JP2010540114A - 深堀り反応性イオンエッチングで製造されたセンサを組み入れた血管内圧力装置 - Google Patents

Abstract

血管内圧力センサアセンブリが開示されており、これはフォトリソグラフィとＤＲＩＥのソリッドステート装置製造法を用いて部分的に製造される。第1の形態では、センサチップは非長方形の外形を有する。センサチップは、センサハウジングの内壁に実質的に接触する拡大部と、該拡大部よりも狭い片持ち部を有する。非長方形の外形は、フォトリソグラフィをＤＲＩＥ法と組み合わせて用いることによって形成されている。別の形態では、センサチップはハウジングの幅方向に配置されており、ハウジングに必要な長さが小さくしてある。他の形態では、センサチップは、センサチップ上の信号リード線に接続する信号ワイヤを受ける一つ又は複数の切り欠きを有する。センサチップの外形と切り欠きは、フォトリソグラフィをＤＲＩＥ法と組み合わせて用いることによって形成されている。

Description

本発明は、概略、診断医療装置、特に、ガイドワイヤのようなフレキシブルで細長い部材の末端に設けられた圧力センサによって冠状動脈内の問題のある閉塞を特定する診断装置に関する。

過去２０年間、循環器疾患の診断における革新は、外的画像処理から、カテーテル法に基づく内的診断処理へと拡大した。循環器疾患の診断は、血管造影撮影によって行われており、この撮影では、造影剤が血管内に注入され、循環器系における関心部位の生のX線画像が撮られる。しかし、極最近では、カテーテル法で使用されるカテーテル又はガイドワイヤなどのフレキシブルで細長い部材の末端に設けられた超小型センサによって血管閉塞やその他の血管系の病気を診断する診断装置や診断法が開発されてきた。そのような超小型センサ装置の一つが、ガイドワイヤの末端に搭載される圧力センサである。そのような圧力センサの具体的な例が、コール等（米国特許第６，１０６，４７６号）によって提供されている。この血管内圧録センサは、血管内の様々な場所で血圧を測定し、血管内における狭窄の重傷度又は血流撹乱物質の発見及び断定を容易にさせるものである。このような装置は、一般に、狭窄より遠位側に圧力センサを配置し、ガイドカテーテルを通じて従来法で測定された基端側の圧力に対する圧力差を測定することによって、血管形成術の有効性を確認するために使用される。著しい圧力勾配（例えば、３０ｍｍＨｇよりも大きな圧力勾配）は、機能的にみて血管の著しい閉塞を示すものである。

現在採用されている、血管内圧力センサワイヤ用のソリッドステート圧力センサを製造する製造技術は、圧力センサを形作るために機械的のこぎりに頼っている。ところで、公知の機械成形された装置では、ソリッドステート圧力センサチップを加工するうえで、ウェーハを薄くすることが重要な工程である。通常、圧力センサは、シリコン又はガラスの比較的厚い支持ウェーハの表面上又はその近くで組み立てられる。支持ウェーハは、典型的には４００μｍ又はそれよりも大きな厚みを有し、支持ウェーハは頑丈で、自動組立機械を手動操作して又は自動操作によって適している。しかし、製造プロセスの後段において、冠状動脈ガイドワイヤ内に搭載可能な装置を製造するために、ウェーハは１００μｍ又はそれよりも薄くする（出来れば、５０μｍ程に薄くする）必要がある。この薄いウェーハは、取り扱いが難しく、ウェーハを小さな四角形のセンサチップに切断するダイヤモンドソーによるダイシング等の後の処理工程で破損したり損傷したりし易い。

ダイヤモンドソーダイシングを用いた、圧力センサのための公知の組み立てプロセスは、早くて、効率が良く、そのために広く採用されている。しかし、ダイヤモンドソーは、単純な「長方形」装置の外形を作ることができるだけである。

一旦圧力センサがガイドワイヤ又は同様の装置に搭載されると、該センサは、冠状動脈にアクセスすることにより、ガイドワイヤの曲げや種々のガイドワイヤ構成要素の温度膨張差によって生じる外部ストレスに晒される。センサチップの圧力感応部に係る外部ストレスは、望ましくない圧力アーチファクトを生じ得る。圧力センサを含むガイドワイヤは、センサチップの片持ち搭載を容易にするハウジングを含む。この片持ち搭載構造は、周囲のガイドワイヤ構造がチップの圧力感応領域に外部圧力を加えないことを保証する。深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）は、ソリッドステート装置用ウェーハに深くて急勾配（アスペクト比２０：１又はそれ以上）の側面を有する孔やトレンチ形成する高度な異方性エッチングプロセスである。深堀り反応性イオンエッチングはもととも、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）用に開発されたものである。しかし、ＤＲＩＥは、ＤＲＡＭ用高密度キャパシタのトレンチを掘るように、その他の装置を製造するために使用されている。ＤＲＩＥは、９０度（真に垂直）壁を作ることができる。

本発明は、新規な血管内圧力検出装置と、そのような装置を形成するためにＤＲＩＥを用いて該装置を製造する方法に関する。長方形の外形を有し且つ内側に切り欠きを有する小さな圧力センサを形成するためにフォトリソグラフィとＤＲＩＥを用いることにより、冠状動脈ガイドワイヤ圧力測定アセンブリに多数の改良を加えることが容易になる。

