JP4183019B2 - 表面波センサ装置 - Google Patents

Description

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。

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いる。

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１０３一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ＩＤＴ電極１０５側に向かって伝搬する。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。

しかしながら、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かった。従って、測定対象である液体１０１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。

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いう問題があった。
加えて、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に接続されてい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。

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。

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いる。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が形成されている。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上に重なるように異方導電性シート２０６が積層されている。

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の弾発力により、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いる。

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において、下面に外部電極２５３，２５４が形成されている。外部電極２５３，２５４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ル導体２５５，２５６が形成されている。スルーホール導体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が形成されている。そして、端子電極２５７，２５８に、弾性表面波素子２５９が金属バンプ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内にスルーホール導体２６３，２６４が形成されている。スルーホール導体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２６３，２６４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。

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２５９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。
特開昭６３−２５０５６０号公報 特開平１０−４１７７６号公報 特開２００１−１０２９０号公報

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い場合に液体中の物質を検出することができなかった。
加えて、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。

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が、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った。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弾性表面波素子２０７が収納されているにすぎず、表面波センサ装置として用いたり、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。

また、弾性表面波装置２５１では、金属バンプ２６０，２６１がスルーホール導体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。

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いない。
上記のように、特許文献２，３に記載の弾性表面波装置は、弾性表面波素子をベー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。

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っても、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。

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の主面から第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の主面から第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、表面波センサ装置である。

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の面から第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いることを特徴とする、表面波センサ装置である。

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。

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く、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。

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。

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、それによってバイオセンサが構成されている。
本発明に係る表面波センサ装置がバイオセンサである場合、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。

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の主面から第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の主面から第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が、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。

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。しかも、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いるので、ＩＤＴが設けられてい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。よって、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。しかも、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いるため、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く、測定の信頼性を高めることができる。

第２の発明においては、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っても、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。

しかも、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いるため、液体の付着による短絡や特性の変動も生じ難い。

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く、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、液体の弾性表面波素子の第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。

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いて、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。

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。

もっとも、検出膜は保護膜上に積層されていてもよく、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。

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。

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。

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、それによっ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く、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。

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，３１ｂ…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

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。

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いてもよい。
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。

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１５ａ，１５ｂが配置されている。

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。

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いてもよい。

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。

上記ＩＤＴ１３，１４及び反射器１５ａ，１５ｂは、ＡｌもしくはＡｌ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１７は、適宜の絶縁性材料で形成され得るが、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、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ポリイミド、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３などを挙げることができる。

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５ａ，５ｂを形成してもよい。

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６ａ，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。

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側から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化し、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化し、かつ冷却されたあとに固着力を発現する樹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から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。

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。

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、エポキシなどの樹脂組成物中に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、２６ｂ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いる。

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からなる膜を用いることができる。

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を加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、しかる後、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。

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３１ａ，３１ｂを付着させる。この液体３１ａ，３１ｂ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１μＬ〜１ｍＬ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３１ａ，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２８に固定化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３１ａ，３１ｂとして供給される。

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が結合されることになる。
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。

従って、次に図３に示す状態から弾性表面波素子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側においては圧電基板１２に付加される荷重は変化しない。

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３１ｂ中に存在していた抗体または抗原の量すなわち液体３１ｂ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。

加えて、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，３１ｂが電極に直接接触するおそれはない。

加えて、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ル導体５ａ〜５ｄ，１６ａ，１６ｂ，２６ａ，２６ｂと、熱圧着性異方性導電シート７，８とからなる部分である。ここで、スルーホール導体５ａ〜５ｄ，１６ａ，１６ｂ，２６ａ，２６ｂはベース基板２や圧電基板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。従って、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。

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い短絡による測定不良や測定値の変動が生じ難く、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。

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に弾性表面波素子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。

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が、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を一体化してもよい。

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が、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ってもよい。

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４２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。

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く、それによっ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。

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側においても枠体を設けることが望ましい。
なお、図５では、絶縁性材料からなる枠体４２を弾性表面波素子の周囲に配置したが、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の主面上におい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く、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。

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５１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化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く、その場合には、弾性表面波素子の構造のより一層の簡略化を図ることができる。

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において検出膜が設けられず、他の弾性表面波素子２１におい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。

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。

また、本発明においては、検出膜は必ずしも必須ではなく、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。

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、上記検量線から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いてもよい。

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のスルー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が配置されている部分のみが示されている。

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８３ａ，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。

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。しかも、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いては露出していないため、液体の付着による所望でない短絡を防止することができる。

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しい。

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 (10)

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の主面から第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の主面から第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の面から第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いる、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、請求項４〜６のいずれか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、それによっ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装置。

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