JPH0467839A

JPH0467839A - 接触圧センサ

Info

Publication number: JPH0467839A
Application number: JP18025990A
Authority: JP
Inventors: Chikao Harada; 親男原田; Norio Kawamura; 河村　紀夫; Ryuji Nakajima; 中嶋　隆二; Arihiro Takahashi; 高橋　有裕; Toshimasa Yamazaki; 敏正山崎; Masanobu Yasui; 安井　正伸; Tatsushi Kondo; 近藤　達志
Original assignee: COLLEEN DENSHI KK; Colin Electronics Co Ltd
Current assignee: COLLEEN DENSHI KK; Colin Electronics Co Ltd
Priority date: 1990-07-06
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1992-03-03
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JP2863281B2

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被測定圧を発生する対象物に押圧されて、その
対象物との間の接触圧を検出する為に用いられる脈波セ
ンサに関するものである。

従来の技術被測定圧を生じる対象物が押圧されて、その対象物との
間の接触圧を検出する接触圧センサが提案されている。

たとえば、生体の皮膚直下の動脈に発生する圧脈波を非
観血的に検出するためにその動脈の真上を皮膚上から押
圧する際に用いられる脈波センサがそれであり、本出願
人が先に出願した特願平１−１５１１０６号や特願平２
−４１０５０号に記載されている。生体の動脈内におい
て周期的に発生する圧力変動波、すなわち圧脈波は血圧
値だけでなく循環器の作動状態を反映していることから
、血圧値の測定あるいは循環器の診断などのために生体
動脈内の圧脈波を非観血的に検出することが望まれるた
め、上記のような接触圧センサが用いられるのである。

このような形式の接触圧センサにおいては、通常、生体
に装着されるハウジング内に設けられ、表面に圧力検出
素子が配設された半導体チップと、その半導体チップを
裏面から支持するスペーサ部材と、そのスペーサ部材が
固定される基板とを備え、上記半導体チップの表面が生
体の表皮下に存在する動脈に向かって押圧され、動脈内
の圧力振動である圧脈波が検出されるようになっている
。

発明が解決すべき課題ところで、上記のような従来の接触圧センサでは、半導
体チップと基板との間は可撓性シートに支持された複数
本の箔状配線、すなわちフレキシブルフラットケーブル
（Ｆ　Ｆ　Ｃ）により接続される。この場合、半導体チ
ップの表面に配列されているバンプと基板上の所定の接
続端子のフレキシブルフラットケーブルは、それらバン
プと接続端子とを結ぶ斜めの線に沿った状態とされる。

しかし、圧脈波検出中における皮膚からの押圧反力がト
記フレキシブルフラットケーブルに作用したり、或いは
温度変化による基板の反りやフレキシブルフラットケー
ブル自体の収縮が発生すると、そのフレキシブルフラッ
トケーブルの一端が接続されている半導体チップに直接
応力が伝達されて半導体チップに歪が発生し、圧力検出
が不正確となって精度が低下する不都合があった。

本発明は以上の事°情を背景として為されたものであり
、その目的と、するところは、皮膚からの押圧反力が加
えられたり、或いは温度変化があったとしても、測定精
度が影響されない脈波センサを提供することにある。

課題を解決するための手段かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところ
は、表面に圧力検出素子が配設された半導体チップと、
その半導体チップを裏面から支持するスペーサ部材と、
そのスペーサ部材が固定される基板とを備え、前記半導
体チップの表面が被測定圧を発生する対象物に向かって
押圧されて接触圧力を検出するための接触圧センサにお
いて、前記半導体チップの表面に設けられた接続端子と
前記基板との間を、前記スペーサ部材の側壁面に沿った
状態で該基板から立ち上がるフレキシブルフラットケー
ブルを用いて接続したことにある。

作用および発明の効果このようにすれば、フレキシブルフラットケーブルがス
ペーサ部材の側壁面に沿って基板から立ち一トがった状
態で配設されているので、皮膚からの押圧反力がフレキ
シブルフラットケーブルに作用することが殆ど解消され
る。また、温度変化による基板の反りやフレキシブルフ
ラットケーブル自体の収縮が発生しても、フレキシブル
フラットケーブルがバンプと接続端子とを結ぶ斜めの最
短距離を示す斜めの線に沿っておらず、張力を伝達でき
ない状態となっているので、フレキシブルフラットケー
ブルの一端が接続されている半導体チップに応力が伝達
されない。したがって、皮膚からの押圧反力が加えられ
たり、或いは温度変化があったとしても、半導体チップ
に歪が発生することが防止されるので、測定精度が影響
されず、圧脈波が正確に測定されるのである。

