リードセンサとホール効果センサの比較

はじめに

数年前に登場して以来、ホール効果センサは設計エンジニアの想像力をかき立ててきました。一般に、ソリッドステートであればより信頼性の高いアプローチだと考えられており、とくに電気機械式デバイスと比較した場合にそう見なされてきました。しかし、リードセンサ技術をホール効果技術と比較すると、非常に興味深い利点がいくつも確認されています。

まずは、リードセンサ技術を詳しく見ていきましょう。リードセンサの主要部品は、1930年代にWestern Electricが発明したリードスイッチです。もう一つの主要部品は、リードスイッチを開閉させるために用いる磁石または電磁石です。過去70年にわたり、リードスイッチにはいくつもの改良が加えられ、信頼性の向上、品質の改善、コストの低減が進められてきました。こうしたリードスイッチの大幅な改善により、品質・信頼性・安全性が最重要となる複数の重要用途で、設計採用（design-in）の第一選択となっています。

リードの品質と信頼性を最も劇的に示す用途は、半導体自動検査装置（ATE）での採用です。ここでは、この技術が専ら用いられています。

リードスイッチはリードリレーに使用され、集積回路、ASIC、ウェハ試験、プリント基板の機能試験向けに、さまざまなテスト構成の切り替えを行います。これらの用途では、1つのシステムで最大20,000個のリードリレーが使用される場合があります。このとき、リレー1個の故障は50 ppmの故障率に相当します。したがって、この要件を満たすためには、リードリレーの品質レベルは50 ppmを大きく上回る必要があります。これまで、この品質レベルを満たす電気機械式デバイスは前例がありませんでした。同様に、複数の半導体デバイスでも同じことが当てはまります。初期の動作品質試験を超えた後、リードリレーは寿命期間にわたり良好な性能を維持する必要があります。この点で、リードリレーは他のすべてのスイッチングデバイスを上回る性能を示すことが実証されています。というのも、多くの場合、半導体自動検査装置（ATE）は高い設備投資を最大限に活用するために24時間365日稼働し、その結果、リードリレーの寿命期間中に数十億回の動作が要求されることがあるためです。

もう一つの好例はエアバッグセンサで、重要な安全用途において長年の実績により信頼性が証明されています。リードセンサは現在、複数の重要な自動車安全装置（ブレーキフルード液面検知など）に使用されているほか、除細動器、焼灼装置、ペースメーカー、微小な漏れ電流を絶縁する医療用電子機器など、数多くの医療用途にも採用されています。

どちらの技術でも小型化が進んでいます。しかし、リードセンサをホール効果センサと比較すると、いくつもの利点が見られます。

コスト効率

一般に、ホール効果デバイス自体のコストは低いものの、動作には電源と回路が必要です。また、信号出力が非常に低いため、増幅回路が必要になることも多くあります。結果として、ホール効果センサはリードセンサよりも大幅に高コストになり得ます。

高絶縁

リードスイッチは、入力から出力まで、およびスイッチ両端において最大10¹⁵Ωの優れた絶縁を示します。これにより、漏れ電流をフェムトアンペア（10¹⁵アンペア）レベルまで低減します。一方、ホール効果デバイスの漏れはサブマイクロアンペアレベルです。人体内にプローブとして挿入される医療用電子機器（侵襲用途）やペースメーカーでは、心臓近傍に漏れ電流が存在しないことが非常に重要です。マイクロアンペアおよびサブマイクロアンペアの電流でも、心臓の主要な電気活動に影響を与える可能性があるためです。

気密封止

リードは気密封止されているため、ほぼあらゆる環境で動作します。

低接触抵抗

リードはオン抵抗が非常に低く、一般に50ミリオーム程度まで低くできます。一方、ホール効果は数百オームになる場合があります。

スイッチング電力

リードは、ナノボルトからキロボルト、フェムトアンペアからアンペア、DCから6 GHzまで、幅広い負荷を直接スイッチングできます。ホール効果デバイスの出力レンジは非常に限定的です。
of outputs.

高磁気感度

リードセンサは、幅広い磁気感度レンジを提供します。

実装容易性

リードセンサはE.D.I.の影響を受けにくく、静電気放電によりホール効果デバイスが深刻な損傷を受けることがよくあります。

高電圧

リードセンサは、より高い電圧に耐えられます（小型品は最大1000V定格）。ホール効果デバイスで100Vのような高い定格を得るには外付け回路が必要です。

高通電電流

リードは多様な負荷をスイッチングできますが、ホール効果センサが出力できるのはより小さな電圧・電流に限られます。

耐衝撃

リードセンサは一般に3フィート落下試験に耐えることが確認されており、これはホール効果センサと同等です。

長寿命

リードセンサには摩耗部品がないため、低レベル負荷（<5V @ 10 mA以下）では、数十億回の動作にわたり十分に動作します。これは半導体のMTBF指標に匹敵します。

広温度範囲

リードセンサは熱環境の影響を受けにくく、特別な追加、改造、コストなしで、通常-50°C～+150°Cで動作します。ホール
効果センサの動作範囲は限定的です。

外部電源不要

携帯機器やバッテリ駆動機器に最適です。リード製品には非常に有用な用途が数多くあります。適切な用途に適切なリードを選定することは、しばしば重要です。品質・信頼性・安全性が最重要となる重要用途で、リードの設計採用（design-in）に優れたリード／リレー企業もあります。