JPH0835896A

JPH0835896A - 圧力変換器

Info

Publication number: JPH0835896A
Application number: JP3175170A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Komatsu; 清小松; Takeshi Kudo; 剛工藤; Takamoto Kitamura; 隆始北村
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1991-07-16
Filing date: 1991-07-16
Publication date: 1996-02-06

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体圧力センサチップと被圧力測定流体と
の間のゲル状の圧力伝達媒体を不要とし、ダンピング等
の問題がなく、かつ部品点数を減少させ、簡単な構造
で、材料コストおよび製造コストを削減させる。【構成】流体管１１に設けられた圧力検出孔１２に対
向してセンサチップ１３が配設されている。ダイアフラ
ム部１４を含むセンサチップ１３の裏面側はシリコンオ
キシナイトライド膜１５により被覆されている。流体管
１１の圧力検出孔１２の周囲に形成された溝部１７には
Ｏリング１８が嵌入されている。フレキシブルプリント
基板２１の接続電極２０とセンサチップ１３の出力端子
とが半田付けにより電気的に接続されている。流体管１
１の側壁に形成された押圧蓋嵌合部２２には押圧蓋２３
が嵌合され、この押圧蓋２３の凸部２４がＯリング１８
とセンサチップ１３との間に適度な強さの押圧力を与え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００1 】

【産業上の利用分野】本発明は医療分野等で使用される
圧力変換器に係り、特に生体の血圧、子宮内圧、膀胱内
圧、食道圧、その他特定の圧力を測定するために用いる
使い捨て可能な圧力変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、医療分野においては、肝炎やエイ
ズウイルス等の感染問題が発生したことから、使い捨て
（ディスポーザブル）の圧力変換器の開発が盛んになっ
ている。従来、この種の圧力変換器としては、たとえば
特開平２−１６７４４１号公報に開示されるものがあ
る。

【０００３】この圧力変換器では、図４に表すように、
半導体センサチップ３１は受圧用のダイアフラム部を有
している。この半導体センサチップ３１は厚膜抵抗３２
が印刷処理により形成された絶縁性基板３３の表面に接
着剤を用いて接着されている。半導体センサチップ３１
と厚膜抵抗３２の間はリードワイヤ３４で電気的に接続
されている。絶縁性基板３３には裏表で電気的に導通を
得るための中継端子（図示せず）が設けられている。押
え板３５にはこの中継端子と接触する接続端子３６が設
けられ、この接続端子３６が電気ケーブル３７と半田付
けされ、電気的に接続されている。また絶縁性基板３３
には接着剤により半導体センサチップ３１のまわりに筒
状の結合蓋３８が接着され、この結合蓋３８の内部に圧
力伝達媒体（たとえばシリコン樹脂）３９が充填されて
いる。この圧力伝達媒体３９は、被圧力測定流体と半導
体センサチップ３１とを電気的に絶縁し、かつ被圧力測
定流体に含まれるアルカリ金属（Ｎａ⁺、Ｋ⁺）やアル
カリ土類金属（Ｃａ²⁺）による半導体センサチップ３１
の汚染や析出物の付着を防止するものである。以上の部
品からなるセンサアセンブリ４０がハウジング４１に設
けられたセンサ内蔵室４２と流体室４３とを連通する連
通孔４４に嵌着されている。

