弾性表面波素子

22…圧電基板

22a, 22b…第 1,第 2の主面

26a, 26b…第 2のスルーホール導体

27…絶縁性保護膜

28…検出膜

31a, 3 lb…液体

32…液体

41···表面波センサ装置

42…枠体 (絶縁材料層）

42a…開口

51···表面波センサ装置

57…検出膜

61〜63…弾性表面波素子

71···表面波センサ装置

72, 73…検出膜

81···表面波センサ装置

82···ベース基板

82a, 82b…第 1,第 2の主面

83a, 83b…端子電極

発明を実施するための最良の形態

[0036] 以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図 1(a) (b)は、本発明の第 1の実施形態に係る表面波センサ装置の正面断面図及び該表面波センサ装置に用いられている弾性表面波素子の模式的平面図である

[0037] 表面波センサ装置 1は、ベース基板 1を有する。ベース基板 2は、アルミナなどの適宜の絶縁性セラミックスにより構成され得る。もっとも、ベース基板 2は、セラミックス以外の他の絶縁性材料で構成されて、てもよ、。

ベース基板 2は、第 1の主面 2aと、第 1の主面 2aに対向している第 2の主面 2bとを有する。そして、絶縁基板 2上には、本実施形態では、複数の弾性表面波素子として第 1,第 2の弾性表面波素子 11, 12が実装されている。

[0038] 弾性表面波素子 11は、矩形板状の圧電基板 12を有する。圧電基板 12は、第 1の主面 12aと、第 1の主面 12aに対向している第 2の主面 12bとを有する。

図 1 (b)は、弾性表面波素子 11の圧電基板 12上に形成された電極構造を示す模式的平面図である。圧電基板 12の第 1の主面 12a上には、複数の IDT13, 14が配置されている。 IDT13, 14が設けられている領域の表面波伝搬方向両側に反射器 1 5a, 15bが配置されている。

[0039] 他方、図 1 (a)に示すように、圧電基板 12においては、第 1の主面 12aから第 2の主面 12bに至るように、第 2のスルーホール導体 16a, 16bが設けられている。スルーホール導体 16a, 16bは、それぞれ、図 1 (b)に示されている IDT13, 14の一端に電気的に接続されている。図 1 (a)では、図（b)の A— A線に沿う断面部分が示されている。従って、図 1 (b)に示されているように、 IDT13, 14の他端に接続されているように、さらに第 2のスルーホール導体 16c, 16dが形成されている。

[0040] 上記圧電基板 12は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスなどの圧電セラミックス、あるいは圧電単結晶により構成され得る。また、圧電基板 12は、アルミナなどの絶縁基板上もしくは圧電基板上に、圧電薄膜を形成した構造を有して!/ヽてもよヽ。

[0041] また、第 2のスルーホール導体 16a〜16dは、 Ag、 Cuなどの適宜の金属もしくは合金により構成され得る。上記スルーホール導体 16a〜16dの形成は、圧電基板 12に貫通孔を形成した後、導電ペーストを充填し、焼き付ける方法、あるいは貫通孔の内部に溶融金属を圧入し、固化させる方法などの適宜の方法で行われ得る。

[0042] 上記 IDT13, 14及び反射器 15a, 15bは、 A1もしくは A1合金などの適宜の金属もしくは合金により構成され得る。

弾性表面波素子 11では、上記圧電基板 12上の IDT13, 14及び反射器 15a, 15b を被覆するように、絶縁保護膜 17が形成されている。絶縁保護膜 17は、液体試料による IDT13, 14などの短絡を防止するために設けられている。従って、絶縁保護膜 1 7は、適宜の絶縁性材料で形成され得る力好ましくは耐水性に優れた絶縁材料により形成されることが望ましい。このような絶縁保護膜 17を構成する材料としては、 Si O、 SiN、ポリイミド、 A1N、 Al Oなどを挙げることができる。

2 2 3

[0043] ベース基板 2の第 1の主面 2aから第 2の主面 2bに至るように第 1のスルーホール導体 5a, 5bが形成されている。スルーホール導体 5a, 5bは、 Ag、 Alなどの適宜の金属もしくは合金により構成される。スルーホール導体 5a, 5bは、ベース基板 2に貫通孔を形成した後、導電ペーストを充填し、焼き付けることにより形成され得る。あるいは、貫通孔に溶融金属を充填し固化する、もしくはめっきにより、スルーホール導体 5 a, 5bを形成してもよい。