血管内圧力センサアセンブリは本願に開示されており、それはＤＲＩＥソリッドステート装置製造プロセスを用いてその一部が製造される。そのアセンブリは、基端と末端を有するフレキシブルで細長い部材（例えば、ガイドワイヤ）を含む。また、そのアセンブリは、フレキシブルな細長い部材の末端に設けられたハウジングと、そのハウジング内に収容されたセンサチップを含む。

上述のように、ＤＲＩＥ製造プロセスを用いることによって、仮に出来たとしても、機械的なのこぎりを用いて製造されたセンサーチップには容易に組み込むことができない数多くの特徴を設けることができる。最初の特徴によれば、センサチップは、長方形以外の外形に作られる。したがって、図示する実施例によれば、センサチップは、ハウジングの内壁にほぼ当接する幅の広い部分と、その幅の広い部分よりも相対的に狭い片持ち部を有する。片持ち部は、圧力を検出する少なくとも一つのピエゾ抵抗要素を備えたダイヤフラムを有する。長方形以外のセンサチップの輪郭は、ＤＲＩＥ処理とフォトリソグラフィを用いて形成される。

その他の形態において、センサチップは、ハウジングの幅方向に配置され、それによりハウジングに要求される長さが小さくなる。センサチップの外形は、フォトリソグラフィとＤＲＩＥ処理を組み合わせて使用して形成される。

その他の形態では、センサチップは、センサチップ上の信号用リード線に接続するために、複数の信号線を受ける一つ又は複数の切り欠きを有する。その切り欠きは、フォトリソグラフィとＤＲＩＥ処理を用いて形成される。

添付の請求の範囲は本発明の特徴を特に記載するものであるが、本発明及びその目的と効果は、添付図面に関連した以下の詳細な説明から理解し得る。

図１は、圧力センサアセンブリを含む、圧力センサガイドワイヤのトランジッションハウジングである。 図２は、本発明を具体化したソリッドステート圧力センサの動作環境において、診断用圧力検出ガイドワイヤと生理モニターとの接続状態の例を示す概略図である。 図３ａは、チップ形状特徴部を作るためにフォトリソグラフィ法とＤＲＩＥ法を用いて製造された圧力センサチップを含むハウジングの断面図である。 図３ｂは、チップ形状特徴部を作るためにフォトリソグラフィ法とＤＲＩＥ法を用いて製造された圧力センサチップを含むハウジングの断面図である。 図３ｃは、チップ形状特徴部を作るためにフォトリソグラフィ法とＤＲＩＥ法を用いて製造された圧力センサチップを含むハウジングの断面図である。 図３ｄは、チップ形状特徴部を作るためにフォトリソグラフィ法とＤＲＩＥ法を用いて製造された圧力センサチップを含むハウジングの断面図である。 図４は、一対のノッチが設けられた別のセンサチップ形状を有する圧力センサチップを含むハウジングの断面図である。 図５は、センサチップの拡大部の縁に沿った凹凸形状を有する圧力センサチップの含むハウジングの断面図である。 図６は、圧力検出用ガイドワイヤ内に幅方向に搭載可能な超小型のディスク型圧力センサチップを示す。 図７は、圧力検出用ガイドワイヤ内に幅方向に搭載可能な超小型のディスク型圧力センサチップを示す。 図８は、トリフィラーのワイヤが通過する一つのスロットを示す、図７に示す形態の切り欠き（スロット）を示す。 図６，７に示す形態の幅方向に搭載されたセンサチップを利用した先端搭載型圧力センサアセンブリを示す。 図６，７に示す形態の幅方向に搭載されたセンサチップを利用した先端搭載型圧力センサアセンブリを示す。

ガイドワイヤに搭載された圧力センサとその製造方法は、従来使用されていた機械的のこぎりではなく、ＤＲＩＥを使用してソリッドステートセンサを形成するものである。のこぎりによるダイシングの過程でセンサチップ基板に加わる極めて大きなストレスは、センサに僅かな損傷を与え、その性能を永久的に低下させるか又は早期故障に対してセンサを脆弱なものにしてしまう。ＵＲＩＥを用いることによって血管内で使用される多数の新たな圧力センサがもたらされ、その場合、センサは圧力測定冠状動脈ガイドワイヤの末端に搭載される。

超小型電子製造用ＤＲＩＥ法は、フォトリソグラフィによって形成されたパターンに基づいて、シリコンウェーハの表面に任意のパターンをエッチングできる。シリコン基板上でＤＲＩＥ法を行うことにより、１００μｍ又はそれ以上の深さを有するほぼ垂直な壁が作られる。実際、ＤＲＩＥに基づくエッチングは、厚さが４００μｍのウェーハを完全にエッチングするために使用できる。フォトリソグラフィとＤＲＩＥによれば、１μｍまでの精度をもってパターンをエッチングして、１μｍ又はそれ未満の寸法を有する特徴を作ることができる。ＤＲＩＥは、シリコンウェーハ処理では広く使用されている。血管内圧力センサの製造に適用した場合、ＤＲＩＥ法によって、冠状動脈ガイドワイヤの末端に搭載するのに理想的に適した圧力センサを容易に製造できる。