【０００４】この圧力変換器では、流体室４３内の被圧
力測定流体の圧力は圧力伝達媒体３９を介して半導体セ
ンサチップ３１のダイアフラム部に伝えられる。半導体
センサチップ３１のダイアフラム部はこの圧力によりた
わみ、ダイアフラム部の表面に熱拡散処理にて形成され
た感圧ゲージの抵抗を変化させ、これによって生ずる電
気信号がリードワイヤ３４、厚膜抵抗３２、中継端子お
よび接続端子３６を経て電気ケーブル３７から外部の表
示器または記録装置に伝達される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の圧力変換器においては、結合蓋３８内に充填
されているゲル状の圧力伝達媒体３９が種々の問題の原
因となっていた。すなわち、被圧力測定流体と半導体セ
ンサチップ３３との間に圧力伝達媒体３９を介在させて
いるため、圧力伝達の過程でダンピングが生じ、正確な
圧力波形の検出が困難であった。また、半導体センサチ
ップ３１と結合蓋３８を接着剤を用いて絶縁基板３３に
接着しているため、接着剤の塗り斑等による接着不良が
あると、その部分からゲル状の圧力伝達媒体３９の漏れ
が生じ、正確な測定ができなくなる場合があった。さら
に結合蓋３８内に圧力伝達媒体３９を均一に充填するこ
とが難しく、充填斑による気泡が存在すると正確な測定
ができなくなる場合があった。また、圧力変換器を滅菌
処理する工程（オートクレーブ工程）で圧力伝達媒体３
９が流体室４３内に噴出する場合があった。

【０００６】さらに、従来の圧力変換器は、半導体圧力
センサチップ３１の台座として厚膜抵抗を印刷処理した
高価な絶縁性基板３３、たとえばアルミナ基板やセラミ
ック基板を用いるばかりでなく、その他に接続端子３
６、結合蓋３８、圧力伝達媒体３９等、多くの部品から
構成されている。そのうえオフセット出力電圧を調整す
るため個々の圧力変換器毎に厚膜抵抗をレーザトリミン
グする必要があるなど、材料コストおよび製造コスト共
に高価なものとなり、安価な製品の供給が困難であると
いう問題があった。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、半導体圧力センサチップと被圧力測
定流体との間のゲル状の圧力伝達媒体を不要とし、従来
発生していたダンピング等の種々の問題がなく、かつ部
品点数を大幅に減少させ、簡単な構造で、材料コストお
よび製造コストを削減でき、しかも安定した出力を得る
ことができる安価な圧力変換器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による圧力変換器
は、一方の面が被圧力測定流体と接触する受圧面であ
り、この受圧面は誘電体保護膜が被覆されたダイアフラ
ム部を有する半導体圧力センサチップと、内部を被圧力
測定流体が流通するとともに側壁に圧力検出孔を有する
流体管とからなり、前記半導体圧力センサチップの受圧
面を前記流体菅の圧力検出孔内に臨ませて配設したもの
である。

【０００９】本発明の圧力変換器では、半導体圧力セン
サチップの受圧面が誘電体保護膜により被覆されている
ので、被圧力測定流体に直接接触することがなく、した
がって被圧力測定流体に含まれるアルカリ金属（Ｎ
ａ⁺、Ｋ⁺）やアルカリ土類金属（Ｃａ²⁺）等によるセ
ンサチップの汚染を防止することができる。

【００１０】誘電体保護膜としては、ＰＦＡ（四弗化エ
チレン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重合樹
脂）、ＦＥＰ（四弗化エチレン−六弗化プロピレン共重
合樹脂）、ＥＴＦＥ（四弗化エチレン−エチレン共重合
樹脂）、ＥＣＴＦＥ（三弗化塩化エチレン−エチレン共
重合樹脂）、ＰＴＦＥ（四弗化エチレン樹脂）、ＰＣＴ
ＦＥ（三弗化塩化エチレン樹脂）、ＰＶｄＦ（弗化ビニ
リデン樹脂）、ＶＤＦ（弗化ビニル樹脂）などの弗素系
樹脂や、タンタル酸化物（Ｔａ₂０₃）、アルミナ（Ａ
ｌ₂０₃）などの金属酸化物、さらにシリコン窒化膜
（ＳｉＮ_y）、シリコンオキシナイトライド膜（ＳｉＯ
_xＮ_y）などのシリコン化合物が用いられる。特に、製
造方法の観点からシリコン窒化膜（ＳｉＮ_y）、シリコ
ンオキシナイトライド膜（ＳｉＯ_xＮ_y）などのシリコ
ン化合物が有用である。これらのシリコン化合物は、半
導体集積回路の製造に一般的な薄膜形成技術、たとえば
プラズマＣＶＤ法（化学的気相成長法）、熱ＣＶＤ法、
スパッタリング法等によりバッチプロセスで一度に多数
の素子上に成膜できるため、量産性に優れている。ま
た、この誘電体保護膜は物性の安定性がよく、電気的絶
縁性およびイオン不透過性に関しても優れているため、
半導体圧力センサチップと被圧力測定流体との間を確実
に電気的に絶縁させることができ、このためセンサ特性
が安定する。

