(57)【要約】圧力・力センサは、感知素子を含むダイアフラム構造と、ダイアフラム構造から延びるとともに、感知素子に電気的に接続された第１および第２トレースを含むリード構造とを含む。ダイアフラム構造とリード構造とは、共通の絶縁層と該絶縁層上の共通の導体層とを含む回路組立体を含む。導体層は、感知素子の少なくとも一部と少なくとも第１トレースとを含む。実施形態において、感知素子は電極を含む。他の実施形態において、感知素子は歪ゲージを含む。【選択図】図４Ｆ
2019512084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感知素子を含むダイアフラム構造と、
前記ダイアフラム構造から延びるとともに、前記感知素子と電気的に接続された第１トレースおよび第２トレースを含むリード構造と、を備えた圧力・力センサにおいて、
前記ダイアフラム構造と前記リード構造とは、共通の絶縁層と、前記絶縁層上にあるとともに前記感知素子の少なくとも一部および少なくとも前記第１トレースを含む共通の導体層とを備えた回路組立体を含む、圧力・力センサ。
【請求項２】
前記ダイアフラム構造はベース部を含むとともに、空隙領域を画定し、
前記絶縁層と前記感知素子の少なくとも一部を含む前記導体層は、前記ベース部上にあるとともに、前記空隙領域上に延在する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記ベース部は金属部材を含む、請求項２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記ベース部の前記金属部材はステンレス鋼部材である、請求項３に記載のセンサ。
【請求項５】
前記導体層に含まれる前記感知素子の前記一部は第１電極を含む、請求項４に記載のセンサ。
【請求項６】
前記ベース部は可動部分を含み、前記電極は前記可動部分上にある、請求項５に記載のセンサ。
【請求項７】
前記ベース部は前記可動部分から延びるバネアーム部をさらに含む、請求項６に記載のセンサ。
【請求項８】
前記感知素子は第２電極をさらに含み、前記第２電極は前記第２トレースに接続される、請求項４に記載のセンサ。
【請求項９】
前記第２電極を前記第２トレースに接続するビアをさらに含む、請求項８に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記感知素子は歪ゲージを含み、前記導体層は前記第１トレースと前記第２トレースとを含む、請求項２に記載のセンサ。
【請求項１１】
絶縁層と、ダイアフラム部分におけるセンサ構造および前記センサ構造に接続されたリード部分における少なくとも１つのトレースを含む導体層とを含むダイアフラム部分およびリード部分を含む回路組立体と、
ベース部と、を備えた圧力・力センサにおいて、
前記回路組立体の前記ダイアフラム部分は前記ベース部に取り付けられている、圧力・力センサ。
【請求項１２】
前記ベース部はステンレス鋼部材を含む、請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１３】
前記ベース部の前記ステンレス鋼部材は可動部分を含み、前記回路組立体の前記ダイアフラム部分は前記ベース部に取り付けられている、請求項１２に記載のセンサ。
【請求項１４】
前記ベース部の前記ステンレス鋼部材は前記可動部材から延びるバネアーム部を含む、請求項１３に記載のセンサ。
【請求項１５】
ベース部分と可動部分とを含むバネ金属ダイアフラム、
前記ダイアフラムの前記可動部分上のダイアフラム部分と前記ダイアフラムから延びるリード部分とを含む絶縁層、および
前記ダイアフラム部分上の電極と前記リード部分上において前記電極から延びるトレースとを含む前記絶縁層上の導体層、を含む第１トレース組立体と、
ベース部を含むダイアフラム、
前記ダイアフラム上のダイアフラム部分と前記ダイアフラムから延びるリード部分とを有する絶縁層、および
前記ダイアフラム部分上の電極と前記リード部分上において前記電極から延びるトレースとを含む前記絶縁層上の導体層、を含む前記第１トレース組立体と接合された第２トレース組立体と、を備えた容量式圧力センサ。
【請求項１６】
前記第１トレース組立体の前記ベース部分は、前記第２トレース組立体の前記ベース部分に接合されている、請求項１５に記載のセンサ。
【請求項１７】
スペーサをさらに含み、前記第１トレース組立体の前記ベース部分と前記第２トレース組立体の前記ベース部分とは前記スペーサに接合されている、請求項１５に記載のセンサ。
【請求項１８】
前記バネ金属ダイアフラムは前記可動部分を前記ベース部分に接続する複数のアーム部を含む、請求項１５に記載のセンサ。
【請求項１９】
ベース部分と可動部分とを含むバネ金属ダイアフラム、
前記ダイアフラムの前記可動部分上のダイアフラム部分と前記ダイアフラムから延びるリード部分とを有する絶縁層、および
前記ダイアフラム部分上の電極と前記リード部分上において前記電極から延びるトレースとを含む前記絶縁層上の導体層、を含むトレース組立体と、
前記バネ金属ダイアフラムの前記ベース部分に電気的および機械的に接続され、前記バネ金属ダイアフラムの前記可動部分に隣接する空隙を画定する金属カンと、を備えた容量式圧力センサ。
【請求項２０】
ダイアフラム部分と、リード部分と、対向する第１面および第２面とを含む絶縁層、
前記ダイアフラム部分上の電極と、前記リード部分上において前記電極から延びる第１トレースと、前記リード部分上の第２トレースとを含む、前記絶縁層の前記第１面側の導体層、
前記電極の周囲における前記絶縁層の前記第２面側の金属スペーサ部材、
前記第２トレースを前記金属スペーサ部材に電気的に接続する導電性ビア、ならびに、
前記金属スペーサ部材に機械的および電気的に接合された金属電極部材、を備えた容量式圧力センサ。
【請求項２１】
対向する第１面と第２面とを有するとともに、バネ板部分とリード部分とを含むバネ金属ベース層、
前記バネ板部分および前記リード部分上で前記ベース層の前記第１面側の第１絶縁層、
前記バネ板部分および前記リード部分上で前記ベース層の前記第２面側の第２絶縁層、
前記バネ板部分上の第１歪ゲージ回路と、前記リード部分において前記第１歪ゲージ回路から延びる第１トレースとを含む前記第１絶縁層上の第１導体層、ならびに
前記バネ板部分上の第２歪ゲージ回路と、前記リード部分において前記第２歪ゲージ回路から延びる第２トレースとを含む前記第２絶縁層上の第２導体層、を備えた歪ゲージセンサ。
【請求項２２】
前記第１歪ゲージ回路と前記第２歪ゲージ回路とは蛇行するとともに互いに鏡面像をなす、請求項２１に記載の歪ゲージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、一体型リードを有する圧力・力センサと、該センサを製造するためのサブトラクティブ法、アディティブ法、および／またはセミアディティブ法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力センサおよび力センサ（例えば、容量式および歪ゲージ式）は既知のものであり、広範囲の用途に使用されている。しかしながら、改善された圧力センサおよび力センサが引き続き必要とされている。このような改善されたセンサの有利な特徴は、センサの効率的な大量生産を可能にする製造工程を使用できること、センサを広範囲の圧力および力において作動可能にする適切な設計空間特性、熱および湿度安定性、小型性および用途範囲への適応性を含み得る。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の一実施形態は、第１および第２電極を含むダイアフラム構造と、ダイアフラム構造の少なくとも一部と一体的に形成されるとともにダイアフラム構造から延び、第１および第２電極にそれぞれ電気的に接続される第１および第２トレースを含むリード構造とを備え、ダイアフラム構造とリード構造との両方の少なくとも一部は、絶縁ポリマー層（任意的に共通層）と、第１および第２トレースを含む絶縁ポリマー層上の導体層（任意的に共通層）とを含む、容量式圧力・力センサである。実施形態において、ダイアフラム構造は、空隙領域と、絶縁ポリマーの空隙領域上に延在する部分とを含み、電極の１つは、絶縁ポリマーの空隙領域上に延在する部分上にある。実施形態において、絶縁ポリマー上の電極はスパッタ導体層を含む。実施形態において、第１および第２トレースはスパッタ導体層を含み、第１および第２トレースを含む該導体層は、スパッタ導体層上にめっき層を含む。実施形態において、ダイアフラム構造および任意的にリード構造の少なくとも一部はベース部をさらに含み、該ベース部は空隙領域を画定し、絶縁ポリマーの空隙領域上に延在する部分がベース部の少なくとも一部の上に延在する。実施形態において、ベース部はステンレス鋼などの金属を含む（および任意にそれからなる）。実施形態において、ベース部は、空隙領域を画定する部分エッチングポケットを含む。実施形態において、スパッタ導体層およびトレースは、絶縁ポリマー層のベース部とは反対側（反対面）にある。実施形態は、トレースの１つを絶縁ポリマーを介して電極の１つに電気的に接続する少なくとも１つの導電性ビアをさらに含む。実施形態において、電極の１つは金属ベース部を含み、ビアはトレースの１つを金属ベース部に電気的に接続する。実施形態は、絶縁ポリマーをベース部に固定する接着層をさらに含む。
【０００４】
本発明の他の実施形態は、空隙領域を画定するベース部材と、ベース部材上、任意的にベース部材の第１側に存在するとともに、空隙領域の第１側に延在する第１ダイアフラム部分絶縁ポリマー層と、第１ダイアフラム部分絶縁ポリマー層上であるとともに空隙領域上の電極を含む第１スパッタ導体層と、ベース部材上、任意的にベース部材の第２側に存在するとともに、空隙領域の第２側に延在する第２ダイアフラム部分絶縁ポリマー層と、第２ダイアフラム部分絶縁ポリマー層上であるとともに空隙領域上の電極を含む第２スパッタ導体層とを含むダイアフラム構造、ならびにダイアフラム構造と一体的に形成されるとともにダイアフラム構造から延在し、リード部分絶縁ポリマー層（任意的に第１ダイアフラム部分絶縁ポリマー層と共通する）と、リード部分絶縁ポリマー層上の第１および第２トレースとを含むリード構造を備え、第１および第２トレースはそれぞれ第１および第２電極に電気的に接続される、容量式圧力・力センサである。実施形態において、第１スパッタ導体層および第１トレースは、共通の絶縁ポリマー層の第1空隙領域およびベース部材とは反対側の、リード部分および第1ダイアフラム部分絶縁ポリマー層の第1面側にある。実施形態では、第１および第２トレースは第１スパッタ導体層を含む。実施形態では、ベース部材は、ステンレス鋼などの導電性金属を含む（および任意的にそれからなる）。第２スパッタ導体層は第２ダイアフラム部分絶縁ポリマー層の第１面側にあり、導電性金属ベース部材の一部の上に延在し、センサは、絶縁ポリマー層を介して第２トレースを導電性金属ベース部材に電気的に接続する導電性ビアをさらに含む。実施形態において、金属ベース部材は、第１部分および第２部分と、第１部分と第２部分とを機械的に（および任意に電気的に）接合するための固定構造、任意的に１つ以上の溶接部または接着剤とを含む。
【０００５】
本発明の他の実施形態は、ベース部分（ステンレス鋼などの金属を任意的に含むかまたは任意的にそれからなる）と、ベース部の少なくとも一部の上のダイアフラム絶縁ポリマー層と、ダイアフラム絶縁ポリマー層上の第1導電性電極と、任意的にステンレス鋼の導電性ダイアフラム電極と、導電性ダイアフラム電極をベース部分に接合する接着性絶縁ポリマー層と、第1導電性電極と導電性ダイアフラム電極との間の空隙領域とを含むダイアフラム構造、ならびに、ダイアフラム構造と一体的に形成され、ダイアフラム絶縁ポリマー層と任意的に共通のリード絶縁ポリマー層と、リード絶縁ポリマー層上の第１および第２トレースとを含むリード構造とを備え、第１および第２トレースはそれぞれ第1導電性電極および導電性ダイアフラム電極に電気的に接続される、容量式圧力・力センサである。実施形態は、接着性絶縁ポリマー層を介して第２トレースを導電性ダイアフラム電極に電気的に接続する導電性ビアをさらに含む。実施形態は、第１および第２トレース、ならびに任意的にセンサのいずれかおよびあらゆる他の部分上のポリマーカバーコートをさらに含む。実施形態はさらに、少なくともダイアフラム構造上に、封入コーティング、任意的にＴｉ／ＳｉＯ２の1つ以上、または非吸湿性ポリマーをさらに含む。
【０００６】
本発明の他の実施形態は、１つ以上の歪ゲージを含むダイアフラム構造と、ダイアフラム構造の少なくとも一部と一体的に形成されるとともにダイアフラム構造から延在し、１つ以上の歪ゲージと電気的に接続される第１および第２、ならびに任意的にそれより多くのトレースを含むリード構造とを備え、ダイアフラム構造とリード構造との両方の少なくとも一部は、絶縁ポリマー層（任意的に共通層）と、第１および第２トレースを含む、絶縁ポリマー層上の導体層（任意的に共通層）と含む、歪ゲージ式圧力・力センサである。
