NTCサーミスタのパッケージング技術は、シール性能、耐熱性、長期信頼性の向上という一貫した目標で継続的に改良されてきました。初期の温度センサーのほとんどはエポキシパッケージのコンポーネントを採用していました。このようなソリューションは低コストで簡単なプロセスを特徴としていますが、新エネルギーシステムの広範な温度範囲と長寿命の動作条件下では、2つの固有の欠陥を示します。

第一に、熱膨張の不整合が悪い：エポキシ樹脂は、セラミックチップと金属リードとの熱膨張係数の不整合が大きいです。長期間の熱サイクル下では、チップのひび割れや銀電極の剥離が発生しやすく、抵抗が継続的に上昇して最終的に完全な故障に至ります。

第二に、弱い気密保護：エポキシ材料自体は十分な緻密化を欠いており、湿気がコンポーネントに容易に浸入します。DCバイアス下では、銀イオンの移動を引き起こし、異常な抵抗低下と絶縁故障につながります。これらの2つの致命的な欠陥は、8〜10年の長期信頼性の要件を満たすことができません。

エポキシパッケージのコアペインポイントに対処するために、業界は徐々にガラスパッケージソリューションに移行しました。無機ガラスは、セラミックチップとデュメットリードとの熱膨張係数の整合性が高く、高温シール後の内部界面応力が低く、温度変化によるひび割れを軽減します。同時に、ガラスは優れた気密性を持ち、湿気、油汚染物質、腐食性ガスを効果的にブロックします。その上限温度耐性と耐老化性は、エポキシパッケージと比較して桁違いに向上しており、パッケージの根源からエポキシソリューションの2つの慢性的な欠点を解決しています。

ガラスパッケージコンポーネントは、2つの主流構造に分類されます。最初のものはアキシャルリード構造で、2つのリードがガラスの両端から逆方向に伸びています。組み立て時に、一方のリードを180度曲げる必要があります。これは、ガラス封止とリード線の間の接合部に機械的な損傷を容易に引き起こすだけでなく、チップがセンサーハウジングに密接にフィットするのを妨げ、温度応答速度を大幅に低下させます。

第二の構造は、ラジアルシングルエンドリード設計（シングルエンドガラス封止構造とも呼ばれる）です。リードは曲げる必要がありません。同一仕様の下では、チップをセンサーハウジングの前面に直接配置でき、最短の熱伝導経路と最速の応答速度を提供します。さらに、きちんと配置された平行リードは自動溶接生産ラインと互換性があり、この構造は新エネルギー温度センサーの主流コアコンポーネントになりつつあります。

それにもかかわらず、このラジアルシングルエンドガラス封止サーミスタは、エポキシパッケージのペインポイントを解決しますが、避けられない固有の構造的弱点を依然として抱えています。2つのリード線がガラスの尾部の同じ側から平行に伸びており、間隔はサーミスタチップの厚さに等しいだけです。温度センサーの組み立てのために、リード線を強制的に引き伸ばして間隔を広げる必要があります。これが、ガラスリード接合部に微細な亀裂を形成する主な原因です。ガラスパッケージ製品がアキシャルリードまたはラジアルリードのいずれを採用していても、ガラス封止が破損すると、湿気が浸入する可能性があります。電界の影響下で、金属イオンの移動が発生し、抵抗が徐々に低下して最終的に完全な故障に至ります。

このペインポイントをターゲットに、国内では大規模な工業生産をサポートするための2つの成熟した改善ルートが開発されています。しかし、根本的には、どちらのアプローチも「ガラスが割れた後に是正措置を講じる」という前提で動作しており、発生源での故障リスクを排除することはできません。

中国の新エネルギー車やエネルギー貯蔵機器に展開されているNTC温度センサーのほとんどは、従来のラジアルシングルエンドガラス封止NTCサーミスタをコアコンポーネントとして採用しています。業界は一般的に、最適化された二次パッケージングプロセス、多層樹脂ポッティング、金属ハウジングの取り付けを含む周辺対策を通じて、完成品の信頼性を向上させています。

このアプローチは、湿気の浸入を遅らせ、外部振動を緩衝して、従来の作業条件下での動作要件を満たすことができます。しかし、それは完全に「パッチスタイルの周辺最適化」であり、3つの克服できない制限があります。 ◾組み立て中に発生する内部微細亀裂は排除できず、パッケージング前に欠陥が形成されます。 ◾有機ポッティング材料は、長期間の高温度下で継続的に老化し、年々透湿性が上昇するため、8〜10年間の長期間保護を提供できません。 ◾リードとガラスの間のシーリングインターフェース、およびガラスリード接合部での応力集中を特徴とする固有の構造は、水分子が浸入しやすい物理的特性とともに変化しません。これらの対策は、故障時間を遅らせることはできますが、リスクを根絶することはできません。