[0044] ベース基板 2の第 2の主面 2bには、端子電極 6a, 6bが形成されており、端子電極 6 a, 6bは、 Ag, Cuなどの適宜の金属もしくは合金により構成される。端子電極 6a, 6b は、第 1のスルーホール導体 5a, 5bの端部に電気的に接続されている。

[0045] 他方、ベース基板 2の第 1の主面 2a上には、熱圧着性異方性導電シート 7が配置されている。本実施形態では、熱圧着性異方性導電シート 7によりベース基板 2の第 1 の主面 2aに、弾性表面波素子 11が圧電基板 12の第 2の主面 12b側力も接着されて固定されている。そして、この場合、熱圧着性異方性導電シート 7は、熱を与えることにより軟ィ匕し、部材同士の接合に際し、部材同士の間に介在させた状態で圧着されることにより部材同士を接着する機能を果たす。熱圧着性異方性導電シート 7は、このように熱により軟ィ匕し、かつ冷却されたあとに固着力を発現する榭脂組成物中に導電性粒子を分散させることにより構成されている。このとき、熱圧着性異方性導電シート 7として、加熱により硬化する熱硬化性の材料力もなるシートを用いることもできる。そして、熱圧着性異方性導電シート 7を介してベース基板 2に対して弾性表面波素子 11を圧着し、接合した際に、その圧着力により、分散されている導電性粒子同士が厚み方向に合着し、厚み方向に延びる導電路を形成する。他方、異方性導電シート 7の面方向には電気的接続は生じない。従って、図 1に示すように、ベース基板 2に設けられた第 1のスルーホール導体 5a, 5bと、圧電基板 12に設けられている第 2のスルーホール導体 16a, 16bとが熱圧着性異方性導電シート 7を介して厚み方向に重なり合うように配置して、ベース基板 2に対して弾性表面波素子 11を熱圧着性異方性導電シート 7を介して圧着し、接合することにより、第 1のスルーホール導体 5a, 5bと、第 2のスルーホール導体 16a、 16bとを電気的に接続することができる。この電気的接続構造では、異方性導電シート 7の面方向には導電路が形成されないため、たとえ、水滴等が異方性導電シート 7の側面に付着したとしても、短絡のおそれはない。

[0046] すなわち、水滴と、上記スルーホール導体 5a, 5b, 16a, 16bとが電気的に接続されるおそれはない。

[0047] このような熱圧着性異方性導電シート 7としては、特に限定されるわけではないが、たとえば、エポキシなどの榭脂組成物中に Au粒などを分散させたものを用いることができる。

図 1 (a)に示すように、第 2の弾性表面波素子 12もまた、第 1の弾性表面波素子 11 と同様にしてベース基板 2に実装されている。すなわち、弾性表面波素子 12の下方には、端子電極 6a, 6bと同様にして形成された端子電極 6c, 6dが配置されており、かつ端子電極 6c, 6dに電気的に接続されるように、第 1のスルーホール導体 5c, 5d が設けられている。そして、弾性表面波素子 21の圧電基板は、弾性表面波素子 11と同様に構成されている。従って、圧電基板 22には、第 2のスルーホール導体 26a、 2 6bが設けられており、第 2のスルーホール導体 26a, 26bが熱圧着性異方性導電シート 8により第 1のスルーホール導体 5c, 5dに電気的に接続されている。もっとも、第 2の弾性表面波素子 21では、絶縁性保護膜 27を覆うように検出膜 28が設けられている。検出膜 28が設けられていることを除いては、弾性表面波素子 21は、弾性表面波素子 11と同様に構成されて、る。

[0048] 検出膜 28は、合成樹脂からなる膜に、抗原または抗体を固定化した構造を有する。このような合成樹脂膜としては、抗原または抗体を化学的に結合し得る適宜の高分子材料力なる膜を用いることができる。

