Технологии герметизации терморезисторов NTC постоянно совершенствуются с постоянной целью повышения герметичности, термостойкости и долгосрочной надежности. Ранние датчики температуры в основном использовали компоненты с эпоксидной заливкой. Хотя такие решения отличаются низкой стоимостью и простыми процессами, они имеют два присущих недостатка в условиях широкого диапазона температур и длительного срока службы систем новых энергетических систем.

Во-первых, плохое согласование теплового расширения: Эпоксидная смола имеет значительное несоответствие коэффициента теплового расширения с керамическими чипами и металлическими выводами. При длительном термическом циклировании склонны возникать трещины в чипе и отслоение серебряных электродов, вызывая постоянное повышение сопротивления до полного отказа.

Во-вторых, слабая герметичность: Сам эпоксидный материал не обладает достаточной плотностью, что позволяет влаге легко проникать в компоненты. Под действием постоянного напряжения это вызывает миграцию ионов серебра, что приводит к аномальному падению сопротивления и отказу изоляции. Эти два фатальных недостатка не могут соответствовать требованиям долгосрочной надежности в 8–10 лет.

Для решения основных проблем эпоксидной заливки отрасль постепенно перешла к решениям на основе стеклянной герметизации. Неорганическое стекло обеспечивает лучшее согласование коэффициентов теплового расширения с керамическими чипами и выводами Dumet, создавая низкое внутреннее межфазное напряжение после высокотемпературной герметизации и снижая растрескивание, вызванное изменением температуры. Между тем, стекло обладает отличной герметичностью, эффективно блокируя влагу, масляные загрязнения и коррозионные газы. Его верхний предел термостойкости и антивозрастные свойства улучшены на порядки по сравнению с эпоксидной заливкой, решая две хронические проблемы эпоксидных решений у корня упаковки.

Компоненты со стеклянной герметизацией имеют две основные структуры. Первая — это осевая конструкция с выводами, два вывода которых расходятся в противоположных направлениях от обоих концов стекла. При сборке один вывод должен быть согнут на 180°, что не только легко вызывает механические повреждения в месте соединения стеклянной оболочки и выводов, но и препятствует плотному прилеганию чипа к корпусу датчика, значительно снижая скорость температурного отклика.

Вторая структура — это радиальная конструкция с односторонним выводом (также известная как конструкция с односторонней стеклянной герметизацией). Выводы не требуют изгиба; при одинаковых спецификациях чип может быть расположен непосредственно на переднем конце корпуса датчика, обеспечивая кратчайший путь теплопередачи и самую быструю скорость отклика. Кроме того, аккуратно расположенные параллельные выводы совместимы с автоматизированными линиями сварки, что делает эту структуру постепенно основным компонентом датчиков температуры новых энергетических систем.

Тем не менее, этот радиальный односторонний стеклянный терморезистор, который решает проблемы эпоксидной заливки, по-прежнему несет неизбежные присущие структурные слабости. Два вывода расходятся параллельно с одной стороны стеклянного хвостовика, с расстоянием, равным только толщине чипа терморезистора. Для сборки датчиков температуры выводы должны быть принудительно растянуты для увеличения зазора — это основная причина образования микротрещин в месте соединения стекла и вывода. Независимо от того, используют ли стеклянные изделия осевые или радиальные выводы, как только стеклянная оболочка трескается, может произойти проникновение влаги. Под действием электрического поля может произойти миграция ионов металла, вызывающая постепенное снижение сопротивления до полного отказа.

Для решения этой проблемы были разработаны два зрелых маршрута улучшения на внутреннем рынке для поддержки крупномасштабного промышленного применения. Однако, по сути, оба подхода работают на основе предпосылки, что «стекло треснет, а затем последуют меры по устранению», и не могут устранить риски отказа у источника.

Большинство датчиков температуры NTC, используемых в новых энергетических транспортных средствах и оборудовании для хранения энергии в Китае, используют обычные радиальные односторонние стеклянные терморезисторы NTC в качестве основных компонентов. Отрасль обычно повышает надежность готовой продукции с помощью периферийных мер, включая оптимизированные процессы вторичной упаковки, многослойное заливание смолой и установку металлического корпуса.

Этот подход может замедлить проникновение влаги и смягчить внешние вибрации, чтобы удовлетворить рабочие требования в обычных условиях работы, однако он полностью относится к «периферийной оптимизации в стиле патча» с тремя непреодолимыми ограничениями: ◾ Внутренние микротрещины, образующиеся при сборке, не могут быть устранены; дефекты образуются до упаковки. ◾ Органические заливные материалы постоянно стареют при длительном воздействии высоких температур, при этом проницаемость для влаги увеличивается год за годом, что делает их неспособными обеспечить 8–10 лет долгосрочной защиты. ◾ Внутренняя структура с концентрацией напряжений на уплотнительном интерфейсе между выводами и стеклом, а также в местах соединения стекла и выводов остается неизменной, как и физическое свойство, позволяющее легко проникать молекулам воды. Такие меры могут только отсрочить время отказа, а не искоренить риски.

Для решения двух проблем «растрескивания при растяжении узких выводов и последующей миграции ионов» отрасль разработала улучшенное решение «снижение структурной нагрузки + резервный материал»: перекрестное соединение заменяет параллельное соединение для предварительного расширения расстояния между выводами перед поставкой и снижения силы натяжения при сборке. Также используются золотые электроды и позолоченные выводы для подавления миграции ионов серебра, даже если происходит растрескивание стекла.

Хотя эта схема снижает вероятность образования трещин при сборке, она по-прежнему следует логике пассивной коррекции с явными недостатками: ◾ Она лишь снижает вероятность образования трещин, но не останавливает распространение трещин и отказ паяных соединений. Более широкое расстояние лишь уменьшает напряжение при сборке; термический удар при сварке и длительная вибрация и температурные циклы по-прежнему могут вызывать микротрещины. Стекло по своей природе твердое и хрупкое, без вязкости. Начальные трещины продолжают расширяться под действием циклического напряжения, распространяются на уплотненные соединения выводов и вызывают разделение интерфейса, плохой контакт, флуктуации сигналов измерения температуры и, в конечном итоге, отказ продукта. ◾ Он предотвращает миграцию ионов, но не может блокировать эрозию чипов влагой. Золотые электроды и позолоченные выводы не обеспечивают герметичности. Как только трещины проникают в оболочку, постоянное проникновение влаги со временем вызывает коррозию керамического чипа терморезистора и приводит к постепенному дрейфу сопротивления — скрытому дефекту, который трудно выявить перед поставкой и который постепенно ухудшается во время эксплуатации. ◾ Процессы с использованием драгоценных металлов значительно увеличивают затраты. Сырье из золота плюс несколько специальных процедур, включая гальваническое покрытие, очистку и проверку, значительно повышают себестоимость производства единицы продукции, создавая значительное ценовое давление для крупномасштабного соответствия в автомобильных сценариях и сценариях хранения энергии.

Решения, включая усиление периферийной упаковки, конструкцию с широким расстоянием между выводами, золотые элект