95%工程师都想了解的NTC贴片热敏电阻结构分析

NTC是Negative Temperature Coefficient 的缩写，NTC热敏电阻就是指具有负温度系数的热敏电阻，它的阻值会随着温度的升高而降低。阻值随温度变化曲线如下图：

NTC热敏电阻是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成，被广泛应用于温度检测，温度补偿等电路中。为了实现对某一特定目标的温度检测和监控， NTC热敏电阻的封装结构非常丰富，其中贴片型NTC热敏电阻以它的小体积、无引脚、反应速度快、满足SMT生产工艺等特点，在电子电路设计中经常被工程师选用。

随着晶体管技术的不断发展，自1960年NTC热敏电阻被发明以来，贴片型NTC热敏电阻产品在结构、性能和成本上也经历了不断地发展和改善，本文主要介绍贴片型NTC热敏电阻的几种不同结构和它们的性能比较，完善你对热敏电阻选型的认知。

目前市场上贴片类NTC热敏电阻主流的结构有三种，如按出现的时间排列，也可以表述为三代产品。

第一代产品称为块状陶瓷NTC热敏电阻，结构如下图：

第一代产品为块状陶瓷结构，采用古老的陶瓷制造工艺先制成砖块大小的NTC陶瓷，然后再采用精密线切割工艺把陶瓷砖块切割成所需要的封装尺寸。 第一代产品比较适合用于制造带引脚和有组装结构的NTC产品，不太适合用于做贴片类NTC产品， 原因主要有如下几点：

1、产品比较厚，温度反应时间比较长。

2、焊接的热冲击对它的阻值和B值影响较大，会造成阻值漂移，进而影响温度测量精度。

3、对贴片NTC，阻值修正工艺无法进行，精度完全依靠切割工艺保证， 1%高精度的NTC产品良率低，成本高。

4、产品的机械应力较差，电路板弯曲时，容易造成产品的失效。

5、当热崩溃发生时，NTC不能安全的断开，过热的NTC有可能会对电路板及周边器件造成损害。

6、对于贴片NTC，封装尺寸基本被限定，又不能进行调阻，所以能提供的阻值不够灵活。

7. 正常情况下，通过电流能力和抗静电能力比较强。

目前采用这种工艺的制造商有EPCOS, Semitech, Mistsubishi, Vishay 等厂家。

第二代产品称为多层陶瓷积层型NTC热敏电阻，结构如下图：

第二代产品结构基于MLCC的制造工艺，这种产品为多层陶瓷结构，有内电极，与MLCC的结构非常类似，也是采用先制备陶瓷薄片，然后将它们堆叠起来压制成板胚再进行烧结，最后将烧结好的NTC陶瓷板进行精密切割。这种产品的特点如下：

1、产品也较厚，温度反应时间较长。

2、受焊接的热冲击影响也十分明显。

3、通常靠调整内电极来调整阻值和精度。

4、同样热崩溃时，过热的NTC有可能造成电路板和周边器件的损害。

5、同MLCC类似，机械应力差，热冲击和电路板弯曲很可能造成产品裂开并失效。

目前采用这种工艺的制造商主要有MURATA，TDK。

第三代产品陶瓷厚膜型NTC热敏电阻，结构如下图：

第三代NTC热敏电阻产品在结构和制造工艺上做了大幅改变，这种产品为厚膜结构，它采用了成熟的厚膜制造工艺，在陶瓷基板上印刷一层较厚（30uM）的NTC陶瓷材料，再配以特殊的电极结构，然后进行烧结而成。这种产品的特点如下：

1、产品整体厚度只有第一代、第二代产品的一半，对温度的反应时间极快。

2、由于是厚膜结构，焊接造成的热冲击十分小，适合用于对稳定性和可靠性要求高的应用。

3、可以进行阻值修正，全温度范围温度检测精度可以做到±0.1℃。

4、产品的阻值和B值调整受尺寸影响小，比较灵活。

5、特殊的端部电极结构，可以很好的释放热冲击和电路板弯曲造成的机械应力，弯曲测试对产品的性能影响很小。

6、安全工作模式，当热崩溃发生时，会安全断开，产品不会有过热情况发生。

7、产品在双85、高温、低温以及热冲击等恶劣环境的可靠性测试下，表现出非常好的稳定性和可靠性。

8、厚膜NTC产品的性价比很高，很可能成为未来主流的NTC贴片热敏电阻产品。

目前采用这种工艺的制造商主要有Tateyama，KOA，开步电子（Resistor Today）。

值得一提的是，开步电子自主研发的TCTR系列热敏电阻是在陶瓷膜的结构基础上，采用了第三代贴片NTC工艺技术，它的热反应时间最小可以做到1s，比同样尺寸的其他类型产品快一倍。如下图所示：

其他类型产品热反应时间

TCTR系列热反应时间

另外， 由于特殊的端部电极结构，开步电子的TCTR系列产品对PCB板弯曲应力的抵抗能力很强，与其它类型相比，弯曲测试后，阻值不会受到很大的影响。

开步电子TCTR产品是通过了AEC-Q200测试的汽车级产品，可以支持PPAP认证文件，由于它优异的可靠性稳定性以及超高的性价比，TCTR系列NTC热敏电阻正在被广泛应用于消费电子，汽车电子，工业控制，测试设备，医疗电子等对产品的可靠性稳定性有较高要求的行业中。

纵观现代电子产品的设计，电子产品的功率密度越来越高，对电路所处的环境以及核心零部件的温度检测就显得越来越重要，如电源模块中功率器件温度的监控和补偿，动力电池包中电池单元的温度监控，LED车灯中LED灯珠的温度补偿等应用，温度的快速而准确的反馈会使得产品更加安全、可靠、耐用，这些应用中NTC热敏电阻正确的选择就非常关键。