JPH07286923A - Pressure sensor and its manufacture - Google Patents
Pressure sensor and its manufactureInfo
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- JPH07286923A JPH07286923A JP6104629A JP10462994A JPH07286923A JP H07286923 A JPH07286923 A JP H07286923A JP 6104629 A JP6104629 A JP 6104629A JP 10462994 A JP10462994 A JP 10462994A JP H07286923 A JPH07286923 A JP H07286923A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、超小型物の形成が容易
で血管や細管用等に好適な光検知式の圧力センサに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photodetection type pressure sensor which is suitable for blood vessels and thin tubes because it is easy to form ultra-small objects.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、フォトリソグラフィー方式でシリ
コン基板をマイクロマシニングして形成したダイヤフラ
ムをバンドル光ファイバの先端に配置し、そのダイヤフ
ラムの圧力による変位を反射や干渉による光学量に変換
して圧力を検知する圧力センサが知られていた（特公平
２−３１２８号公報、特開昭６１−２３５７３１号公
報）。かかる光ファイバ利用の光学量検知式圧力センサ
は、ピエゾ抵抗等の電気信号を利用しないことから生体
内への適用可能性を有する利点を有している。2. Description of the Related Art Conventionally, a diaphragm formed by micromachining a silicon substrate by a photolithography method is arranged at the tip of a bundle optical fiber, and the displacement due to the pressure of the diaphragm is converted into an optical quantity due to reflection or interference to change the pressure. A pressure sensor for detecting has been known (Japanese Patent Publication No. 2-3128 and Japanese Patent Laid-Open No. 61-235731). Such an optical quantity detection type pressure sensor using an optical fiber has an advantage of being applicable to a living body because it does not use an electric signal such as piezo resistance.
【０００３】しかしながら、従来の圧力センサにあって
はダイヤフラムの小型化が困難でカテーテル内視鏡のワ
ーキングチャンネルに挿入したり、血管等の細管に挿入
できるものを得ることが困難な問題点があった。すなわ
ち従来のバンドルファイバ使用の圧力センサでは、その
ものが太いため血管等に挿入できないが、単繊維からな
る光ファイバを用いるなど光ファイバの細形化により太
さ的には血管等に挿入できるようにしても、その光ファ
イバの先端に設けるダイヤフラムの小型化が困難なため
目的とする血管等に挿入できる圧力センサを形成できな
い問題点があった。However, the conventional pressure sensor has a problem that it is difficult to downsize the diaphragm and it is difficult to insert it into a working channel of a catheter endoscope or to obtain a device that can be inserted into a thin tube such as a blood vessel. It was In other words, a conventional pressure sensor using a bundle fiber cannot be inserted into a blood vessel or the like because it is thick, but by thinning the optical fiber such as by using an optical fiber made of a single fiber, it can be inserted into a blood vessel or the like in terms of thickness. However, since it is difficult to downsize the diaphragm provided at the tip of the optical fiber, there is a problem that a pressure sensor that can be inserted into a target blood vessel or the like cannot be formed.
【０００４】前記の血管等に挿入できる圧力センサは、
心臓の冠状動脈内狭窄物を治療するためのホットバルー
ンカテーテルの形成などに必要なものである。すなわち
かかるカテーテルは、バルーンへの造影剤の注入による
バルーンの圧力及び造影剤のレーザ加熱による熱により
前記狭窄物を拡張する治療を行うものであり、その治療
時にバルーン圧による拡張力を高くしすぎると血管が破
裂する恐れがあるためバルーンの内圧検知が必須とな
る。The pressure sensor which can be inserted into the blood vessel or the like is
It is necessary for forming hot balloon catheters for treating coronary stenosis in the heart. That is, such a catheter performs a treatment for expanding the stenosis by the pressure of the balloon due to the injection of the contrast agent into the balloon and the heat due to the laser heating of the contrast agent, and the dilatation force due to the balloon pressure is too high during the treatment. Therefore, it is essential to detect the internal pressure of the balloon because the blood vessel may burst.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記のよう
な血管等の生体内や細管に適用することができる超小型
物も容易に形成できる圧力センサの開発を課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to develop a pressure sensor which can easily form a microminiature object which can be applied to a living body such as a blood vessel or a thin tube as described above.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、単繊維からな
る光ファイバの先端に、その光ファイバと同径以下の半
導体からなるダイヤフラムが接合されていることを特徴
とする圧力センサ、及び前記光ファイバと同径以下のダ
イヤフラム部の外側に易エッチング層からなる光ファイ
バ案内孔付のフランジ部を有する半導体基板を、単繊維
からなる光ファイバの先端に前記の光ファイバ案内孔を
介して装着接合後、その光ファイバ案内孔付のフランジ
部をエッチング除去してダイヤフラム部を光ファイバの
先端に孤立させることを特徴とする圧力センサの製造方
法を提供するものである。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is a pressure sensor characterized in that a diaphragm made of a semiconductor having a diameter equal to or smaller than that of the optical fiber is joined to the tip of the optical fiber made of a single fiber, and A semiconductor substrate having a flange portion with an optical fiber guide hole made of an easy-etching layer on the outside of a diaphragm portion having the same diameter as the optical fiber or less is attached to the tip of the optical fiber made of a single fiber through the optical fiber guide hole. The present invention provides a method for manufacturing a pressure sensor, characterized in that after the joining, the flange portion with the optical fiber guide hole is removed by etching to isolate the diaphragm portion at the tip of the optical fiber.
