片式熱敏電阻詳細(xì)解說

　　玻璃密封型片式熱敏電阻是在傳統(tǒng)片式熱敏電阻基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高可靠敏感器件， 具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，還可以防止因敏感芯片暴露于大氣，物理、化學(xué)吸附而造成的器件性能漂移。 同時玻璃很高的熱阻對用于過流保護(hù)、溫度補(bǔ)償?shù)臒崦綦娮璧膽?yīng)用也較為有利。SHIBAURA公司的KG2、KG3型就是這種玻封片式NTC的典型代表。

KG型熱敏電阻結(jié)構(gòu)

??? KG型片式熱敏電阻的結(jié)構(gòu)非常簡單， 它包括一個中間穿孔的柱型玻璃管、一個兩面涂燒了AgPd電極的敏感芯片和兩個金屬電極，將熱敏芯片和金屬電極依次裝入柱型玻璃管內(nèi)， 經(jīng)高溫?zé)Y(jié)密封而成。玻璃軟化收縮后，可以使金屬電極與熱敏芯片形成可靠的接觸。這一工藝與傳統(tǒng)的軸向引線型玻封熱敏電阻的制作工藝基本相同。選擇具有適當(dāng)B值的材料，通過調(diào)節(jié)芯片的幾何尺寸， 可以得到各種參數(shù)的元器件。這種KG型片式熱敏電阻與傳統(tǒng)片式熱敏電阻相比，具有優(yōu)良的穩(wěn)定性；采用柱型玻璃封裝后， 在進(jìn)行貼裝工藝時，這種元件在電路板上不易發(fā)生滾動而出現(xiàn)位置偏移；良好的機(jī)械性能保證其在受外力時或印刷電路板發(fā)生形變時不會斷裂； 金屬電極可以保證浸潤良好的可靠焊接，同時又不傷及內(nèi)電極。因此，保證了該產(chǎn)品的高可靠性與高精度。

??? 片式NTC主要有單層片和多層疊片式兩種內(nèi)結(jié)構(gòu)形式。一般熱敏材料的電阻率隨材料熱激活能高低而相應(yīng)變化，高B值材料對應(yīng)于高阻值材料，因而高B低阻材料很難開發(fā)， 國外有關(guān)廠商生產(chǎn)的單層片式NTC性能指標(biāo)見表2所示。從表中可以看出，當(dāng)阻值低至（500～220）Ω已無法維持3000以上的高B值。 如果采用高B高阻材料以多層并聯(lián)結(jié)構(gòu)則可以實現(xiàn)低阻化。SIEMENS公司新近開發(fā)的C1621型多層片式NTC，阻值(100～10)Ω，B值保持在3500以上。太陽誘電公司研制的TPB型多層片式NTC與單層片式NTC熱敏電阻相比，顯示出多項性能優(yōu)勢，詳見表3所示。 此外，MURATA公司以及美國JECAL公司等都相繼開發(fā)出高B值低阻值的多層片式NTC熱敏電阻。

????????????????????????? 表2國外有關(guān)廠商生產(chǎn)的單層片式NTC熱敏電阻性能指標(biāo)

??? 在移動通信設(shè)備小而輕的總趨勢驅(qū)動之下，石英晶體器件也在不斷推出更小更薄的表面組裝產(chǎn)品。 TCXO已經(jīng)90％以上實現(xiàn)片式化，作為移動通信設(shè)備的關(guān)鍵器件，它是目前片式NTC熱敏電阻應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一。每個TCXO都含有一個溫度補(bǔ)償電路來消除冷、熱對石英晶體諧振性能產(chǎn)生的影響， 使石英晶振可以在很寬的溫度范圍內(nèi)保持晶體共振特性穩(wěn)定。這也是片式NTC在許多移動通信設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵所在。到目前為止，TCXO的補(bǔ)償電路一般采用片式NTC等分立式元件做成混合器件，近期JVC和PANASONIC共同開發(fā)出用于制造通用TCXO及數(shù)字TCXO的新技術(shù)，這一技術(shù)將采用片式NTC的溫度補(bǔ)償電路集成于單片IC中，已經(jīng)使TCXO的體積降至0.126cm3，而且具有很高的溫度補(bǔ)償精度，完全適合于便攜式終端設(shè)備，這一革新已經(jīng)引起石英器件工業(yè)界的極大關(guān)注。

????????????????????????????? 表3日本太陽誘電公司的片式NTC熱敏電阻性能

　　LCD的特性與環(huán)境溫度密切相關(guān)，溫度低于某一特定值，LCD的透射比就會降低，引起圖象模糊； 環(huán)境溫度過高，又會造成對比度太強(qiáng) ，影響LCD的壽命。使用片式NTC熱敏電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償，可以通過控制LCD的驅(qū)動電壓使其保持連續(xù)穩(wěn)定的對比度。

??? 目前在鎳鎘、鎳氫及鋰電池中，片式熱敏電阻可以測量電池內(nèi)部及外部環(huán)境的溫度信息，對電路進(jìn)行保護(hù),確?？焖俪潆?。主要功能：將電池溫度維持在一定范圍內(nèi)，以保證快速充電； 阻止因環(huán)境變化而引起的錯誤的工作狀態(tài)；異常工作和外部短路引起的電池過熱將終止；通過精確控制溫度可確保電池充滿電荷。