【０００７】
その他の実施形態は、センサを製造するための、アディティブ法、セミアディティブ法、および／またはサブトラクティブ法を含む。
【０００８】
他の実施形態は、ダイアフラム構造およびリード構造の絶縁ポリマー層を共通して形成するステップと、共通の絶縁ポリマー層上に第１および第２トレースを形成するステップと、第１および第２トレースを有する共通の絶縁ポリマー層をダイアフラム構造の部品またはダイアフラム構造の部品が形成される材料の層に積層するステップ（つまり、ポリマー層をダイアフラム構造に積層する前にトレースを形成する）とを含むセンサを製造する方法を含む。実施形態では、第１および第２トレースを形成することには、絶縁ポリマー層上にシード層をスパッタリングすることと、シード層上に導電性金属をめっきすることとを含む。実施形態は、共通の絶縁ポリマー層上に電極または歪ゲージを形成することと、第１および第２トレースと電極または歪ゲージとを有する共通の絶縁ポリマー層をダイアフラム構造の部品またはダイアフラム構造の部品が形成される材料の層に積層すること（つまり、ポリマー層をダイアフラム構造に積層する前にトレースと電極または歪ゲージとを形成する）とをさらに含む。
【０００９】
他の実施形態は、ダイアフラム構造の部品を形成するステップまたはダイアフラム構造の部品が形成される材料の層を提供するステップと、第１および第２トレースを有さない共通のポリマー層をダイアフラム構造の部品またはダイアフラム構造の部品が形成される材料の層に積層するステップと、積層ステップ後に共通のポリマー層上に第１および第２トレースを形成するステップとを含むセンサの製造方法を含む。実施形態では、第１および第２トレースを形成することには、絶縁ポリマー層上にシード層をスパッタリングすることと、シード層上の導電性金属をめっきすることとを含む。実施形態は、共通の絶縁ポリマー層上に電極を形成することと、第１および第２トレースと電極とを有する共通の絶縁ポリマー層をダイアフラム構造の部品またはダイアフラム構造の部品が積層ステップ後に形成される材料の層に積層することとをさらに含む。
【００１０】
他の実施形態は、ベース部分と、可動部分と、ベース部分に可動部分を接続するバネアーム部と、可動部分上の電極と、電極から延びるトレースとを含むダイアフラム構造を含む容量式圧力・力センサを含む。実施形態では、ベース部分、可動部分およびバネアーム部は、バネ金属層から形成され、センサはバネ金属層上の絶縁層を含み、トレースは絶縁層上にある。実施形態では、トレースおよび絶縁層は少なくとも１つのバネアーム部に沿って延びる。
【００１１】
他の実施形態は、ダイアフラム部分とリード部分とを含む１つ以上のトレース部材を含み、各トレース部材は、任意的にステンレス鋼などのバネ金属であるベース層と、ベース層上の絶縁層と、絶縁層のベース層と反対側の導体層と、ダイアフラム部分の導体層の電極と、電極からリード部分上に延びる導体層のトレースとを含む、容量式圧力・力センサである。実施形態は、直前に記載のタイプの２つのトレース部材を含み、トレース部材のベース電極はダイアフラム部分において互いに対向するセンサを含む。実施形態では、ベース層は（例えばそれらの周囲で）接続される。実施形態は、ベース層同士の間のスペーサをさらに含む。実施形態は、上述のタイプの２つのトレース部材を含み、ベース層はキャビティを画定するように（例えば、それらの周囲で）接続され、トレース部材の１つの電極はキャビティから絶縁層とは反対側にある（すなわち、１つの電極はキャビティの外側にある）。実施形態は、上述のタイプのトレース部材と、キャビティを画定するためにダイアフラム部分の電極上のカンとを含む。実施形態において、カンは金属であり、電極として機能し、トレース部材の金属ベース部に電気的に接続される。実施形態では、トレース部材は、カンに電気的に接続されたトレースを含む。実施形態において、ダイアフラム構造は、ベース部分と、可動部分と、ベース部分に可動部分を接続するバネアーム部とを含む。実施形態では、ベース部分、可動部分およびバネアーム部はバネ金属層から形成される。実施形態は、電極上に比較的高い比誘電率および／またはエラストマーの材料の層をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１において、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ、図１Ｅおよび図１Ｆは、本発明の実施形態によるセンサの上面図、底面図、側面図、遠位端図、近位端図および詳細な等角断面図である。
【図２】図２において、図２Ａ〜図２Ｎは、センサの実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す。
【図３】図３において、図３Ａ〜図３Ｉは、センサの実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す。
【図４】図４において、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅおよび図４Ｆは、本発明の実施形態による他のセンサの上面図、底面図、側面図、遠位端図、近位端図および詳細な等角断面図である。
【図５】図５において、図５Ａ〜図５Ｓは、センサの実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す。
【図６】図６において、図６Ａ〜図６Ｋは、センサの実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す。
【図７】図７において、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄ、図７Ｅ、図７Ｆ、および図７Ｇは、本発明の実施形態による他のセンサの上面図、底面図、側面図、遠位端図、近位端図、等角図および詳細な等角断面図である。
【図８】図８において、図８Ａ〜図８Ｐは、センサの実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す。
【図９】図９において、図９Ａ〜図９Ｌは、センサの実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す
【図１０】図１０において、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ、図１０Ｄ、図１０Ｅおよび図１０Ｆは、本発明の他の実施形態によるクラスタセンサの上面図、底面図、側面図、遠位端図、近位端図および等角図である。
【図１１】図１１において、図１１Ａ〜図１１Ｏは、センサの実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す。
【図１２】図１２において、図１２Ａ〜図１２Ｉは、センサの実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す。
【図１３】図１３において、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃ、図１３Ｄ、図１３Ｅおよび図１３Ｆは、本発明の他の実施形態によるクラスタセンサの上面図、底面図、側面図、遠位端図、および近位端図である。
【図１４】図１４において、図１４Ａ〜図１４Ｑは、センサの実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す。
【図１５】図１５において、図１５Ａ〜図１５Ｊは、センサの実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す。
【図１６】図１６において、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃ、図１６Ｄ、図１６Ｅおよび図１６Ｆは、本発明の実施形態による他のセンサの上面図、底面図、側面図、遠位端図、近位端図および詳細な等角断面図である。
【図１７】図１７において、図１７Ａ〜図１７ＭＭは、センサの実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す。
【図１８】図１８において、図１８Ａ〜図１８Ｎは、センサの実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す。
【図１９】図１９において、図１９Ａ、図１９Ｂ、図１９Ｃ、図１９Ｄ、図１９Ｅおよび図１９Ｆは、本発明の実施形態による歪ゲージ式センサの上面図、底面図、側面図、遠位端図、近位端図および詳細な等角断面図である。
【図２０】図２０において、図２０Ａ〜図２０Ｕは、センサを製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスの実施形態を示す。
【図２１】図２１において、図２１Ａおよび図２１Ｂは、本発明の実施形態による、溶接されたベース部材を有する反転した２つのトレース組立体を有する他のセンサの等角図であり、図２１Ａは、センサの第１または上側を示し、図２１Ｂは、センサの反対の第２または下側を示す。
【図２２】図２２において、図２２Ａおよび図２２Ｂは、実施形態によるセンサの分解図であり、図２２Ａは、センサ部品をその上部または上側から示し、図２２Ｂは、センサ部品をその下部または下側から示す。
【図２３】図２３において、図２３Ａおよび図２３Ｂは、本発明の実施形態によるセンサの等角断面図であり、断面線はダイアフラム構造を通って延びる。
【図２４】図２４は、本発明の他の実施形態によるダイアフラム構造と一体型リード構造とを有する一体型リードおよびカンセンサの等角図である
【図２５】図２５は、カンの一部が取り除かれてダイアフラム構造内のトレース部材の一部を露出させた、センサの詳細な等角図である。
【図２６】図２６は、センサのダイアフラム構造の一部の詳細な断面図である。
【図２７】図２７は、本発明の実施形態による他のセンサの部分切り欠き等角図である。
【図２８】図２８は、本発明の実施形態による他のセンサの等角図である。
【図２９】図２９は、本発明の実施形態による他のセンサの等角図である。
【図３０】図３０は、本発明の実施形態による他のセンサの等角図である。
【図３１】図３１は、本発明の実施形態によるダイアフラム構造および一体型リード構造を有する他のセンサの等角断面図である。
【図３２】図３２はセンサの分解図である。
【図３３】図３３は、本発明の他の実施形態によるダイアフラム構造および一体型リード構造を有するセンサの等角断面図である。
【図３４】図３４は、トレース部材を取り外した状態のセンサの図である。
【図３５】図３５は、本発明のさらに別の実施形態によるセンサを示して記載する。
【図３６】図３６は、本発明のさらに別の実施形態によるセンサを示して記載する。
【図３７】図３７において、図３７Ａおよび図３７Ｂは、本発明のさらに別の実施形態によるセンサを示して記載する。
【図３８】図３８において、図３８Ａおよび図３８Ｂは、本発明のさらに別の実施形態によるセンサを示して記載する。
【図３９】図３９において、図３９Ａおよび図３９Ｂは、本発明のさらに他の実施形態によるセンサ１２１０の等角図である。
【図４０】図４０は、概して図３９Ａに示す側のセンサの分解図である。
【図４１】図４１は、概して図３９Ａに示す側のセンサの分解図である。
【図４２】図４２は、概して図３９Ｂに示す側のセンサの分解図である。
【図４３】図４３は、概して図３９Ｂに示す側のセンサの分解図である。
【図４４】図４４は、センサの部分分解図であり、カバーコート層は表示されない。
【図４５】図４５において、図４５Ａは、上部回路部分の導体層を示しており、図４５Ｂは、固定回路部分の導体層を示している。
【図４６】図４６において、図４６Ａ、図４６Ｂ、および図４６Ｃは、本発明の他の実施形態による歪ゲージセンサの平面等角図、断面図および底面等角図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態は、一体型リードを有する容量式および歪ゲージ式圧力・力センサを含む。添付の図面に詳細に示されているように、センサは、ダイアフラム構造と一体型リード構造とを含む。実施形態では、少なくとも絶縁ポリマー層はダイアフラム構造とリード構造との両方に共通である。実施形態において、ポリマー層および任意的にポリマー層上のトレースなどの構造は、同じ工程ステップによってともに形成することができる。少なくともリード構造上のトレースの一部およびダイアフラム構造上の電極の一部は、実施形態において同じ工程ステップによって形成することができる。他の実施形態では、ダイアフラム構造およびリード構造のポリマー層部分は共通ではなく、（互いに隣接していても）個別に形成することができる。