実施例以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第２図および第３図は本発明が適用された脈波検出用プ
ローブの一例を示す図であって、１０はハウジングであ
る。ハウジング１０は、全体として容器状を成し、後述
の手首３４側において開口する第１ハウジング１２と、
ピン１４により第１ハウジング１２に回動可能に連結さ
れた第２ハウジング１６とから構成されている。第１ハ
ウジング１２内には、容器状を成し、手首３４側におい
て開口するケーシング１８が、それに一体的に設けられ
た一対のアーム部２０．２２において、図示しない送り
ねしおよび案内ロンドにより第２図および第３図中左右
方向の移動可能に設けられている。また、第１ハウジン
グ１２内には、図示はＬ［いが、前記送りねじの第２ハ
ウジング１６側に位置する端部と作動的に連結する減速
ギヤユニットが設けられており、その減速ギヤユニット
は第２ハウジング１６内に設けられた図示しない電動モ
ータの出力軸と可撓性カップリング（図示せず）を介し
て作動的に連結されている。これにより、第１ハウジン
グ１２および第２ハウジング１６間の回動角度に拘わら
ず、電動モータの駆動力が減速ギヤユニットを介して送
りねじへ伝達されるようになっている。

上記ケーシング１８内にはダイヤフラム２４が設けられ
ており、これにより、ケーシング１８内の底部側に圧力
室（図示せず）が形成されている。

ダイヤフラム２４の前記圧力室側と反対側の面には、押
圧面２６にたとえば複数の感圧素子２８がケーシング１
８の移動方向に沿って配列された脈波センサ３０が固着
されており、脈波センサ３０は、前記圧力室内の圧力に
応じてケーシング１８および第１ハウジング１２内から
突き出されるようになっている。

上記第１ハウジング１２にはバンド３２が一端部におい
て取り着けられており、ノ＼ウジング１０をたとえば手
首３４の表面上に配設し、その手首３４を巻回したバン
ド３２の他端部側をファスナ３６を介して第１ハウジン
グ１２の底部外面に係止することにより、ハウジングｌ
Ｏが手首３４の表面に装着されるようになっている。こ
のとき、脈波センサ３０の感圧素子２８の配列方向は、
手首３４の皮膚直下にある撓骨動脈３５と略直交する方
向に位置している。そして、図示しない制御装置により
、前記圧力室の圧力を図示しない調圧装置を介して調節
するとともに前記電動モータを駆動し、脈波センサ３０
を動脈上に位置決めして最適感圧素子をおよび最適押圧
力を決定した後、その最適押圧力において最適感圧素子
から出力された脈波信号に基づいて脈波が検出されるよ
うになっている。なお、第１ハウジング１２の開口側の
端面には、長手状を成す一対のスポンジ３８゜４０が固
着されており、第１ハウジング１２はスポンジ３８４０
において手首３４の表面に接触させられるようになって
いる。スポンジ３８．４０の手首３４との接触面には、
両面粘着シート４２．４４がそれぞれ固着されている。

これにより、第１ハウジング１２は両面粘着シート４２
．４４の粘着力に基づいて手首３４の表面に固着される
ようになっている。

第４図に詳しく示すように、上記脈波センサ３０は、前
記ダイヤフラム２４の中央部に固定されるプラスチック
類のセンサヘッドケース５０と、回路膜５２が一面に固
着され、他面において接着層５４を介してこのセンサヘ
ッドケース５０の中央凹部内に固定されるセラミック製
の板部材５６と、この板部材５６の中央部に固定された
直方体状のスペーサ５８と、このスペーサ５８に接着さ
れたセンサチップ６０と、回路膜５２やその接続部分を
保護するためにセンサヘッドケース５０に接着された金
属製の保護プレート６２などを備えている。上記スペー
サ５８は、電気的絶縁体として取り扱われ得るように少
なくとも表面が絶縁処理された物質、たとえばプラスチ
ックやアルマイト処理されたアルミニウムが用いられる
。上記回路膜５２が固着された板部材５６は、センサチ
ップ６０から外部の測定装置本体に至る電気的接続の中
継回路であり、必要に応じてマルチプレクサ、プリアン
プ、レギュレータなどの能動素子が設けられると同時に
、センサチップ６０を機械的に支持するための部材とし
ても機能しているものであり、請求の範囲の基板に対応
している。

