讲讲NTC温度传感器的故事

yeshuheng 2017-10-27 发布于北京

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下班前老板谈话，要专注心力该做的功课要交账了，所以本周开始闭关写作业交完才来吐泡泡，写文章啊需要耗费心力和时间，有时候总是挺难的。本文写的故事，是发生在我身边的事，也折射了一些问题。我在努力处理的更好，也配合公司内外展开调查和分析，找到原因，堵住风险。

故事是这样的，一个紧急的案子，客户单位紧急处理，兄弟单位支持响应，基本锁定了问题点。然后移交给我们，各方面的压力要求我们调查清楚。首先交代以下背景：

1）电池系统：总成级，Tier1供应商，就是我所在的地方

2）模组、BMU、CMU等：二级部件，这个有各种形式，总之属于Tier2，这个也算是我们自己来做的

3）连接线缆：这是模组内进一步拆分的东西，从系统来看已经是Tier3来做的事了

4）NTC：温度传感器，基本属于底层的器件级别，Tier4了

备注：甚至还有NTC材料封装好了交给别人，这里面还可以细分Tier5

由于这么个链条，整个系统的问题定位和分解就非常重要。我们把整个Loop分解下来看，查问题的部分有：

1）NTC温度传感器

2）传输线路和接插件

3）CMU的电路部分

4）CMU软件+传输=》BMU的部分

客户这里，从软件出发定位问题，定位到模组，然后通过模组分离，把两部分定位，确定是模组内的问题。移交给我^_^，我这里自己拿着万用表，和下面两位负责线缆和CMU的小兄弟一起去调查，分别记录3个批次的数据。这个NTC不随温度的阻值变化了，我们在协同SQE把供应商叫来的时候，这个测量值出现了间歇性跳变。由于拆卸方便，在交接故障件的过程中，对此进行了部分拆解，交出去的是这个：

1）NTC温度传感器

2）传输线路和接插件

接到故障件的，是Tier3的质保经理。由于这个部件的间歇性变化的，质保的安排是一天测量3次，然后连续测了5天。因为每个周有问题清单，老板和客户都要过问，周中电话过去在查，然后一周结束电话过去，告诉我们这个部件是好的，测出来没问题。这里需要总结几点：

1）一定要把信息传递过去，到了供应商那里，只有一个测量点，按照通常的做法来测量的，无法做到持续测量（每天三次测量）

2）一定要整个系统的信息简略介绍，把之前已经做的问题定位过程解释清楚，测量数据时间记录清楚，否则你知道的，供应商都认为这个东西是好的，没问题

这里就谈到两部分问题分离了，因为Tier3不是做NTC的，它是用这个东西组装起来过了一道回流焊接，之前的处理方法两种：

A）定温度测阻值

B）打X光看里面的情况

NTC的失效模式包括：

表1 Normalized Failure Mode Distributions

失效模式	Failure Mode	Relative Probability
开路	Open	63%
参数漂移	Parameter Change	22%
短路	Short	15%

开路/损坏：这种失效模式是最为常见的，这一般是由于NTC内部电阻元件和引线材料之间的机械分离，由于各种操作处理损坏，器件过热，热失衡等引起。

当瞬间巨大的能量加到热敏电阻上的时候，NTC就像普通的细膜电阻一样不能承受，然后损坏，这个时候它表现出来的状态是高阻抗或直接开路。
这段时间发现，这个NTC不管是两种不同的形式（水滴环氧封或者是表贴FPC再加上胶），这个部件是很娇嫩的，本体NTC能够承受的应力非常有限，不同的焊接和连接形式都可能存在潜在的问题

短路：短路是NTC中最少发生的故障模式，需要注意热敏电阻在短路模式下比正常的固定值电阻更有可能发生故障。NTC在低温下阻抗比较大，与PTC相比过功率损坏比较少。一般当电路的环路电流高于Imax，或者功率等级长时间高于Pmax时，会使热敏电阻的温度高于Tmax。设计过程中需要考虑真正在发生一些意外的事件中，热敏电阻特性在高温下电阻降低的持续劣化效应，这个问题往往是个寄生的问题，是限流电阻本身除了异常，导致NTC出现短路。

阻抗漂移：NTC热敏电阻是对热敏感度高的半导体元件，如果回流焊接和返修过程中超过一定温度和时间，则热敏电阻可能容易损坏，导致阻抗偏移，电阻可以增减。

怎么办呢，由于整个部件的应力分析，在间隙性发生的时候，由于把CMU去掉，在无电流情况也表现出来问题，所以往环境应力上面去分析，从热应力和水上考虑(一开始考虑这个Coating之后，以为是安全的)

经过几个冷热冲击之后，这个NTC开始完全表现出状况了，阻值在常温下飘了。Tier3这边炸了，问题定位到这个部件上了。然后心急火燎的把部件丢给Tier4去分析，然后出现了经典的一幕。这个料去了日本旅游一回，又回到了上海，继续做了一个周的复现实验，最后我收到一封邮件，说这个部件没有问题。接下来组织三方会议，我第一次给供应商的供应商给吼，按照NTC的温度阻值实验，他们家的产品没问题。所以问题的核心在这里：

1）需要把整个问题交代清楚，把实验结果记录交给分析方

2）我两次给质疑，是不是真的有环境温度的变化

一轮温度循环下来，这个问题又复现了，问题还是在分析中。具体的失效机理在没有几方确认下，我也不好乱说。但是我是觉得，我还是要推荐每一位做汽车电子的工程师，仔细读一读Larry 老先生写的《THE GMW3172 USERS GUIDE ELECTRICAL COMPONENT TESTING》，我们设计工程师需要有验证工程师的思路来解决问题，从电路最基础的失效模式的思考，给每个部件分离出潜在的问题以及失效模式。