【０００７】[0007]
【実施態様の例示】単繊維からなる光ファイバとして
は、直径が１mm以下、就中５００μm以下、特に１００
〜３００μmのものなどが好ましく用いられる。またダ
イヤフラム部の外側に易エッチング層からなる光ファイ
バ案内孔付のフランジ部を有する半導体基板としては、
キャリア濃度が相違するもの、例えば約１０16／cm3以
下の低キャリア濃度のダイヤフラム部（難エッチング
層）に、約１０19／cm3以上の高キャリア濃度のフラン
ジ部（易エッチング層）を設けたもの等や、伝導型が相
違するもの、例えばフランジ部をシリコン基板（易エッ
チング層）で形成しダイヤフラム部をｐ型領域（難エッ
チング層）としたものなどが用いられる。[Exemplary Embodiment] An optical fiber composed of a single fiber has a diameter of 1 mm or less, preferably 500 μm or less, and particularly 100
Those having a thickness of up to 300 μm are preferably used. Further, as a semiconductor substrate having a flange portion with an optical fiber guide hole formed of an easily-etched layer on the outside of the diaphragm portion,
Different carrier concentrations, for example, a low carrier concentration diaphragm portion (difficult etching layer) of about 10 16 / cm 3 or less, and a high carrier concentration flange portion (easy etching layer) of about 10 19 / cm 3 or more provided. And those having different conductivity types, for example, those in which the flange portion is formed of a silicon substrate (easy etching layer) and the diaphragm portion is used as a p-type region (difficult etching layer).
【０００８】[0008]
【作用】上記の構成により、例えば太さが３００μm以
下の単繊維からなる光ファイバを用いて超小型の圧力セ
ンサを容易に得ることができる。またフランジ部を易エ
ッチング層とすることで難エッチング層からなるダイヤ
フラム部を残存させつつ容易にエッチング除去でき、超
小型のダイヤフラム、ひいては圧力センサを容易に得る
ことができる。With the above structure, a microminiature pressure sensor can be easily obtained by using an optical fiber made of a single fiber having a thickness of 300 μm or less, for example. Further, by forming the flange portion as the easily-etched layer, the diaphragm portion made of the difficult-to-etch layer can be easily removed by etching, and a microminiature diaphragm, and thus a pressure sensor, can be easily obtained.
【０００９】[0009]
【実施例】本発明の圧力センサは、単繊維からなる光フ
ァイバの先端にその光ファイバと同径以下の半導体から
なるダイヤフラムが接合されたものである。その例を図
１に示した。１がダイヤフラム、２が単繊維からなる光
ファイバである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The pressure sensor of the present invention comprises an optical fiber made of a single fiber and a diaphragm made of a semiconductor having a diameter equal to or smaller than that of the optical fiber joined to the tip of the optical fiber. An example thereof is shown in FIG. Reference numeral 1 is a diaphragm, and 2 is an optical fiber made of a single fiber.
【００１０】かかる圧力センサの製造は例えば、単繊維
からなる光ファイバと同径以下のダイヤフラム部の外側
に易エッチング層からなる光ファイバ案内孔付のフラン
ジ部を有する半導体基板を、単繊維からなる光ファイバ
の先端に前記の光ファイバ案内孔を介して装着接合後、
その光ファイバ案内孔付のフランジ部をエッチング除去
してダイヤフラム部を光ファイバの先端に孤立させる方
法などにより行うことができる。In the manufacture of such a pressure sensor, for example, a semiconductor substrate having a flange portion with an optical fiber guide hole formed of an easily-etched layer on the outside of a diaphragm portion having the same diameter as or less than that of an optical fiber formed of single fibers is formed of single fibers. After mounting and joining to the tip of the optical fiber through the optical fiber guide hole,
This can be performed by a method of removing the flange portion with the optical fiber guide hole by etching and isolating the diaphragm portion at the tip of the optical fiber.
【００１１】図２に前記方法の製造工程を例示した。３
が半導体基板、３１がダイヤフラム部、３２が易エッチ
ング層からなる光ファイバ案内孔３３付のフランジ部で
あり、２は単繊維からなる光ファイバである。前記の光
ファイバ案内孔３３付のフランジ部３２をエッチング除
去してダイヤフラム部３１（１）を孤立させることによ
り、図１に例示の如き圧力センサが形成される。FIG. 2 illustrates the manufacturing process of the above method. Three
Is a semiconductor substrate, 31 is a diaphragm portion, 32 is a flange portion with an optical fiber guide hole 33 made of an easily-etched layer, and 2 is an optical fiber made of a single fiber. By removing the flange portion 32 with the optical fiber guide hole 33 by etching to isolate the diaphragm portion 31 (1), a pressure sensor as illustrated in FIG. 1 is formed.