[0049] 本実施形態の表面波センサ装置 1の製造に際しては、図 2に示すようにベース基板 2を用意した後にベース基板 2上に、熱圧着性異方性導電シート 7, 8を配置し、該熱圧着性異方性導電シート 7, 8を介してベース基板 2に弾性表面波素子 11, 21をカロ熱下において圧着することにより得ることができる。もっとも、弾性表面波素子 11, 21 側に熱圧着性異方性導電シート 7, 8を貼り合わせておき、し力る後、ベース基板 2を弾性表面波素子 11 , 21に熱圧着性異方性導電シート 7, 8を介して接合してもよい。

[0050] 表面波センサ装置 1を用いて液体試料中の物質を検出する工程を説明する。まず、図 3に示すように、表面波センサ装置 1の第 1,第 2の弾性表面波素子 11, 21上に全体としての液体 3 la, 3 lbを付着させる。この液体 3 la, 3 lbを付着させるに際しては、たとえばピペットなどにより液体を採取し、弾性表面波素子 11, 21の上面に付与してもよく、あるいはシリンジ等を用いてもよい。いずれにしても、比較的少量の、たとえば 1 μ L〜lmL程度の液体付着させて検出を行うことができる。この場合、液体 31 a, 31bには、測定対象である抗体または抗原が含有されている。すなわち、検出膜 2 8に固定ィ匕されている抗原または抗体と免疫反応により結合する抗体または抗原を含む検体が液体 3 la, 3 lbとして供給される。

[0051] 弾性表面波素子 21上においては、検出膜 28に上記抗原または抗体が固定化されているので、液体 31b中の抗体または抗原が抗原または抗体と免疫反応により結合し、免疫複合体を形成する。すなわち、検出膜 28に、液体 31b中の抗体または抗原力 S結合されること〖こなる。

他方、弾性表面波素子 11においては、検出膜が設けられていないため、液体 31a 中の抗体または抗原は免疫反応により結合されることはない。

[0052] 従って、次に図 3に示す状態力も弾性表面波素子 1において、液体 31a, 31bを除去した場合、弾性表面波素子 21側においては、液体 31b中の抗体または抗原が検出膜 28に免疫反応により結合されているため、検出膜 28の質量が増加するのに対し、弾性表面波素子 11側にぉ、ては圧電基板 12に付加される荷重は変化しな、。

[0053] よって、弾性表面波素子 28側における圧電基板 22に加わる荷重の変化に起因する出力と、弾性表面波素子 11側における出力との差により、検出膜に結合されている抗体または抗原の有無を検出することができる。

さらに、予め、既知濃度の抗体または抗原を含む標準液体試料を用いて検量線を作成しておけば、液体 3 lb中に存在して、た抗体または抗原の量すなわち液体 3 lb における抗体または抗原の濃度をも定量することができる。 [0054] カロえて、表面波センサ装置 1では、液体 31a, 31bが付与される部分、すなわち圧電基板 12, 22の第 1の主面 12a, 22a上においては IDT13, 14などの電極は絶縁性保護膜 17, 27で覆われている。従って、液体 31a, 3 lbが電極に直接接触するおそれはない。

[0055] 力！]えて、 IDT13, 14と、外部と電気的に接続するための端子電極 6a〜6dとの電気的接続部分は、ベース基板 2及び圧電基板 12, 22の内部に設けられたスルーホーノレ導体 5a〜5d, 16a, 16b, 26a, 26bと、熱圧着'性異方'性導電シート 7, 8と力らなる部分である。ここで、スルーホール導体 5a〜5d, 16a, 16b, 26a, 26bはベース基板 2ゃ圧電基板 12, 22に埋設されており、液体と直接接触し難い。また、異方性導電シート 7, 8は、上述したように、その面方向においては電気的絶縁性を有する。従つて、液体 31a, 31bが、たとえばベース基板 2と圧電基板 12との間において熱圧着性異方性導電シート 7の側面に付着したとしても、液体とスルーホール導体 5aなどとが導通することはない。

[0056] よって、本実施形態では、液体試料を用いた場合の所望でな、短絡による測定不良や測定値の変動が生じ 1 、さらに経時よる測定精度の劣化も生じ難い。

よって、液体中の検出物質の有無及び検出物の定量を高精度に行うことができ、測定の信頼性を大幅に高め得る。

[0057] また、上記のように、熱圧着性異方性導電シート 7, 8を介して、ベース基板 2に弹性表面波素子 11 , 21を圧着し、接合することにより得られるため、製造工程の簡略化及び部品点数の低減を果たすことができ、ひいては表面波センサ装置 1の小型化及び低コスト化も図り得る。従って、たとえばメディカル分野において、血液や体液を検体として用いるバイオセンサとして、表面波装置 1を好適に用いることが可能となり、かつ該表面波センサ装置 1は、安価に構成されるため、使い捨て可能なセンサとして提供することも容易である。

