特開 2024-18689 センサおよびセンサモジュール

(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】P2024018689

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】センサおよびセンサモジュール

(51)【国際特許分類】

   G01N 5/02 20060101AFI20240201BHJP

   G01N 29/02 20060101ALI20240201BHJP

【ＦＩ】

G01N5/02 A

G01N29/02 501

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022122169

(22)【出願日】2022-07-29

(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】島田 貴士

【テーマコード（参考）】

2G047

【Ｆターム（参考）】

2G047AA01

2G047BA04

2G047EA12

(57)【要約】

【課題】実装基板からのセンサの脱着を容易とすることが可能なセンサモジュールを提供する。
【解決手段】センサモジュールは、側面の少なくとも一部が上面と鈍角になるように傾斜する傾斜面１１を有する基板１０と、前記基板上および／または内に設けられ液体内の特定の物質を検出する検出素子２１と、前記検出素子上に設けられた感応膜２４と、前記検出素子と電気的に接続され前記傾斜面に設けられた金属層２０ａ～２０ｄと、を備えるセンサ１００と、上面に前記センサが設けられる実装基板３０と、前記実装基板に設けられ、先端が前記センサの外側から前記金属層の方向に向かって前記金属層に当接し、前記センサを脱着可能とする導電部材と、を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

側面の少なくとも一部が上面と鈍角になるように傾斜する傾斜面を有する基板と、前記基板上および／または内に設けられ液体内の特定の物質を検出する検出素子と、前記検出素子上に設けられた感応膜と、前記検出素子と電気的に接続され前記傾斜面に設けられた金属層と、を備えるセンサと、
上面に前記センサが設けられる実装基板と、
前記実装基板に設けられ、先端が前記センサの外側から前記金属層の方向に向かって前記金属層に当接し、前記センサを脱着可能とする導電部材と、
を備えるセンサモジュール。

【請求項2】

前記センサは、前記感応膜に前記液体を案内する案内路を備える請求項１に記載のセンサモジュール。

【請求項3】

前記金属層は、前記基板の第１側面における第１傾斜面に設けられた第１金属層と、前記基板の第１側面に対向する第２側面における第２傾斜面に設けられた第２金属層と、を含み、
前記導電部材は、前記第１金属層に当接する第１導電部材と、前記第２金属層に当接する第２導電部材と、を含む請求項１または２に記載のセンサモジュール。

【請求項4】

前記第１導電部材の前記第１金属層に当接する先端は、前記実装基板に対し固定され、前記第２導電部材の前記第２金属層に当接する先端は、前記実装基板に対し移動可能である請求項３に記載のセンサモジュール。

【請求項5】

前記実装基板に設けられる固定部材を備え、
前記金属層は、前記基板の第１側面における傾斜面に設けられ、
前記導電部材は、先端が前記センサの外側から前記金属層の方向に向かって前記金属層に当接し、前記基板の前記第１側面に対向する第２側面が、前記固定部材に当接し、前記センサを脱着可能とする請求項１または２に記載のセンサモジュール。

【請求項6】

前記傾斜面は凹凸面である請求項１または２に記載のセンサモジュール。

【請求項7】

前記検出素子は、弾性表面波素子または圧電薄膜共振器である請求項１または２に記載のセンサモジュール。

【請求項8】

前記検出素子は、前記基板上に設けられた複数の電極指を有するＩＤＴを備え、
前記金属層は前記ＩＤＴの前記複数の電極指が配列する方向における前記基板の側面には設けられていない請求項１または２に記載のセンサモジュール。

【請求項9】

前記感応膜は、抗体を含む請求項１または２に記載のセンサモジュール。

【請求項10】

側面の少なくとも一部が上面と鈍角になるように傾斜する傾斜面である基板と、
前記基板の上面に設けられ液体内の特定の物質を検出する検出素子と、
前記検出素子上に設けられた感応膜と、
前記感応膜に前記液体を案内する案内路と、
前記検出素子と電気的に接続され前記傾斜面に設けられた金属層と、
を備えるセンサ。

【請求項11】

前記センサは実装基板に設けられ、
前記実装基板に設けられた導電部材の先端が前記センサの外側から前記金属層の方向に向かって前記金属層に当接し、前記センサを脱着可能とする請求項１０に記載のセンサ。

【請求項12】

実質的に６面体からなり、平面視で対向する２つの側辺の一端から他端まで設けられた２つのテーパ面と、前記２つのテーパ面の間に平坦面を有し、前記平坦面上に設けられ液体内の特定の物質を検出する検出素子用の第１領域と、前記第１領域の周囲で、前記平坦面に延在する配線用の第２領域と、前記テーパ面に設けられ外部と接続される接続電極用の第３領域と、を有する基板と、
前記第１領域に設けられた検出素子内の電極と、前記第２領域に設けられた配線と、前記第３領域に設けられ前記配線を介し前記電極と電気的に接続する接続電極と、を有する導電パターンと、
前記検出素子上に設けられた感応膜と、
を備えるセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサおよびセンサモジュールに関し、液体に関する情報を検出するセンサおよびセンサモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

液体中の物質等の液体に関する情報を検出するためＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）素子上に感応膜（反応膜）を設けるセンサが知られている（例えば特許文献１～３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公報第２００６／０２７８９３号