??? 片式NTC熱敏電阻優(yōu)良的性能除了在上述晶振、混合集成電路（HybridIC,HIC）和晶體管電路中的應(yīng)用以外，其應(yīng)用領(lǐng)域很寬，還可廣泛應(yīng)用于顯示器以及通用型的電子電路， 如：在陀螺傳感器、加速度傳感器中進(jìn)行溫度補(bǔ)償；安裝在軸流電極中， 如計算機(jī)中的微電機(jī)、照相機(jī)鏡頭聚焦電機(jī)等設(shè)備中的控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；在打印中的控制打印頭的溫度，防止過熱； 在軟盤的伺服控制器（Servo－controllers）和袖珍播放機(jī)(Minidiscplayer)的驅(qū)動器中，防止數(shù)據(jù)誤讀等。所有這方面的應(yīng)用，片式NTC熱敏電阻都是貼裝于印刷電路板中。在電子電路向高密度組裝方向發(fā)展的同時，片式NTC熱敏電阻正迅速在通用的各種軍用、工業(yè)及民用電子儀器設(shè)備中開發(fā)出新的應(yīng)用領(lǐng)域。

??? 3? 片式PTC熱敏電阻

??? PTC熱敏電阻一般都是由BaTiO3材料添加少量的稀土元素經(jīng)高溫?zé)Y(jié)的敏感陶瓷制成的。這種材料在溫度上升到材料居里溫度點時，其阻值會以指數(shù)形式陡然增加，通常阻值－溫度變化率在20％～40％之間。 居里點的位置可以經(jīng)過調(diào)整材料配方及制作工藝來改變。

??? 傳統(tǒng)的PTC熱敏電阻可以作為溫度傳感器使用，也可以用于過流保護(hù)、發(fā)熱器、彩電和監(jiān)視器的消磁、袖珍壓縮機(jī)電機(jī)的啟動延遲等。隨著高密度組裝技術(shù)的發(fā)展，過熱保護(hù)片式PTC熱敏電阻的應(yīng)用需求急劇增加。表4列出了MURATA公司的0805型片式熱敏電阻的主要性能參數(shù)， 其探測溫度在85℃～145℃之間，測溫精度為±5℃。用戶還可以根據(jù)被保護(hù)器件的要求，選擇相應(yīng)居里點的片式PTC元件。 這類片式PTC屬于體積小、無封裝的四方體結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的熱響應(yīng)特性。作為一種過熱保護(hù)器件，與傳統(tǒng)保險管相比， 不會因熔斷而經(jīng)常更換；與雙金屬片熱傳感器相比，屬于非開關(guān)接觸型，沒有噪音。

??????????????????????????? 表4MURATA公司的PTH9C32型熱敏電阻主要性能參數(shù)

　　BaTiO3材料的固有特性決定了傳統(tǒng)單層片式PTC熱敏電阻難于降低阻值。 多層疊片型結(jié)構(gòu)的片式PTC熱敏電阻不僅可以通過多層并聯(lián)實現(xiàn)低阻化，提高升阻比， 而且能夠明顯改進(jìn)熱敏電阻阻值－溫度遲滯特性，此外還可通過不同居里點PTC材料串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成復(fù)合片式PTC熱敏電阻。但多層片式PTC熱敏電阻起步較晚，工藝難度較大，目前尚處于發(fā)展初期。

??? 片式PTC熱敏電阻能夠在一個基本的過熱探測偏置電路中對器件進(jìn)行主動性保護(hù)。例如可將其貼附于功率晶體管等目標(biāo)器件，當(dāng)目標(biāo)器件的溫度超過某一溫度后， PTC熱敏電阻的阻值就會急劇上升， 導(dǎo)致偏置電壓下降，防止“熱失控”。PTC熱敏電阻在居里點阻值變化幅度很大，因而過熱保護(hù)電路的設(shè)計比使用齊納二極管（ZenerDiodes）和NTC熱敏電阻要簡單得多。

??? 由于采用了貼片式設(shè)計，片式PTC可以通過SMT工藝安裝于HIC和DC/DC轉(zhuǎn)換器等電路中起到過熱保護(hù)的作用。在HIC中，功率放大器的輸出晶體管p－n結(jié)的溫度如果超過150℃，就會被擊穿。 利用PTC熱敏電阻在特定溫度點阻值急劇上升的特性，只要設(shè)計一個簡單的電路，就可以起到熱保護(hù)作用。在DC/DC轉(zhuǎn)換器中，組裝密集、高頻高速運行的電路常因不能有效制冷而損壞， 場效應(yīng)管（FET）的熱擊穿也是筆記本電腦面對的問題之一。使用PTC熱敏電阻可以有效地阻止FET發(fā)熱，對整個器件起到保護(hù)作用。

