JP3876842B2 - Mass measuring chip and mass measuring device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は質量測定チップおよび質量測定装置に係り、特に圧電振動片を用いて検体溶液における特定物質の濃度等を測定する質量測定チップに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
食品や生化学、環境などの分野で、特定物質の有無や濃度等を測定するため、水晶振動子マイクロバランス法が利用されている。その具体的な方法は、まず圧電振動片における一方面側の励振電極の表面に、検出すべき特定物質の感応膜を塗布する。そして、検出物質を含む検体溶液中にその圧電振動片を浸漬する。すると、検体溶液中の検出物質が感応膜と結合し、励振電極の質量が増加する。この励振電極の質量増加にともなって、圧電振動片の共振周波数が低下する。これにより、検体溶液中の特定物質の有無を判断することができる。
【0003】
ところで、圧電振動片を検体溶液中に浸漬する際に、その両面に形成した励振電極が相互に短絡すると、圧電振動片を発振させることができなくなる。そこで、感応膜を塗布しない他方の励振電極を被覆部材等で覆うことにより、当該励振電極を検体溶液から封止して、電極間の短絡を防止する必要がある。
【0004】
図12に、特許文献1に記載された質量測定チップの説明図を示す。なお、図12(1)は平面図であり、図12(2)は図12(1)のG−G線における側面断面図である。この質量測定チップ803は、矩形状の圧電平板の両面に円形状の励振電極822a,822bを形成した圧電振動片820を備えている。また、圧電振動片520の一方面側には、絶縁性薄板からなる被覆部材850が接着剤858によって接着されている。これにより、一方面側の励振電極822bが検体溶液から封止され、電極間の短絡が防止されている。さらに、各励振電極にはリード線824が取り付けられ、リード線824の検体溶液に浸漬する部分は接着剤858によって被覆されている。
【0005】
図13に、従来の質量測定装置の説明図を示す。質量測定装置801において、上述した質量測定チップ803は外部の発振回路840に接続されている。質量の測定は、励振電極822aの表面に上述した感応膜(不図示)を塗布した上で、質量測定チップ803を検体溶液7中に浸漬して行う。まず、発振回路840から質量測定チップ803における圧電振動片に通電して圧電振動片を発振させ、周波数カウンタ5によって圧電振動片の共振周波数を測定する。上述したように、検体溶液中の特定物質が感応膜と結合し、励振電極の質量が増加すると、圧電振動片の共振周波数が低下する。この共振周波数の低下量等をコンピュータ6によって解析することにより、検体溶液中の特定物質の濃度等を算出する。
【0006】
【特許文献1】
特開平6−138125号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
近時、質量測定チップには高感度化が要求されている。質量測定チップを高感度化するには、圧電振動片を高周波化する必要がある。しかし、高周波の圧電振動片を検体溶液に浸漬した状態で使用すると発振が不安定になる。特に、図13に示すように、高周波の圧電振動片と発振回路840との電気長が長い場合には、伝送経路の損失が増加するので圧電振動片の発振が不安定になる。そのため、質量測定チップの高感度化に対応することができないという問題がある。
【0008】
この問題を解決するには、質量測定チップに発振回路素子を搭載して、圧電振動片との電気長を短くすればよい。ところが、質量測定チップは微少質量を測定するものであり、一度測定に使用した質量測定チップを洗浄したとしても、再利用することはできない。そのため、高価な発振回路素子を使用済みの質量測定チップとともに廃棄することになり、質量測定に多大なコストを要するという問題がある。
本発明は上記問題点に着目し、高感度化および低コスト化を両立することが可能な、質量測定チップおよび質量測定装置の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る質量測定チップは、圧電振動片を備え、前記圧電振動片を発振回路に接続するためのセンサ側接続電極が形成されたセンサ部と、第1の表面に前記センサ側接続電極が当接されるベース側接続電極を有し、第1の面と反対側の第2の面に前記発振回路と電気的および機械的に接続される下部電極を有し、前記ベース側接続電極と前記下部電極とをそのスルーホールを通じて導通する発振回路基板と、前記発振回路基板が搭載される台座と、前記発振回路基板と前記台座を有するベースとを有し、前記センサ側接続電極を前記ベース側接続電極に着脱自在に当接させて、前記圧電振動片と前記発振回路とを電気的に接続したことを特徴とする。
【0010】
質量測定チップに発振回路を搭載することにより、圧電振動片と発振回路との電気長が短くなって伝送回路の損失が低下する。これにより、高周波の圧電振動片を検体溶液中で使用した場合でも、発振の不安定を解消することができる。したがって、質量測定チップの高感度化に対応することができる。しかも、質量測定センサをセンサ部とベース部に分離し、センサ部をベース部に着脱可能に当接させる構成としたので、使用済みのセンサ部だけを廃棄して、高価な発振回路を再利用することができる。したがって、高感度化および低コスト化を両立することができる。
【0011】
なお、前記圧電振動片は、逆メサ型圧電振動片であってもよい。逆メサ型圧電振動片では、周縁の厚肉部により中央の薄肉振動部が保護されるので、外力による振動部の破壊を防止することができる。これにより、高周波の圧電振動片が利用可能となり、質量測定チップを高感度化することができる。
【0012】
また、前記圧電振動片における一方の励振電極を露出させつつ、前記圧電振動片における他方の励振電極および前記他方の励振電極に導通する配線を密閉封止するキャップ部材を設けてもよい。これにより、質量測定を可能としつつ、検体溶液の流入による配線間の短絡を防止することができる。したがって、質量測定チップを検体溶液に浸漬して使用することができる。
【0013】
また、貫通孔を有する平板部材および前記平板部材の一方面側に配置した前記圧電振動片によって前記センサ部を構成し、前記貫通孔を通して前記圧電振動片の励振電極を前記平板部材の他方面側に露出させ、前記圧電振動片を前記平板部材に接合して前記貫通孔を密閉封止するとともに、前記圧電振動片における前記平板部材とは反対側の表面に前記センサ側接続電極を形成してもよい。また、平板部材および前記平板部材の一方面側に配置した前記圧電振動片によって前記センサ部を構成し、前記平板部材に前記圧電振動片を接合して前記圧電振動片における前記平板部材側の電極を密閉封止するとともに、前記平板部材の他方面上に前記センサ側接続電極を形成してもよい。
【0014】
圧電振動片を平板部材に接合してセンサ部を構成するので、肉厚の薄い圧電振動片の場合でも、実装時の加圧や接着剤の固化により圧電振動片に大きな応力が作用することはなく、圧電振動片の破損を防止することができる。したがって、肉厚の薄い高周波の圧電振動片が利用可能となり、質量測定チップを高感度化することができる。また、圧電振動片を平板部材に接合してセンサ部を構成するので、圧電振動片を小型化した場合でも、製造工程における取り扱いが容易になる。したがって、質量測定チップを小型化することができる。
【0015】
また、台座および前記台座の表面に配置した発振回路基板によって前記ベース部を構成し、前記発振回路基板における台座側の表面に発振回路を搭載するとともに、前記発振回路基板における前記台座とは反対側の表面に前記ベース側接続電極を形成してもよい。これにより、機能の異なる発振回路を搭載した発振回路基板を、必要に応じて交換して使用することができる。
【0016】
また前記圧電振動片は、前記ベース部とは反対側の表面のみに励振電極を有し、前記ベース部における前記圧電振動片との対面位置に、前記圧電振動片における前記ベース部側の励振電極を形成してもよい。これにより、ベース部側の励振電極と発振回路との電気長が最短となり、伝送回路の損失を最小化することができる。これにより、高周波の圧電振動片を検体溶液中で使用した場合でも、発振の不安定を解消することが可能となる。したがって、質量測定チップの高感度化に対応することができる。
