Quelle est la température minimale pour les PCB FR-4?

Mon entreprise travaille au développement d'un produit qui ira dans les congélateurs commerciaux, alors mon patron m'a demandé de fournir des spécifications de température de fonctionnement pour le produit. Je peux trouver des températures de "plage de fonctionnement" répertoriées pour tout sauf le PCB lui-même, qui est tout simplement vieux FR-4.

Wikipedia répertorie utilement "Indice de température" (quoi que cela signifie) comme 140 C, mais il n'y a aucune indication d'une température minimale.

Je ne suis pas vraiment inquiet, car je suis sûr que les autres composants de la carte seront les facteurs limitants, mais par souci d'exhaustivité, je voudrais le faire répertorier.

Quelqu'un connaît-il la température de fonctionnement minimale du FR-4? (Et quel serait le mode de défaillance?)

FR4 PCB est un stratifié époxy renforcé de verre. Plusieurs études ont été publiées sur l'effet des basses températures sur ces matériaux.

• Une citation spécifique de l'article " Comportement à la rupture dynamique des composites verre / époxy à basse température en utilisant la méthode de test d'impact Charpy " (Shokrieh et al ):

  on constate que le mécanisme de défaillance passe de la fissuration de la matrice à température ambiante à la délamination et à la rupture des fibres à basse température.

  Cette étude a appliqué une température de -30 ^o C, pas assez basse pour une fragilité cristalline spontanée.

• Une autre étude, " L'influence des températures élevées et basses sur les propriétés d'impact des composites verre-époxy " (Putic et al ), fait descendre la température à -50 ^o C, et constate l'apparition de fissures cassantes dans le matériau à de telles températures.

Ce sont deux hypothèses clés concernant l'appareil abordé dans la question:

• La température du congélateur n'atteindra pas aussi bas que ceux utilisés dans ces études
• Il y a un risque limité de vibrations ou d'impact sur la carte de circuit imprimé réelle, donc les fissures cassantes sont peu probables mais non exclues

Si l'une de ces hypothèses n'est pas valide, le matériel en question doit être reconsidéré. Il existe des substrats de PCB industriels en céramique / alumine à usage spécial conçus spécifiquement pour des températures extrêmement basses, généralement utilisés pour le déploiement de dispositifs dans l'espace ou dans des équipements cryogéniques. Ces matériaux pourraient être plus appropriés dans ce cas.

Le point à noter dans de tels environnements est la fracture possible des boîtiers, des boîtiers et des jonctions de soudure pour les composants électroniques sur la carte, pas seulement le PCB lui-même.

Une procédure couramment recommandée pour déployer des cartes de circuits imprimés dans des conditions de température extrêmes est d' amener l'appareil à la température souhaitée par étapes lentes , évitant ainsi tout rétrécissement rapide ou choc thermique sur la carte ou les pièces.

FR-4 survit facilement aux températures cryogéniques. Il a été utilisé dans divers satellites amateurs, testé dans de l'azote liquide et mon lieu de travail utilise des cartes adaptatrices FR-4 dans une chambre à vide cryogénique. Si le FR-4 fonctionne avec succès à -60 * C et -90 * C, il devrait survivre au congélateur. En raison de la différence des coefficients de température, nous utilisons des circuits imprimés en cuivre laminé pour des températures inférieures à 40 * Kelvin.

En ce qui concerne les stratifiés PCB, il y a «FR-4» et «FR-4» et d'autres types.

Je ne me répète pas: tout ce que le FR-4 signifie vraiment, c'est qu'il répond à une norme ignifuge (généralement 94V0).

Il existe un certain nombre de fabricants de stratifiés, comme Isola, qui fabriquent une large gamme de stratifiés ayant chacun des propriétés différentes pour différents marchés.

Hitachi Chemicals fabrique également une grande variété de stratifiés de base. Bien que la réponse ci-dessus soit excellente, les meilleurs interlocuteurs sont parfois les fabricants de stratifiés.

Comme vous semblez être dans un petit créneau, je pense que les fabricants de stratifiés peuvent être les mieux placés pour vous aider à partir de ce point.

Le FR-4 n'a pas de température de "fonctionnement". Il a un point de fusion ou un point de transition vitreuse qui est d'environ 120-140 C. Si vous le congelez, il fait juste plus froid, c'est tout.

Vous pourriez subir des pannes à la suite de changements soudains et répétés de température, par exemple un choc thermique. Il existe des tests que vous pouvez faire pour voir combien de choc thermique votre PCB peut gérer avant que les vias et les pistes ne se fissurent et cessent d'être utilisables, mais c'est un problème différent.