【００１４】
リード構造は、可撓構造または可撓回路とすることができ、非金属（例えば、セラミックまたは他の絶縁材料）およびステンレス鋼または他のバネ金属などの金属を含むベース材料上に形成することができる。実施形態において、ダイアフラム構造もまた可撓性である。図示されるように、実施形態では、ダイアフラム構造は、２つのポリマー（例えばカプトン）部材、１つのポリマー部材と１つの金属（例えばステンレス鋼）部材、または２つの金属部材を含む。他の実施形態は、セラミックなどの他の材料から形成されたダイヤフラム構造を含む。
【００１５】
センサは、フォトリソグラフィ（例えばパターン化されたおよび／またはパターン化されていないフォトレジストマスクの使用）に関連するウェット（例えば化学的）エッチングおよびドライ（例えばプラズマ）エッチング、電気めっきおよび無電解めっき、ならびにスパッタリング工程などの従来のアディティブ堆積法、セミアディティブ法、および／またはサブトラクティブ法と、積層法（例えば、接着剤の塗布によるならびに／または圧力および／もしくは熱の適用による）とによって製造することができる。機械的加工方法（例えば、パンチおよび型を使用する）を使用することができる。接着層および他のポリマー層は、隣接する層にコーティングおよび硬化されるか、またはシートから切断されて隣接する層に積層されることができる。これらのタイプのアディティブ法およびサブトラクティブ法は、例えば、ステンレス鋼または他のベースもしくは基板（非金属ベースを含む）上のディスクドライブヘッドサスペンションの製造に関連して知られるとともに使用されており、「デュアルステージアクチュエーションディスクドライブサスペンション用低抵抗グランドジョイント(Low ResistanceGround Joints for Dual Stage Actuation Disk Drive Suspensions)」）という発明の名称のＢｅｎｎｉｎ等の米国特許第８，８８５，２９９号明細書、「複数トレース構造を備えた一体型リードサスペンション（Integrated LeadSuspension with Multiple Trace Configurations）」という発明の名称のＲｉｃｅ等の米国特許第８，１６９，７４６号明細書、「一体型リードサスペンションの多層グランドプレーン構造（Multi-LayerGround Plane Structures for Integrated Lead Suspensions）」という発明の名称のＨｅｎｔｇｅｓ等の米国特許第８，１４４，４３０号明細書、「一体型リードサスペンションの多層グランドプレーン構造（Multi-Layer GroundPlane Structures for Integrated Lead Suspensions)という発明の名称のＨｅｎｔｇｅｓ等の米国特許第７，９２９，２５２号明細書、「サスペンション組立体用貴金属導電リード製造方法（Method forMaking Noble Metal Conductive Leads for Suspension Assemblies）」）という発明の名称のＳｗａｎｓｏｎ等の米国特許第７，３８８，７３３号明細書、「一体型リードサスペンションのめっきグランド形体（Plated GroundFeatures for Integrated Lead Suspensions）」という発明の名称のＰｅｌｔｏｍａ等の米国特許第７，３８４，５３１号明細書である米国特許にて概して公開されており、これらのすべてはあらゆる目的のために言及により本明細書に援用される。
【００１６】
実施形態において、トレース、電極および／または歪ゲージなどの構造は、ダイアフラム構造とリード構造とに共通の絶縁ポリマー層上に形成することができ、絶縁ポリマー層は、そうした構造（例えば、トレースおよび／または電極および／または歪ゲージ）が形成された後にダイアフラム構造の他の構成要素（または、そのような他のダイアフラム構成要素が形成される材料の層）に積層することができる。他の実施形態では、共通の絶縁ポリマー層は、トレース、歪ゲージおよび／または電極などの構造が共通の絶縁ポリマー層上に形成される前に、ダイアフラム構造の他の構成要素（またはそのような他のダイアフラム構成要素が形成される材料の層）上に形成することができる。ポリマー層およびその上の構造（例えば、トレースおよび／または電極）は、上述のタイプのサブトラクティブ法またはアディティブ法によって積層材料から形成することができる。めっき、はんだまたは導電性接着剤などによって形成されたものなどのビアタイプの電気接続を使用して、トレースをポリマー層の開口部を介して他の電気構造（例えば電極および／またはステンレス鋼構造）に電気的に接続することができる。他の実施形態（図示せず）は、デバイスの部分の端部の上または周りに延びて構造を電気的に相互接続するジャンパーを含む。以下に明示されるものに加えて使用され得る接続／接合技術には、非導電性エポキシ、導電性エポキシ、はんだ／焼結、レーザ溶接／抵抗溶接、圧着／機械加工、およびレーザ積層を含む。実施形態では、構造（例えばベース）部材用のステンレス鋼構成要素を有するものとして記載されているが、他の実施形態ではプラスチック射出成形ポリマーおよびセラミックなどの他の材料および方法が使用される。これらの材料は、コンデンサプレートおよび／または導電経路の構成を可能するために、または他の接合技術を可能にするために、選択的に金属化することができる。
【００１７】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ、図１Ｅおよび図１Ｆは、本発明の実施形態によるセンサ１０の上面図、底面図、側面図、遠位端図、近位端図および詳細な等角断面図である。センサ１０は、一重ダイアフラムの、部分的にエッチングされたキャビティデバイスであり、比較的低い圧力を感知するために使用することができる。図示されるように、センサ１０は、ダイアフラム構造１２と、ダイアフラム構造から延びる一体型リード構造１４とを含む。ダイアフラム構造１２は、空隙領域またはキャビティ１８を有するベース部１６を含む。実施形態では、ベース部１６はステンレス鋼（ＳＳＴ）などの金属であり、キャビティ１８は部分的にエッチングされたキャビティである。これらの実施形態では、金属ベース部は第１電極として機能することができる。他の実施形態では、ベース部は、セラミック材料などの他の材料から形成することができ、電極は、キャビティ内のベース部上に配置することができる。可撓性の絶縁ポリマー層２０は、ベース部１６およびキャビティ１８上のダイアフラム部分２２と、リード構造１４上のリード部分２４とを含む。ポリマー層２０のダイアフラム部分２２およびリード部分２４は、例示の実施形態では共通するものであり、接着層２６（任意選択的にアクリル系接着剤）および誘電体層２２を含む。第２電極３０は、ポリマー層２０のダイアフラム部分２２上に配置される。リードまたはトレース３２Ａおよび３２Ｂは、ポリマー層２０のリード部分２４に沿って延在する。リード３２Ａは、第２電極３０に電気的に接続される。リード３２Ｂは、ポリマー層２０を通る導電性ビア３４によって、第１電極（例えば、図１Ａ〜図１Ｆに示す実施形態ではベース部１６）に電気的に接続される。実施形態では、第２電極３０はスパッタ金属層であり、トレース３２Ａおよび３２Ｂのシード層と同じ工程ステップ時に形成することができる。デバイスを封入するために、センサの全部または一部の上にポリマーまたは他のコーティング層４０を塗付することができる。トレース３２Ａおよび３２Ｂは、シード層上にめっき金属層を含むことができる。センサ１０の用途には、例えば、体液圧、血液感知、眼内感知および神経感知が含まれる。センサ１０の第１および／もしくは第２電極ならびに／またはキャビティ１８ならびに他の形体の領域が、デバイスの圧力および感度を決定するように構成することができる。
【００１８】
図２Ａ〜図２Ｎおよび図３Ａ〜図３Ｉは、センサ１０の実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す。特に、図２Ａは、ステンレス鋼（ＳＳＴ）層２０００を示す。図２Ｂは、ステンレス鋼層２０００と該層の端部２００２を示す。図２Ｃは、ステンレス鋼層２０００におけるエッチングされたキャビティ２００４を示す。図２Ｄは、ステンレス鋼層２０００とエッチングされたキャビティ２００４との詳細な図である。図２Ｅは、ステンレス鋼層２０００に塗布したポリマー層２００６を示す。図２Ｆは、エッチングされたステンレス鋼層２０００上のポリマー層２００６（接着層を含む）を示す。図２Ｇは、エッチングされた周囲部／境界部２００８と成形ビア開口部２０１０とを示す。図２Ｈは、ビア開口部２０１０を示す詳細図である。図２Ｉは、めっきされたトレース２０１２と任意的に電極とを示す。図２Ｉに示す構造上には、ビアコンタクトを形成することができる。図２Ｉはまた、電極およびトレース用のスパッタリングされたシード層２０１４をも示す。図２Ｊは、（めっきされた）ビアコンタクト２０１６、めっきされたトレース２０１８、およびシード層２０２０を示す。図２Ｋは、塗布されたカバーコートおよび／または封入材料を示す。図２Ｌは、カバーコート／封入材料２０２２を有する構造を示す。図２Ｎは、ステンレス鋼層２０００と、ステンレス鋼ベース部のエッチング／形成を示す。図３Ａはステンレス鋼ベース層を示す。図３Ｂは、ステンレス鋼キャビティ部分エッチングを示す。図３Ｃは、積層誘電体／接着剤を示す。図３Ｄは、ステンレス鋼へのビアのレーザ切断を示す。図３Ｅは、スパッタリングされたシード層を示す。図３Ｆは、めっきされた導体トレースを示す。図３Ｇは、エッチングされたシード層を示す。図３Ｈは、コーティング／エッチングされた誘電体カバーコートを示す。図３Ｉは、エッチングされたベースステンレス鋼を示す。
【００１９】
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅおよび図４Ｆは、本発明の実施形態によるセンサ１１０の上面図、底面図、側面図、遠位端図、近位端図および詳細な等角断面図である。センサ１１０は、実施形態において、二重ダイアフラムの溶接およびエッチングされたデバイスであり、比較的低い圧力を感知するために使用することができる。図示するように、センサ１１０は、ダイアフラム構造１１２と一体型リード構造１１４とを含む。ダイアフラム構造１１２は、第１ダイアフラム部分１１１と第２ダイアフラム部分１１３とを有し、空隙領域またはキャビティ１１８を画定するリング状または他の形状のベース部材１１６を含む。例示の実施形態では、ベース部材１１６は、それぞれステンレス鋼（ＳＳＴ）であり得る第１部分１１５および第２部分１１７から形成される。可撓性で絶縁性のポリマー層１２０は、ベース部材１１６の第１部分１１５上であるとともにキャビティ１１８上（すなわち、第１ダイアフラム部分１１１上）の第１ダイアフラム部分１２２と、リード構造１１４上のリード部分１２４とを含む。ポリマー層１２０のダイアフラム部分１２２およびリード部分１２４は、例示の実施形態では共通する。第１電極１２９は、第１ダイアフラム部分１１１上に配置され、例示の実施形態では、ポリマー層１２０のキャビティ１１８とは反対側にある。他の実施形態では、第１電極１２９は、ポリマー層１２０のキャビティ１１８に面する側にある。第１リードまたはトレース１３２Ａは、リード構造１１４からダイアフラム構造１１２へとポリマー層１２０上に延在し、第１電極１２９に電気的に接続する。第２リードまたはトレース１３２Ｂは、リード構造１１４からダイアフラム構造１１２へとポリマー層１２０上に延在し、ポリマー層１２０を通る導電性ビア１３４によってベース部材１１６の第１部分１１５に電気的に接続される。実施形態において、第１電極１２９はスパッタ金属層であり、トレース１３２Ａおよび１３２Ｂのためのシード層と同じ工程ステップ時に形成することができる。デバイスを封入するためにセンサの全部または一部にポリマーまたは他のカバーコートまたはコーティング層１４０を塗付することができる。トレース１３２Ａおよび１３２Ｂは、シード層上にめっきされた金属層を含むことができる。
【００２０】
