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使用上の注意

圧力センサの分類

材料 方式 出力要素 変位
ベース材
パッケージ
Ni,Cu合金 抵抗線式 歪ゲージ ポリイミド
等シート

SUS
半導体Si 拡散式 歪ゲージ Siダイヤ
フラム
CAN
プラスチック
SUS
成膜式 歪ゲージ SUSダイヤ
フラム
SUS
静電容量式 Al膜 Siダイヤ
フラム
プラスチック
セラミック 静電容量式 金属膜 アルミナ
ダイヤフラム
SUS
その他 機械式 摺動抵抗
黄銅板
受光素子
バネ 種々

圧力センサとしては多くの種類がありますが、材料を基準とした場合、右表のように分類されます。半導体Siを材料としたものは、Ni ,Cu合金を用いた抵抗線式に比べ約1桁高感度であり、中でもマイクロマシーニング技術を応用して作られる拡散式のものは量産性が高く、相対圧(=ゲージ圧)タイプは約2kPa〜20MPaくらいまで幅広くカバー出来るとともに、絶対圧タイプも作製可能などの特長を備えており、最も多く生産されています。他方、SUSダイヤフラムを用いた成膜式のものは高圧用途に、平行平板を用いた静電容量式のものは微圧用途に適しています。又、拡散式と静電容量式には集積化センサも作られています。パッケージとして、車載用にはCAN、民生用にはプラスチック、高圧・食品用にはSUSのケースが主に使用されています。


圧力センサの用途

半導体圧力センサ

用途は、下表のように多岐にわたります。給湯器をはじめ、エアコン、空圧計、血圧計、及びEFI(電子制御燃料噴射装置)等に数多く使用されています。

民生用
給湯器、エアコン、洗濯機、食洗機、掃除機 等
FA用 空圧計、水圧計、油圧計 等
車載用 電子制御燃料噴射装置(燃焼圧,吸気圧,大気圧)
その他 血圧計、差圧計 等

拡散式圧力センサの動作原理

半導体圧力センサ

図1の平面図のように、圧力センサチップは、不純物拡散により、4ヶ所かつ同一方向に短冊状のゲージが形成され、断面図のようにダイヤフラム加工されたSiがガラス台座に接合された後、チップ化されています。このセンサチップを各種ケースに組み込み、ガラス台座側から加圧した場合、AとCのゲージは模式図のイのように変形して抵抗値が増加し、又、BとDのゲージはロのように変形して抵抗値が減少します。実用的には、結線図のようにホイートストン・ブリッジに結線され、+と−端子の電位差が出力として用いられます。先程とは逆にSi側から加圧した場合は、ゲージ抵抗の増減も逆になり、それに伴って出力の+−も反転します。チップにはSi面上でフルブリッジに配線されたものと、この図のように1番、6番端子を開放し、外部でオフセット電圧を調整し易くしたものがあります。

圧力センサの構造

半導体圧力センサ

図2に、ケースタイプのゲージ圧用半導体圧力センサの
断面構造を示します。

圧力センサの諸特性

半導体圧力センサ

圧力センサには、以下のように実に多くの特性が
要求されます。

1. ブリッジ抵抗
2. オフセット電圧 (0 kPa 時の出力電圧)
3. 出力スパン電圧 (出力電圧−オフセット電圧)
4. 直線性 (定格圧力の1/2の出力と計算値とのずれ)
5. 圧力ヒステリシス
 (定格圧力を印加し、再び0kPaに戻した時のずれ)
6. 破壊耐圧 (出力スパン電圧と相反関係にある)
7. 温度特性
8. 各種信頼性

主要な特性として、当社品の出力スパン電圧(図3)と破壊耐圧のヒストグラム(図4)を示します。


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