JPS6281772A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体のピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力
センサ、特にカテーテルの先端に実装可能な超小型の半
導体圧力センサに関する。

従来技術とその問題点 圧力センサの需要は近年（、）医療用（ｂ）自動車用（
Ｃ）工業計測用などの分野で急速に高まっている。これ
らに対応できる唯一のものとしてピエゾ抵抗効果を利用
したシリコン・ダイアフラム型の圧力センサが注目され
ている。その理由は次の多くの利点または可能性による
。即ち、■大量生産可能■低価格■高精度■高信頼性■
小型軽量■多機能化可能等である。

その中でも最近特に注目されているのが（ａ）医療用と
して、■小型軽量を利用したカテーテル先端型血圧セン
サである。これはＩＣＵ　（集中処置室）などの重症患
者の体内に挿入して心、臓内や１ｆｌＬ管内の局所部位
の血圧を粘密に測定しようとするものである。

第３図にカテーテル先端型血圧センサの一例を示す。（
、）がその断面構造図で、（ｂ）は平面模式図である。

このようなカテーテル（６）は直径が１．５〜２．４・
ｍｍ程度の非常に細長いものでシリコンダイアフラム型
の圧力センサチップ（１）がセラミック基板（２）上に
固定され感圧部たるダイアフラム０３には上部から被測
定圧たる血圧が加わり、下部は空気孔（７）からすイロ
ン製などの伝導用チー−プ（３）を介して大気圧なζ開
放されている。電気的にはチップ（１）上の金属パッド
とボンディングワイヤー（８）によりセラミック基板上
の金属配線（９）とが接線されさらにノ・ンダ付けされ
たリード線θＯにより外部のモニタとつながっテイル。

またボンディングワイヤーなど切断等の破損が心配な部
分は硬質性樹脂（４）、例えばエボギシ樹脂によって補
強され、他の部分は適切な軟度を持たせるために軟質性
樹脂（５）例えばウレタン樹脂により形成されている。

さらに採血及び心拍出量の測定等に用いるルーメン（６
）と呼ばれる穴とそれに付属するポリエチレン製などの
チューブＣ１１）があり、センサチップ（１）のダイア
フラム部α［有］の上も含めて、カテーテルの外壁（６
）はウレタン系樹脂でコーティングされている。

さて、従来一般に用いられている半導体圧力上ンサチノ
ブ（１）の形状は、第２図に示すカテーテル先端の断面
図から明らかなようにダイアフラム部０３の凹みを除く
と直方体である。これは一般の半導体集積回路製造技術
をその一１′ま適用してシリコン・ウェファからのチッ
プの切り出しをダイシング・ソーで行なっているためで
ある。

しかし、このことにより、次の様な問題点が生じてくる
。

（Ｉ）円形断面をもつカテーテルに直方体のセンサチッ
プを装着するのでスペースの有効利用ができない。これ
を細かく言えば、■ダイアフラム面積を大きくできない
、■チップとセラミック基板との接着面積を大きくでき
ない、ということになり■高感度化■特性の安定化に対
応できない。

（ＩＩ）チップの角がカテーテル外壁（６）に鋭角シー
接近しているため、この部分でカテーテル外壁が裂は易
いので■歩留りが低い■安全性に欠ける等の問題がある
。

発明の目的 本発明はカテーテル等の非常に狭い場所に実装して安全
かつ安定に高精度な測定を行なうことができる半導体圧
力センサの構造を提案することを目的とする。

問題点を解決するための手段 カテーテル先端に装着する場合に上記の問題点を解決す
るためには、理想的にはセンサチップの断面形状をセラ
ミック基板と接着する部分を除き円形にすればよいこと
は明らかであるが実際には１、ＯＸ３．ＯＸｏ、４　Ｇ
ｎｍ）程度の非常に小さなセンサチップを円形に加工す
ることは至難であり、まして数μｍから数十μｍ程度の
均一なダイアフラムをその中に作り込むことは不可能に
近い。

以上のことと、現在実用化されている半導体集積回路製
造技術から鑑みて本発明では、センサチップの４つの側
面に角度を持たせることによって上記の問題点を解決し
ている。即ち、研磨技術、エツチング技術の進歩により
、半導体基板時を一シリコン基板の場合には平面もしく
は平面に近い面ならば斜面と称すべき基板の表裏両面と
直角以外の角度をなす面を形成することは比較的容易で
ある。従ってカテーテルの外壁に近接するセンサチップ
の角を鈍角にすることも可能であるし、さらに言えば理
想的には円形にすべき部分を多角形近似することも可能
である。

