一文詳解負溫度係數熱敏電阻

2020-11-25 電子發燒友

一文詳解負溫度係數熱敏電阻

工程師a 發表於 2018-05-20 07:03:00

新的愛普科斯負溫度係數熱敏電阻是由TDK-EPC以基於晶片的製造工藝開發的，可以非常簡單地整合入功率半導體元件。允許執行可靠的溫度監控功能，保護昂貴的電子設備免於故障或損壞。傳統的陶瓷NTC（負溫度係數）熱敏電阻對溫度測量是理想的，同時也是符合成本效益的元件。愛普科斯已經製造這些產品多年，有引線式型號或最通常的EIA封裝尺寸的表貼元件，例如0402、0603、0805等等。負溫度係數熱敏電阻用途廣泛，用於汽車和工業電子設備以及家用電器，例如，冰箱、洗衣機、洗碗機以及烹調器。這些負溫度係數熱敏電阻的微型表貼型號日益直接整合入功率半導體元件例如IGBT組件，進行超溫保護。但是，在流程管理中傳統型號會產生一定的困難。包括： 端子必須設計成半導體基片上的焊盤以便於焊接或連線。

如果元件不能完全平置，基片與負溫度係數熱敏電阻之間的熱阻會增加。

基片和負溫度係數熱敏電阻不同的溫度係數可能導致破碎。

產生於半導體注模流程的熱和機械應力也可能導致熱敏電阻破碎。

使用複雜的、代價高的技術流程可以解決部分問題。但是，在半導體操作過程中的破碎風險不能完全避免。為了解決這些問題，TDK-EPC為愛普科斯晶片負溫度係數熱敏電阻（圖1）開發了基於晶片的製作工藝。圖1：分離前負溫度係數熱敏電阻晶片

完整的負溫度係數晶片載體。接觸面在晶片的上下而不是在兩端，表面安裝元件通常是這樣。

對於由晶片（圖2）製造的負溫度係數熱敏電阻而言，電端子配置十分重要：與傳統的安裝元件不同，它們位於表面的上下端而不是元件的兩側。這能夠通過下部的端子直接水平連接到半導體上。上部端子是通過通用的焊線接觸的。這個接觸表面是鍍金或鍍銀的以達到最佳的焊線結果。基片上的水平排列的端子顯著地降低了破碎的風險，同樣也使焊接多餘。圖2：負溫度係數熱敏電阻晶片

端子在上元件在下的布局極大地減少了破碎的風險。

晶片製程允許較小的容差負溫度係數晶片熱敏電阻的另一個優點是其較小的電和熱容差。這個精度是由特殊技術流程獲得的：分離元件之前，晶片的總電阻是由100 °C的額定溫度決定的。分離的熱敏電阻尺寸是由此計算的，因此確保單個元件的容差規格是非常精密的。圖3顯示了在額定溫度25-60 °C的電阻和溫度的∆值。 圖3：電阻和溫度容限

愛普科斯負溫度係數晶片熱敏電阻的電阻（左）和溫度（右）容差是以25-60°C的額定溫度為參照的。

縮小的容差及其產生的高精密度超出了半導體生產商的要求。這使得IGBT可以在非常接近最大可容許值的溫度下運行。負溫度係數熱敏電阻的B值及其容差對其精密度是非常重要的。一般而言，B值決定了電阻/溫度曲線的坡度。這種關係在圖4中是非常明顯的，顯示了電阻和溫度是如何作為不同的B值容差的函數變化的。圖4：電阻和溫度容差作為B值的函數

B值容差越狹小，測量值越精確。圖形顯示了在0.3%和1%的ΔB/B值得電阻（左）和溫度（右）容差。

圖5中顯示了B值對測量精度的影響。這個圖將額定溫度為25 °C（3%的B值容差；R2525時5%的容差）封裝尺寸0603的傳統表貼負溫度係數熱敏電阻與100 °C（1%的B值容差；R25100時3.5%的容差）額定溫度的負溫度係數熱敏電阻晶片進行對比。顯然，晶片負溫度係數熱敏電阻提供了顯著狹小從而更好的容差。 圖5：晶片式負溫度係數熱敏電阻和傳統的表貼負溫度係數熱敏電阻的對比

120 °C左右的溫度對半導體非常重要，晶片式負溫度係數熱敏電阻在這裡有±1.5 K的高測量精度，表貼元件則只能做到±5 K。

事實上，這意味著配備表貼負溫度係數熱敏電阻的IGBT組件必須在120 °C的測量溫度時降額使用，因為考慮到±5 K容差，實際溫度可能已經達到125 °C，這個溫度對耗盡層是非常危險的。另一方面，溫度也可能僅僅為115 °C，但雖然如此，斷電也是必要的。同樣必須考慮的就是由於焊接流程的原因，大多數表貼負溫度係數熱面電阻有達±3%電阻漂移，進一步減少了測量精度。對於晶片負溫度係數熱敏電阻情況是完全不同的：由於在120 °C時僅為±1.5 K的狹小容差，所以不需要斷電直到溫度達到123 °C。本例清晰地表明晶片負溫度係數熱敏電阻允許IGBT組件使用達到最高性能限制，因此可以更好地加以利用。如今現有的晶片負溫度熱敏電阻可以在溫度達155 °C時運行。最大的運行溫度甚至可以達到175 °C。同時，B值容差可以縮小至0.5%。這也使晶片負溫度係數熱敏電阻完美地適用於例如基於碳化矽（SiC）的新一代的半導體。

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