壓力傳感器專題

1. 引言

壓力傳感器是將氣體或液體等流體的壓力轉換為電信號的壓力轉換器的總稱。壓力傳感器檢測和測量的壓力類型，大致分為以下三種。

①以大氣壓力為基準所表示的壓力大小 = 表壓

②以絕對真空為基準所表示的壓力大小 = 絕壓

③相對於某一任意比較的壓力(基準壓力)所表示的壓力大小 = 差壓

2. 壓力傳感器原理

壓力傳感器在受壓部使用應變片作為壓力敏感元件，通常是將金屬箔式應變片或是膜片粘合到圓柱形彈性體上。由於膜片受到壓力而變形，將這種物理變形引起的電阻變化轉換為電信號以檢測和測量壓力。

日本電產科寶電子提供兩種傳感方式的壓力傳感器：半導體壓電阻抗擴散式(Si-MEMS)方式和使用壓電薄膜(SUS隔膜)方式。每方式都有個自的特點，我們根據用途提供種類繁多的壓力傳感器產品。

讓我們仔細看看每種方式的工作原理。

Ⅰ. 半導體壓電阻抗擴散式（Si-MEMS方式）

隔膜橫截面

Si-MEMS 方式主要利用了單晶矽的壓阻效應，是指當半導體受到應力作用時，由於應力引起能帶的變化，能谷的能量移動，使其電阻率發生變化的現象。

單晶矽用於壓敏元件以形成隔膜。通過熱擴散在矽單晶上形成的壓阻效應，接收隔膜在壓力下的變形作為應力。

如下圖所示，連接4個壓電電阻，組成惠斯通電橋電路。該橋式電路由恆定電流(標稱電壓DC 1.5mA)驅動。當施加壓力時，R2和R3的阻值增加，另一個R1和R4的阻值減小，導致電橋電路不平衡，輸出端出現電壓差。該電壓差成為與壓力成正比的輸出電壓。負壓原理與正壓原理相同，只是極性相反而已。

右側隔膜的截面圖中，為了便於理解，故意誇大了隔膜的變形(拉伸或彎曲)(指紅色虛線部分)，但實際隔膜變形量極小，幾乎是幾微米無法看到的。由於Si-MEMS方式，可以通過輕微的機械變形獲得很大的電阻變化。作為壓力輸出特性，特徵是相對於扭曲量(=應變比)的輸出轉換效率高。

Ⅱ. 壓電薄膜傳感器（SUS隔膜法）

壓電薄膜傳感器元件橫截面圖

Ⅱ. 壓電薄膜傳感器（SUS隔膜法）

該方式具有通過絕緣膜在金屬隔膜上形成一種薄膜動態應變的結構。當施加壓力時，金屬膜片發生變形，形成在膜片上的薄膜應變片發生變形，從而檢測出應變片電阻值的變化。

如下圖所示，薄膜型傳感器也與硅MESM一樣，連接四個薄膜電阻，形成惠斯通電橋電路。薄膜電阻由恆定電壓驅動，當施加壓力時，金屬膜片上形成的薄膜電阻發生變形(拉伸或彎曲)以檢測表電阻值的變化，得到與壓力成正比的電壓信號。

與Si-MEMS方法相比，壓力輸出特性小，因此不適用於低壓區域，適用於需要高真空的高壓應用環境裡。另外，這種方法的特點之一是可以拓寬工作溫度範圍，受溫度影響小。

1. 歷 史

我們的壓力傳感器業務，自從1980年開始製造和銷售電子血壓計以來，已經發展並持續了40多年。現在被廣泛應用於半導體製造設備・工業機械・醫療設備・分析設備・測量設備和液壓設備等各個行業。

業務基地是櫪木縣的佐野事業所。我們在這裡生產從傳感器芯片到最終產品的所有業務，如今已發展成為我們公司的領先業務。

2. 豐富的產品陣容

我們擁有模塊型，內置放大器型，通過施加特定的壓力值來打開和關閉壓敏元件的觸點的壓力開關，以及帶顯示的壓力計等，多種不同形式的壓力傳感器產品。傳感器元件的種類有，半導體壓電阻抗擴散式Si-MEMS方式和壓電薄膜(SUS)方式。其中Si-MEMS方式有，用於非腐蝕性氣體的單晶矽膜片和通過在接液部分設置SUS隔膜構成矽雙隔膜(矽油封裝隔離)和，可用於液體等腐蝕性介質裡的兩種。我們根據用途和環境適當使用傳感器元件，並將其開發成各種最終產品。

