JPH01253627A

JPH01253627A - 圧力センサ

Info

Publication number: JPH01253627A
Application number: JP8039888A
Authority: JP
Inventors: Masaki Esashi; 正喜江刺
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1988-04-01
Filing date: 1988-04-01
Publication date: 1989-10-09
Anticipated expiration: 2012-01-29
Also published as: JP2577038B2

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】（技術分野）この発明は、圧力センサと１その製造法に関するもので
ある。さらに詳しくは、この発明は、臨床医学における
血管圧や心臓内圧や脳内圧、膀胱内圧などの生体圧を連
続的にモニタリングすることのできる体内埋め込み型の
圧力センサに関するものである。

（背景技術）医療技術の進歩にともなって、生体の諸機能をモニタリ
ンクする機器を体内に埋め込む方式が注　”目されてい
る。

しかしながら、体内にセンサを埋め込むなめには、従来
にもまして、小型・低消費電力てあり、信号線の取り出
しが容易であることと同時に、長期的にも安定であるこ
とが必要になっている。

従来より知られている圧力セン日ノーとしては、シリコ
ン基板」−に形成したダイヤフラムを用いて、・ぐの圧
力による変形層をシリコン素工のピエゾ抵抗効果により
測定するものが一般的であった。しかしながら、この従
来測定法においては、消費電力が大きく、小型１ヒには
限界があるという基本的な問題があった。また一方、従
来公知の容量型圧力センサの場αには、低消費電力てあ
り、小型（ヒに有利であることが知られていたが、製造
技術の面ての制約が大きく、さらにはインビータ〉スが
高くなることから雑音に弱いという問題があった。

（発明の目的）この発明は、以上の通りの問題点に鑑みてなされたもの
であり、信−’１４烙理回路を圧力センサと一体とする
ことにより低雑音（１１を実現し、また２線式出力方式
を採用することによりデレメ１〜リーシス７゛ムを容易
とし、かつ体内埋め込みを可能とする容量型・圧カセシ
ザを提供することを目的としている。（発明の開示）この発明は、上記の目的を実現するノこめに、シリコン
基板の一部に形成したダイヤフラムと、その上部にＡへ
ツブを介して配設した電極とを有する、圧力の変１ヒに
よって発生ずるダイヤフラムの変形を容量変１ヒとして
検知する容量型圧力センサからなることを特徴とする体
内埋め込み型の圧力センサを提１共する。

また、この発明は、そのための製造法も提供する。

以下、図面に；：＞−：ｌてこの発明について詳しく説
明する。

第１しＩは、この発明の基本的な構造を断面として例示
したちのである。

この例においては、シリコン基板（１）十に、ダイヤフ
ラム（２）を有する容量型圧力センサと、容量を検出す
る信号処理回路（３）とを集積化しており、またこれら
を有する素子を完全に月廿するために、ガラス基板（４
）をシリコン基板（１）と接合し、信号処理回路（３）
からの信号線（５）はガラス基板（４）に穴をあζづる
ことによって接着剤（６）により固定して外部に取り出
す構成としている。

この構造において、ダイヤフラム（２）の形成には、マ
イクロマシニングの技術を用いることがてきる。これは
、ある種のエツチング液を用いるとシリ二７ン基板の結
晶軸によってエツチング速度が異なることやポロンを大
量にドープしたｐ＋層でエツチングを停止することがで
きることを利用するものである。一般に、この目的のた
めに用いられるエツチング液は、ＥＰＷ（エチレンジア
ミン−ピロカブコール−水）液やＫ　Ｏ）（？Ｍなどが
ある。第２図は、このマイク１コマシニングプロセスに
よって形成したダイＡ・フラム（２）のｍ造を拡大して
示しスニムのである。この例においては、所望のダイヤ
フラムの厚みど表面がらの深さを得るなめに、ｐ＋を拡
散させている。

また、（１００）面の基板を用い、ダイヤフラム以外の
部分を、５ｉ０２層をマスクとして上記のエツチング液
でエツチングし、（１１１）而のエツチング速度がにい
ことを利用して第２図のようなダイヤフラムを形成して
いる。

たとえは、具体的には、５００μｌ１ｌＸ５００μ（Ｈ
、）Ｖみ２０μｍのダイヤフラム（２）を形成すること
がてき、表面がらの深さを１μｍｎとすることがてきる
。

この場合の１μｍの深さが、コンデンサを形成する六′
ヤップとなり、まな９１層をコンデンサの一方の電極と
することができる。この点もこの発明の大きな特徴の−
っである。

この発明はまた、信号処理回路（３）をシリコ〉基板（
１）　ｌに某積（ヒしたことも特徴としている。この点
については、特に、］、　ｆ　Ｆ程度の微小容量を検出
するためには、容量センサとその検知回路を非常に接近
させ外部からの雑音混入を極力減らすことが必要になっ
てくる。また、体内埋め込み型とするためには信号処理
回路（３）の低消費電力１ヒと出力線の低減化が必要と
なる。このため、この発明においては、電源供給と信号
線を共用とする２線方式の出力線を採用することができ
る。低消費電力（ヒのためには新規な回路構成を採用す
ることかできる。

