Công nghệ đóng gói cho nhiệt điện trở NTC đã được lặp đi lặp lại liên tục với mục tiêu nhất quán là nâng cao hiệu suất bịt kín, khả năng chịu nhiệt độ và độ tin cậy lâu dài. Cảm biến nhiệt độ ban đầu chủ yếu sử dụng các thành phần đóng gói bằng epoxy. Mặc dù các giải pháp như vậy có chi phí thấp và quy trình đơn giản nhưng chúng bộc lộ hai khiếm khuyết cố hữu trong điều kiện vận hành trong phạm vi nhiệt độ rộng và tuổi thọ cao của các hệ thống năng lượng mới.

Thứ nhất, khả năng phối hợp giãn nở nhiệt kém: Nhựa epoxy có sự không phù hợp đáng kể về hệ số giãn nở nhiệt với chip gốm và dây dẫn kim loại. Trong chu kỳ nhiệt kéo dài, hiện tượng nứt chip và tách điện cực bạc có xu hướng xảy ra, khiến điện trở tăng liên tục cho đến khi hỏng hoàn toàn.

Thứ hai, khả năng bảo vệ kín yếu: Bản thân vật liệu epoxy không có đủ độ đặc, khiến hơi ẩm dễ dàng xâm nhập vào các bộ phận. Trong điều kiện phân cực DC, điều này gây ra sự di chuyển ion bạc, dẫn đến giảm điện trở bất thường và hỏng cách điện. Hai khiếm khuyết nghiêm trọng này không thể đáp ứng được yêu cầu về độ tin cậy lâu dài từ 8–10 năm.

Để giải quyết các điểm yếu cốt lõi của bao bì epoxy, ngành này đã dần chuyển sang các giải pháp đóng gói bằng thủy tinh. Thủy tinh vô cơ mang lại sự kết hợp tốt hơn giữa hệ số giãn nở nhiệt với chip gốm và dây dẫn Dumet, tạo ra ứng suất bề mặt bên trong thấp sau khi bịt kín ở nhiệt độ cao và giảm thiểu vết nứt do biến đổi nhiệt độ. Trong khi đó, kính có độ kín khít tuyệt vời, giúp ngăn chặn độ ẩm, chất gây ô nhiễm dầu và khí ăn mòn một cách hiệu quả. Giới hạn chịu nhiệt độ trên và khả năng chống lão hóa của nó được cải thiện gấp nhiều lần so với bao bì epoxy, giải quyết hai nhược điểm kinh niên của giải pháp epoxy ngay từ gốc rễ của bao bì.

Các thành phần được đóng gói bằng kính thuộc hai cấu trúc chủ đạo. Đầu tiên là cấu trúc dây dẫn hướng trục, với hai dây dẫn kéo dài ngược nhau từ hai đầu của kính. Trong quá trình lắp ráp, một dây dẫn phải bị uốn cong 180°, điều này không chỉ dễ gây ra hư hỏng cơ học ở mối nối giữa lớp bọc thủy tinh và dây dẫn mà còn khiến chip không thể lắp khít vào vỏ cảm biến, làm giảm đáng kể tốc độ phản ứng nhiệt độ.

Cấu trúc thứ hai là thiết kế dây dẫn một đầu xuyên tâm (còn gọi là cấu trúc kín bằng kính một đầu). Dây dẫn không cần uốn cong; theo các thông số kỹ thuật giống hệt nhau, con chip có thể được đặt trực tiếp ở mặt trước của vỏ cảm biến, mang lại đường dẫn nhiệt ngắn nhất và tốc độ phản hồi nhanh nhất. Bên cạnh đó, các dây dẫn song song được sắp xếp gọn gàng tương thích với dây chuyền sản xuất hàn tự động khiến cấu trúc này dần trở thành thành phần cốt lõi chủ đạo cho các cảm biến nhiệt độ năng lượng mới.

Tuy nhiên, điện trở nhiệt kín bằng kính một đầu xuyên tâm này, giúp giải quyết các điểm hạn chế của bao bì epoxy, vẫn mang những điểm yếu cố hữu về cấu trúc không thể tránh khỏi. Hai dây dẫn song song kéo dài từ cùng một phía của đuôi thủy tinh, với khoảng cách chỉ tương đương với độ dày của chip nhiệt điện trở. Để lắp ráp các cảm biến nhiệt độ, các dây dẫn phải được kéo căng cưỡng bức để mở rộng khe hở - đây là nguyên nhân cốt lõi tạo ra các vết nứt nhỏ hình thành ở mối nối chì-thủy tinh. Cho dù các sản phẩm được đóng gói bằng thủy tinh sử dụng dây dẫn hướng trục hay hướng tâm thì khi lớp bọc thủy tinh bị vỡ, hơi ẩm có thể xâm nhập. Dưới tác dụng của điện trường, sự di chuyển ion kim loại có thể xảy ra, khiến điện trở giảm dần cho đến khi hỏng hoàn toàn.

Nhắm vào điểm yếu này, hai lộ trình cải tiến hoàn thiện đã được phát triển trong nước để hỗ trợ ứng dụng công nghiệp quy mô lớn. Tuy nhiên, về cơ bản, cả hai phương pháp đều hoạt động dựa trên tiền đề là “kính sẽ nứt, sau đó sẽ có biện pháp khắc phục” và không thể loại bỏ rủi ro hỏng hóc ngay từ đầu.