【0017】
また前記ベース部に、前記センサ部の位置決め用突起を形成してもよい。これにより、ベース部の上面にセンサ部を載置する際に、ベース側接続電極とセンサ側接続電極との位置が相互にずれることがなくなり、両者の導通を確保することができる。
【0018】
また、前記位置決め用突起における前記センサ部との当接面に、前記ベース側接続電極を配置してもよい。これにより、ベース側接続電極とセンサ側接続電極との導通を確実に取ることができる。
【0019】
また前記台座の表面に、前記発振回路基板の位置決め用突起を形成してもよい。これにより、台座の表面に発振回路基板を載置する際に、両者の導通を確保することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明に係る質量測定チップおよび質量測定装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。なお、以下に記載するのは本発明の実施形態の一態様にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0021】
最初に、第1実施形態について説明する。
図1は、第1実施形態に係る質量測定チップの説明図であって、図2のA−A線における側面断面図である。また、図2は第1実施形態に係る質量測定チップの平面図である。第1実施形態に係る質量測定チップは、圧電振動片20を発振回路素子41に接続するためのセンサ側接続電極24a,24bが形成されたセンサ部10と、発振回路素子41を圧電振動片20に接続するためのベース側接続電極44a,44bを形成したベース部30とを有し、センサ側接続電極24a,24bをベース側接続電極44a,44bに着脱自在に当接させたものである。加えて、圧電振動片20における一方の励振電極22aを露出させつつ、他方の励振電極22bおよびこれに導通する配線を密閉封止するキャップ部材50を設けたものである。
【0022】
第1実施形態に係る質量測定チップは、従来の質量測定チップを高感度化したものである。質量測定チップの感度は、次式で表すことができる。
【数1】
ただし、dfは圧電振動片の共振周波数の変化量、f0は圧電振動片の共振周波数の初期値、ρは圧電材料の密度、μは圧電材料のせん断応力、dmは励振電極に結合した検出物質の質量、Aは励振電極の面積である。上式からわかるように、圧電振動片の共振周波数の初期値f0が高いほど、その変化量dfが大きくなり、質量測定チップが高感度化する。例えば、f0を従来の27MHzから150MHzまで高周波化すれば、感度を30倍にすることができる。そして圧電振動片を高周波化するには、圧電振動片の振動部における肉厚を薄くすればよい。
【0023】
図3に、センサ部の説明図を示す。なお、図3(1)は図3(2)のC−C線における側面断面図であり、図3(2)は底面図である。センサ部10は、主に圧電振動片20および平板部材11によって構成する。第1実施形態では、圧電振動片20としていわゆる逆メサ型圧電振動片を使用する。逆メサ型圧電振動片は、水晶等の圧電材料を平板状に切り出し、その中央に凹部を形成して薄肉化し、その薄肉部の両面に励振電極22a,22bを形成したものである。また、圧電振動片20の周縁の厚肉部には、励振電極22a,22bと導通する接続電極24a,24bを形成する。さらに、圧電振動片20の上面側の接続電極24aを側面および下面に延長して、圧電振動片20の下面にセンサ部側接続電極24a,24bを形成する。なお、各電極はAu/CrまたはAg/Crの2層によって構成する。このような逆メサ型圧電振動片では、周縁の厚肉部により中央の薄肉振動部が保護されるので、外力による振動部の破壊を防止することができる。これにより、高周波の圧電振動片が利用可能となり、質量測定チップを高感度化することができる。
【0024】
また、圧電振動片20を接合する平板部材11を形成する。平板部材11は、圧電材料と同等の熱膨張係数を有するガラス材料やセラミック材料等で構成するのが好ましい。これにより、平板部材11および圧電振動片20の熱膨張率および熱収縮率が同等となるので、両者の接合部における破壊を防止することができる。また、振動片への応力の影響も最小限に押さえることができる。一方、平板部材11の中央部には貫通孔12を形成する。貫通孔12は、図2に示す矩形や円形など任意の形状に形成すればよいが、少なくとも圧電振動片20の上面側における励振電極22aの全体が貫通孔12を通して平板部材11の上面側に露出する大きさに形成する。そして、平板部材11の下面側に圧電振動片20を配置し、圧電振動片20の周縁厚肉部を平板部材11の貫通孔12の周辺部に対して接着剤18等により接合する。接着剤18として、電気絶縁性を有するシリコーン系の接着剤等を使用する。なお、貫通孔12を密閉封止すべく、貫通孔12の周辺部の全周を接着剤18等により接合する。
【0025】
図4に、センサ部の変形例の説明図を示す。図3に示すセンサ部10に代えて、図4に示すセンサ部110を使用することも可能である。この変形例に係るセンサ部110の圧電振動片120は、図3のセンサ部10の圧電振動片20と同様に形成する。一方、平板部材111の下面には、センサ側接続電極114a,114bを形成する。なお、平板部材111の上面には圧電振動片の接続電極124a,124bに対応する電極パッドを形成し、スルーホールを通じてセンサ側接続電極114a,114bとの導通を確保する。ここで、変形例に係るセンサ部110では、平板部材111の上面側に圧電振動片120を配置する。そして、圧電振動片の接続電極124a,124bと、平板部材111の電極パッドとを、Agペースト等の導電性接着剤118を介して接合する。さらに、圧電振動片120の全周にわたって、圧電振動片120の側面と平板部材の上面との角部に、電気絶縁性を有するシリコーン系の封止剤119等を塗布する。これにより、圧電振動片120における下面側の各電極が密閉封止され、上面側の各電極との短絡が防止される。なお、平板部材111の代わりに、リードフレームを樹脂モールドしたものを使用してもよい。
【0026】
図5に、ベース部の説明図を示す。ベース部30は、主に発振回路基板40と台座32とによって構成する。発振回路基板40は、主に発振回路素子41と基板43とによって構成する。基板43は、セラミックやエポキシ等の電気絶縁性を有する材料によって構成する。基板43の上面には、センサ側接続電極24a,24b(図3参照)に対応して、ベース側接続電極44a,44bを形成する。なお、基板43の下面には発振回路素子41を実装する電極パッドを形成し、スルーホールを通じてベース側接続電極44a,44bとの導通を確保する。また基板43の下面には、発振回路素子41と周波数カウンタ5(図7参照)との導通を図るため、配線パターン46を形成する。
【0027】
一方、発振回路素子41は、発振回路を構成する集積回路素子(IC)である。この発振回路素子41の電極パッド部(不図示)に、金属ワイヤを用いたスタッドバンプ形成装置を使用して、バンプ42を形成する。そして、基板43の下面に形成された電極パッドおよび配線パターン46に対して、フリップチップボンディングを行うことにより、発振回路素子41を電気的および機械的に接続する。なおフリップチップボンディングには、加熱加圧による圧着および超音波印加による圧着のいずれを採用してもよい。
【0028】
一方、台座32はプラスチック材料等により成形する。台座32の上面には、発振回路基板40の配線パターン46に対応する電極パッド36を設ける。この電極パッド36から信号入出力部37にかけて、台座32の内部に配線を埋設する。なお、信号入出力部37から周波数カウンタ5(図7参照)への配線は、ビニルチューブ38等で被覆する。また、台座32上面の中央部には、発振回路素子41を挿入可能な大きさの凹部34を形成する。そして、その凹部34に発振回路素子41を挿入しつつ、発振回路基板40を台座32の上面に載置する。その際、発振回路基板40の配線パターン46を台座32の電極パッド36に当接させ、導電性接着剤等により両者を接続する。これにより、発振回路素子41と周波数カウンタ5(図7参照)との導通が確保される。
