JP2016519293A - 圧力検知インプラント - Google Patents

Abstract

ワイヤレス回路が、少なくとも１つの開口部を有するハウジングと、開口部においてハウジングに接続されるセンサーとを含む。センサーは、第１の寸法を有する第１の層と、第１の寸法より短い第２の寸法を有する第２の層とを含む。第２の層は、ハウジング内に完全に位置決めすることができ、第１の層の表面はハウジングの外部に露出することができる。【選択図】図１Ａ

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は２０１３年３月１５日に出願された「PRESSURE SENSING IMPLANT」と題する仮特許出願第６１／７８６，７９３号の優先権を主張する。本出願は、２０１３年１２月２７日に出願された「IMPLANTABLE SENSOR ENCLOSURE WITH THIN SIDEWALLS」と題する米国特許出願第１４／１２９，７２５号の一部継続出願であり、その特許出願は、２０１２年６月２９日に出願された「IMPLANTABLE SENSOR ENCLOSURE WITH THIN SIDEWALLS」と題する国際出願ＰＣＴ／ＵＳ／２０１２／０４４９９８号の優先権を主張し、その特許出願は、２０１１年６月３０日に出願された「IMPLANTABLE SENSOR ENCLOSURE WITH THIN SIDEWALLS」と題する仮特許出願第６１／５０２，９８２号の優先権を主張し、それぞれの特許出願がその全体を引用することにより本明細書の一部をなす。

本出願はインプラントパッケージに関し、より詳細には、最適なワイヤレス通信のための埋込可能センサー筐体に関する。

埋込可能ワイヤレスセンサーは、数多くの疾患の診断及び治療を支援するのに有用である。ワイヤレスセンサーリーダーの例は、引用することにより本明細書の一部をなす、いずれも「Wireless Sensor Reader」と題する米国特許出願第１２／７３７，３０６号及び米国特許第８，１５４，３８９号において開示されている。ワイヤレスセンサーのための送達システムが、同じく引用することにより本明細書の一部をなす、「Pressure Sensor, Centering Anchor, Delivery System and Method」と題する国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／４５５８３号において開示されている。詳細には、患者の人体の深くにある血管内からの圧力を測定することが臨床的に重要である数多くの応用形態がある。例えば、心臓の肺動脈内の圧力を測定することは、鬱血性心不全の治療を最適化するのに有用である。このタイプの応用形態では、センサーは、皮膚の表面下１０ｃｍ〜２０ｃｍに埋め込まれることが必要な場合がある。

通信及び／又は電源のために無線周波数（ＲＦ）エネルギーを使用する埋込可能ワイヤレスセンサーが、医療への応用形態において特に有用であることがわかっている。しかしながら、そのような埋込可能センサーを設計するには、サイズ、コスト及び製造可能性のような数多くのトレードオフ及び設計制約がある。

これらの埋込可能ワイヤレスセンサーの商用化に成功する上での主要な課題は、インプラントサイズと「リンク距離」との間の設計上のトレードオフであり、リンク距離は、インプラントと、インプラントと通信する外部デバイスとの間の物理的距離である。医療の観点からは、小さな切開からカテーテルを利用して送達することができ、所望の場所に埋め込むことができ、かつ埋込後の血栓症のリスクを抑えることができるように、インプラントは可能な限り小さいことが望ましい。しかしながら、ワイヤレス通信の観点からは、インプラントが小さいほど、リンク距離が短くなる。この距離の制約は、所与の全体インプラントサイズに対して実現することができるアンテナのサイズが主に決定要因となる。大きいアンテナほど、小さいアンテナより良好にＲＦエネルギーを吸収し、ＲＦエネルギーを送出することができる。例えば、誘導性結合によるワイヤレス通信の場合、通常のインプラントアンテナは電線コイルの形をとる。コイルの「軸」は、巻線の平面に対して垂直に延在するラインであり、すなわち、軸は電線の長さに対して垂直である。コイルによって囲まれる面積が大きくなるにつれて、コイルを通り抜ける磁束の量が一般的に増加し、より大きなＲＦエネルギーがインプラントに送達され／インプラントから受信される。インプラントアンテナを通る磁束がこのように増加する結果として、リンク距離が増加することができる。それゆえ、所与のインプラントサイズの場合に最大のリンク距離を達成するために、インプラントアンテナは最大サイズとするべきである。

アンテナサイズは重要であるが、他の内部コンポーネントのサイズを最大にすることから、他のインプラントアーキテクチャが利益を得ることができる。例えば、電池のようなエネルギー蓄積デバイスを含むインプラントは、電池が大きいほど、長い電池寿命を享受することになる。別の例では、薬剤溶出インプラントは、より大きな量の薬物を保持することができる。他の例は当業者には明らかであろう。

さらに、最適な埋込可能センサーは、特定のデバイス又はリーダーデバイスとともに機能するように最良に設計することができる。

その全体を引用することにより本明細書の一部をなす、「WIRELESS SENSOR READER」と題する米国特許出願第１３／４２３，６９３号のワイヤレスリーダーのような、ワイヤレス送信機及びリーダーデバイスは、リーダー／センサーシステムの最適な機能を提供するために特定の埋込可能センサーを必要とする場合がある。そのようなシステムのための最適な埋込可能センサーは、圧力を共振周波数に変換するように構成することができる。そのセンサーは、ＬＣ共振タンク回路を有するセンサーのような、内部電源を備えない受動センサーとすることができる。そのセンサーは、その全体を引用することにより本明細書の一部をなす、「IMPLANTABLE SENSOR ENCLOSURE WITH THIN SIDEWALLS」と題する国際特許ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０４４９９８号において記述されているように、コイル面積を最大化しながら、その全体サイズを最小化することができる。そのセンサーは、注意深い材料選択及びデバイス設計によって最大化される高いＲＦ品質（Ｑ係数）を有することができる。そのセンサーは、製造工程中の温度変化、及び空気と生体内（in vivo）との間の移行時の温度変化を含む、温度変化の影響を受けないようにすることができる。そのセンサーは、高い感度と、電気ノードと周囲の体液又は組織との間の良好な電気的な隔離とを有することができる。そのセンサーは、経時的に極めて安定しており、良好な機械的強度を有し、生体適合性材料を組み込み、フェライト材料の使用を最小化することができる。

ＬＣタイプのワイヤレスＭＥＭＳセンサーの場合、これらの課題を克服するには、低い動作周波数において高い共振品質係数（Ｑ）を有する小型センサーを設計する必要がある（人体はワイヤレスデータ信号を減衰させ、一般的に、５０ＭＨｚより高い周波数ほど、生じる信号減衰が大きい）。商用で使用する場合、規制政策及び認可された周波数帯に起因して更なる課題が生じる。現在の技術では、厳しく制御された動作範囲内で低い動作周波数において高い品質係数を有する高精度の超小型埋込可能ワイヤレス圧力センサーを高い信頼性で作製することは難しい。ＬＣ回路において高い共振Ｑを達成するには、インダクタ及びキャパシタの両方が高いＱを有する必要がある。大きな断面積の導体で複数回のコイルを巻くことが、インダクタのＱを改善する要因のうちの１つである。高いＱのキャパシタは一般的に、低い誘電損失を有する誘電体材料によって分離された低抵抗導体を狭い間隔で配置することによって形成される。

超小型センサーは、センサーと外部デバイスとの間の適切な距離において信頼性のあるワイヤレス信号通信を確保するために高いＱを有するインダクタを必要とするが、高いＱのインダクタは、センサーサイズ全体に関する制約を加える。既知のＬＣセンサーでは、高Ｑインダクタの配置及び設計が、容量性センサーの場所及びサイズを制限する。既知の埋込可能圧力センサーでは、容量性センサーの能動的なキャパシタンスエリア（圧力変化とともにキャパシタンスが変化するエリア）は、大きなベタ領域電極によって実現される。既知の容量性センサーは、完全に、インダクタによって画定されるエリアの外部に延在しなければならない。例えば、図１Ａは、インダクタらせんコイル１４の外部にキャパシタ１２を有するセンサー１０を示す。図１Ｂは、インダクタらせんコイル１４の中央内にキャパシタ１２を有するセンサー１０を示す。しかしながら、キャパシタ１２は、ＬＣセンサーの品質係数を著しく低下させることなく、図１Ｃに示されるように、インダクタらせんコイル１４に重なり合うことはできない。さらに、インダクタらせんコイル１４の内側巻線付近にキャパシタ１２を配置すると、ＬＣセンサーの品質係数が著しく低下する可能性もある。また、インダクタの平面上、又はインダクタ付近にキャパシタ電極を配置すると、ＬＣセンサーの品質係数が低下する可能性がある。このように、既知のセンサーでは、キャパシタはインダクタに隣接して配置され、それによりセンサーのサイズが大きくなるか、又はらせんインダクタの内側巻線とキャパシタ板のエッジとの間に著しい空間を空けて、らせんインダクタの中央エリア内に配置され、それによりキャパシタのサイズ及び／又はインダクタのサイズが制限される。

