NTC熱敏電阻在實際使用中的故障表現及其對策

負溫度系數 (NTC) 熱敏電阻是一種電阻值會隨著溫度的升高而減小的半導體電阻器，并且電阻變化率很大。

其應用廣泛，主要用途包括電子設備內的溫度檢測和各類應用中的溫度補償，比如模塊化產品。

用戶在使用NTC熱敏電阻時，必須確保其使用方式的正確。

不正確的使用方式會導致產品無法充分發揮其潛力，在最壞的情況下還可能出現故障。

下面我們將列舉兩種因使用方式的錯誤而導致NTC熱敏電阻出現故障的表現，即“裂縫”和“基底熔化”，

闡述其故障形成的原因并給出相應的對策。

概要

圖1：故障表現和原因

視頻1 概要視頻

故障表現①<裂縫>

圖2：故障表現①<裂縫>

最常見的故障表現是“裂縫”。

裂縫可能是由于基板安裝時或基板安裝后的機械應力導致，原因多為“焊錫過量”和“安裝后存在應力”這兩種。

原因1：焊錫過量

圖3：焊錫過量

在基板上安裝NTC熱敏電阻時，如果焊錫過量，容易導致裂縫。

焊錫量的增加會加大對NTC熱敏電阻產生的壓力。

這是由焊錫產生的收縮壓力導致的，焊錫過量會導致裂縫。

另外，如果焊錫量過少，則會存在接觸不良或貼片脫落的危險，因此使用適當的焊錫量非常重要。

圖4：推薦的焊錫量

對策

在設計基板的焊盤圖案時，須設置正確的圖案形狀及尺寸，以便使用適量的焊錫。

關于產品的推薦圖案尺寸，請登錄公司網站查看數據表和產品目錄。

遵循該推薦尺寸來設計焊盤圖案，可防止焊錫過量或過少。

比如，TDK針對尺寸為1.6x0.8mm的NTC熱敏電阻推薦以下焊盤圖案和尺寸。

圖5：推薦的焊盤尺寸示例

原因2：安裝后存在應力

圖6：安裝后存在應力

將NTC熱敏電阻焊接到安裝基板后，基板因為折板或螺紋止動的影響而變形時，

其產生的應力可能會導致裂縫。

特別是在折板附近，往往會對NTC熱敏電阻施加較大的應力，這點需要重點關注。

對策

根據NTC熱敏電阻的貼片配置和安裝在基板上的位置不同，基板撓曲導致的應力也會有很大變動。

圖7：基板的撓曲應力和貼片的配置

如圖所示，相比起垂直于折板面配置，平行配置時產生的應力會更小，并且離折板部分越遠，所承受的壓力也會越小。

圖8：貼片的配置和應力

像這樣，通過設計基板使得NTC熱敏電阻的配置有利于應對撓曲應力，能大幅降低裂縫產生的風險。

此外，除了折板，基板彎曲、掉落和沖擊導致的撓曲應力也可能會產生裂縫。

請注意，不得對已安裝NTC熱敏電阻的基板施加外部應力。

故障表現②<基底熔化>

圖9：故障表現②<基底熔化>

由于NTC熱敏電阻是溫度檢測元件，為確保溫度測量精度，應盡可能抑制自熱。

若持續施加過大的電氣負載，會使得熱敏電阻的溫度超過基底的熔點，進而導致“基底熔化”。

原因1：過電流

如上所述，基底熔化是由于對NTC熱敏電阻施加的電氣負載較大。

圖10：因過電流導致的自熱和溫度測量精度下降

由于NTC熱敏電阻的電阻值會隨著溫度的升高而減少，因此當電流過大時產生的自熱會使其電阻值減小。

鑒于這一電氣特性，因此當電流遠大于允許工作電流時，有可能會導致“熱失控”，即自熱引起的溫升會導致電阻值減小，反過來電阻值減小會使得電流增大，這兩種現象可能會反復交替發生。

而一旦元件的內部溫度超過陶瓷基底的熔點時，則會引發基底熔化。

視頻2：因過電流導致的NTC熱敏電阻的基底熔化

對策

為了避免施加的電流超過允許工作電流，須正確選擇元件和電路設計。

比如，TDK的尺寸為1.0x0.5mm的NTC熱敏電阻，允許工作電流約為0.03mA~0.21mA。

(注意：在實際使用中，允許工作電流會受到焊盤圖案、焊錫量和基板材質等因素的影響。)

關于各元件的允許工作電流，請參見NTC熱敏電阻廠商的規格說明。

此外，使用固定電阻的分壓電路能有效解決過電流的問題。

作為參考，我們將在下文中介紹各個應用的電路示例。

針對NTC熱敏電阻的選型和傳感電路的設計，我們還提供了基于Web的模擬工具。

用戶在產品選型時務必使用。

總結

本文介紹了NTC熱敏電阻使用不當會導致的主要故障表現以及相應的對策。

圖11：總結

因使用方法不當導致的NTC熱敏電阻故障表現多種多樣，并不僅限于文中介紹的情況。

關于使用注意事項的更多詳細信息，請參見TDK的產品目錄和產品隨附的規格書。

強烈建議使用前仔細通讀所有注意事項，以確保安全、高效使用NTC熱敏電阻。

審核編輯：湯梓紅