上記センサチップ６０は、第５図の斜視図に示すように
、ガラスなどの比較的剛性の高いバンクアップ板６４と
、このバックアツプ板６４の一面に接着されたシリコン
単結晶板等から成る半導体チップ６６とから構成されて
いる。スペーサとしても機能する上記バックアツプ板６
４には、スペーサ５８および板部材５６の中央穴（図示
せず）を通して半導体チップ６６の裏面（非押圧側の面
）に大気圧を導くための図示しない２本の貫通穴が設け
られている。上記半導体チンプロ６は、３００ミクロン
程度の厚みを備えており、その裏面に図示しない長手状
の凹陥部が形成されることにより、厚みが数乃至十数ミ
クロンの薄肉部６８が長手状に形成されている。この薄
肉部６８には、たとえば本出願人が先に出願した特願平
１２２９３号の明細書および図面に記載されているよう
に、不純物の拡散あるいは注入などの良く知られた半導
体製造手法を用いて形成された４つの歪抵抗素子を有す
るブリッジから成り、接触圧を検知するための複数の感
圧素子７０が一方向に沿って所定間隔毎に配列されてい
る。脈波センサ３０は、これら感圧素子７０が動脈３５
の真上に位置し且つそれらの配列方向が動脈３５と直交
する姿勢で生体の皮膚に押圧され、これにより、各感圧
素子７０からは、薄肉部６６に加えられた歪に対応した
電気信号、すなわち感圧素子７０に作用する圧力変動で
ある前記圧脈波を表す脈波信号が出力される。

第１図に更に詳しく示すように、前記半導体チップ６６
の表面に設けられた複数の端子（バンプ）７６と板部材
５６の一面に設けられた回路膜５２の複数の端子７８と
は、銅箔から所定の間隔に形成された多数本の導体８０
がたとえばポリイミドのような樹脂フィルム８２により
支持されている可撓性を備えた所謂フレキシブルフラッ
トケーブル８４により接続されている。このフレキシブ
ルフラットケーブル８４は、両端部において導体８０を
露出させるために樹脂フィルム８２が除去されているだ
けでなく、折曲げ性を高めるために中間部においても除
去されている。そして、このフレキシブルフラットケー
ブル８４は、中間部において略直角に折り曲げられてお
り、折り曲げられた部分を境にして一方が板部材５６の
表面に沿い且つ他方がスペーサ５８の側壁面に沿った姿
勢とされ、その両端部が半導体チップ６６の端子７６お
よび回路膜５２の端子７８にそれぞれ半田接着されてい
る。すなわち、フレキシブルフラットケーブル８４は、
スペーサ５８の側壁面に沿って、板部材５６から垂直に
立ち上がった状態で配設されているのである。

そして、スペーサ５８の周囲であって板部材５６の上面
には、フレキシブルフラットケーブル８４の一部と重ね
た状態でアイソレーションシール８６が設けられるとと
もに、端子７８の一部の接地端子と保護プレート６２と
は導電製ゴム片８８により接続されている。また、セン
サチップ６０の上面はシリコンゴム９０により薄く塗布
されているとともに、スペーサ５日の周囲には、シリコ
ンコム９０が充填されており、センサチップ６０の周囲
に保護プレート６２の表面に続く傾斜面が形成されてい
る。上記センサチップ６０の上面のシリコンゴム層に重
ねて薄い黒色導電性ゴムＮ９２が形成されている。さら
に、保護プレート６２の表面には、絶縁のための樹脂製
アイソレーションシール層９４が塗布されている。なお
、９６はセンサチップ６０とスペーサ５８との間の接着
層であり、９８は保護プレート６２とセンサヘッドケー
ス５０との間の接着層である。接着層には、紫外線硬化
樹脂が好適に用いられる。