【特許文献2】国際公報第２００５／０２７９４５号

【特許文献3】国際公開第２００８／１２０５１１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、液体に関する情報を検出するセンサでは、感応膜が液体に暴露される。このため、感応膜に液体が残存しやすく、センサが実装された実装基板からセンサを頻繁に交換することになる。実装基板とセンサとがはんだ等によって接合されている場合、はんだを溶融させてセンサを取り除くことは、簡便性に欠け、負担が大きい。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、実装基板からのセンサの脱着を容易と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、側面の少なくとも一部が上面と鈍角になるように傾斜する傾斜面を有する基板と、前記基板上および／または内に設けられ液体内の特定の物質を検出する検出素子と、前記検出素子上に設けられた感応膜と、前記検出素子と電気的に接続され前記傾斜面に設けられた金属層と、を備えるセンサと、上面に前記センサが設けられる実装基板と、前記実装基板に設けられ、先端が前記センサの外側から前記金属層の方向に向かって前記金属層に当接し、前記センサを脱着可能とする導電部材と、を備えるセンサモジュールである。

【0007】

上記構成において、前記センサは、前記感応膜に前記液体を案内する案内路を備える構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記金属層は、前記基板の第１側面における第１傾斜面に設けられた第１金属層と、前記基板の第１側面に対向する第２側面における第２傾斜面に設けられた第２金属層と、を含み、前記導電部材は、前記第１金属層に当接する第１導電部材と、前記第２金属層に当接する第２導電部材と、を含む構成とすることができる。

【0009】

上記構成において、前記第１導電部材の前記第１金属層に当接する先端は、前記実装基板に対し固定され、前記第２導電部材の前記第２金属層に当接する先端は、前記実装基板に対し移動可能である構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記実装基板に設けられる固定部材を備え、前記金属層は、前記基板の第１側面における傾斜面に設けられ、前記導電部材は、先端が前記センサの外側から前記金属層の方向に向かって前記金属層に当接し、前記基板の前記第１側面に対向する第２側面が、前記固定部材に当接し、前記センサを脱着可能とする構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記傾斜面は凹凸面である構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、前記検出素子は、弾性表面波素子または圧電薄膜共振器である構成とすることができる。

【0013】

上記構成において、前記検出素子は、前記基板上に設けられた複数の電極指を有するＩＤＴを備え、前記金属層は前記ＩＤＴの前記複数の電極指が配列する方向における前記基板の側面には設けられていない構成とすることができる。

【0014】

上記構成において、前記感応膜は、抗体を含む構成とすることができる。

【0015】

本発明は、側面の少なくとも一部が上面と鈍角になるように傾斜する傾斜面である基板と、前記基板の上面に設けられ液体内の特定の物質を検出する検出素子と、前記検出素子上に設けられた感応膜と、前記感応膜に前記液体を案内する案内路と、前記検出素子と電気的に接続され前記傾斜面に設けられた金属層と、を備えるセンサである。

【0016】

上記構成において、前記センサは実装基板に設けられ、前記実装基板に設けられた導電部材の先端が前記センサの外側から前記金属層の方向に向かって前記金属層に当接し、前記センサを脱着可能とする構成とすることができる。

【0017】

本発明は、実質的に６面体からなり、平面視で対向する２つの側辺の一端から他端まで設けられた２つのテーパ面と、前記２つのテーパ面の間に平坦面を有し、前記平坦面上に設けられ液体内の特定の物質を検出する検出素子用の第１領域と、前記第１領域の周囲で、前記平坦面に延在する配線用の第２領域と、前記テーパ面に設けられ外部と接続される接続電極用の第３領域と、を有する基板と、前記第１領域に設けられた検出素子内の電極と、前記第２領域に設けられた配線と、前記第３領域に設けられ前記配線を介し前記電極と電気的に接続する接続電極と、を有する導電パターンと、前記検出素子上に設けられた感応膜と、を備えるセンサである。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、実装基板からのセンサの脱着を容易とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１（ａ）から図１（ｄ）は、センサチップの断面図である。

【図2】図２は、実施例１におけるセンサの平面図である。

【図3】図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ図１のＡ－Ａ断面図およびＢ－Ｂ断面図である。

【図4】図４（ａ）は、実施例１におけるセンサモジュールの平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図5】図５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6】図６は、実施例１の変形例１におけるセンサモジュールの断面図である。

【図7】図７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8】図８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9】図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例１の変形例４におけるセンサの断面図である。

【図10】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例１の変形例５におけるセンサの断面図である。

【図11】図１１は、実施例２におけるセンサの平面図である。

【図12】図１２（ａ）および図１２（ｂ）はそれぞれ図１１のＡ－Ａ断面図およびＢ－Ｂ断面図である。

【図13】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、実施例２の変形例１におけるセンサの断面図である。

【図14】図１４は、実施例３におけるセンサの平面図である。

【図15】図１５（ａ）から図１５（ｃ）は、図１４のＡ－Ａ断面図である。

【図16】図１６は、実施例４におけるセンサの平面図である。

【図17】図１７は、図１６のＡ－Ａ断面図である。

【図18】図１８（ａ）から図１８（ｃ）は、実施例５におけるセンサの製造方法を示す断面図である。

【図19】図１９（ａ）から図１９（ｃ）は、実施例５の変形例１におけるセンサの製造方法を示す断面図である。

【図20】図２０（ａ）および図２０（ｂ）は、実施例５の変形例２におけるセンサの製造方法を示す断面図である。

【図21】図２１（ａ）は、実施例６に係る検出システムのブロック図、図２１（ｂ）は、実施例６の変形例１に係る検出システムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１（ａ）から図１（ｄ）は、センサチップ８０の断面図である。センサチップ８０は、一般的にほぼ６面体である。センサチップ８０は、ウエハなどの大判の基板上および／または内に作り込まれる。ウエハには、センサチップ８０となるユニットが行列状に形成される。そしてダイシング装置を用いユニットの境界をフルダイシングすると、６面体のセンサチップ８０となる。