また、既知のワイヤレス圧力センサーは、高いＱを有しない容量性センサーを有することによって制限される。既知の埋込可能圧力センサーでは、容量性センサーは大きなベタ領域電極によって実現される。このキャパシタンス設計は最適ではなく、結果として、高周波数交流の場合に低い品質係数のキャパシタンスが生じる。キャパシタの大きなベタ領域電極は、インダクタから離れるように位置決めされないとき、電極が高周波数交流を受けるときのキャパシタ電極内の渦電流に起因して、結果としてＬＣ回路の品質係数が低下する。

ワイヤレス信号送信のために認可された周波数範囲内で動作し、同時に、人体を通して受ける信号減衰が最小であるセンサーを実現するために、既知のセンサーには更なる課題がある。低い信号減衰を受ける低い周波数においてセンサーを動作させるには、大きなキャパシタンス値及び大きなインダクタンス値を必要とする。インダクタンス及びキャパシタンスはいずれもサイズによって制限される。大きなインダクタンスは、導体で大きくらせんを巻くことによって達成することができる。大きなキャパシタンスは、大きな面積のキャパシタ電極を小さな間隙だけ分離することによって達成することができる。キャパシタ電極のサイズがインダクタ及びセンサーのサイズによって制限される場合には、高いキャパシタンスを達成するために、電極を互いに近づけて配置しなければならない。実用的な製造公差内で小さな間隙を有する電極を制御しながら作製することは困難であり、結果として、電極間の絶縁破壊電圧が小さくなること、電極が張り付くこと（stiction）、圧力動作範囲が制限されること、及び歩留まりが低下するか、又はコストが上昇することが生じる可能性がある。

ＭＥＭＳセンサーの作製中に、寸法公差がウェハーにわたって空間的に変化する場合があり、更にウェハー間でも変化する場合がある。コンポーネント寸法の変動は、結果として形成されるデバイスの特性に影響を及ぼす。多くの場合、経済的な製造環境内でセンサーのキャパシタンスを厳しく制御するのは難しい。既知のＬＣセンサーでは、キャパシタ及びインダクタはいずれも多くの場合に環境から封止されるので、デバイスの作製後に受動センサーの動作範囲を変更することはできない。そのような設計では、製造公差を考慮に入れるために、より大きな動作範囲にわたってデバイスを動作させる必要があり、これらの範囲は規制機関によって商用として使用するのに認可されていない場合がある。作製後にセンサーの動作範囲を同調させる他の現在の方法は、オンチップ較正を試みることを必要とし、それはセンサーのサイズ及び／又はセンサーの電力消費量を増加させる可能性があり、センサーの有用性を低下させる。現在の技術によれば、低い周波数において指定された動作範囲内で動作することができる小型センサーを作製することは難しい。作製後にセンサーの動作範囲を同調させることができると、許容可能な規制エリア内でのワイヤレスセンサーの作製が経済的に実現可能になるように、デバイス歩留まりを増加させることができる。

埋込可能ワイヤレスセンサーの商用化における別の課題は、潜在的に腐食性であるか、又は有害な体液から敏感なセンサー電子回路を保護する必要があることである。多くのインプラントの応用形態の場合に、センサーは７年〜１０年を超える期間にわたって正確な測定値を記録することが必要な場合がある。この期間にわたってインプラントの電気的、化学的又は機械的な特性がわずかに変化する結果として、測定値が不正確になる可能性がある。不正確な測定値を防ぐには、人体環境に起因する液体又は気体の移動から、センサーの敏感な電子回路を保護するために、気密筐体が必要とされる場合がある。

インプラントのための気密筐体は通常、金属、ガラス又は他のセラミックから構成される。金属は可鍛性であり、機械加工可能であり、ペースメーカーのチタン筐体のような薄壁気密筐体に構成することができる。残念なことに、気密筐体において金属を使用するのは、低い無線周波数において通信することが望ましいときに特に、センサーが外部デバイスとワイヤレス通信する能力に悪影響を及ぼす場合がある。セラミック及びガラスはワイヤレスＲＦ通信に適合するが、セラミックを薄壁気密筐体に機械加工するのは難しい。セラミックの脆弱性が、セラミック材料から薄壁気密筐体を構成するのを妨げる。

最新のセラミック機械加工は、約０．５ｍｍ〜約０．７ｍｍ厚の壁を作製することができる。その長さ、幅及び高さ寸法が通常数ミリメートルであるインプラントの場合、これは、アンテナのようなコンポーネントのために利用可能な内部容積が著しく削減されることを意味する場合がある。

当該技術分野において既知の気密筐体、特にセラミック材料及び／又はガラス材料から形成される気密筐体は、限られた空間を効率的に使用することに向いていない。当該技術分野において既知の非金属気密筐体は通常、低温同時焼成セラミックプロセス、レーザー加工、超音波加工、放電加工（ＥＤＭ）又は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）作製技法のような、プレーナー処理技術によって製造される。これらの技法は、機構解像度を厳しく制御しながら、セラミック及びガラスを処理することができる。しかしながら、これらの技法で形成されるインプラントパッケージの側壁は多くの場合に、インプラントパッケージを残りの基板から切り離すためにダイシングソー又はレーザーを使用する必要がある。製造上の制約及び機械強度に関する要件に起因して、それらの方法によって形成されるインプラントパッケージ側壁は通常、０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ厚である。セラミックを成形するか、又は機械加工するような代替の製造手法は通常、０．５ｍｍ〜０．７ｍｍ厚の最小側壁に制限される。

従来技術の気密インプラントパッケージ１０の一例が図１に示される。インプラントパッケージ１０は、内部コンポーネント、この場合には、インプラントアンテナ１４のために利用可能な空間を制限する厚い側壁１２を含む。例えば、側壁０．５ｍｍ厚を有する幅４ｍｍのインプラントパッケージは、インプラントアンテナのために利用可能な幅を最大で３ｍｍしか有しない。図１Ｄは、パッケージの上側にある開口部からインプラントパッケージ内に配置されるアンテナ１４を示す。インプラントパッケージを完成させるために、図２Ａに示されるように、上層１６がインプラントパッケージに接続又は結合され、封止される。当該技術分野において既知の圧力検知インプラントパッケージの場合、上層は通常、容量性圧力センサーそのものであるか、そのまま検知電子回路の一部である薄膜であるか、又は環境から非圧縮性液体又はゲルを介してインプラントパッケージの内部に圧力を伝達する薄膜である。当該技術分野において既知の製造技法は、膜を０．０２５ｍｍ〜０．１ｍｍまで規定通りに処理することができる。従来技術において、図１Ｄ〜図２のアーキテクチャの数多くの変形があり、コイルの上側に薄壁を形成するためにハウジングの半分において空洞をエッチングし、その後、半分に分かれている２つのハウジングを垂直方向に結合する方法を含む。これが図２Ｂの略図に示されており、上側ハウジング半分９９９が、薄膜を形成するために、その中にエッチングされた空洞を有する。

他の従来技術は、図１Ｄ及び図２に示されるタイプのワイヤレスインプラントアーキテクチャを例示しており、薄い圧力検知膜がコイルの軸に対して垂直である平面内にある。特許文献１（O'Brien）、特許文献２（Peterson）及び特許文献３（Chubbuck）は全て、コイルアンテナを備える埋込可能圧力センサーと、少なくとも１つの変形可能な圧力検知壁を備える気密ハウジングとを教示している。これら全ての場合に、ハウジングの圧力検知壁はコイル軸に対して垂直であり、コイル外周部の外側に位置する壁は硬質で、構造的であり、相対的に厚い。これらのアーキテクチャでは、コイルの全面積が、コイル外周部の外側にある相対的に厚い構造壁を必要とすることによって制限される。

埋込可能ワイヤレスセンサーを改善するために、コイルアンテナ外周部の外側に薄壁を備え、それにより、アンテナサイズに最も制約を加える内部寸法を最大化する気密筐体を有することが望ましい。

米国特許第７，５７４，７９２号 米国特許第６，９３９，２９９号 米国特許第４，０２６，２７６号

本出願は気密にパッケージされたワイヤレス電子回路に関し、より詳細には、製造可能性、サイズ、寿命、ＲＦ特性及び全体性能を最適化する埋込可能センサー設計及び製造手法に関する。

一実施形態では、ワイヤレス回路はハウジングと、ハウジング内のコイル軸の回りに巻き付けられる少なくとも１つのアンテナコイルとを含む。コイル軸は、ハウジングの少なくとも１つの壁に対して実質的に平行とすることができ、コイル軸に平行な壁は、ハウジングの他の壁より実質的に薄い。ハウジングは密封されたハウジングとすることができる。

一実施形態では、ワイヤレス回路は、少なくとも１つの開放面を備える材料からハウジングを形成することによって製造することができる。アンテナコイルを含む電子回路は、その後、アンテナコイルの軸が少なくとも１つの開放面の平面に対して実質的に平行になるようにハウジング内に配置することができる。ハウジングの壁より実質的に薄い壁を、その後、開放面に結合することができる。その壁は気密に結合することができるか、又は当該技術分野において既知であるような別の方法で結合することができる。

