特開 2024-114465 検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024114465

(43)【公開日】2024-08-23

(54)【発明の名称】検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 5/02 20060101AFI20240816BHJP

   H03H 9/17 20060101ALI20240816BHJP

【ＦＩ】

G01N5/02 A

H03H9/17 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】26

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023020256

(22)【出願日】2023-02-13

(71)【出願人】

【識別番号】000204284

【氏名又は名称】太陽誘電株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】坂下 武

【テーマコード（参考）】

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J108AA03

5J108AA09

5J108BB07

5J108BB08

5J108EE03

5J108HH05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】共振領域間の距離を短くすることが可能な検出装置を提供する。
【解決手段】検出装置は、基板１０上に設けられた第１下部電極１２ａと、第１下部電極上に設けられた第１圧電層１４ａと、第１圧電層上に設けられた第１上部電極１６ａと、第１圧電層を挟み第１下部電極と第１上部電極とが対向する第１共振領域５０ａと、第１上部電極上に設けられた感応膜と、を備える第１共振器１１ａと、基板上に設けられ第１下部電極と隣接する第２下部電極１２ｂと、第２下部電極上に設けられた第２圧電層１４ｂと、第２圧電層上に設けられ第１上部電極と分離した第２上部電極１６ｂと、第２共振領域５０ｂと、を備える第２共振器１１ｂと、第１パッド２５ａと、第２パッド２５ｂと、第３パッド２５ｃと、第４パッド２５ｄと、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面において第１方向に延伸する辺を有する基板と、
前記基板上に設けられた第１下部電極と、前記第１下部電極上に設けられた第１圧電層と、前記第１圧電層上に設けられた第１上部電極と、前記第１圧電層を挟み前記第１下部電極と前記第１上部電極とが対向する第１共振領域と、前記第１上部電極上に設けられた感応膜と、を備える第１共振器と、
前記基板上に設けられ前記第１下部電極と隣接する第２下部電極と、前記第２下部電極上に設けられた第２圧電層と、前記第２圧電層上に設けられ前記第１上部電極と分離した第２上部電極と、前記第１圧電層を挟み前記第１下部電極と前記第１上部電極とが対向し前記第１共振領域の前記第１方向側に設けられた第２共振領域と、を備える第２共振器と、
前記第１下部電極に電気的に接続され、前記第１方向に直交する第２方向から見て、前記第１共振領域と前記第２共振領域との間における前記第１下部電極と前記第２下部電極とが最も近い隣接領域において前記第２共振領域に最も近い第１箇所を含み前記第１箇所より前記第１共振領域側の第１領域のみに設けられた第１パッドと、
前記第１上部電極に電気的に接続され、前記第１領域のみに設けられた第２パッドと、
前記第２下部電極に電気的に接続され、前記第２方向から見て、前記隣接領域における前記第１共振領域に最も近い第２箇所を含み前記第２箇所より前記第２共振領域側の第２領域のみに設けられた第３パッドと、
前記第２上部電極に電気的に接続し、前記第２領域のみに設けられた第４パッドと、
を備える検出装置。

【請求項2】

前記第１パッドと前記第２パッドとは、前記第２方向において前記第１共振領域を挟み、
前記第３パッドと前記第４パッドとは、前記第２方向において前記第２共振領域を挟む請求項１に記載の検出装置。

【請求項3】

前記第１方向における前記第１パッドの最大幅、および前記第１方向における前記第２パッドの最大幅は、前記第１方向における前記第１共振領域の最大幅より大きく、
前記第１方向における前記第３パッドの最大幅、および前記第１方向における前記第４パッドの最大幅は、前記第１方向における前記第２共振領域の最大幅より大きい請求項２に記載の検出装置。

【請求項4】

前記第２方向から見て、前記第１パッドおよび前記第２パッドは、前記第２箇所を含み前記第２箇所より前記第２共振領域側の領域には設けられておらず、
前記第２方向から見て、前記第３パッドおよび前記第４パッドは、前記第１箇所を含み前記第１箇所より前記第１共振領域側の領域には設けられていない請求項３に記載の検出装置。

【請求項5】

前記第１下部電極と前記第１パッドとを電気的に接続し、前記第１領域にのみ設けられた第１配線と、
前記第１上部電極と前記第２パッドとを電気的に接続し、前記第１領域のみに設けられた第２配線と、
前記第２下部電極と前記第３パッドとを電気的に接続し、前記第２領域のみに設けられた第３配線と、
前記第２上部電極と前記第４パッドとを電気的に接続し、前記第２領域のみに設けられた第４配線と、
を備える請求項４に記載の検出装置。

【請求項6】

前記隣接領域における前記第１下部電極と前記第２下部電極との最短距離は、前記基板の厚さより小さい請求項１から５のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項7】

基板と、
前記基板上に設けられた第１下部電極と、前記第１下部電極上に設けられた第１圧電層と、前記第１圧電層上に設けられた第１上部電極と、前記第１圧電層を挟み前記第１下部電極と前記第１上部電極とが対向する第１共振領域と、前記第１上部電極上に設けられた感応膜と、を備える第１共振器と、
前記基板上に設けられ前記第１下部電極と隣接する第２下部電極と、前記第２下部電極上に設けられた第２圧電層と、前記第２圧電層上に設けられ前記第１上部電極と分離した第２上部電極と、前記第２圧電層を挟み前記第２下部電極と前記第２上部電極とが対向する第２共振領域と、を備える第２共振器と、
前記基板上に設けられ前記第１下部電極および前記第２下部電極と隣接する第３下部電極と、前記第３下部電極上に設けられた第３圧電層と、前記第３圧電層上に設けられ前記第１上部電極および前記第２上部電極と分離した第３上部電極と、前記第３圧電層を挟み前記第３下部電極と前記第３上部電極とが対向する第３共振領域と、を備える第３共振器と、
前記第１下部電極と接続され、前記第１共振領域の第１中心と前記第２共振領域の第２中心と前記第３共振領域の第３中心とを頂点とする三角形の外側の第１領域にのみ設けられ、前記第１下部電極と電気的に接続された第１パッドと、
前記第１領域にのみ設けられ、前記第１上部電極と電気的に接続された第２パッドと、
前記第１領域にのみ設けられ、前記第２下部電極と電気的に接続された第３パッドと、
前記第１領域にのみ設けられ、前記第２上部電極と電気的に接続された第４パッドと、
前記第１領域にのみ設けられ、前記第３下部電極と電気的に接続された第５パッドと、
前記第１領域にのみ設けられ、前記第３上部電極と電気的に接続された第６パッドと、を備える検出装置。

【請求項8】

前記第１領域のみに設けられ、前記第１下部電極と前記第１パッドとを電気的に接続する第１配線と、
前記第１領域のみに設けられ、前記第１上部電極と前記第２パッドとを電気的に接続する第２配線と、
前記第１領域のみに設けられ、前記第２下部電極と前記第３パッドとを電気的に接続する第３配線と、
前記第１領域のみに設けられ、前記第２上部電極と前記第４パッドとを電気的に接続する第４配線と、
前記第１領域のみに設けられ、前記第３下部電極と前記第５パッドとを電気的に接続する第５配線と、
前記第１領域のみに設けられ、前記第３上部電極と前記第６パッドとを電気的に接続する第６配線と、
を備える請求項７に記載の検出装置。

【請求項9】

前記第１中心を通り、前記第２中心と前記第３中心とを通る第１直線に平行な第２直線と、
前記第２中心を通り、前記第３中心と前記第１中心とを通る第３直線に平行な第４直線と、
前記第３中心を通り、前記第１中心と前記第２中心とを通る第５直線に平行な第６直線と、
を３辺とする三角形の外側を第２領域としたとき、前記第１パッド、前記第２パッド、前記第３パッド、前記第４パッド、前記第５パッドおよび前記第６パッドは前記第２領域のみに設けられている請求項７に記載の検出装置。

【請求項10】

前記第１下部電極と前記第２下部電極との最短距離は、前記基板の厚さより小さく、
前記第２下部電極と前記第３下部電極との最短距離は、前記基板の厚さより小さく、
前記第３下部電極と前記第１下部電極との最短距離は、前記基板の厚さより小さい請求項７から９のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項11】

前記第１共振領域と前記第２共振領域との間において、前記第１圧電層と前記第２圧電層と一体として設けられた第３圧電層を備える請求項１から５および７から９のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項12】

基板と、
前記基板上に設けられた第１下部電極と、前記第１下部電極上に設けられた第１圧電層と、前記第１圧電層上に設けられた第１上部電極と、前記第１圧電層を挟み前記第１下部電極と前記第１上部電極とが対向する第１共振領域と、前記第１上部電極上に設けられた感応膜と、を備える第１共振器と、
前記基板上に設けられ前記第１下部電極と隣接する第２下部電極と、前記第２下部電極上に設けられた第２圧電層と、前記第２圧電層上に設けられ前記第１上部電極と分離した第２上部電極と、前記第２圧電層を挟み前記第２下部電極と前記第２上部電極とが対向する第２共振領域と、を備える第２共振器と、
前記第１共振領域と前記第２共振領域との間において、前記第１圧電層と前記第２圧電層と一体として設けられた第３圧電層と、
を備える検出装置。

【請求項13】

前記第１上部電極に電気的に接続された第１パッドと、
前記第２上部電極に電気的に接続された第２パッドと、
を備え、
前記第３圧電層は、前記第１パッドと前記第２パッドとの間において、少なくとも一部が一体として設けられている請求項１２に記載の検出装置。

【請求項14】

前記第１下部電極に電気的に接続された第３パッドと、
前記第２下部電極に電気的に接続された第４パッドと、
を備え、
前記第３圧電層は、前記第１共振領域、前記第２共振領域、前記第１パッド、前記第２パッド、前記第３パッドおよび前記第４パッドを囲むように、一体として設けられ、前記第３パッドおよび前記第４パッドを露出する開口を有する請求項１３に記載の検出装置。

【請求項15】

前記第３圧電層の熱伝導率は、前記基板の熱伝導率より大きい請求項１２から１４のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項16】

下部電極と上部電極で圧電層を挟んだ圧電素子が矩形の基板に２つ並んで設けられ、
一方の圧電素子の前記上部電極の上には、感応膜が設けられ、
前記下部電極、前記圧電層および前記上部電極の重畳した領域が共振領域となり、前記共振領域の周囲は、前記下部電極のパッドおよび前記上部電極のパッドにつながる配線との境界である延出部と前記配線につながらない非延出部とを有し、
前記２つの共振領域は、前記非延出部の部分でお互い近接して配置される検出装置。

【請求項17】

前記共振領域の平面形状はほぼ楕円形状であり、前記楕円形状の長軸が、前記基板の矩形の一辺と平行に直線状に並ぶように設けられ、
前記一方の圧電素子のパッドは、前記共振領域の中心を通過し前記長軸と直交する中心線に対し、他方の圧電素子側は短く、前記他方の圧電素子の反対側には長く設けられた非対称の形状を有する請求項１６に記載の検出装置。

