(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストリップ伝導体（１５）からなり基板（１２）上に配置された抵抗ユニット（１４）と、基板（１２）が取着される支持壁（１０）      と、
抵抗ユニット（１４）に隣接して支持壁（１０）に設けられた圧力伝達開口（２７）とを含み、圧力伝達開口（２７）は基板（１２）の底面（１３）に面しており、
底面（１３）上に抵抗ユニット（１４）が設けられた状態で基板（１２）が支持壁（１０）に面し、弾性中間層（２６）が支持壁（１０）と基板（１２）の間に配置され、
コンタクト面（１６）が、基板（１２）の、抵抗ユニット（１４）を保持する底面（１３）上に設けられる圧力センサであって、
コンタクト面（１６）が、基板（１２）の底面（１３）に面して支持壁（１０）に形成された凹部状の切取り部（２４）内に入り込む平面的に配置された接続ワイヤ（２２）に接続されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
圧力伝達開口（２７）には実質上中間層（２６）の材料が充填される請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
抵抗ユニット（１４）が、支持壁（１０）に面する基板（１２）の底面（１３）と同一平面上にある基板（１２）の薄い膜（１８）上に設けられ、凹部（１９）が膜（１８）の裏に設けられる、請求項１または２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
基板（１２）の凹部（１９）が排気され、真空気密層（２９）で覆われる、請求項３に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記凹部状の切取り部（２４）には絶縁性の弾性プラスチック塊（２５）が充填される請求項１から４のいずれか一項に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、液体状または気体状の媒質中で圧力を測定するための、カプセル化されておらずハウジングの無い圧力センサに関し、詳細には、半導体チップの形の基板上に配置されたストリップ伝導体の抵抗ユニットを有する圧力センサに関する。
【０００２】
液体の圧力、例えば血管内の血圧の測定では、カテーテル内で圧力センサを使用することが知られており、この圧力センサは、半導体チップを含んでその上に抵抗ユニットが設けられているものである。抵抗ユニットの下には、測定部位に非常に薄い肉厚が与えられるように、基板を形成する半導体チップに凹部が設けられている。圧力の作用によってこの薄い壁が曲がり、そのため抵抗ユニットの抵抗器には種々の度合いで伸びが生じる。したがって、抵抗ユニットで測定される電圧の変化から、基板に作用する圧力を決定することが可能である。基板はカテーテル内に置くことができる支持壁に接着され、抵抗ユニットは、基板の、支持壁に背を向けたほうの面に位置付けられている。この面は、圧力が測定される媒質に曝されるので、追加のパッシベーション層で被覆され、それによって、媒質と抵抗ユニットまたは基板との接触がそれぞれ防止される。圧力センサの全ての電気部品が覆われることは事実であるが、特に圧力センサが導電性の液体中で動作するときには電気腐食が生じる可能性があり、その電気腐食によって、センサが失われまたは固有のセンサ・ドリフトが生じる可能性がある。さらに、生じる可能性のあるパッシベーション層の損傷は、センサの機能的挙動に直接的な影響を及ぼす。最後に、血液循環においてこのような圧力センサを使用すると、流体に関連する誤った測定が行われ血液成分の堆積が生じる可能性があるので、何らかの問題が生じる。
【０００３】
ＤＥ３９３７５２２Ａ１から、半導体圧力センサは支持壁および半導体基板を有することが知られている。基板には圧力伝達開口が設けられている。この開口は基板に凹部として形成され、膜によってその範囲が定められる。抵抗ユニットは、基板の、支持壁に接触している面に位置付けられている。基板と支持壁の間にはエラストマー封止材が設けられている。しかし、このエラストマー封止材は膜領域全体に広がっていない。
【０００４】
本発明の目的は、カプセル化されておらずハウジングの無い、損傷を受けにくい圧力センサであって、特に小型化した高精度センサとして使用することができる圧力センサを提供することである。
【０００５】
本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴により解決される。
【０００６】
本発明の圧力センサでは、抵抗ユニットが設けられる基板面が支持壁に面し、支持壁と基板の間には弾性中間層が設けられている。この圧力センサでは、基板上に設けられた電気部品は基板と支持壁の間に保護される。外部からの影響によってセンサに損傷が生じるとしても、基板またはチップの上面しか影響を受けないので、その損傷は依然としてセンサの機能に重要ではない。抵抗ユニットは保護された状態で収容されているので、センサを導電性液体中で動作させることができ、このとき電気腐食によってセンサを失うことがなく、または固有のセンサ・ドリフトが生じることがない。絶縁層を必要とする限りでは、この層を極めて薄く保つことができる。本発明の、ハウジングの無い圧力センサの設計により、小型化した平らな構成になり、十分の数ミリメートルという薄い支持壁に突出せずに一体化させることができる。支持壁は平面状でよく、または管状に曲がっていてもよい。さらに、圧力センサは、電気的にあるいは光電気化学的にも活性な面が光を通さないように基板と支持壁の間に配置されているので、光の影響を受けない。本発明は、いかなる追加のセンサ・ハウジングも無い極めて平らなセンサ手段を提供するものであり、このセンサ手段はさらに、導電性媒質中で圧力を測定するように適合される。支持壁と基板の間の絶縁性中間層には弾性がある。これは、この中間層によって、センサが支持壁に対してある一定の運動をすることが可能になり、その結果、まるで基板が支持壁上に浮遊するように保持されることを意味する。それによって、センサは支持壁から機械的に切り離され、支持壁の機械的な変形または温度に関連する変形によって実質上電気信号が生じないことが確認される。中間層にはシリコーン材料を使用することが好ましい。