方 法	Si-MEMS (單晶矽薄膜)	Si-MEMS (雙薄膜)	金屬薄膜 (SUS薄膜)
構 造
	單晶矽元件通過玻璃中包含的Na離子通過陽極鍵合而鍵合到玻璃基座上。元件直接接收介質。	SUS隔膜通過激光焊接與外殼連接，壓力通過矽油傳送到矽元件裡。	通過使絕緣膜穿過SUS薄膜片，氣相沉積形成壓電薄膜。
介 質	無腐蝕性氣體	不腐蝕接液部材的氣體/液體	不腐蝕接液部材的氣體/液體
特 徵	通過使用絕緣膜穿過金屬膜片，氣相沉積形成壓電薄膜 特性隨溫度而變化，但在一定溫度下再現性高 壓力高/輸出大，高精度 (在額定100 kPa裡，約100 mV) 無機械運動部件，使用壽命長 大批量生產和低成本製造可能		適用於真空, 高溫和低溫 溫度引起的特性變化很小 通過單一型號的批量生產可以實現低成本製造 電解拋光對應
壓力傳感器各種陣容系列
壓力传感器模塊	P-2000, P-3000S	P-8300, P-8305, P-8505	―
內置放大器 壓力傳感器	PA-20, PA-100, PA-500	P-7100, PA-750/758, PA-800, PA-830/838, PA-838-D, PA-850/858, PA-860/868	高真空對應: PA-920S/928S 高溫對應(~150°C): PA-930/930-A 高壓/低·高溫對應(-40~125°C): PA-970S/971S/972S/973S/978S
壓力開關	PS20, PS30, PS40, PS6, PS60	PS8, PS83, PS85, PS86	高真空對應: PS91 高壓/低·高溫對應(-40~125°C): PS97
壓力顯示計 便攜式數字壓力計	PG-30, PG-200,PG-100N	PG-35, PG-75, PG-208, PG-100B	高真空對應: PG-20, PG-35L 高壓對應: PG-35H

※此外，還標準陣容 PZ-30 和 PZ-200 兩個系列的壓力指示器。

近年來，我們還積極推出帶有比例輸出的內置小型放大器的類型和使用薄膜元件的高真空・高壓・高溫對應的新產品等，正在擴大我們的業務領域。

1.一站式業務架構

我們充分利用半導體技術從傳感器元件內部製造，並通過安裝，溫度補償，電子電路附加和外殼等工藝進一步開發和製造壓力傳感器最終產品。

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  矽片 ⇒ 傳感器元件
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  壓力傳感器模塊
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  內置放大器的各種壓力傳感器

對應多品種・小批量的生產為基礎，從開發設計到傳感器元件製造工程，產品組裝工程/校準，全部在各部門的綜合品質管理下進行是我們最大的特點。並且可以詳細對應特殊規格和各種客戶需求的這種業務結構正是我們的強項。

2. 定制產品個別對應

― 個別對應方針 ―

對於個別對應的敝司方針為如下:

我們的壓力傳感器供應系列總數為92機種，按型號數為1,992種。其中，個別對應，即所謂的特殊產品，按貨幣計算佔總數的近80%。結果表明，我們已經能夠響應市場和客戶的個別要求提供了許多產品和服務。下面，我們將介紹一些特殊產品的具體例子。

個別對應實例

1. 電解拋光+無油處理+清潔包裝

電解拋光/無油處理/清潔包裝，通常是半導體製造設備中的在線管道應用種必不可少的。首先，在「電解拋光」中通過化學拋光提高平整度，使受壓部分不殘留雜質。此外，「無油處理」通過清潔受壓部分的有機物來防止污染。同樣，「清潔包裝」可防止來自外部的污染，並保證壓力傳感器產品在客戶使用之前的清潔狀態。

2. PA-75系列: 電纜連接器對應 /電纜本體直出

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  標準型號
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  ①電纜連接器規格
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  ②電纜本體直出規格

PA-750/758 系列的標準產品使用連接器類型，以便主體和電纜可以連接和拆卸，電纜尖端有引線。還有根據市場/客戶的需求，具有(1)指定連接器的安裝和(2)從主體直接電纜輸出的兩個實績。

3. PS20: 特殊接頭規格

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  標準型號
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  特殊接頭規格

PS20系列的標準產品是M5公螺紋和M5母螺紋，但我們根據市場需求提出了對應特殊接頭的方案，這些接頭可以在延長模塊尖端並製作M5孔後用安裝螺釘固定。

4. 其他 案例

a. 规格/性能变更

b. 外觀/形狀變更

c. 其他

最終，我們將考慮業務可行性等做出適當的決定。請參考上述內容，隨時通過以下按鈕與我們聯繫以獲取定制產品對應和共同開發的要求。

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   關於壓力傳感器的常見問題