以下は、冠状動脈ガイドワイヤ用の圧力センサを製造する際にＤＲＩＥを用いることによって得られる改善点のリストである。
・長方形以外のセンサ基板は、センサチップの繊細な圧力感応領域を片持ち支持する。
・長方形以外のセンサ外形によって、（センサ基板を再び方向付けることで）ガイドワイヤの先端に極めてコンパクトにセンサを搭載できる。
・圧力センサにおける精密な切り欠きによって、センサにワイヤを取り付ける又リードワイヤの取り付けのための張力を緩和する簡単な構成を採用できる。

その他の潜在的に有益な製造上の特徴は、圧力センサワイヤのセンサアセンブリを形成するためにＤＲＩＥ法を採用することによってもたらされる。例えば、ＤＲＩＥ製造法により、複数のセンサチップをシートにして同時に製造できる。個々のセンサチップは、タブを介してシートに取り付けられる。そのシート内にセンサチップのセットを作った後、そのタブは壊されて個々のチップがシートから分離される。単にタブを屈曲させることによって壊される簡単なタブから取り付け構造を捩ることによって壊される複雑なタブまでを含む、様々な取り付けモードが可能である。それぞれの場合において、フォトリソグラフィのパターニングとＤＲＩＥを用いて、シリコンウェーハ支持用骨格からセンサチップを分離することによってセンサチップが損傷することのないように、タブが形成される。

図１についてみると、図示する血管内圧力検出ガイドワイヤの末端移行ハウジングが示されており、該ガイドワイヤはＤＲＩＥ製造法を具体化した圧力センサを含んでいる。図示する例において、圧力センサチップ１０は、圧力センサガイドワイヤ１４の末端近傍のコイルとコイルとの移行部に配置されている。ハウジング１２は、圧力センサチップ１０を含む領域に比較的安定した外形を維持している。また、センサチップ１０の片持ち部は、一組の圧力センサ信号リード線が連結されるリード部よりも小さな幅を有する。以下に説明する図示する実施例において、センサチップ１０はＤＲＩＥ法を用いて製造されており、曲げられた外形縁部を有するチップを含むほぼ所望形状の外形を備えている。図面を参照して、一組の圧力センサチップ（例えば、チップ１０）を提供するためのシリコンウェーハのＤＲＩＥ処理によって容易化された、複数の構造上の強化内容を改善された製造法とともに説明する。

実施例の圧力センサアセンブリは、図２を参照して以下に概略説明する圧力検出ガイドワイヤ及び信号処理システムに組み込まれている。例示のシステムは、ガイドワイヤに搭載されたシリコン圧力センサを有する。そのようなガイドワイヤに搭載されたシリコン圧力センサがコール等の米国特許第６，１０６，４７６号に開示されている。なお、図２に示す血管内圧力センサシステムは単なる例示である。本願で説明する圧力センサチップ及びそのようなチップの製造方法は、実質的に、血管内圧力検出アセンブリに組み込むことができる。

引き続き図２を参照すると、ここで説明する型式の圧力センサチップを含むシステムの実施例において、信号調整装置５０は、生理モニター５２に５線式コネクタケーブル５４を介して接続している。該５線式コネクタケーブル５４は、生理モニター５２によって駆動される一対の励起信号ラインを含む。この励起信号ラインは、例えば、２．４−１１Ｖｄｃ，２．４−８Ｖｒｍｓ正弦波（１ｋＨｚ〜５ｋＨｚ）、又は２．４−８Ｖｒｍｓ矩形波（ｄｃ〜５ｋＨｚ）の異なる差動電圧対として駆動される。生理モニターの例としては、米国標準規格協会の規格に適合する圧力センサポートを備えたすべての血行動態装置（米国カリフォルニア州フートヒル・ランチのニホン・コーデン・アメリカから販売されているANSryAAMI BP22-1994; models RM-6000, RMC-2000, RMC-3100, Lifescope-S, RMC-1100、日本国東京のＮＥＣコーポレーションから販売されているモデルEP-1102とEP-1600、日本国東京のフクダ・デンシから販売されているモデルMCS-5500, MCS-7000, DS-3300）が含まれる。

５線式コネクタ５４は、一対の差動出力信号ラインを含む。出力信号ラインは、アナログコンバータに対する、信号調整装置５０の出力信号によって駆動される。例えば、差動出力信号は、５μＶ／Ｖ／ｍｍＨｇで動作する。それに対する−１５０μＶ／Ｖ〜１６５０μＶ／Ｖの動作範囲は、−３０〜３３０ｍｍＨｇの検出圧力範囲を示す。差動出力信号の分解能（最小ステップ）は０．２ｍｍＨｇである。５線式コネクタケーブル５４の第５のラインは、グランド信号を伝える。したがって、信号調整装置５０に対するすべての信号／電力要件は、生理モニター５２の標準５線出力に適合するものである。

患者側では、信号調整装置５０は、コネクタ５８と対応するスタティックケーブル５９を介して交換式ガイドワイヤ５６に接続する。ガイドワイヤ５６は、例えば、コアワイヤを含む基端シャフト（ハイポチューブともいう）を含む。コアワイヤは、ガイドワイヤの末端からガイドワイヤ５６の基端（コネクタ）に伸びており、ガイドワイヤ５６の基幹回線としての役割を果たす。図示する実施例では、圧力センサアセンブリはガイドワイヤ５６の末端に搭載される。また、末端から数センチメートルにあるガイドワイヤの移行部などの場所にも設けられる。