以上のように構成された脈波センサ３０では、フレキシ
ブルフラットケーブル８４がスペーサ５８の側壁面に沿
って板部材５６から垂直に立ち上がった状態で配設され
ているので、皮膚からの押圧反力がフレキシブルフラッ
トケーブル８４に作用することが殆ど解消される。また
、温度変化による板部材５６の反りやフレキシブルフラ
ツトケーブル８４自体の収縮が発生しても、フレキシブ
ルフラットケーブル８４がバンプ７６と接続端子７８と
を結ぶ斜めの最短距離を示す斜めの線に沿っておらず、
張力を伝達できない状態となっているので、フレキシブ
ルフラットケーブル８４の一端が接続されている半導体
チップ６６に応力が伝達されない。したがって、皮膚か
らの押圧反力が加えられたり、或いは温度変化があった
としても、半導体チップ６６に歪が発生することが防止
されるので、測定精度が影響されず、圧脈波が正確に測
定されるのである。

また、本実施例によれば、半導体チップ６６が遮光層と
して機能する黒色導電性ゴムＮ９２により覆われている
ので、半導体チップ６６の薄肉部６８に設けられた感圧
素子７０に対する光の影響が解消され、測定精度が大幅
に高められるとともに、黒色導電性ゴム層９２によって
静電気の影響が抑制される。

また、本実施例によれば、保護プレート６２が接地され
ていることからガードリング機能が備えられており、た
とえば電気メスなどによる高周波ノイズによる影響を好
適に抑制することができる。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、
本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例において、半導体チップ６６に
は、複数の・感圧素子７０が設けられていたが、１個で
あってもよいのである。

また、前述の実施例のフレキシブルフラットケーブル８
４には、板部材５６と平行な部分が設けられていたが、
回路膜５２から直接に立ち上げられていてもよいのであ
り、また、若干傾斜して略垂直に立ち上げられても一応
の効果が得られるのである。

また、前述の実施例では、板部材５６の一面に回路膜５
２が固着されることにより基板が構成されていたが、−
面に厚膜導体が配線されたセラミック板などであっても
よいのである。

また、前述の実施例では、感圧素子７０が長手状の薄肉
部６８に所定間隔毎に設けられていたが、個々の独立し
た凹陥部の薄肉部に感圧素子が設けられてもよいのであ
る。

また、前述の半導体チップ６６にはシリコン単結晶板が
用いられていたが、ガリウム−砒素などの化合物半導体
の単結晶板が用いられてもよい。

また、前述の実施例では、感圧素子７０は半導体歪抵抗
素子を有して構成されているが、感圧ダイオードや感圧
トランジスタなどにて構成されてもよい。

また、前述の実施例は、撓骨動脈３５の脈波を検出する
ための手首３４に装着される形式の脈波検出用プローブ
について説明されていたが、頚動脈や足背動脈に対して
適用されるものであってもよいのである。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり
、本発明はその主旨を逸脱しない範囲で種々変更が加え
られ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第４図の脈波センサをさらに拡大して示す図
である。第２図は本発明の脈波センサを含む脈波検出用
プローブの装着状態を示す図である。第３図は第２図の
脈波検出用プローブを手首側から見た図である。第４図
は、第２図および第３図の脈波検出用プローブ内に備え
られた脈波センサの構成を説明する断面図である。第５
図は、第４図のセンサチップの構成を説明する斜視図で
ある。３０：脈波センサ（接触圧センサ）３５：撓骨動脈５８；スペーサ６６二半導体チップ８４：フレキシブルフラットケーブル

Claims

【特許請求の範囲】表面に圧力検出素子が配設された半導体チップと、該半
導体チップを裏面から支持するスペーサ部材と、該スペ
ーサ部材が固定される基板とを備え、前記半導体チップ
の表面が被測定圧を発生する対象物に向かって押圧され
て接触圧力を検出するための接触圧センサにおいて、前記半導体チップの表面に設けられた接続端子と前記基
板との間を、前記スペーサ部材の側壁面に沿った状態で
該基板から立ち上がるフレキシブルフラットケーブルを
用いて接続したことを特徴とする接触圧センサ。