??? 4? 片式化熱敏電阻的現(xiàn)狀與發(fā)展

??? 世界電子元件市場正從傳統(tǒng)的消費類電子產(chǎn)品向信息化電子產(chǎn)品轉(zhuǎn)移， 今后對為移動通信設(shè)備、傳呼機(jī)、筆記本電腦、PDA等配套的片式元器件的需求量將會大幅度上升。近年來，具有高頻、高速、多功能化的數(shù)字化設(shè)備得到迅猛發(fā)展，對片式元器件的需求急劇增加。 如手提電話、傳呼機(jī)等的元器件片式化率已達(dá)到100％。數(shù)字相機(jī)、具有LCD顯示的手持?jǐn)z像機(jī)（Camcorder）、袖珍播放機(jī)(Mini－DiscPlayers)、DVD播放機(jī)、HDTV、多媒體、多功能游戲機(jī)以及個人電腦等電子設(shè)備，更為片式電子元器件提供了十分廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。SMT的普及和發(fā)展進(jìn)一步刺激了電子元件的片式化，繼阻容器件廣泛片式化后， 其它使用率相對較低的元器件如熱敏電阻的片式化率也在大幅度提高，日本國際貿(mào)易工業(yè)部（MITI）的統(tǒng)計數(shù)字表明：日本NTC熱敏電阻片式化率1995年為33.5％，到1997年就增加到42％，估計現(xiàn)在片式熱敏電阻的產(chǎn)量已經(jīng)超過了分立式引腳熱敏電阻，特別是在TCXO和LCD等溫度補(bǔ)償應(yīng)用領(lǐng)域具有絕對的優(yōu)勢。

?? 為適應(yīng)高密度組裝電路的要求，0402型NTC熱敏電阻將很快成為溫度補(bǔ)償應(yīng)用的主流產(chǎn)品，片式PTC熱敏電阻也將在過熱保護(hù)領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。 多層片式熱敏電阻將進(jìn)一步成熟，更小、性能更齊全的片式熱敏電阻將不斷涌現(xiàn)。高溫使用的片式熱敏電阻將會在汽車和加熱器等領(lǐng)域找到新的更大市場。 未來片式熱敏電阻總的技術(shù)發(fā)展趨勢是：進(jìn)一步提高測溫精度，改善互換性和可靠性，降低成本，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計以適應(yīng)SMT工藝的要求。

??? 與國外片式熱敏電阻的飛速發(fā)展形成對照， 盡管國內(nèi)片式元器件工業(yè)已有十余年的歷史，但片式熱敏電阻的生產(chǎn)目前基本仍是空白，沒有引起傳感器工業(yè)界的足夠關(guān)注， 對該產(chǎn)品工藝技術(shù)的研究也極少見到報道，傳感器工藝技術(shù)的落后和SMT發(fā)展緩慢是其中的主要原因。 目前，國內(nèi)市場需求的片式熱敏電阻幾乎完全依賴進(jìn)口，阻值、B值精度在±3％以內(nèi)的0805型和0603型熱敏電阻的國內(nèi)市場價，1000只以上為（1.0～2.5）元/只，利潤空間很大。

??? 我們認(rèn)為，國內(nèi)熱敏電阻的生產(chǎn)已經(jīng)具有一定的規(guī)模和技術(shù)開發(fā)能力， 如果在現(xiàn)有的片式陶瓷電容的工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，完全有可能實現(xiàn)片式熱敏電阻的批量生產(chǎn)。 另外，利用現(xiàn)有軸向引線玻封熱敏電阻的生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)類似SHIBAURA公司的KG型產(chǎn)品， 應(yīng)該是一種投資較小且簡便可行的方案。規(guī)模經(jīng)濟(jì)和集約化生產(chǎn)是片式熱敏電阻生產(chǎn)開發(fā)首先必須考慮的問題之一， 國內(nèi)片式熱敏電阻投資廠家應(yīng)該總結(jié)片式阻容元件設(shè)備引進(jìn)、生產(chǎn)開發(fā)所經(jīng)歷的教訓(xùn)，在經(jīng)濟(jì)規(guī)模、產(chǎn)品檔次、管理水平和市場競爭等方面全方位提高， 才能保證片式熱敏電阻傳感器的生產(chǎn)走向健康發(fā)展之路。

??? 5? 結(jié)束語

??? （1）為適應(yīng)電子整機(jī)不斷小型化、輕量化、薄型化和多功能化以及生產(chǎn)過程自動化的需求，片式熱敏電阻的需求急劇增加，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。片式化熱敏電阻有可能成為熱敏電阻的主流產(chǎn)品。

??? （2）片式熱敏電阻將進(jìn)一步提高精度，改善互換性和可靠性，降低成本， 在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計以適應(yīng)SMT工藝的要求。

??? （3）國內(nèi)傳感器工業(yè)界應(yīng)該對熱敏電阻片式化的趨勢給予足夠關(guān)注，在現(xiàn)有片式元器件生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)熱敏電阻的生產(chǎn)特點， 充分發(fā)揮自身的技術(shù)開發(fā)能力，開發(fā)出高起點的產(chǎn)品，以滿足迅速發(fā)展的國內(nèi)電子信息產(chǎn)業(yè)的需求。