作用及び実施例 以下、本発明を具体的な実施例に基づき説明する。

第１図は本発明の実施例たる半導体圧力センサをカテー
テルの先端に装着したときの断面図で、第２図に示す従
来技術によるものと同様に、第３図に示すカテーテル先
端型血圧センサとしての実装を想定している。即ち、ダ
イアフラムα■を有するセンサチップ（１）が、空気孔
（７）を有する七ラミック基板（２）に密封固定され、
その内部の圧力はセラミック基板（２）に硬質性樹脂で
密封固定きれたナイロン製などの伝導用チューブ（３）
によって大気圧と等しく保たれており、カテーテル外壁
（６）内部の他の部分には軟質性のウレタン樹脂が満さ
れダイアフラム表面を含む全外壁にもウレタン系樹脂が
コーティングされている。

本実施例における半導体圧力センサチップ（１）はｎ型
の（１００）面を表面とするシリコン単結晶基板を用い
ダイヤフラムはアルカリ系の液による異方性エツチング
によって形成されている。第１図において（ａ）は、セ
ンサチップの上部２つの角の面とりをする様に斜面を形
成したもので（ｂ）は両側面を完全に斜面のみで構成し
、たものである。このとき斜面の形成は研磨でもよいが
異方性エツチングにより、（１００）面の表面と５４，
７°の角度をなす（１，１１）面を利用するのが有力で
ある。

発明の効果 本発明の効果は第１８図と第２図を比較すると明らかな
ように従来技術による半導体圧力センサの問題点を克服
し、高感度の測定を安定に行うことができるカテーテル
先端型の圧カセンザを実現しかつ高歩留りで製造できる
ようにしたことである。

詳細には図に基づいて説明する。第１図の（ａ）、建）
と第２図の３例は、チップを除き全て同一形状材料を用
いている。また３例のチップは全て同一形状のダイアフ
ラムを有している。

図から明らかな様に第１図［有］）、第１図（ａ）第２
図の順にスペースの有効利用がなされている。

まず第２図に比べ第１図の２例の方がセンサチップ（１
）とセラミ、ツク基板（２）の接着面積が大きくとれる
のでダイアフラムに被測定圧以外の歪みが如わる可能性
が少なく、かつ接着の密封も確実に行なえる。

また、カテーテル外壁（６）とセンサチップの角との関
係も本発明によるものの方が余裕があり、かつなめらか
に近接しているためこの部分でカテーテル外壁が裂ける
危険性は少ない。従って製造上歩留り低下の原因にはな
らず、また、使用時に安全上の問題ともならない。

さらに、スペースが有効に活用できる様になったのでダ
イアフラム面積を大きくして高感度化もはかれるし他の
センサのリード線や光ファイバーケーフルヲ通スことも
できるので池の機能のセンサを同一カテーテルに組み込
んだ多機能カテーテルにも対応しやすい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例たる半導体圧力センサをカテ
ーテルの先端に装着したときの断面図で第２図は同じ〈
従来技術による半導体圧力センサを装着したときの断面
図である。 第３図は、カテーテル先端型血圧センサの構造を示す図
で（ａ）は断面図（ｂ）は平面模式図である。 １、　半導体圧力センサ ２　セラミック基板 ３、　大気圧伝達用チー−ブ 屯　硬質性樹脂（ｅｘエボキン） ５、　軟質性樹脂（ｅｘウレタン） ６、　カテーテル外壁 ７、　空気孔 ８、　ボンディングワイヤー ９、　金属配線 １０、　　　リード線 １１、　　ルーメン用チューブ １２、　　ルーメン １３、　　ダイアフラム 代理人　弁理士　上　代　哲　司（与 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体結晶板の中央部に被測定雰囲気により変形するダ
   イアフラムを設け、該ダイアフラム部に感圧素子として
   の拡散抵抗を形成してなる半導体圧力センサにおいて、
   一対の平行な面を形成するセンサチップの表裏両面に対
   してセンサチップの４つの側面の中の少なくとも１つの
   面がそれと垂直に交わる単一な面のみによっては構成さ
   れていないことを特徴とする半導体圧力センサ。