Las tecnologías de embalaje para termistores NTC se han iterado continuamente con el objetivo constante de mejorar el rendimiento del sellado, la resistencia a la temperatura y la confiabilidad a largo plazo. Los primeros sensores de temperatura adoptaron en su mayoría componentes empaquetados con epoxi. Si bien estas soluciones presentan procesos simples y de bajo costo, presentan dos defectos inherentes en las condiciones operativas de amplio rango de temperaturas y larga vida útil de los nuevos sistemas de energía.

En primer lugar, una mala coincidencia de expansión térmica: la resina epoxi tiene una discrepancia significativa en el coeficiente de expansión térmica con las virutas de cerámica y los conductores metálicos. Bajo ciclos térmicos prolongados, tienden a ocurrir grietas en las virutas y delaminación del electrodo de plata, lo que hace que la resistencia aumente continuamente hasta que falla por completo.

En segundo lugar, una protección hermética débil: el material epoxi en sí carece de densificación suficiente, lo que permite que la humedad penetre fácilmente en los componentes. Bajo polarización de CC, esto desencadena la migración de iones de plata, lo que provoca una caída anormal de la resistencia y una falla del aislamiento. Estos dos defectos fatales no pueden cumplir con el requisito de confiabilidad a largo plazo de 8 a 10 años.

Para abordar los principales problemas de los envases de epoxi, la industria ha ido cambiando gradualmente hacia soluciones de envases de vidrio. El vidrio inorgánico ofrece una mejor coincidencia de los coeficientes de expansión térmica con los chips cerámicos y los conductores Dumet, generando una tensión interfacial interna baja después del sellado a alta temperatura y mitigando el agrietamiento inducido por la variación de temperatura. Mientras tanto, el vidrio cuenta con una excelente estanqueidad, que bloquea eficazmente la humedad, los contaminantes del aceite y los gases corrosivos. Su límite superior de resistencia a la temperatura y su capacidad antienvejecimiento mejoran en órdenes de magnitud en comparación con los envases epoxi, resolviendo los dos inconvenientes crónicos de las soluciones epoxi desde la raíz del envase.

Los componentes envasados ​​en vidrio se dividen en dos estructuras principales. La primera es la estructura de cables axiales, con dos cables que se extienden en sentido inverso desde ambos extremos del vidrio. Durante el montaje, un cable debe doblarse 180°, lo que no sólo causa fácilmente daños mecánicos en la unión entre la encapsulación de vidrio y los cables, sino que también evita que el chip se ajuste perfectamente a la carcasa del sensor, lo que reduce en gran medida la velocidad de respuesta de la temperatura.

La segunda estructura es el diseño de cable radial de un solo extremo (también conocido como estructura sellada con vidrio de un solo extremo). Los cables no requieren doblarse; Con especificaciones idénticas, el chip se puede colocar directamente en el extremo frontal de la carcasa del sensor, brindando la ruta de conducción de calor más corta y la velocidad de respuesta más rápida. Además, los cables paralelos cuidadosamente dispuestos son compatibles con las líneas de producción de soldadura automatizadas, lo que hace que esta estructura se convierta gradualmente en el componente central principal de los sensores de temperatura de nueva energía.

Sin embargo, este termistor radial sellado con vidrio de un solo extremo, que resuelve los problemas de los envases de epoxi, aún presenta debilidades estructurales inherentes e inevitables. Dos cables se extienden en paralelo desde el mismo lado de la cola de vidrio, con una separación equivalente únicamente al grosor del chip del termistor. Para el montaje de sensores de temperatura, los cables deben estirarse con fuerza para ampliar la separación; este es el principal incentivo para que se formen microfisuras en la unión vidrio-plomo. Ya sea que los productos envasados ​​en vidrio adopten conductores axiales o radiales, una vez que se rompe la encapsulación de vidrio, puede ingresar humedad. Bajo el efecto de un campo eléctrico, puede producirse una migración de iones metálicos, lo que hace que la resistencia disminuya progresivamente hasta que falle por completo.

Para abordar este problema, se han desarrollado a nivel nacional dos rutas de mejora maduras para respaldar la aplicación industrial a gran escala. Sin embargo, fundamentalmente ambos enfoques operan bajo la premisa de que "el vidrio se agrietará, seguido de medidas correctivas", y no pueden eliminar los riesgos de falla en su origen.

La mayoría de los sensores de temperatura NTC implementados en vehículos de nueva energía y equipos de almacenamiento de energía en China adoptan termistores NTC convencionales radiales de un solo extremo sellados con vidrio como componentes principales. La industria generalmente mejora la confiabilidad del producto terminado a través de medidas periféricas que incluyen procesos de empaque secundario optimizados, encapsulado de resina multicapa e instalación de carcasas metálicas.