【００１２】前記において、半導体基板としては、シリ
コン系やガリウム系などの適宜なものを用いることがで
きる。易エッチング層を有する半導体基板は、例えばキ
ャリア濃度が相違するものや、ｎ型とｐ型等の伝導型が
相違するものなどとして得ることができる。In the above, as the semiconductor substrate, an appropriate one such as silicon or gallium can be used. The semiconductor substrate having the easily-etched layer can be obtained as, for example, one having a different carrier concentration or one having a different conduction type such as n-type and p-type.
【００１３】ちなみに、前記のキャリア濃度（導電率）
が相違するものの例としては、約１０16／cm3以下の低
キャリア濃度層（難エッチング層）と約１０19／cm3以
上、就中１０19〜１０20／cm3以上の高キャリア濃度層
（易エッチング層）を有するものなどがあげられる。ま
た伝導型が相違するものの例としては、ｐ型領域層（難
エッチング層）を設けたシリコン基板（易エッチング
層）などがあげられる。Incidentally, the above carrier concentration (conductivity)
As an example of the difference, a low carrier concentration layer of about 10 16 / cm 3 or less (difficult-to-etch layer) and a high carrier concentration layer of about 10 19 / cm 3 or more, especially 10 19 to 10 20 / cm 3 or more Examples include those having (easy etching layer). An example of those having different conductivity types is a silicon substrate (easy etching layer) provided with a p-type region layer (difficult etching layer).
【００１４】従って半導体基板におけるダイヤフラム部
を難エッチング層とし、ダイヤフラム部の外側に位置す
る光ファイバ案内孔付のフランジ部を易エッチング層と
して形成することにより、水酸化カリウム溶液等の通例
のエッチャントにても当該フランジ部のみをエッチング
除去できてダイヤフラム部を残存孤立させることができ
る。Therefore, by forming the diaphragm portion of the semiconductor substrate as the difficult etching layer and the flange portion with the optical fiber guide hole located outside the diaphragm portion as the easy etching layer, a common etchant such as potassium hydroxide solution is formed. However, only the flange portion can be removed by etching, and the diaphragm portion can be isolated.
【００１５】前記した当該フランジ部の易エッチング層
化、又は／及びダイヤフラム部の難エッチング層化は、
例えばイオン注入方式や熱拡散方式などにより領域の選
択性よく効率的に行うことができる。その場合、当該フ
ランジ部の易エッチング層化、又は／及びダイヤフラム
部の難エッチング層化は、半導体基板をフランジ部やダ
イヤフラム部を有する所定の形態に加工する前後のいず
れの段階にても行うことができる。好ましくは、ダイヤ
フラム部の形成時における半導体基板の加工性も良好な
ことが望ましいので、半導体基板をフランジ部やダイヤ
フラム部を有する所定の形態に加工した後に、そのフラ
ンジ部の易エッチング層化又は／及びダイヤフラム部の
難エッチング層化を行う方式である。The above-mentioned easy-etching layer formation of the flange portion and / or the difficult-etching layer formation of the diaphragm portion are
For example, an ion implantation method or a thermal diffusion method can be performed efficiently with good area selectivity. In that case, the easy-etching layer formation of the flange portion and / or the difficult-etching layer formation of the diaphragm portion should be performed at any stage before and after processing the semiconductor substrate into a predetermined form having the flange portion and the diaphragm portion. You can Preferably, the workability of the semiconductor substrate at the time of forming the diaphragm portion is also desirable, so that after the semiconductor substrate is processed into a predetermined form having a flange portion or a diaphragm portion, the flange portion is formed into an easily-etched layer or / And a method in which the diaphragm portion is hard to be etched.
【００１６】フランジ部とダイヤフラム部を有する所定
の形態の半導体基板の形成は、例えば半導体基板にフォ
トリソグラフイーによるパターンニングと異方性エッチ
ングを施す半導体回路の形成に準じたマイクロマシニン
グ方式などで得ることができる。その場合、一体の半導
体基板に対してフランジ部とダイヤフラム部を形成する
フランジ部・ダイヤフラム部一体型のものを得ることが
できるし、別体の半導体基板にフランジ部における光フ
ァイバ案内孔部（３３）とダイヤフラム部（３１，３
２）をそれぞれ形成してそれらを接合したものなどとし
ても得ることができる。The semiconductor substrate having a predetermined shape having a flange portion and a diaphragm portion is formed by, for example, a micromachining method according to the formation of a semiconductor circuit in which the semiconductor substrate is subjected to patterning by photolithography and anisotropic etching. be able to. In that case, it is possible to obtain a flange / diaphragm unit integrated type in which a flange unit and a diaphragm unit are formed for an integrated semiconductor substrate, and an optical fiber guide hole (33) in the flange unit is provided on a separate semiconductor substrate. ) And diaphragm part (31, 3)
It can also be obtained by forming 2) and joining them.