コネクタ５８は、交換式ガイドワイヤ５６と信号調整装置５０の間で信号を送るスタティックケーブル５９の１０本のラインに接続している。コネクタ５８の最初の５本のラインは、圧力センサ関連信号を作成するとともにそれを受けるために利用される。コネクタ５８の残りの５本のラインは、搭載されたセンサの特性に関連した値を格納するためにスタティックケーブル５９に設けられた、ガイドワイヤセンサ特性を電気的に消去可能で且つプログラム可能なリード・オンリー・メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）へのインターフェイスに関連している。

コネクタ５８の後者の５本線についてみると、１０線式コネクタ５８のうちの当該５線のうちの４線（５番目のラインは使用されない。）により、ガイドワイヤに搭載されたセンサ装置６０（例えば、圧力センサ）用のスタティックケーブルに設けられたＥＥＰＲＯＭから特性データを読み取ることができる。ＥＥＰＲＯＭは、センサ装置６０からの検出信号を処理するために、信号調整装置５０で用いられる値（温度補正値、ゲイン値、及びオフセット値）を含む。電力及びグランドラインは、信号調整装置５０によってコネクタ５８を介してＥＥＰＲＯＭに提供される。

コネクタ５８に関連した最初の５線は、例えばガイドワイヤ搭載圧力センサ６０の２つの圧力検出シリコン抵抗センサ要素のそれぞれに接続された電圧基準ラインを含む。残りの４線は、２組の励起／検出信号対を含む。本発明の実施例において、第１の電流が励起／検出用の第１の短絡ライン対に流れる。第２の電流は、第１の電流に対して独自に調整可能であり、コネクタ５８の励起／検出用の第２の短絡ライン対に流れる。図２の形態において、第１と第２の電流は、交換式ガイドワイヤ５６の末端に搭載された圧力センサ６０の第１と第２の抵抗センサ要素を通過する。抵抗センサ要素を含む圧力検出回路は、抵抗センサ要素の残りの２つの端子を電圧基準ラインに接続することによって仕上げられている。

動作において、電気的な感知回路は以下のように機能する。圧力センサ６０のシリコン抵抗は圧力を感知する。一対の抵抗要素を有する実施例では、圧力の変化に応答して、一方の要素が抵抗を増加し、他方の要素が抵抗を減少する。例えば、本発明の実施例では、各抵抗要素は、圧力１００ｍｍＨｇ、温度２５度（摂氏）で、１５〜３５μオーム／オーム／ｍｍＨｇの圧力感度を有する。抵抗要素を通じて一定電流を印加することにより、圧力が変化すると抵抗が変化し、それにより、抵抗センサ要素を通る電圧が変化する。

コモン（共通）電圧基準は、これによって第１及び第２の抵抗要素を通る電圧が測定されるもので、センサ６０における一組の抵抗センサ要素のそれぞれの第１端子を信号調整装置５０によって提供されるコモン基準電圧に接続することによって確立される。信号調整装置５０内の差動アンプは、励起／検知ラインを介して、各抵抗センサ要素の第２端子での電圧に対応する電位差を検出して、電圧差信号を作成する。信号調整装置５０内のアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）は、増幅されたアナログ電圧差信号をデジタル値に変換する。デジタル値は、プロセッサにより受信され、公知の方法でフィルタ処理され（例えば、有限インパルス応答フィルタ処理、又は「ＦＩＲ」フィルタ処理）、センサ６０の前校正に基づいて、フィルタ処理されたデジタル圧力値を得る。フィルタ処理されたデジタル圧力値は、その後、一対の出力デジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）に対するデジタル入力部を駆動するために利用される。対をなす出力ＤＡＣは、ケーブル５４を通じて生理モニター５２に送られる出力信号に対応して、差動出力信号を作る。

センサ６０シリコン抵抗要素のそれぞれに対する駆動電流は、例えば、３０〜９０μＡ（直流電流）である。抵抗要素のそれぞれに対する抵抗値は、訳２５００オームである。

シリコン抵抗要素は、例えば、約２．０〜３．６ｍオーム／オーム／Ｃ°に亘る温度感度を有する。抵抗要素の温度に対する感度が同一であることは保証できないことから、２つの励起ラインの少なくとも一方が独自に調整可能な電流を流し、圧力センサの温度補正、及び信号調整装置によって与えられるその他の特性に基づく調整値の補正が容易に行われて、正確な圧力センサ読値が得られるようにする。別のセンサ駆動電流により、センサの動作温度範囲にわたって、センサ要素の抵抗変動差を埋め合わせることができる。温度補正は、圧力センサに対する２つの励起ラインの少なくとも一方の励起電流を調整することにより行われる。これにより、動作温度の全範囲にわたって、センサ要素をまたがる電圧変動がほぼ同じ（すなわち、許容誤差限度内）になる。

上述の、ケーブルコネクタ５８に対するライン構成は一例に過ぎない。信号調整装置５０が取り付け可能なセンサと、センサと信号調整装置５０との間のライン構成は、設計上の検討事項や本発明の他の形態に関連した機能的要求に基づいて変更される。