【0021】

センサの種類にもよるが、圧電層を有するセンサであれば、基板上に下部電極、下部電極上に能動部材の圧電層、圧電層上に上部電極等を積層する。上部電極上に感応膜が形成される。またセンサをＦＥＴ（Field Effect Transistor）などの半導体素子を用い形成する場合は、基板の表面および基板内に活性領域としてＰ型半導体層、イントリンシック半導体層および／またはＮ型半導体層などが作り込まれる。そしてこの６面体のセンサチップ８０の上面には、センサを駆動するため、少なくとも２つの電極が形成される。

【0022】

一方、このセンサチップ８０は、例えば、液体を検出するセンサでは、感応膜が液体に浸される。このため、センサチップ８０を頻繁に交換することが要求され、取り換えの簡単な機構が求められる。

【0023】

このセンサチップ８０を簡単に取り換えする場合は、機械的な押圧力でセンサチップ８０が破壊することを抑制しなければならない。以下に説明する実施例では、機械的な押圧機構で、センサチップ８０の破壊を抑制しつつ、センサチップ８０の実装基板３０への装着と、センサチップ８０と実装基板３０との電気的な接続と、を可能とする。

【0024】

センサチップ８０においてほとんどの部材は、支持基板またはセンサを形成する材料からなる基板などである。支持基板または基板の構成材料は、セラミックもしくは半導体材料などの単結晶、多結晶もしくはアモルファス、または、ガラス、サファイアもしくはＳｉＮなどの無機絶縁料である。これらの材料は、センサチップ８０の完成品ではその厚みが薄い。

【0025】

センサチップ８０は、ほぼ直方体であり、厚みが薄い。つまり、上面８０ａおよび下面８０ｂの面積が大きく側面８０ｃおよび８０ｄの面積が小さい。図１（ａ）のように、センサチップ８０に上面８０ａまたは下面８０ｂから厚み方向に力Ｆ１が加わると、センサチップ８０は容易に破壊に到る可能性がある。

【0026】

また、図１（ｂ）のように、センサチップ８０の側面８０ｃおよび８０ｄと上面８０ａおよび下面８０ｂとなす角はほぼ９０°である。対向する側面８０ｃおよび８０ｄに加わる水平面方向の力Ｆ２に対しては、センサチップ８０はある程度の強度がある。しかし、センサチップ８０が薄いため、破線のように、センサチップ８０は上方または下方に反ってしまう。これにより感応膜等に反りが発生して、安定した液体への浸漬または安定したセンシングを実現できないおそれがある。

【0027】

以上の問題を解決するため、本発明では、以下の形態を開示する。図１（ｃ）のように、センサチップ８０に上面８０ａとの角度θが鈍角をなす側面８０ｃおよび８０ｄを形成する。左の側面８０ｄに固定治具８５を当接し、右の側面８０ｃに導電部材８６を矢印８８のように上から押し当てると、側面８０ｃには上面８０ａの平面方向に力Ｆｘが加わり、センサチップ８０の横ずれを防止する。また下方向に力Ｆｚが加わる。力Ｆｚは、センサチップ８０を実装基板３０に固定する力となる。よって固定治具８５と導電部材８６により、センサチップ８０は簡単に実装基板３０に固定できる。傾斜面である側面８０ｃに接続電極８４が設けられている。導電部材８６が接続電極８４に機械的に当接して、導電部材８６と接続電極８４との電気的接続が可能となる。

【0028】

さらに、図１（ｄ）のように別の形態を開示する。センサチップ８０では、支持基板８２と支持基板８２上に設けられたセンサ層８１とが積層されている。この場合、支持基板８２の側面８２ｃおよびセンサ層８１の側面８１ｃを傾斜面とする。接続電極８４を側面８２ｃから８１ｃに延在させる。これにより、図１（ｃ）で示した場合と同様に、センサチップ８０の取り外しが容易となる。

【0029】

以上のように、センサチップ８０の側面８０ｃを傾斜面とし、センサチップ８０内の検出素子と電気的に接続された接続電極８４を側面８０ｃ斜面に設けることで、センサチップ８０の取り外しが可能となる。以下に、具体的な実施例を説明する。

【実施例0030】

実施例１は、検出素子として、遅延線型弾性表面波素子を用いる例である。図２は、実施例１におけるセンサ１００の平面図、図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ図２のＡ－Ａ断面図およびＢ－Ｂ断面図である。

【0031】

基板１０の上面の弾性波の伝搬方向をＸ方向（長辺方向）、基板１０の上面の法線方向をＺ方向、基板１０の上面に平行でありかつＸ方向に直交する方向をＹ方向（短辺方向）とする。図２では、感応膜２４を破線で示し、空洞２７、導入口２７ａおよび排出口２７ｂを実線で示している。流体チップ２６、導入路２８ａおよび排出路２８ｂの図示を省略している。

