JP4847807B2

JP4847807B2 - Ｑｃｍセンサ

Info

Publication number: JP4847807B2
Application number: JP2006181706A
Authority: JP
Inventors: 章伊藤
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: JP2008008845A

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、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（以下ＱＣＭセンサ素子と呼ぶ）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、また、溶液との摩擦抵抗力により先述の振動が抑制されＱＣＭセンサ素子として使用出来なくなることを避けるため、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、溶液中に浸漬しても振動の検出が出来る構成のＱＣＭセンサがつくられ使用されており、例えば、水晶振動子の両主面の縁周部にリング状固定具を使用してＱＣＭセンサ素子をセンサ容器に搭載するセンサが使用されていた。

ＱＣＭ素子全体を溶液中に浸漬させ使用する場合、水晶基板片面の金属膜を液相に接触させず気相状態に保つには、ＱＣＭセンサ容器内部への溶液の進入を防ぐため、ＱＣＭセンサ素子の側面の全周縁部、及び同素子のＱＣＭセンサ容器搭載面に至る部分を接着材などで固定し塞がなければならない。一般的にはＱＣＭセンサ素子の振動への影響を出来うるだけ僅少とするために、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ＱＣＭセンサ容器にＱＣＭセンサ素子を、接着材を用いて搭載するＱＣＭセンサの場合では、ＱＣＭ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ＱＣＭセンサ素子の側面の全周縁部、及び同素子のＱＣＭ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ていた。

また、ＱＣＭセンサでは、測定される反応物が水晶振動子表面に付着・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表面に付着するために、基本的にはＱＣＭセンサは使い捨てのディスポーザル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、検体液がＱＣＭセンサ容器内側の気相側に滲出することが無くても、検体液自体に導電性があり、しかも計測中にその検体液の導電性が変化するために気相側の電極と対向するＱＣＭセンサ素子に部分的に容量成分を生じさせる場合や、不要振動を発生させる場合があり、その結果、ＱＣＭセンサ１３の計測精度を低下させるおそれがあった。

本発明は、以上のような技術的背景のもとで考え出されたものであり、従がってその目的は、水晶振動子を用いたＱＣＭセンサ素子の水晶基板を挟んで液相に対向するＱＣＭセンサ素子の引き出し電極幅を狭くし、かつその端部電極の面積を小さくした計測精度の高いＱＣＭセンサ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、平面視主面形状が円形の水晶基板から成り、該水晶基板の主面両面の中央に対向して設けられた２個一対の金属膜と、該水晶基板の主面両面間で異なる方向で、それぞれの該金属膜から該水晶基板の外周縁部に向かって延びる２個一対の外部引き出し電極と、該外部引き出し電極に接続し且つ該水晶基板の主面両面間で異なる方向となる各主面外周縁部に設けられた２個一対の端部電極と、を備えたＱＣＭセンサ素子を用い、ＱＣＭセンサ素子の主面の片面が外部に露出するようにＱＣＭセンサ容器に搭載され、ＱＣＭセンサ素子側面の全周縁部、及びＱＣＭセンサ素子周りのＱＣＭセンサ容器搭載面に至る部分が非導電性接着材で塞がれてなるＱＣＭセンサにおいて、ＱＣＭセンサ素子のＱＣＭセンサ容器の内側に向いた主面に設けられた外部引き出し電極の幅及び端部電極の面積が、ＱＣＭセンサ素子の該ＱＣＭセンサ容器の内側に向いた主面とは反対側の外部に露出された主面に形成された該外部引き出し電極の幅及び該端部電極の面積よりも狭く且つ小さく形成されているを特徴とする。

また、ＱＣＭセンサ素子のＱＣＭセンサ容器の内側に向いた主面に設けられた外部引き出し電極の幅及び端部電極の面積が、先のＱＣＭセンサ素子のＱＣＭセンサ容器の内側に向いた主面とは反対側の外部に露出された主面に形成された外部引き出し電極の幅及び端部電極の面積に比べ、ともに１０％以上９０％以下とされていることを特徴とする。

また、ＱＣＭセンサ容器がセラミック、ガラス、水晶、若しくはプラスチックから成ることを特徴とする。

また、外部引き出し電極の該水晶基板外周側の端部は、信号引き出し用配線を経て、該ＱＣＭセンサ容器外面に延在されていることを特徴とする。

本発明のＱＣＭセンサによれば、検体液の導電性変化に伴う容量変化によるＱＣＭセンサ素子の周波数変動を抑制し、水晶基板を挟んだ対向電極部分での不要振動の発生を抑制し、その結果、計測精度が向上された信頼性の高いＱＣＭセンサを得ることが出来る。

