JP2006215032A - 応力センサ - Google Patents

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エーリッヒ　マットマン
Klaus Weber
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Abstract

【課題】セラミックダイヤフラムに厚膜抵抗を配したの応力センサにおいて、ゲージ率ないしＫファクタを増大し後置接続された電子回路によっても良好に処理が可能な信号が生成されるように改善を行う。
【解決手段】セラミックダイアフラム（支持体）と厚膜抵抗および厚膜導体路の間に誘電層を設ける。これにより、厚膜抵抗と誘電層との間に両材料の混合層が形成され、感圧抵抗としてのＫファクタが著しく高められる。またダイアフラムの薄膜化を過度に行う必要がなくなり製造が容易になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、応力センサ、特に圧力センサであって、セラミックからなるダイヤフラム状の支持体を有し、該支持体上に複数の厚膜抵抗とひずみ感応性厚膜導体路の回路が配設され、それらが特に厚膜抵抗の相互接続されたホイーストンブリッジとして構成されている形式の応力センサに関している。
そのような応力センサのもとでは、厚膜抵抗と厚膜導体路がシルクスクリーン印刷を用いてセラミックからなる支持体上に印刷され、引き続き焼結プロセスが実施されることが公知である。それに続いてこれらの厚膜導体路上には別個の構成部品、例えばコンデンサ、ＩＣ、トランジスタなどがろう付けされたり、導電性銀ペーストを用いてコンタクト接続される。
圧力の測定に対しては、特に自動車分野において益々抵抗性の圧力センサが用いられる。ひずみ感応性の厚膜抵抗では、相互接続されたホイーストンブリッジとして、ダイヤフラム状の支持体の機械的な撓みのもとで生じるオフセット信号が変化する。それに対しては、これらの厚膜抵抗のいわゆるゲージ率ないしｋファクタが材料固有の増幅率としての責めを負っている。
応力センサを用いて低い圧力を測定するならば、数ミリボルトの小さな出力信号のみが受け取られるが、しかしながらこのような電圧は後置接続された電子回路では良好な処理ができない。
それゆえに本発明の課題は、冒頭に述べたような形式の応力センサにおいて、後置接続された電子回路によっても良好に処理が可能な信号が生成されるように改善を行うことである。
前記課題は本発明により、支持体と厚膜抵抗の間に、誘電層が設けられるようにして解決される。
さらに前記支持体と厚膜導体路の間にも誘電層が設けられてもよい。
この構成によれば、ｋファクタが著しく高められ、それに伴って応力センサによって生成される信号の後置接続された電子回路による処理性も著しく改善される。
さらにダイヤフラム状の支持体の非常に薄い構成も省くことができる。このことは、製造の容易性と低コスト化に結び付く。
支持体上の固定に対しては、誘電層が支持体上の厚膜層として焼結されてもよい。
この場合有利には、誘電層がガラス層である。
同じように有利には、厚膜導体路は誘電層上に焼結されてもよい。
厚膜抵抗は、誘電層上に焼結されてもよい。
厚膜抵抗と誘電層の相互に当接している領域に、厚膜抵抗と誘電層の材料の混合相が形成されるならば、ｋファクタの向上がほぼ１００％達成される。
有利には層の被着の手段として、前記誘電層及び／又は厚膜抵抗及び／又は厚膜導体路が、厚膜ペーストとしてプリントされた後で別個に焼結される。
また別の手段として、誘電層と厚膜抵抗と厚膜導体路がまず最初に厚膜ペーストとしてプリントされ、それに続いて一緒に焼結される。
次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。
図示の圧力センサは、セラミックからなるプレート状の支持体１を有しており、この支持体は、その中央部に鍋状の切欠き２を有している。それによりこの支持体１は実質的に薄い厚さを有し、ダイヤフラム状に構成されている。
切欠き２外の支持体１の領域は、剛性を備えており、それに対してダイヤフラム状の領域は、測定すべき圧力による負荷によって偏倚可能である。
この切欠き２とは反対側の支持体１には、厚膜技術によるガラスペーストがスクリーン印刷技法によってプリントされ、これが焼結過程の後で誘電層３を形成するものとなる。
同様にスクリーン印刷技法においては、導電性ペーストから誘電層３上に導体路層が印刷される。それらは焼結過程によって厚膜導体路４及び４′が形成され、それらの間には間隙が形成される。
この間隙の領域においては、誘電層３条に抵抗性のペーストがスクリーン印刷技法によって被着され、これはその周縁領域との確実なコンタクトのために、その自由端部が導体路層に重ねられ、焼結過程の後で厚膜抵抗５が形成される。
ガラスペースト、導体路層、並びに抵抗ペーストの被着された後では、これらが焼結過程において焼結処理される。
厚膜導体路４，４′は、さらなる同種の厚膜導体路とさらなる同種の厚膜抵抗５と共にホイーストンブリッジを形成している。このホイーストンブリッジは、ダイヤフラム状の支持体の偏倚の際に、出力信号を生成し、この信号は、ダイヤフラム領域に加えられた測定すべき圧力に比例している。この出力信号は、処理のために電子回路に供給される。
本発明の圧力センサの断面図
符号の説明
１ 支持体
２ 切欠き
３ 誘電層
４ 厚膜導体路
５ 厚膜抵抗

Claims (9)

  1. 応力センサ、特に圧力センサであって、セラミックからなるダイヤフラム状の支持体を有し、該支持体上に複数の厚膜抵抗とひずみ感応性厚膜導体路の回路が配設され、それらが特に厚膜抵抗の相互接続されたホイーストンブリッジとして構成されている形式の応力センサにおいて、
    支持体（１）と厚膜抵抗（５）の間に、誘電層（３）が設けられていることを特徴とする応力センサ。
  2. 前記支持体（１）と厚膜導体路（４，４′）の間に、誘電層（３）が設けられている、請求項１記載の応力センサ。
  3. 前記誘電層（３）は、厚膜層として支持体（１）上に焼結されている、請求項１または２記載の応力センサ。
  4. 前記誘電層（３）は、ガラス層である、請求項３記載の応力センサ。
  5. 前記厚膜導体路（４，４′）は、誘電層（３）上に焼結されている、請求項１から４いずれか１項記載の応力センサ。
  6. 前記厚膜抵抗（５）は、誘電層（３）上に焼結されている、請求項１から５いずれか１項記載の応力センサ。
  7. 前記厚膜抵抗（５）と誘電層（３）の相互に当接している領域に、当該厚膜抵抗（５）と誘電層（３）の材料の混合相が形成されている、請求項１から６いずれか１項記載の応力センサ。
  8. 前記誘電層及び／又は厚膜抵抗及び／又は厚膜導体路は、厚膜ペーストとしてプリントされた後で別個に焼結される、請求項１から７いずれか１項記載の応力センサ。
  9. 前記誘電層（３）と厚膜抵抗（５）と厚膜導体路（４，４′）は、まず最初に厚膜ペーストとしてプリントされ、それに続いて一緒に焼結される、請求項１から７いずれか１項記載の応力センサ。
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