「狭い間隔のリードの引き伸ばしによる亀裂とそれに続くイオン移動」という2つのペインポイントに対処するために、業界は「構造的負荷軽減+材料バックアップ」という改善ソリューションを開発しました。クロスボンディングはパラレルボンディングに取って代わり、納品前にリード間隔を広げ、組み立て時の引張力を低減します。金電極と金メッキリードも採用されており、ガラスのひび割れが発生した場合でも銀イオンの移動を抑制します。

このスキームは組み立て時の亀裂発生確率を低減しますが、依然として受動的な是正の論理に従っており、明確な根本的な欠陥があります。 ◾亀裂の伝播と接合部の故障を阻止するのではなく、亀裂発生確率を低減するだけです。間隔が広いほど組み立て時の引張応力は軽減されますが、溶接熱衝撃と長期間の振動・温度サイクルは依然として微細亀裂を引き起こす可能性があります。ガラスは本質的に硬く脆く、靭性がありません。初期の亀裂はサイクル応力下で拡大し続け、シールされたリード接合部に広がり、界面の剥離、接触不良、温度測定信号の変動、最終的には製品の故障を引き起こします。 ◾イオン移動は防げますが、チップの湿気による腐食は防げません。金電極と金メッキリードは気密性を提供しません。亀裂が封止層を貫通すると、継続的な湿気の浸入がサーミスタセラミックチップを時間とともに腐食させ、抵抗の段階的なドリフトを引き起こします。これは、納品前にスクリーニングが困難で、サービス中に徐々に悪化する潜在的な故障です。 ◾貴金属プロセスはコストを大幅に増加させます。生の金材料と、電気めっき、洗浄、検査を含む複数の特殊な手順により、単価の製造コストが大幅に上昇し、車両およびエネルギー貯蔵シナリオでの大規模なマッチングに顕著なコスト圧力を生み出します。

周辺パッケージ強化、金電極と金メッキリードを備えた広間隔設計などのソリューションは、すべて受動的な是正最適化です。これらは構造レベルでの応力集中を排除できず、ガラスのひび割れという根本的な問題を解決できません。8〜10年の耐用年数で設計された新エネルギー機器の場合、長期運用中の信頼性マージンに関して、主要な隠れたリスクが残っています。

世界のハイエンド自動車および産業用エネルギー貯蔵温度測定分野では、セラミックベースを備えたガラス封止NTCサーミスタが高信頼性のコアコンポーネントとして認識されており、ガラス封止コンポーネントのガラスリード接合部でのひび割れを軽減するための根本的な構造ソリューションを表しています。

この構造は、サーミスタチップを封止するラジアルガラス封止コンポーネントのガラスリード接合部にセラミックベースを組み込んでいます。高温では、ガラス相がセラミック基板を濡らし、界面元素の相互拡散を誘発して、化学結合を持つ緻密な遷移層を形成します。これにより、元の線状の応力負担と線状シールが、環状の表面応力負担と表面シールにアップグレードされ、発生源から応力を分散し、気密シールパスを延長します。センサーの製造および溶接中に発生する熱衝撃や機械的引張応力を軽減し、発生源でのサーミスタの微細亀裂を低減します。さらに、長期間の機器の振動や温度サイクルに耐え、気密性能を大幅に向上させ、湿気の浸入の難しさを大幅に増加させます。このようなサーミスタを組み立てたNTC温度センサーは、通常のガラス封止コンポーネントと比較して、桁違いに向上した信頼性と耐用年数を達成します。

しかし、この構造の大量生産には高い技術的敷居が伴います。ガラスとセラミック間の熱膨張係数の精密な整合、高温統合シールプロセスの制御、大量生産の一貫性保証などのコアチャレンジは、国内企業にとって長らく未解決のままでした。

国内メーカーがセラミックベースを備えたガラス封止サーミスタを独自に大量生産できない期間中、長寿命機器の需要を満たすために、国内では2つの代替ソリューションが登場しました。最初のものは、外部の多層樹脂封止、ポッティング、および金属ハウジングシーリングを使用して、温度センサーを周辺強化することに依存しています。2番目のものは、クロスボンディングされた広間隔リードと金電極および金メッキリードを特徴とする構造および材料の改善を採用しています。一部のシナリオでは、周辺パッケージ強化が同時に適用されます。どちらのソリューションも、中長期寿命機器の使用要件をある程度満たすことができますが、従来のシングルエンドガラス封止コンポーネントのガラスリード接合部での応力集中という本質的な構造的問題を解決するものではありません。do