【0029】
ところで、発振回路素子41として、通常の発振回路に温度補償回路等を付加したものを使用する場合がある。第1実施形態に係る質量測定チップでは、通常の発振回路素子を搭載した発振回路基板と、温度補償回路等を付加した発振回路素子を搭載した発振回路基板とを、必要に応じて交換して使用することも可能である。この場合には、台座32の電極パッド36に対して、発振回路基板40の配線パターン46を着脱自在に当接させた状態で使用する。
【0030】
そして、図1に示すように、ベース部30の上面にセンサ部10を載置する。その際、ベース部30における基板43の上面に形成したベース側接続電極44a,44bに対して、センサ部10における圧電振動片20の下面に形成したセンサ側接続電極24a,24bを、着脱自在に当接させる。これにより、発振回路素子41から圧電振動片20の励振電極22a,22bに対して通電可能となる。
【0031】
さらに、センサ部10における平板部材11の上面周縁部に、リング状のゴムパッキン58を装着する。そして、センサ部10の上方からキャップ部材50をかぶせて、ベース部30における台座32の側面に螺合させる。キャップ部材50はプラスチック材料等で構成する。その上面中央部には貫通孔52を形成し、図2に示すように圧電振動片20の上方の励振電極22aを露出させる。また、キャップ部材50の上面周縁部によりゴムパッキン58を平板部材11に押し付けて、貫通孔52を密閉封止する。これと同時に、センサ部10をベース部30に押し付け、また発振回路基板40を台座32に押し付けて、それぞれの導通を確保する。さらに、キャップ部材50を台座32に螺合させることにより、キャップ部材50の下部を密閉封止する。以上により、圧電振動片20の下方の励振電極22bおよびこれに導通する各配線がキャップ部材50の内部に密閉封止され、検体溶液7(図7参照)の流入による配線間の短絡が防止される。
以上により、本実施形態に係る質量測定チップ3が完成する。
【0032】
図6に、キャップ部材の変形例の説明図を示す。変形例に係るキャップ部材150は、ゴム材料等により中空円筒状に形成する。なお、上下両端面の中央部には貫通孔152を形成する。そして、下端面の貫通孔を拡径し、センサ部110の上方からベース部130の中段にかけて、キャップ部材150をかぶせる。キャップ部材150の上端面は、センサ部110における平板部材111の上面に当接させる。またキャップ部材150の下端面は、台座132の側面全周に形成した溝部133に係合させる。これにより、キャップ部材150の内部が密閉封止され、検体溶液7(図7参照)の流入による配線間の短絡が防止される。
【0033】
次に、上述した本実施形態に係る質量測定チップの使用方法について説明する。
図7に、第1実施形態に係る質量測定装置の説明図を示す。第1実施形態に係る質量測定チップ3は、周波数カウンタ5に接続する。周波数カウンタ5は、質量測定チップ3における圧電振動片の共振周波数を測定する。また、周波数カウンタ5はコンピュータ6に接続する。コンピュータ6は、周波数カウンタ5が測定した圧電振動片の共振周波数から、励振電極に付着した検出物質の質量を算出する。加えて、検出物質の付着量の経時変化から、検体溶液7中における検出物質の濃度等を解析し得るようにコンピュータ6を構成するのが好ましい。
【0034】
質量測定の具体的手順は以下の通りである。まず、図1に示す質量測定チップ3において、圧電振動片20の上面側の励振電極22aに検出物質の感応膜を塗布する。次に、発振回路素子41から圧電振動片20に通電して圧電振動片20を発振させる。なお、図7に示す周波数カウンタ5により、圧電振動片の共振周波数を連続的に計測しておく。そして、図7に示すように、検体溶液7中に質量測定チップ3を浸漬する。検体溶液7中では、圧電振動片の励振電極上の感応膜に対して検出物質が結合する。これにより励振電極の質量が増加して、圧電振動片の共振周波数が低下する。この共振周波数の低下量等をコンピュータ6で解析することにより、検出物質の有無および濃度等を算出する。
【0035】
なお、質量測定チップを検体溶液に浸漬して使用するだけでなく、質量測定チップに検体溶液を滴下して使用することも可能である。具体的には、図1に示す質量測定チップ3において、圧電振動片20の上面側の励振電極22aに検出物質の感応膜を塗布した後、貫通孔12を通して検体溶液を滴下すればよい。なお、検体溶液を滴下して使用する場合には、キャップ部材50により質量測定チップ3の内部を密閉封止する必要がない。したがって、キャップ部材50を装着することなく質量測定チップを使用することも可能である。一方、質量測定チップを検体ガスに暴露して使用することにより、検体ガス中の検出物質の質量を測定することも可能である。
【0036】
ところで、質量測定チップは微少質量を測定するものであるから、一度測定に使用した圧電振動片を洗浄したとしても、これを再利用することはできない。そこで、質量測定チップによる再測定を行う前に、センサ部の交換を行う。図1に示す質量測定チップ3において、センサ部10を交換するには、まずキャップ部材50を取り外す。次に、ベース部30からセンサ部10およびゴムパッキン58を分離する。なお、使用済みのセンサ部10は廃棄する。そして、新しいセンサ部10をベース部30の上面に載置する。その後、ゴムパッキン58を装着し、キャップ部材50を装着すれば、質量測定チップ3におけるセンサ部10の交換が完了する。
以上に詳述した第1実施形態に係る質量測定チップにより、高感度化および低コスト化を両立することができる。
【0037】
すなわち、第1実施形態に係る質量測定チップでは、圧電振動片を発振回路素子に接続するためのセンサ側接続電極が形成されたセンサ部と、発振回路素子を圧電振動片に接続するためのベース側接続電極を形成したベース部とを有し、センサ側接続電極をベース側接続電極に着脱自在に当接させる構成とした。質量測定チップに発振回路を搭載することにより、圧電振動片と発振回路との電気長が短くなって伝送回路の損失が低下する。これにより、高周波の圧電振動片を検体溶液中で使用した場合でも、発振の不安定を解消することができる。したがって、質量測定チップの高感度化に対応することができる。
【0038】
しかも、質量測定センサをセンサ部とベース部に分離し、センサ部をベース部に着脱可能に当接させる構成としたので、使用済みのセンサ部だけを廃棄して、高価な発振回路を再利用することができる。したがって、高感度化および低コスト化を両立することができる。
【0039】
なお、第1実施形態に係る質量測定チップでは、図1に示すように、センサ部10における平板部材11、ならびにベース部30における発振回路基板40および台座32を、平面視円形状に形成した。これは、図1および図2に示すように、円筒状のキャップ部材50を使用して質量測定チップを密閉封止するためである。したがって、円筒状のキャップ部材50以外の手段により質量測定チップを密閉封止する場合には、上記各部材を平面視矩形状に形成することも可能である。
【0040】
また、第1実施形態に係る質量測定チップでは、1個の圧電振動片および1個の発振回路素子のみを搭載した。この場合、1回の測定により1種類の物質のみを検出することができる。近時では、1回の測定により多種類の物質を検出可能とするため、質量測定チップのマルチセンサ化が求められている。この点、第1実施形態と同様の構成により、複数の圧電振動片および複数の発振回路素子を搭載した質量測定チップを形成することも可能である。具体的には、平板部材に複数の貫通孔を形成し、これに複数の圧電振動片を接合してセンサ部を形成する。また、発振回路基板にも複数の発振回路素子を搭載してベース部を形成する。そして、このベース部およびセンサ部を組み合わせればよい。これにより、質量測定チップのマルチセンサ化に対応することができる。
【0041】
次に、第2実施形態について説明する。
