PTC热敏电阻 PTC是PosiTIve Temperature Coefficient 的缩写，意思是正的温度系数， 泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的PTC是指正温度系数热敏电阻，简称PTC热敏电阻。PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。 陶瓷材料通常用作高电阻的优良绝缘体，而陶瓷PTC热敏电阻是以钛酸钡为基，掺杂其它的多晶陶瓷材料制造的，具有较低的电阻及半导特性。通过有目的的掺杂一种化学价较高的材料作为晶体的点阵元来达到的： 在晶格中钡离子或钛酸盐离子的一部分被较高价的离子所替代，因而得到了一定数量产生导电性的自由电子。对于PTC热敏电阻效应，也就是电阻值阶跃增高的原因，在于材料组织是由许多小的微晶构成的，在晶粒的界面上， 即所谓的晶粒边界(晶界)上形成势垒，阻碍电子越界进入到相邻区域中去，因此而产生高的电阻，这种效应在温度低时被抵消： 在晶界上高的介电常数和自发的极化强度在低温时阻碍了势垒的形成并使电子可以自由地流动。 而这种效应在高温时，介电常数和极化强度大幅度地降低，导致势垒及电阻大幅度地增高 ，呈现出强烈的PTC效应。 将能够达到电气性能和热性能要求的混合物 (碳酸钡和二氧化钛以及其它的材料) 称量、混合再湿法研磨， 脱水干燥后干压成型制成圆片形、长方形、圆环形、蜂窝状的毛坯。 这些压制好的毛坯在较高的温度下(1400℃左右)烧结成陶瓷，然后上电极使其表面金属化，根据其电阻值分档检测。 按照成品的结构形式钎焊封装或装配外壳，之后进行最后的全面检测。 PTC热敏电阻与温度的依赖关系（R-T特性） 电阻-温度特性通常简称阻温特性，指在规定的电压下，PTC热敏电阻零功率电阻与电阻体温度之间的依赖关系。 lgR(Ω) Rmin : 最小电阻 Tmin : Rmin时的温度 RTc : 2倍Rmin Tc : 居里温度 RTc Rmin T25 Tmin Tc T(℃) 电压和电流的关系（V-I特性） 电压-电流特性简称伏安特性， 它展示了PTC热敏电阻在加电气负载达到热平衡的情况下，电压与电流的相互依赖关系。 I(A) Ik 在外加电压Vk时的动作电流 Ir Vk VN Vmax VD V(v) PTC热敏电阻的伏安特性大致可分为三个区域： 在0-Vk之间的区域称为线性区，此间的电压和电流的关系基本符合欧姆定律，不产生明显的非线性变化， 也称不动作区。在Vk-Vmax之间的区域称为跃变区，此时由于PTC热敏电阻的自热升温，电阻值产生跃变， 电流随着电压的上升而下降，所以此区也称动作区。在VD以上的区域称为击穿区，此时电流随着电压的上升而上升，PTC热敏电阻的阻值呈指数型下降，于是电压越高，电流越大，PTC热敏电阻的温度越高，阻值反而越低， 很快就导致PTC热敏电阻的热击穿。伏安特性是过载保护PTC热敏电阻的重要参考特性。 电流和时间的关系（I-t特性） 电流-时间特性是指PTC热敏电阻在施加电压的过程中，电流随时间变化的特性。 开始加电瞬间的电流称为起始电流，达到热平衡时的电流称为残余电流。 一定环境温度下，给PTC热敏电阻加一个起始电流(保证是动作电流)， 通过PTC热敏电阻的电流降低到起始电流的50%时经历的时间就是动作时间。电流-时间特性是自动消磁PTC热敏电阻、延时启动PTC热敏电阻、过载保护PTC热敏电阻的重要参考特性。
PTC热敏电阻组织结构和功能原理
PTC热敏电阻制造流程
称量 >> 球磨 >> 预烧结 >> 造粒
>> 成型 >> 烧结 >> 上电极 >> 阻值分选
>> 钎焊 >> 封装装配 >> 打标志 >> 耐压检测
>> 阻值检测 >> 最终检测 >> 包装 >> 入库
零功率电阻，是指在某一温度下测量PTC热敏电阻值时，加在PTC热敏电阻上的功耗极低，低到因其功耗引起的PTC热敏电阻的阻值变化可以忽略不计。额定零功率电阻指环境温度25℃条件下测得的零功率电阻值 。
表征阻温特性好坏的重要参数是温度系数α，反映的是阻温特性曲线的陡峭程度。温度系数α越大，PTC热敏电阻对温度变化的反应就越灵敏，即PTC效应越显著，其相应的PTC热敏电阻的性能也就越好，使用寿命就越长。PTC热敏电阻的温度系数定义为温度变化导致的电阻的相对变化 。 α = (lgR2-lgR1)/(T2-T1) 一般情况下，T1取Tc+15℃、T2取Tc+25℃来计算温度系数。
Ik
Ir 外加电压Vmax时的残余电流
Vmax 最大工作电压
VN 额定电压
VD 击穿电压
BaTIO3半导瓷PTC效应的基本原理
1.1.1 BaTIO3半导瓷的PTC效应
BaTIO3陶瓷是一种典型的铁电材料。常温下其电阻率大于1012Ω.cm,相对介电常数可高达104，是一种优良的陶瓷电容器材料。在这种陶瓷材料中引入微量稀土元素，如La、Nb...等，可使其电阻率下降到10Ω.cm以下，成为良好的半导体陶瓷材料。这种材料具有很大的正电阻温度系数，在居里温度以上几十度的温度范围内，其电阻率可增大4~10个数量级，即产生所谓PTC效应。见图1.1.1，具有该性质的材料通常称为PTC材料。
图1.1.1 BaTiO3半导瓷的电阻—温度特性曲线
BaTiO3半导瓷的这种PTC效应，是一种晶界效应，即只有多晶BaTiO3陶瓷材料才具有这种特性，而且只有在施主掺杂的情况下，材料才呈现PTC效应。利用双探针测微器可以直接观察晶粒和晶界的电阻—温度特性，从而证实了上述理论。见图1.1.2
1-单个晶界；2-单个晶粒；3-PTC陶瓷
图1.1.2 单个晶粒和晶界阻-温特性
PTC效应与晶格结构、组分、杂质浓度和种类及制备工艺等因素有关，在材料制备过程中必须严格控制工艺条件，此外在元器件的使用过程中也须注意使用条件，以便达到物尽其用的目的。
1.1.2 PTC效应的原理
对于BaTiO3半导瓷的这种PTC效应，有多种理论模型予以解释，较为成熟并为多数研究者承认的有海望Heywang提出的表面势垒模型和丹尼尔斯Daniels等人提出的钡缺位模型。
简略的讲，海望模型把产生PTC效应的原因归结为在多晶BaTiO3半导体材料的晶粒边界，存在一个由受主表面态引起的势垒层，材料的电阻率是由晶粒体电阻和晶粒表面态势垒两部分组成，随着温度的上升， 材料的电阻率将出现几个数量级的变化。
利用海望模型可以解释许多与PTC效应有关的试验现象，许多年来一直被认为是该领域内具有权威性的理论，但仍有许多实验现象无法解释。丹尼尔斯等人利用缺陷化学理论在研究了BaTiO3半导体缺陷模型的基础上， 提出了晶界及表面钡缺位高阻层模型。