【００１１】本発明の圧力変換器では、受圧面を直接に
被圧力測定流体に接触させることができ、センサチップ
と被圧力測定流体との間にゲル状の圧力伝達媒体が介在
しないので、従来発生していた圧力伝達媒体中の気泡の
発生による圧力損失や圧力伝達過程でのダンピング等の
発生が全く無くなり、歪みや鈍化のない正確な圧力波形
の検出が可能となる。また、圧力変換器の滅菌工程にお
ける圧力伝達媒体の噴出の危険も皆無になることは勿論
である。

【００１２】また、本発明の圧力変換器は、前記半導体
圧力センサチップの前記受圧面の周囲を前記流体管の外
側壁面に押圧させる押圧手段と、前記流体管の外側壁面
と前記半導体センサチップとの間を液密に封止する封止
手段とをさらに有している。前記押圧手段は、具体的に
は、前記流体管における前記圧力検出孔の周囲に突出し
て設けられた押圧蓋嵌合部と、この押圧蓋嵌合部に嵌合
されるとともに凸部を有し、この凸部により前記半導体
圧力センサチップを前記流体菅の外側壁面に押圧させる
押圧蓋とにより構成され、また、前記封止手段は、前記
流体管の外側壁面に前記圧力検出孔を囲むように設けら
れた溝部と、この溝部に嵌め込まれ、前記半導体圧力セ
ンサチップを介して前記押圧蓋の凸部により押圧される
環状弾性部材とにより構成されている。

【００１３】本発明の圧力変換器では、従来の圧力変換
器で用いられていた半導体圧力センサチップ、台座絶縁
基板および結合蓋のうち、必要不可欠な半導体圧力セン
サチップ以外の２点の使用を廃止し、唯一接合が必要
な、センサチップと流体管外側壁との間の封止に、信頼
性の高い環状弾性部材（Ｏリング）によるシール法を用
いるものである。このような構成により、接着剤による
接合を完全に廃止することができ、不確実な封止の一因
が排除されるとともに、Ｏリングシールによる確実な封
止で高い信頼性が得られるばかりでなく、部品点数の削
減も同時に実現されるため、材料コストと組立コストと
を大幅に削減できる。

【００１４】さらに本発明の圧力変換器は、前記半導体
圧力センサチップは前記受圧面の反対面に出力端子を有
し、この出力端子が柔軟性を有するプリント基板（以
下、フレキシブルプリント基板という）上に形成した接
続電極に電気的に接続され、前記半導体圧力センサチッ
プの出力信号を前記フレキシブルプリント基板を介して
外部に取り出す構成となっている。