図8に、第2実施形態に係る質量測定チップの説明図を示す。なお図8では、ベース部230における台座の記載を省略している。第2実施形態に係る質量測定チップ203は、圧電振動片220におけるベース部230とは反対側の表面のみに励振電極222aを形成し、ベース部230における圧電振動片220との対面位置に、圧電振動片220におけるベース部側の励振電極222bを形成したものである。なお、第1実施形態と同様の構成となる部分については、その説明を省略する。
【0042】
第2実施形態に係る質量測定チップ203の圧電振動片220は、薄肉振動部の上面のみに励振電極222aを形成する。なお、励振電極222aと導通する接続電極224aを周縁の厚肉部に形成し、これを圧電振動片220の側面および下面に延長して、センサ側接続電極224aを形成する。そして、圧電振動片220の下面側の励振電極222bを、ベース部230における発振回路基板240の上面に形成する。なお、圧電振動片220の表面から励振電極222bが離れていても、圧電振動片220を駆動することは可能である。
【0043】
第2実施形態に係る質量測定チップでは、圧電振動片の下面側の励振電極を発振回路基板の上面に形成したので、励振電極と発振回路との電気長が最短となり、伝送回路の損失を最小化することができる。これにより、高周波の圧電振動片を検体溶液中で使用した場合でも、発振の不安定を解消することが可能となる。したがって、質量測定チップの高感度化に対応することができる。
【0044】
なお、水晶振動子マイクロバランス法は、所定の雰囲気温度で行う必要がある。ここで、逆メサ型圧電振動片は、雰囲気温度のわずかな変化により共振周波数が変化し、測定精度が低下するおそれがある。その原因として、逆メサ型圧電振動片は振動部の厚さに対する励振電極の厚さの比率が大きく、励振電極の影響を強く受けることが考えられる。この点、第2実施形態では、逆メサ型圧電振動片の振動部表面から一定距離をおいて励振電極を配置したので、励振電極の影響を受けることがない。これにより、温度変化に対する共振周波数の変化が小さくなり、逆メサ型圧電振動片の周波数温度特性を改善することができる。したがって、質量測定の精度を向上させることができる。
【0045】
次に、第3実施形態について説明する。
図9に、第3実施形態に係る質量測定チップの説明図を示す。なお図9では、ベース部330における台座の記載を省略している。第3実施形態に係る質量測定チップは、センサ部310の位置決め用突起348を、ベース部330に形成したものである。なお、第1実施形態と同様の構成となる部分については、その説明を省略する。
【0046】
第3実施形態では、ベース部330における発振回路基板340の上面に、圧電振動片の位置決め用突起348を形成する。例えば、基板343のパターンを形成したセラミックシートに、突起348のパターンを形成したセラミックシートを積層・焼成して、基板343とともに位置決め用突起348を形成する。突起348は、矩形の圧電振動片320における対向する側面を支持できる位置に形成する。なお、圧電振動片320を位置決めすることにより、センサ部全体を位置決めすることができる。
【0047】
第3実施形態では、ベース部の位置決め用突起を設けたので、ベース部の上面にセンサ部を載置する際に、ベース側接続電極とセンサ側接続電極との位置が相互にずれることがなくなり、両者の導通を確保することができる。
【0048】
なお、図1に示す質量測定チップでは、キャップ部材50を台座32に締め込む際に、ベース部30に対してセンサ部10が回転するおそれがある。しかし第3実施形態では、圧電振動片の位置決め用突起を設けたので、センサ部の回転を防止することが可能となる。したがって、ベース側接続電極とセンサ側接続電極との位置が相互にずれることがなくなり、両者の導通を確保することができる。
【0049】
次に、第4実施形態について説明する。
図10に、第4実施形態に係る質量測定チップの説明図を示す。なお図10では、ベース部における台座の記載を省略している。第4実施形態に係る質量測定チップは、位置決め用突起448における圧電振動片420との当接面に、ベース側接続電極444a,444bを配置したものである。なお、第1および第3実施形態と同様の構成となる部分については、その説明を省略する。
【0050】
第4実施形態では、第3実施形態と同様に位置決め用突起448を形成する。これに加えて第4実施形態では、位置決め用突起448における圧電振動片420との当接面に、ベース側接続電極444a,444bを配置する。具体的には、突起448の上面または基板443の上面に形成した電極を、位置決め用突起448の内側面に延長して、ベース側接続電極444a,444bを形成する。一方、圧電振動片420の接続電極424a,424bも、それぞれ圧電振動片420の側面に延長して、センサ側接続電極424a,424bを形成する。そして、圧電振動片420を一対の位置決め用突起448の間に挿入することにより、センサ側接続電極424a,424bをベース側接続電極444a,444bに当接させる。これにより、発振回路素子441から圧電振動片420に対して通電可能となる。
【0051】
第4実施形態では、位置決め用突起における圧電振動片との当接面にベース側接続電極を配置したので、ベース側接続電極とセンサ側接続電極との導通を確実に取ることができる。また、センサ側接続電極を圧電振動片の側面に形成したので、圧電振動片は上下に対称となる。これにより、平板部材に対する圧電振動片の誤組み付けを防止することができる。
【0052】
次に、第5実施形態について説明する。
図11に、第5実施形態に係る質量測定チップの説明図を示す。第5実施形態に係る質量測定チップは、発振回路基板540の位置決め用突起539を台座532に設けたものである。なお、第1および第3実施形態と同様の構成となる部分については、その説明を省略する。
【0053】
第5実施形態では、台座532の上面に、基板543の位置決め用突起539を設ける。突起539は、台座532と一体成形してもよいし、別部材を付加して形成してもよい。また突起539の形状は、図9における一対の突起348と同様に、対向する平行面を形成しうる形状とする。この場合、基板543には突起539に対応する平行な側面を形成する。なお、突起539をピン形状とし、基板543に係合穴を設けてもよい。上記に加えて、第3実施形態と同様に、センサ部の位置決め用突起548を発振回路基板540に形成してもよい。
【0054】
第5実施形態では、発振回路基板の位置決め用突起を台座に設けたので、台座の上面に発振回路基板を載置する際に、台座の電極パッドと発振回路基板の配線パターンとの位置が相互にずれることがなくなり、両者の導通を確保することができる。なお、第1実施形態で述べたように、台座に載置した通常の発振回路基板を、温度補償回路等を付加した発振回路基板に交換して使用する場合がある。第5実施形態に係る質量測定チップでは、このように発振回路基板を交換して使用する際に、台座の電極パッドと発振回路基板の配線パターンとの位置を簡単に合わせることが可能となる。
【0055】
なお、上述した各実施形態では、本発明に係る質量測定装置を検体溶液中の特定物質の質量を測定する装置として使用する方法について説明したが、本発明に係る質量測定装置は、例えばメッキ膜厚モニタや粘度計、密度計、イオンセンサ、においセンサなどにも使用することが可能である。まず、メッキ膜厚モニタとして使用する場合には、メッキ対象物とともに質量測定チップをメッキ液中に浸漬する。この場合、励振電極の表面に付着したメッキ膜厚の増加とともに、圧電振動片の共振周波数が低下する。したがって、メッキ対象物のメッキ膜厚を検知することができる。また、イオンセンサとして使用する場合には、感応膜としてイオン吸着物質を塗布すればよい。また、においセンサとして使用する場合には、感応膜としてにおい成分の吸着物質を塗布すればよい。
【0056】
一方、粘度計として使用する場合には、質量測定チップを被測定流体中に浸漬する。この場合、被測定流体の粘度の増加とともに、圧電振動片の共振周波数が変化する。したがって、被測定流体の粘度を検知することができる。なお、質量測定チップの感度は、液体の粘度による周波数変化として次式が導かれている。
【数2】
