Jaka jest minimalna temperatura dla płytek drukowanych FR-4?

Moja firma pracuje nad opracowaniem produktu, który trafi do komercyjnych zamrażarek, więc mój szef poprosił mnie o podanie specyfikacji temperatury roboczej produktu. Mogę znaleźć temperatury „zakresu roboczego” wymienione dla wszystkiego oprócz samej płytki drukowanej, która jest po prostu starym FR-4.

Wikipedia użytecznie podaje „Indeks temperatur” (cokolwiek to znaczy) jako 140 ° C, ale nie ma wskazań minimalnej temperatury.

Nie martwię się tak bardzo, ponieważ jestem pewien, że inne elementy na płycie będą czynnikami ograniczającymi, ale ze względu na kompletność chciałbym, aby została wymieniona.

Czy ktoś zna minimalną temperaturę pracy FR-4? (A jaki byłby tryb awarii?)

FR4 PCB to wzmocniony szkłem laminat epoksydowy. Opublikowano szereg badań dotyczących wpływu niskich temperatur na taki materiał.

• Konkretny cytat z artykułu „ Dynamiczne zachowanie przy uszkodzeniu kompozytów szklanych / epoksydowych w niskiej temperaturze przy użyciu metody testu udarności Charpy'ego ” (Shokrieh i in. ):

  stwierdzono, że mechanizm uszkodzenia zmienia się z pękania matrycy w temperaturze pokojowej na rozwarstwienie i zrywanie włókien w niskich temperaturach.

  W badaniu zastosowano temperaturę -30 ^o C, niewystarczająco niską dla spontanicznej krystalicznej kruchości.

• Inne badanie, „ Wpływ wysokich i niskich temperatur na właściwości udarowe kompozytów szklano-epoksydowych ” (Putic i in. ) Obniża temperaturę do -50 ^o C i stwierdza pojawienie się kruchych pęknięć w materiale w takich temperaturach.

Są to dwa kluczowe założenia dotyczące urządzenia poruszonego w pytaniu:

• Temperatura zamrażarki nie osiągnie tak niskiej wartości, jak w tych badaniach
• Istnieje ograniczone ryzyko wibracji lub uderzenia w rzeczywistą płytkę drukowaną, dlatego kruche pęknięcia są mało prawdopodobne, ale nie wykluczone

Jeżeli którekolwiek z tych założeń jest nieważne, należy ponownie rozważyć dany materiał. Istnieją specjalne podłoża z ceramiki przemysłowej / tlenku glinu o specjalnym przeznaczeniu, zaprojektowane specjalnie do pracy w bardzo niskich temperaturach, zwykle stosowane do rozmieszczania urządzeń w przestrzeni kosmicznej lub w urządzeniach kriogenicznych. W takim przypadku materiały te mogą być bardziej odpowiednie.

W takich środowiskach należy zwrócić uwagę na możliwe pęknięcie opakowań, obudów i połączeń lutowniczych dla elementów elektronicznych na płycie, a nie tylko samej płytki drukowanej.

Powszechnie zalecaną procedurą rozmieszczania płytek drukowanych w ekstremalnych warunkach temperaturowych jest doprowadzanie urządzenia do pożądanej temperatury w wolnych etapach , co pozwala uniknąć szybkiego skurczu lub szoku termicznego na płytce lub częściach.

FR-4 z łatwością przetrwa temperatury kriogeniczne. Był używany w różnych hobbystycznych satelitach, testowany w ciekłym azocie, a moje miejsce pracy wykorzystuje niektóre płytki adaptera FR-4 w kriogenicznej komorze próżniowej. Jeśli FR-4 z powodzeniem funkcjonuje w temperaturach -60 * C i -90 * C, powinien przetrwać w zamrażarce. Ze względu na różnicę współczynników temperaturowych stosujemy płytki z laminatu miedzianego do temperatur poniżej 40 * Kelwinów.

Jeśli chodzi o laminaty PCB, istnieje „FR-4” i „FR-4” i inne typy.

Nie powtarzam się: wszystko, co tak naprawdę oznacza FR-4, to to, że spełnia on normę zmniejszającą palność (zwykle 94 V0).

Istnieje wielu producentów laminatów, takich jak Isola, którzy produkują szeroką gamę laminatów, z których każdy ma inne właściwości dla różnych rynków.

Hitachi Chemicals produkuje również szeroką gamę laminatów podstawowych. Chociaż powyższa odpowiedź jest doskonała, czasami najlepszymi ludźmi, którzy mogą zapytać, są producenci laminatów.

Ponieważ wydaje się, że znajdujesz się w nieco niszowej dziedzinie, myślę, że producenci laminatów mogą być najlepiej przygotowani, aby ci pomóc od tego momentu.

FR-4 nie ma temperatury „roboczej”. Ma temperaturę topnienia lub temperaturę zeszklenia, która wynosi około 120-140 C. Po zamrożeniu robi się coraz zimniej.

Możesz dostać awarie w wyniku powtarzających się nagłych zmian temperatury, tj. Szoku termicznego. Istnieją testy, które można wykonać, aby zobaczyć, ile szoku termicznego może wytrzymać płytka drukowana, zanim przelotki i ścieżki pękną i przestaną być użyteczne, ale to inny problem.