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NTC热敏电阻器的功率半导体
来源:本站  更新时间:2011-03-09 12:23:32  查看次数:

     NTC热敏电阻器与基于晶片的制造工艺能够集成非常简单,进入功率半导体时代后: 
传统的基于陶瓷的NTC(负温度系数)热敏电阻是理想的,同时对温度测量符合成本效益的组件。 这些产品已生产多年在含铅版本或作为最常见的环评情况SMT元件的尺寸,如0402,0603,0805等NTC热敏电阻是用在广泛的应用,在汽车和工业电子以及在家用电器,例如冰箱,洗衣机,洗碗机和炊具。
这些NTC热敏电阻器的紧凑型表面贴装版本越来越多地被直接集成到功率半导体器件,如IGBT模块过热保护。 然而,传统的版本产生流程管理一定的困难。 这些措施包括:
·                                 该终端必须设计为焊料或粘接工艺在半导体衬底上垫。
·                                 如果该组件不是在一个完全平坦的位置,增加了热阻可能发生基材和NTC热敏电阻器之间。
·                                 基板和NTC热敏电阻的不同的温度系数可导致破裂。
·                                 在用于半导体的注射成型过程中产生的热应力和机械应力也可能导致热敏电阻压裂。
这些问题可以用复杂的和因而昂贵的处理技术来部分地解决。 然而,断裂形成半导体的操作过程中的风险,不能完全排除。为了解决这些问题,TDK-EPC开发出一种基于晶片的制造工艺EPCOS芯片NTC热敏电阻器(图1)。

图1:晶圆NTC热敏电阻器单片前

为NTC热敏电阻,这是从晶片(图2)制造的电气端子的结构是至关重要的:不同于传统的贴片元件,它们不位于组件的两侧,而且在其上表面和下表面。 这允许经由下部端子直接和非常平接触到半导体衬底。 上部端子通过常规粘合接触。 接触面可选用金或镀银的最佳粘接效果。
在基板上的端子的横向排列显著降低骨折的风险,这也使得焊接不必要的。

图2:片式NTC热敏电阻器

晶圆制程允许窄公差
这些NTC热敏电阻芯片的非常窄的电和热的公差是另一个优点。 这个精度是由一种特殊的工艺技术实现的:在分离的组件中,晶片的总电阻是相对于100℃的额定温度确定 要分离的热敏电阻的大小,然后从这个计算,从而确保各个元件的容差字段是非常狭窄的尺寸。 图3示出了电阻与温度简称为25和60℃的额定温度下的Δ值

图3:电阻和温度耐受性

窄公差和由此产生的高精确度超过满足半导体制造商的需求。 这使得IGBT模块也可以在温度非常接近最大允许值进行操作。
NTC热敏电阻的B值及其公差,它的准确性很重要的。 在一般情况下,在B值指定的R / T曲线的斜率。 B值的较窄的公差,测量的更大的精确度。 这种关系是显而易见的,图4,其中显示了电阻和温度变化的各种B值公差的函数如何。

图4:电阻和温度容差为B值的函数

对测量的精确度的B值的影响示于图5。 它比较外壳尺寸0603与25℃的额定温度的常规贴片NTC热敏电阻器(3%B值公差;在R25 25 5%容差)和片式NTC热敏电阻器的额定温度为100℃(1% B值公差;在R25 100 3.5%的容差)。 显而易见的是,在芯片NTC热敏电阻提供显著窄,从而更好的耐受性。

图5:片式NTC和传统的SMD NTC热敏电阻的比较

在实践中,这意味着,一个IGBT模块配备有贴片NTC热敏电阻必须降低,在120℃的测量温度下的最新的,因为实际温度可能已经达到了125℃下的值是为耗尽层的关键鉴于其公差为±5 K.另一方面,温度可能只有115℃,仍使开关关闭必要的。 它也必须加以考虑,大多数SMD NTC热敏电阻受到高达±3%,由于焊接过程,从而降低了测量精度仍进一步的电阻漂移。
该方案是芯片NTC热敏电阻完全不同:由于只有±1.5 K的120℃的窄公差,没有关机是必要的,直到温度达到123°C。 这个例子清楚地表明,该芯片NTC热敏电阻器允许使用一直到其性能限制IGBT模块,从而得到更好的利用。 目前可用的芯片NTC热敏电阻器可以在温度高达155℃下操作 最高工作温度甚至可​​以延伸至175°C。 与此同时,他们的B值公差可缩小到0.5个百分点。 这也使得片式NTC热敏电阻器理想的最新一代半导体,如那些基于碳化硅(SiC)

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