【請求項18】

前記２つの圧電素子の圧電層は、一体として設けられている請求項１７に記載の検出装置。

【請求項19】

対向する第１辺および第２辺と対向する第３辺および第４辺とを有する矩形の上面を有する基板と、
下部電極と上部電極で圧電層を挟み、前記基板の第１辺と平行に２つ並び、間に電気的分離される距離で離間された隣接領域が設けられ、前記第３辺側の第１共振領域および前記第４辺側の第２共振領域と、
前記第１共振領域の下部電極と接続し、前記第１辺に沿って延在され、前記第３辺の延伸方向から見て前記隣接領域に対応する前記第１辺の第１部分または前記第１部分より前記第３辺側に前記第４辺側の端が位置する第１パッドと、
前記第１共振領域の上部電極と接続し、前記第２辺に沿って延在され、前記第３辺の延伸方向から見て前記隣接領域に対応する前記第２辺の第２部分または前記第２部分より前記第３辺側に前記第４辺側の端が位置する第２パッドと、
前記第２共振領域の下部電極と接続し、前記第１辺に沿って延在され、前記第１部分または前記第１部分より前記第４辺側に前記第３辺側の端が位置する第３パッドと、
前記第２共振領域の上部電極と接続し、前記第２辺に沿って延在され、前記第２部分または前記第２部分より前記第４辺側に前記第３辺側の端が位置する第４パッドと、
を備える検出装置。

【請求項20】

前記第１パッドは、前記延伸方向から見て前記第１共振領域より前記第３辺側に延出し、
前記第２パッドは、前記延伸方向から見て前記第１共振領域より前記第３辺側に延出し、
前記第３パッドは、前記延伸方向から見て前記第２共振領域より前記第４辺側に延出し、
前記第４パッドは、前記延伸方向から見て前記第２共振領域より前記第４辺側に延出する請求項１９に記載の検出装置。

【請求項21】

前記圧電層は、前記第１共振領域、前記第２共振領域および前記第１共振領域と前記第２共振領域の間の領域を一体で設けられている請求項１９または２０に記載の検出装置。

【請求項22】

前記圧電層は、下部圧電層と、前記下部圧電層に積層された上部圧電層の２層からなり、
前記下部圧電層と前記上部圧電層の間には、前記第１共振領域と前記第２共振領域の間の領域も含めて一体として設けられた挿入膜が設けられる請求項２１に記載の検出装置。

【請求項23】

前記第１パッド、前記第２パッド、前記第３パッドおよび前記第４パッドは、前記第１共振領域、前記第２共振領域および前記隣接領域の近傍から前記第１辺、前記第２辺、前記第３辺および前記第４辺の近傍まで拡張されている請求項２２に記載の検出装置。

【請求項24】

対向する第１辺および第２辺と対向する第３辺および第４辺とを有する矩形の上面を有する基板と、
下部電極と上部電極で圧電層を挟んでなる共振領域を有し、少なくとも３つの共振領域の互いの間に電気的分離される距離で離間された隣接領域が設けられ、前記少なくとも３つの共振領域のすべてがまとまって前記基板の中央に設けられた集合共振領域と、
前記集合共振領域から放射状に配置され、前記第１辺、第２辺、第３辺および第４辺のいずれかの辺に沿って設けられ、それぞれが前記少なくとも３つの共振領域の下部電極または上部電極に接続された複数のパッドと、
を備える検出装置。

【請求項25】

前記圧電層は、前記少なくとも３つの共振領域および前記少なくとも３つの共振領域の間の領域に一体として設けられている請求項２４記載の検出装置。

【請求項26】

前記圧電層は、下部圧電層と、前記下部圧電層に積層された上部圧電層の２層からなり、前記下部圧電層と前記上部圧電層との間に、前記少なくとも３つの共振領域および前記少なくとも３つの共振領域の間の領域に一体として設けられた挿入膜が設けられている請求項２５に記載の検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出装置に関し、例えば共振器を有する検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

共振器の上部電極上に感応膜を設け、感応膜の質量変化による共振周波数の変化に基づき流体中の特定の物質を検出する検出装置が知られている。例えば基準となる共振器と特定の物質を検出する共振器とを一つの基板上に設けることが知られている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１１５９２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

基準となる共振器を用いて温度による影響を抑制するためには、基準となる共振器と特定の物質を検出する共振器との共振領域の温度差を小さくすることが好ましい。このように、複数の共振器の共振領域の温度を近づけるためには、複数の共振器を同一の基板上に設け、複数の共振器の共振領域を隣接して設けることが好ましい。しかし、共振領域の下部電極および上部電極を外部と接続するためのパッドと共振領域との配置によっては、複数の共振器の共振領域の間の距離が長くなってしまう。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、共振領域間の距離を短くすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上面において第１方向に延伸する辺を有する基板と、前記基板上に設けられた第１下部電極と、前記第１下部電極上に設けられた第１圧電層と、前記第１圧電層上に設けられた第１上部電極と、前記第１圧電層を挟み前記第１下部電極と前記第１上部電極とが対向する第１共振領域と、前記第１上部電極上に設けられた感応膜と、を備える第１共振器と、前記基板上に設けられ前記第１下部電極と隣接する第２下部電極と、前記第２下部電極上に設けられた第２圧電層と、前記第２圧電層上に設けられ前記第１上部電極と分離した第２上部電極と、前記第１圧電層を挟み前記第１下部電極と前記第１上部電極とが対向し前記第１共振領域の前記第１方向側に設けられた第２共振領域と、を備える第２共振器と、前記第１下部電極に電気的に接続され、前記第１方向に直交する第２方向から見て、前記第１共振領域と前記第２共振領域との間における前記第１下部電極と前記第２下部電極とが最も近い隣接領域において前記第２共振領域に最も近い第１箇所を含み前記第１箇所より前記第１共振領域側の第１領域のみに設けられた第１パッドと、前記第１上部電極に電気的に接続され、前記第１領域のみに設けられた第２パッドと、前記第２下部電極に電気的に接続され、前記第２方向から見て、前記隣接領域における前記第１共振領域に最も近い第２箇所を含み前記第２箇所より前記第２共振領域側の第２領域のみに設けられた第３パッドと、前記第２上部電極に電気的に接続し、前記第２領域のみに設けられた第４パッドと、を備える検出装置である。

【0007】

上記構成において、前記第１パッドと前記第２パッドとは、前記第２方向において前記第１共振領域を挟み、前記第３パッドと前記第４パッドとは、前記第２方向において前記第２共振領域を挟む構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記第１方向における前記第１パッドの最大幅、および前記第１方向における前記第２パッドの最大幅は、前記第１方向における前記第１共振領域の最大幅より大きく、前記第１方向における前記第３パッドの最大幅、および前記第１方向における前記第４パッドの最大幅は、前記第１方向における前記第２共振領域の最大幅より大きい構成とすることができる。

【0009】

上記構成において、前記第２方向から見て、前記第１パッドおよび前記第２パッドは、前記第２箇所を含み前記第２箇所より前記第２共振領域側の領域には設けられておらず、前記第２方向から見て、前記第３パッドおよび前記第４パッドは、前記第１箇所を含み前記第１箇所より前記第１共振領域側の領域には設けられていない構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記第１下部電極と前記第１パッドとを電気的に接続し、前記第１領域にのみ設けられた第１配線と、前記第１上部電極と前記第２パッドとを電気的に接続し、前記第１領域のみに設けられた第２配線と、前記第２下部電極と前記第３パッドとを電気的に接続し、前記第２領域のみに設けられた第３配線と、前記第２上部電極と前記第４パッドとを電気的に接続し、前記第２領域のみに設けられた第４配線と、を備える構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記隣接領域における前記第１下部電極と前記第２下部電極との最短距離は、前記基板の厚さより小さい構成とすることができる。

【0012】

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた第１下部電極と、前記第１下部電極上に設けられた第１圧電層と、前記第１圧電層上に設けられた第１上部電極と、前記第１圧電層を挟み前記第１下部電極と前記第１上部電極とが対向する第１共振領域と、前記第１上部電極上に設けられた感応膜と、を備える第１共振器と、前記基板上に設けられ前記第１下部電極と隣接する第２下部電極と、前記第２下部電極上に設けられた第２圧電層と、前記第２圧電層上に設けられ前記第１上部電極と分離した第２上部電極と、前記第２圧電層を挟み前記第２下部電極と前記第２上部電極とが対向する第２共振領域と、を備える第２共振器と、前記基板上に設けられ前記第１下部電極および前記第２下部電極と隣接する第３下部電極と、前記第３下部電極上に設けられた第３圧電層と、前記第３圧電層上に設けられ前記第１上部電極および前記第２上部電極と分離した第３上部電極と、前記第３圧電層を挟み前記第３下部電極と前記第３上部電極とが対向する第３共振領域と、を備える第３共振器と、前記第１下部電極と接続され、前記第１共振領域の第１中心と前記第２共振領域の第２中心と前記第３共振領域の第３中心とを頂点とする三角形の外側の第１領域にのみ設けられ、前記第１下部電極と電気的に接続された第１パッドと、前記第１領域にのみ設けられ、前記第１上部電極と電気的に接続された第２パッドと、前記第１領域にのみ設けられ、前記第２下部電極と電気的に接続された第３パッドと、前記第１領域にのみ設けられ、前記第２上部電極と電気的に接続された第４パッドと、前記第１領域にのみ設けられ、前記第３下部電極と電気的に接続された第５パッドと、前記第１領域にのみ設けられ、前記第３上部電極と電気的に接続された第６パッドと、を備える検出装置である。

【0013】

上記構成において、前記第１領域のみに設けられ、前記第１下部電極と前記第１パッドとを電気的に接続する第１配線と、前記第１領域のみに設けられ、前記第１上部電極と前記第２パッドとを電気的に接続する第２配線と、前記第１領域のみに設けられ、前記第２下部電極と前記第３パッドとを電気的に接続する第３配線と、前記第１領域のみに設けられ、前記第２上部電極と前記第４パッドとを電気的に接続する第４配線と、前記第１領域のみに設けられ、前記第３下部電極と前記第５パッドとを電気的に接続する第５配線と、前記第１領域のみに設けられ、前記第３上部電極と前記第６パッドとを電気的に接続する第６配線と、を備える構成とすることができる。

【0014】

上記構成において、前記第１中心を通り、前記第２中心と前記第３中心とを通る第１直線に平行な第２直線と、前記第２中心を通り、前記第３中心と前記第１中心とを通る第３直線に平行な第４直線と、前記第３中心を通り、前記第１中心と前記第２中心とを通る第５直線に平行な第６直線と、を３辺とする三角形の外側を第２領域としたとき、前記第１パッド、前記第２パッド、前記第３パッド、前記第４パッド、前記第５パッドおよび前記第６パッドは前記第２領域のみに設けられている構成とすることができる。

【0015】

上記構成において、前記第１下部電極と前記第２下部電極との最短距離は、前記基板の厚さより小さく、前記第２下部電極と前記第３下部電極との最短距離は、前記基板の厚さより小さく、前記第３下部電極と前記第１下部電極との最短距離は、前記基板の厚さより小さい構成とすることができる。

【0016】

上記構成において、前記第１共振領域と前記第２共振領域との間において、前記第１圧電層と前記第２圧電層と一体として設けられた第３圧電層を備える構成とすることができる。

【0017】

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた第１下部電極と、前記第１下部電極上に設けられた第１圧電層と、前記第１圧電層上に設けられた第１上部電極と、前記第１圧電層を挟み前記第１下部電極と前記第１上部電極とが対向する第１共振領域と、前記第１上部電極上に設けられた感応膜と、を備える第１共振器と、前記基板上に設けられ前記第１下部電極と隣接する第２下部電極と、前記第２下部電極上に設けられた第２圧電層と、前記第２圧電層上に設けられ前記第１上部電極と分離した第２上部電極と、前記第２圧電層を挟み前記第２下部電極と前記第２上部電極とが対向する第２共振領域と、を備える第２共振器と、前記第１共振領域と前記第２共振領域との間において、前記第１圧電層と前記第２圧電層と一体として設けられた第３圧電層と、を備える検出装置である。