[0058] なお、上記実施形態では、複数の弾性表面波素子 11, 21のそれぞれに対応して熱圧着性異方性導電シート 7, 8が組み合わされていた力 1枚のベース基板 2上に 1枚の大きな熱圧着性異方性導電シートを介して複数の熱弾性表面波素子を接合してもよい。すなわち、熱圧着性異方性導電シート 7, 8を一体ィ匕してもよい。 [0059] また、上記測定方法では、第 1,第 2の弾性表面波素子 11, 21上に、それぞれ、液体 31a, 31bをピペット等などにより付着させていた力図 4に示すように、第 1,第 2の弾性表面波素子 11 , 21の上面を覆うように、大きな液滴 32を付着させて測定を行つてもよい。

[0060] さらに、図 5は、上記実施形態の弾性表面波センサ装置 1の変形例を説明するための要部を拡大して示す部分切り欠け正面断面図である。図 5に示す変形例の表面波センサ装置 41では、図 1に示した弾性表面波センサ装置 1の第 2の表面波素子 21が設けられている部分に相当する部分が示されている。すなわち、ベース基板 2上において、第 2の弾性表面波素子 21が上記実施形態と同様にして実装されている。異なるところは、弾性表面波素子 21を囲むように、上方に開いた開口 42aを有する枠体 4 2がベース基板 2の第 1の主面 2aに固定されていることにある。枠体 42は適宜の絶縁性材料から構成され得る。枠体 42で囲まれた空間を形成することにより、弾性表面波素子 21の検出膜 28上に液体を供給した際の該液体の側方への漏洩を防止することができる。すなわち、枠体 42外への液体の漏洩を防止することにより、液体がベース基板 2の第 2の主面 2b側に回り込むことを防止することができる。

[0061] 従って、好ましくは上記枠体 42は、ベース基板 2の第 1の主面 2aに液密的に固定される。また、図 5に示されているように、より好ましくは、第 2の弾性表面波素子 21の圧電基板 22及び熱圧着性異方性導電シート 8の側面に液密的に接触するように枠体 42を設けることが望ましぐそれによつて液体の弾性表面波素子 21の下方への漏洩を防止することができる。

[0062] なお、図 5では、第 2の弾性表面波素子 21側のみを示したが、同様に、第 1の弾性表面波素子 11側にお、ても枠体を設けることが望ま、。

なお、図 5では、絶縁性材料力もなる枠体 42を弾性表面波素子の周囲に配置した 1S 本発明においては、枠体に限らず、弾性表面波素子がベース基板の第 1の主面上にお 1、て取り付けられる領域を少なくとも除くように、ベース基板の第 1の主面上に、絶縁性材料部材を設けることが望ましぐこのような絶縁性材料部材としては、上記のような枠体 42に限らず、絶縁膜を形成してもよい。いずれにしても、弾性表面波素子が取り付けられている領域外への液体の漏洩を上記絶縁性部分により防止することができ、所望でない短絡を防止することができる。

[0063] 図 6は、上記実施形態の弾性表面波センサ装置 1のさらに他の変形例を説明するための部分切り欠け正面断面図である。表面波センサ装置 1では、上記検出膜 28が第 2の弾性表面波素子 21で用いられていたが、図 6に示す第 2の弾性表面波素子 5 1のように、絶縁性保護膜 57が検出膜を兼ねていてもよい。すなわち、ここでは、絶縁性保護膜 57が液体試料中の抗体または抗原と反応する抗原または抗体を固定ィ匕された合成樹脂膜により構成されている。このように、本発明においては、検出膜は、絶縁性保護膜と別途も受けられる必要は必ずしもなぐその場合には、弾性表面波素子の構造のより一層の簡略ィ匕を図ることができる。

