熱敏電阻NTC與PTC的多功能應(yīng)用，向高端工業(yè)與汽車挖掘更多應(yīng)用空間

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）熱敏電阻作為一種離散的雙端固態(tài)器件，其阻值隨溫度變化，是各種熱敏溫度傳感器實(shí)現(xiàn)測(cè)溫功能的基礎(chǔ)器件。

熱敏電阻在溫度傳感里已經(jīng)被應(yīng)用了很多年，成本不高，加工不繁瑣，在響應(yīng)速度與精度上又有優(yōu)勢(shì)，很受歡迎。其實(shí)不僅在溫度傳感器中，在其他各類電子產(chǎn)品應(yīng)用中熱敏電阻也很常見(jiàn)，同時(shí)還能提供電路保護(hù)功能。

熱敏電阻NTC與PTC

熱敏電阻有兩個(gè)類別，根據(jù)隨著溫度變化阻值變化的不同進(jìn)行分類，有電阻值隨溫度的升高而減小的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC和電阻值隨溫度的升高而增大的正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC。二者都是離散的雙端固態(tài)器件，在電路中有著多種功能。

一般NTC的材料是以錳、鎳、鈷、鐵、銅等金屬氧化物為主要原料制成的多晶半導(dǎo)體陶瓷。NTC的電阻與溫度（R-T）特性曲線很有特點(diǎn)，其電阻溫度系數(shù)隨著溫度每升高1℃會(huì)降低3至5%左右，相比于其他金屬電阻值每升高1℃電阻溫度系數(shù)細(xì)微的變化，可以很明顯地看出使用熱敏材料制成的電阻對(duì)于溫度高度敏感。

基于這種高敏感度，NTC比其他類型材料更適合檢測(cè)溫差的細(xì)微變化，而且感測(cè)的響應(yīng)足夠快。如果電阻溫度系數(shù)更高一些，就會(huì)把NTC當(dāng)作保護(hù)器件使用來(lái)防浪涌。這也是目前NTC主要的應(yīng)用方向，應(yīng)用于溫度補(bǔ)償、測(cè)量等場(chǎng)合或是防浪涌場(chǎng)合。

分離式NTC，TE

感測(cè)的響應(yīng)速度足夠快具體有多快呢，這和NTC傳感器的具體類型相關(guān)，越小的設(shè)計(jì)響應(yīng)速度會(huì)越快。分離式設(shè)計(jì)的NTC傳感器響應(yīng)速度一般會(huì)比外殼完全封裝的要快。從傳感器層面來(lái)說(shuō)NTC傳感器普遍響應(yīng)時(shí)間可以達(dá)到15秒甚至10秒以下，而NTC芯片層面的響應(yīng)時(shí)間僅為1秒。

但NTC本身并不是線性的，在使用前一定要做線性處理，否則結(jié)果會(huì)出現(xiàn)很大偏差。

到PTC熱敏電阻，其高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性以及高度線性特性讓它的應(yīng)用方面也正日益廣泛，滲透到了日常生活、工業(yè)控制、汽車、軍事科學(xué)、通訊、宇航等各個(gè)領(lǐng)域。但并不是所有PTC都是高度線性的，非線性PTC的電阻值會(huì)在溫升情況下急劇增加幾個(gè)至十幾個(gè)數(shù)量級(jí)，通常用于限流應(yīng)用，用作電流保護(hù)裝置。

車用線性PTC，NXP

線性PTC由硅制成，通常被稱為硅熱敏電阻，成品傳感器也被稱為KTY器件，線性度極高，一致性非常強(qiáng)，具有更穩(wěn)定的電阻容差。與±1% NTC熱敏電阻相比，一些±1%PTC線性熱敏電阻在－40℃和150℃時(shí)最大電阻可達(dá)±1.5%，這與NTC熱敏電阻在極端溫度下的±4%的公差是一個(gè)很大的提升。同樣受益于材料特性，即便溫度升高，PTC本身的散熱量會(huì)小很多，不會(huì)影響到功耗。

PTC熱敏電阻的價(jià)格會(huì)比NTC更高，目前在高端工業(yè)領(lǐng)域、汽車傳感領(lǐng)域有著很好的發(fā)展前景。

熱敏電阻市場(chǎng)概況

熱敏電阻的泛用性很優(yōu)秀，常見(jiàn)的消費(fèi)電子、工業(yè)自動(dòng)化、汽車領(lǐng)域都有其身影，總的來(lái)看NTC和PTC應(yīng)用于消費(fèi)電子的市場(chǎng)規(guī)模是最大，2021年消費(fèi)電子市場(chǎng)占比超過(guò)三成。根據(jù)博研信息咨詢的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年全球NTC和PTC市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了948.08百萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)2028年將達(dá)到1283.52百萬(wàn)美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為4.57%。