図３ａについてみると、概略図は、ハウジングとセンサチップを含む圧力センサガイドワイヤの移行部を示す。該移行部は、放射線不透過性の先端コイルと放射線透過性の基端コイルとの間の移行部にあって、典型的には、図２に示す形式の圧力検出ガイドワイヤの末端から３ｃｍ基端側に移動した場所に配置される。図３ａは、図１，２に示す形式の血管内圧力検出ガイドワイヤに用いる圧力センサチップの製造にＤＲＩＥ製造法を適用することによって容易化された新たなセンサチップアセンブリを示す。図示する実施例において、圧力変換チップ１００は、チップ１００の外形内に形成された片持ち構造と取付構造を含む。特に、搭載チップ１００の片持ち部１０２は、圧力ガイドワイヤの末端近くに配置されたハウジング壁１０４内で独立した状態で置かれている。チップ１００の拡大部１０６によって張力が緩和されている。該拡大部は、ハウジング壁１０４に当接する大きさの外縁を有する。これにより、片持ち部１０２は、比較的硬いハウジング壁１０４とコアワイヤ１０７の平坦部（図３ｂを参照）から独立した位置に維持できる。片持ち部１０２と壁１０４の間の空間は、空気、液体、又は高弾性材料（例えば、カリフォルニア州のＮｕＳｉＩテクノロジーＬＬＣから販売されているＭＥＤ−４９０５，ＭＥＤ−４９３０、又はそれに類似するものなどの、低デュロメータシリコーンエラストマ）が充填される。拡大部１０６から片持ち部１０２の移行部は、ＤＲＩＥ製造法により得られる。この製造法では、チップ１００の非長方形外形に沿ったエッチングにより、チップ１００の外形に沿って高精度の垂直エッチングが行われる。垂直エッチングは、チップ１００が形成される少なくとも基板最終厚みを完全に貫通して進められる。

拡大部１０６は、ハウジング壁１０４で形成される空間内にチップ１００を配置することに関して構造的安定性を提供することに加えて、３つの圧力センサ信号ワイヤ（図示せず）のセットを有するトリフィラー（三重巻）ワイヤ１０５（図３ｂ）が取り付けられる、一組の溝付リードアタッチメント構造１０８を含み得る。他の形態では、拡大部１０６は、信号ワイヤが取り付けられる平坦な接触領域を含む。図３ａの断面は、基端コイル部１１３と放射線不透過性（プラチナ、インジウム）の末端コイル部１１５を有する。図３ａの横断面図には、基端側コイル部１１３と、放射線不透過性（プラチナ、インジウム）の末端コイル部１１５が含まれている。

片持ち部１０２は、公知の構造のダイヤフラム１１０を有する。例として、真空チャンバは、シリコンウェーハにウェル又は窪みをエッチングし、次に、真空によって第１のシリコンウェーハを第２のシリコンウェーハに接着して形成される。その後、第１のシリコンウェーハは、公知のグラインダ及び公知のエッチングにより、圧力基準室を覆うシリコン薄膜のダイヤフラム１００を残すように、研磨とエッチングによって薄膜化される。ウェーハ接着工程の前にダイヤフラムにインプラントされたシリコン抵抗は、薄いダイヤフラムを固定する際に生じる圧力によってもたらされる緊張に対する本質的な感応性によって、圧力に感応するようになる。確立された原理に基づき、抵抗の場所と向きによって、加えられる圧力に対して正応答又は負応答する抵抗要素となる。

図３ｂについてみると、断面図（第１の断面図が図３ａに示されている移行ハウジング部のＡ−Ａ線に沿った図）は、センサチップ１００を含む圧力ガイドワイヤの移行領域を示す。図示する断面図において、チップ１００は、概略、ハウジング壁１０４内で離間されている。ハウジング壁１０４の開口１０１によって、流体（例えば、血液）がダイヤフラム１１０に圧力を加える。図示する実施例では、拡大部１０６は、接着剤又は任意の他の適当な保持材料１０９（シリコンエラストマ）によって、所定の場所にしっかりと保持される。コアワイヤ１０７は、ハウジング領域で平坦に加工されており、チップ１００、特に、チップ１００の独立した片持ち部１０２から離してある。片持ち部１０２を囲む空間１１１は、空気、液体、又は高弾性材料（例えば、デュロメータ・シリコーン・エラストマ）を有する。拡大部１０６から狭小部１０２の移行部は、チップ１００上のゴースト・ラインによって示されている。コアワイヤ１０７は、はんだ又は溶接でハウジング壁１０４に固定される。チップ１００は、ハウジング壁１０４に接触するチップ１００の一部を構成する拡大部１０６を含むハウジングの一部内に、保持材料で所定の場所に保持されている。また、断面図は、ダイヤフラム１１０のピエゾ抵抗要素に対する３つのリードの一つの接点に接続するトリフィラー・ワイヤ１０５の一つを含む。

図３ｃについてみると、断面（第２の断面が図３ｂに示されている移行ハウジング部のＡ−Ａ線に沿った断面）は、ハウジング壁１０４内の拡大部１０６を示す。その図は、平坦化されたコアワイヤ１０７とはんだ１１７を示す。保持材料１０９は、該断面の残りの部分に充填される。

図３ｄについてみると、断面図（第２の断面が図３ｂに示されている移行ハウジング部のＢ−Ｂ線に沿った断面図）は、チップ１００の片持ち部１０２を示す。図３ｃに示す断面とは異なり、その図は、開口１０１を介して血圧を伝える材料を含む空間１１１に囲まれたチップ１００の片持ち部１０２の独立した位置を示す。図４と図５についてみると、ＤＲＩＥ法により容易に形成されるチップの外形的特徴により、圧力ガイドワイヤの末端ハウジング内にセンサチップを容易に配置し接着できる。図４はその他のセンサチップを示し、そこではセンサチップ１００のエッチングされた外形に一対のノッチ（切り込み）が設けられている。ノッチは、ハウジング壁１０４内に形成された相補的なビードに対応する大きさを有するとともにそれに対応して配置されている。ハウジング内にチップ１００を配置した後、接着剤（図示せず）がチップとハウジング壁の境界に沿って配置され、チップ１００がハウジング壁１０４内に固定される。