第２ダイアフラム部分１２３は、ベース部材１１６の第２部分１１７上であるとともにキャビティ１１８上の絶縁ポリマー層１５０を含む。第２電極１３０は、第２ダイアフラム部分１２３上に位置し、ポリマー層１５０のキャビティ１１８に面する側にある。この実施形態では、第２電極１３０も、ベース部材１１６の部分１１７と接触するように延びている。ベース部材１１６の第１部分１１５と第２部分１１７とは（例えば、１３１などの溶接または導電性接着剤によって）接合される。第２電極１３０は、ビア１３４およびベース部材１１６（または任意的に他の構造）を介してトレース１３２Ｂに電気的に接続される。他の実施形態では、第２電極１３０は、ポリマー層１５０のキャビティ１１８とは反対側に位置し、他のコンタクト構造によって１３２Ｂなどのトレースに電気的に接続される。実施形態において、第１ダイアフラム部分１２２およびリード構造１１４は、第２ダイアフラム部分１２３とは別に形成され、上述のようなベース部材１１６の部分１１５と部分１１７とを接合することによってともに組み立てられる。センサ１１０の全部または一部を、Ｔｉおよび／もしくはＳｉＯ２などの生体適合性材料または他の材料にて（例えばスパッタリングによって）被覆または封入して、キャビティ１１８内への湿気／ガスの移動を防止または最小限に抑えることができる。カバーコート層１４０の代わりに、またはカバーコート層もしくは封入層に加えて、センサー１１０の全部または一部をパリレンなどのポリマーに封入することによって、ガスおよび／または湿気バリアを形成することができる。センサ１１０は比較的小さい（例えばセンサ１０と比較して）が、同等の感度を提供することができる。設計変数として、ベース部材部分、ポリマー層およびカバーコートの厚さおよびサイズを含むことができる。
【００２１】
図５Ａ〜図５Ｓおよび図６Ａ〜図６Ｋは、センサ１１０の実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す。特に図５Ａはステンレス鋼層２０３０を示す。図５Ｂは、ステンレス鋼層２０３０と該ステンレス鋼層の端部２０３２を示す。図５Ｃは、ポリマー層の塗布／形成を示す。図５Ｄはポリマー層２０３４を示す。図５Ｅは、第１ダイアフラム部分およびリード構造上におけるポリマー層の境界およびビア開口部２０３６の形成を示す。図５Ｆはビア開口部２０３６を示す。図５Ｇはシード層２０３８のスパッタリングを示す。図５Ｈはシード層２０３８を示す。図５Ｉはトレースのめっきを示す。図５Ｋはカバーコートの塗布を示す。図５Ｍは、ダイアフラム構造の第１ダイアフラム部分のベース部材の形成を示す。図５Ｏは、ダイアフラム構造の第２ダイアフラム部分の製造と、第１ダイアフラム部分とリード構造とへの取り付けを示す。図５Ｐは電極２０４０を示す。図５Ｑは溶接部２０４２を示す。図５Ｒはデバイスの封入を示す。図６Ａは、ベース金属（ステンレス鋼またはその他のもの）を示す。図６Ｂは、誘電体（感光性またはその他のもの）のコーティングを示す。図６Ｃは誘電体のエッチングを示す。図６Ｄはシード層のスパッタリングを示す。図６Ｅは導体トレースのめっきを示す。図６Ｆはシード層のエッチングを示す。図６Ｇは、誘電体カバーコートのコーティング／エッチングを示す。図６Ｈはステンレス鋼のエッチングを示す。図６Ｉは、下部ダイアフラムおよびマウント上のシード層のスパッタリングを示す（めっきされた導体／カバーコートのない上部と同様に作製される）。図６Ｊはレーザ溶接を示す。図６Ｋは、湿気／ガスバリア（ＰＶＤパリレンまたはスパッタリングされた金属）の塗布を示す。
【００２２】
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄ、図７Ｅ、図７Ｆ、および図７Ｇは、本発明の実施形態によるセンサ２１０の上面図、底面図、側面図、遠位端図、近位端図および詳細な等角断面図である。センサ２１０は、比較的高い圧力の用途に使用することができる。図示するように、センサ２１０は、ダイアフラム構造２１２と一体型リード構造２１４を含む。ダイアフラム構造２１２はベース部２１６を含む。実施形態では、ベース部２１６はステンレス鋼（ＳＳＴ）などの金属である。可撓性で絶縁性の（すなわち誘電体の）ポリマー層２２０は、ベース部２１６上のダイアフラム部分２２２と、リード構造２１４上のリード部分２２４とを含む。ポリマー層２２０のダイアフラム部分２２２およびリード部分２２４は、例示の実施形態では共通する。第１電極２２９は、ポリマー層２２０のベース部２１６と反対側に位置する。リードまたはトレース２３２Ａおよび２３２Ｂは、ポリマー層２２０のリード部分２２４に沿って延びる。リード２３２Ａは、第１電極２２９に電気的に接続される。ダイアフラム構造２１２はまた、ダイアフラム部分２２２上で、接着性絶縁ポリマー層２１９によってベース部２１６および任意の中間層（例示の実施形態ではポリマー層２２０）に接合される部材２３０を含む。キャビティ２１８は、ダイアフラム構造２１２においてベース部２１６（および電極２２９）と部材２３０との間で画定される。実施形態において、部材２３０はステンレス鋼などの金属である。これらの実施形態では、部材２３０は第２電極として機能することができる。リード２３２Ｂは、接着性ポリマー層２１９を通る導電性ビア２３４によって、第２電極（例えば、図７Ａ〜図７Ｆに示す実施形態では部材２３０）に電気的に接続される。他の実施形態では、部材２３０は、セラミック材料などの他の材料から形成されることができ、電極はキャビティ内の部材上に配置することができる。実施形態では、第１電極２２９は、スパッタリングされるとともに任意的にめっきされた金属層を含み、トレース２３２Ａおよび２３２Ｂと同じ工程ステップ時にポリマー層２２０上に形成することができる。上述したようなカバーコート層および／または封入層は、センサ２１０の全部または一部上に塗布することができる。センサ２１０は、デバイスの感度および圧力範囲などのパラメータを決定するために有利に使用することができる広範な設計変数を提供する。例として、部分的にエッチングされた領域、ベース部２１６および部材２３０の厚さを含む厚さを決定することができる。電極２２９とトレース２３２Ａおよび２３２Ｂとを形成するスパッタリングおよび／もしくはめっきされた導体層、ポリマー層２２０ならびに／または接着性ポリマー層の厚さも、これらの目的のために決定することができる。例示の実施形態には部材２３０上のボタンを含み、ボタンの高さは、部材のたわみを自己で制限するために使用することができる。ダイアフラム構造２１２の堅牢性により、温度およびバックグラウンド圧力の変化によるドリフトを除去することができる。硬質ベース部２１６を有する実施形態は、他の構造に比較的効率的かつ効果的に取り付けることができる。さらに他の実施形態では、電極２２９は、ベース部２１６上の部分的にエッチングされたメサと置き換えられ、ベース部２１６は電極として使用される。
【００２３】
図８Ａ〜図８Ｐおよび図９Ａ〜図９Ｌは、センサ２１０の実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す。特に、図９Ａは、ベースステンレス鋼を示している。図９Ｂは部分エッチングを示す。図９Ｃは誘電体のコーティングを示す。図９Ｄは、誘電体のエッチング／現像を示す。図９Ｅはシード層のスパッタリングを示す。図９Ｆは導体のめっきを示す。図９Ｇはシード層のエッチングを示す。図９Ｈはプレカットシート接着剤の積層を示す。図９Ｉは、導電性エポキシのビア孔への塗布を示す。図９Ｊは、上部ステンレス鋼の積層と接着剤およびエポキシの硬化を示す。図９Ｋは、力コンセントレータ形体の部分エッチングの任意的なステップを示す。図９Ｌは、ステンレス鋼のエッチングおよびシート接着剤のレーザ切断を示す。
【００２４】
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ、図１０Ｄ、図１０Ｅおよび図１０Ｆは、本発明の実施形態によるクラスタセンサ３１０の上面図、底面図、側面図、遠位端図、近位端図および等角図である。図１１Ａ〜図１１Ｏおよび図１２Ａ〜図１２Ｉは、センサ３１０の実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す。センサ３１０は３軸センサであり、これは、共通のダイアフラム構造３１２とリード構造３１４とに一体化されたセンサ２１０の構造および動作と同様の構造および動作を有する複数（すなわち３つ）のセンサを含む。センサ２１０の特徴と同様のセンサ３１０の所定の特徴は、同様の参照符号によって示されている。実施形態では、センサ３１０は、一重のステンレス鋼（ＳＳＴ）ダイアフラム構造を有し、比較的高い圧力の用途に使用することができる。センサの実施形態は、共通ベース部３１６と、電極３２９１、３２９２および３２９３と、トレース３３２Ａ１、３３２Ａ２、３３２Ａ３および３２３Ｂとを有するポリマー層３２０とを含む。トレース３２３Ｂは、導電性ビアによってダイアフラム部材３３０に接続されることができる。上述したようなカバーコート層および／または封入層を、センサ３１０の全部または一部上に塗布することができる。センサ３１０は、センサ１０、１１０および２１０に関連して上述したものと同様の工程を用いて製造することができる。
【００２５】
特に、図１１Ａはステンレス鋼層２０５０を示す。図１１Ｂは、ステンレス鋼層２０５０と端部２０５２とを示す。図１１Ｃは、電極用メサを形成するためのステンレス鋼層の部分エッチングを示す。図１１Ｄは、ポリマー層２０５４の塗布を示す。図１１Ｆは、メサ上の電極と、電極へのトレースとの形成を示す。図１１Ｉは、開口部による導電性ビア２０５６と、接着層を塗布と、ビア開口部の形成とを示す。図１１Ｊは上部ステンレス鋼層の適用を示す。図１１Ｋは、上部ステンレス鋼層２０５８を示す。図１１Ｌは、ボタンを形成するためのステンレス鋼層の部分エッチングを示す。図１１Ｏは上層からの余剰分の除去を示す。図１２Ａは、ベースステンレス鋼を示す。図１２Ｂは、ステンレス鋼の部分エッチングの任意のステップを示す。図１２Ｃは、誘電体層のコーティング／エッチングを示す。図１２Ｄは、シード層のスパッタリングと導体のめっきとを示す。図１２Ｅは、プレカットシート接着剤の積層を示す。図１２Ｆは、上部ステンレス鋼の積層と接着剤／エポキシの硬化を示す。図１２Ｇは、力コンセントレータ形体の部分エッチングを示す。図１２Ｈは、ステンレス鋼層のエッチングを示す。図１２Ｉは、シート接着剤の最終形状へのレーザ切断を示す。
【００２６】
図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃ、図１３Ｄ、図１３Ｅおよび図１３Ｆは、本発明の実施形態によるクラスタセンサ４１０の上面図、底面図、側面図、遠位端図、および近位端図である。センサ３１０と同様に、センサ４１０は、共通のダイアフラム構造４１２とリード構造４１４とに一体化されたセンサ２１０の構造および動作と同様の構造および動作を有する複数（すなわち４つ）のセンサを含む。センサ４１０における少なくともいくつかの個々のセンサーの形体は、異なるサイズ（例えば、直径および／または厚さ）を有し、異なるセンサが異なる感度で動作することを可能にする。センサ２１０の特徴と同様のセンサ４１０の所定の特徴は、同様の参照符号によって示されている。上述したようなカバーコート層および／または封入層を、センサ４１０の全部または一部上に塗布することができる。センサ４１０は、センサ１０，１１０，２１０および３１０と関連して上述したものと同様の工程を用いて製造することができる。
【００２７】
図１４Ａ〜図１４Ｑおよび図１５Ａ〜図１５Ｊは、センサ４１０の実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す。特に、図１４Ａおよび図１４Ｂはステンレス鋼層を示す。図１４Ｃはポリマー層２０６０の塗布を示す。図１４Ｅは電極およびトレースの形成を示す。図１４Ｇは、接着層の塗布とビア開口部の形成とを示す。図１４Ｉは、ビアコンタクト２０６２と、ビアコンタクトのめっきとを示す。図１４Ｊはビアコンタクト２０６２を示す。図１４Ｋは、上部ステンレス鋼層の適用を示す。図１４Ｍは、上部ステンレス鋼層の部分エッチングを示す。図１４Ｏは、余剰の上部ステンレス鋼層と下部ステンレス鋼層とを除去することを示す。図１５Ａはベースステンレス鋼を示す。図１５Ｂは誘電体層のコーティングを示す。図１５Ｃはシード層のスパッタリングを示す。図１５Ｄは導体のめっきを示す。図１５Ｅはシード層のエッチングを示す。図１５Ｆは、プレカットシート接着剤の積層を示す。図１５Ｇは、導電性エポキシのビア孔への塗布を示す。図１５Ｊは、ステンレス鋼のエッチングとシート接着剤のレーザ切断とを示す。
【００２８】