Hầu hết các cảm biến nhiệt độ NTC được triển khai trong các phương tiện năng lượng mới và thiết bị lưu trữ năng lượng ở Trung Quốc đều sử dụng nhiệt điện trở NTC bọc kính một đầu xuyên tâm thông thường làm thành phần cốt lõi. Nhìn chung, ngành này cải thiện độ tin cậy của thành phẩm thông qua các biện pháp ngoại vi bao gồm quy trình đóng gói thứ cấp được tối ưu hóa, đổ nhựa nhiều lớp và lắp đặt vỏ kim loại.

Cách tiếp cận này có thể làm chậm sự xâm nhập của hơi ẩm và giảm rung động bên ngoài để đáp ứng các yêu cầu vận hành trong điều kiện làm việc thông thường, tuy nhiên nó hoàn toàn thuộc về "tối ưu hóa ngoại vi kiểu miếng vá" với ba hạn chế không thể vượt qua:◾ Không thể loại bỏ các vết nứt nhỏ bên trong được tạo ra trong quá trình lắp ráp; khuyết tật được hình thành trước khi đóng gói.◾ Vật liệu làm bầu hữu cơ liên tục già đi dưới nhiệt độ cao trong thời gian dài, khả năng thấm ẩm tăng dần qua từng năm, khiến chúng không có khả năng bảo vệ lâu dài từ 8–10 năm.◾ Cấu trúc bên trong có đặc điểm tập trung ứng suất tại bề mặt bịt kín giữa dây dẫn và thủy tinh cũng như tại các mối nối thủy tinh-chì vẫn không thay đổi, cũng như đặc tính vật lý cho phép phân tử nước dễ dàng xâm nhập. Những biện pháp như vậy chỉ có thể trì hoãn thời gian hư hỏng thay vì loại bỏ được rủi ro.

Để giải quyết hai điểm yếu là "nứt gãy khi kéo dài các dây dẫn có khoảng cách hẹp và sự di chuyển ion sau đó", ngành công nghiệp đã phát triển một giải pháp cải tiến về "giảm tải cấu trúc + dự phòng vật liệu": liên kết chéo thay thế liên kết song song để mở rộng khoảng cách dây dẫn trước khi phân phối và giảm lực kéo trong quá trình lắp ráp. Các điện cực vàng và dây dẫn mạ vàng cũng được sử dụng để ngăn chặn sự di chuyển của ion bạc ngay cả khi xảy ra hiện tượng nứt kính.

Mặc dù sơ đồ này làm giảm khả năng hình thành vết nứt trong quá trình lắp ráp nhưng nó vẫn tuân theo logic của việc khắc phục thụ động với những thiếu sót cơ bản rõ ràng:◾ Nó chỉ làm giảm khả năng xảy ra vết nứt thay vì ngăn chặn sự lan truyền vết nứt và hư hỏng mối hàn. Khoảng cách rộng hơn chỉ làm giảm ứng suất kéo khi lắp ráp; Sốc nhiệt hàn và chu trình rung & nhiệt độ lâu dài vẫn có thể gây ra các vết nứt nhỏ. Thủy tinh vốn đã cứng và giòn, không có độ dẻo dai. Các vết nứt ban đầu tiếp tục mở rộng dưới áp lực theo chu kỳ, lan đến các mối nối chì bị bịt kín và gây ra sự tách biệt bề mặt, tiếp xúc kém, tín hiệu đo nhiệt độ dao động và cuối cùng là hỏng sản phẩm.◾ Nó ngăn chặn sự di chuyển của ion nhưng không thể ngăn chặn sự ăn mòn độ ẩm của chip. Điện cực vàng và dây dẫn mạ vàng không có khả năng kín. Khi các vết nứt xuyên qua lớp bao bọc, hơi ẩm liên tục xâm nhập sẽ ăn mòn chip gốm điện trở nhiệt theo thời gian và gây ra hiện tượng trôi điện trở dần dần - một lỗi tiềm ẩn khó sàng lọc trước khi giao hàng và hư hỏng dần trong quá trình sử dụng.◾ Quá trình xử lý kim loại quý làm tăng đáng kể chi phí. Nguyên liệu vàng thô cộng với nhiều quy trình đặc biệt bao gồm mạ điện, làm sạch và kiểm tra làm tăng đáng kể chi phí sản xuất đơn vị, tạo ra áp lực chi phí lớn cho việc kết hợp quy mô lớn trong các kịch bản lưu trữ năng lượng và xe cộ.

Các giải pháp bao gồm gia cố bao bì ngoại vi, thiết kế khoảng cách rộng với điện cực vàng và dây dẫn mạ vàng đều là những biện pháp tối ưu hóa khắc phục thụ động. Chúng không thể loại bỏ sự tập trung ứng suất ở cấp độ kết cấu và không thể giải quyết cơ bản vấn đề cốt lõi là nứt kính. Đối với thiết bị năng lượng mới được thiết kế có tuổi thọ sử dụng từ 8–10 năm, vẫn tồn tại những rủi ro lớn tiềm ẩn liên quan đến biên độ tin cậy trong quá trình vận hành lâu dài.

Trong lĩnh vực đo nhiệt độ lưu trữ năng lượng công nghiệp và ô tô cao cấp trên toàn cầu, nhiệt điện trở NTC bọc kính với đế gốm được công nhận là thành phần cốt lõi có độ tin cậy cao và là giải pháp cấu trúc cơ bản để giảm thiểu vết nứt ở mối nối thủy tinh-chì của các thành phần kín thủy tinh.