一実施形態では、ワイヤレス回路は、少なくとも２つの開放面を有する材料からハウジングを形成することによって製造することができる。アンテナコイルを含む電子回路を、その後、ハウジング内に配置することができる。開放面のうちの１つにセンサーを結合し、面のうちの１つに壁を形成することができる。センサーは、ハウジングの壁より実質的に薄くすることができる。ハウジングの壁より実質的に薄い壁を、別の開放面に結合することができる。それらの壁は気密に結合することができるか、又は当該技術分野において既知であるような別の方法で結合することができる。

一実施形態では、ワイヤレス回路は導電性機構を備えるセンサーを備えることができる。導電性機構はベタ領域内にパターニングすることができる。ベタ領域は、スロット又は別の刻み目を組み込むことができ、結果として、不連続のベタ領域が生成される。導電性機構は、キャパシタ、例えば、容量性圧力センサーの１つ又は複数の電極を含むことができる。ベタ領域にわたって不連続な導電性機構を備える容量性圧力センサーをインダクタコイル付近に、又はインダクタコイル上に配置して、フォームファクタが小さく、最適なＲＦ品質係数を有するワイヤレス回路を形成することができる。

一実施形態では、回路が、少なくとも１つの開口部を有するハウジングと、開口部においてハウジングに接続されるセンサーとを備えることができる。センサーは、第１の寸法を有する第１の層と、第１の寸法より短い第２の寸法を有する第２の層とを含むことができる。第２の層は、完全にハウジング内に位置決めすることができ、第１の層の表面がハウジングの外部に露出することができる。

本開示の実施形態が、図面を参照しながら本明細書において説明される。

キャパシタ及びインダクタを備える従来技術のインプラントパッケージを示す図である。 キャパシタ及びインダクタを備える別のインプラントパッケージを示す図である。 キャパシタ及びインダクタを備える別のインプラントパッケージを示す図である。 最終封止層を含まない従来技術のインプラントパッケージを示す図である。 薄い封止層を含む、通常の従来技術のインプラントパッケージを示す図である。 ハウジングの一部に空洞がエッチングされている、通常の従来技術のインプラントパッケージを示す図である。 本発明の気密ワイヤレスパッケージのハウジング部分を示す図である。 本発明の完全な気密ワイヤレスインプラントを示す図である。 ハウジングに結合された薄壁を有する気密ワイヤレスインプラントを示す図である。 空洞がエッチングされ、ハウジングが分割されている、本発明の代替の実施形態のハウジング部分を示す図である。 空洞がエッチングされ、ハウジングが分割されている、本発明の代替の実施形態のアセンブリを示す図である。 空洞がエッチングされ、ハウジングが分割されている、本発明の代替の実施形態の完成したインプラントを示す図である。 ハウジングの上に電子回路が結合されている、本発明の別の代替の実施形態の組立分解図である。 ハウジングの上に電子回路が結合されている、本発明の完成した代替の実施形態を示す図である。 ハウジングの側面に電子回路が結合されている、本発明の別の代替の実施形態を示す図である。 電子回路が別のハウジングチャンバー内に収容される、本発明の別の代替の実施形態を示す図である。 例示的な圧力センサーを示す図である。 圧力センサーの底が圧力センサーの蓋より長い少なくとも１つ寸法を有する例示的な圧力センサーを示す図である。 圧力センサーの蓋が圧力センサーの底より長い少なくとも１つ寸法を有する例示的な圧力センサーを示す図である。 アンテナに電気的に接続されるセンサーを示す図である。 センサーをワイヤレスインプラントの中にパッケージする１つの方法を示す図である。 センサーをワイヤレスインプラントの中にパッケージする例示的なハウジングを示す図である。 インプラントハウジングの中央空洞内にアンテナコイルが挿入される、センサーをワイヤレスインプラントの中にパッケージする方法を示す図である。 インプラントハウジングの側面に壁が結合される、センサーをワイヤレスインプラントの中にパッケージする方法を示す図である。 インプラントハウジング内部の回路又は電気的コンポーネントからの電気的接続がハウジング外部のセンサー又は回路素子に接続される、センサーをワイヤレスインプラントの中にパッケージする方法を示す図である。 センサーがハウジングに結合される、センサーをワイヤレスインプラントの中にパッケージする方法を示す図である。 センサーをハウジングに取り付ける１つの方法を示す図である。 センサーをハウジングに取り付ける別の方法を示す図である。 センサーをハウジングに取り付ける別の方法を示す図である。 センサーをハウジングに取り付ける別の方法を示す図である。 センサー、ハウジング及び壁を示す組立分解図である。 センサー及び壁をハウジングに取り付ける別の方法を示す図である。 容量性圧力センサーの上部電極と、上部電極及び底部電極（図示せず）へのコンタクトパッドとを含む、容量性圧力センサーの図である。 図２４の容量性圧力センサーの底部電極の図である。 容量性圧力センサーの上部電極の図である。 容量性圧力センサーの底部電極の図である。 容量性圧力センサーの断面図である。

ここで、本発明の実施形態が詳細に参照されることになり、その例が添付の図面に示される。本発明のそれぞれの範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができること、及び構造的、機能的な変更を加えることができることは理解されたい。

本出願はインプラントパッケージに関し、より詳細には、製造可能性、サイズ、寿命、ＲＦ特性及び全体性能を最適化する埋込可能センサー設計及び製造手法に関する。所与のインプラントサイズの場合に最大のリンク距離を助長するために、その筐体は、十分な保護を依然として提供しながら、アンテナコイル面積を最大化するように構成されるべきである。

インプラントパッケージは、決まった外側サイズからなるインプラントパッケージ内部の利用可能な空間を拡大するために、ガラス、石英、サファイア、石英ガラス、アルミナ、チタン、ダイヤモンド又は当該技術分野において既知の他の材料のような薄膜材料を利用することができる。従来技術のインプラントパッケージでは、薄膜は、図１及び図２の場合のように、インプラントパッケージの上部に結合されるのに対して、１つ又は複数の薄膜は、図３の場合のように、それらの膜がコイルの軸と実質的に平行な平面内にあるように、インプラントパッケージの側面に結合することができる。

図３Ａ〜図３Ｃは、その壁構成によってコイル面積を最大化するワイヤレスインプラントパッケージ２０のための基本組立ステップを示す。図中のインプラントは、通常の心臓血管インプラントの細長い長方形の形状を有するが、その原理は任意の幾何学的形状に当てはまる。図３Ａは、基本ハウジング３００を、側面図（長い寸法）と、一部を切り取った正面図（短い寸法）とにおいて示す。一実施形態では、ハウジング３００の寸法は全体として直方体とすることができ、その中に容積を画定することができる。ハウジング側壁は互いに対して特定の寸法及び比率からなることができる。例えば、ハウジングは４つの壁（「上壁」、「底壁」、「前壁」、「後壁」）を有することができるが、図３Ａの側面図において、ハウジングを通してページをのぞき込むことができるように、長い側面のうちの２つは開いていることができる。本明細書において説明されるように、ハウジング側壁の長さは、開放壁の長い方の寸法を指している（図３Ａの側面図において示されるように、ハウジングの上壁及び底壁の長い方の寸法にも対応する）。ハウジングの高さ及び幅は、図３Ａの正面図に示されるような残りの側壁又は上壁及び底壁の寸法を指している。以下に与えられる寸法は、（長さｘ幅ｘ高さ）の順にハウジングの寸法を列挙する。ハウジングの長さは、幅寸法及び高さ寸法より少なくとも２倍だけ大きくすることができる。非限定的な例によれば、ハウジングの寸法は約２５ｍｍｘ３．７５ｍｍｘ２．２５ｍｍとすることができ、壁は０．５ｍｍ厚である。ハウジング３００は、セラミックのような、気密であり、強く、生体適合性の材料から形成することができる。そのようなハウジングは、マイクロマシニング、超音波加工、ウエットエッチング、プラズマエッチング又はレーザー加工を含む、当該技術分野において既知のプロセスを用いて作製することができる。直方体ハウジングに関して例示されるが、円筒形ハウジング、プリズム形ハウジング、八角形又は六角形の断面を有するハウジング等の、他の形状及び構成を用いることもできることは理解されよう。さらに、本明細書において示される実施形態に関して、長さのような特定の寸法が以下に論じられる場合があるが、上記の比、比較及び説明は、長さ、幅、高さ又は任意の他の適用可能な寸法を含む、任意の寸法に当てはまることができる。

他の実施形態では、インプラントハウジングの長さは、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ又は３０ｍｍ長の値を有することができる。断面は、５ｍｍｘ３ｍｍ、４．５ｍｍｘ２．２５ｍｍ、３．２５ｍｍｘ２．２５ｍｍ、２．５ｍｍｘ１．７５ｍｍ又は２ｍｍｘ１ｍｍの幅ｘ高さ値を有することができる。

図３Ｂにおいて、アンテナコイル１４が、同じく一部を切り取って示されており、長い側面における開放壁を介してハウジング３００内に配置される。１つ又は複数の圧力センサーを含むことができる超小型電子回路３０１も、ハウジング３００内部に、又はコイル１４によって囲まれた領域内部に、又はこの領域の外部に配置することができる。