其中NTC的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了624.99百萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)2028年將達(dá)到803.83百萬(wàn)美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為3.84%。PTC的市場(chǎng)規(guī)模為323.06百萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)2028年將達(dá)到479.69百萬(wàn)美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為5.87%。

PTC更高的增長(zhǎng)率主要是受益于汽車領(lǐng)域的PTC應(yīng)用的火熱，PTC依靠超高的精度、可靠性、穩(wěn)定性在汽車內(nèi)發(fā)揮著不可替代的作用，既能用于汽車內(nèi)部的溫度檢測(cè)與調(diào)節(jié)，還能對(duì)加熱器、馬達(dá)、變壓器、大功率晶體管等電器的加熱和過(guò)熱提供保護(hù)。根據(jù)博研信息咨詢統(tǒng)計(jì)，2021年熱敏電阻在汽車領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了182.55百萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)到2028年其市場(chǎng)規(guī)模將在261.03百萬(wàn)美元。

國(guó)內(nèi)外熱敏電阻廠商不少，產(chǎn)業(yè)成熟度很高，各廠商都在穩(wěn)步提升產(chǎn)品的可靠性，并在相關(guān)材料、工藝技術(shù)上尋求突破，力求提升產(chǎn)品的整體性能。國(guó)內(nèi)目前在熱敏電阻領(lǐng)域積累深厚的廠商不少，比如風(fēng)華高科、時(shí)恒電子、華巨電子、維安電子、聚鼎科技、興勤電子等等，國(guó)外廠商有TE、TDK、Vishay、Murata、Thinking Electronic、Shibaura、Littelfuse等等。其中TE、興勤電子、TDK前三大廠商占有全球超三成的市場(chǎng)份額。

熱敏電阻技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

從市場(chǎng)對(duì)熱敏電阻的選擇來(lái)說(shuō)，目前NTC和PTC共同的主要趨勢(shì)是盡可能往小型化去做，比如在IGBT模塊和IPM模塊中，片式可嵌入NTC熱敏電阻現(xiàn)在很受歡迎，可以通過(guò)燒結(jié)焊連接嵌入到電源模塊中，元件與模塊間的熱耦合會(huì)更穩(wěn)定，響應(yīng)速度也會(huì)更快。NTC也在往更高精度、更高響應(yīng)速度發(fā)展，在應(yīng)用市場(chǎng)匹配更多場(chǎng)景。

PTC同樣在盡可能縮小KTY器件的封裝，并通過(guò)減少器件成本，拓展更多的高精度應(yīng)用。除此之外PTC的耐高壓耐高流能力很受關(guān)注，這是越來(lái)越多高壓高電流應(yīng)用提出的需求。

這些性能提升的背后，實(shí)則是材料技術(shù)和工藝的進(jìn)步和升級(jí)。不同于迭代快速的主動(dòng)元器件，這類被動(dòng)元件很看重材料和工藝的積累。先進(jìn)的能夠?qū)⑻沾芍旅芑奶沾苫w制備技術(shù)是NTC和PTC都需要的。

陶瓷基體中的晶粒的不一致會(huì)直接影響熱敏電阻性能，頭部廠商在這項(xiàng)技術(shù)上的積累更深厚，比如TE的專有技術(shù)能使電瓷體的致密度達(dá)到近似100%的理論密度，產(chǎn)生一致的顆粒尺寸，大大改善材料的機(jī)械性能和電氣性能。除了制料環(huán)節(jié)，PTC的壓片、燒結(jié)和電極制備環(huán)節(jié)，NTC的燒結(jié)、成型、電極制備環(huán)節(jié)也都是提高熱敏電阻性能需要持續(xù)積累持續(xù)突破的方向。

寫在最后

隨著市場(chǎng)缺口向高端工業(yè)和汽車領(lǐng)域轉(zhuǎn)變，熱敏電阻的可靠性和精準(zhǔn)度在不斷提升，加之各廠商不斷優(yōu)化熱敏電阻（尤其是PTC）的制備成本，熱敏電阻在消費(fèi)電子之外開(kāi)始往高端工業(yè)、汽車領(lǐng)域挖掘出更多高需求的應(yīng)用空間。