Che tipo di materiale di PCB dovrei scegliere di lavorare a -40 gradi centigradi?

Devo progettare un circuito PCB per funzionare a (o anche sotto) a -40 gradi centigradi. Normalmente, uso la scheda PCB FR-4 a temperatura ambiente. Tuttavia, ho imparato dalla domanda " Qual è la temperatura minima per i PCB FR-4? " Che i PCB FR-4 possono avere problemi al di sotto di -30 gradi centigradi.

Quindi che tipo di materiale PCB può gestire temperature così basse?

pcb temperature

— billyzhao
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Da -40 ° C a 85 ° C è un intervallo di temperature estremamente comune (generalmente chiamato "industriale", ma diversi mfc hanno limiti diversi) per i componenti e in particolare i moduli (poiché qui ci preoccupiamo dei PCB). In aziende precedenti in cui ho lavorato (che produceva principalmente moduli di tipo automobilistico), tutti utilizzavano FR-4 standard.

— Nick T,

Risposte:

Ho usato FR4 a 4K e altri l'hanno usato a temperature molto più basse.

Le caratteristiche fisiche vanno leggermente in discesa a basse temperature, ma normalmente i guasti alla scheda come la delaminazione non si verificano a causa della semplice esposizione a basse temperature. I test di Charpy a cui si fa riferimento nella risposta collegata sono una misura della forza di un campione dentellato da scuotere (aggiungere un montante di stress, quindi batterlo con un martello, in pratica). Se ci si trova in un ambiente meccanico grave, potrebbe essere necessario considerare la resistenza agli urti inferiore e utilizzare una tavola più spessa o supportarla meglio.

Il fallimento del giunto di saldatura a causa delle differenze nel coefficiente di espansione termica può essere un fattore, specialmente con la saldatura senza piombo e cose come grandi pacchetti BGA.

-40 ° C è solo un giorno agitato in alcune parti del mondo, e -55 ° C è il limite inferiore dell'intervallo di temperatura militare, entrambi i limiti rientrano nell'intervallo normale di pannelli di vetro epossidico e ci sono molti ragionevolmente componenti a prezzo disponibile che hanno specifiche garantite a quelle temperature (in particolare -40).

— Spehro Pefhany
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Grazie! 4K significa -269 gradi centigradi? E funziona bene anche se esposto a temperature così basse per lungo tempo?

— Billyzhao,

@billyzhao Sì, esatto. Ovviamente non lo stiamo colpendo con un martello all'interno del criostato.

— Spehro Pefhany,

Come si può andare "molto più in basso" di 4K?

— Crocboy,

@crocboy Ovviamente puoi solo abbassarti di <4 gradi, ma alcune cose cambiano significativamente attraverso le singole cifre Kelvin. La resistività dei livelli di rame fino a RRR, la capacità di calore cala precipitosamente ecc. È anche molto, molto più difficile arrivare a millikelvin rispetto a 4.2K.

— Spehro Pefhany,

Ho dimenticato di menzionarlo prima, ma: a queste temperature, il parassita della latta sarà probabilmente un problema. Alludi a problemi con la saldatura senza piombo, ma questo è un problema molto più grave della mancata corrispondenza dell'espansione termica. Per un breve periodo di servizio a basse temperature, il parassita di stagno probabilmente non si svilupperà mai, ma se è costantemente a -40 ° C, lo farà sicuramente.

— Oleksandr R.,

È possibile utilizzare un substrato ceramico: vedere ad esempio qui . Ovviamente sarà costoso e potrebbe richiedere strumenti speciali, e dovrei dire che non ho esperienza personale con questi. Ma è la solita soluzione per i circuiti che devono funzionare a temperature estreme.

Se l'applicazione non è assolutamente esclusa, è possibile utilizzare un contenitore riscaldato. Questo sarà meno costoso e ti permetterà di utilizzare materiali e tecniche convenzionali.

— Oleksandr R.
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La mia soluzione sarebbe quella di racchiudere il PCB FR-4 in un involucro ermetico isolato, con un gradiente di isolamento di almeno 20 gradi C. Se fosse necessario un maggiore controllo della temperatura, aggiungerei un dispositivo di riscaldamento / raffreddamento bidirezionale. in questo modo, la temperatura esterna all'involucro può essere più estrema e comunque non influire sulla temperatura all'interno dell'involucro. Questo metodo evita anche grandi gradienti di temperatura locali del PCB .

— Guill
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