ただし、dfは圧電振動片の共振周波数の変化量、f0は圧電振動片の共振周波数の初期値、ηは液体の粘度、ρLは液体の密度、μは圧電材料の弾性率、ρは圧電材料の密度である。数2によれば液体の粘度または密度のどちらか一方を一定とすれば、液体の密度変化または粘度変化を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施形態に係る質量測定チップの側面断面図である。
【図2】 第1実施形態に係る質量測定チップの平面図である。
【図3】 センサ部の説明図である。
【図4】 センサ部の変形例の説明図である。
【図5】 ベース部の説明図である。
【図6】 キャップ部材の変形例の説明図である。
【図7】 第1実施形態に係る質量測定装置の説明図である。
【図8】 第2実施形態に係る質量測定チップの説明図である。
【図9】 第3実施形態に係る質量測定チップの説明図である。
【図10】 第4実施形態に係る質量測定チップの説明図である。
【図11】 第5実施形態に係る質量測定チップの説明図である。
【図12】 従来技術に係る質量測定チップの説明図である。
【図13】 従来技術に係る質量測定装置の説明図である。
【符号の説明】
3………質量測定チップ、10………センサ部、11………平板部材、20………圧電振動片、22a,22b………励振電極、24a,24b………センサ側接続電極、30………ベース部、32………台座、40………発振回路基板、41………発振回路素子、43………基板、44a,44b………ベース側接続電極、50………キャップ部材、58………ゴムパッキン。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mass measuring chip and a mass measuring device, and more particularly to a mass measuring chip that measures a concentration of a specific substance in a sample solution using a piezoelectric vibrating piece.
[0002]
[Prior art]
In the fields of food, biochemistry, environment, and the like, the quartz crystal microbalance method is used to measure the presence and concentration of a specific substance. Specifically, a sensitive film of a specific substance to be detected is first applied to the surface of the excitation electrode on one side of the piezoelectric vibrating piece. Then, the piezoelectric vibrating piece is immersed in the sample solution containing the detection substance. Then, the detection substance in the sample solution is combined with the sensitive film, and the mass of the excitation electrode is increased. As the mass of the excitation electrode increases, the resonance frequency of the piezoelectric vibrating piece decreases. Thereby, the presence or absence of the specific substance in the sample solution can be determined.
[0003]
By the way, when the piezoelectric vibrating piece is immersed in the sample solution, if the excitation electrodes formed on both surfaces thereof are short-circuited with each other, the piezoelectric vibrating piece cannot be oscillated. Therefore, it is necessary to prevent the short circuit between the electrodes by covering the other excitation electrode to which the sensitive film is not applied with a covering member or the like to seal the excitation electrode from the sample solution.
[0004]
FIG. 12 is an explanatory diagram of the mass measurement chip described in
[0005]
FIG. 13 is an explanatory diagram of a conventional mass measuring apparatus. In the mass
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-6-138125
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Recently, high sensitivity is required for mass measurement chips. In order to increase the sensitivity of the mass measuring chip, it is necessary to increase the frequency of the piezoelectric vibrating piece. However, if the high-frequency piezoelectric vibrating piece is used while immersed in the sample solution, oscillation becomes unstable. In particular, as shown in FIG. 13, when the electrical length between the high-frequency piezoelectric vibrating piece and the
[0008]
In order to solve this problem, an oscillation circuit element may be mounted on the mass measurement chip to shorten the electrical length with the piezoelectric vibrating piece. However, the mass measurement chip measures a minute mass, and cannot be reused even if the mass measurement chip once used for measurement is washed. Therefore, an expensive oscillation circuit element is discarded together with the used mass measurement chip, and there is a problem that a great deal of cost is required for mass measurement.
