Lötrichtlinien für Gefrieranwendungen?

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Ich möchte ein Heimprojekt machen, bei dem ich die Temperaturen in meinem Gefrierschrank und in Flüssigkeiten messen kann. Abgesehen von der Flüssigkeitskompatibilität bin ich meistens gespannt, ob jemand einige Best Practices für das Board-Design empfehlen kann oder nicht. Ich habe online keine Ressourcen gefunden, die erklären, was in Anwendungen passieren wird, die für Temperaturen bei 0 ° C vorgesehen sind. Ich gehe davon aus, dass sich die Lötstellen aufgrund der Kälte zusammenziehen. Bedeutet dies jedoch, dass ein oberflächenmontiertes Design von Natur aus versagt? Sollte ich daher meine Temperaturauswahl (und möglicherweise die Auswahl des Mikrocontrollers) auf Durchgangsbohrungsteile beschränken? Gibt es eine bessere Lötformulierung, dh bleifrei oder nicht? Sollten die Pads oder Durchgangslöcher größer sein als normalerweise auf den IC-Datenblättern im Abschnitt "Footprint" angegeben?

Jeder Rat oder Einblick wäre wirklich dankbar. Ich bin mehr als bereit zu experimentieren und aus meinen Fehlern zu lernen, aber wenn ich einen besseren Vorsprung bekommen könnte, wäre das schön. :) :)

— Dave
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0 ° C ist nichts. Bleifrei ist gut, weil sich Blei und Lebensmittel nicht vermischen.

— Passant

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Unter -70 ° C-Lot, das reich an Zinn> 20% ist, wird als schlechte Idee angesehen. Bei 0 ° C würde ich mich wie unten erwähnt um Kondensation kümmern und die Schaltung konform beschichten oder auftopfen. farnell.com/datasheets/315929.pdf

— KalleMP

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Einige nützliche Informationen zu verschiedenen Lötarten: NIST Metallurgy

Die wichtigsten wichtigen Tabellen sind 1,12 (Wärmeausdehnungskoeffizient / elastische Eigenschaften von bleihaltigen Loten) und 1,14 (Zug- / Scherfestigkeit von bleihaltigen Loten).

Ich glaube, das Dokument enthält auch Informationen für bleifreie Lote (so heißt es schließlich), ich habe nicht allzu genau danach gesucht.

Die Schlüsseleigenschaften für bleihaltiges 63/37 Lötmittel:

Wärmeausdehnungskoeffizient: Elastizitätsmodul (Ich verwende die 20-Grad-Zahl, sie wird in der Nähe von 0 Grad etwas höher sein und 38,1 GPa bei -70 nicht überschreiten Grad): Zugfestigkeit:

α = 24 \frac{10^{- 6}}{K}

$\alpha = 24 \frac{10^{-6}}{K}$

E = 30.2 G P a

$E = 30.2 GPa$

σ_{m a x} = 56.19 M P a

$\sigma_{max} = 56.19 MPa$

Das schlimmste Szenario ist, wenn das Lot auf etwas völlig Starres montiert ist. Angenommen, wir nehmen den Spannungszustand 0 als Raumtemperatur (25 ° C) an.

Die Kontraktion aufgrund der Wärmeausdehnung beträgt:

ϵ = α (25 C - 0 C) = 0.0006

$\epsilon = \alpha (25C - 0C) = 0.0006$

Und die geeignete Zugspannung ist:

σ = E ϵ = 18.12 M P a

$\sigma = E \epsilon = 18.12 MPa$

Dies liegt weit unter der Zugfestigkeit des Lots.

Jedoch! Noch besser ist, dass sich die Leiterplatte selbst beim Abkühlen mit dem Lot zusammenzieht. Abhängig von der tatsächlichen Auflegerichtung entspricht dies genau dem 63/37 Löt-CTE (~ 20e-6 / C für die Primärrichtung), sodass die tatsächliche Spannung geringer ist.

tl; dr: es wird dir gut gehen. Möglicherweise müssen Sie sich mehr um Feuchtigkeit / Kondensation sowie um Komponenten kümmern, die für einen Betrieb unter 0 ° C ausgelegt sind, anstatt sich um Risse in den Lötstellen zu sorgen.

— helloworld922
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Das ist eine wirklich gute, gründliche Erklärung. Vielen Dank für die Veröffentlichung.

— Dave

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Die differentielle Kontraktion ist ziemlich klein; normale SMT arbeitet ohne spezielle Techniken bis zu mindestens -40 ° C. Thermisches Radfahren kann ein größeres Problem sein, wenn Sie alle paar Minuten von -40 auf +100 und zurück gehen, schnappt nach einer Weile etwas. BGA-Teile sind dafür anfälliger.

Die PCB-konforme Beschichtung (nach Montage und Test aufgetragen) hält Wasser von der Platine fern.

— pjc50
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Konforme Beschichtung klingt nach einer guten Idee - danke!

— Dave