¿Cuál es la temperatura mínima para los PCB FR-4?

Mi empresa está trabajando en el desarrollo de un producto que entrará en los congeladores comerciales, por lo que mi jefe me pidió que proporcionara las especificaciones de temperatura de funcionamiento del producto. Puedo encontrar las temperaturas del "rango de funcionamiento" enumeradas para todo menos para la PCB en sí, que es simplemente el viejo FR-4.

Wikipedia enumera útilmente el "Índice de temperatura" (lo que sea que eso signifique) como 140 C, pero no hay indicios de una temperatura mínima.

No estoy realmente preocupado, ya que estoy seguro de que los otros componentes en el tablero serán los factores limitantes, pero en aras de la exhaustividad, me gustaría tenerlo en la lista.

¿Alguien sabe la temperatura mínima de funcionamiento de FR-4? (¿Y cuál sería el modo de falla?)

FR4 PCB es un laminado epoxi reforzado con vidrio. Se han publicado varios estudios de investigación sobre el efecto de las bajas temperaturas en dicho material.

• Una cita específica del documento " Comportamiento de falla dinámica de los compuestos de vidrio / epoxi a baja temperatura usando el método de prueba de impacto Charpy " (Shokrieh et al ):

  se encuentra que el mecanismo de falla cambia de agrietamiento de la matriz a temperatura ambiente a delaminación y rotura de fibras a bajas temperaturas.

  Este estudio aplicó una temperatura de -30 ^o C, no lo suficientemente baja para la fragilidad cristalina espontánea.

• Otro estudio, " La influencia de las temperaturas altas y bajas en las propiedades de impacto de los compuestos de epoxi de vidrio " (Putic et al. ) Reduce la temperatura a -50 ^o C, y encuentra la aparición de grietas frágiles en el material a tales temperaturas.

Estos son dos supuestos clave con respecto al dispositivo mencionado en la pregunta:

• La temperatura del congelador no alcanzará niveles tan bajos como los utilizados en estos estudios.
• Existe un riesgo limitado de vibración o impacto sobre la placa de circuito real, por lo tanto, es poco probable que se produzcan grietas frágiles pero no se descartan

Si alguno de estos supuestos no es válido, el material en cuestión debe ser reconsiderado. Existen sustratos de PCB de cerámica / alúmina industrial para fines especiales diseñados específicamente para temperaturas extremadamente bajas, que se usan típicamente para el despliegue de dispositivos en el espacio o en equipos criogénicos. Esos materiales podrían ser más adecuados en este caso.

El punto a tener en cuenta en tales entornos es la posible fractura de paquetes, carcasas y uniones de soldadura para los componentes electrónicos en la placa, no solo el PCB en sí.

Un procedimiento comúnmente recomendado para desplegar tableros de circuitos en condiciones de temperatura extrema es llevar el dispositivo a la temperatura deseada en etapas lentas , evitando así cualquier contracción rápida o choque térmico en el tablero o las piezas.

FR-4 sobrevive fácilmente a las temperaturas criogénicas. Se ha utilizado en varios satélites para aficionados, probado en nitrógeno líquido y mi lugar de trabajo utiliza algunos PCB adaptadores FR-4 en una cámara de vacío criogénica. Si el FR-4 funciona correctamente a -60 * C y -90 * C, entonces debería sobrevivir al congelador. Debido a la diferencia en los coeficientes de temperatura, usamos PCB de laminado de cobre para temperaturas inferiores a 40 * Kelvin.

Cuando se trata de laminados de PCB, hay 'FR-4' y hay 'FR-4' y otros tipos.

No me estoy repitiendo: todo lo que FR-4 realmente significa es que cumple con un estándar ignífugo (generalmente 94V0).

Existen varios fabricantes de laminados, como Isola, que fabrican una amplia gama de laminados, cada uno con diferentes propiedades para diferentes mercados.

Hitachi Chemicals también fabrica una amplia variedad de laminados base. Aunque la respuesta anterior es excelente, a veces las mejores personas para preguntar son los fabricantes de laminados.

Como parece estar en un área un poco nicho, creo que los fabricantes de laminados pueden estar mejor ubicados para ayudarlo desde este punto.

FR-4 no tiene temperatura de "funcionamiento". Tiene un punto de fusión o un punto de transición vítrea que es de aproximadamente 120-140 C. Si lo congela, simplemente se enfría, eso es todo.

Es posible que tenga fallas como resultado de repetidos cambios repentinos de temperatura, es decir, choque térmico. Hay pruebas que puede hacer para ver cuánto choque térmico puede manejar su PCB antes de que las vías y las grietas rastreen y dejen de ser utilizables, pero ese es un problema diferente.