【００１７】前記のマイクロマシニング方式においてダ
イヤフラム部の形成に際しては、半導体基板の両側より
異方性エッチングすることがダイヤフラムの小型化の点
より好ましい。すなわち半導体基板を異方性エッチング
した場合、特有のエッチング角が現れて底面径が小さい
テーパ形の溝が形成されることとなる。ちなみにシリコ
ン基板を異方性エッチングした場合のテーパ角は５４．
７４度である。In forming the diaphragm portion in the above-mentioned micromachining method, anisotropic etching from both sides of the semiconductor substrate is preferable from the viewpoint of downsizing of the diaphragm. That is, when the semiconductor substrate is anisotropically etched, a unique etching angle appears and a tapered groove having a small bottom diameter is formed. Incidentally, the taper angle when the silicon substrate is anisotropically etched is 54.
It is 74 degrees.
【００１８】従って、片面よりの異方性エッチングで
は、エッチングの開始側における開口径が過大となる場
合があり、ダイヤフラムの小型化の点よりは不利であ
り、半導体基板両側よりの異方性エッチングで断面形態
が略Ｈ形のダイヤフラムを形成することにより開口径の
過大化を抑制することができる。Therefore, in anisotropic etching from one side, the opening diameter on the starting side of etching may be too large, which is disadvantageous from the viewpoint of downsizing of the diaphragm, and anisotropic etching from both sides of the semiconductor substrate. By forming a diaphragm having a substantially H-shaped cross section, it is possible to prevent the opening diameter from becoming excessively large.
【００１９】図３にシリコン基板両側よりの異方性エッ
チング方式で、図２に例示の如き断面形態が略Ｈ形のダ
イヤフラム部３１を有する基板の形成方法を例示した。
従ってこれらは、フランジ部における光ファイバ案内孔
部を有する別体の半導体基板と接合して、フランジ部と
ダイヤフラム部を有する所定の形態の半導体基板を形成
するタイプのものである。FIG. 3 illustrates a method of forming a substrate having a diaphragm portion 31 having a substantially H-shaped cross section as illustrated in FIG. 2 by an anisotropic etching method from both sides of a silicon substrate.
Therefore, these are of a type in which a semiconductor substrate of a predetermined form having a flange portion and a diaphragm portion is formed by joining with a separate semiconductor substrate having an optical fiber guide hole portion in the flange portion.
【００２０】図３において、熱酸化などにより両面にシ
リカ層４１を設けたシリコン基板４（ａ）の片面をフォ
トリソグラフイー方式によりパターンニングしシリカ層
の一部を除去してシリコン基板面を露出させ（ｂ）、そ
の露出部４２にエッチャントによる異方性エッチングを
施して溝部４３を形成する（ｃ）。In FIG. 3, one side of a silicon substrate 4 (a) having silica layers 41 provided on both sides by thermal oxidation or the like is patterned by photolithography to remove a part of the silica layer to expose the silicon substrate surface. Then, the exposed portion 42 is anisotropically etched by an etchant to form a groove 43 (c).
【００２１】次に、前記の溝部４３に不純物を拡散させ
てエッチングストップ層として機能するｐ型等の拡散層
４４を形成したのち（ｄ）、シリコン基板４の他面をフ
ォトリソグラフイー方式によりパターンニングしシリカ
層４１の一部を除去してシリコン基板面を露出させる
（ｅ）。ついで、その露出部４５にエッチャントによる
異方性エッチングを施して拡散層４４を露出させたのち
（ｆ）、残存するシリカ層４１を除去して目的とする断
面略Ｈ形のダイヤフラム部４４を有する基板４を得る
（ｇ）。Next, after diffusing impurities in the groove 43 to form a p-type diffusion layer 44 functioning as an etching stop layer (d), the other surface of the silicon substrate 4 is patterned by photolithography. Then, a part of the silica layer 41 is removed to expose the surface of the silicon substrate (e). Then, the exposed portion 45 is anisotropically etched by an etchant to expose the diffusion layer 44 (f), and the remaining silica layer 41 is removed to have a target diaphragm portion 44 having a substantially H-shaped cross section. A substrate 4 is obtained (g).
【００２２】フランジ部とダイヤフラム部を有する所定
形態の半導体基板の形成は、微細放電加工方式又は／及
び超音波加工方式により穿孔処理を施す方法などによっ
ても行うことができる。従って、本発明においては前記
所定形態の半導体基板の形成方法については特に限定は
なく、適宜な方法で形成してよい。The formation of a semiconductor substrate having a predetermined shape having a flange portion and a diaphragm portion can also be performed by a method of performing a perforation treatment by a fine electric discharge machining method and / or an ultrasonic machining method. Therefore, in the present invention, the method of forming the semiconductor substrate having the predetermined shape is not particularly limited and may be formed by an appropriate method.
【００２３】前記の微細放電加工や超音波加工による穿
孔方式では、断面円形の凹部形成による円形ダイヤフラ
ム部も容易に形成できる利点がある。円形のダイヤフラ
ムは、圧力による撓み（変位）の等方性に優れて受圧に
応じた変位が発生し、圧力と光の反射特性との対応関係
に狂いが生じにくくて検知精度に優れる圧力センサが得
られやすい利点がある。The perforation method based on the above-mentioned fine electric discharge machining or ultrasonic machining has an advantage that a circular diaphragm portion can be easily formed by forming a concave portion having a circular cross section. The circular diaphragm has excellent isotropy of bending (displacement) due to pressure, which causes displacement in response to pressure reception, and the correspondence between pressure and light reflection characteristics does not easily change, and a pressure sensor with excellent detection accuracy is available. There is an advantage that it is easy to obtain.
