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负温度系数 (NTC) 热敏电阻是一种电阻值会随着温度的升高而减小的半导体电阻器,并且电阻变化率很大。其应用广泛,主要用途包括电子设备内的温度检测和各类应用中的温度补偿,比如模块化产品。
当我们在使用NTC热敏电阻时,必须确保其使用方式的正确。不正确的使用方式会导致产品无法充分发挥其潜力,在最坏的情况下还可能出现故障。
接下来我们将列举两种因使用方式的错误而导致NTC热敏电阻出现故障的表现:“裂缝”和“基底熔化”,阐述其故障形成的原因并给出相应的对策,希望能有助于您在产品设计上解决此类问题。
TDK热敏电阻|NTC热敏电阻故障表现(一)——“裂缝”
最常见的故障表现是“裂缝”。裂缝可能是由于基板安装时或基板安装后的机械应力导致,原因多为“焊锡过量”和“安装后存在应力”这两种。
原因1——焊锡过量:过大的焊锡收缩力对贴片产生了压力,从而引起裂缝。
在基板上安装NTC热敏电阻时,如果焊锡过量,容易导致裂缝。焊锡量的增加会加大对NTC热敏电阻产生的压力,这是由焊锡产生的收缩压力导致的,从而导致裂缝。但如果焊锡量过少,则会存在接触不良或贴片脱落的危险。因此,使用适当的焊锡量非常重要。
对策:在设计基板的焊盘图案时,设置正确的图案形状及尺寸,以便使用适量的焊锡。比如,TDK针对尺寸为1.6x0.8mm的NTC热敏电阻推荐以下焊盘图案和尺寸。
原因2——安装后存在应力:若安装贴片后基板发生变形,则其安装应力产生的压力可能会导致裂缝。
将NTC热敏电阻焊接到安装基板后,基板因为折板或螺纹止动的影响而变形时,其产生的应力可能会导致裂缝。
特别是在折板附近,往往会对NTC热敏电阻施加较大的应力,这点需要重点关注。
对策:根据NTC热敏电阻的贴片配置和安装在基板上的位置不同,基板挠曲导致的应力也会有很大变动。
如图所示,相比起垂直于折板面配置,平行配置时产生的应力会更小,并且离折板部分越远,所承受的压力也会越小。
像这样,通过设计基板使得NTC热敏电阻的配置有利于应对挠曲应力,能大幅降低裂缝产生的风险。此外,除了折板,基板弯曲、掉落和冲击导致的挠曲应力也可能会产生裂缝。请注意不可对已安装NTC热敏电阻的基板施加外部应力。
TDK热敏电阻|NTC热敏电阻故障表现(二)——基底融化
由于NTC热敏电阻是温度检测元件,为确保温度测量精度,应尽可能抑制自热。若持续施加过大的电气负载,会使得热敏电阻的温度超过基底的熔点,进而导致“基底熔化”。
原因——过电流
如上所述,基底熔化是由于对NTC热敏电阻施加的电气负载较大。
由于NTC热敏电阻的电阻值会随着温度的升高而减少,因此当电流过大时产生的自热会使其电阻值减小。鉴于这一电气特性,当电流远大于允许工作电流时,有可能会导致“热失控”,即自热引起的温升会导致电阻值减小;反过来电阻值减小会使得电流增大,这两种现象可能会反复交替发生。而一旦元件的内部温度超过陶瓷基底的熔点时,则会引发基底熔化。
对策:为了避免施加的电流超过允许工作电流,须正确选择元件和电路设计。比如,TDK的尺寸为1.0x0.5mm的NTC热敏电阻,允许工作电流约为0.03mA~0.21mA。(注意:在实际使用中,允许工作电流会受到焊盘图案、焊锡量和基板材质等因素的影响。)
此外,使用固定电阻的分压电路能有效解决过电流的问题。
因使用方法不当导致的NTC热敏电阻故障表现多种多样,并不仅限于文中介绍的情况。当您在使用TDK的产品时,建议仔细通读所有产品目录和产品随附的规格书,以确保安全、高效使用NTC热敏电阻。
该内容来源于TDK中国。