【００１５】このような構成により本発明の圧力変換器
では、半導体圧力センサチップの出力端子をフレキシブ
ルプリント基板の接続電極に直接電気的に接続させるだ
けでよく、単一の工程で電気的配線を完了することがで
きる。ここで、本発明では、従来のような厚膜抵抗のレ
ーザトリミングによるオフセット出力の零調整は不可能
となる。この点は半導体圧力センサ製造プロセスで均一
性の向上を図り、ピエゾ抵抗のブリッジバランスが良好
でトリミングが不要なセンサチップを高い歩留まりで製
造することにより対応すればよい。すなわち、センサチ
ップの製造が充分高い歩留まりであれば、ごく少数の規
格外品を廃棄しても、高価な絶縁基板を用いてレーザト
リミングを行うより損失が少なくなることを積極的に利
用するものである。これにより部品点数を大幅に減らす
とともに圧力変換器の構造が簡略化され、材料コストと
組立コストの削減が可能になるばかりでなく、レーザト
リミングの廃止と相まって総合的にコストが削減され、
安価な製品を大量に供給することが可能となる。また、
本発明では、出力端子を受圧面の反対側の面に設ける構
成としたので、出力端子に接続するリード線等の電気配
線が被圧力測定媒体中に露出しないので、出力の取り出
しが容易になる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１７】図３は本発明の一実施例に係わる使い捨て
圧力変換器の外観透視図を表すもので、図１はそのＡ−
Ａ線に沿った断面構造を表すものである。円筒状の流体
管１１の側壁には圧力検出孔１２が設けられており、こ
の圧力検出孔１２に対向して流体管１１の外側壁面には
半導体圧力センサチップ（以下、センサチップという）
１３が配設されている。このセンサチップ１３は半導体
材料、たとえばシリコン（Ｓｉ）により形成され、その
中央部は裏面（図において上側）側から所定の深さまで
選択的にエッチングされており薄膜のダイアフラム部１
４となっている。このダイアフラム部１４を含むセンサ
チップ１３の裏面側は誘電体保護膜、たとえばシリコン
オキシナイトライド膜１５により被覆されている。一
方、このセンサチップ１３の表面側は誘電体膜、たとえ
ばシリコンオキシナイトライド膜１６により覆われてい
る。なお誘電体膜としてはシリコン酸化膜、シリコン窒
化膜等を用いてもよい。

【００１８】流体管１１の圧力検出孔１２の周囲には環
状に溝部１７が形成されている。溝部１７内にはＯリン
グ１８が嵌入されており、このＯリング１８により流体
管１１の外側壁面とセンサチップ１３の裏面側との間を
液密に封止している。

【００１９】このセンサチップ１３のダイアフラム部１
４の表面（図において下面）には、不純物拡散層による
ゲージ抵抗（図示せず）が形成されており、このゲージ
抵抗は金属配線（図示せず）を介してセンサチップ１３
の周縁部に設けられた出力端子（図示せず）に電気的に
接続されている。センサチップ１３の下部にはセンサチ
ップ１３の出力端子に対応させて接続電極（コンタクト
パッド）２０を有するフレキシブルプリント基板（ＦＰ
Ｃ）２１が配設され、その接続電極２０と出力端子とが
半田付けにより電気的に接続されている。

【００２０】流体管１１の外側壁面には、センサチップ
１３を囲むように押圧蓋嵌合部２２が突出形成されてお
り、この押圧蓋嵌合部２２に図において下方から押圧蓋
２３が嵌合されている。フレキシブルプリント基板２１
は押圧蓋２３に設けた導出孔２５を通じて外部に導出さ
れている。押圧蓋２３の裏面には溝部１７に対応させて
凸部２４が形成されている。この凸部２４が押圧蓋２３
の押圧蓋嵌合部２２への嵌合に伴いフレキシブルプリン
ト基板２１上の銅箔２７とセンサチップ１３との間、お
よびＯリング１８とセンサチップ１３との間にそれぞれ
適度な強さの押圧力を与えている。下面から入射してく
る光はフレキシブル基板２１上の銅箔２７で遮られ、セ
ンサチップ１３に到達しないため、光起電力が生じるこ
とはない。

【００２１】なお、これは図２に表すように押圧蓋２３
に遮光機能を持たせた場合には、押圧蓋２３の凸部２４
とフレキシブルプリント基板２１とが接触しないように
フレキシブル基板２１の中央部に貫通孔２１ａを設け、
凸部２４が直接センサチップ１３に接触し、Ｏリング１
８とセンサチップ１３との間に適度な強さの押圧力を与
えるようにすることもできる。