【００２４】図４に微細放電加工による所定形態の半導
体基板の形成方式を例示した。５が微細放電加工用の電
極本体であり、穿孔処理は電極５の進入部５１を半導体
基板６に放電加工方式で進入させることにより行うこと
ができる。その場合に、電極の進入部を形成目的の凹部
に対応する円形状とすることで断面円形の凹部、ひいて
は円形ダイヤフラム部を容易に形成することができる。
なお電極は、例えばタングステン等の適宜な材料を用い
て形成することができる。FIG. 4 exemplifies a method of forming a semiconductor substrate of a predetermined shape by fine electric discharge machining. Reference numeral 5 denotes an electrode body for fine electric discharge machining, and the perforating treatment can be performed by causing the entry portion 51 of the electrode 5 to enter the semiconductor substrate 6 by an electric discharge machining method. In that case, by forming the electrode entrance into a circular shape corresponding to the intended recess, it is possible to easily form a recess having a circular cross section, and thus a circular diaphragm part.
The electrodes can be formed using an appropriate material such as tungsten.
【００２５】超音波加工方式による所定形態の半導体基
板の形成は、前記の電極に準じた形態の加工棒を用い
て、その加工棒又は／及び半導体基板に超音波振動を与
えつつ加工棒の進入部を半導体基板に進入させることに
より行うことができる。The formation of a semiconductor substrate having a predetermined shape by the ultrasonic processing method uses a processing rod having a shape similar to the above-mentioned electrode, and the processing rod or / and the semiconductor substrate is subjected to ultrasonic vibration while the processing rod is inserted. Can be performed by inserting the part into the semiconductor substrate.
【００２６】上記の微細放電加工や超音波加工による穿
孔方式では、形成目的の凹部に対応する形状の電極や加
工棒を用いることで必要なダイヤフラム部や、フランジ
部における光ファイバ案内孔部を形成することができ
る。従ってマイクロマシニング方式の場合と同様に、一
体の半導体基板に対してフランジ部とダイヤフラム部を
形成するフランジ部・ダイヤフラム部一体型のものを得
ることができるし、別体の半導体基板にフランジ部にお
ける光ファイバ案内孔部（３３）とダイヤフラム部（３
１，３２）をそれぞれ形成してそれらを接合したものな
どとして得ることもできる。なおフランジ部における光
ファイバ案内孔を有する半導体基板は、レーザー光照射
方式などの他の方式によっても容易に形成することがで
きる。In the perforation method by the above-mentioned fine electric discharge machining or ultrasonic machining, the necessary diaphragm portion and the optical fiber guide hole portion in the flange portion are formed by using the electrode or the machining rod having the shape corresponding to the concave portion to be formed. can do. Therefore, as in the case of the micromachining method, it is possible to obtain a flange portion / diaphragm portion integrated type which forms a flange portion and a diaphragm portion with respect to an integrated semiconductor substrate. Optical fiber guide hole part (33) and diaphragm part (3
1, 32) may be formed and bonded to each other. The semiconductor substrate having the optical fiber guide hole in the flange portion can be easily formed by another method such as a laser light irradiation method.
【００２７】なお微細放電加工や超音波加工による穿孔
方式でダイヤフラム部を形成する場合、そのダイヤフラ
ム部となる半導体基板部分は、図４に例示の如く難加工
化域６１としておくことが好ましい。これにより難加工
化域が電極や加工棒のストッパーとして機能してダイヤ
フラム部が精度よく残存しやすくなる。当該難加工化域
は、上記した難エッチング層に準じて形成することがで
きる。従って図４中の符号４１は、シリコン基板の場合
のシリカ層を意味する。When the diaphragm portion is formed by a perforation method using fine electric discharge machining or ultrasonic machining, it is preferable that the semiconductor substrate portion that becomes the diaphragm portion is a difficult-to-machine region 61 as illustrated in FIG. As a result, the difficult-to-machine region functions as a stopper for the electrode and the machining rod, and the diaphragm portion is likely to remain accurately. The difficult-to-process region can be formed according to the difficult-to-etch layer described above. Therefore, reference numeral 41 in FIG. 4 means a silica layer in the case of a silicon substrate.
【００２８】上記においてフランジ部とダイヤフラム部
を有する所定の形態の半導体基板は、形成目的の当該半
導体基板単位毎に形成することもできるし、図５に例示
の如く大面積の半導体基板７を用いてそれに、仮想線で
示した如き当該半導体基板単位３の複数を形成し、その
後、それを当該半導体基板単位にダイシングする方式な
どによっても形成することができる。In the above, the semiconductor substrate of a predetermined form having the flange portion and the diaphragm portion can be formed for each semiconductor substrate unit for the purpose of formation, or a large area semiconductor substrate 7 is used as illustrated in FIG. Then, it is also possible to form a plurality of the semiconductor substrate units 3 as indicated by imaginary lines and then form the semiconductor substrate units 3 by dicing into the semiconductor substrate units.