【0018】

上記構成において、前記第１上部電極に電気的に接続された第１パッドと、前記第２上部電極に電気的に接続された第２パッドと、を備え、前記第３圧電層は、前記第１パッドと前記第２パッドとの間において、少なくとも一部が一体として設けられている構成とすることができる。

【0019】

上記構成において、前記第１下部電極に電気的に接続された第３パッドと、前記第２下部電極に電気的に接続された第４パッドと、を備え、前記第３圧電層は、前記第１共振領域、前記第２共振領域、前記第１パッド、前記第２パッド、前記第３パッドおよび前記第４パッドを囲むように、一体として設けられ、前記第３パッドおよび前記第４パッドを露出する開口を有する構成とすることができる。

【0020】

上記構成において、前記第３圧電層の熱伝導率は、前記基板の熱伝導率より大きい構成とすることができる。

【0021】

本発明は、下部電極と上部電極で圧電層を挟んだ圧電素子が矩形の基板に２つ並んで設けられ、一方の圧電素子の前記上部電極の上には、感応膜が設けられ、前記下部電極、前記圧電層および前記上部電極の重畳した領域が共振領域となり、前記共振領域の周囲は、前記下部電極のパッドおよび前記上部電極のパッドにつながる配線との境界である延出部と前記配線につながらない非延出部とを有し、前記２つの共振領域は、前記非延出部の部分でお互い近接して配置される検出装置である。

【0022】

上記構成において、前記共振領域の平面形状はほぼ楕円形状であり、前記楕円形状の長軸が、前記基板の矩形の一辺と平行に直線状に並ぶように設けられ、前記一方の圧電素子のパッドは、前記共振領域の中心を通過し前記長軸と直交する中心線に対し、他方の圧電素子側は短く、前記他方の圧電素子の反対側には長く設けられた非対称の形状を有する構成とすることができる。

【0023】

上記構成において、前記２つの圧電素子の圧電層は、一体として設けられている構成とすることができる。

【0024】

本発明は、対向する第１辺および第２辺と対向する第３辺および第４辺とを有する矩形の上面を有する基板と、下部電極と上部電極で圧電層を挟み、前記基板の第１辺と平行に２つ並び、間に電気的分離される距離で離間された隣接領域が設けられ、前記第３辺側の第１共振領域および前記第４辺側の第２共振領域と、前記第１共振領域の下部電極と接続し、前記第１辺に沿って延在され、前記第３辺の延伸方向から見て前記隣接領域に対応する前記第１辺の第１部分または前記第１部分より前記第３辺側に前記第４辺側の端が位置する第１パッドと、前記第１共振領域の上部電極と接続し、前記第２辺に沿って延在され、前記第３辺の延伸方向から見て前記隣接領域に対応する前記第２辺の第２部分または前記第２部分より前記第３辺側に前記第４辺側の端が位置する第２パッドと、前記第２共振領域の下部電極と接続し、前記第１辺に沿って延在され、前記第１部分または前記第１部分より前記第４辺側に前記第３辺側の端が位置する第３パッドと、前記第２共振領域の上部電極と接続し、前記第２辺に沿って延在され、前記第２部分または前記第２部分より前記第４辺側に前記第３辺側の端が位置する第４パッドと、を備える検出装置である。

【0025】

上記構成において、前記第１パッドは、前記延伸方向から見て前記第１共振領域より前記第３辺側に延出し、前記第２パッドは、前記延伸方向から見て前記第１共振領域より前記第３辺側に延出し、前記第３パッドは、前記延伸方向から見て前記第２共振領域より前記第４辺側に延出し、前記第４パッドは、前記延伸方向から見て前記第２共振領域より前記第４辺側に延出する構成とすることができる。

【0026】

上記構成において、前記圧電層は、前記第１共振領域、前記第２共振領域および前記第１共振領域と前記第２共振領域の間の領域を一体で設けられている構成とすることができる。

【0027】

上記構成において、前記圧電層は、下部圧電層と、前記下部圧電層に積層された上部圧電層の２層からなり、前記下部圧電層と前記上部圧電層の間には、前記第１共振領域と前記第２共振領域の間の領域も含めて一体として設けられた挿入膜が設けられる構成とすることができる。

【0028】

上記構成において、前記第１パッド、前記第２パッド、前記第３パッドおよび前記第４パッドは、前記第１共振領域、前記第２共振領域および前記隣接領域の近傍から前記第１辺、前記第２辺、前記第３辺および前記第４辺の近傍まで拡張されている構成とすることができる。

【0029】

本発明は、対向する第１辺および第２辺と対向する第３辺および第４辺とを有する矩形の上面を有する基板と、下部電極と上部電極で圧電層を挟んでなる共振領域を有し、少なくとも３つの共振領域の互いの間に電気的分離される距離で離間された隣接領域が設けられ、前記少なくとも３つの共振領域のすべてがまとまって前記基板の中央に設けられた集合共振領域と、前記集合共振領域から放射状に配置され、前記第１辺、第２辺、第３辺および第４辺のいずれかの辺に沿って設けられ、それぞれが前記少なくとも３つの共振領域の下部電極または上部電極に接続された複数のパッドと、を備える検出装置である。

【0030】

上記構成において、前記圧電層は、前記少なくとも３つの共振領域および前記少なくとも３つの共振領域の間の領域に一体として設けられている構成とすることができる。

【0031】

上記構成において、前記圧電層は、下部圧電層と、前記下部圧電層に積層された上部圧電層の２層からなり、前記下部圧電層と前記上部圧電層との間に、前記少なくとも３つの共振領域および前記少なくとも３つの共振領域の間の領域に一体として設けられた挿入膜が設けられている構成とすることができる。

【発明の効果】

【0032】

本発明によれば、共振領域間の距離を短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】図１は、実施例１に係る検出装置のブロック図である。

【図2】図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ比較例１および実施例１のセンサの平面図である。

【図3】図３は、実施例１に係るセンサの平面図である。

【図4】図４は、図３のＡ－Ａ断面図である。

【図5】図５は、図３のＢ－Ｂ断面図である。

【図6】図６（ａ）から図６（ｃ）は、実施例１におけるセンサの製造方法を示す断面図である。

【図7】図７（ａ）および図７（ｃ）は、実施例１におけるセンサの製造方法を示す断面図である。

【図8】図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例１におけるセンサの製造方法を示す断面図である。

【図9】図９は、実験１におけるサンプルＡの平面図である。

【図10】図１０は、実験１におけるサンプルＢの平面図である。

【図11】図１１は、恒温槽内の温度プロファイルを示す図である。

【図12】図１２は、各期間Ｔ１～Ｔ４における共振周波数の差Δｆｒを示す図である。

【図13】図１３は、実施例１の変形例１におけるセンサの平面図である。

【図14】図１４は、実施例１の変形例２におけるセンサの平面図である。

【図15】図１５は、実施例１の変形例３におけるセンサの平面図である。

【図16】図１６は、実施例１の変形例４におけるセンサの平面図である。

【図17】図１７は、実施例２におけるセンサの平面図である。

【図18】図１８は、実施例２の変形例１におけるセンサの平面図である。

【図19】図１９は、実施例３におけるセンサの平面図である。

【図20】図２０は、図１９のＡ－Ａ断面図である。

【図21】図２１は、実施例３の変形例１におけるセンサの断面図である。

【図22】図２２は、実施例３の変形例２におけるセンサの平面図である。

【図23】図２３は、図２２のＡ－Ａ断面図である。

【図24】図２４（ａ）および図２４（ｂ）は、それぞれ実施例４およびその変形例１におけるセンサの断面図である。

【図25】図２５は、実施例４の変形例２におけるセンサの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

まず、実施形態の概要について触れる。図１～図２５で示す符号１１ａおよび１１ｂは、圧電薄膜共振器（以下共振器と呼ぶ）であり、下部電極１２ａおよび１２ｂと上部電極１６ａおよび１６ｂの２つの電極で、圧電層１４ａおよび１４ｂを厚み方向で挟持し、この下部電極１２ａおよび１２ｂ側を基板１０に実装したものである。この２つの電極に交流電圧を印加することで圧電層１４ａおよび１４ｂが共振し、共振器として移動通信の端末などのフィルタとして採用されている。圧電薄膜共振器として、例えば、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）がある。

【0035】

一方、この共振器は、センサとして活用される。電極に「におい」センシング用の感応膜を被覆すると、空気中のにおい成分が吸着し、共振周波数が変化する性質を利用している。また感応膜として、感湿膜を付けると、水蒸気の吸着により、周波数が変化する。この周波数の変化を利用することで、においの成分の判定、相対湿度などを判定することが可能となる。

【0036】

しかしながら、共振器は、温度特性を有し、温度によって共振周波数が変化する。このため、図１～図３に示すように、感応膜を設けない温度補償用の共振器１１ｂ（以下、基準共振器と呼ぶ）と一緒に、センシング用の感応膜１８が設けられた共振器１１ａを配置している。

【0037】

しかし、２つの共振器１１ａと１１ｂは、位置的に離間しており、位置によって温度差があったり検出する気体の濃度の分布が有ったりする。

【0038】

これらの点を考慮し、両者をできる限り同じ環境（例えば検出する気体の濃度、温度または湿度）にするには、２つの共振器１１ａおよび１１ｂをできる限り近接した方がよい。特に、共振器のうち、共振周波数の変化に大きく寄与するのは、上部電極と、圧電膜と、下部電極とが重なる領域である共振領域５０ａおよび５０ｂである。つまり、２つの共振領域５０ａおよび５０ｂは、できる限り近接した方がよい。

【0039】

本実施例では、この近接の概念に着目し、導電パターンの配置、さらには共振器構造を工夫して、２つの共振器１１ａおよび１１ｂの近接配置を実現したものである。共振器としては、例として２つのＦＢＡＲを用いて説明する。

【0040】

図２（ｂ）の実施例１のように、基板１０の上面は、略矩形であり、辺６１～６４を有している。下部電極１２ａと上部電極１６ａとで圧電層１４ａを挟んだ共振器１１ａと、下部電極１２ｂと上部電極１６ｂとで圧電層１４ｂを挟んだ共振器１１ｂと、が辺６１および６２の延伸方向に基板１０に並んで設けられている。そして辺６３側の共振器１１ａの上部電極１６ａの上には、感応膜１８が設けられている。この共振器１１ａがセンシング用の共振器であり、辺６４側の共振器１１ｂが基準共振器である。

【0041】

図２（ａ）の比較例１を見ると、例えば辺６３側のパッド２５ｂの辺６４側の短辺が辺６４側に出っ張り、辺６４側のパッド２５ｄの辺６３側の短辺が辺６３側に出っ張っているので、２つの共振領域５０ａおよび５０ｂを、近接配置しようとすると、この出っ張りが邪魔をする。

【0042】

また、フォトリソグラフィにおける位置合わせマージン、および熱伝導を考慮し、共振器の構造を以下に検討する。これら複数の対策は、少なくとも一つ施せば効果があるものである。

【0043】

ここで、共振領域５０ａおよび５０ｂの近接配置を説明するため、近接配置の部分の定義をしたい。

【0044】

図１に示すように、２つの共振領域５０ａおよび５０ｂの周囲には、下部電極１２ａおよび１２ｂをパッド２５ａおよび２５ｃへそれぞれ接続する配線２６ａおよび２６ｃと、上部電極１６ａおよび１６ｂをパッド２５ｂおよび２５ｄにそれぞれ接続する配線２６ｂおよび２６ｄと、が設けられている。

【0045】

共振領域５０ａおよび５０ｂの周囲は、パッド２５ａ～２５ｄにつながる配線２６ａ～２６ｄとの境界である延出部と配線２６ａ～２６ｄにつながらない非延出部とを有している。共振領域５０ａおよび５０ｂは、非延出部の部分でお互い隣接して配置される。