The present invention focuses on the above problems and aims to provide a mass measuring chip and a mass measuring device capable of achieving both high sensitivity and low cost.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a mass measurement chip according to the present invention includes a piezoelectric vibrating piece, a sensor portion on which a sensor-side connection electrode for connecting the piezoelectric vibrating piece to an oscillation circuit is formed, and a first surface Having a base-side connection electrode with which the sensor-side connection electrode is abutted, and having a lower electrode electrically and mechanically connected to the oscillation circuit on the second surface opposite to the first surface An oscillation circuit board that conducts the base-side connection electrode and the lower electrode through the through-hole, a base on which the oscillation circuit board is mounted, a base having the oscillation circuit board and the base, and The sensor-side connection electrode is detachably brought into contact with the base-side connection electrode to electrically connect the piezoelectric vibrating piece and the oscillation circuit.
[0010]
By mounting the oscillation circuit on the mass measurement chip, the electrical length between the piezoelectric vibrating piece and the oscillation circuit is shortened, and the loss of the transmission circuit is reduced. Thereby, even when a high-frequency piezoelectric vibrating piece is used in the sample solution, instability of oscillation can be eliminated. Therefore, it is possible to cope with high sensitivity of the mass measuring chip. Moreover, the mass measurement sensor is separated into the sensor part and the base part, and the sensor part is detachably brought into contact with the base part, so that only the used sensor part is discarded and the expensive oscillation circuit is reused. can do. Therefore, both high sensitivity and low cost can be achieved.
[0011]
The piezoelectric vibrating piece may be an inverted mesa type piezoelectric vibrating piece. In the inverted mesa type piezoelectric vibrating piece, the central thin-walled vibrating portion is protected by the thick-walled portion at the periphery, so that the vibrating portion can be prevented from being broken by an external force. Thereby, a high-frequency piezoelectric vibrating piece can be used, and the mass measurement chip can be highly sensitive.
[0012]
In addition, a cap member may be provided that hermetically seals the other excitation electrode in the piezoelectric vibrating piece and the wiring that leads to the other excitation electrode while exposing one excitation electrode in the piezoelectric vibrating piece. Accordingly, it is possible to prevent a short circuit between the wirings due to the inflow of the sample solution while enabling mass measurement. Therefore, the mass measuring chip can be used by being immersed in the sample solution.
[0013]
The flat plate member having a through hole and the piezoelectric vibrating piece disposed on one surface side of the flat plate member constitute the sensor unit, and the excitation electrode of the piezoelectric vibrating piece is placed on the other surface side of the flat plate member through the through hole. The piezoelectric vibrating piece is bonded to the flat plate member to hermetically seal the through hole, and the sensor-side connection electrode is formed on the surface of the piezoelectric vibrating piece opposite to the flat plate member. Also good. Further, the flat plate member and the piezoelectric vibrating piece disposed on one surface side of the flat plate member constitute the sensor unit, and the piezoelectric vibrating piece is joined to the flat plate member, and the electrode on the flat plate member side in the piezoelectric vibrating piece The sensor-side connection electrode may be formed on the other surface of the flat plate member.
[0014]
Since the sensor part is configured by joining the piezoelectric vibrating piece to the flat plate member, even in the case of a thin piezoelectric vibrating piece, a large stress acts on the piezoelectric vibrating piece due to pressure during mounting or solidification of the adhesive. Therefore, the piezoelectric vibrating piece can be prevented from being damaged. Therefore, a thin high-frequency piezoelectric vibrating piece can be used, and the mass measuring chip can be highly sensitive. In addition, since the sensor unit is configured by joining the piezoelectric vibrating piece to the flat plate member, handling in the manufacturing process is facilitated even when the piezoelectric vibrating piece is downsized. Therefore, the mass measuring chip can be reduced in size.
[0015]
Further, the base portion is configured by a pedestal and an oscillation circuit board disposed on the surface of the pedestal, and an oscillation circuit is mounted on a surface of the oscillation circuit board on the pedestal side, and the opposite side of the oscillation circuit board from the pedestal The base-side connection electrode may be formed on the surface. As a result, the oscillation circuit board on which the oscillation circuits having different functions are mounted can be used as necessary.
[0016]
The piezoelectric vibrating piece has an excitation electrode only on the surface opposite to the base portion, and the excitation electrode on the base portion side of the piezoelectric vibrating piece is located at a position facing the piezoelectric vibrating piece in the base portion. May be formed. Thereby, the electrical length between the excitation electrode on the base portion side and the oscillation circuit is minimized, and the loss of the transmission circuit can be minimized. Thus, even when a high-frequency piezoelectric vibrating piece is used in the sample solution, it is possible to eliminate oscillation instability. Therefore, it is possible to cope with high sensitivity of the mass measuring chip.
[0017]
Moreover, you may form the positioning protrusion of the said sensor part in the said base part. Thereby, when mounting a sensor part on the upper surface of a base part, the position of a base side connection electrode and a sensor side connection electrode does not shift | deviate mutually, and electrical conduction of both can be ensured.
[0018]
Further, the base-side connection electrode may be disposed on a contact surface of the positioning protrusion with the sensor unit. Thereby, electrical connection with a base side connection electrode and a sensor side connection electrode can be taken reliably.
[0019]
Further, a positioning projection of the oscillation circuit board may be formed on the surface of the pedestal. Thereby, when mounting an oscillation circuit board on the surface of a base, both conduction | electrical_connection can be ensured.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of a mass measuring chip and a mass measuring device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, what is described below is only one aspect | mode of embodiment of this invention, and this invention is not limited to these.
[0021]
First, the first embodiment will be described.
FIG. 1 is an explanatory diagram of the mass measurement chip according to the first embodiment, and is a side cross-sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 2 is a plan view of the mass measuring chip according to the first embodiment. In the mass measurement chip according to the first embodiment, the
[0022]
The mass measurement chip according to the first embodiment is obtained by increasing the sensitivity of a conventional mass measurement chip. The sensitivity of the mass measuring chip can be expressed by the following equation.
[Expression 1]
Where df is the amount of change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrating piece, f 0 Is the initial value of the resonance frequency of the piezoelectric vibrating piece, ρ is the density of the piezoelectric material, μ is the shear stress of the piezoelectric material, dm is the mass of the detection substance coupled to the excitation electrode, and A is the area of the excitation electrode. As can be seen from the above equation, the initial value f of the resonance frequency of the piezoelectric vibrating piece 0 Is higher, the amount of change df is larger, and the sensitivity of the mass measuring chip is increased. For example, f 0 If the frequency is increased from the conventional 27 MHz to 150 MHz, the sensitivity can be increased by 30 times. In order to increase the frequency of the piezoelectric vibrating piece, the thickness of the vibrating portion of the piezoelectric vibrating piece may be reduced.
[0023]
FIG. 3 is an explanatory diagram of the sensor unit. 3A is a side cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 3B, and FIG. 3B is a bottom view. The
[0024]
Further, the
[0025]
FIG. 4 is an explanatory diagram of a modified example of the sensor unit. It is also possible to use the
[0026]
FIG. 5 is an explanatory diagram of the base portion. The
[0027]
On the other hand, the
[0028]
On the other hand, the
[0029]
By the way, as the
[0030]
Then, as shown in FIG. 1, the
[0031]
Further, a ring-shaped rubber packing 58 is attached to the peripheral edge of the upper surface of the
Thus, the
[0032]
FIG. 6 is an explanatory diagram of a modified example of the cap member. The
[0033]
Next, a method for using the above-described mass measuring chip according to the present embodiment will be described.