【００２９】後者の大面積の半導体基板を用いる方式に
よれば、微細な当該半導体基板単位も容易に効率よく大
量生産することができる。ちなみに目的の当該半導体基
板単位を２５０μm角ないし直径のものとした場合、２
インチ基板では約３万体、３インチ基板では約７万体の
基板単位を得ることができる。According to the latter method using a large-area semiconductor substrate, it is possible to easily and efficiently mass-produce the fine semiconductor substrate unit. By the way, if the target semiconductor substrate unit is 250 μm square or diameter, 2
With an inch substrate, it is possible to obtain about 30,000 substrate units and with a 3 inch substrate, about 70,000 substrate units can be obtained.
【００３０】本発明においてフランジ部とダイヤフラム
部を有する半導体基板の形態は、使用目的等に応じて適
宜に決定することができる。そのフランジ部、特にその
光ファイバ案内孔部は、光ファイバをダイヤフラム部に
対して正確にアライメントするために必要なものであ
り、光ファイバ装着の作業能率性やその装着時における
光ファイバの破損防止性等の点よりは図例の如くテーパ
ー状に形成されていることが好ましい。In the present invention, the form of the semiconductor substrate having the flange portion and the diaphragm portion can be appropriately determined according to the purpose of use and the like. The flange part, especially the optical fiber guide hole part, is necessary to accurately align the optical fiber with the diaphragm part, and the work efficiency of the optical fiber mounting and the prevention of the optical fiber damage during the mounting It is preferable that the taper is formed as shown in the figure from the viewpoint of properties and the like.
【００３１】ダイヤフラム部は、図１に例示の如く光フ
ァイバ２と接合して圧力センサとした場合に、光ファイ
バより空隙１３を介してダイヤフラム面１１に対し出光
し、その反射光が同じ光ファイバに入光しうるようにす
るためのものである。また空隙１３の圧力が測定対象の
圧力よりも小さい場合に、ダイヤフラム面１１の光ファ
イバ側への変位を保証するためのものである。When the diaphragm portion is joined to the optical fiber 2 to form a pressure sensor as illustrated in FIG. 1, the optical fiber emits light to the diaphragm surface 11 through the gap 13, and the reflected light is the same optical fiber. It is intended to allow light to enter. Further, when the pressure in the void 13 is smaller than the pressure of the measurement target, the displacement of the diaphragm surface 11 to the optical fiber side is guaranteed.
【００３２】上記のようにフランジ部とダイヤフラム部
を有する半導体基板は、そのダイヤフラム面に対し光フ
ァイバを空隙を介して出光及び入光が可能な状態に密封
配置するためのものでる。その場合、空隙内はアルゴン
や窒素や空気等の適宜なガスによる大気圧や減圧ないし
加圧雰囲気として形成することができる。空隙内の圧力
制御は、減圧雰囲気や加圧雰囲気で密封処理する方式な
どにより行うことができ、それにより空隙内の真空化に
よる絶対圧測定用の圧力センサや小径内の高圧化による
高圧測定用の圧力センサなどを得ることができる。The semiconductor substrate having the flange portion and the diaphragm portion as described above is for hermetically arranging the optical fiber on the diaphragm surface in such a state that light can be emitted and entered through the gap. In that case, the inside of the void can be formed as an atmospheric pressure, a reduced pressure or a pressurized atmosphere with an appropriate gas such as argon, nitrogen or air. The pressure in the void can be controlled by a method such as sealing in a depressurized atmosphere or a pressurized atmosphere, which allows a pressure sensor for absolute pressure measurement by vacuumizing the void and a high pressure measurement by increasing the pressure in a small diameter. Can be obtained.
【００３３】当該半導体基板と光ファイバの接合は、陽
極接合方式や接着剤による方式などの適宜な方式で行う
ことができる。単繊維からなる光ファイバとしては、プ
ラスチックやガラスなどの適宜な材質からなる適宜な太
さのものを用いることができる。細さの点よりは直径が
１mm以下、就中５００μm以下、特に１００〜３００μm
のものなどが好ましく用いられる。なお光ファイバは、
マルチモードであってもよいし、シングルモードであっ
てもよい。The semiconductor substrate and the optical fiber can be joined by an appropriate method such as an anodic bonding method or a method using an adhesive. As the optical fiber made of a single fiber, an optical fiber made of an appropriate material such as plastic or glass and having an appropriate thickness can be used. From the point of thinness, the diameter is 1 mm or less, especially 500 μm or less, especially 100 to 300 μm
And the like are preferably used. The optical fiber is
It may be multi-mode or single-mode.
【００３４】光ファイバとの接合に際しては、図６に例
示の如く、予め半導体基板のダイヤフラムとして残存さ
せる部分６２を難エッチング層化しておいてもよい。こ
の方式は、微細放電加工や超音波加工による穿孔処理で
新たに露出した面に対する難エッチング層化などに有効
である。At the time of joining with the optical fiber, as shown in FIG. 6, the portion 62 to be left as a diaphragm of the semiconductor substrate may be made into a difficult etching layer in advance. This method is effective for forming a difficult-to-etch layer on a surface newly exposed by perforation processing by fine electric discharge machining or ultrasonic machining.
