¿Qué tipo de material de PCB debería elegir para trabajar a -40 grados centígrados?

Necesito diseñar un circuito de PCB para trabajar a (o incluso por debajo) -40 grados centígrados. Normalmente, uso la placa PCB FR-4 a temperatura ambiente. Sin embargo, he aprendido de la pregunta " ¿Cuál es la temperatura mínima para los PCB FR-4? " Que los PCB FR-4 pueden tener problemas por debajo de -30 grados centígrados.

Entonces, ¿qué tipo de material de PCB puede soportar una temperatura tan baja?

pcb temperature

— billyzhao
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-40 ° C a 85 ° C es un rango de temperatura extremadamente común (generalmente llamado "industrial", pero los diferentes mfcs tienen límites diferentes) para componentes y particularmente módulos (ya que aquí nos preocupan los PCB). En compañías anteriores en las que he trabajado (que en su mayoría fabricaban módulos de tipo automotriz), todos usaban FR-4 estándar de pantano.

— Nick T

Respuestas:

He usado FR4 a 4K y otros lo han usado a temperaturas mucho más bajas.

Las características físicas van un poco cuesta abajo a bajas temperaturas, pero la falla de la placa, como la delaminación, normalmente no ocurre por la simple exposición a temperaturas frías. Las pruebas de Charpy a las que se hace referencia en su respuesta vinculada son una medida de la fuerza de un espécimen con muescas para impactar (agregue un elevador de tensión y luego bátelo con un martillo, básicamente). Si se encuentra en un entorno mecánico severo, es posible que tenga que considerar la menor resistencia al impacto y usar una tabla más gruesa o soportarla mejor.

La falla de la unión de soldadura debido a diferencias en el coeficiente de expansión térmica puede ser un factor, especialmente con soldadura sin plomo y cosas como paquetes BGA grandes.

-40 ° C es solo un día agitado en algunas partes del mundo, y -55 ° C es el extremo inferior del rango de temperatura militar, ambos límites están dentro del rango normal de las placas de vidrio epoxi, y hay un montón de razonablemente componentes con precios disponibles que tienen especificaciones garantizadas a esas temperaturas (especialmente -40).

— Spehro Pefhany
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¡Gracias! 4K significa -269 grados centígrados? ¿Y funciona bien incluso expuesto a una temperatura tan baja durante mucho tiempo?

— billyzhao

@billyzhao Sí, eso es correcto. Por supuesto, no lo estamos golpeando con un martillo dentro del criostato.

— Spehro Pefhany

¿Cómo se va "mucho más bajo" que 4K?

— crocboy

@crocboy Solo puede ir <4 grados más bajo, obviamente, pero algunas cosas cambian significativamente a través de un solo dígito Kelvin. La resistencia de los niveles de cobre a RRR, la capacidad de calor cae precipitadamente, etc. También es mucho, mucho más difícil llegar a milikelvins que 4.2K.

— Spehro Pefhany

Olvidé mencionarlo antes, pero: a estas temperaturas, la plaga de estaño probablemente será un problema. Alude a problemas con la soldadura sin plomo, pero este es un problema mucho más grave que la falta de coincidencia de expansión térmica. Para una corta duración del servicio a bajas temperaturas, la plaga de estaño probablemente nunca se desarrollará, pero si está constantemente a -40 ° C, ciertamente lo hará.

— Oleksandr R.

Puede usar un sustrato cerámico: consulte, por ejemplo, aquí . Por supuesto, será costoso y puede requerir herramientas especiales, y debo decir que no tengo experiencia personal con estos. Pero es la solución habitual para los circuitos que deben funcionar a temperaturas extremas.

Si la aplicación no lo descarta por completo, también puede considerar usar una caja con calefacción. Esto será menos costoso y le permitirá utilizar materiales y técnicas convencionales.

— Oleksandr R.
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Mi solución sería encerrar el FR-4 PCB en un recinto hermético aislado, con un gradiente de aislamiento de al menos 20 grados C. Si se necesita más control de temperatura, agregaría un dispositivo de calentamiento / enfriamiento bidireccional. De esta manera, la temperatura fuera del gabinete puede ser más extrema y no afectar la temperatura dentro del gabinete. Este método también evita grandes gradientes locales de temperatura de PCB .

— Guill
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