Quel type de matériau de PCB devrais-je choisir pour travailler à -40 degrés centigrades?

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J'ai besoin de concevoir un circuit PCB pour fonctionner à (ou même en dessous) -40 degrés centigrades. Normalement, j'utilise une carte PCB FR-4 à température ambiante. Cependant, j'ai appris de la question " Quelle est la température minimale pour les PCB FR-4? " Que les PCB FR-4 peuvent avoir des problèmes en dessous de -30 degrés centigrades.

Alors, quel type de PCB peut supporter une température aussi basse?

pcb temperature billyzhao
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-40 ° C à 85 ° C est une plage de températures extrêmement courante (généralement appelée "industrielle", mais différents mfcs ont des limites différentes) pour les composants et en particulier les modules (comme nous sommes préoccupés par les PCB ici). Dans les entreprises précédentes dans lesquelles j'ai travaillé (qui fabriquaient principalement des modules de type automobile), toutes utilisaient le FR-4 standard.
Nick T

Réponses:

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J'ai utilisé FR4 à 4K et d'autres l'ont utilisé à des températures beaucoup plus basses.

Les caractéristiques physiques descendent quelque peu à basse température, mais une défaillance du panneau telle que la délamination ne se produit pas normalement à la suite d'une simple exposition à des températures froides. Les tests Charpy mentionnés dans votre réponse liée sont une mesure de la résistance d'un échantillon entaillé au choc (ajoutez un élévateur de contrainte puis frappez-le avec un marteau, essentiellement). Si vous êtes dans un environnement mécanique sévère, vous devrez peut-être considérer la résistance aux chocs inférieure et utiliser une planche plus épaisse ou mieux la soutenir.

La défaillance des joints de soudure en raison de différences de coefficient de dilatation thermique peut être un facteur, en particulier avec la soudure sans plomb et des choses comme les gros boîtiers BGA.

-40 ° C est juste un jour de folie dans certaines parties du monde, et -55 ° C est l'extrémité inférieure de la plage de température militaire, les deux limites se situent dans la plage normale des panneaux de verre époxy, et il y a beaucoup de raisonnablement -des composants à prix disponibles qui ont des spécifications garanties à ces températures (en particulier -40).

Spehro Pefhany
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Je vous remercie! 4K signifie -269 degrés centigrades? Et cela fonctionne bien même exposé à une température aussi basse pendant une longue période?
billyzhao
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@billyzhao Oui, c'est vrai. Bien sûr, nous ne le frappons pas avec un marteau à l'intérieur du cryostat.
Spehro Pefhany
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Comment peut-on aller "beaucoup plus bas" que 4K?
crocboy
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@crocboy Vous ne pouvez descendre que <4 degrés plus bas, évidemment, mais certaines choses changent de manière significative à l'aide de chiffres à Kelvin. La résistivité des niveaux de cuivre au RRR, la capacité thermique chute précipitamment, etc.
Spehro Pefhany
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J'ai oublié de le mentionner auparavant, mais: à ces températures, le ravageur de l'étain sera probablement un problème. Vous faites allusion à des problèmes de soudure sans plomb, mais c'est un problème beaucoup plus grave que l'inadéquation de l'expansion thermique. Pour une courte durée de service à des températures froides, le ravageur de l'étain ne se développera probablement jamais, mais s'il est constamment à -40 ° C, il le sera certainement.
Oleksandr R.
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Vous pouvez utiliser un substrat en céramique: voir par exemple ici . Bien sûr, cela coûtera cher et nécessitera peut-être des outils spéciaux, et je dois dire que je n'ai aucune expérience personnelle avec ces derniers. Mais c'est la solution habituelle pour les circuits qui doivent fonctionner à des températures extrêmes.

Si cela n'est pas absolument exclu par l'application, vous pouvez également envisager d'utiliser une enceinte chauffée. Ce sera moins coûteux et vous permettra d'utiliser des matériaux et techniques conventionnels.

Oleksandr R.
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Ma solution serait d' enfermer le PCB FR-4 dans une enceinte hermétique isolée, avec un gradient d'isolation d'au moins 20 degrés C. Si plus de contrôle de température est nécessaire, j'ajouterais un dispositif de chauffage / refroidissement bidirectionnel. de cette façon, la température à l'extérieur de l'enceinte peut être plus extrême et ne pas affecter la température à l'intérieur de l'enceinte. Cette méthode évite également les grands gradients de température des PCB locaux .

Guill
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