【００３５】光ファイバと接合された半導体基板は、次
に必要に応じ光ファイバ案内孔の部分を含むフランジ部
が易エッチング層化されたのち、エッチャントに浸漬す
る方式などの適宜な方式でエッチング除去され、ダイヤ
フラム部が光ファイバの先端に孤立した状態で残存させ
られ、目的とする圧力センサが形成される。Next, the semiconductor substrate bonded to the optical fiber is etched and removed by an appropriate method such as a method of immersing the flange portion including the optical fiber guide hole portion into an easily etchable layer and then immersing it in an etchant. Then, the diaphragm portion is left at the tip of the optical fiber in an isolated state to form a target pressure sensor.
【００３６】前記のエッチング処理に際しては、エッチ
ング効率の向上等を目的に予め半導体基板の不必要な部
分の一部を研磨方式や切削方式等の適宜な方式で除去し
ておいてもよい。かかる除去は光ファイバとの接合処理
前にも行うことができる。装着対象の光ファイバの径よ
りも５０〜１００μm程度大きいものに成形することも
可能である。In the above-mentioned etching treatment, a part of the unnecessary portion of the semiconductor substrate may be removed in advance by an appropriate method such as a polishing method or a cutting method in order to improve the etching efficiency. Such removal can be performed before the joining process with the optical fiber. It is also possible to mold the optical fiber to be mounted to a diameter that is larger than the diameter of the optical fiber by 50 to 100 μm.
【００３７】前記のエッチング処理で残存させるダイヤ
フラム部は、光ファイバと同径以下、好ましくは９５％
以下、就中９０％以下、特に３０〜８０％である。ダイ
ヤフラム部の残存形態は、矩形であってもよいし、円形
であってもよく適宜に決定してよい。また残存ダイヤフ
ラム部における枠部１２の大きさは、光ファイバとの接
合強度等の点より５μm以上、就中１０μm以上、特に２
０μm以上の接着幅を有することが好ましい。The diameter of the diaphragm portion left after the etching treatment is the same as that of the optical fiber or less, preferably 95%.
The ratio is 90% or less, especially 30 to 80%. The remaining form of the diaphragm part may be rectangular or circular, and may be appropriately determined. Further, the size of the frame portion 12 in the remaining diaphragm portion is 5 μm or more, especially 10 μm or more, especially 2 μm or more in view of the bonding strength with the optical fiber.
It is preferable to have an adhesion width of 0 μm or more.
【００３８】またダイヤフラム部１の枠部１２に基づい
て形成される空隙１３の深さは、ダイヤフラム面１１の
変位量などに応じて適宜に決定されるが一般には、１mm
以下、就中１〜８００μm、特に５〜３００μmとされ
る。The depth of the void 13 formed on the basis of the frame portion 12 of the diaphragm portion 1 is appropriately determined according to the displacement amount of the diaphragm surface 11, etc., but is generally 1 mm.
Hereinafter, it is set to 1 to 800 μm, especially 5 to 300 μm.
【００３９】一方、ダイヤフラム面の大きさは、光ファ
イバの断面積に対し１０％以上、就中３０％以上、特に
５０％以上の可及的に大きい割合が好ましい。On the other hand, the size of the diaphragm surface is preferably 10% or more, more preferably 30% or more, and especially 50% or more as large as possible with respect to the sectional area of the optical fiber.
【００４０】得られた圧力センサによる圧力の検知は、
ダイヤアラム部を測定対象の圧力で変位させることによ
り行うことができる。すなわち光ファイバより光を出射
（出光）させてダイヤフラム部で反射させ、その反射光
を同じ光ファイバで受けて（入光）光量を測定し、前記
の測定対象の圧力に基づくダイヤフラム部の変位の程度
と反射光量との対応関係より圧力を検知することができ
る。The pressure detection by the obtained pressure sensor is
This can be done by displacing the diaphragm portion with the pressure of the measurement target. That is, light is emitted from the optical fiber (emitted) and reflected by the diaphragm part, and the reflected light is received by the same optical fiber (incident light) to measure the amount of light, and the displacement of the diaphragm part based on the pressure of the measurement target is measured. The pressure can be detected from the correspondence between the degree and the amount of reflected light.
【００４１】また、シングルモードの光ファイバを設け
た圧力センサの場合には、その光ファイバよりシングル
モードの光を出射させてダイヤフラム部で反射させ、そ
の反射光を同じ光ファイバで受けてその位相を調べ、前
記の測定対象の圧力に基づくダイヤフラム部の変位によ
る光学距離の変化と反射光の位相との対応関係よりも圧
力を検知することができる。Further, in the case of a pressure sensor provided with a single mode optical fiber, single mode light is emitted from the optical fiber and reflected by the diaphragm portion, and the reflected light is received by the same optical fiber and the phase thereof is received. The pressure can be detected based on the correlation between the change of the optical distance due to the displacement of the diaphragm portion based on the pressure of the measurement target and the phase of the reflected light.
