Calentamiento de PCB en un ambiente de baja temperatura

Tengo que desarrollar un circuito de microcontrolador que funcione a bajas temperaturas (tan bajas como -60C). Quiero calentar la placa PCB FR4 hasta que alcance el rango de temperatura comercial por encima de -40C. Encontré unos calentadores flexi para calentar la PCB. ¿Qué otras opciones tengo? ¿Es posible utilizar una capa de PCB como calentador? No pude encontrar ninguna información sobre el uso de una capa como calentador.

Solo use algunas resistencias de montaje en superficie, solo tenga cuidado de que los ciclos de calor agrieten las uniones de soldadura con el tiempo.
¿Qué mecanismo controlará su calentador antes de que comience MC (-60C - -40C)? Para el calentador, vea este enlace - Cama caliente
Me encantaría ver que se use una capa interna como calentador. Querrá deambular por el rastro para que sea agradable y largo, pero todos los cálculos para la disipación de energía y el aumento de temperatura de los rastros de cobre internos están disponibles en Internet. ¿El consumo de energía no es un problema? Si es así, puedes usar un RTG y matar 2 pájaros de 1 tiro :>
Me pondré en contacto con el fabricante del microcontrolador y le pediré información sobre cómo ejecutar el dispositivo a baja temperatura
@JohnU Es una buena pregunta. Las especificaciones de mis microcontroladores dicen que la temperatura mínima de trabajo es -40C. No estoy seguro de si es posible ejecutar el microcontrolador a -60C para controlar el proceso de calentamiento.
Use la(s) resistencia(s) PTC conectada(s) a través del riel de alimentación, no se necesita control. También podría usar uno para mantener el controlador / línea RESET para evitar que el micro se inicie cuando está muy frío.
@JohnU ¿Cómo saber cuándo la temperatura es lo suficientemente buena para iniciar el sistema?
¿Qué pasa con algún tipo de sensor de temperatura o un pequeño termistor conectado a un circuito de conmutación?
Suena razonable para mí. Intentaré diseñar uno. ¡Gracias Juan!

Respuestas (2)

Me inclinaría a usar trazas sobre o dentro de la PCB como calentador directo, como sugiere. Obviamente, comenzaría por aislar la placa tanto como sea posible para minimizar la energía requerida para mantener la temperatura. Preste especial atención a las conexiones eléctricas externas, que también pueden ser buenas conductoras del calor. Los tramos adicionales de cable enterrados en el aislamiento ayudarán bastante.

Yo colocaría la(s) traza(s) principalmente alrededor del borde del tablero, generalmente manteniéndolos alejados de otros componentes que producen calor para mantener al mínimo los gradientes de temperatura en el tablero. Diseñaría una fuente de corriente que tenga retroalimentación de temperatura para impulsar la traza, con una configuración "máxima" que garantice que no se quemará.

Los calefactores flexibles que encontraste están haciendo esencialmente lo mismo, pero probablemente consideren que los datos de las aplicaciones son algo exclusivos. Tendrás que resolver los detalles tú mismo; cosas como el ancho y el grosor de las trazas, los niveles de corriente y el aumento de la temperatura, según la resistividad básica del cobre, que es 1,68 × 10 -8 Ω-m a 20 °C.

¿Es prudente colocar trazas en una capa interna debido a la baja conductividad térmica del epoxi FR4?
@zontragon: Realmente no importa tanto. No está tratando de mover mucho calor, como si estuviera con un disipador de calor, solo aumente la temperatura del sistema en general.
¿Por qué preferiría usar trazas de PCB en lugar de usar un calentador flexible externo? ¿Qué ventajas tiene?
@zontragon: Porque básicamente es un costo incremental cero, incluido en el costo de la PCB.

Tuve que diseñar un demodulador de datos de receptor de radio de 400 MHz que pudiera sentarse a -60 ºC y coloqué un montón de resistencias de montaje en superficie en una formación de matriz debajo de la PCB en la traza inferior (placa de 4 capas). La matriz significaba que si una resistencia fallaba, no eliminaba toda la idea del calentador.

Utilicé un sensor de temperatura para controlar la calefacción y alrededor de los +10 ºC se apagó porque el mismo módulo también podría permanecer expuesto al calor abrasador todo el día. El único problema que tuvo inicialmente la unidad fue cuando se volvió a calentar a 0 ºC: se formó condensación en la placa de circuito y durante 5 minutos la radio no funcionó como se esperaba. Esto se curó con lacado selectivo de áreas vulnerables de la PCB.

Todavía hubo algunas fallas notables cuando volvió a subir a 0 ºC, pero fueron de muy corta duración. La unidad fue diseñada para una celda de prueba de motores aeronáuticos, ¡no es un buen lugar para estar cuando el motor está encendido! El receptor de radio estaba recopilando datos del motor.

¡Buen diseño! Pero si el sistema se encuentra por debajo de -60 grados y se apaga, ¿cómo iniciar el sistema sin ejecutar MCU por debajo de 60 grados?
@richieqianle no tenía MCU.
¿Podría explicar cómo despertar/cerrar el sensor de temperatura?
@richieqianle, todo se hizo de forma analógica con un comparador, según recuerdo.
Para evitar arrancar la otra parte del circuito (excepto la parte de calefacción) a baja temperatura, ¿qué se hizo?
@richieqianle No estoy seguro de lo que quieres decir. De memoria, todo permaneció encendido todo el tiempo y la caja se probó así en nuestro laboratorio en un congelador especial.
El circuito se puede dividir en dos partes: parte del calentador y parte de la función. La parte funcional está diseñada para funcionar por encima de +10 grados, en su caso, por lo tanto, se necesita un calentador. Si todo el circuito se pone a -55 grados, la parte del calentador debe encenderse primero y la parte funcional no funcionará hasta que el ambiente se caliente a +10 grados. ¿Cómo se hizo esto?
@richieqianle No estoy seguro de a dónde vas con esto. ¿Tiene alguna pregunta que tal vez debería plantearse como una pregunta adecuada sobre el intercambio de pilas?
Gracias por tu recordatorio. Empecé una nueva publicación: electronics.stackexchange.com/questions/176720/…