【0032】

図２から図３（ｂ）に示すように、センサ１００（図１（ｃ）のセンサチップ８０に相当）では、基板１０上にＩＤＴ（Interdigital Transducer）１６ａおよび１６ｂが設けられている。ＩＤＴ１６ａと１６ｂとは離間している。ＩＤＴ１６ａおよび１６ｂは金属膜１７により形成されている。ＩＤＴ１６ａおよび１６ｂは、各々一対の櫛型電極１４ａおよび１４ｂを有する。櫛型電極１４ａは、複数の電極指１２ａおよびバスバー１３ａを有し、櫛型電極１４ｂは、電極指１２ｂおよびバスバー１３ｂを有する。Ｘ方向に延びるバスバー１３ａおよび１３ｂには、Ｙ方向に延伸する複数の電極指１２ａのＹ端および電極指１２ｂの－Ｙ端がそれぞれ接続される。

【0033】

Ｘ方向から見て、電極指１２ａと１２ｂとが重なる領域は、弾性表面波が伝搬する領域１５ａおよび１５ｂである。領域１５ａおよび１５ｂの少なくとも一部の領域において、電極指１２ａと１２ｂとは１本毎に交互に設けられている。領域１５ａおよび１５ｂがＸ方向に延伸する領域１５ｃは弾性表面波が主に伝搬する領域である。ＩＤＴ１６ａのバスバー１３ａおよび１３ｂは配線１８を介し金属層２０ａおよび２０ｂ（図１（ｃ）の接続電極８４に相当）にそれぞれ電気的に接続されている。ＩＤＴ１６ｂのバスバー１３ａおよび１３ｂは配線１８を介し金属層２０ｃおよび２０ｄ（接続電極）にそれぞれ電気的に接続されている。

【0034】

ＩＤＴ１６ａと１６ｂとの間における領域１５ｃは弾性表面波が主に伝搬する伝搬路１５である。伝搬路１５の基板１０上に金属膜２２が設けられている。金属膜２２はＩＤＴ１６ａおよび１６ｂを形成する金属膜１７と同じ材料からなる膜でもよいし、異なる材料からなる膜でもよい。金属膜２２は、感応膜２４に検出対象の液体が接触したときに、液体の誘電率および電気伝導率により影響される電気的効果をキャンセルし、伝搬路１５に質量負荷の効果を得るためのセンシング電極として機能する。金属膜２２は設けられていなくてもよい。金属膜２２上に自己組織化単分子膜などのリンカーを介して感応膜２４が設けられている。

【0035】

この流体チップ２６は、例えば、マイクロ流路である。流体チップ２６には空洞２７が設けられている。空洞２７の下面は、感応膜２４の上面に接するか、または感応膜２４を囲んでいる。空洞２７の上面および側面は流体チップ２６の内壁に相当する。空洞２７はセンシング対象の液体が溜まるセンシング空間である。流体チップ２６には、空洞２７につながる導入口２７ａおよび排出口２７ｂが設けられている。図２で示すように、導入口２７ａおよび排出口２７ｂは、例として、空洞２７の上面に位置している。導入口２７ａは、平面視において矩形の伝搬路１５の＋Ｘ側の短辺の近傍において空洞２７の＋Ｘ側端に接続され、排出口２７ｂは、伝搬路１５の－Ｘ側の短辺の近傍において空洞２７の－Ｘ側端に接続されている。なお、導入口２７ａおよび排出口２７ｂの位置は以上の構成に限定されない。

【0036】

導入口２７ａおよび排出口２７ｂにはそれぞれ導入路２８ａおよび排出路２８ｂが接続される。導入路２８ａおよび排出路２８ｂは、例えば送液継手であり、チューブ２９ａおよび２９ｂが接続される。矢印５０ａのように、チューブ２９ａから導入路２８ａに検出対象の液体が導入され、液体は導入路２８ａ、導入口２７ａおよび空洞２７を介し感応膜２４の上面に供給される。感応膜２４は液体に暴露（浸漬）される。物質等を検出後の液体は空洞２７、排出口２７ｂおよび排出路２８ｂを介し矢印５０ｂにチューブ２９ｂに排出される。導入口２７ａおよび導入路２８ａ、排出口２７ｂおよび排出路２８ｂは、複数設けられていてもよい。

【0037】

金属層２０ａをグランド電位とし、金属層２０ｂに高周波信号を加えると、ＩＤＴ１６ａは基板１０の表面付近に弾性表面波を励振する。弾性表面波は伝搬路１５における基板１０の表面付近を伝搬しＩＤＴ１６ｂに達する。ＩＤＴ１６ｂでは、弾性表面波により、グランド電位の金属層２０ｃに対し金属層２０ｄに高周波信号が出力される。

【0038】

感応膜２４に液体内の物質等が吸着すると感応膜２４が重くなる。これにより、伝搬路１５に付加される質量が大きくなり、伝搬路１５を伝搬する弾性表面波の速度が遅くなる。このため、ＩＤＴ１６ａの送信する高周波信号とＩＤＴ１６ｂから受信する高周波信号との位相差の変化から弾性表面波の速度の変化を検出できる。これにより、液体内の物質等を検出できる。このように、基板１０の上面に設けられた、ＩＤＴ１６ａ、１６ｂおよび伝搬路１５は、液体に関する情報を検出する検出素子２１として機能する。

【0039】

基板１０の平面形状は略矩形であり、基板１０の±Ｙ側の側面（２つの長辺側の側面）は、上面との角度θが鈍角である傾斜面１１であり、基板１０の±Ｘ側の側面（短辺側の側面）は、基板１０の上面に対し垂直な垂直面１１ａである。傾斜面１１は、基板１０の上面となす角度θが鈍角である。垂直面１１ａは、基板１０の上面となす角度がほぼ９０°である。金属層２０ａ～２０ｄは、傾斜面１１に設けられている。なお、基板１０の±Ｘ側の側面は基板１０の上面に対し傾斜してもよい。基板１０の側面は、一般には、ダイシングブレードを用い形成される。意図的に傾斜面１１とする側面以外の側面は、基板１０を切断するダイシングブレードの形状により決定される。