図３Ｃは最終ステップを示しており、薄壁３０２がハウジング３００に結合され、例えば、気密に結合される。薄壁３０２は任意の適切なやり方で封止又は結合され得ることは理解されよう。また、本明細書における概念は、緊急インプラント（acute implant）のような、非気密ハウジングの応用形態にも適用できることも理解されよう。これらの場合には、当該技術分野において既知の非気密材料及び結合方法を用いることができる。本明細書の例において図示及び説明されるように、薄壁３０２は、ハウジングの残りの壁より実質的に薄くすることができるか、又は実質的に薄い部分を含むことができる。ハウジング壁及び薄壁３０２の壁厚の非限定的な例が以下に与えられる。薄壁３０２がコイル１４の軸３０３に対して平行になるようにこれらの薄壁を向けることによって、短い寸法におけるコイル１４の幅（正面図において左右）が最大化される。このようにして、インプラントパッケージは、短い寸法に課せられた幅制約内で取り得る最大のコイルループ面積を達成することができる。コイル軸３０３は、図３に示されるように、概ねらせん形に巻かれたコイル１４の中心軸を指していることは理解されよう。らせん形に巻かれたコイル１４は、円形、長方形又は任意の他の形状のような任意の適切な形状とすることができる。

図３のプロセスによって作製された最終的なインプラントは、医療用インプラントの複雑な要件：（ｉ）小さな断面積、(ｉｉ）非金属製ハウジング、(ｉｉｉ）密封、（ｉｖ）生体適合性、及び（ｖ）所与の外部体積に対する最大容積を満たす。

別の実施形態では、小さな断面積とともに、最大内部高も望ましい場合がある。図３に示されるパッケージされたインプラントは、薄壁が、側面ではなく、ハウジングの上面及び底面の両方に結合するように、ハウジングを９０度だけ回転させることによって、これらの要件を満たすこともできる。

ワイヤレスインプラント２０が圧力センサーを含む場合、内部電子回路３０１は、当該技術分野において既知の１つ又は複数の圧力センサーを含むことができ、薄壁３０２は、ハウジング３００及び薄壁３０２によって形成される空洞を満たす非圧縮性流体又はゲルによって内部電子回路３０１に圧力を伝達する可撓性膜とすることができる。別の実施形態では、薄壁３０２は検知電子回路の一部である可撓性膜とすることができ、それにより、圧力を検知回路の電子信号に直接変換することができる。

薄壁３０２以外のハウジングの壁は、０．３ｍｍより厚い場合がある。比較として、一実施形態では、インプラントパッケージ２０の薄い側壁３０２として膜を使用することによって、各側壁は０．１５ｍｍ未満の厚さを有することができる。別の実施形態では、インプラントパッケージ２０の薄い側壁３０２として膜を使用することによって、各側壁は約０．０５０ｍｍ未満の厚さを有することができる。別の実施形態では、インプラントパッケージ２０の薄い側壁３０２として膜を使用することによって、各側壁は約０．０２５ｍｍの厚さを有することができる。別の実施形態では、インプラントパッケージの薄い側壁３０２として膜を使用することによって、各側壁は、約０．０２０ｍｍ、約０．０１５ｍｍ、約０．０１０ｍｍ、約０．００５ｍｍ、約０．００１ｍｍ及びその間の任意のサイズの厚さのような、約０．０２５ｍｍ未満の厚さを有することができる。このようにして、薄壁３０２は、ハウジング２０の非薄壁の厚さの半分以下を有することができる。

通常の実施形態では、薄壁３０２は、ガラス、石英、石英ガラス、チタン、シリコン、サファイア、ダイヤモンド等の１つ又は複数の薄膜材料から形成することができる。薄壁は、研磨、エッチング又は当該技術分野において既知の他の方法によって薄くすることができる。薄壁３０２は、２つの表面上に金属ろう付けリングを堆積した後に、レーザー溶接、ガラスフリットボンディング、又はろう付けによる圧着、ハンダ付け又は共晶ボンディングを含む、当該技術分野において既知の幾つかの手段によって、ハウジング３００に結合することができる。

各ダイヤフラムの外周部にわたって金属リングを堆積することを必要とするボンディング技術の場合、ダイヤフラムと、ハウジング上の係合する表面との両方に関して、図３Ｃのアーキテクチャは従来技術より優れた更なる利点を提供する。図１の従来技術の場合のように、金属リングがアンテナ巻線に対して平行であるとき、金属リングは、遮蔽及び渦電流形成に起因して、アンテナを介して行き来するエネルギーのうちの著しい量を吸収し、散逸させる場合がある。一方、図３Ｃの場合のように、ダイヤフラムボンディングリングが、アンテナ巻線に対して垂直に配置されるとき、遮蔽及び渦電流の効果は実際には排除される。

薄壁のハウジング又はインプラントパッケージ２０は、インプラントパッケージ内部の空間の効率的な使用に関して、従来技術より優れた著しい改善を提供する。非限定的な例として、約４ｍｍの外幅を有する従来技術のインプラントパッケージの場合、アンテナのために利用可能な最大幅は約３ｍｍであった。対照的に、約４ｍｍの外幅を有する薄壁インプラントパッケージ２０では、アンテナのために利用可能な幅は約３．９５ｍｍである。所与のインプラント外側サイズの場合にアンテナの幅がそのように増加すると、埋込可能ワイヤレスセンサーのワイヤレスリンク距離が劇的に増加する場合がある。薄壁インプラントパッケージ２０のアンテナ幅のこの違いは、従来技術のシステムの場合より、本発明の場合に約３Ｆｒサイズだけ小さいカテーテル送達システムにつながることができる。同様に、インプラントハウジングが９０度だけ回転する場合には、薄壁ハウジングインプラントパッケージは、高いアンテナの場合にはるかに大きな空間を与えることができる。

それゆえ、本発明は、他の軸より長い１つの軸を有するワイヤレスインプラントの場合に特に有用であり、それは、血管内に配置することを意図するか、又はカテーテルデバイスを通して送達することを意図するインプラントの場合に一般的に当てはまる。そのようなインプラントの長さ又は幅の比がｘである場合には、コイルの幅寸法をｎミクロンだけ増加させると、長さ寸法の同じ増加より、ｘ倍だけ大きなコイル面積を生み出す。そのようなワイヤレスインプラントでは、図３Ｃの場合のように、コイル軸に対して平行に、かつ短い方の寸法に対して垂直に最も薄い側壁を配置することによって、一般的にコイル面積を最大化することができる。

そのインプラントアーキテクチャを用いて、任意の内部コンポーネント、基板又はその組み合わせのサイズを最大化できることは更に理解されよう。これらは、限定はしないが、薬物、ステロイド、電池、刺激電極、ペーシング回路、フローセンサー、化学センサー又は他の電子回路を含むことができる。

例示的な実施形態は長方形コイルを示すが、コイル１４は一般的に円形、楕円形、長方形とすることができるか、又は１つのエリアを包囲する任意の多角形の形をとることができることは更に理解されよう。さらに、例示的な実施形態の図では長方形のハウジングが示されるが、コイル１４の外周に、かつコイル軸３０３に対して平行に薄壁を配置する概念は、任意の多角形の形状に一般化することができる。

図３において示される開示される発明は、圧力検知インプラントの場合に更なる利点を有することができる。一般的に入手可能なチップスケール圧力センサーの多くが、ワイヤレスインプラントにおいて用いるのに非常に適している。しかしながら、そのような圧力センサーは、一般的に、直径が２ｍｍ以下程度、及び厚さが５００ｎｍ以下の小さく薄い圧力検知ダイヤフラムを有する。そのようなダイヤフラムが生体組織又は血液に晒される場合には、数日又は数週間の期間後に、通常、その上に１つ又は複数の細胞層が成長することになる。このような細胞層は、センサーのダイヤフラムを硬直させて、デバイスの感度を低下させることが知られている。図３Ｃに示される実施形態では、薄い側壁３０２は、可撓性の圧力ダイヤフラムとしての役割を果たすことができ、この圧力ダイヤフラムは、圧力伝達媒体を通して、内部電子回路３０１上のチップスケール圧力センサーに圧力を伝達する。それらの側壁はチップスケールセンサーのダイヤフラムより、面積が大きく、一般的に硬質であるので、薄い側壁３０２は、チップスケールセンサーの小さなダイヤフラムに比べて、幾つかの細胞成長層によって著しく硬直することはない。したがって、本発明によれば、圧力センサーインプラント設計者は、幾つかの入手可能な既製の圧力センサー又はカスタムチップスケール圧力センサーから選択できるようになり、細胞成長に起因してダイヤフラムが硬直することを心配する必要はない。

薄壁インプラントパッケージ２０はＲＦ医療用インプラントとともに使用することができるが、本明細書において記述される設計は、非金属気密筐体が必要とされ、側壁厚を最小化することが望ましい任意の超小型デバイス又はコンポーネントにとって有用である。幾つかの例は、限定はしないが、過酷な化学環境内に位置するか、液中に浸漬されるか、高温ゾーン内（エンジン等）に位置するか、又は滅菌が不可欠である環境内に位置する、センサー、アクチュエーター又はトランスポンダーを含む。他の例は、内部電子回路が気密に収容されなければならないが、金属ハウジング又はろう付けリングによって課せられる遮蔽又は渦電流損失に耐えることができない応用形態を含む。本明細書において記述される設計及び方法は、無線周波数を使用するワイヤレスセンサーに関連付けられる数多くの課題を克服する。