【００４２】本発明の圧力センサは、例えばホットバル
ーンカテーテルの内圧測定等の血管内や細管内、あるい
はその他の狭部の圧力測定などに好ましく用いることが
できる。The pressure sensor of the present invention can be preferably used, for example, for measuring the internal pressure of a hot balloon catheter, for measuring the pressure in a blood vessel, in a thin tube, or in other narrow areas.
【００４３】[0043]
【発明の効果】本発明によれば、単繊維からなる光ファ
イバと同径以下のダイヤフラムを有して、血管等の生体
内や細管に使用できる極細の光検知式圧力センサを容易
に得ることができる。According to the present invention, it is possible to easily obtain an ultrafine light detection type pressure sensor having a diaphragm having the same diameter or less as that of an optical fiber made of a single fiber, which can be used in a living body such as a blood vessel or a thin tube. You can
【図１】実施例の断面図。FIG. 1 is a sectional view of an example.
【図２】製造例の説明断面図。FIG. 2 is an explanatory sectional view of a manufacturing example.
【図３】所定形態の半導体基板の形成例の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of an example of forming a semiconductor substrate having a predetermined shape.
【図４】他の所定形態の半導体基板の形成例の説明図。FIG. 4 is an explanatory view of an example of forming a semiconductor substrate of another predetermined form.
【図５】さらに他の所定形態の半導体基板の形成例の平
面図。FIG. 5 is a plan view of an example of forming a semiconductor substrate of still another predetermined form.
【図６】ダイヤフラム部の説明断面図。FIG. 6 is an explanatory cross-sectional view of a diaphragm portion.
１：ダイヤフラム １１：ダイヤフラム面 １２：枠部 １３：空隙 ２：単繊維からなる光ファイバ ３，４，６：半導体基板 ３１，６２：ダイヤフラム部 ３２：フランジ部 ３３：光ファイバ案内孔 1: Diaphragm 11: Diaphragm surface 12: Frame 13: Void 2: Optical fiber consisting of single fiber 3,4,6: Semiconductor substrate 31,62: Diaphragm part 32: Flange part 33: Optical fiber guide hole
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０１Ｌ 29/84 Ｚ Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display area // H01L 29/84 Z
Claims (3)
の光ファイバと同径以下の半導体からなるダイヤフラム
が接合されていることを特徴とする圧力センサ。1. A pressure sensor characterized in that a diaphragm made of a semiconductor having a diameter equal to or smaller than that of the optical fiber is joined to the tip of the optical fiber made of a single fiber.
請求項１に記載の圧力センサ。2. The pressure sensor according to claim 1, wherein the diaphragm has a substantially H-shaped cross section.
ダイヤフラム部の外側に易エッチング層からなる光ファ
イバ案内孔付のフランジ部を有する半導体基板を、単繊
維からなる光ファイバの先端に前記の光ファイバ案内孔
を介して装着接合後、その光ファイバ案内孔付のフラン
ジ部をエッチング除去してダイヤフラム部を光ファイバ
の先端に孤立させることを特徴とする圧力センサの製造
方法。3. A semiconductor substrate having a flange portion with an optical fiber guide hole formed of an easy-etching layer on the outside of a diaphragm portion having a diameter equal to or smaller than that of an optical fiber formed of a single fiber, wherein the optical fiber formed of a single fiber is provided with a semiconductor substrate at the end thereof. After mounting and joining via the optical fiber guide hole, the flange portion with the optical fiber guide hole is removed by etching to isolate the diaphragm portion at the tip of the optical fiber.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6104629A JPH07286923A (en) | 1994-04-19 | 1994-04-19 | Pressure sensor and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6104629A JPH07286923A (en) | 1994-04-19 | 1994-04-19 | Pressure sensor and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07286923A true JPH07286923A (en) | 1995-10-31 |
Family
ID=14385742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6104629A Pending JPH07286923A (en) | 1994-04-19 | 1994-04-19 | Pressure sensor and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07286923A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012533353A (en) * | 2009-07-14 | 2012-12-27 | ザ ジェネラル ホスピタル コーポレイション | Apparatus, system and method for measuring flow and pressure inside a blood vessel |
| JP2014168711A (en) * | 2010-01-19 | 2014-09-18 | Lightlab Imaging Inc | Intravascular optical coherence tomography system with pressure monitoring interface and accessories |
| JP2016077361A (en) * | 2014-10-10 | 2016-05-16 | 国立大学法人東北大学 | Catheter with sensor and manufacturing method of the same |
| JP2017209501A (en) * | 2017-05-26 | 2017-11-30 | 国立大学法人東北大学 | Catheter with sensor |
| CN109431481A (en) * | 2018-12-25 | 2019-03-08 | 苏州博思光学有限公司 | Mini optical fibre pressure sensor and its manufacturing method, pressure capsule system |
-
1994
- 1994-04-19 JP JP6104629A patent/JPH07286923A/en active Pending
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| US11058308B2 (en) | 2010-01-19 | 2021-07-13 | Lightlab Imaging, Inc. | Intravascular pressure sensing devices and methods |
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| CN109431481B (en) * | 2018-12-25 | 2024-03-19 | 苏州博思光学有限公司 | Micro optical fiber pressure sensor, manufacturing method thereof and pressure sensing system |
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