【0046】

共振領域５０ａおよび５０ｂとの間の領域において、上部電極１６ａおよび１６ｂより下部電極１２ａおよび１２ｂの幅が広い。このため、共振器１１ａの共振器１１ｂ側の端は下部電極１２ａとなり、共振器１１ｂの共振器１１ａ側の端は下部電極１２ｂとなる。共振器１１ａと１１ｂとの間において、下部電極１２ａと１２ｂとの間の領域を隣接領域とする。

【0047】

この定義を採用して以下に説明していく。
共振器１１ａの辺６４側にはパッド２５ａおよび２５ｂは延出せず、共振器１１ｂの辺６３側にはパッド２５ｃおよび２５ｄは延出しないように、パッド２５ａ～２５ｄを配置することが重要である。そして、隣接領域３０の幅は、下部電極１２ａと１２ｂとの耐電圧、上部電極１６ａと１６ｂとの耐電圧を考慮して決定される。下部電極１２ａと１２ｂとができるだけ近接すればよいのだが、距離Ｌ０は、共振器１１ａと１１ｂとの相互干渉および耐電圧特性が考慮された距離となる。

【0048】

さらに、パッド２５ａおよび２５ｂの辺６４側への延出およびパッド２５ｃおよび２５ｄの辺６３側への延出が隣接領域３０における共振器１１ａと１１ｂとの近接配置を困難にするため、以下の対策も行われる。

【0049】

左側の共振器１１ａのパッド２５ａおよび２５ｂは、直線３１ａに対して非対称である。パッド２５ａおよび２５ｂの辺６４側の辺は、共振器１１ｂの辺６３側の端部（下部電極１２ｂのうち最も辺６３側の端部）または隣接領域３０よりも辺６３側において終端している。すなわち、パッド２５ａおよび２５ｂの辺６４側の端は、隣接領域３０または隣接領域３０より辺６３側に位置する。

【0050】

右側の共振器１１ｂも同様であり、パッド２５ｃおよび２５ｄの辺６３側の辺は、共振器１１ａの辺６４側の端部（下部電極１２ａのうち最も辺６４側の端部）または隣接領域３０よりも辺６４側において終端している。すなわち、パッド２５ｃおよび２５ｄの辺６３側の端は、隣接領域３０または隣接領域３０より辺６４側に位置する。

【0051】

言い換えれば、パッド２５ａは、共振領域５０ａの下部電極１２ａに接続され、第１辺６１に沿って延在されている。パッド２５ａの辺６４側の端は、Ｙ方向（辺６３の延伸方向）から見て隣接領域３０に対応する第１辺６１の第１部分または第１部分より第３辺６３側に位置する。パッド２５ｂは、共振領域５０ａの上部電極１６ａと接続され、第２辺６２に沿って延在されている。パッド２５ｂの第４辺６４側の端は、Ｙ方向から見て隣接領域３０に対応する第２辺６２の第２部分または第２部分より第３辺６３側に位置する。パッド２５ｃは、共振領域５０ｂの下部電極１２ｂと接続され、第１辺６１に沿って延在されている。パッド２５ｃの第３辺６３側の端は、第１部分または第１部分より第４辺６４側に位置する。パッド２５ｄは、共振領域５０ｂの上部電極１６ｂと接続し、第２辺６２に沿って延在されている。パッド２５ｄの第３辺６３側の端は、第２部分または第２部分より第４辺６４側に位置する。

【0052】

さらに、パッド２５ａおよび２５ｂは、Ｙ方向から見て共振領域５０ａより第３辺６３側に延出し、パッド２５ｃおよび２５ｄは、Ｙ方向から見て共振領域５０ｂより第４辺６４側に延出する。

【0053】

すなわち、共振領域５０ａおよび５０ｂの平面形状はほぼ楕円形状であり、楕円形状の長軸が、基板１０の矩形の一辺６１と平行に直線状に並ぶように設けられている。一方の共振器１１ａ（圧電素子）のパッド２５ａおよび２５ｂは、共振領域５０ａの中心を通過し長軸と直交する直線３１ａに対し、他方の共振器１１ｂ（圧電素子）側は短く、共振器１１ｂの反対側には長く設けられた非対称の形状を有する。

【0054】

以上により、共振領域５０ａと５０ｂとを近づけても、パッド２５ａおよび２５ｂと２５ｃおよび２５ｄとが邪魔をしないため、共振領域５０ａと５０ｂとの近接配置が可能となる。

【0055】

図２（ａ）は、比較例１の構造であり、４つのパッド２５ａ～２５ｄが直線３１ａおよび３１ｂに対し対称であり、パッド２５ａ～２５ｄの端部が、共振領域５０ａと５０ｂとの間に領域に大きく飛び出している。これにより、共振領域５０ａと５０ｂとの近接配置が難しいことがわかる。

【0056】

さらに、後述する図２０を使って近接配置、良好な熱伝導構造について触れる。
第１に、基板１０を共通にすることである。１つの基板１０であることは、２つの共振器１１ａおよび１１ｂの熱が、基板１０を通じて伝わりやすくなるため、熱の移動を促進できる。（以下、基板共通とよぶ）
第２に、２つの共振器１１ａおよび１１ｂの圧電層１５を一体とすることである（以下、圧電層共通と呼ぶ）。
第３に、挿入膜２０を採用する場合は、その挿入膜２０も一体とすることである。（以下、挿入膜共通と呼ぶ）

【0057】

図４では、圧電層１４ａおよび１４ｂが、２つの共振領域５０ａと５０ｂの間でエッチングされて分離されている。さらに、挿入膜２０ａおよび２０ｂも分離されている。このように、圧電層１４ａと１４ｂおよび挿入膜２０ａと２０ｂとが分離されていると、共振領域５０ａと５０ｂとが熱的に分離されてしまう。さらには、フォトリソグラフィ工程においてフォトレジストのパターン形成を行うこととなる。このフォトリソグラフィ工程は、位置合わせマージンが設けられる。また、エッチング精度に起因するマージンが設けられる。よって、圧電層１４ａと１４ｂの離間距離を大きくしてしまう。

【0058】

よって、２つの共振領域５０ａと５０ｂの間において、圧電層１４ａおよび１４ｂが一体であり、挿入膜２０ａおよび２０ｂは一体であることは、近接配置を可能とする構造の１つである。圧電層１４ａと１４ｂを一体化することと、挿入膜２０ａと２０ｂを一体化することのそれぞれによって、圧電層１４ｃまたは挿入膜が、伝熱の経路となる。このため、２つの共振領域５０ａおよび５０ｂの温度を均一化するために、好ましい構造であることがわかる。

【0059】

さらに、第１～第３の対策は、少なくとも一つ取り入れればその効果は発生する。以下、これらの技術思想をベースに色々な構造について説明していく。

【実施例0060】

図１は、実施例１に係る検出装置のブロック図である。
図１に示すように、検出装置１００では、回路基板４８上にセンサ４０の基板１０が搭載されている。このセンサ基板である基板１０には共振器１１ａ、１１ｂ、パッド２５ａ～２５ｄおよび配線２６ａ～２６ｄが設けられている。共振器１１ａ（第１共振器）は、感応膜１８を有し、例えば気体中の特定の物質を検出する共振器である。

【0061】

また、回路基板４８には、パッド６６ａ～６６ｄが基板１０上のパッド２５ａ～２５ｄに対応して設けられ、ボンディングワイヤ６８ａ～６８ｄ（金属細線）により接続され、符号４２で示す検出器を構成している。

【0062】

共振器１１ｂ（第２共振器）は、感応膜１８を有さず、環境の温度の変化を検出する基準共振器である。共振器１１ａの共振領域５０ａの下部電極１２ａおよび上部電極１６ａ（図３参照）は、それぞれ配線２６ａ（第１配線）および２６ｂ（第２配線）を介しパッド２５ａ（第１パッド）および２５ｂ（第２パッド）に電気的に接続されている。共振器１１ｂの共振領域５０ｂの下部電極１２ｂおよび上部電極１６ｂ（図３参照）は、それぞれ配線２６ｃ（第３配線）および２６ｄ（第４配線）を介しパッド２５ｃ（第３パッド）および２５ｄ（第４パッド）に電気的に接続されている。下部電極１２ａ、１２ｂは、それぞれ共振領域５０ａ、５０ｂより大きく設けられている。センサ４０の詳細については、後述する。

【0063】

回路基板４８上には、パッド６６ａ～６６ｄが設けられている。基板１０のパッド２５ａとこのパッド６６ａとは、複数本のボンディングワイヤ６８ａにより電気的に接続されている。同様に、基板１０のパッド２５ｂ～２５ｄと、それぞれに対応するパッド６６ｂ～６６ｄとは、対応するボンディングワイヤ６８ｂ～６８ｄにより電気的に接続されている。複数のボンディングワイヤ６８ａを設けることで、パッド２５ａとパッド６６ａとの接触抵抗、インピーダンスおよびインダクタンス成分を低減させることができる。これにより、共振器１１ａの共振特性を改善させることができる。同様に、パッド２５ｂ～２５ｄと、対応するパッド６６ｂ～６６ｄとは、ボンディングワイヤ６８ｂ～６８ｄがそれぞれ複数本設けられている。

【0064】

さらに、複数のボンディングワイヤは、ボンディングツールを用いパッド２５ａ～２５ｄに接合される。パッド２５ａ～２５ｄの長辺の幅は、このツールのヘッドの大きさ、ボンディングワイヤがパッドに接合されたときの接合部のボールサイズまたはスチィッチサイズが考慮され決定される。このため、一般に、パッド２５ａ～２５ｄの長辺の幅は、長辺方向の共振領域５０ａおよび５０ｂの幅より大きくなる。

【0065】

検出装置１００は、検出回路が設けられた検出器４２を備える。検出器４２は、発振回路４４ａ、４４ｂ、測定器４５ａ、４５ｂおよび処理部４６を備えている。発振回路４４ａおよび４４ｂは、それぞれ共振器１１ａおよび１１ｂの共振周波数に対応する発振周波数を有する発振信号を出力する。なお、発振回路４４ａおよび４４ｂは、共振器１１ａおよび１１ｂをそれぞれ含み、発振回路を構成しているということもできる。発振周波数は共振周波数と同じでなくともよく、共振周波数の変化に基づき発振周波数が変化すればよい。測定器４５ａおよび４５ｂは、それぞれ発振回路４４ａおよび４４ｂが出力する発振信号の周波数を測定する。処理部４６は、測定器４５ａおよび４５ｂが測定した発振信号の周波数に基づき、気体中の特定の物質の濃度またはにおいの指標などの気体に関する情報を算出または判定する。例えば、処理部４６は、発振回路４４ａと４４ｂの発振周波数の差に基づき、気体に関する情報を算出または判定する。

【0066】

共振器１１ａおよび１１ｂの共振周波数は、共振器１１ａおよび１１ｂが設けられた環境の温度（例えば気体の温度）の変化により変化する。このため、共振器１１ａだけで、特定の物質を検出したとき、温度変化がノイズとなり、気体内に含まれる特定の物質の濃度を正確に反映できない。その結果、測定精度が低下する。一方、共振器１１ｂは、感応膜１８を有さない基準共振器である。このため、基準共振器１１ｂの共振周波数の変化は、温度の変化に起因するものである。処理部４６は、発振回路４４ａの発振周波数と発振回路４４ｂの発振周波数の差を用いて、温度の変化分を補正した上で、気体に関する情報を判定している。これにより、温度変化に起因する測定精度の低下を抑制できる。