図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃ、図１６Ｄ、図１６Ｅおよび図１６Ｆは、本発明の実施形態によるセンサ５１０の上面図、底面図、側面図、遠位端図、近位端図および詳細な等角断面図である。センサ５１０は、内部シード層封入部および電極を有する接着スペーサを有する二重ダイアフラムデバイスである。センサ５１０はセンサ１１０に類似しており、類似の特徴は同様の参照符号で示されている。図示するように、センサ５１０は、ダイアフラム構造５１２と一体型リード構造５１４とを含む。ダイアフラム構造５１２は、第１ダイアフラムセクションまたは部分５１１と第２ダイアフラムセクションまたは部分５１３とを有し、空隙領域またはキャビティ１８を画定するリング状または他の形状のベース部材５１６を含む。例示の実施形態では、ベース部材５１６は、それぞれステンレス鋼（ＳＳＴ）であり得る第１部分５１５および第２部分５１７から形成される。可撓性で絶縁性のポリマー層５２０は、ベース部材５１６の第１部分５１５上であるとともにキャビティ５１８上（すなわち、第１ダイアフラム部分５１１上）の第１ダイアフラム部分５２２と、リード構造５１４上のリード部分５２４とを含む。ポリマー層５２０のダイアフラム部分５２２およびリード部分５２４は、例示の実施形態では共通する。第１電極５２９は、第１ダイアフラム部分５１１上に配置され、例示の実施形態では、ポリマー層５２０のキャビティ５１８と面する側にある。他の実施形態では、第１電極５２９は、ポリマー層５２０のキャビティ５１８と反対側にある。第１リードまたはトレース５３２Ａは、リード構造５１４からダイアフラム構造５１２へとポリマー層５２０上に延在し、第１電極５２９に（ベース部５１６の第１部分５１５を介して）電気的に接続する。第２リードまたはトレース５３２Ｂは、リード構造５１４からダイアフラム構造５１２へとポリマー層５２０上に延在し、ポリマー層５２０、第１部分５１５、ならびに接着および絶縁ポリマー層５１９を通る導電性ビア５３４によってベース部材５１６の第２部分５１７に電気的に接続される。実施形態において、第１電極５２９はスパッタ金属層である。デバイスを封入するために、ポリマー層または他のカバーコート層またはコーティング層５４０をセンサの全部または一部上に塗布することができる。トレース５３２Ａおよび５３２Ｂはシード層上のめっき金属層を含むことができる。
【００２９】
第２ダイアフラム部分５１３は、ベース部材５１６の第２部分５１７上であるとともにキャビティ５１８上の絶縁ポリマー層５５０を含む。第２電極５３０は、第２ダイアフラム部分５１３上に位置し、ポリマー層５５０のキャビティ５１８に面する側にある。この実施形態では、第２電極５３０はまた、ベース部材５１６の部分５１７と接触するように延びている。ベース部材５１６の第１部分５１５および第２部分５１７は、接着性ポリマー層５１９によって接合される。第２電極５３０は、ビア５３４（はんだまたは導電性接着剤などの導体材料５４１を含む）を介してトレース５３２Ｂに電気的に接続される。他の実施形態では、第２電極５３０は、ポリマー層５２０のキャビティ５１８とは反対側に配置され、他のコンタクト構造によって５３２Ｂなどのトレースに電気的に接続される。実施形態では、第１ダイアフラム部分５２２およびリード構造５１４は、第２ダイアフラム部分５１３とは別に形成され、接着性ポリマー層５１９を使用してベース部材５１６の部分５１５と部分５１７とを接合することによって共に組み立てられる。センサ５１０の全部または一部を、Ｔｉおよび／もしくはＳｉＯ２などの生体適合性材料または他の材料にて（例えばスパッタリングによって）被覆または封入して、キャビティ５１８内への湿気／ガスの移動を防止または最小限に抑えることができる。カバーコート層５４０の代わりに、またはカバーコート層もしくは封入層に加えて、センサ５１０の全部または一部をパリレンなどのポリマーに封入することによって、ガスおよび／または湿気バリアを形成することができる。設計変数として、ベース部材部分、ポリマー層およびカバーコートの厚さおよびサイズを含むことができる。
【００３０】
図１７Ａ〜図１７ＭＭおよび図１８Ａ〜図１８Ｎは、センサ５１０の実施形態を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスを示す。特に、図１７Ａは、ステンレス鋼層２０７０と（リード構造とともに形成された）第１ダイアフラム部分とを示す。図１７Ｃは、ポリマー層の塗布を示す。図１７Ｅは第１ダイアフラム部分を示す。図１７Ｅはまた、ポリマー層のパターニングとビア開口部の形成とを示す。図１７Ｈは、シード層２０７２のスパッタリングを示す。図１７Ｊは、トレースのめっきと、シード層のエッチングとを示す。図１７Ｒは誘電体カバーコートの塗布を示す。図１７Ｕは、第１ダイアフラム部分とリード部分、ステンレス鋼層のエッチング、およびステンレス鋼アイランド２０７４を示す。図１７Ｖはステンレス鋼アイランド２０７４を示す。図１７Ｗは、第２ダイアフラム部分への電気的コンタクトのためのステンレス鋼アイランド２０７４を示す。図１７ＤＤは、接着層２０７６と接着層の積層とを示す。図１７ＥＥは接着層２０７６を示す。図１７ＧＧは、第２ダイアフラム部分２０７８と、第１ダイアフラム部分への第２ダイアフラム部分の積層とを示す。図１７ＨＨは、第２ダイアフラム部分２０７８とリード構造２０８０とを示す。図１７ＪＪは、ビアと第２ダイアフラム部分とへの導体２０８２の適用を示す。図１８Ａは、第１ダイアフラム部分用ベースステンレス鋼を示す。図１８Ｂは、ダイアフラム構造とリード構造とに共通の誘電体およびポリマー層２０８４の塗布を示す。図１８Ｃは誘電体のエッチングおよび現像を示す。図１８Ｄはシード層のスパッタリングを示す。図１８Ｅは、導体トレースのめっきを示す。図１８Ｆは、シード層のエッチング、第１ダイアフラム電極へのトレース２０８６、第１ダイアフラム電極へのビアコンタクト２０８８（ステンレス鋼層を介して）、および第２ダイアフラム構造へのビア用開口部２０９０を示す。図１８Ｇは誘電体カバーコートのコーティングを示す。図１８Ｈは、誘電体カバーコートのエッチング／現像を示す。図１８Ｉは、第２ダイアフラム構造とステンレス鋼アイランド２０９４とのコンタクト用開口部２０９２を示す。図１８Ｊは、キャビティシード層のスパッタリングと、第１ダイアフラム構造のスパッタ導体層／電極２０９６とを示す。図１８Ｋはシード層の選択的なエッチングを示す。図１８Ｌは、接着層２０９８と接着層の積層とを示す。図１８Ｍは、（導体／カバーコートなしで上部と同様に作製された）下部ダイアフラムの積層と第１ダイアフラム構造へのトレース３０００を示す。図１８Ｎは、はんだ／導電性エポキシの塗布、第２ダイヤフラム部分上の電極へのトレース３００２、第２ダイヤフラム部分の電極であるスパッタ導体層３００４、ステンレス鋼３００６を示す。
【００３１】
図１９Ａ、図１９Ｂ、図１９Ｃ、図１９Ｄ、図１９Ｅおよび図１９Ｆは、本発明の実施形態による歪ゲージ式センサ６１０の上面図、底面図、側面図、遠位端図、近位端図および詳細な等角断面図である。図示するように、センサ６１０は、ダイアフラム構造６１２と、ダイアフラム構造から延びる一体型リード構造６１４とを含む。ダイアフラム構造６１２は、空隙領域またはキャビティ６１８を有するベース部６１６を含む。実施形態において、ベース部６１６はステンレス鋼（ＳＳＴ）などの金属であり、ステンレス鋼部材６１５および６１７から形成される。ダイアフラム部分６２２およびリード部分６２４を有するポリマー層６２０上に、一対の歪ゲージ部材６６０および６１６（他の実施形態はそれより多いかまたは少ない歪ゲージ部材を有する）が形成されている。リードまたはトレース６３２は、ポリマー層６２０のリード部分６２４上に延在し、歪ゲージ部材６６０および６６２に電気的に接続されている。図示するように、歪ゲージ部材６６０は、ダイヤフラム構造６１２の可動部分上（例えばキャビティ６１８上）に配置される。センサ６６２は、センサ６１０の非可動領域または静止領域上（例えばキャビティ６１８上ではない）に配置され、例示の実施形態ではリード構造６１４の近傍に示されている。センサ６１０は、センサ１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０に関連して上述したものと同様の工程を用いて製造することができる。図２０Ａ〜図２０Ｕは、センサ６１０を製造するために使用することができる工程ステップのシーケンスの実施形態を示す。
【００３２】
図２１Ａおよび図２１Ｂは、本発明の実施形態による、溶接されたベース部材を有する反転した２つのトレース組立体を有するセンサ７１０の等角図である。図２１Ａは、センサ７１０の第１または上側を示し、図２１Ｂは、センサの反対側の第２または下側を示す。センサ７１０は、ダイアフラム構造７１２と、ダイアフラム構造から延びる一体型リード構造７１４とを含む。図２２Ａおよび図２２Ｂは、実施形態によるセンサ７１０の分解図であり、図２２Ａは、センサ部品をその上部または上側から示し、図２２Ｂは、センサ部品をその下部または下側から示す。図２２Ａおよび図２２Ｂに示す実施形態では、センサ７１０は、ダイアフラム部分７１１およびリード部分７１３を有する第１または上部の部品または組立体と、ダイアフラム部分７１５およびリード部分７１７を有する第２または下部の部品または組立体とを含む。図２３Ａおよび図２３Ｂは、本発明の実施形態によるセンサ７１０の等角断面図であり、断面線はダイアフラム構造７２を通って延びる。図２３Ａは若干上から見下ろした図であり、図２３Ｂは若干下から見上げた図である（終端リードが見てとれる）。
【００３３】
上部組立体のダイアフラム部分７１１は、非金属またはステンレス鋼などの金属から形成されたダイアフラム部材を含み、外側またはベース部分７３０と、バネアーム部７３４によってベース部分に取り付けられた内側可動部分７３３とを含む。実施形態では、ダイアフラム部分７１１の部材は、（例えばエッチングによって）ステンレス鋼などの単一のバネ金属のシートから一体型部材として形成される。第１導電性電極７２９は可動部分７３２の内表面に配置され、ポリイミドまたは他の絶縁層７２０によってダイアフラム部材（実施形態では部材は導電性材料から形成される）から電気的に分離される。リード部分７１３は絶縁層７２０から形成され得るベース部材を含む。リードまたはトレース７３２は、例示の実施形態ではバネアーム部７３４を横切る長さを含んで、リード部分７１３から電極７２９まで延び、絶縁層７２０によってダイアフラム部材から電気的に分離される。他の実施形態（図示せず）では、トレースは、バネアーム部とバネアーム部間の間隙とを横切って電極７２９に延びる。
【００３４】
下部組立体のダイアフラム部分７１５は、非金属またはステンレス鋼などの金属から形成することができ、環状部材として示されるベース部分７５０と、絶縁層７５２と、絶縁層のベース部分とは反対側の第２電極７５４とを含む。リード部分７１７は、絶縁層７５２から形成することができるベース部と、電極７５４まで延びるリードまたはトレース７５６とを含む。図２３Ａおよび２３Ｂに示すように、ダイアフラム部分７１１のベース部分７３０は、ダイアフラム部分７１５のベース部分７５０に（例えばそれらの周囲において溶接または接着剤によって）接合されて、ダイアフラム構造７１２の空隙領域またはキャビティ７１８を画定する。図２２Ａに示されるように、下部組立体のベース部分７５０は、上部組立体のリード部分７１３が延在可能な間隙７６０を含むことができる。接着剤または他の材料を塗付して、上部組立体と下部組立体との組み立て後に間隙７６０とリード部分７１３との間の任意の空間をシールすることができる。他の実施形態では、ダイアフラム構造７１２はシールされない。実施形態は、導電材料層から形成された電極７２９および７５４ならびにトレース７３２および７５６などの構造の一部または全部の上に絶縁カバーコートを含むことができる。そのようなカバーコートは、加えられた圧力が電極間に干渉を生じさせる場合に、電気的短絡、センサの損傷、および範囲外容量を防止することができる。カバーコートはまた、導体表面の電解的劣化および／または酸化劣化を防止することによってセンサ７１０の安定性を高めることができる。
【００３５】
ダイアフラム構造７１２の構成（バネアーム部７３４による可動部分３７２のサスペンションまたは支持など）は、センサ７１０の動作時に電極７２９と電極７５４との間の平行性を維持するのに利用される。特に、トレース７３２がバネアーム部７３４に沿って延在する場合、バネ金属層上の絶縁層７２０およびトレース７３２の導体層からバネバイアスを低減することができる。これにより、測定の精度および再現性を高めることができる。バネアーム部の堅牢性は、所望の圧力範囲に調整することができる。非限定的な例として、実施形態では、電極７２９および７５４の外径は約０．４４ｍｍであり、基部７３０および７５０の外径は約１．０４ｍｍである。トレース７３２および７５６は、約０．０３ｍｍの幅とすることができる。ステンレス鋼層部分は、約３５μｍの厚さとすることができる。絶縁層はポリイミドであり、厚さは約７１０μｍとすることができる。いずれのカバーコートも約５μｍの厚さとすることができる。銅または他の導体層に形成された電極７２９および７５４ならびにトレース７３２および７５６などの構造は、約１０μｍの厚さであり得る。ダイアフラム構造７１２または部分７１１もしくは７１５は、エポキシで被覆されるか、またはセンサが取り付けられる他の構造に固定されることができる。
【００３６】
