Le tecnologie di incapsulamento per termistori NTC sono state continuamente iterate con l'obiettivo costante di migliorare le prestazioni di tenuta, la resistenza alla temperatura e l'affidabilità a lungo termine. I primi sensori di temperatura adottavano per lo più componenti incapsulati in epossidica. Sebbene tali soluzioni presentino costi bassi e processi semplici, mostrano due difetti intrinseci nelle condizioni operative di ampio intervallo di temperatura e lunga durata dei sistemi a nuova energia.

Primo, scarsa corrispondenza di espansione termica: La resina epossidica presenta una significativa discrepanza nel coefficiente di espansione termica con i chip ceramici e i fili metallici. Sotto cicli termici prolungati, tendono a verificarsi crepe nei chip e delaminazione degli elettrodi d'argento, causando un aumento continuo della resistenza fino al guasto completo.

Secondo, scarsa protezione ermetica: Il materiale epossidico stesso manca di una densificazione sufficiente, consentendo all'umidità di penetrare facilmente nei componenti. Sotto polarizzazione DC, ciò innesca la migrazione degli ioni d'argento, con conseguente caduta anomala della resistenza e guasto dell'isolamento. Questi due difetti fatali non possono soddisfare il requisito di affidabilità a lungo termine di 8-10 anni.

Per affrontare i punti dolenti centrali dell'incapsulamento epossidico, l'industria si è gradualmente spostata verso soluzioni di incapsulamento in vetro. Il vetro inorganico offre una migliore corrispondenza dei coefficienti di espansione termica con i chip ceramici e i fili Dumet, generando una bassa sollecitazione interfaciale interna dopo la sigillatura ad alta temperatura e mitigando le crepe indotte dalla variazione di temperatura. Nel frattempo, il vetro vanta un'eccellente ermeticità, che blocca efficacemente umidità, contaminanti oleosi e gas corrosivi. Il suo limite superiore di resistenza alla temperatura e la capacità anti-invecchiamento sono migliorati di ordini di grandezza rispetto all'incapsulamento epossidico, risolvendo i due difetti cronici delle soluzioni epossidiche alla radice dell'incapsulamento.

I componenti incapsulati in vetro rientrano in due strutture principali. La prima è la struttura con piombo assiale, con due piombi che si estendono inversamente da entrambe le estremità del vetro. Durante l'assemblaggio, un piombo deve essere piegato di 180°, il che non solo causa facilmente danni meccanici all'unione tra l'incapsulamento in vetro e i piombi, ma impedisce anche al chip di adattarsi strettamente all'alloggiamento del sensore, riducendo notevolmente la velocità di risposta termica.

La seconda struttura è il design del piombo radiale a estremità singola (noto anche come struttura sigillata in vetro a estremità singola). I piombi non richiedono piegatura; a parità di specifiche, il chip può essere posizionato direttamente sulla parte anteriore dell'alloggiamento del sensore, offrendo il percorso di conduzione termica più breve e la velocità di risposta più rapida. Inoltre, i piombi paralleli ordinatamente disposti sono compatibili con le linee di produzione di saldatura automatizzata, rendendo questa struttura gradualmente il componente centrale principale per i sensori di temperatura a nuova energia.

Tuttavia, questo termistore radiale sigillato in vetro a estremità singola, che risolve i punti dolenti dell'incapsulamento epossidico, presenta ancora debolezze strutturali intrinseche inevitabili. Due piombi si estendono parallelamente dallo stesso lato della coda di vetro, con una spaziatura equivalente solo allo spessore del chip del termistore. Per l'assemblaggio dei sensori di temperatura, i piombi devono essere forzatamente allungati per allargare lo spazio — questo è il motivo principale per la formazione di microcrepe nell'unione vetro-piombo. Sia che i prodotti incapsulati in vetro adottino piombi assiali o radiali, una volta che l'incapsulamento in vetro si rompe, l'umidità può penetrare. Sotto l'effetto di un campo elettrico, può verificarsi migrazione di ioni metallici, causando una progressiva diminuzione della resistenza fino al guasto completo.

Mirando a questo punto dolente, due percorsi di miglioramento maturi sono stati sviluppati a livello nazionale per supportare l'applicazione industriale su larga scala. Fondamentalmente, tuttavia, entrambi gli approcci operano sulla premessa che "il vetro si crepa, seguito da misure correttive", e non possono eliminare i rischi di guasto alla fonte.

La maggior parte dei sensori di temperatura NTC impiegati nei veicoli a nuova energia e nelle apparecchiature di accumulo di energia in Cina adotta termistori NTC radiali sigillati in vetro a estremità singola come componenti centrali. L'industria migliora generalmente l'affidabilità del prodotto finito tramite misure periferiche tra cui processi di incapsulamento secondario ottimizzati, incapsulamento multistrato in resina e installazione di alloggiamenti metallici.

Questo approccio può rallentare l'infiltrazione di umidità e attutire le vibrazioni esterne per soddisfare i requisiti operativi in condizioni di lavoro convenzionali, tuttavia appartiene interamente a "ottimizzazione periferica di tipo patch" con tre limitazioni insormontabili: ◾ Le microcrepe interne generate durante l'assemblaggio non possono essere eliminate; i difetti si formano prima dell'incapsulamento. ◾ I materiali di incapsulamento organici invecchiano continuamente ad alte temperature, con un aumento della permeabilità all'umidità anno dopo anno, rendendoli incapaci di fornire una protezione duratura di 8-10 anni. ◾ La struttura intrinseca caratterizzata da concentrazione di stress all'interfaccia di sigillatura tra piombi e vetro, e alle giunzioni vetro-piombo, rimane invariata, così come la proprietà fisica che consente una facile penetrazione delle molecole d'acqua. Tali misure possono solo ritardare il tempo di guasto invece di eradicare i rischi.