[0064] また、第 1の実施形態では、 1枚のベース基板 2上に、複数の弾性表面波素子 11, 21が配置されており、複数の弾性表面波素子 11, 21の内、 1つの弾性表面波素子 11にお、て検出膜が設けられず、他の弾性表面波素子 21にお、て検出膜が設けられていたが、図 7に示すように 3以上の弾性表面波素子 61〜63が 1つのベース基板 2上に実装されていてもよい。表面波センサ装置 71は、検出膜 72, 73が設けられた弾性表面波素子 62, 63において、検出膜 72, 73が互いに異なる検出物質と反応するように構成されていてもよい。その場合には、複数種の液体中の検出物質を、表面波センサ装置 71により測定することができる。

[0065] また、図 1に示した実施形態では、検出膜 28は、合成樹脂膜に抗原または抗体が固定されていた構造を有していたが、検出膜としては、免疫反応以外の生化学反応を利用して、液体中の検出物質を結合してもよい。

さらに、生化学反応以外の、化学反応により液体試料中の検出物質が検出膜に結合されて検出膜の質量が増加する用途にも本発明を適用することができる。その場合には、検出膜 28として、液体試料中の化学物質と反応する化学物質を結合もしくは含有させておけばよい。

[0066] また、本発明にお、ては、検出膜は必ずしも必須ではなぐ液体の付着の有無のみ検出する様に構成されてもよい。すなわち、ベース基板 2に対し、図 1に示した第 1 の弾性表面波素子 11のみが実装されていてもよい。その場合には、第 1の弾性表面波素子 11上への液体の付着の有無による荷重の変化により、液体の付着の有無を検出することができる。すなわち、本発明に係る表面波センサ装置は、液体検出センサとしても用いられ得る。

[0067] また、ベース基板 2上に、図 1に示した第 2の弾性表面波素子 21のみが実装されて表面波センサ装置が構成されていてもよい。その場合には、予め濃度が既知である標準試料により、複数の表面波センサ装置を用いて検量線を作成しておき、実際の液体試料を定量する場合には、 1つの弾性表面波素子 21のみが実装された表面波センサ装置 1を用いて測定し、上記検量線力液体中の検出物質の濃度を求めればよい。従って、本発明に係る表面波センサ装置では、ベース基板上に、 1つの弾性表面波素子のみが実装されて、てもよ、。

[0068] 図 8は、本発明の第 2の実施形態に係る弾性表面波センサ装置の略図的正面断面図である。

表面波センサ装置 81は、ベース基板 82を有する。ベース基板 82には、第 1のスル一ホール導体が設けられていない。ベース基板 82は、第 1の主面 82aと、第 1の主面 82aに対向している第 2の主面 82bとを有する。そして、第 1の主面 82a上に、図 1に示した実施形態と同様に、第 1,第 2の弾性表面波素子が実装されている。もっとも、図 8では、第 2の表面波素子 21が配置されて、る部分のみが示されて、る。

[0069] また、ベース基板 83の第 1の主面 82a上に、端子電極 83a, 83bが形成されている。そして、端子電極 83a, 83b上において、熱圧着性異方性導電シート 7を介して、第 2の弾性表面波素子 21のスルーホール導体 26a, 26bが電気的に接続されている。言い換えれば、スルーホール導体 26a, 26bと、熱圧着性異方性導電シート 8を介して重なり合う位置に、上記端子電極 83a, 83bが配置されている。また、端子電極 83 a, 83bは、熱圧着性異方性導電シート 8が設けられている領域外に引き出されており、外部と電気的に接続することが可能とされている。

[0070] 本実施形態においても、検体としての液体は、第 2の弾性表面波素子 21の IDTが設けられている第 1の主面 22a側から付与され、弾性表面波素子 21の他の部分との電気的接続を行うための端子電極 83a, 83bは、圧電基板 12の第 2の主面 22b側に配置されている。しカゝも、電気的接続部分が端子電極 83a, 83bが設けられている部分を除、ては露出して、な、ため、液体の付着による所望でな、短絡を防止することがでさる。

[0071] もっとも、第 2の実施形態では、端子電極 83a, 83bが上方に露出しているため、好ましくは、第 1の実施形態のように、第 1のスルーホール導体 5a〜5fにより電気的接続部分をベース基板 2の第 2の主面 2b側に引き出すことが望ま、。

[0072] なお、表面波センサ装置 81では、図 8では図示されていないが、第 1の弾性表面波素子 11が、第 2の弾性表面波素子 21と同様にしてベース基板 82上に実装されている。