図２４は、本発明の実施形態によるダイアフラム構造８１２と一体型リード構造８１４とを有する一体型リードおよびカンセンサ８１０の等角図である。図示するように、センサ８１０は回路またはトレース部材８１３およびカン８５０を含む。図２５は、カン８５０の一部が取り除かれてダイアフラム構造８１２内のトレース部材８１３の一部を露出させた、詳細な等角図である。図２６は、ダイアフラム構造８１２の一部の詳細な断面図である。トレース部材８１３は、ダイアフラム部分８１１とリード部分８０３とを含む。トレース部材８１３は、金属（例えばステンレス鋼）ダイアフラム部材またはベース部８２６、ポリイミドまたは他の絶縁層８２０、および導体層８２８から形成される。トレース部材８１３のダイアフラム部分８１１は、ベース部８２６上で、絶縁層８２０によってベース部８２６から電気的に分離された導体層８２８の電極８２９を含む。実施形態において、金および／またはニッケルを電極８２９および／または導体層８２８のその他の部分上にめっきすることができる。トレース部材８１３のリード構造８１４は、電極８２９に延在する導体層８２８のトレース８３２を含む。トレース８３２は、絶縁層８２０によってベース部８２６から電気的に分離されている。実施形態において、ダイアフラムベース部８２６は、センサ８１０の動作時に電極８２９およびベース部の隣接部分の動きを可能にする（すなわちアコーディオン様効果を提供することによって）、１つ以上の環状凹部（部分的にエッチングされ得る）を含む。カン８５０は、例示の実施形態では金属部材（例えばステンレス鋼）であり、ダイアフラム構造８１２の空隙またはキャビティ８１８を画定する。カン８５０は、機械的および電気的にベース部８２６に（例えば溶接または導電性接着剤によって）接続され、第２電極として機能し、リード構造８１４のベース層８２６は、リターングランド経路（すなわち第２電気リード）として機能する。図８４に示すように、リード構造は、カン８５０の間隙８６０から延びる。空隙８６０は、実施形態ではシールされている。
【００３７】
図２７は、本発明の実施形態によるセンサ８１０’の部分切り欠き等角図である。センサ８１０’は、電極８２９’上に材料８６０の層を有する。材料８６０は、キャビティ８１８’を部分的に充填するとともに、圧縮下での膨張を許容する比較的高い比誘電率および／または比較的低いデュロメータ硬さのエラストマー材料を有する材料とすることができる。実施形態では、例えば、材料１６０は、ＴｉＯ２添加シリコンである。材料１６０を除いて、センサ１１０’は、上述したセンサ１１０と同じか、または類似していてもよい。
【００３８】
図２８〜３０は、本発明の実施形態によるセンサ８１０’’の等角図である。センサ８１０’’は、ダイアフラム構造８１２’’および一体型リード構造８１４’’を含む。トレース部材８１３’’の一体型リード構造８１４’’は、ダイアフラム構造８１２’’に延在するとともに、電極として機能するカン８５０’’に（例えば導電性接着剤によって）電気的に接続する導体層８２８’’のトレース８３３を含む。トレース８３２’’と同様に、トレース８３３は絶縁層８２０’’によってベース部８２６’’から電気的に分離されている。トレース８３３に関連するリード構造を除いて、センサ８１０’’は、上述したセンサ８１０および８１０’と同じか、または類似していてもよい（例えば、センサ８１０’’は、電極８２９’’上に高い比誘電率エラストマー材料の層を有することができる）。
【００３９】
図３１は、本発明の実施形態によるダイアフラム構造９１２および一体型リード構造９１４を有するセンサ９１０の等角断面図である。図３２は、図３１に示すセンサ９１０の分解図である。センサ９１０は、それぞれがダイアフラム部分９１１とリード部分９０３とを有する２つのトレース部材９１３を含む。トレース部材９１３は、上述したトレース部材８１３と同じか、または類似していてもよく、導体層９２８の電極９２９に接続されたトレース９３２を含み、導体層は絶縁層９２０によってベース層９２６から電気的に分離されている。トレース部材９１３は、空隙またはキャビティ９１８を画定するように、電極９２９を互いに対向させて（例えば、溶接または接着剤によって）スペーサ９６５に接合される。スペーサ９５６は、金属、セラミック、ポリマーまたは他の材料であり得る。
【００４０】
図３３は、本発明の実施形態によるダイアフラム構造１０１２および一体型リード構造１０１４を有するセンサ１０１０の等角図である。センサ１０１０は、それぞれダイアフラム部分１０１１とリード部分１００３とを有する２つのトレース部材１０１３Ａ、１０１３Ｂを含む。図３４は、トレース部材１０１３Ａを取り外した状態の図３３に示すセンサ１０１０の図である。トレース部材１０１３Ａは、上述したトレース部材８１３と同じか、または類似していてもよい。トレース部材１０１３Ｂは、上述したトレース部材８１３と類似していてもよいが、おそらく図３４に最も良好に示されているように、ベース部材１０２６は、環状壁１０２７を設けるために、凹部またはポケット（例えば、ステンレス鋼層にエッチングされる）を含む。したがって、図３１および図３２の実施形態に示す９６５などの個別のスペーサ部品はキャビティ１０１８を設けるのに必要ではない。
【００４１】
図３５、図３６、図３７Ａ、図３７Ｂ、図３８Ａおよび図３８Ｂは、本発明のさらに別の実施形態によるセンサ１１００を示すものである。図示するように、センサ１１００は、ダイアフラム構造１１１２と一体型リード構造１１１４とを含む。ダイアフラム構造１１１２と一体型リード構造１１１４とを含むセンサ１１００の部分は、回路またはトレース部材１１１３を含む。トレース部材１１１３には、電極として機能するステンレス鋼ディスクなどの部材１１５０が取り付けられている。ステンレス製のディスクが取り付けられて、平面図である図３６に示す構造が出来上がる。図３５は、上部ステンレス鋼１１２０、ＴＳＡ＋リングステンレス鋼１１２２、ＴＳＡ＋銅ビア１１２４およびコンデンサプレート１１２６、ならびにＴＳＡ＋誘電体１１２８を示す断面図である。図３７Ａ（底面図）および図３７Ｂ（平面図）は、銅（ＣＵ）１１３０およびポリイミド（ＰＩ）１１３２を含むＴＳＡ＋ベース部品のみを示す。ビア接続部１１３４は、ステンレス鋼トロイド１１３６として作製される。図３８Ａ（平面分解図）および３８Ｂ（平面図）は、センサを完成させるために取り付けられたステンレス鋼ディスクを示す。
【００４２】
図３９Ａおよび図３９Ｂは、本発明のさらに他の実施形態によるセンサ１２１０の等角図であり、センサの表側と裏側を示す。図４０および図４１は、概して図３９Ａに示す側のセンサ１２１０の分解図である。図４２および図４３は、概して図３９Ｂに示される側のセンサ１２１０の分解図である。例示の実施形態では、センサ１２１０は、バネ板１２１３を有する第１または上部回路部分１２１１、第２または固定回路部分１２１５、および、ステンレス鋼または他の十分に硬質である材料であり得るベースバッカープレート１２１７を含む容量式デバイスである。他の実施形態には、（例えば、センサ１２１０が硬質表面に取り付けられる実施形態において）バッカープレート１２１７を含まない。センサ１２１０は、バネ板１２１３を含むダイアフラム構造１２１２と、ダイアフラム構造から延びる一体型リード構造１２１４とを含む。例示の実施形態では、上部回路部分１２１１と固定回路部分１２１５とのそれぞれは、ダイアフラム部分および一体型リード部分を含む。ダイアフラム構造１２１２は、空隙領域またはキャビティ１２１８を有するベース部１２１６を含む。例示の実施形態では、固定部分１２１５のダイアフラム部分におけるアーム部１２１９同士の間の空間である。バネ板１２１３の構成を除いて、センサ１２１０は、上述した他の実施形態と類似の特徴を有する。
【００４３】
上部回路部分１２１１は、金属（例えばステンレス鋼）ベース層１２２０、ポリマーまたは他の誘電体の絶縁層１２２２、導体（例えば、スパッタクロム層または他のシード層上にめっきされた銅または銅合金）層１２２４、およびポリマーカバーコート１２２６を含む。図４５Ａは、上部回路部分１２１１の導体層１２２４を示しており、これはダイアフラム部分のバネ板１２１３上の電極部分１２２４Ａと、一体型リード部分上のリードまたはトレース部分１２２４Ｂとを含む。ポリマー層１２２２は、導体層１２２４の電極部分１２２４Ａをベース層１２２０から電気的に絶縁するダイアフラム部分と、導体層のリード部分１２２４Ｂをベース層から電気的に絶縁するリード部分とを含む。例示の実施形態では、導体層１２２４は、カバーコート１２２６内に包埋されている。他の実施形態には、カバーコート１２２６の一部または全部を含まない。導体層１２２４の電極部分１２２４Ａは、バネ板への力の印加に応じてバネ板１２１３とともに動く電極として機能する。ポリマー層１２２２のダイアフラム部分とリード部分とは共通であり、導体層１２２４の電極部分１２２４Ａとリード部分１２２４Ｂとは共通である（例えば、同じ製造ステップ時に作製される）。導体層１２２４のアーム部分１２２４Ｃおよび１２２４Ｄにより、上部回路部分１２１１の関連部分の高さが、センサ１２１０の他の部品に対して維持される。
【００４４】
固定回路部分１２１５は、金属または他の材料（例えばセラミック）のベース層１２３０、ポリマーまたは他の誘電体の絶縁層１２３２、導体層１２３４、およびポリマーカバーコート１２３６を含む。図４５Ｂは、固定回路部分１２１５の導体層１２３４を示しており、これはダイアフラム部分上の電極部分１２３４Ａと、一体型リード部分のリードまたはトレース部分１２３４Ｂとを含む。図４４はセンサ１２１０の部分分解図であり、バッカープレート１２１７は構造の他の部分から分離されて示され、カバーコートは導体層１２３４を示すために表示されない。ポリマー層１２３２は、導体層１２３４の電極部分１２３４Ａをベース層１２３０から電気的に絶縁するダイアフラム部分と、導体層のリード部分１２３４Ｂをベース層から電気的に絶縁するリード部分とを含む。非導電材料のベース層を有する本発明の実施形態には、ポリマー層１２３２を含む必要はない。例示の実施形態では、導体層１２３４は、カバーコート１２３６内に包埋されている。他の実施形態は、カバーコート１２３６の一部または全部を含まない。導体層１２３４の電極部分１２３４Ａは電極として機能する。ポリマー層１２３２のダイアフラム部分とリード部分とは共通であり、導体層１２３４の電極部分１２３４Ａとリード部分１２３４Ｂとは共通である。導体層１２３４のアーム部分１２３４Ｃおよび１２３４Ｄは、固定回路部分１２１５の関連部分の高さを、センサ１２１０の他の部品に対して維持する。上部回路部分１２１１、固定配線部分１２１５、およびバッカープレート１２１７（この要素を有する実施形態における）は、接着剤、溶接、もしくは他の構造または手法によって接合されることができる。センサ１２１０の特徴は、上述したセンサの他の実施形態における対応する特徴のものと同様であり、同様の製造工程を用いて製造することができる。
【００４５】
図４６Ａおよび図４６Ｃは、本発明の追加の実施形態によるセンサ１３１０の平面および底面の等角図である。図４６Ｂは、センサ１３１０の断面図である。図示するように、センサ１３１０は、静止ベースまたはリード構造１３１４から延びるバネ板部分１３１３を含む歪ゲージデバイスである。第１または上部歪ゲージ回路１３６０は、バネ板部分１３１３の第１または上部表面に配置され、リード構造１３１４上に延びるリード１３３２を有する。同様に、第２または底部歪ゲージ回路１３６２は、バネ板部分１３１３の第２または底部表面に配置され、リード構造１３１４上に延びるリード１３３３を有する。歪ゲージ回路１３６０および１３６２は、実施形態において鏡面関係にある。歪みゲージ回路１３６０および１３６２ならびに関連するリード１３３２および１３３３は、コンスタンタンなどのめっき金属とすることができる。例示の実施形態では、バネ板およびリード構造は、ステンレス鋼などのバネ金属ベース層１３１６を含むが、他の実施形態は、ポリマーまたはセラミックなどの他の材料を使用する。したがって、バネ板部分１３１３は、圧力または力の印加に応じるダイアフラム構造として機能する。上部回路１３６０および底部回路１３６２の両方は、蛇行する長さの大部分がベース構造または層１３１６の可動バネ板部分１３１３に延在するように蛇行形状に配置されている。導電性金属ベース層１３１６を有するとして示されるものなどの実施形態において、絶縁ポリマーの層１３２０は、金属ベース層を回路１３６０および１３６２から分離することができる。歪ゲージ回路１３６０および１３６２のリード１３３２および１３３３上の端子（電気パッド）はそれぞれ、ベース構造の静止領域に配置されてもよく、または一体型リード構造１３１４のさらに下方に延びてもよい。センサ１３１０は、上述のものと同様の工程を用いて製造することができる。上述のセンサと同様に、歪ゲージ回路１３６０および１３６２ならびに関連するポリマー絶縁層１３２０は、バネ板（すなわちダイアフラム）部分１３１３およびリード構造１３１４に共通である。
【００４６】
