薄膜热敏电阻

前言

传统型的NTC热敏电阻通常是指在由锰、钴、镍、铁等组成的复合金属氧化物烧结后的陶瓷上形成电极并芯片化的热敏电阻。
薄膜热敏电阻(FT系列)是由SEMITEC孕育而出,融合了SEMITEC传统型热敏电阻的生产·、管理手法和基于稳压二极管(VRD)和恒流二极管(CRD)等Si基片的半导体工艺技术,在世界率先产品化的独有热敏电阻。

薄膜热敏电阻“FT系列”

FT系列是在薄氧化铝基板(标准0.15mmt)的一面上形成的NTC热敏电阻。
其利用亚微米级光刻等半导体技术构成微细化均一的电极和热敏电阻厚度,是具有优越生产性的热敏电阻。
与其他的热敏电阻相比,薄膜热敏电阻更薄且体积更小,因此热敏电阻的热容量更小,以往无法安装或测量的狭窄地方都可实现快速温度测量。
FT系列的电极适用于锡焊、引线键合(Wire Bonding)、导电胶等连接。
目前,1005 (1.0 x 0.5 mm) 型和 0603 (0.6 x 0.3 mm) 型正在热销中。

使用案例

充分发挥FT系列特点的使用案例

电子体温计

使用了薄膜热敏电阻的FT-ZM被开发应用于快速测量电子体温计。
用于电子体温计的传统引线型热敏电阻,为了达到绝缘目的,感热部使用玻璃或树脂封装呈椭圆形。
而FT- ZM的构造是在小型薄膜热敏电阻FT的一面设置引线。
由于FT- ZM的绝缘部(氧化铝)是平面的,通过使FT的绝缘部与温度计的探头面接触,提高了热敏电阻和探头的热结合,可实现快速测温。

导管用温度传感器

使用薄膜热敏电阻的Fμ热敏电阻运用在热稀释医疗导管中。
热稀释医疗导管是一种插入到心脏肺动脉处,以测量心排血量的检查用导管。
测量原理是通过导管向心脏供给定量的调温至低温的生理盐水,通过置于导管下游的温度传感器监测血液温度,因为是通过测量温度变化开始到回归正常温度所需要的时间,算出心排血量,所以对于温度传感器要求具有高速响应及高温度精度。
Fμ热敏电阻是通过改变小型薄膜热敏电阻的电极配置,实现可以插入细径孔内等的一种带有极细引线适用于导管的热敏电阻传感器。


 

气体传感器

通过将薄膜热敏电阻和多孔性的气体分子吸附材料进行组合,开发了气体选择性高SEMITEC独有的气体传感器(已取得专利)。
气体传感器仅对氢气、氦气、氨气和水蒸气有敏感反应。
我们已成功检测到1ppm的氢气的气体浓度,有望用于呼吸和皮肤气体等医疗领域。


 

非接触式温度传感器“NC传感器”

使用2个薄膜热敏电阻,SEMITEC开发了独有的非接触式温度传感器“NC 传感器”。
要使用热敏电阻非接触测量物体的温度时,需要减小接受被测量物红外线一侧热敏电阻的热容量,使其能够追随微小的红外线变化。
另外,非接触测量温度时,由于需要对接受被测量物红外线的热敏电阻(受光热敏电阻)和不接受红外线的热敏电阻(补偿用热敏电阻)的红外线差进行温度换算,因此需要2个热敏电阻在同一环境下的特性相近。
薄膜热敏电阻是使用半导体工艺生产,因此较容易在同一晶圆内找出具有相近特性的热敏电阻进行配对,而且热容量也小,适用于非接触式温度传感器。
应用于打印机和复印机等热定影辊的温度控制。


 

接触式温度传感器“定影传感器”

发挥薄膜热敏电阻的特点,为打印机或复印机的热定影辊的温度控制开发了接触式定影传感器。
定影传感器系列包括FS传感器和HF传感器。
热定影辊需要控制在150℃~200℃的高温,由于温度上升极快,所以需要快速捕捉。
另外,辊轮旋转时会损伤与之接触的传感器,从而也会产生打印质量下降的问题。
SEMITEC的定影传感器使用的是非常小型且耐高温的薄膜热敏电阻,且接触面平整,从而能够改善上述问题,被广泛应用。

功率半导体

功率半导体为各种各样的电气设备和近年来新能源电动汽车(xEV)等提供电力。
SEMITEC 的薄膜热敏电阻在功率半导体的温度传感方面正在备受瞩目。
例如新能源电动汽车,配备功率半导体的逆变器将电池的直流电(DC)转换为驱动电机马达的交流电 (AC)。
迄今为止,功率半导体的主要材料是硅(Si),即使在半导体部件中涉及较大功率的功率半导体,除了工作所消耗的功率之外,电流通过时,也会产生一部分功率以热量形式流失(电力损失)的问题。因此,比硅更容易导电、更不容易产生功率损耗的SiC(碳化硅)和GaN(氮化镓)作为新型半导体材料被开发,并开始投入市场(例如SiC-MOSFET)。
新型功率半导体让新能源电动汽车进一步实现了高效化、小型轻量化,有助于续航里程的延长。
使用硅 (Si) 的传统功率半导体的耐热温度为 150℃,而使用 SiC 和 GaN 的功率半导体的耐热温度为 250℃,可以在更高的温度下工作。
温度传感控制对于功率半导体的高效运作至关重要,目前大多是使用普通的表面贴片型热敏电阻(芯片热敏电阻:耐热温度150℃), 而使用SiC和GaN的功率半导体的工作温度较高(250℃),普通的表面贴片型热敏电阻(芯片热敏电阻)无法为其所用。
因此具有薄、小和高耐热性(最高 250℃)等特性的SEMITEC 薄膜热敏电阻,将作为新一代功率半导体的传感器,开始备受瞩目。


用于功率半导体的薄膜热敏电阻(例)

未来的展望

未来SEMITEC将继续致力于推进薄膜热敏电阻的小型化和高精度化,从而实现对微小空间和微小物体的高速、高精度的温度测量。
此外,我们将灵活发挥薄膜热敏电阻的优势,将各种各样的技术和新材料进行结合,不断挑战开发SEMITEC独有的新型传感器。

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