Claims

請求の範囲

[1] 対向し合う第 1,第 2の主面を有するベース基板と、

前記ベース基板の第 1の主面力第 2の主面に貫通するように設けられた第 1のスノレ一ホーノレ導体と

前記ベース基板の第 2の主面において前記第 1のスルーホール導体に電気的に接続されるように設けられた端子電極と、

前記ベース基板の第 1の主面上において、前記スルーホール導体の端部に電気的に接続されるように配置された熱圧着性異方性導電シートと、

前記熱圧着性異方性導電シートにより前記ベース基板に接着されている弾性表面波素子とを備え、

前記弾性表面波素子は、対向し合う第 1,第 2の主面を有する圧電基板と、圧電基板の第 1の主面に形成された少なくとも 1つの IDTと、該 IDTを被覆するように設けられた絶縁性保護膜と、前記 IDTに電気的に接続されており、かつ前記圧電基板の第 1の主面力第 2の主面に至るように設けられた第 2のスルーホール導体とを備え、第 2のスルーホール導体が前記熱圧着性異方性導電シートにより前記ベース基板の第 1のスルーホール導体に電気的に接続されるように、前記第 1,第 2のスルーホール導体が熱圧着性異方性導電シートを介して重なり合うように配置されていることを特徴とする、表面波センサ装置。

[2] 対向し合う第 1,第 2の主面を有するベース基板と、

前記ベース基板の第 1の主面に設けられた端子電極と、

前記ベース基板の第 1の主面上において、前記端子電極に電気的に接続されるように配置された熱圧着性異方性導電シートと、

前記弾性表面波素子は、対向し合う第 1,第 2の主面を有する圧電基板と、圧電基板の第 1の主面に形成された少なくとも 1つの IDTと、該 IDTを被覆するように設けられた絶縁性保護膜と、前記 IDTに電気的に接続されており、かつ前記圧電基板の第 1の面力第 2の面に至るように設けられたスルーホール導体とを備え、前記スルーホール導体が前記熱圧着性異方性導電シートにより、前記ベース基板の前記端子電極に電気的に接続されるように、前記スルーホール導体と端子電極とが熱圧着性異方性導電シートを介して重なり合うように配置されていることを特徴とする、表面波センサ装置。

[3] 前記ベース基板の第 1の主面上において、前記弾性表面波素子が取り付けられる領域を少なくとも除くように前記ベース基板の第 1の主面に設けられた絶縁性材料部材をさらに備えることを特徴とする、請求項 1または 2に記載の表面波センサ装置。

[4] 前記弾性表面波素子が、特定の物質と反応して質量を増加させ、該質量増加分に応じた荷重を前記圧電基板に加える検出膜をさらに備える、請求項 1〜3のいずれか 1項に記載の表面波センサ装置。

[5] 前記絶縁性保護膜が、前記検出膜を兼ねて、る、請求項 4に記載の表面波センサ装置。

[6] 前記絶縁性保護膜上に、前記検出膜が積層されている、請求項 4に記載の表面波センサ装置。

[7] 1つのベース基板上に前記弾性表面波素子が複数実装されており、

複数の弾性表面波素子の内少なくとも 1つの弾性表面波素子において、前記検出膜が設けられており、残りの弾性表面波素子の内少なくとも 1つの弾性表面波素子が前記検出膜を有しないことを特徴とする、請求項 4〜6のいずれか 1項に記載の表面波センサ装置。

[8] 1つのベース基板上に前記弾性表面波素子が複数実装されており、複数の弾性表面波素子がそれぞれ前記検出膜を有し、少なくとも 1つの弾性表面波素子の検出膜力他の弾性表面波素子の検出膜と異なる物質に対して反応する検出膜である、請求項 4〜6の、ずれか 1項に記載の表面波センサ装置。

[9] 前記検出膜が、生化学物質と生化学反応により反応して質量を増加させる検出膜であり、それによつてバイオセンサが構成されている、請求項 4〜8のいずれか 1項に記載の表面波センサ装置。

[10] 前記検出膜に抗原または抗体が固定化されており、前記生化学物質が、抗体または抗原であり、前記生化学反応が免疫反応である、請求項 9に記載の表面波センサ

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