二重歪ゲージセンサ１３１０の実施形態では、歪ゲージ回路１３６０および１３６２の両方がダイアフラム構造の可動バネ板領域１３１３に配置される。バネ板領域１３１３が動くかまたはたわむと、一方の歪ゲージ素子（例えば１３６０）に張力がかかるとともに、他方側の歪ゲージ素子（たとえば１３６２）が圧縮される。２つの歪ゲージセンサ１３１０の利点は、第１および第２歪ゲージ素子がホイートストンブリッジ信号処理回路（図示せず）の隣接する脚部に接続されているとき、熱出力（温度変化による信号誤差）を最小限にすることができることである。ホイートストーンブリッジ回路は既知のものであり、一般に、張力または圧縮力を受けた歪ゲージ素子内で生じる小さな抵抗変化（例えばミリオーム）を測定するために使用される。両方の歪ゲージ素子が能動的に動いて、ホイートストンブリッジ信号出力に寄与する同様の絶対抵抗変化をもたらすので、１３１０などのセンサは所定の動き変位に対して有意に高い信号出力（例えば２倍の高さ）を生成することができる。
【００４７】
本明細書に記載された本発明の実施形態（例えば、図２１〜図４５に関連して）は、上述および援用された米国仮特許出願第６２／２９０，７８９号明細書に記載のセンサ（すなわち、図１〜図２０に関連して記載されたセンサ）の１つ以上の特徴を含み得る。同様に、（例えば、図２１〜図４５に関連して）本明細書に開示されたセンサの１つ以上の特徴を、米国仮特許出願第６２／２９０，７８９号明細書に記載のセンサ（すなわち、図１〜図２０に関連して記載されたセンサ）に援用することができる。例えば、ダイアフラム構造内のバネアーム部支持ダイアフラム部材と高比誘電率材料の一方または両方を、図１〜図２０に関連して本明細書に記載したセンサに組み込むことができる。さらに、実施形態に関連して本明細書に記載した特徴（例えば、バネアーム部、高誘電体層材料、めっきおよびカバーコートを有するダイアフラム部材）は、任意のまたはすべての他の実施形態に組み込むことができる。
【００４８】
本発明の実施形態は、ダイアフラム部材内の重なり合う圧縮可能な電極領域内にはない他の導体や誘電体の間に存在する寄生（ゼロ印加圧力）容量による静電容量オフセット、ノイズおよびドリフトを低減する。圧力による寄生容量の変化が低減される。電圧ソースとシンク導体との間の分離距離は、横方向と縦方向とで増大する。ソースとシンク導体および他の金属表面との間の分離距離を増大させることができる。他の実施形態（図示せず）は、ダイアフラム部材金属層の一方または両方を接地グランド、供給信号グランドまたは静電容量ブリッジジャンクションにルーティングされた第３導体トレースに延在させて接続することによって、寄生容量を低減することができる。重なり合う圧縮可能な電極の間の高比誘電率材料の使用と、圧力ダイアフラムを収縮させない導電性表面間の低比誘電率材料（ダイアフラム間隙材料以下）の使用と、平行な導電板および重なり合う空間とによって、センサの動作を高める。印加圧力に対する静電容量の変化が増大する。平行な導電板の間の材料の比誘電率を高めると、印加圧力に対する感度が向上する。また、圧縮性エラストマー（低ヤング率または硬度）と高比誘電率（例えば５０）を有するＴｉＯ２などの半導電性粒子との複合体の使用により、性能が向上する。組み立て部品の数は、バネ金属などのベース部上に絶縁性および導電性の材料層から形成される集積回路部材を使用することによって比較的少なく抑えることができる。
【００４９】
センサは、カテーテルや内視鏡などの医療機器に組み込むことができる。例えば、センサは、カテーテルや内視鏡の遠位端または先端に組み込まれて、軸方向および／またはデバイスの側面から加えられるデバイスにおける圧力を感知することができる。他の実施形態では、センサは、自動車、航空宇宙、工業、鉱物抽出、海中および地熱などの用途に使用される。さらに他の用途には、（例えばジョイスティックの）位置を決定する差力センサなどの位置センサが含まれる。センサは、高温および／または過酷な環境もしくは腐食性の環境に良好に適応することができる。またセンサは、非常に小型（例えば、薄い、または低いＺ高さを有する）とすることができる。例えば、センサの実施形態は、直径が１００μｍから１０００μｍから５０００μｍの範囲であり得るが、より大きいまたは小さいセンサが検討される。これらのタイプのセンサでは、誘電体絶縁層の厚さは３〜１０μｍの範囲であり、スパッタ導体層の厚さは１〜５０μｍの範囲であり、ステンレス鋼層の厚さは１２〜５００μｍの範囲であり、トレースは１０μｍにもなる薄さにすることができる。これらの構造はまた、利用可能な工程の制約およびパラメータ、ならびに所望の特性（例えば、デバイスの所望の圧力／力検出範囲）などの要因に基づいて、より厚くまたはより薄くすることもできる。センサは可撓性とすることができる。
【００５０】
本発明は好ましい実施形態に関して記載されているが、当業者であれば、本発明の意図および範囲から逸脱することなく、形態および詳細に変更を加えることができることを認識するであろう。例えば、種々の実施形態の特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わせることができる。
【図１Ａ】
2019512084.tif 000003
【図１Ｂ】
2019512084.tif 000004
【図１Ｃ】
2019512084.tif 000005
【図１Ｄ】
2019512084.tif 000006
【図１Ｅ】
2019512084.tif 000007
【図１Ｆ】
2019512084.tif 000008
【図２Ａ】
2019512084.tif 000009
【図２Ｂ】
2019512084.tif 000010
【図２Ｃ】
2019512084.tif 000011
【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図２Ｉ】
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【図２Ｊ】
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【図２Ｋ】
2019512084.tif 000019
【図２Ｌ】
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【図２Ｍ】
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【図２Ｎ】
2019512084.tif 000022
【図３Ａ】
2019512084.tif 000023
【図３Ｂ】
2019512084.tif 000024
【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
2019512084.tif 000030
【図３Ｉ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2019512084.tif 000033
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
2019512084.tif 000035
【図４Ｅ】
2019512084.tif 000036
【図４Ｆ】
2019512084.tif 000037
【図５Ａ】
2019512084.tif 000038
【図５Ｂ】
2019512084.tif 000039
【図５Ｃ】
2019512084.tif 000040
【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
2019512084.tif 000042
【図５Ｆ】
2019512084.tif 000043
【図５Ｇ】
2019512084.tif 000044
【図５Ｈ】
2019512084.tif 000045
【図５Ｉ】
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【図５Ｊ】
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【図５Ｋ】
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【図５Ｌ】
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【図５Ｍ】
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【図５Ｎ】
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【図５Ｏ】
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【図５Ｐ】
2019512084.tif 000053
【図５Ｑ】
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【図５Ｒ】
2019512084.tif 000055
【図５Ｓ】
2019512084.tif 000056
【図６Ａ】
2019512084.tif 000057
【図６Ｂ】
2019512084.tif 000058
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
2019512084.tif 000060
【図６Ｅ】
2019512084.tif 000061
【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
2019512084.tif 000064
【図６Ｉ】
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【図６Ｊ】
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【図６Ｋ】
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【図７Ａ】
2019512084.tif 000068
【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
2019512084.tif 000070
【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
2019512084.tif 000072
【図７Ｆ】
2019512084.tif 000073
【図７Ｇ】
2019512084.tif 000074
【図８Ａ】
2019512084.tif 000075
【図８Ｂ】
2019512084.tif 000076
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
2019512084.tif 000078
【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
2019512084.tif 000081
【図８Ｈ】
2019512084.tif 000082
【図８Ｉ】
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【図８Ｊ】
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【図８Ｋ】
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【図８Ｌ】
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【図８Ｍ】
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【図８Ｎ】
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【図８Ｏ】
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【図８Ｐ】
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【図９Ａ】
2019512084.tif 000091
【図９Ｂ】
2019512084.tif 000092
【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
2019512084.tif 000094
【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図９Ｈ】
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【図９Ｉ】
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【図９Ｊ】