【0067】

しかし、２つの共振器１１ａおよび１１ｂは別々に設けられて離間しているので、温度が変化したときに、共振領域５０ａと５０ｂの温度とに差が生じてしまう。
そこで、本実施形態では、以下の対策を施している。
１つ目は、基板共通の対策である。共振器１１ａと１１ｂを同じ基板１０（例えばシリコン基板）上に設けることで、両方の共振領域５０ａおよび５０ｂは、基板１０を介して熱が伝導し、温度差が小さくなる。さらに、共振領域５０ａと５０ｂとをできる限り近接させることにより、共振領域５０ａと５０ｂとの熱伝導路の距離を短くでき、温度差を小さくできる。
なお、隣接とは、２つの共振器１１ａおよび１１ｂのそれぞれの下部電極１２ａおよび１２ｂが離間し隣り合うことを意味し、下部電極１２ａと１２ｂとが隣り合っているとき、挟まれる領域に、他の素子、パッド２５ａ～２５ｄおよび配線２６ａ～２６ｄが設けられていないことである。

【0068】

一方で、前述したように、ボンディングツールのヘッド大きさまたはインピーダンス特性の問題で、１つのパッドにボンディングワイヤを多数本ボンディングすることになる。このため、外部接続のためのパッド２５ａ～２５ｄは、そのサイズが大きくなってしまう。例えば、図１のように、パッド２５ａに、３本のボンディングワイヤ６８ａを接続する場合、ボンディングワイヤ６８ａがパッド２５ａに接合される位置は、基板１０の長辺６１の延伸方向に配列する。さらに、ボンボンディングワイヤ６８ａがパッド２５ａに接合された接合部のサイズなどを考慮して、ボンディングワイヤを等間隔にパッド２５ａに接合させると、パッド２５ａの長辺６１の延伸方向の幅が長くなる。パッド２５ｂ～２５ｄにおいても同様である。このパッド形状の問題点を解決するのが、パッド２５ａ～２５ｄの出っ張り防止の対策である。

【0069】

図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ比較例１および実施例１のセンサ４０の平面図である。共振領域５０ａおよび５０ｂ、共振領域５０ａおよび５０ｂの周りの下部電極１２ａおよび１２ｂ、並びにパッド２５ａ～２５ｄを図示している。一方、配線２６ａ～２６ｄを省略している。また、基板１０の上面の法線方向をＺ方向、基板１０の上面の辺の延伸方向をＸ方向およびＹ方向とする。

【0070】

比較例１および実施例１ともに、基板１０の平面形状は略長方形であり、基板１０の上面の長辺は辺６１および６２であり、短辺は辺６３および６４である。辺６１および６２は、左右方向（Ｘ方向：第１方向）に延伸し、辺６３および６４は、上下方向（Ｙ方向：第２方向）に延伸する。基準共振器１１ｂの共振領域５０ｂは、共振器１１ａの共振領域５０ａと隣り合い、右側（Ｘ方向）、つまり長辺方向に設けられている。なお、基板１０の平面形状は、少なくとも１つの辺６１を有すれば、矩形でなくてもよい。

【0071】

（比較例１の課題）
図２（ａ）の比較例１では、パッド２５ａおよび２５ｂは、共振領域５０ａの中心３５ａを通り、短辺６３の延伸方向に延伸する直線３１ａに対し線対称である。パッド２５ｃおよび２５ｄは、共振領域５０ｂの中心３５ｂを通り、短辺６３の延伸方向に延伸する直線３１ｂに対し線対称である。この場合、短絡を考慮して、パッド２５ａと２５ｃ、パッド２５ｂと２５ｄとを接触させないように配置すると、下部電極１２ａと１２ｂとの距離Ｌ０が長くなってしまう。距離Ｌ０が長くなれば、共振領域５０ａと５０ｂとの温度差は大きくなり、温度を基因とした測定精度が悪化してしまう。

【0072】

（実施例１の対策案）
まず第１に、図４に示すように、２つの共振器１１ａおよび１１ｂは、１つの基板１０に搭載することが好ましい。これは、「基板共通」の効果を狙うもので、基板１０を介して、お互いに熱的に結合され、お互いの温度差の発生を抑止するメリットがある。
第２は、パッドのパターン形状で、「パッドの出っ張り抑止」の対策である。

【0073】

図２（ｂ）のように、実施例１では、パッド２５ａおよび２５ｂは、直線３１ａに対し非対称であり、パッド２５ｃおよび２５ｄは、直線３１ｂに対し非対称である。理解しやすいように、第１共振領域５０ａと第２共振領域５０ｂとの間において、第１下部電極１２ａと第２下部電極１２ｂとが最も近い領域を隣接領域３０と呼ぶことにする。上下方向（Ｙ方向）から見て、隣接領域３０における右側の共振領域５０ｂに最も近い箇所３２ａ（第１箇所）より共振領域５０ａ側の領域を領域５２ａ（第１領域）とする。また、上下方向（Ｙ方向）から見て、隣接領域３０における共振領域５０ａに最も近い箇所３２ｂ（第２箇所）より共振領域５０ｂ側の領域を領域５２ｂ（第２領域）とする。このとき、パッド２５ａおよび２５ｂは、領域５２ａのみに設けられ、領域５２ａ以外には設けられていない。パッド２５ｃおよび２５ｄは、領域５２ｂのみに設けられ、領域５２ｂ以外には設けられていない。

【0074】

左右のパッド２５ａと２５ｃとの間、パッド２５ｂと２５ｄとの間、のショートが発生するほどパッドが近接しないように、２つの左右のパッド２５ａと２５ｃ、およびパッド２５ｂと２５ｄは、耐電圧を考慮した間隔が保持される。仮に、パッド２５ａが領域５２ａの右端まで伸びた場合、パッド２５ｃは、領域５２ｂの左端まで行くと衝突するため、領域５２ａの手前で止める。よって、「パッド出っ張り抑止」の対策で共振領域５０ａと５０ｂを近接配置でき、温度差を小さくでき、気体に関する情報の測定精度を向上できる。

【0075】

別の見方で説明をする。
右の共振器１１ｂのパッド２５ｃおよび２５ｄは、直線３１ｂに対して非対称で、パッド２５ｃおよび２５ｄの左側の短辺は、隣接領域３０よりも左側に手前である。このため、パッド２５ｃおよび２５ｄの右側の短辺は、比較例１よりも右側へ延在している。同様に、左の共振器１１ａのパッド２５ａおよび２５ｂは、直線３１ａに対して非対称で、パッド２５ａおよび２５ｂの右側の短辺は、隣接領域３０よりも右側に手前である。このため、パッド２５ａおよび２５ｂの左側の短辺は、比較例１よりもより左へ延在している。よって、２つの共振領域５０ａと５０ｂとを近接させても、パッド２５ａと２５ｃ、およびパッド２５ｂと２５ｄ、はショートしない。つまりパッド２５ａ～２５ｄのパターン配置（パッドの出っ張り防止）によって、共振領域５０ａと５０ｂを近接配置できる。隣接領域３０における距離Ｌ０は、２つの共振器１１ａおよび１１ｂの下部電極１２ａおよび１２ｂがお互いに干渉しない範囲、または短絡放電しない範囲である。

【0076】

（センサ４０の説明）
次に、実施例１のセンサ４０（共振器）について説明する。図３は、実施例１に係るセンサ４０の平面図である。図４は、図３のＡ－Ａ断面図である。図５は、図３のＢ－Ｂ断面図である。図３では、共振領域５０ａおよび５０ｂをクロスハッチングで示している。図３では、孔２３ａおよび２３ｂの図示を省略している。基板１０の上面の法線方向をＺ方向、基板１０の上面の辺の延伸方向をＸ方向およびＹ方向とする。

【0077】

図３から図５のように、一つの基板１０上に、共振器１１ａおよび１１ｂが設けられている（基板共通）。共振器１１ａでは、基板１０上に下部電極１２ａ（第１下部電極）が設けられ、下部電極１２ａ上に圧電層１４ａ（第１圧電層）が設けられ、圧電層１４ａ上に上部電極１６ａ（第１上部電極）が設けられている。また、基板１０の上面と下部電極１２ａとの間に、ドーム状の膨らみを有する空隙２２ａ（第１空隙）が形成されている。共振領域５０ａ（第１共振領域）は圧電層１４ａの少なくとも一部を挟み、下部電極１２ａと上部電極１６ａとが対向（または重畳）する領域により画定される。

【0078】

実施例１のセンサ４０では、共振領域５０ａは、楕円形状を有する。共振領域５０ａの平面形状は、楕円形状以外でもよく、例えば四角形状または五角形状等の多角形状でもよい。共振領域５０ａの周囲に位置する下部電極１２ａは、共振領域５０ａより大きい。これは、上部電極１６ａの位置合わせずれが生じても共振領域５０ａの面積が変わらないようにするためである。

【0079】

平面視において、空隙２２ａは共振領域５０ａと同じ大きさまたは共振領域５０ａよりも大きく設けられている。これにより、弾性波は空隙２２ａにより反射される。下部電極１２ａは空隙２２ａより大きく設けられ、下部電極１２ａの周縁部は空隙２２ａの外側の基板１０上に設けられている。Ｘ方向における共振領域５０ａの両側に位置する下部電極１２ａに孔２３ａが設けられている。孔２３ａは空隙２２ａにつながっている。後述するように、孔２３ａは空隙２２ａを形成するときに、犠牲層をエッチングするエッチング液が通る孔である。

【0080】

上部電極１６ａが設けられた領域以外の圧電層１４ａは除去されている。これにより、弾性波が共振領域５０ａから外側に漏洩することを抑制できる。上部電極１６ａ上に感応膜１８が設けられている。上部電極１６ａの上面には、挿入膜２０ａの凹部に対応して凹部１９が設けられており、感応膜１８はこの凹部１９内に設けられている。この凹部１９は、お皿のごとき容器となり、感応膜１８を一定にすることができる。

【0081】

例えば、気体または液体中の特定の原子または分子等の物質が感応膜１８に吸着すると感応膜１８の質量が増加する。感応膜１８の質量が変化すると、共振器１１ａの共振周波数が変化する。このように、共振器１１ａを検出素子として用いることができる。

【0082】

圧電層１４ａおよび１４ｂは、２つの圧電層が積層され、基板１０上に設けられた下部圧電層１５ａと、下部圧電層１５ａ上に設けられた上部圧電層１５ｂと、を備える。共振領域５０ａの全面に渡り、下部圧電層１５ａと上部圧電層１５ｂとの間に挿入膜２０ａが設けられている。共振領域５０ａの周縁部の挿入膜２０ａは中央部の挿入膜２０ａより厚い。共振領域５０ａの中央部の挿入膜２０ａは温度係数を小さくする温度補償膜として機能し、周縁部の挿入膜２０ａはＱ値を向上させるための膜として機能する。Ｑ値を向上させない場合、周縁部の挿入膜２０ａの厚さは、中央部の挿入膜２０ａの厚さと同じでもよい。共振器１１ａでは、温度補償膜として機能する挿入膜２０ａを設けることで、共振周波数の温度係数が小さくなる。なお、挿入膜２０ａは、下部電極１２ａと上部電極１６ａとの間に設けられていればよい。

【0083】

図３のように、下部電極１２ａは、共振領域５０ａから下の辺６１の方に（－Ｙ方向）に配線２６ａを介して引き出され、その後辺６１に沿って左方向（－Ｘ方向）にパッド２５ａとして延伸している。上部電極１６ａは、共振領域５０ａから上の辺６２の方に（＋Ｙ方向）に配線２６ｂを介して引き出され、その後辺６２に沿って左方向（－Ｘ方向）にパッド２５ｂとして延伸している（パッドの飛び出し防止）。さらに、パッド２５ａおよび２５ｂに相当する部分にはボンディング性を考慮して金などの金属層２４が設けられている。