図５についてみると、別のセンサチップ形状が示されている。図示する実施例において、片持ち部部１０２の外形が曲げられている。ダイヤフラム１１０も、ダイヤフラムのウェルが曲がっている（長方形とは対照的である）ことから、曲げられている。このように、ウェルが非長方形状であることにより、通常のフォトリソグラフィとエッチングの技術により容易に形成される。また、図５に示すチップの別の特徴は、拡大部１０６の側部に沿って形成された凹凸の付いた縁である。この凹凸の付いた縁は、フォトリソグラフィとＤＲＩＥ処理によって、任意の形状の縁に形成される。

ＤＲＩＥ法、特に、フォトリソグラフィをＤＲＩＥと組み合わせて用いることで、実質的に任意の形状の任意の外形を有する圧力センサチップを作ることができるという能力により、空間的に制限された断面を有する圧力ガイドワイヤ末端部内にセンサチップを容易に配置できる。図６についてみると、非常に小さなディスク形状の圧力センサチップが記載されており、これは、ほぼ相補形状を有する内壁を備えた圧力検出ガイドワイヤのハウジング内に幅方向（図３〜図５に描かれている実施例に示されるような長手方向とは対照的な方向）に設けることができる。図３〜図５に描かれたチップデザインにおいて、圧力センサチップは、ハウジング内で５００〜１５００μｍの長さを有する。ハウジング自体は約２〜４ｍｍの長さを有する。基端コイルと末端コイルは、ハウジングの外側にはんだ付け又は接着剤で接着されており、ハウジングの硬い範囲に伸びている。このコイルによって形成された硬い部分は、６ｍｍ又はそれ以上の長さを有し、血管に挿入される部分である。この圧力センサのチップデザイン及びハウジング内におけるガイドワイヤ末端部の向きによっては、圧力センサチップはガイドワイヤの軸に沿ったほぼ１００μｍの長さ占める。また、ディスク形状の圧力センサチップは、２ｍｍ又はそれ未満の硬い領域を有するハウジング内に搭載可能である。

図６に示すセンサチップ及びハウジング搭載配置によれば、ほぼディスク形状のセンサチップ２００は円形の外形を有し、それは圧力ガイドワイヤ用ねじ式先端ハウジングの壁２０８によって形成された断面空間に合致する。ディスク形状のチップが図示する実施例に示されているが、長方形チップを含む他の形状が他の実施例として考えられる。ＤＲＩＥ法によれば、圧力チップの外形加工が容易になるだけでなく、圧力変換器及び電気的接続に関連して、センサチップに任意の特徴を容易に形成できる。ＤＲＩＥ法を用いて製造されるセンサチップのこれらの形態について以下に説明する。

チップ２００のダイヤフラム２０２の構造は、図３〜図５に示された装置のダイヤフラムと実質的に同一である。上述の圧力チップ装置とは対照的に、図６に示されたデザインは、ダイヤフラム２０２の近くに間隔をあけて配置された接点２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃを有する。チップ２００はまた、トリフィラーの３つの電気リードを受けて固定するための切り欠き２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｃを有する。接点２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃから伸びる一組のリード線は、トリフィラーの３つのワイヤをダイヤフラム２０２に形成されたピエゾ抵抗要素の接点に信号を送信するように接続している。実施例では、製造中、トリフィラーワイヤはそれぞれの切り欠き２０６に挿通され、接着剤で（又は、単に機械的に切り欠き２０６に捕獲されて）所定位置に固定され、センサチップ表面と面一に調整され、はんだ付けされて電気接続部に構造的に固定される。センサチップがガイドワイヤの先端に配置された実施例では、ガイドワイヤの面が柔軟なシリコーンキャップで覆われ、電気接続部を絶縁し、衝撃からセンサを保護する。チップ構造の例について、図９と図１０を参照して以下に説明する。

単一のシリコンウェーハ上に他のセンサ装置とまとめて形成される場合、圧力センサチップ装置は、壊れやすいタブによってシリコンウェーハのフレームに取り付けられる。実施例において、壊れやすいタブの分断点は、概ね連続した円形断面の内側に配置される。個々のセンサチップがシリコンウェーハのフレームから分離されるとき、タブを壊した後に残る切断端は、圧力センサチップのほぼ外形を形成している円形断面内に完全に位置している。したがって、その切断端は、ガイドワイヤハウジング内にチップを配置する際に干渉することがない。

図７についてみると、他の接続構成では、接点２０４と切り欠き２０６は、ほぼ円形のセンサチップ２００上に互いに隣接して配置される。

代わりに、図７における３つの隣接する切り欠き２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃは、図８に示すように、チップ２００内で精巧に形作られた単一の切り欠き２０６にまとめ、それによって接着されたトリフィラーワイヤアセンブリを受けて支持することができる。製造中、図７に示す実施例では、トリフィラーの分離されたリードが切り欠き２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃを貫通し、又は、接着されたトリフィラーケーブルが図８に示すスロットに加工された単一の切り欠き２０６を貫通する。その後、ワイヤは、チップ２００の表面と面一に整えられ、はんだ付けされる。切り欠きの正確な加工は、フォトリソグラフィとＤＲＩＥ法によって行われる。