【0040】

基板１０は、実質的に６面体であり、平面視で対向する２つの側辺の一端から他端まで設けられた傾斜面１１（テーパ面）と、傾斜面１１の間の平坦面である上面と、を有する。上面には、検出素子２１用の第１領域と、第１領域の周囲で、上面に延在する配線１８用の第２領域と、傾斜面１１に設けられ外部と接続される接続電極（金属層２０ａ～２０ｄ）用の第３領域と、を有する。第１領域に設けられた検出素子２１内の電極（ＩＤＴ１６ａおよび１６ｂ）と、第２領域に設けられた配線１８と、第３領域に設けられ配線１８を介し電極と電気的に接続する金属層２０ａ～２０ｄと、を有する導電パターンが設けられている。

【0041】

基板１０は、例えば圧電基板であり、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）基板、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）基板または水晶基板であり、例えば、単結晶回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板または単結晶回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板である。

【0042】

金属膜１７は、例えばアルミニウム、銅およびモリブデンの少なくとも１つの金属を主成分とする。配線１８、金属層２０および金属膜２２は、例えば金、銅およびアルミニウムを主成分とする。配線１８および金属膜２２と金属膜１７とは、同時に形成され、互いに同じ材料からなってもよい。

【0043】

感応膜２４は、例えば、金属膜２２にリンカー等の接続部により接続された抗体である。抗体は、液体内の特定の抗原（例えばウィルスまたは細菌等のうち抗体が結合する蛋白質、またはそれ以外の蛋白質自体）と結合する。

【0044】

流体チップ２６は、例えばポリジメチルシロキサン等の樹脂、シリコン基板、ガラス基板または金属等からなる。導入路２８ａおよび排出路２８ｂは例えば樹脂等からなる。

【0045】

図４（ａ）は、実施例１におけるセンサモジュールの平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【0046】

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、実装基板３０上にセンサ１００が装着されている。実装基板３０上には導電ピン３６ａ～３６ｄが固定されている。導電ピン３６ａおよび３６ｃ（第１導電部材）は、センサ１００の基板１０の＋Ｙ側（図４（ａ）における上側）の長辺に相当する第１側面における傾斜面１１（第１傾斜面）に設けられた金属層２０ａおよび２０ｃ（第１金属層）に当接している。導電ピン３６ｂおよび３６ｄ（第２導電部材）は、センサ１００の基板１０の－Ｙ側（図４（ａ）における下側）の長辺に相当する第２側面における傾斜面１１（第２傾斜面）に設けられた金属層２０ｂおよび２０ｄ（第２金属層）に当接している。導電ピン３６ａ～３６ｄは、ピン部３７ａおよびコネクタ部３７ｂを備えている。コネクタ部３７ｂは固定部材３４により実装基板３０に固定される。ピン部３７ａの先端はセンサ１００の外側から傾斜面１１に設けられた金属層２０ａ～２０ｄにそれぞれ機械的に当接する。そして導電ピン３６ａ～３６ｄは、図４（ａ）の左側（－Ｘ側）に示すように、配線３２を介し端子３８に電気的に接続されている。

【0047】

端子３８は、実装基板３０とは別に設けられたマザーボートのコネクタ端子に差し込まれ、センサモジュール１２０を駆動する回路と接続される。その回路は、例えば液体内の物質等を検出する回路である。なお、液体内の物質等を検出する回路は、実装基板３０に設けられていてもよい。

【0048】

実装基板３０は、樹脂またはセラミックス等の絶縁基板である。導電ピン３６ａ～３６ｄは、例えばスプリングピン（可動式導電部材）または固定ピン（固定型導電部材）である。スプリングピンは、内部にバネが装着されている。ピン部３７ａの先端を、コネクタ部３７ｂの方に押圧すると、ピン部３７ａはコネクタ部３７ｂの方に移動する。このとき、スプリングを設けることで、ピン部３７ａの先端は矢印５１ａの方向に力が働き、金属層２０ｃに機械的に押圧される。これにより、ピン部３７ａの先端は金属層２０ｃに電気的に接続される。固定ピンは、剛体であり伸縮しない。固定部材３４は、例えばはんだである。配線３２および端子３８は、例えば銅、金またはアルミニウム等を主成分とする金属層である。

【0049】

図４（ｂ）の矢印５１ａのように、導電ピン３６ａ～３６ｄの先端（すなわちピン部３７ａの先端）は、センサ１００の外側から内側の方向に力が働いている。これにより、導電ピン３６ａ～３６ｄの先端は金属層２０ａ～２０ｄを矢印５１ａの方向にそれぞれ押し付け、導電ピン３６ａ～３６ｄと金属層２０ａ～２０ｄとのが電気的に接続される。さらに、金属層２０ａ～２０ｄは傾斜面１１に設けられている。このため、矢印５１ｂのように傾斜面１１を下方向に押し当てる力が加わる。これにより、センサ１００は実装基板３０に押し当てられ、機械的に固定される。

【0050】

図４（ａ）の上側（＋Ｙ側）の導電ピン３６ａおよび３６ｃ、または下側（－Ｙ側）の導電ピン３６ｂおよび３６ｄを可動しない固定ピンとし、他方をスプリングピンとしてもよい。この構造にすることで、図１（ｃ）において説明したように、センサ１００を実装基板３０から容易に脱着することができる。

