NTC热敏电阻需要经历哪些挑战以及如何预判故障率和平均故障时间

随着全球对电信连接和系统需求的持续增长，人们对其整体性能的要求也在不断提高，包括网络速度、带宽、存储容量和可靠性等。

系统可靠性取决于组成该系统的模块和元件的可靠性，因此它们是系统开发中需要考虑的一个重要设计因素。

镀金 NTC 热敏电阻作为一种特殊电子元件，广泛应用于各种通信和光电模块中的温度传感领域，其典型物理形式是一种长度介于 0.35 至 1 mm之间，宽度和厚度介于 0.20 至 0.75 mm之间的芯片。它的可靠性需要被定义和量化，以确保系统的可靠性。

镀金 NTC 热敏电阻由具有半导体性质的陶瓷材料制成，并在背面喷涂了用于导电的金属粉，使电流能够通过芯片传导。通常，它可用于电传导的电荷载体数目会随着温度升高而增加，因此电阻会随着温度升高而减小。

@设计工程师，看似简单的NTC热敏电阻，真的那么简单吗？它的可靠性和寿命究竟如何设计才能满足具体的应用需求？

举个栗子：拿TE Connectivity （以下简称 “TE”） 的片状、无引线、镀金NTC热敏电阻的可靠性数据和寿命建模来说说。该产品通常用于基于一般TELCORDIA SR-332 原理的电信和光电应用场合。

首先了解一个概念：R/T 特性，即将NTC热敏电阻用作温度传感器基于电阻和温度之间的定义关系。NTC 热敏电阻器的基本可靠性考虑因素是R/T特性必须符合定义的公差极限。NTC 热敏电阻很少发生灾难性的故障。它们表现出电阻的变化或漂移，而不是发生开路或短路行为故障。

如何预判故障率和平均故障时间？

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■ 元件的故障率（λhours）、平均故障时间（MTTF）、强加速应力测试 （HAST） 都是用来计算预测正常操作条件下的故障率。

■ 对于 NTC 热敏电阻元件，相关的故障模式是相对于定义的限值，在参考温度下电阻的变化。这种故障模式是由于陶瓷材料中微观裂纹的扩展、金属化材料与陶瓷材料之间界面的变化等多种故障机制造成的。影响故障模式发展的主要应力是元件暴露温度，因此温度应力测试也必须被考虑。

■ 当观察到故障模式，其进展的速率可以用阿伦尼乌斯公式 （Arrhenius Rate Equation） 进行数学建模。

■ 在大多数实际应用中，在大约 -40℃ 至 +200℃ 的温度范围内，NTC 热敏电阻元件的活化能（Ea值，以电子伏特为单位）近似不变，因此故障模式的相对进展率取决于温度。这时也需要使用加速度因子建立高温工作寿命 （HTOL） 模型。

以上这些原理，都被TE运用评估，以获得用于生产镀金 NTC 热敏电阻元件的各种电陶瓷材料系统的故障率和平均故障时间 （MTTF） 值。

通过多轮实验得出的数据，让我们为客户在预期运行寿命超过20年的系统中推荐使用TE镀金 NTC 热敏电阻产品提供了信心。

随着镀金 NTC 热敏电阻应用范围的不断扩大，设计工程师需要根据实际配置进行可靠性评估，TE可以提供技术支持，帮助工程师在依赖精确和可靠温度测量的系统中，优化片状镀金 NTC 传感器的性能。

编辑：jq