図９と図１０についてみると、圧力ガイドワイヤチップ構造の２つの例が示されている。それぞれは、例えば図６，７，８に示された圧力センサデザインに関連するものである。したがって、それらのデザインによれば、圧力センサを含むガイドワイヤの比較的長くて硬い部分（移行ハウジング部）を短くし、圧力センサを収容するより短いチップハウジングを得ることができる。

図９に示す実施例では、ダイヤフラム２０２は、ガイドワイヤのセンタに加わる圧力を密閉された圧力センサのダイヤフラム２０２に伝達する高弾性材料２１０（例えば、軟質シリコーンのエラストマドーム）で覆われている。そのような高弾性材料は、カリフォルニア州カーピンテリアのＮｕＳｉＩテクノロジーＬＬＣから提供されているＭＥＤ４９０５，ＭＥＤ４９３０等の低デュロメータシリコーンエラストマである。圧力が加わると、ダイヤフラム２０２の表面上にあるピエゾ抵抗要素の抵抗が変化し、その抵抗変化がピエゾ抵抗要素を通る電圧の変化に変換される。図９に示す実施例は、平坦な又はテーパの付いたコアワイヤ２１２を有し、これはセンサチップ２００を支持するハウジング２１４にはんだ付けされる。ハウジング２１４はまた、ハウジング２１４を先端コイルにはんだ付け、接着して、又はねじで取り付けるなどの任意の方法で、ガイドワイヤコイル２１６のヘッドに固定的に取り付けられる。トリフィラー２１８のワイヤは、例えば、図６，７，８に示す方法で取り付けられる。

図１０に示す他の実施例では、ダイヤフラム２０２は、ハウジング２１４内から加えられる圧力に晒されている。この実施例では、流体がガイドワイヤ２１６の一つ又は複数の開口２２０を通じて流れる。したがって、ダイヤフラム２０２の露出面に圧力が作用する。他の実施例では、トリフィラー２１８のワイヤに臨むチップ２００の表面に接点２０４があるので、切り欠きは不要である。しかし、適正な配置を保証し、電気的接続部を機械的に支持するとともに張力を緩和するために、トリフィラー用の受け部（センサの一部に又は全体）を形成すべくＤＲＩＥパターニング法が用いられる。ダイヤフラムはチップの外側対向面に露出していないので、比較的硬い（図９の材料２１０に比べて硬い）材料２２２（例えば、マサチューセッツ州ビレリカのエポキシ・テクノロジー・インコーポレィテッドから提供されているＥＰｏ−Ｔｅｋ３０１）で圧力ガイドワイヤの先端にあるドーム構造が形成される。

ＤＲＩＥに基づく製造法
ＤＲＩＥ法とラッピング（機械的基板から過剰なシリコンを除去すること）又はその他のウェーハを薄くする方法を用いて、薄くて精巧なウェーハによって取り付けられたフレームを含む多数のセンサチップの製造が容易に行えるようにした方法について説明する。

通常、冠状動脈ガイドワイヤに適用されるシリコン圧力センサは、冠状動脈内に大気圧基準をとることは実際的でないことから、組み込み基準チャンバを必要とする。典型的には、基準チャンバは、２つのシリコンウェーハ又はシリコンウェーハとガラスウェーハを重ね合わせることにより形成される。例えば、第1のシリコンウェーハにウェル又は窪みをエッチングによって形成し、次に、シリコン溶融接着法を用いて真空下で上記第1のシリコンウェーハを第２のシリコンウェーハに接着することにより、真空チャンバが形成される。その後、公知の研磨とエッチングによって第1のシリコンウェーハを薄くして、圧力基準チャンバを覆うシリコン薄膜部（ダイヤフラム）を形成する。薄いダイヤフラムに導入された圧力撓みよって形成された歪に対する感応性によって、歪ウェーハ接着工程前にダイヤフラムにインプラントされたシリコン抵抗が圧力感応部となる。十分に確立された原理により、抵抗の配置と方向によって、作用する圧力に対して正応答又は負応答する抵抗要素が作られる。このようにウェーハを重ね合わせることにより多数のダイヤフラム、基準チャンバ、及びピエゾ抵抗が形成された後、金属接着パッドを加えてＤＲＩＥ法でセンサ外形をパターニングすることによって、圧力センサの製造が終了する。

一つの方法では、一つのシリコンウェーハ（重ね合わされたシリコンウェーハ）上の一組のセンサチップ装置について、ＤＲＩＥ法でセンサ外形がエッチングされる。また、一つの方法では、約１００μｍの深さまではＤＲＩＥ法で行われる。ＤＲＩＥ法の処理中、ウェーハは４００μｍの厚みを有し、破壊に対する比較的大きな抵抗を有する。次に、ＤＲＩＥ法で処理されたウェーハは、ラッピングマシンに載せられる。例えば、ワックスによりウェーハはホルダに固定される。その後、公知の方法でウェーハがラッピングされ、過剰なウェーハ材料が除去される。デバイスがＤＲＩＥ深さ（例えば、１００μｍ）まで薄くなると、ソリッドステート線さチップがウェーハのバルクから分離され（ただし、細くて脆弱なタブを除く。）、主としてワックス基質とホルダによって支持される。ラッピングは、所望のデバイス厚さ（例えば、７５μｍ）となるまで継続される。その後、ワックスを溶かす又は溶解するために熱湯又は溶剤に浸してホルダから個々の圧力チップ装置が分離される。これにより、細い脆弱なタブによってフレームに保持された、薄い圧力センサ装置が残る。

