JPH07108287B2 - ディスポーザブル血圧トランスデューサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は医療用の圧力トランスデューサに関し、特に使
い捨ての臨床用観血式血圧トランスデューサに関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の使い捨ての臨床用観血式血圧トランスデ
ューサ（以下、ディスポーザブル血圧トランスデューサ
と称す）は、絶縁基板の第一の面にダイアフラムを有す
る半導体圧力センサが接着され且つその同じ面に温度補
償回路が形成され、またこの絶縁基板の第二面の側に
は、ダイアフラムに対向する位置に形成した絶縁基板の
穴に連通する第一の流路およびこの第一の流路に連通す
る第二の流路を有するハウジングを接着した構造になっ
ている。

一方、従来のかかるディスポーザブル血圧トランスデュ
ーサの製造方法は、絶縁基板の第一面に半導体圧力セン
サを接着する工程と、前記絶縁基板の同じ面に温度補償
回路を形成する工程と、ハウジングを前記絶縁基板の第
二面に接着する工程と、前記絶縁基板基板の穴に連通す
るハウジングの第一の流路にシリコンゲルを充填する工
程と、前記絶縁基板の第一面に形成した温度補償回路の
抵抗を調整する工程とを有している。

上述したディスポーザブル血圧トランスデューサおよび
かかる製法の一例としては、米国特許4,576,181等にお
いて周知である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のディスポーザブル血圧トランズデューサ
は、半導体圧力センサに接着されている面および温度補
償回路を形成している面が同一面であるため、絶縁基板
の寸法が大きくなるという欠点がある。すなわち、絶縁
基板としては通常圧膜印刷用の96％アルミナ基板が用い
られるが、半導体圧力センサのダイがマウントされる面
に対して同一面上で平面的に温度補償回路を構成する抵
抗パタンや導体パタンが厚膜印刷法により形成されるた
め、絶縁基板の大きさを小さくできないという欠点があ
る。上述したディスポーサブル血圧トランスデューサ
は、患者の腕に固定して使われることも多く、大きさを
小さくすることが望まれても、十分に対応できないのが
実状である。

また、従来のディスポーザブル血圧トランスデューサに
おける温度補償回路は、上述したように厚膜印刷法によ
り通常形成され、レーザトリミング法により厚膜印刷抵
抗を調整することにより、ディスポーザブル血圧トラン
スデューサのオフセット電圧やオフセット電圧温度特性
の調整及び圧力感度の校正が行なわれる。しかしなが
ら、従来のディスポーザブル血圧トランスデューサは、
半導体圧力センサのダイが接着されている面および温度
補償回路を形成している面が同一面であるため、厚膜印
刷抵抗をレーザトリミングする際に抵抗体の昇華物やガ
ス状の粉砕物が、半導体圧力センサのダイを汚染しやす
く、歩留りの低下および信頼性の低下の原因になるとい
う欠点がある。すなわち、半導体圧力センサのダイは通
常チップカバーで覆われているが、ダイのチップカバー
側を大気に開放するため、チップカバーは完全に密閉構
造となっていない。従って、上述した抵抗トリミングの
昇華物やガス状の粉砕物の侵入を防ぐことができない。
更に、半導体圧力センサのダイの表面には、通常シリコ
ン系ゲル状ポッティング材を塗布してダイの表面を保護
しているが、酸化ルテニウムやガラス等の成分からなる
厚膜印刷抵抗材料の粉砕物の混入が避けられず、これは
半導体圧力センサの半導体特性の劣化の原因となり、歩
留りの低下や信頼性の低下を防ぐことができない。

また、上述した従来のディスポーザブル血圧トランスデ
ューサの製造方法においては、ハウジングを絶縁基板の
第二面に接着した後、絶縁基板の第一面に形成した温度
補償回路の抵抗パタンをレーザトリミング法により抵抗
調整している。このため、レーザトリミングする際にハ
ウジングの取付けられた複雑な形状の試料をレーザトリ
ミング装置の台に固定しなくてはならない。また、レー
ザトリミングの作業はハウジングのついた複雑な形状の
資料を１個づつ台に取り付け及び取りはずしを行なわな
ければならない。