【0084】

図３および図４のように、共振器１１ｂは、感応膜１８が設けられておらず、基準共振器として動作するため、センサ用の共振器１１ａと同一形状である。共振器１１ｂでは、下部電極１２ｂ（第２下部電極）、圧電層１４ｂ（第２圧電層）および上部電極１６ｂ（第２上部電極）が設けられている。基板１０と下部電極１２ｂとの間に空隙２２ｂ（第２空隙）が設けられている。下部電極１２ｂは下部電極１２ａから分離されており、上部電極１６ｂは上部電極１６ａから分離されている。共振領域５０ｂ（第２共振領域）は、圧電層１４ｂの少なくとも一部を挟み下部電極１２ｂと上部電極１６ｂとが対向する領域により画定される。

【0085】

図３のように、センサ用の共振器１１ａと基準共振器１１ｂは、左右対称に形成されている。下部電極１２ｂは、共振領域５０ｂから配線２６ｃを介して下の辺６１に向かって（－Ｙ方向）に引き出され、その後下の辺６１に沿って、パッド２５ｃとして右方向（＋Ｘ方向）に延伸している。上部電極１６ｂは、共振領域５０ｂから配線２６ｄを介して上の辺６２の方に（＋Ｙ方向）に引き出され、その後上の辺６２に沿ってパッド２５ｄとして右方向（＋Ｘ方向）に延伸している（パッドの飛び出し防止）。またパッド２５ｃおよび２５ｄには金層等の金属層２４が設けられている。

【0086】

基板１０は、例えばシリコン基板、サファイア基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板である。下部電極１２ａ、１２ｂ、上部電極１６ａおよび１６ｂは、例えばルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）またはイリジウム（Ｉｒ）等の単層膜またはこれらの膜から複数を選択した積層膜である。

【0087】

圧電層１４ａおよび１４ｂは、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜、酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜、窒化ガリウム（ＧａＮ）膜、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）膜、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）膜またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）膜である。

【0088】

挿入膜２０ａの共振領域５０ａにおける中央部は、圧電層１４ａおよび１４ｂの弾性定数の温度係数とは逆符号の弾性定数の温度係数を有する。これにより、共振周波数等の温度係数を０に近づけることができる。挿入膜２０ａおよび２０ｂの共振領域５０ａおよび５０ｂの周縁部は、圧電層１４ａおよび１４ｂよりヤング率の小さい材料の膜であり、ここでは、例えば酸化シリコン膜である。

【0089】

金属層２４は、ボンディングワイヤのボンディング性が考慮されて、例えば金膜、銅膜またはアルミニウム膜であり、金属層２４の下層には、チタン膜等の密着膜を有してもよい。

【0090】

感応膜１８は、例えば有機高分子膜、有機低分子膜、または無機膜である。有機高分子材料としては、例えばポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、６－ナイロン、セルロースアセテート、ポリ-９，９-ジオクチレフルオレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルカルバゾール、ポリエチレンオキシド、ポリ塩化ビニル、ポリ-ｐ-フェニレンエーテルスルホン、ポリ-１-ブテン、ポリブタジエン、ポリフェニルメチルシラン、ポリカプロラクトン、ポリビスフェノキシホスファゼン、ポリプロピレンなどの単一構造からなるホモポリマー、ホモポリマー２種以上の共重合体であるコポリマー、これらを混合したブレンドポリマーなどを用いることができる。

【0091】

例えば、有機低分子材料としては、トリス（８-キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、ナフチルジアミン（α－ＮＰＤ）、ＢＣＰ（2,9 - dimethyl - 4,7 - diphenyl - 1,10 - phenanthroline)、ＣＢＰ（4,4' - N,N' - dicarbazole - biphenyl）、銅フタロシアニン、フラーレン、ペンタセン、アントラセン、チオフェン、Ｉｒ（ｐｐｙ（2 - phenylpyridinato））_３、トリアジンチオール誘導体、ジオクチルフルオレン誘導体、テトラテトラコンタン、パリレンなどを用いることができる。

【0092】

例えば、無機材料としては、アルミナ、チタニア、五酸化バナジウム、酸化タングステン、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、アルミニウム、金、銀、スズ、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）、カーボンナノチューブ、塩化ナトリウム、塩化マグネシウムなどを用いることができる。

【0093】

感応膜１８は、有機配位子と金属イオンが結合した金属有機構造体であり、細孔を有する多孔質体でもよい。感応膜１８は、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）等の金属フタロシアニンでもよく、抗原が結合する抗体を含んでもよい。感応膜１８の厚さは例えば５００ｎｍ以下であり、一例として１００ｎｍである。

【0094】

（センサの製造方法）
図６（ａ）から図８（ｂ）は、実施例１におけるセンサ４０の製造方法を示す断面図である。

【0095】

まず基板１０となるウエハが用意される。最終的には、ウエハは、完成された共振器が１ユニットとして縦横に並べられ、製品としてダイシングされる。ここでは、図４のように、２つの共振器１１ａおよび１１ｂが左右に並んだチップを採用して説明していく。

【0096】

続いて、基板１０上に空隙を形成するための犠牲層２９ａおよび２９ｂの材料を全面に形成する。犠牲層は、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）膜、酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜、ゲルマニウム（Ｇｅ）膜、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜またはリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ：phosphosilicate glass）膜である。厚さは、例えば１０～１００ｎｍである。その後、犠牲層を、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い、所望の形状にパターニングする。結果、図６（ａ）のように、２つの犠牲層２９ａおよび２９ｂが形成され、その形状は、図３の空隙２２ａ、２２ｂの平面形状は例えば楕円形状である。

【0097】

続いて、図６（ｂ）に示すように、犠牲層２９ａ、２９ｂおよび基板１０上に下部電極１２ａおよび１２ｂの材料を被覆する。この成膜の後に、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状の下部電極１２ａおよび１２ｂにパターニングする。下部電極１２ａおよび１２ｂは、リフトオフ法により形成してもよい。なお、符号３０は、図３に示す隣接領域である。

【0098】

図６（ｃ）に示すように、下部電極１２ａ、１２ｂおよび基板１０上に下部圧電層１５ａを成膜する。

【0099】

続いて、図７（ａ）に示すように、下部圧電層１５ａ上に挿入膜２０ａおよび２０ｂの材料を全面に形成し、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、２つに分離した形状にパターニングする。挿入膜の周囲を厚膜部とし、その内側を薄膜部とすると、まず全域を厚膜の状態で２つにパターニングし、その後薄膜部をエッチングにより形成する。よって挿入膜２０ａには凹部１９ａが形成される。挿入膜２０ｂも一緒に形成される。挿入膜２０ａと２０ｂとは同じ形状である。

【0100】

図７（ｂ）に示すように、下部圧電層１５ａ、挿入膜２０ａおよび２０ｂ上に上部圧電層１５ｂの材料を成膜する。なお、上部圧電層１５ｂの上面には、挿入膜２０ａおよび２０ｂの凹部１９ａに対応する凹部１９ｂが形成される。

【0101】

続いて、図７（ｃ）に示すように、上部圧電層１５ｂ上に、上部電極１６ａおよび１６ｂの電極材を形成し、例えばフォトリソグラフィ技術およびリフトオフ法を用い所望の形状にパターニングする。上部電極１６ａおよび１６ｂの上面には、挿入膜２０ａおよび２０ｂの凹部１９ａに対応し、凹部１９が形成される。

【0102】

続いて、図８（ａ）に示すように、上部電極１６ａおよび１６ｂをフォトレジストで保護しながら、圧電層１４ａおよび１４ｂを例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。これにより、下部電極１２ａと上部電極１６ａとに挟まれた圧電層１４ａおよび１４ｂが形成される。ここでは、共振器１１ａと１１ｂとは、基板１０のみ共通で、下部電極、圧電層、挿入膜および上部電極は左右に分離されている。

【0103】

図８（ｂ）に示すように、孔２３ａおよび２３ｂを介し、エッチング液を下部電極１２ａおよび１２ｂの下の犠牲層２９ａおよび２９ｂに導入して、犠牲層２９ａおよび２９ｂを取り除く。その結果、ドーム状の膨らみを有する空隙２２ａおよび２２ｂが形成される。

【0104】

続いて、図４に示すように、上部電極１６ａの上面の凹部１９内に感応膜１８を形成する。感応膜１８は、例えば感応膜１８の材料が溶解された溶剤を塗布し、その後溶剤を乾燥させることにより形成する。

【0105】

その後、ウエハは、センサ用の共振器と隣の基準共振器がペアになるよう１チップとしてダイシングする。以上により、実施例１におけるセンサ４０が製造される。

【0106】

（実験１）
２つの共振器１１ａおよび１１ｂを異なる基板１０ａおよび１０ｂにそれぞれ設けたサンプルＡと、２つの共振器１１ａおよび１１ｂを同一基板１０に設けたサンプルＢと、を作製した。

【0107】

サンプルＡは比較例２に相当し、サンプルＢは実施例１に相当する。サンプルＡおよびＢともに、共振器１１ａに感応膜１８を設けていない。共振器１１ａと１１ｂとの構造は同じであり、共振周波数はほぼ同じである。サンプルＡおよびＢにおいて、気体の温度を変え、２つの共振器１１ａおよび１１ｂとの共振周波数の差を測定した。

【0108】

共振器１１ａおよび１１ｂの共振周波数は、約１．７ＧＨｚである。基板１０は、厚さが２１０μｍのシリコン基板である。下部電極１２ａおよび１２ｂは、基板１０側から厚さが７０ｎｍのクロム膜および厚さが２１３ｎｍのルテニウム膜である。下部圧電層１５ａは厚さが５６８ｎｍの窒化アルミニウム膜であり、上部圧電層１５ｂは厚さが５６８ｎｍの窒化アルミニウム膜である。挿入膜２０ａは、共振領域５０ａの中央部での厚さが９８ｎｍであり端部の厚さが１４５ｎｍの酸化シリコン膜である。上部電極１６ａおよび１６ｂは、圧電層１４ａおよび１４ｂ側から厚さが２１３ｎｍのルテニウム膜および厚さが７０ｎｍのクロム膜である。共振領域５０ａおよび５０ｂは、長軸が ２５０μｍ、短軸が２００μの楕円形状である。下部電極１２ａと１２ｂとの距離は２００μｍである。

【0109】

図９は、２つの基板１０ａおよび１０ｂに分離されたサンプルＡの平面図である。この比較例２では、基板１０ａおよび１０ｂを回路基板４８のダイパッド６５上に実装した。またパッド２５ａ～２５ｄとパッド６６ａ～６６ｄとをボンディングワイヤ６８ａ～６８ｄで接続している。

【0110】

図１０は、実験１におけるサンプルＢの平面図である。この実施例１では、共振器１１ａおよび１１ｂを一つの基板１０に形成した。サンプルＢでは、共振器１１ａと１１ｂとで基板１０が共通である。この基板１０を回路基板４８のダイパッド６５上に実装し、パッド２５ａ～２５ｄとパッド６６ａ～６６ｄとをボンディングワイヤ６８ａ～６８ｄを用い電気的に接続した。

【0111】

サンプルＡおよびＢを恒温槽内に配置した。図１１は、恒温槽内の温度プロファイルを示す図であり、時間に対する恒温槽内の温度を示している。各期間Ｔ０～Ｔ４、各期間Ｔ０～Ｔ４の間の各期間Ｔ５～Ｔ８を、それぞれ１時間とした。期間Ｔ０～Ｔ４の間の恒温槽内の温度は３０℃、４０℃、５０℃、６０℃および３０℃である。各期間Ｔ０～Ｔ４の間の各期間Ｔ５～Ｔ８において、恒温槽内の温度を上昇または下降させている。