FIG. 7 is an explanatory diagram of the mass measuring apparatus according to the first embodiment. The
[0034]
The specific procedure for mass measurement is as follows. First, in the
[0035]
Note that it is possible not only to use the mass measurement chip by immersing it in the sample solution, but also to use the sample solution by dropping it onto the mass measurement chip. Specifically, in the
[0036]
By the way, since the mass measuring chip measures a minute mass, even if the piezoelectric vibrating piece used for the measurement is once washed, it cannot be reused. Therefore, the sensor unit is replaced before re-measurement using the mass measuring chip. In order to replace the
The mass measurement chip according to the first embodiment described in detail above can achieve both high sensitivity and low cost.
[0037]
That is, in the mass measuring chip according to the first embodiment, the sensor part on which the sensor-side connection electrode for connecting the piezoelectric vibrating piece to the oscillation circuit element is formed, and the base for connecting the oscillation circuit element to the piezoelectric vibrating piece. And a base portion on which the side connection electrode is formed, and the sensor side connection electrode is detachably brought into contact with the base side connection electrode. By mounting the oscillation circuit on the mass measurement chip, the electrical length between the piezoelectric vibrating piece and the oscillation circuit is shortened, and the loss of the transmission circuit is reduced. Thereby, even when a high-frequency piezoelectric vibrating piece is used in the sample solution, instability of oscillation can be eliminated. Therefore, it is possible to cope with high sensitivity of the mass measuring chip.
[0038]
Moreover, the mass measurement sensor is separated into the sensor part and the base part, and the sensor part is detachably brought into contact with the base part, so that only the used sensor part is discarded and the expensive oscillation circuit is reused. can do. Therefore, both high sensitivity and low cost can be achieved.
[0039]
In the mass measurement chip according to the first embodiment, as shown in FIG. 1, the
[0040]
In the mass measurement chip according to the first embodiment, only one piezoelectric vibrating piece and one oscillation circuit element are mounted. In this case, only one kind of substance can be detected by one measurement. Recently, in order to be able to detect many kinds of substances by one measurement, it is required to make a mass measuring chip a multi-sensor. In this regard, a mass measurement chip on which a plurality of piezoelectric vibrating pieces and a plurality of oscillation circuit elements are mounted can be formed by the same configuration as that of the first embodiment. Specifically, a plurality of through holes are formed in the flat plate member, and a plurality of piezoelectric vibrating pieces are joined to the plate member to form a sensor unit. A plurality of oscillation circuit elements are also mounted on the oscillation circuit board to form a base portion. And what is necessary is just to combine this base part and a sensor part. Thereby, it can respond to multi-sensor-izing of a mass measurement chip | tip.
[0041]
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a mass measuring chip according to the second embodiment. In FIG. 8, the description of the pedestal in the
[0042]
The piezoelectric vibrating
[0043]
In the mass measurement chip according to the second embodiment, since the excitation electrode on the lower surface side of the piezoelectric vibrating piece is formed on the upper surface of the oscillation circuit substrate, the electrical length between the excitation electrode and the oscillation circuit is minimized, and the loss of the transmission circuit is minimized. Can be Thus, even when a high-frequency piezoelectric vibrating piece is used in the sample solution, it is possible to eliminate oscillation instability. Therefore, it is possible to cope with high sensitivity of the mass measuring chip.
[0044]
The quartz crystal microbalance method needs to be performed at a predetermined atmospheric temperature. Here, in the inverted mesa type piezoelectric vibrating piece, the resonance frequency changes due to a slight change in the ambient temperature, and the measurement accuracy may be lowered. As a cause thereof, the ratio of the thickness of the excitation electrode to the thickness of the vibrating part is large in the inverted mesa type piezoelectric vibrating piece, and it is considered that the influence is greatly influenced by the excitation electrode. In this respect, in the second embodiment, since the excitation electrode is arranged at a certain distance from the surface of the vibration part of the inverted mesa type piezoelectric vibrating piece, it is not affected by the excitation electrode. Thereby, the change of the resonant frequency with respect to a temperature change becomes small, and the frequency temperature characteristic of an inverted mesa type piezoelectric vibrating piece can be improved. Therefore, the accuracy of mass measurement can be improved.
[0045]
Next, a third embodiment will be described.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a mass measuring chip according to the third embodiment. In FIG. 9, the pedestal in the
[0046]
In the third embodiment, the
[0047]
In the third embodiment, since the positioning protrusion of the base portion is provided, the position of the base side connection electrode and the sensor side connection electrode is not shifted from each other when the sensor portion is placed on the upper surface of the base portion. The conduction between the two can be ensured.
[0048]
In the mass measurement chip illustrated in FIG. 1, the
[0049]
Next, a fourth embodiment will be described.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a mass measuring chip according to the fourth embodiment. In FIG. 10, the description of the pedestal in the base portion is omitted. In the mass measurement chip according to the fourth embodiment, base-
[0050]
In the fourth embodiment, positioning
[0051]
In the fourth embodiment, since the base side connection electrode is disposed on the contact surface of the positioning protrusion with the piezoelectric vibrating piece, electrical connection between the base side connection electrode and the sensor side connection electrode can be ensured. In addition, since the sensor-side connection electrode is formed on the side surface of the piezoelectric vibrating piece, the piezoelectric vibrating piece is vertically symmetric. Thereby, the incorrect assembly | attachment of the piezoelectric vibrating piece with respect to a flat plate member can be prevented.
[0052]
Next, a fifth embodiment will be described.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a mass measuring chip according to the fifth embodiment. In the mass measurement chip according to the fifth embodiment, a
[0053]
In the fifth embodiment, the
[0054]
In the fifth embodiment, since the positioning projection of the oscillation circuit board is provided on the pedestal, when the oscillation circuit board is placed on the upper surface of the pedestal, the positions of the electrode pads of the pedestal and the wiring pattern of the oscillation circuit board are mutually aligned. Therefore, the conduction between the two can be ensured. As described in the first embodiment, the normal oscillation circuit board placed on the pedestal may be used by replacing it with an oscillation circuit board to which a temperature compensation circuit or the like is added. In the mass measurement chip according to the fifth embodiment, when the oscillation circuit board is exchanged and used in this manner, the positions of the electrode pads on the base and the wiring pattern on the oscillation circuit board can be easily matched.