図３に示される実施形態には数多くの変形形態もある。例えば、図４Ａに示されるように、ハウジングは２つの部品４０１及び４０２として形成され、それぞれの部品が当該技術分野において既知のマイクロマシニングプロセスのうちの１つによって形成された空洞を有する。空洞の場所は側面図では破線として示され、一部を切り取った図において見ることができる。図４Ｂに示されるように、ハウジング部品のうちの１つ４０１に、コイル１４、電子回路３０１及び他の内部部品が挿入される。図４Ｃに示されるように、ハウジング部品４０１及び４０２は、以前に開示された方法のうちの１つによって、互いに気密に結合される。図４Ａ〜図４Ｃにおいて、ハウジング部品４０１及び４０２は対称に示されるが、非対称の部品も利用できることも留意されたい。

図５Ａ及び図５Ｂは、電子回路５０１が、当該技術分野において既知のプロセスのうちの１つによって薄膜デバイスとして作製される実施形態を示しており、図５Ａは組立分解図であり、図５Ｂは全部品が組み立てられた状態を示す。図５Ａ及び図５Ｂでは、ハウジング５００の長い側面は上記のように開放されているが、今度は上側が開放されている。その後、ハウジング５００にコイル１４が挿入される。薄膜電子回路デバイス５０１は、ワイヤボンディング、導電性接着剤又は当該技術分野において既知の他の手段によってコイル１４に接続され、その後、電子回路５０１は、上記のプロセスのうちの１つを用いて、ハウジング５００に気密に結合される。ここで、電子回路５０１は、ハウジングの上面を形成する。薄い側壁５０２は、上記のように、ハウジング５００に気密に取り付けられる。薄い電子回路５０１が圧力センサーを含む場合には、薄い側壁５０２が圧力を伝達する必要はないので、ハウジングの内部容積は非圧縮性流体で満たされる必要はない。さらに、電子回路５０１を結合するステップ、薄い側壁５０２をそれぞれ結合するステップ、又はコイル１４を挿入するステップは、異なる順序において行うことができることは理解されよう。電子回路５０１は、容量性センサーのような、単一の固体デバイスとすることもできるし、ＬＴＣＣのような気密基板に取り付けられる複数のデバイスとすることもできる。

図６は、図５の実施形態に類似の実施形態を示す。電子回路６０１はハウジング６００の外部に配置されるが、今度は、短い端部のうちの１つに配置される。図６は、電子回路６０１をコイル１４に接続する気密の電気フィードスルーを示すが、図５Ａ及び図５Ｂに示されるような「自在ワイヤ」接続法も利用することができる。図５Ａ及び図５Ｂの場合のように、薄い側壁３０２は圧力を伝達しないので、非圧縮液で満たす必要はない。

図７は、図６の実施形態に類似の実施形態を示す。ここでは、ハウジングは２つのチャンバーを有し、一方はコイルのためのチャンバーであり、他方は電子回路のためのチャンバーである（ここでは、「センサー」及び「基板」として示される）。コイル及び電子回路は、フィードスルーを介して接続し、フィードスルーは気密であっても、なくてもよい。薄い側壁は、コイルの側方の所定の位置と、さらに、電子回路を含むチャンバー上とに配置される。電子回路が圧力センサーを含まない場合には、電子回路チャンバー上の側壁は、より厚い壁か、又はより硬質の材料からなる薄い壁とすることができる。電子回路が圧力センサーを含む場合には、かつ電気フィードスルーの防漏性が十分である場合には、非圧縮性流体で満たされる必要があるのは、センサーを含むチャンバーのみである。

本明細書において開示される発明は、心臓血管インプラントの場合において一般的であるように、ワイヤレスインプラントが細長い必要があるときに特に有利である。そのような幾何学的形状では、短い寸法において得られる任意のコイル幅がコイル面積に、それゆえ、リンク距離に劇的な影響を及ぼす。他の実施形態では、本発明を用いて、インプラント内部のコイルの高さを増すことが有利な場合がある。

本明細書において開示される実施形態の多くは、ハウジング内部の内圧が温度とともに変化するのを防ぐために、真空環境内に取り付けられた最終的な側壁を有することから利益を得ることができる。代替的には、その容積が、内部部品の腐食を制限するために不活性ガスで満たされ得る。

本明細書において開示されるインプラントハウジングの実施形態は、全て厚い側壁を用いて形成し、その後、ハウジングを後処理して、コイルの軸に対して平行である壁の部分を薄くすることができることも理解されたい。研削、研磨、エッチング又はレーザーアブレーションのような最新の後処理技術が、これを成し遂げるための幾つかの取り得る手段である。

図８は、例示的な容量性圧力センサー８００の断面図を示す。図示される容量性圧力センサー８００は直列キャパシタ設計を示唆するが、単一の平行板キャパシタ設計を作り出すために、他の電極接続構成が可能である。一実施形態では、センサー８００は、蓋ウェハー８０１を底ウェハー８０２に結合することによって形成することができる。幾つかの実施形態では、中間層８０３を用いて、蓋ウェハー８０１を底ウェハー８０２に結合することができる。幾つかの実施形態では、中間層８０３は、蓋ウェハー８０１又は底ウェハー８０２から形成することができる。幾つかの実施形態では、中間層８０３は導電性とすることができ、蓋電極８０４を底ウェハー上の電気的ビアに電気的に接続することができる。蓋ウェハー８０１は少なくとも１つの蓋電極８０４を含む。一実施形態では、蓋ウェハーは２つの電極を含む。一実施形態では、底ウェハー８０２は、底電極８０５と、第２の底電極８０６とを含む。蓋電極８０４と、底電極８０５及び８０６とは、小さな間隙８１０だけ分離することができ、空洞内部８１１に封止することができる。間隙８１０は、０．１μｍ〜１０μｍ程度、又は約１μｍとすることができる。蓋ウェハー８０１に加えられる圧力によって、蓋電極８０４は、底電極８０５及び８０６に近づくか、又は底電極８０５及び８０６から遠ざかることができ、結果として、容量性圧力センサー８００のキャパシタンスが変化する。一実施形態は、底電極８０５及び８０６は単一の電極とすることができる。底電極８０５は電気的ビア８０７を有し、電気的ビア８０７は、空洞８１１の外部における、底電極８０５への電気的接触を可能にする。底電極８０６は電気的ビア８０８を有し、電気的ビア８０８は、空洞８１１の外部における、底電極８０６への電気的接触を可能にする。一実施形態では、電気的ビア８０７及び８０８は、底ウェハー８０２を通って底ウェハー８０２の下側まで貫通し、ワイヤボンディング、ハンダ付け、フリップチップ、又は他の電気的取り付け手段に適した表面を有することができる。別の実施形態では、電気的ビア８０７及び８０８は、底ウェハーの外周部の外部においてアクセス可能とすることができる。一実施形態では、ポート８０９によって流体が空洞８１１に到達できるようになる。ポート８０９によって、空洞８１１は、周囲の媒体に等しい圧力になることができる場合がある。一実施形態では、蓋ウェハー８０１及び底ウェハー８０２は、ガラスのようなセラミックから形成され、電極８０４、８０５及び８０６は、金のような金属から形成される。一実施形態では、電気的ビア８０７及び８０８は、銅、ニッケル、チタン又は高濃度にドープされたシリコンのような導電性材料から形成される。そのような容量性圧力センサー８００及びその派生デバイスは、ワイヤレス圧力センサーを形成するのに特に有用とすることができ、インプラントハウジングと一体に構成することができる。

「ウェハー」と言う用語は、上記で、そしてここで用いられるときに、ウェハー、基板、層又は他の類似の語句を意味することができる非限定的な用語であることは理解されよう。本明細書において記述される本発明の実施形態、及びハウジングとワイヤレスインプラントとの一体構成は、ダイレベル又はウェハースケールにおいて実行することもできるし、或る部品をウェハースケールにおいて、及び或る部品をダイレベルにおいて実行することもできることは更に理解されよう。

図９は、容量性圧力センサー９００の別の実施形態を示しており、蓋ウェハー９０１が、底ウェハー９０２の長さより短い少なくとも１つの長さを有することができる。図１０は、容量性圧力センサー１０００の別の実施形態を示しており、蓋ウェハー１００１が、底ウェハー１００２の長さより長い少なくとも１つの長さを有することができる。圧力センサー９００及び１０００の構成は、小さな断面積を有する埋込可能ワイヤレス圧力センサーを可能にすることができる。蓋ウェハー及び底ウェハーは任意の厚さとすることができることは理解されたい。幾つかの実施形態では、蓋ウェハー及び底ウェハーは１０μｍ〜１０００μｍの厚さを有することができる。

図１１は、容量性圧力センサー１１０１をアンテナ１１０２に電気的に接続することによって形成されるワイヤレス圧力センサー１１００を示す。アンテナ１１０２は、数回巻のコイル１１０３から構成することができる。アンテナ１１０２の第１の端部１１０４は、電気的ビア１１０６に電気的に接続することができ、電気的ビアは空洞１１１０内部の電極１１０８に電気的に接続される。アンテナ１１０２の第２の端部１１０５は、電気的ビア１１０７に電気的に接続することができ、電気的ビア１１０７は空洞１１１０内部の電極１１０９に電気的に接続される。一実施形態では、ワイヤレス圧力センサー１１００はＬＣ共振タンクである。