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１３を、ＱＣＭセンサ素子３の露出された上面方向からみた概略の上面模式図と、Ａ−Ａ位置の概略の側面断面模式図である。即ち、本発明のＱＣＭセンサ１３は、ＱＣＭセンサ素子３の主面の片面が外部に露出するようにＱＣＭセンサ容器４に搭載され、ＱＣＭセンサ素子３側面の全周縁部、及びＱＣＭセンサ素子３周りのＱＣＭセンサ容器４搭載面に至る部分が非導電性接着材７で塞がれている構成である。また、ＱＣＭセンサ素子３は、平面視主面形状が円形の水晶基板１から成り、水晶基板１の主面両面の中央に対向して設けられた２個一対の金属膜２と、この水晶基板１の主面両面間で異なる方向で、それぞれの金属膜２から水晶基板１の外周縁部に向かって延びる２個一対の外部引き出し電極８と、この外部引き出し電極８に接続し且つ水晶基板１の主面両面間で異なる方向となる各主面外周縁部に設けられた２個一対の端部電極とを備えている。このようなＱＣＭセンサ１３は、ＱＣＭセンサ素子３のセンサ容器４内側の外部引き出し電極幅８、及びその端部電極の面積９が、ＱＣＭセンサ素子３の露出された主面に形成された金属膜２の外部引き出し電極幅８、及び端部電極の面積９よりも狭く、かつ小さく形成されている。具体的には外部引き出し電極幅８、端部電極の面積９ともに、露出された主面側に形成された金属膜２である電極の１０％以上、９０％以下とされている。このように、総じて液相側の外部引き出し電極の面積とその端部電極の面積を合わせた面積に比べてセンサ容器内側の外部引き出し電極の面積とその電極端の面積を合わせた面積を小さくすることによって、測定の度に変化し得る検体液の導電性変化に伴う容量変化によるＱＣＭセンサ素子３の周波数変動を抑制し、かつ、水晶基板１を挟んだ対向電極部分の面積を減少させて不要振動の発生を抑制することが出来、その結果、本発明のＱＣＭセンサ１３の計測精度を向上させることが出来る。なお、本発明に加えて、センサ容器内側の外部引き出し電極とその電極端が電気的に接続するセンサ容器内のＱＣＭセンサ搭載面の接続端子を小さくすることでも同様の効果を奏することは言うまでも無い。ここで、ＱＣＭセンサ容器４の材質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。

図２は本発明のＱＣＭセンサ１３に搭載される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センサ容器４の形状は円形に限られるものではなく、計測に即して矩形、楕円形、台形、多角形などであっても全く構わず、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の引き出し電極端は、図１に示されているように効率の良い測定作業が行えるようにＱＣＭセンサ１３内部の信号引き出し用配線１１を経てＱＣＭセンサ容器外面１２に延在されている。

図３は従来の一般的なＱＣＭセンサ素子３をその斜め上方からみた概略の模式図である。従来のＱＣＭセンサ素子の水晶基板に形成された金属膜から延伸する外部引き出し電極、及び外部引き出し電極端の形状は水晶基板の表裏で同一形状であった。

図４は従来のＱＣＭセンサ１３を上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１３では、検体液がＱＣＭセンサ容器４内側の気相側に滲出することが無くても、検体液自体に導電性があるために気相側の電極と対向するＱＣＭセンサ素子３に部分的に容量成分を生じさせる場合や、不要振動を発生させる場合があり、その結果、ＱＣＭセンサ１３の計測精度を低下させるおそれがあった。

本発明のＱＣＭセンサを上面方向からみた概略の上面模式図と、Ａ−Ａ位置での概略の側面断面図である。本発明のＱＣＭセンサに搭載される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センサ素子をその斜め上方からみた概略の模式図である。従来のＱＣＭセンサを上面方向からみた概略の上面模式図である。

符号の説明

１水晶基板
２金属膜
３ＱＣＭセンサ素子
４ＱＣＭセンサ容器
５ＱＣＭセンサ素子側面の全周縁部
６ＱＣＭセンサ容器搭載面
７非導電性接着材
８外部引き出し電極幅
９端部電極の面積
１０露出された主面
１１信号引き出し用配線
１２ＱＣＭセンサ容器外面
１３ＱＣＭセンサ

Claims

平面視主面形状が円形の水晶基板から成り、
該水晶基板の主面両面の中央に対向して設けられた２個一対の金属膜と、
該水晶基板の主面両面間で異なる方向で、それぞれの該金属膜から該水晶基板の外周縁部に向かって延びる２個一対の外部引き出し電極と、
該外部引き出し電極に接続し且つ該水晶基板の主面両面間で異なる方向となる各主面外周縁部に設けられた２個一対の端部電極と、
を備えたＱＣＭセンサ素子を用い、
該ＱＣＭセンサ素子の主面の片面が外部に露出するようにＱＣＭセンサ容器に搭載され、該ＱＣＭセンサ素子側面の全周縁部、及び該ＱＣＭセンサ素子周りの該ＱＣＭセンサ容器搭載面に至る部分が非導電性接着材で塞がれてなるＱＣＭセンサにおいて、
該ＱＣＭセンサ素子の該ＱＣＭセンサ容器の内側に向いた主面に設けられた該外部引き出し電極の幅及び該端部電極の面積が、該ＱＣＭセンサ素子の該ＱＣＭセンサ容器の内側に向いた主面とは反対側の外部に露出された主面に形成された該外部引き出し電極の幅及び該端部電極の面積よりも狭く且つ小さく形成されていることを特徴とするＱＣＭセンサ。
該ＱＣＭセンサ素子の該ＱＣＭセンサ容器の内側に向いた主面に設けられた該外部引き出し電極の幅及び該端部電極の面積が、該ＱＣＭセンサ素子の該ＱＣＭセンサ容器の内側に向いた主面とは反対側の外部に露出された主面に形成された該外部引き出し電極の幅及び該端部電極の面積に比べ、ともに１０％以上９０％以下とされていることを特徴とする請求項１に記載のＱＣＭセンサ。
該ＱＣＭセンサ容器がセラミック、ガラス、水晶、若しくはプラスチックから成ることを特徴とする請求項１に記載のＱＣＭセンサ。
該外部引き出し電極の該水晶基板外周側の端部は、信号引き出し用配線を経て、該ＱＣＭセンサ容器外面に延在されていることを特徴とする請求項１に記載のＱＣＭセンサ。