Jaki rodzaj PCB powinienem wybrać do pracy w -40 stopniach Celsjusza?

14

Muszę zaprojektować obwód PCB do pracy w (lub nawet poniżej) -40 stopni celsjusza. Zwykle używam płytki FR-4 PCB w temperaturze pokojowej. Nauczyłem się jednak z pytania „ Jaka jest minimalna temperatura dla płytek PCB FR-4? ”, Że płytki FR-4 mogą mieć problemy poniżej -30 stopni Celsjusza.

Jaki rodzaj materiału PCB może wytrzymać tak niską temperaturę?

pcb temperature billyzhao
źródło
1
Od -40 ° C do 85 ° C jest niezwykle powszechnym zakresem temperatur (ogólnie nazywanym „przemysłowym”, ale różne mfcs mają różne granice) dla komponentów, a zwłaszcza modułów (w tym przypadku chodzi o płytki drukowane). W poprzednich firmach, w których pracowałem (którzy głównie wytwarzali moduły motoryzacyjne), wszystkie używane były w standardzie FR-4.
Nick T

Odpowiedzi:

13

Użyłem FR4 w 4K, a inni używali go w znacznie niższych temperaturach.

W niskich temperaturach właściwości fizyczne spadają nieco z góry, ale awarie płyty, takie jak rozwarstwienie, zwykle nie występują po zwykłym wystawieniu na działanie niskich temperatur. Testy Charpy'ego, o których mowa w łączonej odpowiedzi, są miarą siły uderzonej próbki do wstrząsu (dodaj wzmacniacz naprężenia, a następnie uderz go młotkiem). Jeśli znajdujesz się w trudnym środowisku mechanicznym, być może będziesz musiał rozważyć niższą udarność i użyć grubszej płyty lub lepiej ją podeprzeć.

Awaria połączenia lutowanego z powodu różnic współczynnika rozszerzalności cieplnej może być czynnikiem, szczególnie w przypadku lutu bezołowiowego i takich rzeczy, jak duże pakiety BGA.

-40 ° C to po prostu niespokojny dzień w niektórych częściach świata, a -55 ° C to dolna granica wojskowego zakresu temperatur, obie granice mieszczą się w normalnym zakresie płyt epoksydowo-szklanych, a jest mnóstwo rozsądnych dostępne komponenty, które mają gwarantowaną specyfikację w tych temperaturach (szczególnie -40).

Spehro Pefhany
źródło
Dziękuję Ci! 4K oznacza -269 stopni celsjusza? A czy działa dobrze nawet narażony na tak niską temperaturę przez długi czas?
billyzhao
5
@billyzhao Tak, zgadza się. Oczywiście nie walimy go młotkiem w kriostat.
Spehro Pefhany
2
Jak można „pójść znacznie dalej” niż 4K?
crocboy
7
@crocboy Oczywiście możesz zejść tylko <4 stopnie niżej, ale niektóre rzeczy zmieniają się znacznie poprzez pojedyncze cyfry Kelvina. Rezystancja poziomów miedzi w stosunku do RRR, pojemność cieplna gwałtownie spada itp. Również znacznie, znacznie trudniej jest dostać się do milikelwinów niż 4,2 K.
Spehro Pefhany
1
Zapomniałem o tym wspomnieć wcześniej, ale: w tych temperaturach szkodniki z cyny będą prawdopodobnie problemem. Nawiązujesz do problemów z lutem bezołowiowym, ale jest to o wiele poważniejszy problem niż niedopasowanie rozszerzalności cieplnej. Przez krótki czas działania w niskich temperaturach szkodniki z cyny prawdopodobnie nigdy się nie rozwiną, ale jeśli będą stale w temperaturze -40 ° C, z pewnością tak będzie.
Oleksandr R.
3

Możesz użyć podłoża ceramicznego: patrz np . Tutaj . Oczywiście będzie to kosztowne i może wymagać specjalnego oprzyrządowania, i muszę powiedzieć, że nie mam z nimi osobistego doświadczenia. Ale jest to zwykłe rozwiązanie dla obwodów, które muszą działać w ekstremalnych temperaturach.

Jeśli aplikacja nie wyklucza tego absolutnie, możesz również rozważyć użycie podgrzewanej obudowy. Będzie to mniej kosztowne i pozwoli na użycie konwencjonalnych materiałów i technik.

Oleksandr R.
źródło
1

Moim rozwiązaniem byłoby zamknięcie płytki FR-4 w izolowanej hermetycznej obudowie o gradiencie izolacji co najmniej 20 stopni C. Jeśli potrzebna jest większa kontrola temperatury, dodałbym dwukierunkowe urządzenie grzewcze / chłodzące. w ten sposób temperatura na zewnątrz obudowy może być bardziej ekstremalna i nadal nie wpływać na temperaturę wewnątrz obudowy. Ta metoda pozwala również uniknąć dużych lokalnych gradientów temperatury PCB .

Guill
źródło