【００２２】本実施例の圧力変換器では、流体菅１１の
内部を血液等の被圧力測定流体２６が流通し、この被圧
力測定流体２６の圧力によりセンサチップ１３のダイア
フラム部１４が変形し、このダイアフラム部１４の変形
に応じてゲージ抵抗（図示せず）の抵抗値すなわち出力
信号が変化するもので、この出力信号をフレキシブルプ
リント基板２１を介して外部の表示器または記録装置に
伝達することにより、被圧力測定流体２６の圧力を測定
することができる。

【００２３】本実施例の圧力変換器では、センサチップ
１３のダイアフラム部１４がシリコンオキシナイトライ
ド膜１５により被覆されているので、センサチップ１３
が直接に被圧力測定流体２６に接触することがなく、し
たがってセンサチップ１３がアルカリ金属（Ｎａ⁺、Ｋ
⁺）やアルカリ土類金属（Ｃａ²⁺）等により汚染される
ことはない。またセンサチップ１３と被圧力測定流体２
６との間に、従来のようなゲル状の圧力伝達媒体が介在
しないので、圧力伝達媒体中の気泡の発生による圧力損
失や圧力伝達過程でのダンピング等が全く無くなり、歪
みや鈍化のない正確な圧力波形の検出が可能となる。

【００２４】また、押圧蓋２３により適度な押圧力が加
えられたＯリング１８により、流体菅１１の外側壁面と
センサチップ１３との間が液密に封止されており、しか
も接着剤による接合部がないため、確実な封止を行うこ
とができ、信頼性が向上する。実際に、被圧力測定流体
２５に３００ｍｍＨｇ以上の圧力を印加した結果、被圧
力測定流体２６の漏れは全く認められなかった。

【００２５】本実施例の圧力変換器では、センサチップ
１３の出力端子１９がプリント基板２１の接続電極２０
に対応して設けられ、両者を半田付け接続させるだけで
よいので、単一の工程で電気的配線を完了することがで
きる。また、電気的配線に関する部品がセンサチップ１
３とフレキシブルプリント基板２１のみでよいため、従
来の圧力変換器に比べて部品点数を大幅に削減すること
ができる。しかも、センサ製造工程でブリッジ抵抗バラ
ンスの取れたセンサチップ１３が９０％以上の高い歩留
まりで実現できた。このため大多数のセンサチップ１３
においては、レーザを用いたトリミングが不要であっ
た。規格外品をトリミングせずに廃棄することで生じる
損失は、従来方法でブリッジ抵抗のトリミングを行うの
に必要となる費用よりも少額であった。

【００２６】以上実施例を挙げて説明したが、本発明は
上記実施例に限定するものではなく、その要旨を変更し
ない範囲で種々変形可能である。たとえば上記実施例に
おいては、センサチップ１３の裏面全体をシリコンオキ
シナイトライド膜１５により被覆させる構成としたが、
このシリコンオキシナイトライド膜１５は少なくとも被
圧力測定流体２６と接触する領域に形成されていればよ
い。また、誘電体保護膜としてはシリコンオキシナイト
ライド膜１５以外のシリコン窒化膜等でもよいことはい
うまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の圧力
変換器によれば、半導体圧力センサチップの受圧面を誘
電体保護膜により被覆するようにしたので、半導体圧力
センサチップが被圧力測定流体に直接接触することがな
く、したがってセンサチップのアルカリ金属等による汚
染を防止することができるとともに、電気的絶縁性も良
好となる。また、センサチップと被圧力測定流体との間
に、従来のようにゲル状の圧力伝達媒体が介在しないの
で、圧力伝達媒体中の気泡の発生による圧力損失や圧力
電圧過程でのダンピング等の問題が全く無くなり、歪み
や鈍化のない正確な圧力波形の検出を行うことができる
という効果がある。