本発明及びそれらの変形例の実施例を図面及びそれに付随する説明に示した。以上の説明から、開示された実施例に関する改変は本発明の他の実施例にも適用可能であることが容易に理解できる。そのような改変は、例えば、開示された回路やセンサチップの物理的構造、及び関連する血管内圧力センサアセンブリ部品に対する改変を含むものである。本発明は、開示された実施例に限定されるものでない。本発明は、開示された実施例に加えて、その開示及び以下の請求の範囲で定義される発明からみて本発明の範囲に含まれるその他の形態を含むものである。

Claims (22)

1. 基端と末端を有するフレキシブルな細長い部材と、
   上記フレキシブルな細長い部材の末端に設けられたハウジングと、
   上記ハウジング内に含まれるセンサチップを有し、
   上記センサチップは、上記ハウジングの内壁に接触する拡大部と上記拡大部よりも細い片持ち部とを有し、
   上記片持ち部は、少なくとも一つのピエゾ抵抗要素を有するダイヤフラムを備えており、
   上記センサチップの一つ又は複数の物理的特徴が、フォトリソグラフィとＤＲＩＥ法を組み合わせて用いることにより形成されている、血管内圧力センサアセンブリ。
2. 上記一つ又は複数の物理的特徴が、上記拡大部の広い幅と上記片持ち部の細い幅との間の移行部を有し、上記ハウジングの内壁に関して上記片持ち部に対する張力を緩和する、請求項１の血管内圧力センサ。
3. 上記移行部が曲がった部分を有する請求項２の血管内圧力センサ。
4. 上記拡大部が一つ又は複数の切り欠きを有する請求項１の血管内圧力センサ。
5. 上記拡大部が凹凸エッジを有する請求項１の血管内圧力センサ。
6. 上記フレキシブルな細長い部材がガイドワイヤである請求項１の血管内圧力センサ。
7. 基端と末端を有するフレキシブルな細長い部材と、
   上記フレキシブルな細長い部材の末端に設けられたハウジングと、
   上記ハウジング内に含まれるセンサチップを有し、
   上記センサチップは、少なくとも一つのピエゾ抵抗要素を含むダイヤフラムを備えており、
   上記センサチップは、上記ハウジングの幅方向に配置されて、上記ハウジングに必要な長さを減少しており、
   上記センサチップの輪郭がフォトリソグラフィとＤＲＩＥ法を組み合わせて用いることにより形成されている、血管内圧力センサアセンブリ。
8. 上記一つ又は複数の物理的特徴が、上記センサチップの信号リードラインに接続する信号ワイヤを受けるために一つ又は複数の切り欠きを有する、請求項７の血管内圧力センサ。
9. 上記一つ又は複数の切り欠きが、一組の信号ラインを受ける一つのスロット切り欠きを備えている、請求項８の血管内圧力センサ。
10. 上記一つ又は複数の切り欠きが一組のきり欠きを備えており、各切り欠きが一組の個別信号ラインのそれぞれに対して設けられている、請求項８の血管内圧力センサ。
11. 上記一組の切り欠きは、センサチップの周辺に配置されている、請求項１０の血管内圧力センサ。
12. 上記一組の切り欠きは互いに近接して配置されている、請求項１０の血管内圧力センサ。
13. 上記センサチップの外形は、円形で、上記ハウジングの内壁にほぼ接触する大きさである、請求項７の血管内圧力センサ。
14. 上記ハウジングは、上記フレキシブルな細長い部材の末端に設けてある、請求項７の血管内圧力センサ。
15. 上記ダイヤフラムは上記ハウジングから外側に向いている、請求項１４の血管内圧力センサ。
16. 上記ダイヤフラムは上記ハウジングから内側に向いている、請求項１４の血管内圧力センサ。
17. 上記一つ又は複数の物理的特徴は、信号リードラインを上記センサチップに接続する信号線を受ける一つ又は複数の切り欠きを有する、請求項７の血管内圧力センサ。
18. 基端と末端を有するフレキシブルな細長い部材と、
    上記フレキシブルな細長い部材の末端に設けられたハウジングと、
    上記ハウジング内に含まれるセンサチップを有し、
    上記センサチップは、上記センサチップ上の信号リード線に接続する信号ワイヤを受けるための一つ又は複数の切り欠きを有し、
    上記切り欠きは、フォトリソグラフィとＤＲＩＥ法を組み合わせて用いることにより形成されている、血管内圧力センサアセンブリ。
19. 上記一つ又は複数の切り欠きは、一組の信号ラインを受ける一つのスロット切り欠きを有する、請求項１８の血管内圧力センサ。
20. 上記一つ又は複数の切り欠きは一組の切り欠きを有し、各切り欠きは一組の個別信号ラインのそれぞれに対して設けられている、請求項１８の血管内圧力センサ。
21. 上記一組の切り欠きは、上記センサチップの周辺に配置されている、請求項２０の血管内圧力センサ。
22. 上記一組の切り欠きは互いに近接して配置されている、請求項２０の血管内圧力センサ。

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