【0112】

期間Ｔ１～Ｔ４において、共振器１１ａおよび１１ｂの共振周波数を、ネットワークアナライザを用いて測定し、共振器１１ａおよび１１ｂとの共振周波数の差Δｆｒを算出した。Δｆｒは１秒ごとに測定し、各期間Ｔ１～Ｔ４は、平均値を各期間のΔｆｒとした。

【0113】

図１２は、各期間Ｔ１～Ｔ４における共振周波数の差Δｆｒを示す図である。なお、縦軸のΔｆｒが大きいことは、共振器１１ａと１１ｂの温度差が大きいことを示している。

【0114】

いずれの期間Ｔ１～Ｔ４においても、１つの基板１０からなるサンプルＢのΔｆｒは、２つの基板１０ａおよび１０ｂのサンプルＡのΔｆｒより小さい。このように、基板１０を共通にすることは、温度差を小さくする効果があることが実験からもわかる。サンプルＡのように、共振器１１ａおよび１１ｂを別々の基板１０ａおよび１０ｂに分離して設けた場合、周りの気体の温度が変化すると共振領域５０ａと５０ｂの温度差が大きくなることが理解できる。これは、２枚の基板１０ａおよび１０ｂでは、２つの基板１０ａと１０ｂとの間の分離エリアで熱伝導が遮断されるが、一枚の基板１０では、基板１０を介し共振領域５０ａと５０ｂの間を熱が伝導するためと考えられる。

【0115】

また、両者とも、図９、図１０に示すようにダイパッド６５が一枚の金属層からなることも意味がある。例えば回路基板４８は、セラミック基板またはプリント基板であり、金属よりも熱抵抗が大きい。基板１０、１０ａおよび１０ｂは、金属からなるダイパッド６５に、ハンダまたは導電ペーストで固着され、しかも１枚のダイパッド６５で２つの共振器１１ａおよび１１ｂを固着している。このため、低熱抵抗なダイパッド６５により、共振器１１ａと１１ｂとの温度差を小さくしていると考えられる。後述するが、図２０に示すように、挿入膜２０ａおよび２０ｂが２つの共振器１１ａおよび１１ｂに、一体かつ連続して被覆されている構造（挿入膜共通）、上部圧電層１５ｂ、下部圧電層１５ａが２つの共振器１１ａおよび１１ｂに、一体かつ連続して被覆されている構造（圧電層共通）、を用いても、共振器１１ａと１１ｂとの間の熱抵抗を小さくすることに寄与する。これにより、２つの共振器の温度差を小さすることができる。

【0116】

（実施例1の変形例１）
図１３は、実施例１の変形例１におけるセンサの平面図である。パッド２５ａは、基板１０の下辺６１側および左辺６３側に拡張され、角部が基板１０の左下角部に近接して設けてパターニングされている。パッド２５ｂは、上辺６２側および左辺６３側に拡張されて角部が基板１０の左上角部に近接してパターニングされて設けられている。よってパッド２５ａおよび２５ｂは、共振領域５０ａを除いて、ほぼ同じ面積で２分されている。パッド２５ｃおよび２５ｄも同様である。

【0117】

またパッド２５ａ、２５ｂの右辺は、領域５２ｂの辺６３側に位置し、辺６２の延伸方向に延伸している。この構造は、図１の電極パターンと技術思想は同じであるが、パッド２５ａ～２５ｄの非配置領域をできる限り小さくしている。すなわち、パッド２５ａ～２５ｄおよび配線２６ａ～２６ｄは、共振領域５０ａ、５０ｂおよび隣接領域３０の近傍から辺６１～６４の近傍まで拡張されている。このように、熱伝導率が基板１０より高いパッド２５ａ～２５ｄが、共振領域５０ａおよび５０ｂを囲み、しかも基板１０の上面のほとんどの領域を被覆することで、共振領域５０ａと５０ｂとの温度差をより小さくできる。この効果を生む構造を「メタル拡張化」と呼ぶ。

【0118】

（実施例１の変形例２）
図１４は、実施例１の変形例２におけるセンサの平面図である。共振領域５０ａおよび５０ｂの平面形状は多角形状である。どちらの共振器１１ａおよび１１ｂも４つの角部を有し、この４つの角部は、それぞれの角度が異なった四角形である。この２つの共振器１１ａおよび１１ｂの共振領域５０ａおよび５０ｂが対向する位置の、隣接領域３０をクロスハッチングで図示している。この隣接領域３０は、２本の長辺が平行に配置された四辺形で、左斜め下に下がった形状である。

【0119】

この隣接領域３０の平行な２つ長辺に沿って左右の共振領域５０ａおよび５０ｂの対向する辺（上部電極１６ａおよび１６ｂの辺）が平行に配置されている。さらに、配線２６ｂは、共振領域５０ａの上（＋Ｙ）の辺から辺６３と平行に＋Ｙ方向に伸び、パッド２５ｂに接続される。パッド２５ｂは、辺６２に平行に左（－Ｘ）側に向かって延在している。配線２６ａは、共振領域５０ａの下（－Ｙ）辺から辺６３と平行に－Ｙ方向に伸び、パッド２５ａに接続される。パッド２５ａは、辺６１に平行に左（－Ｘ）側に向かって延在している。パッド２５ｃ、２５ｄ、配線２６ａおよび２６ｂも同様である。

【0120】

さらに、左の共振器１１ａの上部電極１６ａ、配線２６ｂおよびパッド２５ｂを見ると、パッド２５ｂの右（＋Ｘ）辺が右に出っ張らず逆Ｌ字で形成されている。下部電極１２ａ、配線２６ａおよびパッド２５ａも同様である。右の共振器１１ｂの上部電極１６ｂ、配線２６ｄおよびパッド２５ｄを見ると、パッド２５ｄの左辺が左に出っ張らず逆Ｌ字で形成されている。下部電極１２ｂ、配線２６ｃおよびパッド２５ｃも同様である。よって「パッドの出っ張り防止」の効果で、２つの共振領域５０ａおよび５０ｂが近接配置できる構造となる。なお、これまで説明した「基板の共通」、「圧電層の共通」または「挿入膜の共通」を採用することでも近接配置が可能である。

【0121】

（実施例１の変形例３）
図１５は、実施例１の変形例３におけるセンサの平面図である。図１では、２つの共振領域５０ａおよび５０ｂの長軸が、一列に左右に並んでいた。図１５では、２つの長軸が上下に並行に並んだような構造である。さらに、隣接領域３０に向いた外周が直線で切断された形状である。つまり、隣接領域３０において、下部電極１２ａおよび上部電極１６ａの右（＋Ｘ）辺、配線２６ａおよび２６ｂの右（＋Ｘ）辺側およびパッド２５ａおよび２５ｂの右（＋Ｘ）辺と、が直線状に配列されている。下部電極１２ｂおよび上部電極１６ｂの左（－Ｘ）辺、配線２６ｃおよび２６ｄの左（－Ｘ）辺およびパッド２５ｃおよび２５ｄの左（－Ｘ）辺と、が直線状に配列されている。２つの直線は、略平行である。

【0122】

（実施例１の変形例４）
図１６は、実施例１の変形例４におけるセンサの平面図である。共振領域５０ａおよび５０ｂの平面形状は卵型である。このように、共振領域５０ａおよび５０ｂの平面形状は、楕円形状以外の外周が曲線の形状でもよい。

【0123】

図３および図１３～図１６では、パッド２５ａおよび２５ｂは、領域５２ａのみに設けられ、第１領域５２ａ以外には設けられていない。パッド２５ｃおよび２５ｄは、領域５２ｂのみに設けられ、領域５２ｂ以外には設けられていない。これにより、「パッド出っ張り防止」のパターンにより、距離Ｌ０を短くすることができる。よって、共振領域５０ａと５０ｂとの温度差を小さくでき、気体に関する情報の測定精度を向上できる。

【0124】

パッド２５ａと２５ｂとは、図３の上下方向（Ｙ方向）において共振領域５０ａを挟み、パッド２５ｃと２５ｄとは、図３の上下方向において共振領域５０ｂを挟む。これにより、共振領域５０ａと５０ｂとの間にパッド２５ａ～２５ｄが設けられないため、共振領域５０ａと５０ｂとを近づけることができる。

【0125】

図３において、左右方向（Ｘ方向）におけるパッド２５ａおよび２５ｂのそれぞれの最大幅Ｌ２ａおよびＬ２ｂは、左右方向における共振領域５０ａの最大幅Ｌ１ａより大きい。また、左右方向（Ｘ方向）におけるパッド２５ｃおよび２５ｄのそれぞれの最大幅Ｌ２ｃおよびＬ２ｄは、左右方向における共振領域５０ｂの最大幅Ｌ１ｂより大きい。このような場合、図２（ａ）のように、パッド２５ａおよび２５ｂを直線３１ａに対し対称とし、パッド２５ｃおよび２５ｄを直線３１ｂに対し対称とすると、距離Ｌ０が長くなる。よって、パッド２５ａおよび２５ｂを領域５２ａのみに設け、パッド２５ｃおよび２５ｄを領域５２ｂに設けることで、距離Ｌ０を短くできる。

【0126】

図３、図１３、図１５および図１６では、上下方向（Ｙ方向）から見て、パッド２５ａおよび２５ｂは、箇所３２ｂ（共振領域５０ａの頂部近傍に位置する）を含み箇所３２ｂより共振領域５０ｂ側には設けられておらず、パッド２５ｃおよび２５ｄは、箇所３２ａ（共振領域５０ｂの頂部近傍に位置する）を含み箇所３２ａより共振領域５０ａ側には設けられていない。これにより、距離Ｌ０を短くできる。

【0127】

配線２６ａ～２６ｄが設けられる場合には、配線２６ａおよび２６ｂは領域５２ａのみに設けられ、領域５２ａ以外には設けられていない。配線２６ｃおよび２６ｄは領域５２ｂのみに設けられ、領域５２ｂ以外には設けられていない。これにより、距離Ｌ０を短くできる。なお、図４の断面図からもわかるように、下部電極が１２ａおよび１２ｂは共振領域５０ａおよび５０ｂから隣接領域３０側にそれぞれ張り出している。そのため、距離Ｌ０は、ショート（耐電圧特性）または相互干渉を考慮した間隔（すなわち電気的分離される距離）の範囲において、できる限り小さいことが好ましい。またパッド２５ｂおよび２５ｄの内側の間隔、パッド２５ａおよび２５ｃの間隔も同様である。

【0128】

隣接領域３０における下部電極１２ａと１２ｂとの最短距離Ｌ０は、基板１０の厚さより小さいことが好ましく、基板１０の厚さの１／２以下がより好ましく、１／５以下がさらに好ましく、１／１０以下がさらに好ましく、１／５０以下がさらに好ましい。また、この距離は、共振領域５０ａおよび５０ｂの中心３５ａおよび３５ｂをそれぞれ通る最小幅より小さいことが好ましく、最小幅の１／２以下がより好ましく、１／５以下がさらに好ましく、１／１０以下がさらに好ましく、１／５０以下がさらに好ましい。い。これにより、基板１０を介した共振領域５０ａと５０ｂとの間の熱抵抗が小さくなり、共振領域５０ａと５０ｂとの温度差を小さくでき、気体の情報の測定精度を向上できる。