2019512084.tif 000100
【図９Ｋ】
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【図９Ｌ】
2019512084.tif 000102
【図１０Ａ】
2019512084.tif 000103
【図１０Ｂ】
2019512084.tif 000104
【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
2019512084.tif 000108
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【図１１Ｈ】
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【図１１Ｉ】
2019512084.tif 000117
【図１１Ｊ】
2019512084.tif 000118
【図１１Ｋ】
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【図１１Ｌ】
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【図１１Ｍ】
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【図１１Ｎ】
2019512084.tif 000122
【図１１Ｏ】
2019512084.tif 000123
【図１２Ａ】
2019512084.tif 000124
【図１２Ｂ】
2019512084.tif 000125
【図１２Ｃ】
2019512084.tif 000126
【図１２Ｄ】
2019512084.tif 000127
【図１２Ｅ】
2019512084.tif 000128
【図１２Ｆ】
2019512084.tif 000129
【図１２Ｇ】
2019512084.tif 000130
【図１２Ｈ】
2019512084.tif 000131
【図１２Ｉ】
2019512084.tif 000132
【図１３Ａ】
2019512084.tif 000133
【図１３Ｂ】
2019512084.tif 000134
【図１３Ｃ】
2019512084.tif 000135
【図１３Ｄ】
2019512084.tif 000136
【図１３Ｅ】
2019512084.tif 000137
【図１３Ｆ】
2019512084.tif 000138
【図１４Ａ】
2019512084.tif 000139
【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
2019512084.tif 000142
【図１４Ｅ】
2019512084.tif 000143
【図１４Ｆ】
2019512084.tif 000144
【図１４Ｇ】
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【図１４Ｈ】
2019512084.tif 000146
【図１４Ｉ】
2019512084.tif 000147
【図１４Ｊ】
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【図１４Ｋ】
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【図１４Ｌ】
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【図１４Ｍ】
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【図１４Ｎ】
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【図１４Ｏ】
2019512084.tif 000153
【図１４Ｐ】
2019512084.tif 000154
【図１４Ｑ】
2019512084.tif 000155
【図１５Ａ】
2019512084.tif 000156
【図１５Ｂ】
2019512084.tif 000157
【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１５Ｆ】
2019512084.tif 000161
【図１５Ｇ】
2019512084.tif 000162
【図１５Ｈ】
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【図１５Ｉ】
2019512084.tif 000164
【図１５Ｊ】
2019512084.tif 000165
【図１６Ａ】
2019512084.tif 000166
【図１６Ｂ】
2019512084.tif 000167
【図１６Ｃ】
2019512084.tif 000168
【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
2019512084.tif 000170
【図１６Ｆ】
2019512084.tif 000171
【図１７Ａ】
2019512084.tif 000172
【図１７Ｂ】
2019512084.tif 000173
【図１７Ｃ】
2019512084.tif 000174
【図１７Ｄ】
2019512084.tif 000175
【図１７Ｅ】
2019512084.tif 000176
【図１７Ｆ】
2019512084.tif 000177
【図１７Ｇ】
2019512084.tif 000178
【図１７Ｈ】
2019512084.tif 000179
【図１７Ｉ】
2019512084.tif 000180
【図１７Ｊ】
2019512084.tif 000181
【図１７Ｋ】
2019512084.tif 000182
【図１７Ｌ】
2019512084.tif 000183
【図１７Ｍ】
2019512084.tif 000184
【図１７Ｎ】
2019512084.tif 000185
【図１７Ｏ】
2019512084.tif 000186
【図１７Ｐ】
2019512084.tif 000187
【図１７Ｑ】
2019512084.tif 000188
【図１７Ｒ】
2019512084.tif 000189
【図１７Ｓ】
2019512084.tif 000190
【図１７Ｔ】
2019512084.tif 000191
【図１７Ｕ】
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【図１７Ｖ】
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【図１７Ｗ】
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【図１７Ｘ】
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【図１７Ｙ】
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【図１７Ｚ】
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【図１７ＡＡ】
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【図１７ＢＢ】
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【図１７ＣＣ】
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【図１７ＤＤ】
2019512084.tif 000201
【図１７ＥＥ】
2019512084.tif 000202
【図１７ＦＦ】
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【図１７ＧＧ】
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【図１７ＨＨ】
2019512084.tif 000205
【図１７ＩＩ】
2019512084.tif 000206
【図１７ＪＪ】
2019512084.tif 000207
【図１７ＫＫ】
2019512084.tif 000208
【図１７ＬＬ】
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【図１７ＭＭ】
2019512084.tif 000210
【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
2019512084.tif 000214
【図１８Ｅ】
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【図１８Ｆ】
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【図１８Ｇ】
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【図１８Ｈ】
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【図１８Ｉ】
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【図１８Ｊ】
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【図１８Ｋ】
2019512084.tif 000221
【図１８Ｌ】
2019512084.tif 000222
【図１８Ｍ】
2019512084.tif 000223
【図１８Ｎ】
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【図１９Ａ】
2019512084.tif 000225
【図１９Ｂ】
2019512084.tif 000226
【図１９Ｃ】
2019512084.tif 000227
【図１９Ｄ】
2019512084.tif 000228
【図１９Ｅ】
2019512084.tif 000229
【図１９Ｆ】
2019512084.tif 000230
【図２０Ａ】
2019512084.tif 000231
【図２０Ｂ】
2019512084.tif 000232
【図２０Ｃ】
2019512084.tif 000233
【図２０Ｄ】
2019512084.tif 000234
【図２０Ｅ】
2019512084.tif 000235
【図２０Ｆ】
2019512084.tif 000236
【図２０Ｇ】
2019512084.tif 000237
【図２０Ｈ】
2019512084.tif 000238
【図２０Ｉ】
2019512084.tif 000239
【図２０Ｊ】
2019512084.tif 000240
【図２０Ｋ】
2019512084.tif 000241
【図２０Ｌ】
2019512084.tif 000242
【図２０Ｍ】
2019512084.tif 000243
【図２０Ｎ】
2019512084.tif 000244
【図２０Ｏ】
2019512084.tif 000245
【図２０Ｐ】
2019512084.tif 000246
【図２０Ｑ】
2019512084.tif 000247
【図２０Ｒ】
2019512084.tif 000248
【図２０Ｓ】
2019512084.tif 000249
【図２０Ｔ】
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【図２０Ｕ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３９Ａ】
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【図３９Ｂ】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５Ａ】
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【図４５Ｂ】
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【図４６Ａ】
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【図４６Ｂ】
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【図４６Ｃ】
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【国際調査報告】
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