【0051】

センサ１００を実装基板３０に装着する方法を説明する。例えば導電ピン３６ａおよび３６ｃは、固定ピンであり、かつ実装基板３０に固定されている。導電ピン３６ｂおよび３６ｄは、実装基板３０に固定されず、全体が実装基板３０に対し図４（ａ）の紙面における上下（±Ｙ方向）に移動可能とする。または、導電ピン３６ｂおよび３６ｄはスプリングピンである。すなわち、導電ピン３６ｂおよび３６ｄのコネクタ部３７ｂは、ハンダ等で実装基板３０に固定されており、ピン部３７ａは、バネを介してコネクタ部３７ｂに取り付けられており、実装基板３０に対し±Ｙ方向に移動が可能となっている。このように、導電ピン３６ａおよび３６ｂの先端は、実装基板３０に対し固定されている。導電ピン３６ｂおよび３６ｄの先端は、実装基板３０に対し移動可能である。

【0052】

まず、センサ１００の上側（＋Ｙ側）の金属層２０ａおよび２０ｃを導電ピン３６ａおよび３６ｃのピン部３７ａの先端に押し当て、その後に、導電ピン３６ｂおよび３６ｄのピン部３７ａを、実装基板３０に対し紙面における上側（＋Ｙ側）に移動させ、導電ピン３６ｂおよび３６ｄのピン部３７ａの先端を金属層２０ｂおよび２０ｄに押し当てる。これにより、導電ピン３６ｂおよび３６ｄの先端は金属層２０ｂおよび２０ｄに機械的に当接され、導電ピン３６ｂおよび３６ｄと金属層２０ｂおよび２０ｄとは電気的に接続される。

【0053】

また、導電ピン３６ｂおよび３６ｄの先端を、実装基板３０に対し下側（－Ｙ側）に移動させれば、センサ１００の取り外しが可能となる。図４（ａ）および図４（ｂ）において、導電ピン３６ａおよび３６ｃと導電ピン３６ｂおよび３６ｄから基板１０に加わる力の方向は、センサ１００の２つの短辺の延伸方向（Ｙ方向）である。基板１０に短辺の延伸方向（Ｙ方向）に力を加えることで、基板１０に長辺の延伸方向（Ｘ方向）に力を加えるよりも、基板１０の反り等を抑制できる。

【0054】

感応膜２４が液体に触れると感応膜２４に液体が残存しやすい。また、センサ１００が液体を感応膜２４に案内する流体チップ２６（案内路）を有する場合、流体チップ２６の空洞２７に液体が残存しやすい。このため、センサ１００が実装された実装基板３０からセンサ１００を頻繁に交換することになる。特に、感応膜２４が抗体を含む場合、抗原を抗体から脱離させることが難しく、１回の測定でセンサ１００を交換することになる。

【0055】

実施例１によれば、検出素子２１と電気的に接続された金属層２０ａ～２０ｄは、傾斜面１１に設けられている。導電ピン３６ａ～３６ｄ（導電部材）の先端は、センサ１００の外側からセンサ１００の金属層２０ａ～２０ｄの方向に向かって金属層２０ａ～２０ｄに当接し、センサ１００を脱着可能とする。これにより、センサ１００と実装基板３０とを電気的に接続可能とすると同時に、センサ１００は実装基板３０に簡単に脱着可能となる。さらに、図４（ｂ）の矢印５１ｂのように、センサ１００を実装基板３０に押し当てることができるため、安定した測定が可能である。

【0056】

センサ１００を実装基板３０に押し当てるためには、傾斜面１１と基板１０の上面とのなす角度θは、１００°以上かつ１７０°以下が好ましく、１１０°以上かつ１６０°以下がより好ましく、１２０°以上かつ１５０°以下がさらに好ましい。基板１０の厚さは、導電ピン３６ａ～３６ｄが金属層２０ａ～２０ｄにそれぞれ押し当てやすいように、例えば３００μｍ～５００μｍである。金属層２０ａ～２０ｄに導電ピン３６ａ～３６ｄがそれぞれ押し当てられたときに、金属層２０ａ～２０ｄが剥がれないように、金属層２０ａ～２０ｄの厚さは０．５μｍ以上が好ましい。

【0057】

［実施例１の変形例１］
図５は、実施例１の変形例１におけるセンサ１０２の平面図である。２対の金属層２０ａ～２０ｄが、基板１０の平面形状におけるいずれか一方の長辺に設けられている。図５では、下側（－Ｙ側）の長辺に傾斜面１１が設けられる。４つの金属層２０ａ～２０ｄが下側（－Ｙ側）の長辺の傾斜面１１に設けられている。配線１８は、右のＩＤＴ１６ａおよび左のＩＤＴ１６ｂの電極指１２ａおよび１２ｂと金属層２０ａ～２０ｄとを電気的に接続し、ＩＤＴ１６ａおよび１６ｂを金属層２０ａ～２０ｂに再配置する。この場合、基板１０の上側（＋Ｙ側）の長辺は傾斜面の加工が施されてなく垂直面１１ａである。よって、基板１０の＋Ｙ側に設けられた垂直面１１ａを固定部材３５（図６参照）の垂直面にしっかりと当接でき、かつ導電ピン３６ａ～３６ｄの全てのピン部３７ａの先端を基板１０の－Ｙ側に設けられた傾斜面１１の金属層２０ａ～２０ｄにそれぞれ当接できる。この当接作業は、実施例１のように導電ピン３６ａ～３６ｄを基板１０両側の傾斜面１１に当てるよりも簡単である。