ワイヤレス圧力センサー１１００をハウジングに取り付けて、密封されたワイヤレス圧力センサーを形成することができる。気密取り付け方法の中には、オーブンフリットプロセス又は直接ガラス溶接プロセスのような、高い温度を必要とするものもある。他の気密取り付け方法は、敏感な電子回路に損傷を与えないように、結合の熱を局所化させるレーザーボンド又はレーザーフリットボンドを利用することができる。一実施形態では、容量性圧力センサー１１０１は、ガラス及び金属から構成されるＭＥＭＳ圧力センサーとすることができる。別の実施形態では、センサー１１０１は、ガラス、金属及びシリコンから構成することができる。一実施形態では、センサー１１０１は、センサー１１０１に損傷を与えることなく、３００℃より高い温度、又は５００℃より高い温度のような高温に耐えることができる場合がある。そのようなセンサーは、オーブンフリット溶接プロセス又は局所化したレーザーフリット溶接プロセスによる、ガラスハウジングへの気密結合に応じることができる。一実施形態では、コイル１１０３、ボビン又は他の電気回路が気密結合温度に耐えることができない場合があっても、容量性圧力センサー１１０１は気密結合温度に耐えることができる場合がある。本発明は、埋込可能ワイヤレス圧力センサーを製造する幾つかの手段を説明する。

図１２は、埋込可能ワイヤレス圧力センサー１２００を示す。ワイヤレス圧力センサー１２０１が、ハウジング１２０２に挿入される。ワイヤレス圧力センサー１２０１の一部がハウジング１２０２に結合される場合がある。ハウジングは、周辺部の周囲にリッジ（ledge）を有することができる。種々の結合方法を利用することができる。埋込可能ワイヤレス圧力センサーが人体内で何年にもわたって機能するために、気密結合が多くの場合に望ましい。一実施形態では、ワイヤレス圧力センサー１２０１は、結合場所１２０３及び１２０４においてハウジングに結合することができる。その結合は、レーザー溶接、フリットレーザー溶接、フリット溶接又は当該技術分野において既知の他の結合とすることができる。ワイヤレス圧力センサー１２０１は、リッジ１２０５上に載置することもできるし、結合場所１２０３及び１２０４において結合され、リッジ１２０５の上方に浮遊させることもできる。結合場所１２０３及び１２０４は、結合場所１２０３及び１２０４において局所化した熱が他のコンポーネントに損傷を与えるのに十分な温度に達しないように、電極１２１２、１２１３、１２１４、コイル１２０６及びボビン１２１５から十分な距離に位置決めすることができる。ワイヤレス圧力センサー１２０１がハウジング１２０２に気密に結合することができるように、結合場所１２０３及び１２０４において、又はその下方においてレーザーボンディングできるようにするために、結合場所１２０３及び１２０４はレーザー経路に対して光学的に透明とすることができる。蓋ウェハー１２１６、中間層１２１７及び底ウェハー１２１８を加熱することなくレーザーエネルギーが通り抜けることができるようにするために、蓋ウェハー１２１６、中間層１２１７及び底ウェハー１２１８の少なくとも一部を光学的に透明とすることができる。気密結合を形成するために、レーザーエネルギーは、底ウェハー１２１８とハウジングリッジ１２０５との界面に合焦させることができる。加えられたエネルギーを吸収し、容量性圧力センサー１２０１とハウジング１２０２との間に気密結合を形成するために、ハウジングリッジ１２０５、底ウェハー１２１８又は蓋ウェハー１２１６上に、又はその付近に中間層を配置することができる。

ボビン１２０７上のアンテナ１２０６は、ハウジング内側底部１２０８上に載置することもできるし、ハウジング内側底部１２０８の上方に浮遊させることもできる。ワイヤレス圧力センサー１２０１の空洞１２１０は、空洞１２１０がハウジング１２０２の空洞１２１１と流体連通するように、ポート１２０９によって通気することができる。

図１３は、埋込可能ワイヤレス圧力センサーを形成するのに適したハウジング１３００の斜視図を示す。ハウジング１３００は、上面１３０５から後退したリッジ１３０１を有することができる。ハウジングは貫通スロットを有することができ、一方の側に開放面１３０２を有し、反対側に開放面１３０３を有する。ハウジングは、上側開口部１３０６の下方に底壁１３０４を有することができる。ハウジング内の種々の場所に、種々の配列において電子回路を挿入することができる。容量性圧力センサーを上面１３０５又はリッジ１３０１に結合することができる。アンテナ又は他の電子回路を、開放面１３０２又は開放面１３０３を介してハウジング内に挿入することもできるし、上側開口部１３０６からさえも挿入することもできる。一実施形態では、電子回路を挿入するか、又は薄壁を取り付けるための別の開口部を可能にするために、ハウジングは、底壁１３０４を貫通するスロットを有することもできる。電子回路が挿入された後に、開放面１３０２又は１３０３を覆うために壁を取り付けることができる。ワイヤレス圧力センサーを組み立て、ハウジング内に封止する幾つかの製造手法がある。

図１４〜図１７は、ハウジング内にワイヤレス圧力センサーを形成する実施形態を示す。図１４は、ハウジング側面に貫通スロット１４０１を有するハウジング１４００を示す。コイル端１４０３を備える電子回路アセンブリ１４０２が、貫通スロット１４０１に挿入され、ハウジング１４００内に存在する。コイル端１４０３は、貫通スロット１４０１における挿入中に電子回路アセンブリ１４０２内部に押し込むことができる。コイル端１４０３は、その後、ハウジング１４００の上側スロット１４０４を通してコイル端が利用可能であるように、ハウジング１４００内の上側スロット１４０４を通して取り出すことができる。このようにして、電子回路アセンブリ１４０２及びコイル端１４０３は完全にハウジング１４００の外周部の内部にある。

図１５は、ハウジング１５００に取り付けられた側壁１５０５を示す。電子回路アセンブリ１５０２は、側壁１５０５が高温結合プロセスを介してハウジング１５００に気密に取り付けられるのに適した耐高温性セラミック又は金属から構成することができる。別の実施形態では、電子回路アセンブリ１５０２は、高温に耐えることができないポリマー又は他の金属から構成することができる。一実施形態では、側壁１５０５は、ハウジング側面１５０６上のスロット１５０１の外周部に沿ったレーザー溶接又はレーザーフリット溶接のような、局所化した加熱方法を用いてハウジング１５００に気密結合することができる。一実施形態では、側壁１５０５が結合された後に、ハウジング１５００は、上側スロット１５０４を除く、全ての面において気密壁を有することができる。

図１６は、上側スロット１６０４を通り抜けるコイル端１６０３に電気的に接続される容量性圧力センサー１６０７を示す。ハウジング１６００は、容量性圧力センサー１６０７の底面１６０９を載置するのに適したリッジ１６０８を有することができる。ガラスフリット、エポキシ又は他の結合材料のような中間材料をリッジ１６０８に塗布することができる。リッジ１６０８は、ハウジングの外周部の小さな部分に沿って、その部分が容量性圧力センサー１６０７を支持するのに十分な強度を有し、かつ容量性圧力センサー１６０７の外周部１６１０及び１６１１に沿ったレーザー利用の結合又は他の結合のために十分な面積を有するように存在することができる。

他の実施形態では、ハンダバンプが電気的接続のうちの１つ又は複数を形成することができるように、中間プリント回路基板（ＰＣＢ）をコイル端１６０３又は容量性圧力センサー１６０７に直接結合することができる。別の実施形態では、フレキシブルＰＣＢを用いることもできる。ＰＣＢに、又は容量性圧力センサー１６０７に直接、表面実装キャパシタを追加することができる。別の実施形態では、容量性圧力センサー１６０７は、電子回路アセンブリを挿入し、側壁を取り付ける前に、ハウジング１６００に最初に結合することができる。

図１７は、リッジ１７０８においてハウジング１７００に結合される容量性圧力センサー１７０７を示す。容量性圧力センサー１７０７は、ハウジング１７００の上面１７１２のような、ハウジング１７００の別の場所に結合することができることは理解されたい。一実施形態では、容量性圧力センサー１７０７の上面１７１３は、ハウジング１７００の上面１７０２と同一平面をなす。他の実施形態では、容量性圧力センサー１７０７の上面１７１３は、ハウジング１７００の上面１７１２の下方に後退することができるか、又は上方に突出することができる。一実施形態では、光又は熱又は他の手段のような、局所化した結合プロセスを、外周部の場所１７１４及び１７１５に沿って適用することができる。一実施形態では、外周部の場所１７１４及び１７１５に沿って結合することによって、結合が、容量性圧力センサー１７０７の底面１７０９に沿って生じることができるようになる。一実施形態では、外周部の場所１７１４及び１７１５に沿って加えられるレーザーエネルギーは、外周部の場所１７１０及び１７１１において容量性圧力センサー１７０７を通り抜け、容量性圧力センサー１７０７とハウジング１７００との間の結合が、ハウジング１７００のリッジ１７０８と容量性圧力センサー１７０７の底面１７１０との界面において生じるようになる。一実施形態では、レーザーエネルギーは、容量性センサー１７０７をハウジング１７００に直接結合することができる。別の実施形態では、中間層を用いて、容量性センサー１７０７をハウジング１７００に結合することができる。一実施形態では、局所化した結合プロセスによって、電子回路アセンブリ１７０２又は電子素子１７１６に損傷を与えることなく、容量性圧力センサー１７０７とハウジング１７００との間を密封できるようになる場合がある。密封されたワイヤレスセンサー１７１７も同様にして製造することができる。他の実施形態では、ワイヤレスセンサーは、種々のメトリックを検知できるようにするために高感度の生物素子、化学素子、光学素子又は他の素子を組み込むことができることは理解されたい。

