負溫度系數(shù)熱敏電阻科普文

新的愛普科斯負溫度系數(shù)熱敏電阻是由TDK-EPC以基于晶片的制造工藝開發(fā)的，可以非常簡單地整合入功率半導體元件。允許執(zhí)行可靠的溫度監(jiān)控功能，保護昂貴的電子設備免于故障或損壞。傳統(tǒng)的陶瓷NTC(負溫度系數(shù))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。愛普科斯已經制造這些產品多年，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。負溫度系數(shù)熱敏電阻用途廣泛，用于汽車和工業(yè)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。這些負溫度系數(shù)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(tǒng)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于焊接或連線。

如果元件不能完全平置，基片與負溫度系數(shù)熱敏電阻之間的熱阻會增加。

基片和負溫度系數(shù)熱敏電阻不同的溫度系數(shù)可能導致破碎。

產生于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。

使用復雜的、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為愛普科斯芯片負溫度系數(shù)熱敏電阻(圖1)開發(fā)了基于晶片的制作工藝。

圖1：分離前負溫度系數(shù)熱敏電阻晶片

完整的負溫度系數(shù)晶片載體。接觸面在芯片的上下而不是在兩端，表面安裝元件通常是這樣。

對于由晶片(圖2)制造的負溫度系數(shù)熱敏電阻而言，電端子配置十分重要：與傳統(tǒng)的安裝元件不同，它們位于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，同樣也使焊接多余。圖2：負溫度系數(shù)熱敏電阻芯片

端子在上元件在下的布局極大地減少了破碎的風險。

晶片制程允許較小的容差負溫度系數(shù)芯片熱敏電阻的另一個優(yōu)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(guī)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

愛普科斯負溫度系數(shù)芯片熱敏電阻的電阻(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。負溫度系數(shù)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。這種關系在圖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(shù)變化的。

圖4：電阻和溫度容差作為B值的函數(shù)

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(tǒng)表貼負溫度系數(shù)熱敏電阻與100 °C(1%的B值容差;R25100時3.5%的容差)額定溫度的負溫度系數(shù)熱敏電阻芯片進行對比。顯然，芯片負溫度系數(shù)熱敏電阻提供了顯著狹小從而更好的容差。

圖5：芯片式負溫度系數(shù)熱敏電阻和傳統(tǒng)的表貼負溫度系數(shù)熱敏電阻的對比

120 °C左右的溫度對半導體非常重要，芯片式負溫度系數(shù)熱敏電阻在這里有±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系數(shù)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于焊接流程的原因，大多數(shù)表貼負溫度系數(shù)熱面電阻有達±3%電阻漂移，進一步減少了測量精度。對于芯片負溫度系數(shù)熱敏電阻情況是完全不同的：由于在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。本例清晰地表明芯片負溫度系數(shù)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(xiàn)有的芯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%。這也使芯片負溫度系數(shù)熱敏電阻完美地適用于例如基于碳化硅(SiC)的新一代的半導體。