【0058】

図６は、実施例１の変形例１におけるセンサモジュールの断面図であり、図５のセンサ１０２を、固定部材３５を使って実装基板３０取り付けた図である。固定部材３５は、実装基板３０に接着剤または半田などで固定されている。一方、導電ピン３６ａ～３６ｄ全体が、実装基板３０に対し移動が可能である。あるいは、導電ピン３６ａ～３６ｄはスプリングピンである。導電ピン３６ａ～３６ｄの機構は図４（ａ）および図４（ｂ）と同じである。センサ１０２の基板１０の垂直面１１ａを固定部材３５に当接させ、導電ピン３６ａ～３６ｄのピン部３７ａの先端を金属層２０ａ～２０ｄにそれぞれ当接させるように、導電ピン３６ａ～３６ｄ自体または導電ピン３６ａ～３６ｄのピン部３７ａを動かすことで、センサ１０２の実装基板３０への機械的な固定と、センサ１０２と実装基板３０との電気的接続と、が可能となる。

【0059】

［実施例１の変形例２］
図７は、実施例１の変形例２におけるセンサ１０４の平面図である。図７の基板１０の平面形状における下側（－Ｙ側）と上側（＋Ｙ側）の長辺に傾斜面１１が設けられたセンサ１０４である。図４（ａ）および図４（ｂ）のように導電ピン３６ａ～３６ｄを傾斜面１１に当接させるため、２つの長辺には、図４（ｂ）と同様に、矢印５１ｂの力を発生させて、センサ１０４を実装基板３０に固定できる。その他の構成は実施例１の変形例１と同じであり説明を省略する。

【0060】

図５から図７の実施例１の変形例１および２のように、金属層２０ａ～２０ｄが設けられた傾斜面１１は、基板１０の１つの側面に設けられていてもよい。この場合、図６のように、センサ１０２を実装基板３０に押し付ける力は、１つの傾斜面１１にのみ生じる。このため、センサ１０２を実装基板３０に押し付ける力が小さい。

【0061】

そこで、実施例１の図４（ｂ）のように、対向する２つの傾斜面１１において、センサ１００を実装基板３０に押し当てる力が生じる。よって、図６の構造に比べて、センサ１００を実装基板３０により大きな力で押し当てることができる。

【0062】

［実施例１の変形例３］
図８は、実施例１の変形例３におけるセンサ１０６の平面図である。センサ１０６では、基板１０の２つの短辺側（±Ｘ側）の側面は傾斜面１１であり、長辺側（±Ｙ側）の側面は垂直面１１ａである。図８に示すように、左側（－Ｘ側）の２つの配線１８は、バスバー１３ａおよび３０ｂの延伸方向（Ｘ方向）に対し傾斜角を有し延在する。左側（＋Ｘ側）の傾斜面１１に金属層２０ａおよび２０ｂが設けられている。右側（＋Ｘ側）の２つの配線１８は、バスバー１３ａおよび１３ｂの延伸方向（Ｘ方向）と傾斜角を有し延在し、右側（＋Ｘ側）の傾斜面１１に金属層２０ｃ、２０ｄが設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0063】

実施例１およびその変形例では、ＩＤＴ１６ａにおいて励振された弾性表面波は、矢印５３ａおよび５３ｂのように、＋Ｘ方向と－Ｘ方向に伝搬する。仮に、領域１５ａを左側（－Ｘ側）の短辺における側面に延長した部分に金属層が設けられ、領域１５ｂを右側（＋Ｙ側）の短辺における側面に延長した部分に金属層が設けられているとする。この場合、矢印５３ｂのように伝搬した弾性表面波は金属層により反射し、矢印５３ｃのようにＩＤＴ１６ａに戻り、伝搬路１５を伝搬してしまう。金属層により反射した弾性表面波がＩＤＴ１６ｂに到達すると、ノイズが増加し、検出素子２１の感度が低下してしまう。全ての実施例は、この弾性波の主伝搬領域を回避して設けられている。

【0064】

金属層２０ａ～２０ｄは、電極指１２ａおよび１２ｂが配列する方向に設けられていない。これにより、矢印５３ｃの弾性表面波の反射を抑制でき、検出素子２１の感度を向上できる。

【0065】

［実施例１の変形例４］
図９（ａ）および図９（ｂ）は、図８のＡ－Ａ断面図およびＢ－Ｂ断面図に相当する。変形例４におけるセンサ１０８では、傾斜面１１は凹凸面である。図８の変形例３と同様に、基板１０の長辺側（±Ｙ側）の側面には金属層は設けられていない。また、図９（ｂ）のように、領域１５ａおよび１５ｂ（図８参照）の±Ｙ方向の外側の長辺方向（Ｘ方向）の傾斜面１１に金属層２０ａおよび２０ｃが設けられている。さらに、図９（ａ）のように、金属層２０ａ～２０ｄは、電極指１２ａおよび１２ｂが配列する領域１５ａおよび１５ｂ（ＩＤＴ１６ａおよび１６ｂ）のＸ方向における延長領域に設けられていない。これにより、矢印５３ｃの弾性表面波の反射を抑制でき、検出素子２１の感度を向上できる。その他の構成は実施例１の変形例３と同じであり説明を省略する。