さらにまた、センサを体内埋め込み型とするためには、
ダイヤフラム（２）からなる容量型の圧力センサと信号
処理回路（３）が完全に気密性を保つことが必要である
。このためには、ガラス基板（４）とシリコン基板（１
）との接合に陽極接きを用いた完全シール装着技術を採
用することができる。この方法は、この発明によって初
めて実現されたものである。

すなわち、ガラス基板（４）には、コンデンサを構成す
るもう一方の電極パターンをＣｒ　−Ａ　ｕなどの蒸着
膜を用いて形成し、位置合わせ装置のちとてシリコン基
板（１）と接合する。この際の接合技術としては、すて
に知られている種々の手法を用いることができる。この
うちの好適なものとしては陽極接合法がある。

第３図にはこの陽極接合の一例を示している。

セラミックヒータ（７）上にシリコン基板（１）とガラ
ス基板（４）をパターン位置合わぜして重ね合わせる。

ガラス基板（４）には、Ｃｒ−Ａｕ電極（８）をあらか
じめ形成しである。電圧は、ガラス基板（４）側がマイ
ナス、シリコン基板（１）側がプラスになるように印加
する。加熱温度は、たとえば２００〜６００°Ｃ稈度の
範囲とすることがてきるが、好適には３００〜５００°
Ｃとする。また、電圧はたとえは、３００〜１０００■
程度の範囲とすることができるが好適には、５００Ｖで
ある。

Ｃｒ−−Ａｕ電極（８）は、シリコン基板（１）上に拡
散したｎ１層（９）と接合し、信号処理回路（３）と接
続する。従来の陽極接合法においては、内部からの電気
配線部の取り出し部（フィートスル一部）を気密封止す
ることが離しかったが、この発明では、ｎ＋層（９）を
用いて、ガラス基板（４）側の電極と接続する構造とす
ることにより、完全密閉構造の形成を実現している。

また、この陽極接合の際に用いる高電界の影響から信号
処理回路（３）を保護するために、ガラス基板（４）の
該当する部分に導電膜からなる静電シールドを設けるこ
とも有利である。

次に、この発明の一つの実施例とじての容量読み出し回
路の例を第４図に示す。

この回路は定電流署とフリップフロップ回路を用い基準
容量Ｃ＆と圧力センサの容量Ｃ×を交互に充放電するこ
とによって、容量をその大きさに比較する時間間隔の信
号パルスに変換する方式である。

信号変１ヒ時にＣＭＯ３回路の消費電流が流れる特長を
利用し、集積化センサへの供給電流から上記の信号パル
スを取り出す。

信号処理回路（３）としては、もちろんこの実施例に示
したものに限定されることはない。また、誘導結合型電
源供給方式とすることにより、無線（ヒすることも可能
であり、多チヤンネル１ヒすることもてきる。

この発明の以上の実施例の体内埋め込み型圧力センサに
ついての出力電圧と圧力との関係を具体的に例示したも
のが第５図である。８．３μＶ　、Ｚ　Ｖ、”ｍｍＨｇ
という高感度を実現していることがわかる。

（発明の効果）以上のように、この発明の体内埋め込み型圧力センサは
極めて高感度であり、かつ小型で低消費電力の性能を有
し、長期的に安定でもある。

この発明による医療の高度化への貢献は極めて大きなも
のとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の圧力センサの一例を示した断面図
である。第２図は、ダイヤフラムを示した拡大断面図で
ある。第３図は、この発明の陽極接合の一例を示した断
面図である。第４図は、容量読み出し回路を例示した回路図である。第５図は、出力電圧と圧力どの相関図である。１・・・シリコン基板２・・・ダイヤフラム３・・・信号処理回路４・・ガラス基板５　・信号線６・・・接着剤７・・・セラミックヒータ８・・・Ｃｒ−Ａ　ｕ電極９・・・ｎ＋層代理人　弁理士　　西　　澤　　利　　夫第　　４　　
図第　　５　　図圧　　　　力　　［：ｍｍＨｇ　Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）シリコン基板の一部に形成したダイヤフラムと、
その上部にギャップを介して配設した電極とを有する、
圧力の変化によって発生するダイヤフラムの変形を容量
変化として検知する容量型圧力センサからなることを特
徴とする体内埋め込み型の圧力センサ。
（２）電極の一方がシリコン基板に接合したガラス基板
上にあり、またシリコン基板上には、圧力センサの信号
を処理する信号処理回路を集積化し、信号線をガラス基
板に形成した穴より取り出す構造とした請求項第（１）
項記載の体内埋め込み型の圧力センサ。
（３）信号処理回路の出力線を、電源供給と信号伝達の
両機能を有する２線式とした請求項第（２）項記載の体
内埋め込み型の圧力センサ。
（４）信号処理回路を有するシリコン基板の一部にマイ
クロマシニング法を用いてエッチングし、表面から所望
の深さの位置にダイヤフラムを形成し、そのダイヤフラ
ムの表面に高伝導性の層を形成せしめ容量型圧力センサ
の一方の電極とし、かつ容量型圧力センサの他の電極パ
ターンを有するガラス基板を位置合わせ装置を用いてシ
リコン基板とのパターン合わせを行いつつ、陽極接合法
を用いてシリコン基板とガラス基板とを接合させること
を特徴とする体内埋め込み型圧力センサの製造法。