[0055]
In each of the above-described embodiments, the method of using the mass measuring device according to the present invention as a device for measuring the mass of a specific substance in a sample solution has been described. However, the mass measuring device according to the present invention is, for example, a plating film It can also be used for thickness monitors, viscometers, density meters, ion sensors, odor sensors, and the like. First, when using as a plating film thickness monitor, a mass measuring chip is immersed in a plating solution together with a plating object. In this case, the resonance frequency of the piezoelectric vibrating piece decreases as the thickness of the plating film attached to the surface of the excitation electrode increases. Therefore, the plating film thickness of the plating object can be detected. Moreover, what is necessary is just to apply | coat an ion adsorption substance as a sensitive film | membrane when using as an ion sensor. Further, when used as an odor sensor, an adsorbent of an odor component may be applied as a sensitive film.
[0056]
On the other hand, when using as a viscometer, a mass measuring chip is immersed in a fluid to be measured. In this case, the resonance frequency of the piezoelectric vibrating piece changes as the viscosity of the fluid to be measured increases. Therefore, the viscosity of the fluid to be measured can be detected. The sensitivity of the mass measuring chip is derived from the following equation as a frequency change due to the viscosity of the liquid.
[Expression 2]
Where df is the amount of change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrating piece, f 0 Is the initial value of the resonance frequency of the piezoelectric vibrating piece, η is the viscosity of the liquid, ρ L Is the density of the liquid, μ is the elastic modulus of the piezoelectric material, and ρ is the density of the piezoelectric material. According to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side cross-sectional view of a mass measuring chip according to a first embodiment.
FIG. 2 is a plan view of the mass measuring chip according to the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a sensor unit.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a modified example of the sensor unit.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a base portion.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a modified example of the cap member.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a mass measuring apparatus according to the first embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a mass measuring chip according to a second embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a mass measuring chip according to a third embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a mass measuring chip according to a fourth embodiment.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a mass measuring chip according to a fifth embodiment.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a mass measuring chip according to a conventional technique.
FIG. 13 is an explanatory diagram of a mass measuring apparatus according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
3... Mass measurement chip, 10... Sensor part, 11... Flat plate member, 20. 30...
Claims (9)
第1の表面に前記センサ側接続電極が当接されるベース側接続電極を有し、第1の面と反対側の第2の面に前記発振回路と電気的および機械的に接続される下部電極を有し、前記ベース側接続電極と前記下部電極とをそのスルーホールを通じて導通する発振回路基板と、
前記発振回路基板が搭載される台座と、
前記発振回路基板と前記台座を有するベースとを有し、
前記センサ側接続電極を前記ベース側接続電極に着脱自在に当接させて、前記圧電振動片と前記発振回路とを電気的に接続したことを特徴とする質量測定チップ。A sensor unit including a piezoelectric vibrating piece, and formed with a sensor-side connection electrode for connecting the piezoelectric vibrating piece to an oscillation circuit;
A lower surface having a base-side connection electrode with which the sensor-side connection electrode is brought into contact with the first surface, and being electrically and mechanically connected to the oscillation circuit on a second surface opposite to the first surface An oscillation circuit board having an electrode and conducting the base-side connection electrode and the lower electrode through the through hole;
A base on which the oscillation circuit board is mounted;
The oscillation circuit board and a base having the pedestal,
A mass measuring chip, wherein the sensor-side connection electrode is detachably brought into contact with the base-side connection electrode to electrically connect the piezoelectric vibrating piece and the oscillation circuit.
前記圧電振動片は、逆メサ型圧電振動片であることを特徴とする質量測定チップ。The mass measuring chip according to claim 1,
The mass measuring chip, wherein the piezoelectric vibrating piece is an inverted mesa type piezoelectric vibrating piece.
前記圧電振動片における一方の励振電極を露出させつつ、前記圧電振動片における他方の励振電極および前記他方の励振電極に導通する配線を密閉封止するキャップ部材を設けたことを特徴とする質量測定チップ。The mass measuring chip according to claim 1 or 2,
A mass measurement device comprising: a cap member that hermetically seals the other excitation electrode of the piezoelectric vibrating piece and a wiring that is electrically connected to the other excitation electrode while exposing one excitation electrode of the piezoelectric vibrating piece. Chip.
貫通孔を有する平板部材および前記平板部材の一方面側に配置した前記圧電振動片によって前記センサ部を構成し、
前記貫通孔を通して前記圧電振動片の励振電極を前記平板部材の他方面側に露出させ、前記圧電振動片を前記平板部材に接合して前記貫通孔を密閉封止するとともに、前記圧電振動片における前記平板部材とは反対側の表面に前記センサ側接続電極を形成したことを特徴とする質量測定チップ。In the mass measurement chip according to any one of claims 1 to 3,
The sensor unit is configured by a flat plate member having a through hole and the piezoelectric vibrating piece disposed on one surface side of the flat plate member,
The excitation electrode of the piezoelectric vibrating piece is exposed to the other surface side of the flat plate member through the through hole, the piezoelectric vibrating piece is bonded to the flat plate member, and the through hole is hermetically sealed. A mass measuring chip, wherein the sensor-side connection electrode is formed on a surface opposite to the flat plate member.
平板部材および前記平板部材の一方面側に配置した前記圧電振動片によって前記センサ部を構成し、
前記平板部材に前記圧電振動片を接合して前記圧電振動片における前記平板部材側の電極を密閉封止するとともに、前記平板部材の他方面上に前記センサ側接続電極を形成したことを特徴とする質量測定チップ。In the mass measurement chip according to any one of claims 1 to 3,
The sensor unit is constituted by a flat plate member and the piezoelectric vibrating piece arranged on one side of the flat plate member,
The piezoelectric vibrating piece is bonded to the flat plate member, and the electrode on the flat plate member side of the piezoelectric vibrating piece is hermetically sealed, and the sensor-side connection electrode is formed on the other surface of the flat plate member. Mass measuring chip to be used.
前記圧電振動片は、前記ベース部とは反対側の表面のみに励振電極を有し、
前記ベース部における前記圧電振動片との対面位置に、前記圧電振動片における前記ベース部側の励振電極を形成したことを特徴とする質量測定チップ。In the mass measurement chip according to any one of claims 1 to 5,
The piezoelectric vibrating piece has an excitation electrode only on the surface opposite to the base portion,
A mass measuring chip, wherein an excitation electrode on the base portion side of the piezoelectric vibrating piece is formed at a position facing the piezoelectric vibrating piece in the base portion.
前記ベース部に、前記センサ部の位置決め用突起を形成したことを特徴とする質量測定チップ。The mass measuring chip according to any one of claims 1 to 6,
A mass measuring chip, wherein a positioning projection of the sensor unit is formed on the base unit.
前記位置決め用突起における前記センサ部との当接面に、前記ベース側接続電極を配置したことを特徴とする質量測定チップ。The mass measuring chip according to claim 7,
The mass measuring chip, wherein the base side connection electrode is disposed on a contact surface of the positioning protrusion with the sensor unit.
前記台座の表面に、前記発振回路基板の位置決め用突起を形成したことを特徴とする質量測定チップ。The mass measuring chip according to any one of claims 4 to 8,
A mass measuring chip, wherein a positioning projection of the oscillation circuit board is formed on a surface of the pedestal.
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