図１８は、周囲１８２１とのインターフェースを構成する容量性圧力センサー１８０７を備えるハウジング１８００内部に密封された空洞１８２０を形成する別の手段を示す。一実施形態では、ハウジング１８００は、容量性圧力センサー１８０７の一部をハウジング１８００に支持し、及び／又は結合するのに適したリッジ１８０８を有することができる。容量性圧力センサー１８０７は、ハウジング１８００の上面に、又はハウジング１８００の別の表面に結合できることは理解されたい。容量性圧力センサー１８０７は少なくとも２つの層から構成することができ、蓋ウェハー１８１８が１つの層を構成することができ、底ウェハー１８１９が第２の層を構成することができる。蓋ウェハー１８１８は、底ウェハー１８１９の寸法より小さな少なくとも１つの寸法を有することができる。蓋ウェハー１８１８は、周囲１８２１に露出した第１の表面１８２２と、底ウェハー１８１９の第１の表面１８２４に露出した第２の表面１８２３とを有することができる。底ウェハー１８１９は、ハウジング１８００内部の空洞１８２０に露出した第２の表面１８２５を有することができる。電子回路、金属又は他の検知素子は、蓋ウェハー１８１８の第２の表面１８２３と、底ウェハー１８１９の第１の表面１８２４との間の場所に存在することができる。蓋ウェハー１８１８の外周部は、底ウェハー１８１９に気密に結合することができる。底ウェハー１８１９を貫通する電気的ビアが、ハウジング１８００内部の空洞１８２０に、底ウェハー１８１９の第１の表面１８２４上の電気的機構又は蓋ウェハー１８１８の第２の表面１８２３上の電気的機構との電気的接続を与えることができる。それらの電子素子は全て気密シール内に存在することができる。一実施形態では、ハウジング１８００の空洞１８２０内にアンテナが存在することができ、このアンテナを容量性圧力センサー１８０７に電気的に接続して、密封されたワイヤレス圧力センサーを形成することができる。

図１９は、周囲１９２１とのインターフェースを構成する容量性圧力センサー１９０７を備えるハウジング１９００内部に密封された空洞１９２０を形成する同様の実施形態を示す。図示される実施形態では、蓋ウェハー１９１８は底ウェハー１９１９より薄くすることができる。蓋ウェハー１９１８及び底ウェハー１９１９が等しい厚さ又は異なる厚さからなるように、ウェハー１９１８及び１９１９に対して種々の厚さを利用できることは理解されたい。一実施形態では、蓋ウェハー１９１８の第１の表面１９２２は、ハウジング１９００の上面と同一平面をなすことができる。一実施形態では、底ウェハー１９１９の外周部の少なくとも一部はリッジ１９０８に沿ってハウジング１９００に結合され、結合が底ウェハー１９１９の第２の表面１９２５とハウジング１９００の表面とにおいて形成される。一実施形態では、ハウジング１９００の空洞１９２０内にアンテナが存在することができ、このアンテナを容量性圧力センサー１９０７に電気的に接続して、密封されたワイヤレス圧力センサーを形成することができる。

図２０は、周囲２０２１とのインターフェースを構成する容量性圧力センサー２００７を備えるハウジング２０００内部に密封された空洞２０２０を形成する別の実施形態を示す。一実施形態では、底ウェハー２０１９がハウジング２０００の空洞２０２０内部に密封される。一実施形態では、蓋ウェハー２０１８はガラス材料から構成することができ、底ウェハー２０１９はガラス材料又はシリコンから構成することができる。そのシリコンは、フロートゾーンシリコンのような、高い抵抗率を有するものとすることができる。蓋ウェハー２０１８の第１の表面２０２２は、ハウジング２０００の上面と同一平面をなすか、下方に後退することができるか、又は上方に突出することができる。容量性圧力センサー２００７は、蓋ウェハー２０１８の第２の表面２０２３にある電気的接続によって、又は底ウェハー２０１９の第２の表面２０２５にある電気的接続によって、空洞２０２０内部の素子に電気的に接続することができる。一実施形態では、ハウジング２０００の空洞２０２０内部にアンテナが存在することができ、このアンテナを容量性圧力センサー２００７に電気的に接続して、密封されたワイヤレス圧力センサーを形成することができる。

図２１は、周囲２１２１とのインターフェースを構成する容量性圧力センサー２１０７を備えるハウジング２１００内部に密封された空洞２１２１を形成する別の実施形態を示す。この実施形態では、蓋ウェハー２１１８の外周部に沿った第２の表面２１２３の部分は、ハウジング２１００に結合される。底ウェハー２１１９はハウジング２１００内のリッジ２０１８上に載置することもできるし、底ウェハー２１１９はリッジ２１０８の上方に浮遊させることもできる。一実施形態では、ハウジング２１００の空洞２１２０内部にアンテナが存在することができ、このアンテナを容量性圧力センサー２１０７に電気的に接続して、密封されたワイヤレス圧力センサーを形成することができる。

図２２及び図２３は、周囲とのインターフェースを構成する容量性圧力センサーを備えるハウジング内部に密封された空洞を形成する別の実施形態を示す。図２２は、そのような実施形態の組立分解断面を示すのに対して、図２３はそのような実施形態の組み立て後の断面図を示す。ハウジング２２００は上部から底部までの貫通スロットを有することができる。ハウジング２２００は薄い側壁２２２６を有することもできるし、側壁２２２６は最初に厚く、ハウジング２２００を後処理することによって後に薄くすることもできる。研削、研磨、エッチング又はレーザーアブレーションのような最新の後処理技術が、これを成し遂げるための幾つかの取り得る手段である。ハウジング２２００とともに密封された空洞を形成するために、一実施形態では、容量性圧力センサー２２０７をハウジング２２００の上面に結合することができ、壁２２２２をハウジング２２００の底面に結合することができる。一実施形態では、容量性蓋ウェハー２２１８の第２の表面２２２３が、ハウジング２２００の上面２２２７に結合される。壁２２２２の第１の表面２２２９がハウジング２２００の底面２２２８に結合される。

一実施形態では、容量性圧力センサー２２０７が高温プロセスを用いてハウジング２２００に結合される。一実施形態では、壁２２２２がハウジング２２００に結合される前に、ハウジングの底部の開口部を通して電子回路アセンブリを挿入し、容量性圧力センサー２２０７に取り付けることができる。一実施形態では、壁２２２２は、ハウジング２２００内部の電子回路を損傷しないようにするために、局所化した結合方法を用いてハウジング２２００に結合することができる。

図２３は、ハウジング２３００の１つの表面に容量性圧力センサー２３０７を、ハウジングの別の表面に壁２３２２を備える、密封されたハウジング２３００を示す。そのような製造手法は、ワイヤレス圧力センサーのための密封された空洞の内部容積を最大化することに応じることができる。蓋ウェハー２３１８及び壁２３２２は、２５ミクロン〜２５０ミクロンの厚さを有するように、薄くすることができる。また、底ウェハー２３１９も薄くすることができ、底ウェハー２３１９とハウジング２３００の側壁２３２６との間の空間２２３１内に電子回路を配置する余地を与える幅寸法又は長さ寸法を有することができる。例えば、空間２２３１は、複数回巻いたコイルアンテナが壁２３２２の第１の表面２３２９から、蓋ウェハー２３１８の第２の表面２３２３まで垂直方向に積重されるようにするほど十分に大きくすることができる。

図２４〜図２６は、図２２及び図２３に示される埋込可能センサー構成において使用するのに適した容量性圧力センサーを示す。図２４は、蓋ウェハー２４１８の第２の表面２４２３を示す。第２の表面２４２３上に第１の電極２４０５及び第２の電極２４０６がある。電極の周囲にボンドライン２４５０が示される。ボンドラインが別の表面に結合されるとき、その電極はボンドライン２４５０内部に密封することができるか、又は別の方法で封止することができる。蓋ウェハー２４１８の第２の表面２４２３上の電極２４０５及び２４０６に電気的に接触できるようにするために、電気的ビア２４０７及び２４０８がボンドライン２４５０の下を通ることができる。本実施形態は２つの電極を示すが、蓋ウェハー２４１８上に１つ又は複数の電極を形成できることは理解されたい。