従って、従来の製法は作業性が悪く、安価に生産できな
いという欠点を有している。

本発明の目的は、かかる絶縁基板の素子搭載面を有効利
用して小さくし且つトリミング汚染の影響を極力抑えて
半導体圧力センサの信頼性および歩留りを向上させると
ともに、作業性の良い安価なディスポーザブル血圧トラ
ンスデューサ及びその製造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のディスポーザブル血圧トランスデューサは、一
端をカテーテルに結合しうるように形成するとともに液
体を充填して第一の流路を形成し且つ流量の調節機構を
備えた導管と、第一面にダイアフラムを有する半導体圧
力センサを固着し且つ前記導管に近い第二面に温度補償
回路を形成するとともに前記ダイアフラムに対向する位
置に穴を形成した絶縁基板と、前記絶縁基板の前記第二
面に固着され且つ前記絶縁基板の穴に連通する穴を形成
し前記導管の前記第一の流路につづく第二の流路を形成
する成型体と、前記導管に一体的に形成され前記成型体
を嵌合するとともに前記絶縁基板および前記半導体圧力
センサを覆うハウジングとを有し、前記第一の流路およ
び前記第二の流路を連通させ、前記カテーテルおよび前
記導管を介して伝達された前記液体への圧力を前記半導
体圧力センサに伝達するように構成される。

また、本発明のディスポーザブル血圧トランスデューサ
の製造方法は、第一面に導体パターンおよび半田パッド
を厚膜印刷法により形成し、前記第一面とは反対の第二
面に厚膜印刷抵抗を含む温度補償回路を厚膜印刷法によ
り形成するとともに、中心部に貫通穴をあけた絶縁基板
の前記第一面に、前記貫通穴とダイアフラム空間とで圧
力室を形成するように半導体圧力センサをマウントする
工程と、前記半導体圧力センサおよび前記絶縁基板の前
記第一面の前記パッド間をボンディング接続する工程
と、中心に穴部を形成した成型体を前記絶縁基板の前記
第二面に、前記成型体の穴部と前記絶縁基板の前記貫通
穴との中心が一致するように接着する工程と、前記成型
体の穴部と前記絶縁基板の前記貫通穴および前記半導体
圧力センサの前記ダイアフラム空間とにシリコンゲルを
充填する工程と、前記絶縁基板の前記第二面に形成した
前記温度補償回路の前記厚膜印刷抵抗の抵抗値を調整す
る工程と、一部分を切欠くとともに、前記絶縁基板に対
するハウジングを一体化して備えた液体の流路を形成す
るための導管に前記絶縁基板と固着された前記成型体を
嵌合し接着する工程とを含んで構成される。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示すディスポーザブル血圧
トランスデューサの斜視図である。

第１図に示すように、本実施例は、患者の血管に挿入さ
れたカテーテル（図示省略）を導管１に接続し、カテー
テル及び導管１を満たされた生理食塩水等の薬液に血圧
脈動を置換し且つ固定のためのつばさ部2Aを有するハウ
ジング２の内部に設置されている半導体圧力センサのダ
イに伝達することにより、血圧脈動を知るものである。
この導管１に接続されたフラッシュ装置３は生理食塩水
等の薬液の流量の調節を行ない、ボタン４を押すことに
より流量を増やすことができる。上述したハウジング２
と一体に形成されるプラスチックの導管１の両端はルア
ロック型の接続機構になっており、カテーテルのチュー
ブや薬液のチューブが容易に接続できるようになってい
る。ここでは、一方の端にルアロックのメネジ５をとり
つけ、他方の端にルアロックのオネジ６を設けている。
また、導管１には三方活栓７が接続されており、薬液の
流路を変えられるようになっている。尚、電線８はハウ
ジング２の内部に設けた半導体圧力センサ等との電気的
接続をなす配線である。

第２図は第１図に示す血圧トランスデューサの分解組立
図である。

第２図に示すように、かかる血圧トランスデューサは、
ハウジング２と一体に形成される導管１の一端にキャピ
ラリ16およびゴム管17が取り付けられ、このゴム管17等
で構成されるフラッシュ装置３がヒンジ18を介して取り
付けられる。また、このフラッシュ装置３はルアロック
型のオネジ６を有する側板19により導管１の一端に固定
される。更に、導管１の他端は、第１図で説明したよう
に、ルアロック型のメネジ５および三方活栓７が取り付
けられる。

一方、ハウジング２と一体形成された導管１の下部に
は、穴10を形成したアルミナ基板９の上面に固着された
成型体13が嵌合される。この成型体13にも、アルミナ基
板９の穴10に対応する位置に円柱状の穴14が形成されて
いる。また、アルミナ基板９は成型体13をよけるための
穴を形成したカバー紙15を介して導管１に接触する。
尚、アルミナ基板９の上面に形成される温度補償回路に
ついては、ここでは省略している。更に、アルミナ基板
９の下面には、半導体圧力センサ11が固着され、カバー
12により保護している。