Este enfoque puede retardar la entrada de humedad y amortiguar la vibración externa para satisfacer los requisitos operativos en condiciones de trabajo convencionales, pero pertenece enteramente a la "optimización periférica estilo parche" con tres limitaciones insuperables:◾ Las microfisuras internas generadas durante el montaje no se pueden eliminar; Los defectos se forman antes del embalaje.◾ Los materiales orgánicos para macetas envejecen continuamente bajo altas temperaturas a largo plazo, y la permeabilidad a la humedad aumenta año tras año, lo que los hace incapaces de brindar de 8 a 10 años de protección duradera.◾ La estructura intrínseca que caracteriza la concentración de tensiones en la interfaz de sellado entre los cables y el vidrio, y en las uniones vidrio-plomo, permanece sin cambios, al igual que la propiedad física que permite una fácil penetración de las moléculas de agua. Tales medidas sólo pueden retrasar el tiempo de falla en lugar de erradicar los riesgos.

Para abordar los dos puntos débiles de "agrietarse al estirar cables con espacios estrechos y la posterior migración de iones", la industria ha desarrollado una solución mejorada de "reducción de carga estructural + respaldo de material": la unión cruzada reemplaza la unión paralela para ensanchar previamente el espaciado de los cables antes de la entrega y reducir la fuerza de tracción durante el ensamblaje. También se adoptan electrodos de oro y cables chapados en oro para suprimir la migración de iones de plata incluso si se produce una rotura del vidrio.

Aunque este esquema reduce la probabilidad de formación de grietas durante el montaje, sigue la lógica de la remediación pasiva con claras deficiencias subyacentes:◾ Simplemente reduce la probabilidad de grietas en lugar de detener la propagación de grietas y fallas en las uniones soldadas. Un espaciamiento más amplio sólo reduce la tensión de tracción del ensamblaje; El choque térmico de la soldadura y los ciclos de temperatura y vibración a largo plazo aún pueden iniciar microfisuras. El vidrio es inherentemente duro y quebradizo sin dureza. Las grietas iniciales siguen expandiéndose bajo tensión cíclica, se extienden a las uniones de cables selladas y provocan la separación de la interfaz, un contacto deficiente, señales de medición de temperatura fluctuantes y, finalmente, fallas del producto.◾ Previene la migración de iones pero no puede bloquear la erosión por humedad de las virutas. Los electrodos de oro y los cables chapados en oro no ofrecen capacidad hermética. Una vez que las grietas penetran la encapsulación, la intrusión continua de humedad corroe el chip cerámico del termistor con el tiempo y desencadena una deriva gradual de la resistencia, una falla latente difícil de detectar antes de la entrega y que se deteriora progresivamente durante el servicio.◾ Los procesos de metales preciosos aumentan sustancialmente los costos. Las materias primas de oro, además de múltiples procedimientos especiales que incluyen galvanoplastia, limpieza e inspección, aumentan significativamente los costos unitarios de fabricación, creando una importante presión de costos para la comparación a gran escala en escenarios de almacenamiento de energía y vehículos.

Las soluciones que incluyen refuerzo de empaquetamiento periférico, diseño de amplio espacio con electrodos de oro y cables chapados en oro son todas optimizaciones de recuperación pasiva. No logran eliminar la concentración de tensiones a nivel estructural y no pueden resolver fundamentalmente el problema central del agrietamiento del vidrio. Para los nuevos equipos de energía diseñados con una vida útil de 8 a 10 años, persisten importantes riesgos ocultos con respecto al margen de confiabilidad durante el funcionamiento a largo plazo.

En los sectores globales de medición de temperatura de almacenamiento de energía industrial y automotriz de alta gama, los termistores NTC sellados con vidrio con bases cerámicas son reconocidos como componentes centrales de alta confiabilidad y representan una solución estructural fundamental para mitigar el agrietamiento en la unión vidrio-plomo de los componentes sellados con vidrio.

Esta estructura incorpora una base cerámica en la unión vidrio-plomo de componentes radiales sellados con vidrio que encapsulan chips de termistor. A altas temperaturas, la fase de vidrio humedece el sustrato cerámico e induce la interdifusión elemental interfacial para formar una capa de transición densa con enlaces químicos. Esto actualiza el soporte de fuerza de tipo lineal y el sellado de línea originales a un soporte de fuerza de superficie anular y el sellado de superficie, dispersando la tensión de la fuente y extendiendo la ruta de sellado hermético. Puede mitigar el choque térmico y la tensión de tracción mecánica generada durante la fabricación y soldadura del sensor para reducir las microfisuras del termistor en la fuente; Además, resiste la vibración del equipo a largo plazo y los ciclos de temperatura, lo que aumenta en gran medida el rendimiento hermético y aumenta significativamente la dificultad de penetración de la humedad. Los sensores de temperatura NTC ensamblados con dichos termistores logran una confiabilidad y una vida útil mejoradas en órdenes de magnitud en comparación con los componentes ordinarios sellados con vidrio.