図２５は底ウェハー２５１９の第１の表面２５２４を示す。電極２５０４が底ウェハー２５１９の第１の表面２５２４上にある。電極２５０４はボンドライン２５５０内に完全に収容することができる。底ウェハー２５１９は、蓋ウェハー２５１８より小さな少なくとも１つの長さ寸法を有することができる。図２６は、底ウェハー２６１９に結合される蓋ウェハー２６１８を示す。蓋ウェハー２６１８の第２の表面２６２３が、底ウェハー２６１９の第１の表面２６２４に結合することができる。電気的ビア２６０７及び２６０８は、蓋ウェハー２６１８の第２の表面２６２３上においてアクセス可能とすることができ、その間電極は蓋ウェハー２６１８と底ウェハー２６１９との間のボンドライン内に位置することができる。電気的ビア２６０７が底ウェハー２６１９上の素子に直接的な電気的接触をもたらすことができるように、蓋ウェハー２６１８と底ウェハー２６１９とを直接電気的に接触させることができることは理解されよう。図２４〜図２６に示されるそのような構成は、直列の容量性圧力センサーを形成することになり、そのセンサーは、コイルを備える電子回路アセンブリに取り付けることができ、密封されたワイヤレス圧力センサーを形成するために気密にパッケージされたハウジングに組み込むことができる。他の実施形態では、同じようにして、単一の平行板容量性圧力センサーを形成することができる。

図２４及び図２５に示される電極レイアウトは、大きな面積の一枚板の電極の従来技術の電極設計より優れた利点を有する。キャパシタの大きなベタ領域の電極が、インダクタから離れて位置決めされないとき、結果として、電極が高周波数交流に晒されるときにキャパシタ電極内に渦電流が生じることに起因して、ＬＣ回路の品質係数が低下する。図２４及び図２５に示される電極レイアウトは、ベタ領域にわたる導電性機構から構成され、それらの導電性機構がスロット又は別の刻み目を組み込む結果として、不連続なベタ領域が生成される。そのベタ領域は、薄いトレース２４５２と接続される複数の細い長方形エリア２４５１に分割される。そのような電極設計は、回路内に十分なキャパシタンスを与えることができながら、ワイヤレス回路の品質係数を低下させる可能性がある渦電流を防ぐのに最適に設計される。

図２７及び図２８は、ワイヤレス回路の品質係数を最適化するキャパシタ電極の別の構成を示す。別の実施形態では、電極は構成可能にすることができる。図２７は、構成可能なキャパシタ電極の図を示す。どの電極エリアが回路キャパシタンスの一部であるかを選択するために、ウェハーの下側に電気的接続を設けることができる。図２８は固定キャパシタ電極の図を示す。

図２７は、構成可能なキャパシタ電極２２を備える容量性圧力センサー２０の図である。電極２２は、センサーが高い周波数において共振しているときに生じる可能性がある渦電流を低減し、実効的に排除するように特定の構成にパターニングされる。キャパシタ電極内の渦電流を低減することにより、ＬＣセンサーの品質係数が向上する。このようにして、パターニングされた構成可能電極２２は、高い品質係数のＬＣセンサーをコンパクトな構成において提供する。構成可能電極２２は、距離２８だけ離間して配置される長方形パターン２４及び２６を含む。長方形パターン２４及び２６は中央部材３０によって電気的に接続される。一実施形態では、長方形パターン２４及び２６は、高さ０．１ｍｍ〜１ｍｍ、幅０．１ｍｍ〜１ｍｍとすることができ、距離２８は０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍとすることができ、中央部材３０は、高さ０．１ｍｍ〜１ｍｍ、幅０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍとすることができる。大面積のキャパシタ電極２２を形成するために、数多くの長方形パターン２４及び２６を電気的に接続することができる。長方形パターンが説明されたが、種々の形状及びサイズを利用することができる。

容量性圧力センサー２０は、オプションで、上部キャパシタ電極２２に最初に電気的に接続されない導電性エリアを有することができる。間隙３２が最初に、構成可能電極２２を更なる導電性エリア３４から分離する。一実施形態では、上部電極２２を更なる導電性エリア３４に電気的に接続するために、間隙３２内に導電性材料を堆積することができる。別の実施形態では、更なる導電性エリアを選択して電気回路に追加するために、ウェハー貫通ビア（thru wafer via）及びウェハー背面上のコンタクトを接続することができるか、又は接続しないことができる。このように構成可能にすることによって、センサー作製後に回路内の固定キャパシタンス及び可変キャパシタンスの両方を同調させることができるようになる。更なる導電性エリア３４を構成可能電極２２に電気的に接続することによって、構成可能電極２２のエリアを制御しながら増加させる。

構成可能電極２２を変更することによって、センサー２０が適切に設計された固定キャパシタ電極４０（図２８を参照）を有するときに容量性圧力センサー２０のキャパシタンスを変更することができる。図２８は、容量性圧力センサー２０の固定キャパシタ電極４０の平面図を示す。固定電極４０は、センサーが高い周波数において共振しているときに生じる場合がある渦電流を低減し実効的に排除するように特定の構成にパターニングされる。キャパシタ電極内の渦電流を低減することによって、ＬＣセンサーの品質係数が向上する。このようにして、パターニングされた固定電極４０は、高い品質係数ＬＣセンサーをコンパクトな構成において提供する。固定電極４０は、距離４６だけ離間して配置される長方形パターン４２及び４４のようなパターンを含むことができる。長方形パターン４２及び４４は、中央部材４８によって電気的に接続される。更なる長方形パターン５０が中央部材５２によって長方形パターン４２及び４４に電気的に接続される。図１５に示されるように、固定電極４０は幾つかのパターンを含み、これらのパターンは全て最初に電気的に接続される。この固定電極４０の構成に起因して、上部電極２２上の間隙３２が導電性材料で満たされ、構成可能電極２２を更なる導電性エリア３４に接続するとき、容量性圧力センサー２０の全キャパシタンスが増加する。

オプションでは、導電性トレース５４が固定電極４０を容量性圧力センサー２０の外面上のプローブパッド３６に接続する。容量性圧力センサー２０の外面上のプローブパッド３８が構成可能電極２２に接続する。プローブパッド３６及び３８を用いて、容量性圧力センサー２０に他の回路素子を接続することができる。

本発明の実施形態によって、圧力センサーだけでなく、種々のセンサーを説明することができることは理解されたい。

全ての実施形態において、外部ハウジングは、血餅形成を制限するか、細胞成長を抑制するか、又は潤滑性を改善するために、生体適合性材料によって表面処理することができる。そのような材料は、ヘパリン、シリコーン、パリレン、細胞組織単分子層、又は当業者に既知の他のコーティングを含むことができる。流動性（flow dynamics）、改善された送達可能性又は他の特徴を得る目的で形状全体を改善するために、ハウジング上に他の材料を塗布又はコーティングすることができる。体内の所望の場所に埋め込むのを容易にするために、更なる機械的機構がハウジングに取り付けられる場合がある。数多くのそのような機構が、「Pressure Sensor, Centering Anchor, Delivery System and Method」と題する国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ／２０１１／４５５８３号に開示されており、同じく引用することにより本明細書の一部をなす。

本発明の装置及び方法が好ましい実施形態を参照しながら図示及び説明されてきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、それらの実施形態に変形及び／又は変更を加えることができることは、当業者は容易に理解されよう。

Claims (15)

1. 複数の壁と、少なくとも１つの開口部とを有するハウジングと、
   前記ハウジング内の開口部に接続されるセンサーと、
   を備え、前記センサーは、
   第１の寸法を有する第１の層と、
   前記第１の寸法より短い第２の寸法を有する第２の層と、
   を備え、前記第２の層は前記ハウジング内に完全に位置決めされ、前記第１の層の表面は前記ハウジングの外部に露出している、回路。
2. 前記センサーは圧力センサーである、請求項１に記載の回路。
3. 前記圧力センサーは容量性圧力センサーである、請求項２に記載の回路。
4. 前記センサーは、前記ハウジングを密封するように、前記開口部に接続される、請求項１に記載の回路。
5. 前記第１の層の第２の表面は前記ハウジング内部からアクセス可能である、請求項１に記載の回路。
6. 前記第１の層はガラスから構成され、前記第２の層はシリコンから構成される、請求項１に記載の回路。
7. 前記第２の層内に１つ又は複数の電気的コンタクトを更に備える、請求項１に記載の回路。
8. 前記電気的コンタクトは前記センサーと接触している、請求項７に記載の回路。
9. 前記第１の層又は前記第２の層上に１つ又は複数の電気的コンタクトを更に備え、該１つ又は複数の電気的コンタクトはコイルと接触している、請求項１に記載の回路。
10. 前記コイルは前記ハウジング内に位置する、請求項９に記載の回路。
11. 前記コイル軸は前記ハウジングの少なくとも１つの壁に対して実質的に平行である、請求項９に記載の回路。
12. 前記ハウジングの前記少なくとも１つの側壁は、前記ハウジングの残りの壁より実質的に薄い、請求項１に記載の回路。
13. 前記回路は血管内に埋め込まれるように構成される、請求項１に記載の回路。
14. 前記ハウジングは、液体、ゲル、真空、不活性ガス又は空気を含む群から選択される材料で満たされる、請求項１に記載の回路。
15. 前記センサーの反対側において前記ハウジングに取り付けられる壁を更に備える、請求項１に記載の回路。