これら半導体圧力センサ11および成型体13を固着したア
ルミナ基板９は底板21を有するセンサ収容部20に配置さ
れ、このセンサ収容部20はハウジング２に嵌合される。

第３図は第１図におけるＡ−Ａ′線で切断した血圧トラ
ンスデューサの断面図である。

第３図に示すように、ここではかかる血圧トランスデュ
ーサの製造方法について工程順に説明する。

まず、アルミナ基板９の一面に厚膜印刷法により温度補
償回路23を形成する。次に、この温度補償回路23を形成
した96％アルミナ基板９の他の面に半導体圧力センサ11
のダイを接着し、ボンディングワイヤ24により電気的接
続を行ない、シリコンゲル25によりポッティングする。
その上からカバー12を接着する。次に、円柱状の穴14を
形成した成型体13をこの穴14がアルミナ基板９の穴10に
連通するように、アルミナ基板９の上面に接着する。し
かる後、この成型体13の穴14にシリコンゲルを充填す
る。かかるシリコンゲルは粘度が低いため、重力により
自然にアルミナ基板９の穴10やその下方のダイアフラム
22の空間にも充填される。

次に、アルミナ基板９の一面に形成した温度補償回路23
の抵抗をレーザトリミング法により調整する。かかる抵
抗調整を行なってからカバー紙15をアルミナ基板９の上
にかぶせる。しかる後、ハウジング２と一体形成した導
管１に成型体13を嵌合させ、接着する。すなわち、ハウ
ジング２の導管１の一部が成型体13を嵌合するように、
窪んで形成されている。このようにして、導管１内の第
一流路と、成型体13の穴14とアルミナ基板９の穴10及び
その下方のダイアフラム22の空間とにより形成される第
二の流路とが連通される。すなわち、第一の流路から第
二の流路を通って半導体圧力センサ11のダイアフラム22
に近づくにつれて経路が細くなり、わずかな液体圧の変
化をも敏感に伝達させるようにしている。

次に、かかる液体の流量を適正にコントロールするため
に用いられるキャピラリ16と流量を増大調整するための
フラッシュ装置３の部品であるゴム管17および第２図に
示すヒンジ18やボタン４を組立て、接着する。しかる
後、第２図に示す側板19と三方活栓７を接着する。さら
にリード線26をアルミナ基板９のパッドに半田付けし、
電線８として外部に導出する一方、底板21をハウジング
２に接着する。

第４図は第２図および第３図に示す半導体圧力センサの
一部を切欠いた斜視図である。

第４図に示すように、かかる半導体圧力センサ11は、シ
リコン基板27の中央部に点線で示す薄膜のダイアフラム
22を形成し、そのダイアフラム22の周辺に４つの拡散抵
抗28を有している。この拡散抵抗28はアルミ配線30によ
りホイートストンブリッジ回路を形成し、アルミパッド
29にそれぞれ接続される。このダイアフラム22に圧力が
加わると、ピエゾ抵抗効果によって拡散抵抗28の値が増
減することを利用し、ホイートストンブリッジ回路の出
力により圧力を判定することができる。このようにして
形成された半導体圧力センサ11のダイ（シリコン基板2
7）は第３図に示すアルミナ基板９にシリコン系のゴム
弾性状接着剤で接着される。それはシリコン基板27とア
ルミナ基板９との熱膨張により応力の影響を避けるため
である。この半導体圧力センサ11の裏面側は凹部を形成
しており、その凹部および穴10を介し、導管１に満たさ
れた薬液の圧力が伝達されるようになっている。但し、
前述したように、薬液が直接ダイアフラム22に触れない
ようにするため、成型体13の穴14にはシリコンのゲル状
物質（図示省略）が充填されている。

また、かかる半導体圧力センサ11のアルミパッド29は第
３図に示すボンディングワイヤ24によりアルミナ基板９
のステッチランドへボンディング接続され、電気的接続
がなされる。この半導体圧力センサ11の回路形成面
（上）側はボンディングワイヤ24の保護及び回路形成面
の保護のために、第３図に示すシリコンのゲル状物質24
でポッティングされる。更に、この半導体圧力センサ11
は不透明のカバー12でおおわれ、半導体圧力センサ11に
対する光の影響を防止している。

