95%工程師都想了解的NTC貼片熱敏電阻結構分析
發布時間:2020-10-22 來源:呂工 責任編輯:wenwei
【導讀】NTC是Negative Temperature Coefficient 的縮寫,NTC熱敏電阻就是指具有負溫度係數的熱敏電阻,它的阻值會隨著溫度的升高而降低。阻值隨溫度變化曲線如下圖:

NTC熱敏電阻是以錳、鈷、鎳(nie)和(he)銅(tong)等(deng)金(jin)屬(shu)氧(yang)化(hua)物(wu)為(wei)主(zhu)要(yao)材(cai)料(liao),采(cai)用(yong)陶(tao)瓷(ci)工(gong)藝(yi)製(zhi)造(zao)而(er)成(cheng),被(bei)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)溫(wen)度(du)檢(jian)測(ce),溫(wen)度(du)補(bu)償(chang)等(deng)電(dian)路(lu)中(zhong)。為(wei)了(le)實(shi)現(xian)對(dui)某(mou)一(yi)特(te)定(ding)目(mu)標(biao)的(de)溫(wen)度(du)檢(jian)測(ce)和(he)監(jian)控(kong), NTC熱敏電阻的封裝結構非常豐富,其中貼片型NTC熱敏電阻以它的小體積、無引腳、反應速度快、滿足SMT生產工藝等特點,在電子電路設計中經常被工程師選用。
隨著晶體管技術的不斷發展,自1960年NTC熱敏電阻被發明以來,貼片型NTC熱敏電阻產品在結構、性能和成本上也經曆了不斷地發展和改善,本文主要介紹貼片型NTC熱敏電阻的幾種不同結構和它們的性能比較,完善你對熱敏電阻選型的認知。
目前市場上貼片類NTC熱敏電阻主流的結構有三種,如按出現的時間排列,也可以表述為三代產品。
第一代產品稱為塊狀陶瓷NTC熱敏電阻,結構如下圖:

第一代產品為塊狀陶瓷結構,采用古老的陶瓷製造工藝先製成磚塊大小的NTC陶瓷,然後再采用精密線切割工藝把陶瓷磚塊切割成所需要的封裝尺寸。 第一代產品比較適合用於製造帶引腳和有組裝結構的NTC產品,不太適合用於做貼片類NTC產品, 原因主要有如下幾點:
1、產品比較厚,溫度反應時間比較長。
2、焊接的熱衝擊對它的阻值和B值影響較大,會造成阻值漂移,進而影響溫度測量精度。
3、對貼片NTC,阻值修正工藝無法進行,精度完全依靠切割工藝保證, 1%高精度的NTC產品良率低,成本高。
4、產品的機械應力較差,電路板彎曲時,容易造成產品的失效。
5、當熱崩潰發生時,NTC不能安全的斷開,過熱的NTC有可能會對電路板及周邊器件造成損害。
6、對於貼片NTC,封裝尺寸基本被限定,又不能進行調阻,所以能提供的阻值不夠靈活。
7. 正常情況下,通過電流能力和抗靜電能力比較強。
目前采用這種工藝的製造商有EPCOS, Semitech, Mistsubishi, Vishay 等廠家。
第二代產品稱為多層陶瓷積層型NTC熱敏電阻,結構如下圖:

第二代產品結構基於MLCC的製造工藝,這種產品為多層陶瓷結構,有內電極,與MLCC的結構非常類似,也是采用先製備陶瓷薄片,然後將它們堆疊起來壓製成板胚再進行燒結,最後將燒結好的NTC陶瓷板進行精密切割。這種產品的特點如下:
1、產品也較厚,溫度反應時間較長。
2、受焊接的熱衝擊影響也十分明顯。
3、通常靠調整內電極來調整阻值和精度。
4、同樣熱崩潰時,過熱的NTC有可能造成電路板和周邊器件的損害。
5、同MLCC類似,機械應力差,熱衝擊和電路板彎曲很可能造成產品裂開並失效。
目前采用這種工藝的製造商主要有MURATA,TDK。
第三代產品陶瓷厚膜型NTC熱敏電阻,結構如下圖:

第三代NTC熱敏電阻產品在結構和製造工藝上做了大幅改變,這種產品為厚膜結構,它采用了成熟的厚膜製造工藝,在陶瓷基板上印刷一層較厚(30uM)的NTC陶瓷材料,再配以特殊的電極結構,然後進行燒結而成。這種產品的特點如下:
1、產品整體厚度隻有第一代、第二代產品的一半,對溫度的反應時間極快。
2、由於是厚膜結構,焊接造成的熱衝擊十分小,適合用於對穩定性和可靠性要求高的應用。
3、可以進行阻值修正,全溫度範圍溫度檢測精度可以做到±0.1℃。
4、產品的阻值和B值調整受尺寸影響小,比較靈活。
5、特殊的端部電極結構,可以很好的釋放熱衝擊和電路板彎曲造成的機械應力,彎曲測試對產品的性能影響很小。
6、安全工作模式,當熱崩潰發生時,會安全斷開,產品不會有過熱情況發生。
7、產品在雙85、高溫、低溫以及熱衝擊等惡劣環境的可靠性測試下,表現出非常好的穩定性和可靠性。
8、厚膜NTC產品的性價比很高,很可能成為未來主流的NTC貼片熱敏電阻產品。
目前采用這種工藝的製造商主要有Tateyama,KOA,開步電子(Resistor Today)。
值得一提的是,開步電子自主研發的TCTR係列熱敏電阻是在陶瓷膜的結構基礎上,采用了第三代貼片NTC工藝技術,它的熱反應時間最小可以做到1s,比同樣尺寸的其他類型產品快一倍。如下圖所示:

其他類型產品熱反應時間

TCTR係列熱反應時間
另外, 由於特殊的端部電極結構,開步電子的TCTR係列產品對PCB板彎曲應力的抵抗能力很強,與其它類型相比,彎曲測試後,阻值不會受到很大的影響。


開步電子TCTR產品是通過了AEC-Q200測試的汽車級產品,可以支持PPAP認證文件,由於它優異的可靠性穩定性以及超高的性價比,TCTR係列NTC熱敏電阻正在被廣泛應用於消費電子,汽車電子,工業控製,測試設備,醫療電子等對產品的可靠性穩定性有較高要求的行業中。
縱zong觀guan現xian代dai電dian子zi產chan品pin的de設she計ji,電dian子zi產chan品pin的de功gong率lv密mi度du越yue來lai越yue高gao,對dui電dian路lu所suo處chu的de環huan境jing以yi及ji核he心xin零ling部bu件jian的de溫wen度du檢jian測ce就jiu顯xian得de越yue來lai越yue重zhong要yao,如ru電dian源yuan模mo塊kuai中zhong功gong率lv器qi件jian溫wen度du的de監jian控kong和he補bu償chang,動dong力li電dian池chi包bao中zhong電dian池chi單dan元yuan的de溫wen度du監jian控kong,LED車燈中LED燈珠的溫度補償等應用,溫度的快速而準確的反饋會使得產品更加安全、可靠、耐用,這些應用中NTC熱敏電阻正確的選擇就非常關鍵。
TCTR貼片熱敏電阻

● 氧化鋁基板上的熱敏電阻膜層由絕緣玻璃保護,使得該係列擁有很好的機械強度和可靠性;
● 無論阻值大小,電阻厚度不變;
● 三層結構電極保證了電阻具有良好的焊接能力和耐熱性;
● 符合AEC-Q200車規認證;部分型號符合UL1434標準;
● 部分型號工作溫度可高達150℃。
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