Какая минимальная температура для печатных плат FR-4?

13

Моя компания работает над разработкой продукта, который будет использоваться в коммерческих морозильных камерах, поэтому мой начальник попросил меня предоставить спецификации рабочей температуры для продукта. Я могу найти температуры "рабочего диапазона", перечисленные для всего, кроме самой платы, которая просто старая FR-4.

В Википедии полезно перечислить «Температурный индекс» (что бы это ни значило) как 140 С, но нет никаких указаний на минимальную температуру.

Я не очень беспокоюсь, так как уверен, что другие компоненты на плате будут ограничивающими факторами, но для полноты картины я бы хотел, чтобы это было в списке.

Кто-нибудь знает минимальную рабочую температуру FR-4? (А какой будет режим отказа?)

TimH - Codidact
источник
2
Это не то, что вы спрашиваете, но ... В дополнение к рассмотрению диапазона рабочих температур каждой детали, не забудьте посмотреть, как они взаимодействуют. Разные материалы имеют разные коэффициенты теплового расширения (CTE), и детали с CTE, сильно отличающиеся от FR4, как правило, являются теми, которые выходят из строя (ломаются или отрываются от платы) из-за перепадов температуры. Большие керамические детали (например, некоторые кварцевые генераторы) являются наиболее распространенным источником проблем в моем опыте.
Фотон
Я предполагаю, что вы работаете с (или рассматриваете) SMT-компоненты здесь.
Фотон
Спасибо, это хорошие вещи, чтобы иметь в виду. Плата SMT и имеет резонатор SAW на ней для радиочастотной связи.
TimH - Codidact
1
TimH, одна вещь, если ваша нормативная среда позволяет это использовать оловянно-свинцовый припой для этой платы вместо бессвинцовой. Бессвинцовые типы более жесткие и хрупкие, поэтому с большей вероятностью растрескивают паяные соединения или трескают детали при термическом воздействии.
Фотон
Верно подмечено. Мне известны проблемы с директивой RoHS, и я предпочитаю использовать оловянно-свинцовый припой везде, где это возможно, как общее правило. Этот случай будет еще важнее.
TimH - Codidact

Ответы:

13

FR4 PCB - армированный стекловолокном эпоксидный ламинат. Было опубликовано несколько исследований о влиянии низких температур на такой материал.


Вот два ключевых предположения относительно устройства, затронутого в вопросе:

  • Температура морозильной камеры не будет такой низкой, как в этих исследованиях
  • Существует ограниченный риск вибрации или воздействия на фактическую печатную плату, поэтому хрупкие трещины маловероятны, но не исключены

Если какое-либо из этих допущений является недействительным, рассматриваемый материал необходимо пересмотреть. Существуют специальные промышленные подложки из керамики / глинозема, предназначенные для экстремально низких температур, которые обычно используются для развертывания устройств в космосе или в криогенном оборудовании. Эти материалы могут быть более подходящими в этом случае.

Следует отметить, что в таких средах возможно разрушение корпусов, корпусов и паяных соединений для электронных компонентов на плате, а не только для самой печатной платы.

Обычно рекомендуемая процедура развертывания печатных плат в экстремальных температурных условиях заключается в том, чтобы постепенно доводить устройство до желаемой температуры , избегая при этом быстрой усадки или теплового удара на плату или детали.

Аниндо Гош
источник
1
Это именно тот ответ, на который я надеялся. Спасибо за ваш тщательный, тщательно продуманный ответ.
TimH - Codidact
@ ТимХ Добро пожаловать. Я имел дело с капризами очень похожих материалов, используемых в качестве теплоизоляции в конструкции криогенного химического реактора, с которой я помогаю.
Аниндо Гош
4

FR-4 легко выдерживает криогенные температуры. Он использовался на различных любительских спутниках, тестировался на жидком азоте, и мое место работы использует некоторые адаптерные платы FR-4 в криогенной вакуумной камере. Если FR-4 успешно функционирует при -60 * C и -90 * C, то он должен выжить в морозильной камере. Из-за разницы температурных коэффициентов мы используем печатные платы из медного ламината для температур ниже 40 * Кельвин.

Пертти Такала
источник
3

Когда речь идет о ламинатах для печатных плат, существует «FR-4», «FR-4» и другие типы.

Я не повторяюсь: все, что на самом деле означает FR-4, это то, что он соответствует стандарту огнестойкости (обычно 94V0).

Существует ряд производителей ламинатов, таких как Isola, которые производят широкий ассортимент ламинатов, каждый из которых обладает разными свойствами для разных рынков.

Hitachi Chemicals также производит широкий ассортимент базовых ламинатов. Хотя ответ выше превосходен, иногда лучшие люди спрашивают производителей ламината.

Поскольку вы оказались в какой-то нишевой области, я думаю, что производители ламината могут лучше всего помочь вам с этой точки зрения.

Питер Смит
источник
-2

FR-4 не имеет «рабочей» температуры. У него есть точка плавления или точка стеклования, которая составляет около 120-140 ° С. Если вы замерзнете, то станет только холоднее, и все.

Вы можете получить сбои в результате повторяющихся внезапных изменений температуры, например, теплового удара. Есть тесты, которые вы можете сделать, чтобы увидеть, сколько термических ударов может выдержать ваша печатная плата, прежде чем переходные трещины и трещины перестанут использоваться, но это другая проблема.

EEToronto
источник
Спасибо за ответ! Рассматриваемые печатные платы в значительной степени останутся в морозильной камере, поэтому повторный тепловой удар должен быть минимальным.
TimH - Codidact
"температура плавления 120-140 ° С"?!? Я так не думаю! Он легко выдерживает температуру пайки, которая составляет минимум 180-200 ° C.
Дэйв Твид
Вы правы @Dave Tweed, температура стеклования - это просто температура, при которой стекло начинает быстро расширяться. Это не точка плавления.
TimH - Codidact
Тем не менее, температура стеклования для стекла на основе кремнезема составляет порядка 550-600 С. Пожалуйста, исправьте свой ответ. Я думаю, что температура, при которой эпоксидное связующее начинает разрушаться, в любом случае определяет фактический рабочий предел FR-4.
Дэйв Твид
1
Для пояснения недоразумений отмечу следующее: эпоксидная смола не является термопластом; он не имеет точки плавления (он скорее химически разрушается, чем плавится). Его температура стеклования, которая действительно будет примерно такой, как указано в приведенном выше ответе, является температурой, выше которой она может пластически деформироваться.
Александр Р.