第５図は第１図に示す血圧トランスデューサおよび第４
図に示す半導体圧力センサの回路図である。

第５図に示すように、かかる血圧トランスデューサ回路
32は、抵抗素子R₁〜R₄で構成されるセンサ回路31に抵抗
素子R_A〜R_Dを接続して構成される。これらの抵抗素子
R_A,R_Bの抵抗値の大きさを調整することによって圧力感
度を調整し、また抵抗素子R_C,R_Dの抵抗値の大きさを調
整することによってオフセット電圧及びオフセット電圧
温度特性の低減を計っている。尚、センサ回路31を構成
する抵抗素子R₁〜R₄は第４図における拡散抵抗28のそれ
ぞれを表わしており、このセンサ回路31に近い端子は第
４図におけるアルミパッド29を表わしている。

第６図（ａ），（ｂ）はそれぞれ第２図あるいは第３図
に示すアルミナ基板の半導体圧力センサ搭載面の厚膜印
刷パタン図および成型体搭載面の厚膜印刷パタン図であ
る。

第６図（ａ），（ｂ）に示すように、アルミナ基板９に
は、半田パッド33,スルーホール34,導体パタン35および
前述したステッチランド36等が厚膜印刷法により形成さ
れている。尚、10は前述した基板穴である。第４図で説
明した半導体圧力センサ11は、このアルミナ基板９の上
面にダイアフラム22と基板穴10とが対向するように搭載
される。そして、アルミパッド29からステッチランド36
にボンディングワイヤ24が接続される。この電気的接続
は、スルーホール34を通して反対面の導体パタン35等に
接続される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のディスポーザブル血圧ト
ランスデューサは、絶縁基板の第一面にダイアフラムを
有する半導体圧力センサが接着され且つ第二面に温度補
償回路を形成する一方、ダイアフラムに対向する部分に
形成した絶縁基板の穴を通して導管内に充填された薬液
の圧力をダイアフラムに伝達する構成とすることによ
り、小型化でき、しかも精度の高い測定を実現できると
いう効果がある。

まず、温度補償回路の形成面と半導体圧力センサの搭載
面を絶縁基板の裏表にして２層構造とすることにより、
絶縁基板の面積を有効に使用することができ、絶縁基板
の面積を低減することができる。従って、ディスポーザ
ブル血圧トランスデューサ本体の大きさを小型化でき
る。具体的には、絶縁基板の大きさの概略30％減少させ
ることができる。特に、かかるディスポーザブル血圧ト
ランスデューサは患者の腕などに装着される場合もある
ため、より小型で装着のしやすいディスポーザブル血圧
トランスデューサを実現できる。次に、温度補償回路は
絶縁基板上に厚膜印刷法で形成され、レーザトリミング
により抵抗調整されるが、この温度補償回路は半導体圧
力センサが接着されている絶縁基板の面の反対側に形成
されている。従って、レーザトリミングする際に半導体
圧力センサはレーザトリミング装置のステージの下に位
置するので、レーザトリミングにより発生する抵抗体の
昇華物やガス状の粉砕物が半導体圧力センサを汚染する
ことがない。そのためトランスデューサとしての信頼性
の向上および歩留りの向上を計ることができる。

更に、温度補償回路の形成面が生理食塩水等の薬液で満
たされた導管に近い側にあるため、温度補償回路を形成
する抵抗体の温度が、薬液の温度に近くなる。従って、
温度補償の機能を正確に果し易く、より精度の高い血圧
測定を実現できる。