【０００７】
本発明の好ましい実施形態によれば、支持壁に面する基板面と同一平面上にある基板の薄い膜上に抵抗ユニットが設けられており、この膜の裏には凹部が設けられている。凹部の直径は０．１〜０．６ｍｍ程度であり、その結果、この凹部が小さすぎて、ペンチなどの通常の工具では沈み込んでいる薄い膜に届かず、損傷を与えることができないようになる。
【０００８】
別の利点は、基板の底面に接続されたワイヤを支持壁に直接貼り付け（ｇｌｕｅｄ）または接合する（ｃｅｍｅｎｔｅｄ）ことができ、それによって、接続部位で応力緩和が得られることである。さらに、絶縁が重要な接続領域は、その領域が基板と支持壁の間に配置されることによって機械的に保護される。
【０００９】
本発明の圧力センサは、絶対圧力センサとして設計することができる。この場合、基板の凹部は排気され、真空気密層で覆われる。一方、圧力センサを差圧センサとして設計することが可能であり、その場合は支持壁の両面、したがって薄い膜の両面にも異なる圧力が加えられる。
【００１０】
以下は、図面に関連する本発明の実施形態の詳細な記述である。
【００１１】
図１および図２の圧力センサは、支持壁の片面にかかる圧力Ｐ１と環境との間にバリアを形成する支持壁１０を有する。環境においては圧力Ｐ２が支配すると想定される。厚さが好ましくはわずか十分の数ミリメートルの支持壁１０は、剛性の気密材料で作製され、特に金属で作製される。この支持壁１０は平面状でよく、さらに、円筒形または他の形状の部材を提供することも可能である。
【００１２】
チップ１１は支持壁１０上に設けられ、図２に示すように、支持壁１０に面する底面１３上には電気抵抗ユニット１４を備えた基板１２を含んでいる。基板１２は非常に純粋なシリコンで作製され、その厚さは約２００μｍである。本発明の場合、基板１２はサイズが１，４００μｍ×６００μｍの長方形のディスクである。基板１２には、半導体の生産において従来から用いられている堆積プロセスおよびエッチング・プロセスを使用して付着された、ストリップ伝導体１５が設けられている。このストリップ伝導体１５と共に、外部のワイヤに接続することができるコンタクト面１６が形成されている。ストリップ伝導体１５は、抵抗器ブリッジ１７にさらに接続されてブリッジ回路を形成する。本発明の場合、４つの抵抗器ブリッジ１７が設けられ、従来のブリッジ回路を形成する。抵抗器ブリッジ１７は、ストリップ伝導体１５の、狭く、したがってオーム数が高いセクションを含む。抵抗ブリッジ１７は、膜１８の領域内に設けられる。この膜１８は、凹部１９の領域内に残された基板１２の薄い壁を含む。凹部１９は、傾斜した逃げ面２０を有して先端が切り取られたピラミッドに相当する。エッジの長さは２５０μｍである。膜１８の厚さは約１０μｍである。膜１８は基板１２の底面上に広がり、その結果この低いほうの面が全般的に滑らかになり、すなわち窪みも突起も生じていない。
【００１３】
センサ・ワイヤ２２の伝導体２１は、コンタクト面１６に平面的に結合されまたは接続されている。これらのセンサ・ワイヤ２２は、エポキシ接着剤２３によって支持板１０に固定された絶縁体をそれぞれ有する。支持板１０には切取り部２４が設けられ、その内部には、伝導体２１の端部が基板１２の下に収容されるように入っている。切取り部２４には、弾性中間層２６のものと同様の、絶縁性で弾性のあるプラスチック塊２５が充填される。
【００１４】
チップ１１の底面１３と支持壁１０の間には、シリコン材料からなる別の弾性中間層２６が設けられている。この層２６は、膜１８を含む基板１２の底面全体に広がる。チップ１１は、中間層２６上に浮遊するように支持される。
【００１５】
支持板１０では、膜１８の下に、支持板の厚さ全体に及ぶ圧力伝達開口２７が設けられている。圧力伝達開口２７には、中間層２６の材料または圧力を伝達するゲルからなる充填剤２８が充填される。充填剤２８の底部側は、支持壁１０の底面と同一平面上にある。その結果、支持壁１０によって範囲が定められた媒質は、圧力伝達開口２７に入ることができず、そこに堆積することができない。さらに、支持板の底部側での流量が高くても、支持板と充填剤２８の間での移行は段差がないので、圧力によるアーチファクト（artefacts）をもたらすことはない。
【００１６】
裏面を形成するチップ１１の上面は、やはりシリコンで作製することができる真空気密層２９で覆われている。この層２９は、外部に対して凹部１９を閉ざす。この凹部１９は排気される。充填剤２８によって膜１８に作用する圧力は、圧力Ｐ１であり、膜１８の変形は、専らこの圧力Ｐ１に依存する。したがって、この圧力センサは絶対圧力センサである。
【００１７】
図３は、差圧センサとして修正を加えた形の、図１の実施形態を示す。この場合、層２９が省かれており、その結果、圧力Ｐ１が膜の片面に作用し、圧力Ｐ２が膜の裏面に作用するようになる。したがってこの差圧センサは、Ｐ１からＰ２を引いた差を測定する。この場合、凹部１９には圧力を伝達するゲル３０またはシリコーンを充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  絶対圧力センサとして設計された圧力センサの、第１の実施形態の断面図である。
【図２】  図１の矢印ＩＩ−ＩＩの方向からの、基板の底面図である。
【図３】  差圧センサとして設計された圧力センサの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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