【0066】

実施例１の変形例４では、傾斜面１１が凹凸面である。これにより、図９（ｂ）のように、アンカー効果により、金属層２０ａ～２０ｄと傾斜面１１との密着性が向上する。よって、導電ピン３６ａ～３６ｄの先端が金属層２０ａ～２０ｄを押圧した場合にも金属層２０ａ～２０ｄが傾斜面１１から剥離することを抑制できる。傾斜面１１の凹凸面は、例えば、基板１０をダイシングブレードを用い切断する場合、またはレーザ光を基板１０にパルス照射することにより基板１０を切断する場合に発生する切断面の凹凸である。さらに、基板１０をエッチングすることにより傾斜面１１を形成する場合にも傾斜面１１に凹凸を形成することが可能である。金属層２０ａ～２０ｄに導電ピン３６ａ～３６ｄを機械的に当接させるとき、傾斜面１１の凹凸により、金属層２０ａ～２０ｄと基板１０との密着性を向上させることができる。

【0067】

[実施例１の変形例５]
図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例１の変形例５におけるセンサ１１０の断面図であり、それぞれ図１のＡ－Ａ断面およびＢ－Ｂ断面に相当する。

【0068】

図１０（ａ）および９（ｂ）に示すように、実施例１の変形例５を示す。このセンサ１１０では、基板１０は、支持基板１０ａと支持基板１０ａ上に設けられた圧電層１０ｂとを備えている。支持基板１０ａは、例えばサファイア基板、アルミナ基板、石英基板、水晶基板、スピネル基板、ＳｉＣ基板またはシリコン基板である。圧電層１０ｂは、例えばタンタル酸リチウム基板、ニオブ酸リチウム基板または水晶基板である。支持基板１０ａと圧電層１０ｂとの間に、酸化シリコン膜または酸化アルミニウム膜等の絶縁膜が設けられていてもよい。なお、傾斜面１１および金属層２０ａ～２０ｄは、基板１０の長辺側（±Ｙ側）に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【実施例0069】

実施例２は、検出素子として、弾性表面波共振器を用いる例である。図１１は、センサ１１２の平面図、図１２（ａ）および図１２（ｂ）はそれぞれ図１１のＡ－Ａ断面図およびＢ－Ｂ断面図である。図１１では、金属膜２２および感応膜２４を破線で示し、空洞２７、導入口２７ａおよび排出口２７ｂを実線で示している。流体チップ２６、導入路２８ａおよび排出路２８ｂの図示を省略している。

【0070】

図１１から図１２（ｂ）に示すように、実施例２のセンサ１１２では、図２から図３（ａ）に示したＩＤＴ１６ａ、１６ｂおよび伝搬路１５の代わりに検出素子として弾性表面波共振器２１ａが設けられている。弾性表面波共振器２１ａは、基板１０上に設けられたＩＤＴ１６および反射器１９を有している。ＩＤＴ１６および反射器１９は金属膜１７により形成されている。

【0071】

ＩＤＴ１６は櫛型電極１４ａおよび１４ｂを有する。櫛型電極１４ａは、複数の電極指１２ａおよびバスバー１３ａを有する。Ｘ方向から見て電極指１２ａと１２ｂが重なる領域は、領域１５ａとして示す。ＩＤＴ１６の構成は、実施例１のＩＤＴ１６ａおよび１６ｂと同じである。ＩＤＴ１６のＸ方向の両側に反射器１９が形成されている。領域１５ａにおいてＩＤＴ１６が励振した弾性表面波は主にＸ方向に伝搬し、反射器１９は弾性波を反射する。電極指１２ａのピッチおよび電極指１２ｂのピッチをλとする。λは、ＩＤＴ１６が励振する弾性表面波の波長に相当する。λは複数の電極指１２ａおよび１２ｂのピッチＤの２倍である。なお、λはピッチＤの２倍以外の場合もある。

【0072】

基板１０上に、ＩＤＴ１６および反射器１９を覆うように絶縁膜２５が設けられている。絶縁膜２５上に、領域１５ａと重なるように金属膜２２が設けられている。絶縁膜２５上に、金属膜２２を覆うように感応膜２４が設けられている。ＩＤＴ１６のバスバー１３ａおよび１３ｂは配線１８を介し金属層２０ａおよび２０ｂにそれぞれ電気的に接続されている。

【0073】

感応膜２４に液体内の物質等が吸着すると感応膜２４が重くなる。これにより、ＩＤＴ１６に付加される質量が大きくなり、弾性表面波共振器２１ａの共振周波数が低くなる。弾性表面波共振器２１ａの共振周波数の変化を検出することで、液体に関する情報を検出することができる。

【0074】

基板１０、金属膜１７、２２、金属層２０ａ、２０ｂ、感応膜２４、流体チップ２６、導入路２８ａおよび排出路２８ｂの材料は実施例１と同じである。絶縁膜２５は、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜である。

【0075】

［実施例２の変形例１］
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、実施例２の変形例１におけるセンサ１１４の断面図であり、それぞれ図１１のＡ－Ａ断面およびＢ－Ｂ断面に相当する。

【0076】

図１３（ａ）および１２（ｂ）に示すように、実施例２の変形例１のセンサ１１４では、実施例１の変形例５の図１０（ａ）および図１０（ｂ）と同様に、基板１０は、支持基板１０ａと支持基板１０ａ上に設けられた圧電層１０ｂとを備えている。圧電層１０ｂ上にＩＤＴ１６（センシング電極）が設けられ、ＩＤＴ１６上に感応膜２４が設けられている。支持基板１０ａおよび圧電層１０ｂの材料は実施例１の変形例５と同じである。その他の構成は実施例２と同じであり説明を省略する。