【0129】

図６（ｂ）において、下部電極１２ａおよび１２ｂをエッチングするときに、２つの下部電極１２ａおよび１２ｂが対向する端部は、テーパ形状となる。距離Ｌ０を例えば下部電極１２ａおよび１２ｂの厚みに程度とすれば、２つの下部電極１２ａと１２ｂとは、十分な距離が確保され、短絡することがない。一方、実施例においては、距離Ｌ０をできるだけ小さくすることが、好ましいことを先に説明した。このため、２つの下部電極１２ａと１２ｂとが短絡しないための、距離Ｌ０の下限を検討した。距離Ｌ０は、下部電極１２ａおよび１２ｂ厚みの１／１０以上あればよく、例えば、１／５以上とすることができ、１倍以上とすることができ、２倍以上とすることができ、１０倍以上とすることができる。

【実施例0130】

実施例２は、３個以上の共振領域を近接させる例である。基板１０上に共振器１１ａ～１１ｃが設けられている。共振器１１ａ～１１ｃの積層構造は実施例１と同じである。共振器１１ｃ（第３共振器）は、第３下部電極１２ｃ、第３上部電極１６ｃ、第３圧電層、第３挿入膜および空隙を備える。圧電層を挟み下部電極１２ｃと上部電極１６ｃが対向する領域は第３共振領域５０ｃである。

【0131】

例えば、共振器１１ａおよび１１ｃは感応膜を有し、共振器１１ｂは、基準となり感応膜を有していない。共振器１１ａおよび１１ｃの感応膜１８は異なる物質を吸着するように、感応膜の材料の種類が異なる。このように、共振器１１ａ～１１ｃが３個以上の場合でも、共振器１１ａ～１１ｃの共振領域５０ａ～５０ｃの温度差が小さいことが求められる。共振領域５０ａ～５０ｂのすべてがまとまって基板１０の中央に設けられた集合共振領域があり、パッド２５ａ～２５ｆおよび配線２６ａ～２６ｆは、この集合共振領域から基板１０の辺へと延在している。

【0132】

共振器１１ａ～１１ｃのそれぞれ下部電極１２ａ～１２ｃはそれぞれ共振領域５０ａ～５０ｃから引き出され、それぞれパッド２５ａ（第１パッド）、２５ｃ（第３パッド）および２５ｅ（第５パッド）を形成する。配線２６ａ（第１配線）、２６ｃ（第３配線）および２６ｅ（第５配線）は、共振領域５０ａ～５０ｃとパッド２５ａ、２５ｃおよび２５ｅとをそれぞれ電気的に接続する。共振器１１ａ～１１ｃのそれぞれ上部電極１６ａ～１６ｃはそれぞれ共振領域５０ａ～５０ｃから引き出され、それぞれパッド２５ｂ（第２パッド）、２５ｄ（第４パッド）および２５ｆ（第６パッド）を形成する。配線２６ｂ（第２配線）、２６ｄ（第４配線）および２６ｆ（第６配線）は、共振領域５０ａ～５０ｃとパッド２５ｂ、２５ｄおよび２５ｆとをそれぞれ電気的に接続する。

【0133】

下部電極１２ａと１２ｂとが最も近い領域は隣接領域３０ａである。下部電極１２ｂと１２ｃとが最も近い領域は隣接領域３０ｂである。下部電極１２ｃと１２ａとが最も近い領域は隣接領域３０ｃである。

【0134】

共振領域５０ａ～５０ｃの平面視における中心は、それぞれ中心３５ａ（第１中心）、中心３５ｂ（第２中心）および中心３５ｃ（第３中心）であり、中心３５ａ～３５ｃを頂点とする三角形は三角形３８である。なお、共振領域５０ａ～５０ｃの平面形状の中心は、例えば共振領域５０ａ～５０ｃの平面形状の重心である。

【0135】

パッド２５ａ～２５ｆは、三角形３８の外側の第１領域のみに設けられ、三角形３８内に設けられていない。これにより、共振領域５０ａ～５０ｃを近接して設けることができる。よって、共振領域５０ａ～５０ｃの温度差を小さくでき、気体の情報の測定精度を向上できる。

【0136】

配線２６ａ～２６ｆは、三角形３８の外側の第１領域のみに設けられ、三角形３８内に設けられていない。これにより、共振領域５０ａ～５０ｃを近接して設けることができる。

【0137】

直線３６ａは中心３５ａと３５ｂとを通る直線であり、直線３６ｂは中心３５ｂと３５ｃとを通る直線であり、直線３６ｃは中心３５ｃと３５ａとを通る直線である。直線３７ａ（第１直線）は、中心３５ａを通り直線３６ｂ（第２直線）に平行な直線であり、直線３７ｂ（第３直線）は、中心３５ｂを通り直線３６ｃ（第４直線）に平行な直線であり、直線３７ｃ（第５直線）は、中心３５ｃを通り直線３６ａ（第６直線）に平行な直線である。

【0138】

この三角形３９の周りを見たとき、パッド２５ａ～２５ｆは、三角形３９の外側の第２領域のみに設けられ、三角形３９内に設けられていない。また、配線２６ａ～２６ｆも、三角形３９の外側の第２領域のみに設けられ、三角形３９内に設けられていない。

【0139】

このように、３つの共振領域５０ａ～５０ｃのそれぞれの３つの対向する部分、つまり３つの共振領域５０ａ～５０ｃが近接する位置にある隣接領域３０ａ～３０ｃには、配線２６ａ～２６ｆおよびパッド２５ａ～２５ｆが設けられないので、共振領域５０ａ～５０ｃを近接して設けることができる。

【0140】

また、この３つの共振領域５０ａ～５０ｃの配置領域（集合共振領域）を囲むように配線２６ａ～２６ｆ、およびパッド２５ａ～２５ｆが配置されている。上（＋Ｙ）側の２つのパッド２５ｄ、２５ｃおよびその配線２６ｄ、２６ｃは、直線３７ａより上に配置される。さらに、左（－Ｘ）のパッド２５ｄは、基板１０の左上（－Ｘ＋Ｙ）の角部から基板１０の辺に沿って、右（＋Ｘ）方向と下（－Ｙ）方向に延びている。右（＋Ｘ）のパッド２５ｃは、基板１０の右上（＋Ｘ＋Ｙ）の角部から基板１０の辺に沿って延在され、左（－Ｘ）方向と下（－Ｙ）方向に延びている。

【0141】

左下（－Ｘ－Ｙ）のパッド２５ｂは、基板１０の左下（－Ｘ－Ｙ）の角部から基板１０の辺に沿って延在され、右（＋Ｘ）方向と上（＋Ｙ）方向に延びている。右下（＋Ｘ－Ｙ）のパッド２５ｃは、基板１０の右下（＋Ｘ－Ｙ）の角部から基板１０の辺に沿って延在され、左（－Ｘ）方向と上（＋Ｙ）方向に延びている。

【0142】

さらに、左のパッド２５ａは、パッド２５ｂと２５ｄの間に配置され、基板１０の左（－Ｘ）辺に沿って上下（Ｙ）方向に延在されている。右のパッド２５ｆは、パッド２５ｃと２５ｅの間に配置され、基板１０の右（＋Ｘ）辺に沿って上下（Ｘ）方向に延在されている。

【0143】

直線３７ａ～３７ｃを３辺とする三角形を三角形３９としたとき、パッド２５ａ～２５ｆは、三角形３９の外側の第２領域のみに設けられ、三角形３９内に設けられていない。また、配線２６ａ～２６ｆは、三角形３９の外側の第２領域のみに設けられ、三角形３９内に設けられていない。これにより、共振領域５０ａ～５０ｃを近接して設けることができる。

【0144】

隣接領域３０ａにおける下部電極１２ａと１２ｂとの最短距離、隣接領域３０ｂにおける下部電極１２ｂと１２ｃとの最短距離、および隣接領域３０ｃにおける下部電極１２ｃと１２ａとの最短距離は、基板１０の厚さより小さいことが好ましく、基板１０の厚さの１／２以下がより好ましく、１／５以下がさらに好ましい。また、この距離は、共振領域５０ａ～５０ｃの中心３５ａ～３５ｃを通る最小幅より小さいことが好ましく、最小幅の１／２以下がより好ましく、１／５以下がさらに好ましい。これにより、基板１０を介した共振領域５０ａ～５０ｃ間の熱抵抗が小さくなり、共振領域５０ａ～５０ｃの温度差を小さくでき、気体の情報の測定精度を向上できる。

【0145】

（実施例２の変形例１）
図１８は、実施例２の変形例１におけるセンサの平面図である。一つの基板１０上に設けられ、４つの共振器１１ａ～１１ｄの共振領域５０ａ～５０ｄがお互い近接するように設けられている。共振器１１ａ～１１ｄの積層構造は実施例１と同じである。共振器１１ｄは、第４下部電極１２ｃ、第４上部電極１６ｃ、第４圧電層、第４挿入膜および空隙を備える。圧電層を挟み下部電極１２ｄと上部電極１６ｄが対向する領域は第４共振領域５０ｄである。

【0146】

まず基板１０を４つの領域に仮想的に分割する。つまり基板１０中点を通過して、左右の辺と上下の辺とで描ける４つの矩形に分割し、それぞれを左下領域、左上領域、右下領域、右上領域と定義する。

【0147】

この定義を利用して説明すると、左下の共振器１１ａは、左下領域の内側に位置し、２つのパッド２５ａ、２５ｂおよび２本の配線２６ａ、２６ｂは、共振領域５０ａを除いた左下領域に設けられている。左上の共振器１１ｂは、左上領域の内側に位置し、２つのパッド２５ｃ、２５ｄおよび２本の配線２６ｃ、２６ｄは、この共振領域５０ｂを除いた左上領域に設けられている。

【0148】

さらに、右下の共振器１１ｃは、左下領域の内側に位置し、２つのパッド２５ｅ、２５ｆおよび２本の配線２６ｅ、２６ｆは、共振領域５０ｃを除いた右下領域に設けられている。右上の共振器１１ｄは、右上領域の内側に位置し、２つのパッド２５ｇ、２５ｈおよび２本の配線２６ｇ、２６ｈは、この共振領域５０ｄを除いた右上領域に設けられている。

【0149】

このように、パッド２５ａ～２５ｈは、共振領域５０ａ～５０ｄが集合して集合共振領域から放射状に配置され、基板１０の４辺のいずれかの辺に沿って設けられている。

【0150】

図１７および図１８では、矩形の基板１０の中央部に、まとめて共振領域５０ａ～５０ｄが配置されている。そのため，この一つにまとまった配置領域の周囲に、パッド２５ａ～２５ｈと配線２６ａ～２６ｈが設けられる。しかもパッド２５ａ～２５ｈは、基板１０の角部から延在する２つの辺に近接しかつ沿って設けられている。ここでは、共振領域５０ａ～５０ｄとパッド２５ａ～２５ｈおよび配線２６ａ～２６ｈとの間に若干の空きスペースがあるが、パッド２５ａ～２５ｈと配線２６ａ～２６ｈで、ひとつに纏まった共振領域５０ａ～５０ｄの周りを被覆している。よって「メタル拡張化」の効果、および「基板共通化」の効果により、共振領域５０ａ～５０ｄの温度の均一化が実現できる。なお、「圧電層共通」または「挿入膜共通」を組み入れてもよい。複数の共振領域５０ａ～５０ｄの近接する領域、すなわち、複数の共振領域５０ａ～５０ｄのそれぞれに対応する、２つの下部電極が隣接する領域には、配線２６ａ～２６ｈおよびパッド２５ａ～２５ｈが設けられないので、複数の共振領域５０ａ～５０ｈを近接して設けることができる。