【００２８】また、請求項２ないし４記載の圧力変換器
によれば、前記半導体圧力センサチップの前記受圧面の
周囲を前記流体管の外側壁面に押圧させる押圧手段と、
前記流体管の外側壁面と前記半導体センサチップとの間
を液密に封止する封止手段とを設け、前記押圧手段を、
前記流体管における前記圧力検出孔の周囲に突出して設
けられた押圧蓋嵌合部と、この押圧蓋嵌合部に嵌合され
るとともに凸部を有し、この凸部により前記半導体圧力
センサチップを前記流体菅の外側壁面に押圧させる押圧
蓋とにより構成し、また、前記封止手段を、前記流体管
の外側壁面に前記圧力検出孔を囲むように設けられた溝
部と、この溝部に嵌め込まれ、前記半導体圧力センサチ
ップを介して前記押圧蓋の凸部により押圧される環状弾
性部材とにより構成するようにしたので、接着剤による
接合を完全に廃止することができ、不確実な封止の一因
が排除されるとともに、確実な封止で高い信頼性が得ら
れるばかりでなく、部品点数の削減も同時に実現される
ため、材料コストと組立コストを著しく削減できる。

【００２９】さらに、請求項５記載の圧力変換器によれ
ば、前記半導体圧力センサチップの前記受圧面の反対面
に出力端子を設け、この出力端子を柔軟性を有するプリ
ント基板上に形成した接続電極に電気的に接続させ、前
記半導体圧力センサチップの出力信号を前記プリント基
板を介して外部に取り出す構成としたので、単一の工程
で電気的配線を完了することができ、部品点数を大幅に
削減できるとともに圧力変換器の構造が簡略化され、材
料コストと組立コストの大幅な削減が可能になるばかり
でなく、レーザトリミングの廃止と相まって総合的にコ
ストが削減され、安価な製品を大量に供給することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる圧力変換器の断面図
である。

【図２】本発明の他の実施例に係わる圧力変換器の断面
図である。

【図３】図１の圧力変換器の斜視図である。

【図４】従来の圧力変換器の断面図である。

【符号の説明】

１１流体管１２圧力検出孔１３半導体圧力センサチップ１４ダイアフラム部１５シリコンオキシナイトライド膜（誘電体保護膜）１７溝部１８Ｏリング（環状弾性部材）１９出力端子２０接続電極２１フレキシブルプリント基板２２押圧蓋嵌合部２３押圧蓋２４凸部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の面が被圧力測定流体と接触する受
圧面であり、この受圧面は誘電体保護膜が被覆されたダ
イアフラム部を有する半導体圧力センサチップと、内部を被圧力測定流体が流通するとともに側壁に圧力検
出孔を有する流体管とからなり、前記半導体圧力センサチップの受圧面を前記流体菅の圧
力検出孔内に臨ませて配設したことを特徴とする圧力変
換器。
【請求項２】前記半導体圧力センサチップの前記受圧
面の周囲を前記流体管の外側壁面に押圧させる押圧手段
と、前記流体管の外側壁面と前記半導体センサチップとの間
を液密に封止する封止手段とをさらに有することを特徴
とする請求項１記載の圧力変換器。
【請求項３】前記押圧手段は、前記流体管における前
記圧力検出孔の周囲に突出して設けられた押圧蓋嵌合部
と、この押圧蓋嵌合部に嵌合されるとともに凸部を有
し、この凸部により前記半導体圧力センサチップを前記
流体菅の外側壁面に押圧させる押圧蓋とにより構成され
たことを特徴とする請求項２記載の圧力変換器。
【請求項４】前記封止手段は、前記流体管の外側壁面
に前記圧力検出孔を囲むように設けられた溝部と、この
溝部に嵌め込まれ、前記半導体圧力センサチップを介し
て前記押圧蓋の凸部により押圧される環状弾性部材とに
より構成されたことを特徴とする請求項２または３記載
の圧力変換器。
【請求項５】前記半導体圧力センサチップは前記受圧
面の反対面に出力端子を有し、この出力端子が柔軟性を
有するプリント基板上に形成した接続電極に電気的に接
続され、前記半導体圧力センサチップの出力信号を前記
プリント基板を介して外部に取り出す構成としたことを
特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の圧力
変換器。