また、本発明のディスポーザブル血圧トランスデューサ
の製造方法は、絶縁基板の第二面に絶縁基板の穴に連通
する穴を形成した成型体を接着し、この成型体の穴にシ
リコーンゲルを充填した後温度補償回路の抵抗値を調整
し、しかる後ハウジングを前記成型体に嵌合および接着
することにより、温度補償回路の抵抗値調整の際にハウ
ジングのような大きな構造体をレーザトリミング装置に
固定する必要がなくなる。すなわち、通常のHIC回路基
板の抵抗調整のように容易にレーザトリミングを行なう
ことができ、生産効率の向上を計ることができ、安価な
ディスポーサブル血圧トランスデューサを供給すること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すディスポーザブル血圧
トランスデューサの斜視図、第２図は第１図に示す血圧
トランスデューサの分解組立図、第３図は第１図におけ
るＡ−Ａ′線断面図、第４図は第２図および第３図に示
す半導体圧力センサの一部を切欠いた斜視図、第５図は
第１図に示す血圧トランスデューサおよび第４図に示す
半導体圧力センサの回路図、第６図（ａ），（ｂ）はそ
れぞれ第２図あるいは第３図に示すアルミナ基板の半導
体圧力センサ搭載面の厚膜印刷パタン図および成型体搭
載面の厚膜印刷パタン図である。 １……導管、２……ハウジング、2A……つばさ部、３…
…フラッシュ装置、４……ボタン、５……ルアロックの
メネジ、６……ルアロックのオネジ、７……三方活栓、
８……電線、９……アルミナ基板、10……穴、11……半
導体圧力センサ、12……カバー、13……成型体、14……
基板穴、15……カバー紙、16……キャピラリ、17……ゴ
ム管、18……ヒンジ、19……側板、20……センサ収容
部、21……底板、22……ダイアフラム、23……温度補償
回路、24……ボンディングワイヤ、25……シリコンゲ
ル、26……リード線、27……シリコン基板、28……拡散
抵抗、29……アルミパッド、30……アルミ配線、31……
センサ回路、32……トランスデューサ回路、33……半田
パッド、34……スルーホール、35……導体パタン、36…
…ステッチランド、37……厚膜印刷抵抗。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端をカテーテルに結合しうるように形成
   するとともに液体を充填して第一の流路を形成し且つ流
   量の調節機構を備えた導管と、第一面にダイアフラムを
   有する半導体圧力センサを固着し且つ前記導管に近い第
   二面に温度補償回路を形成するとともに前記ダイアフラ
   ムに対向する位置に穴を形成した絶縁基板と、前記絶縁
   基板の前記第二面に固着され且つ前記絶縁基板の穴に連
   通する穴を形成し前記導管の前記第一の流路につづく第
   二の流路を形成する成型体と、前記導管に一体的に形成
   され前記成型体を嵌合するとともに前記絶縁基板および
   前記半導体圧力センサを覆うハウジングとを有し、前記
   第一の流路および前記第二の流路を連通させ、前記カテ
   ーテルおよび前記導管を介して伝達された前記液体への
   圧力を前記半導体圧力センサに伝達することにより、血
   圧を測定することを特徴とするディスポーザブル血圧ト
   ランスデューサ。
2. 【請求項２】請求項１記載の絶縁基板に固着された半導
   体圧力センサの一つの面をシリコンゲルでポッティング
   したことを特徴とするディスポーザブル血圧トランスデ
   ューサ。
3. 【請求項３】請求項１記載の絶縁基板に固着された半導
   体圧力センサをカバーで覆うことを特徴とするディスポ
   ーザブル血圧トランスデューサ。
4. 【請求項４】請求項１記載の絶縁基板がアルミナ基板で
   あることを特徴とするディスポーザブル血圧トランスデ
   ューサ。
5. 【請求項５】請求項１記載のディスポーザブル血圧トラ
   ンスデューサにおいて、ダイアフラムに対向する位置に
   形成した絶縁基板の穴および前記穴に対向するダイアフ
   ラムに至る空間並びに成型体の穴により形成される第二
   の流路にシリコンゲルを充填したことを特徴とするディ
   スポーザブル血圧トランスデューサ。
6. 【請求項６】請求項１記載の絶縁基板の一面に形成され
   る温度補償回路を厚膜印刷抵抗により形成したことを特
   徴とするディスポーザブル血圧トランスデューサ。
7. 【請求項７】第一面に導体パターンおよび半田パッドを
   厚膜印刷法により形成し、前記第一面とは反対の第二面
   に厚膜印刷抵抗を含む温度補償回路を厚膜印刷法により
   形成するとともに、中心部に貫通穴をあけた絶縁基板の
   前記第一面に、前記貫通穴とダイアフラム空間とで圧力
   室を形成するように半導体圧力センサをマウントする工
   程と、前記半導体圧力センサおよび前記絶縁基板の前記
   第一面の前記パッド間をボンディング接続する工程と、
   中心に穴部を形成した成型体を前記絶縁基板の前記第二
   面に、前記成型体の穴部と前記絶縁基板の前記貫通穴と
   の中心が一致するように接着する工程と、前記成型体の
   穴部と前記絶縁基板の前記貫通穴および前記半導体圧力
   センサの前記ダイアフラム空間とにシリコンゲルを充填
   する工程と、前記絶縁基板の前記第二面に形成した前記
   温度補償回路の前記厚膜印刷抵抗の抵抗値を調整する工
   程と、一部分を切欠くとともに、前記絶縁基板に対する
   ハウジングを一体化して備えた液体の流路を形成するた
   めの導管に前記絶縁基板と固着された前記成型体を嵌合
   し接着する工程とを含むことを特徴とするディスポーザ
   ブル血圧トランスデューサの製造方法。