Berapa suhu minimum untuk FR-4 PCB?

Perusahaan saya sedang mengembangkan produk yang akan dimasukkan ke dalam freezer komersial, jadi bos saya meminta saya untuk memberikan spesifikasi suhu pengoperasian untuk produk tersebut. Saya dapat menemukan "rentang operasi" suhu terdaftar untuk semuanya kecuali PCB itu sendiri, yang hanya FR-4 tua.

Wikipedia membantu mendaftar "Indeks Suhu" (apa pun artinya) sebagai 140 C, tetapi tidak ada indikasi suhu minimum.

Saya tidak terlalu khawatir, karena saya yakin bahwa komponen lain di papan tulis akan menjadi faktor pembatas, tetapi demi kelengkapan, saya ingin mendaftarkannya.

Adakah yang tahu suhu operasi minimum FR-4? (Dan apa yang akan menjadi mode kegagalan?)

FR4 PCB adalah laminasi epoksi yang diperkuat kaca. Beberapa penelitian telah mempublikasikan efek suhu rendah pada material tersebut.

• Kutipan khusus dari kertas " Perilaku kegagalan dinamis komposit kaca / epoksi pada suhu rendah menggunakan metode uji dampak Charpy " (Shokrieh et al ):

  ditemukan bahwa mekanisme kegagalan berubah dari retak matriks pada suhu kamar ke delaminasi dan kerusakan serat pada suhu rendah.

  Penelitian ini menerapkan suhu -30 ^o C, tidak cukup rendah untuk kerapuhan kristal spontan.

• Studi lain, " Pengaruh Temperatur Tinggi dan Rendah pada sifat tumbukan komposit kaca-epoksi " (Putic et al ) menurunkan suhu hingga -50 ^o C, dan menemukan penampakan retakan getas pada material pada suhu tersebut.

Ini adalah dua asumsi utama mengenai perangkat yang disentuh dalam pertanyaan:

• Suhu freezer tidak akan mencapai serendah yang digunakan dalam studi ini
• Ada risiko terbatas getaran atau dampak pada papan sirkuit yang sebenarnya, maka keretakan yang rapuh tidak mungkin terjadi tetapi tidak dikesampingkan

Jika salah satu dari asumsi ini tidak valid, materi yang dipermasalahkan perlu dipertimbangkan kembali. Terdapat substrat keramik industri / alumina tujuan khusus yang dirancang khusus untuk suhu sangat rendah, biasanya digunakan untuk penyebaran perangkat di ruang angkasa atau dalam peralatan kriogenik. Bahan-bahan itu mungkin lebih cocok dalam hal ini.

Poin yang perlu diperhatikan dalam lingkungan seperti itu adalah kemungkinan fraktur paket, selubung dan sambungan solder untuk komponen elektronik di papan, bukan hanya PCB itu sendiri.

Prosedur yang umum direkomendasikan untuk memasang papan sirkuit dalam kondisi suhu ekstrem, adalah membawa perangkat ke suhu yang diinginkan dalam tahap lambat , sehingga menghindari penyusutan cepat atau sengatan termal ke papan atau bagian.

FR-4 mudah bertahan suhu cryogenic. Ini telah digunakan di berbagai satelit hobi, diuji dalam nitrogen cair dan tempat kerja saya menggunakan beberapa FR-4 adaptor PCB di ruang vakum kriogenik. Jika FR-4 berhasil berfungsi pada -60 * C dan -90 * C, maka freezer harus bertahan. Karena perbedaan dalam koefisien suhu kami menggunakan tembaga laminasi PCB untuk suhu di bawah 40 * Kelvin.

Ketika datang ke laminasi PCB, ada 'FR-4' dan ada 'FR-4' dan jenis lainnya.

Saya tidak mengulangi sendiri: semua yang FR-4 benar-benar maksudkan adalah memenuhi standar tahan api (biasanya 94V0).

Ada sejumlah produsen laminasi di luar sana, seperti Isola yang membuat berbagai laminasi masing-masing dengan sifat yang berbeda untuk pasar yang berbeda.

Hitachi Chemicals juga membuat berbagai macam laminasi basa. Meskipun jawaban di atas sangat bagus, kadang-kadang orang terbaik untuk bertanya adalah produsen laminasi.

Ketika Anda tampaknya berada dalam sedikit bidang niche, saya pikir produsen laminasi mungkin paling cocok untuk membantu Anda dari titik ini.

FR-4 tidak memiliki suhu "operasi". Ini memiliki titik leleh atau titik transisi gelas yaitu sekitar 120-140 C. Jika Anda membekukannya, itu hanya akan menjadi lebih dingin.

Anda mungkin mengalami kegagalan karena perubahan suhu mendadak yang berulang, yaitu sengatan panas. Ada beberapa tes yang dapat Anda lakukan untuk melihat berapa banyak kejutan termal yang dapat ditangani oleh PCB Anda sebelum vias dan melacak retakan dan berhenti digunakan tetapi itu masalah yang berbeda.