Jenis bahan apa dari PCB yang harus saya pilih untuk bekerja pada suhu -40 derajat Celcius?

14

Saya perlu merancang sirkuit PCB untuk bekerja pada (atau bahkan di bawah) -40 derajat celcius. Biasanya, saya menggunakan papan PCB FR-4 pada suhu kamar. Namun, saya telah belajar dari pertanyaan " Berapa suhu minimum untuk FR-4 PCB? " Bahwa FR-4 PCB mungkin memiliki masalah di bawah -30 derajat celcius.

Jadi apa jenis bahan PCB yang bisa menangani suhu serendah itu?

pcb temperature billyzhao
sumber
1
-40 ° C hingga 85 ° C adalah kisaran suhu yang sangat umum (umumnya disebut "industri", tetapi mfc yang berbeda memiliki batas yang berbeda) untuk komponen dan khususnya modul (seperti yang kami perhatikan tentang PCB di sini). Di perusahaan sebelumnya saya pernah bekerja di (yang sebagian besar membuat modul tipe otomotif), semua menggunakan FR-4 standar rawa.
Nick T

Jawaban:

13

Saya telah menggunakan FR4 pada 4K dan yang lain menggunakannya pada suhu yang jauh lebih rendah.

Karakteristik fisik agak menurun pada suhu rendah, tetapi kegagalan papan seperti delaminasi biasanya tidak terjadi hanya dari paparan suhu dingin. Tes Charpy yang dirujuk dalam jawaban Anda yang terhubung adalah ukuran kekuatan spesimen berlekuk untuk shock (tambahkan penambah stres lalu hantam dengan palu, pada dasarnya). Jika Anda berada dalam lingkungan mekanik yang parah, Anda mungkin harus mempertimbangkan kekuatan impak yang lebih rendah dan menggunakan papan yang lebih tebal atau mendukungnya dengan lebih baik.

Kegagalan sambungan solder karena perbedaan koefisien ekspansi termal dapat menjadi faktor, terutama dengan solder bebas timbal dan hal-hal seperti paket BGA besar.

-40 ° C hanyalah hari lincah di beberapa bagian dunia, dan -55 ° C adalah batas bawah kisaran suhu militer, kedua batasnya berada dalam kisaran normal papan-papan kaca epoksi, dan ada banyak - Komponen mahal tersedia yang memiliki spesifikasi terjamin pada suhu tersebut (terutama -40).

Spehro Pefhany
sumber
Terima kasih! 4K berarti -269 derajat celcius? Dan itu bekerja dengan baik bahkan terkena suhu rendah seperti itu untuk waktu yang lama?
billyzhao
5
@ billyzhao Ya, benar. Tentu saja kami tidak memukulnya dengan palu di dalam cryostat.
Spehro Pefhany
2
Bagaimana cara "jauh lebih rendah" dari 4K?
crocboy
7
@crocboy Anda hanya bisa pergi <4 derajat lebih rendah, jelas, tetapi beberapa hal berubah secara signifikan melalui satu digit Kelvin. Tahanan tingkat tembaga ke RRR, kapasitas panas turun drastis dll. Ini juga jauh lebih sulit untuk mencapai milikelvin dari 4.2K.
Spehro Pefhany
1
Saya lupa menyebutkannya sebelumnya, tetapi: pada suhu ini, hama timah kemungkinan akan menjadi masalah. Anda menyinggung masalah dengan solder bebas timbal, tetapi ini adalah masalah yang jauh lebih serius daripada ketidakcocokan ekspansi termal. Untuk masa kerja yang singkat pada suhu dingin, hama timah mungkin tidak akan pernah berkembang, tetapi jika terus-menerus pada -40 ° C, tentu akan terjadi.
Oleksandr R.
3

Anda dapat menggunakan substrat keramik: lihat misalnya di sini . Tentu saja itu akan mahal, dan mungkin memerlukan alat khusus, dan saya harus mengatakan bahwa tidak memiliki pengalaman pribadi dengan ini. Tetapi ini adalah solusi yang biasa untuk sirkuit yang harus beroperasi pada suhu yang ekstrem.

Jika tidak sepenuhnya dikesampingkan oleh aplikasi, Anda mungkin juga mempertimbangkan untuk menggunakan enclosure yang dipanaskan. Ini akan lebih murah dan akan memungkinkan Anda untuk menggunakan bahan dan teknik konvensional.

Oleksandr R.
sumber
1

Solusi saya adalah dengan melampirkan FR-4 PCB dalam kandang kedap udara terisolasi, dengan gradien isolasi setidaknya 20 derajat C. Jika lebih banyak kontrol suhu diperlukan, saya akan menambahkan perangkat pemanasan / pendinginan dua arah. dengan cara ini, suhu di luar selungkup bisa lebih ekstrem dan masih tidak mempengaruhi suhu di dalam selungkup. Metode ini juga menghindari gradien suhu PCB lokal yang besar .

Guill
sumber