Per affrontare i due punti dolenti di "crepatura durante l'allungamento di piombi a spaziatura stretta e successiva migrazione ionica", l'industria ha sviluppato una soluzione migliorata di "riduzione del carico strutturale + backup del materiale": il collegamento trasversale sostituisce il collegamento parallelo per pre-allargare la spaziatura dei piombi prima della consegna e ridurre la forza di trazione durante l'assemblaggio. Vengono inoltre adottati elettrodi d'oro e piombi placcati in oro per sopprimere la migrazione degli ioni d'argento anche in caso di crepe nel vetro.

Sebbene questo schema riduca la probabilità di formazione di crepe durante l'assemblaggio, segue ancora la logica della riparazione passiva con chiare carenze sottostanti: ◾ Riduce solo la probabilità di crepe invece di arrestare la propagazione delle crepe e il guasto delle giunzioni saldate. Una spaziatura più ampia riduce solo lo stress di trazione durante l'assemblaggio; lo shock termico di saldatura e le vibrazioni a lungo termine e i cicli di temperatura possono ancora innescare microcrepe. Il vetro è intrinsecamente duro e fragile senza tenacità. Le crepe iniziali continuano ad espandersi sotto stress ciclico, si propagano alle giunzioni dei piombi sigillati e causano separazione dell'interfaccia, scarso contatto, segnali di misurazione della temperatura fluttuanti e, infine, guasto del prodotto. ◾ Impedisce la migrazione ionica ma non blocca l'erosione dei chip da parte dell'umidità. Gli elettrodi d'oro e i piombi placcati in oro non offrono capacità ermetica. Una volta che le crepe penetrano nell'incapsulamento, l'intrusione continua di umidità corrode nel tempo il chip del termistore ceramico e innesca una deriva progressiva della resistenza — un guasto latente difficile da schermare prima della consegna e che si deteriora progressivamente durante il servizio. ◾ I processi con metalli preziosi aumentano sostanzialmente i costi. Le materie prime d'oro più molteplici procedure speciali tra cui galvanica, pulizia e ispezione aumentano significativamente i costi di produzione unitari, creando una notevole pressione sui costi per l'abbinamento su larga scala negli scenari di veicoli e accumulo di energia.

Soluzioni tra cui il rinforzo dell'incapsulamento periferico, il design a spaziatura ampia con elettrodi d'oro e piombi placcati in oro sono tutte ottimizzazioni correttive passive. Non riescono a eliminare la concentrazione di stress a livello strutturale e non possono risolvere fondamentalmente il problema centrale delle crepe nel vetro. Per le apparecchiature a nuova energia progettate con una durata di 8-10 anni, persistono rischi nascosti significativi per quanto riguarda il margine di affidabilità durante il funzionamento a lungo termine.

Nei settori globali di misurazione della temperatura per autoveicoli di fascia alta e accumulo di energia industriale, i termistori NTC sigillati in vetro con basi ceramiche sono riconosciuti come componenti centrali ad alta affidabilità e rappresentano una soluzione strutturale fondamentale per mitigare le crepe alla giunzione vetro-piombo dei componenti sigillati in vetro.

Questa struttura incorpora una base ceramica alla giunzione vetro-piombo dei componenti radiali sigillati in vetro che incapsulano i chip del termistore. Ad alte temperature, la fase vetrosa bagna il substrato ceramico e induce interdiffusione elementare interfacciale per formare uno strato di transizione denso con legame chimico. Questo aggiorna il supporto di forza di tipo lineare e la sigillatura lineare originali a supporto di forza anulare superficiale e sigillatura superficiale, disperdendo lo stress dalla fonte e prolungando il percorso di sigillatura ermetica. Può mitigare lo shock termico e lo stress di trazione meccanica generati durante la fabbricazione e la saldatura del sensore per ridurre le microcrepe del termistore alla fonte; inoltre, resiste alle vibrazioni delle apparecchiature a lungo termine e ai cicli di temperatura, aumentando notevolmente le prestazioni ermetiche e aumentando significativamente la difficoltà di penetrazione dell'umidità. I sensori di temperatura NTC assemblati con tali termistori raggiungono affidabilità e durata di vita migliorate di ordini di grandezza rispetto ai componenti sigillati in vetro ordinari.

Tuttavia, la produzione di massa di questa struttura comporta elevate soglie tecniche. Le sfide centrali tra cui la precisa corrispondenza dei coefficienti di espansione termica tra vetro e ceramica, il controllo dei processi di sigillatura integrata ad alta temperatura e la garanzia di coerenza per la produzione di massa sono rimaste a lungo irrisolte per le imprese nazionali.

Durante il periodo in cui i produttori nazionali non sono in grado di produrre in massa in modo indipendente termistori sigillati in vetro con basi ceramiche, sono emerse due soluzioni alternative a livello nazionale per soddisfare la domanda di apparecchiature a lunga durata. La prima si basa sull'incapsulamento multistrato in resina esterna, sull'incapsulamento e sulla sigillatura con alloggiamento metallico dei sensori di temperatura per il rinforzo periferico. La seconda adotta miglioramenti strutturali e materiali caratterizzati da piombi a spaziatura ampia collegati trasversalmente abbinati a elettrodi d'oro e piombi placcati in oro. In alcuni scenari, viene applicato contemporaneamente il rinforzo dell'incapsulamento periferico. Entrambe le soluzioni possono soddisfare in una certa misura i requisiti di utilizzo di apparecchiature di durata medio-lunga, ma nessuna delle due affronta il problema strutturale essenziale della concentrazione di stress alla giunzione vetro-piombo dei componenti convenzionali sigillati in vetro a estremità singola. Un do