Tôi nên chọn loại vật liệu PCB nào để làm việc ở nhiệt độ -40 độ?

Tôi cần thiết kế một mạch PCB để hoạt động ở (hoặc thậm chí dưới) -40 độ C. Thông thường, tôi sử dụng bảng PCB FR-4 ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, tôi đã học được từ câu hỏi " Nhiệt độ tối thiểu cho PCB FR-4 là bao nhiêu? " Mà PCB FR-4 có thể có vấn đề dưới -30 độ C.

Vậy loại vật liệu PCB nào có thể xử lý nhiệt độ thấp như vậy?

pcb temperature

— billyzhao
nguồn

-40 ° C đến 85 ° C là phạm vi nhiệt độ cực kỳ phổ biến (thường được gọi là "công nghiệp", nhưng các mfcs khác nhau có giới hạn khác nhau) cho các thành phần và đặc biệt là các mô-đun (như chúng tôi quan tâm về PCB ở đây). Tại các công ty trước đây tôi từng làm việc (hầu hết sản xuất các mô-đun kiểu ô tô), tất cả đều sử dụng FR-4 tiêu chuẩn không có thật.

— Nick T

Câu trả lời:

Tôi đã sử dụng FR4 ở 4K và những người khác đã sử dụng nó ở nhiệt độ thấp hơn nhiều.

Các đặc điểm vật lý có phần xuống dốc ở nhiệt độ thấp, nhưng sự cố bảng như sự phân tách thường không xảy ra khi chỉ tiếp xúc với nhiệt độ lạnh. Các xét nghiệm Charpy được đề cập trong câu trả lời được liên kết của bạn là thước đo sức mạnh của mẫu vật bị đánh dấu để gây sốc (về cơ bản, hãy thêm một vật tăng căng thẳng sau đó đập nó bằng búa). Nếu bạn ở trong một môi trường cơ học khắc nghiệt, bạn có thể phải xem xét cường độ tác động thấp hơn và sử dụng bảng dày hơn hoặc hỗ trợ nó tốt hơn.

Lỗi hàn do sự khác biệt về hệ số giãn nở nhiệt có thể là một yếu tố, đặc biệt là với vật hàn không chì và những thứ như các gói BGA lớn.

-40 ° C chỉ là một ngày nhanh nhẹn ở một số nơi trên thế giới và -55 ° C là mức thấp hơn của phạm vi nhiệt độ quân sự, cả hai giới hạn đều nằm trong phạm vi bình thường của các tấm kính epoxy, và có rất nhiều lý do hợp lý các thành phần được định giá sẵn có các thông số kỹ thuật được đảm bảo ở các nhiệt độ đó (đặc biệt là -40).

— Spehro Pefhany
nguồn

Cảm ơn bạn! 4K có nghĩa là -269 độ C. Và nó hoạt động tốt ngay cả khi tiếp xúc với nhiệt độ thấp như vậy trong một thời gian dài?

— billyzhao

@billyzhao Vâng, đúng vậy. Tất nhiên, chúng tôi sẽ không đập nó bằng một cái búa bên trong máy lạnh.

— Spehro Pefhany

Làm thế nào để một người đi "thấp hơn nhiều" so với 4K?

— crocboy

@crocboy Bạn rõ ràng chỉ có thể hạ thấp hơn <4 độ, nhưng một số thứ thay đổi đáng kể thông qua một chữ số Kelvin. Điện trở suất của đồng giảm xuống RRR, công suất nhiệt giảm nhanh chóng, v.v ... Nó cũng khó hơn rất nhiều để đạt được millikelvins hơn 4.2K.

— Spehro Pefhany

Tôi đã quên đề cập đến nó trước đây, nhưng: ở những nhiệt độ này, sâu bệnh có thể sẽ là một vấn đề. Bạn ám chỉ các vấn đề với chất hàn không chì, nhưng đây là vấn đề nghiêm trọng hơn nhiều so với sự không phù hợp giãn nở nhiệt. Trong thời gian ngắn sử dụng dịch vụ ở nhiệt độ lạnh, sâu bệnh có thể sẽ không bao giờ phát triển, nhưng nếu nó liên tục ở -40 ° C, chắc chắn nó sẽ xảy ra.

— Oleksandr R.

Bạn có thể sử dụng chất nền gốm: xem ví dụ ở đây . Tất nhiên nó sẽ đắt tiền, và có thể cần dụng cụ đặc biệt, và tôi nên nói rằng không có kinh nghiệm cá nhân với những thứ này. Nhưng nó là giải pháp thông thường cho các mạch phải hoạt động ở nhiệt độ cực đoan.

Nếu ứng dụng không bị loại trừ hoàn toàn bởi ứng dụng, bạn cũng có thể cân nhắc sử dụng vỏ bọc nóng. Điều này sẽ ít tốn kém hơn và sẽ cho phép bạn sử dụng các vật liệu và kỹ thuật thông thường.

— Oleksandr R.
nguồn

Giải pháp của tôi sẽ được gửi kèm theo các FR-4 PCB trong một bao vây kín cách nhiệt, với một gradient cách ít nhất là 20 độ C. Nếu điều khiển nhiệt độ nhiều hơn là cần thiết, tôi sẽ thêm một / thiết bị làm mát sưởi ấm hai chiều. bằng cách này, nhiệt độ bên ngoài vỏ bọc có thể cực hơn và vẫn không ảnh hưởng đến nhiệt độ bên trong vỏ bọc. Phương pháp này cũng tránh được gradient nhiệt độ PCB cục bộ lớn .

— Chém
nguồn