Czy można używać PCB jako części struktury produktu?

Projektanci przemysłowi i projektanci produktów, z którymi pracuję, wracają do idei używania PCB jako integralnej części fizycznej struktury naszych produktów.

Mamy produkty naścienne i nie czuję się z tym dobrze. Argumentuję przeciwko temu, że: „Nie jest to dobra zasada projektowa, płytka drukowana powinna zasadniczo utrzymywać jedynie swoją własną wagę, a nie niepotrzebne rzeczy, takie jak rama”

Twierdzą, że podparte części są stosunkowo lekkie. Obejmuje to nawet podparcie cienkiej ramy ze stali nierdzewnej za pomocą dwustronnej taśmy bezpośrednio do pustej (bez prowadnic lub elementów) części PCB lub do plastikowych klipsów PCB, które są przyklejone do ramy. Dzisiaj zakwestionowali mój argument, mówiąc „jaka zasada projektu? Pokaż nam, gdzie to mówi”

Tego rodzaju rozwiązania mogą często pochodzić od projektantów przemysłowych, ponieważ rozwiązują wiele problemów związanych z kosztami, a także spychają część odpowiedzialności strukturalnej na projektowanie obwodów drukowanych.

Moim zdaniem produkty zaprojektowane do „zawieszania się” na płytkach drukowanych są zazwyczaj sprawdzane i testowane pod kątem montażu przez projektanta produktu. Na przykład duży radiator GPU jest cięższy niż wszystko, co planujemy umieścić. Jeśli jednak „wieszamy” własne części PCB, wkraczamy w cały świat projektowania, o którym nie wiem wystarczająco dużo.

Być może ktoś może wskazać mi odpowiedzi na tego rodzaju problemy. Dobrze byłoby uzyskać materiał na siły, które może wytrzymać PCB, zanim lut zacznie pękać itp. A może ktoś widział produkt produkcyjny, który wykorzystuje PCB jako część struktury? Jesteśmy małą firmą, ale nasze produkty są klasy produkcyjnej i będziemy musieli uzyskać certyfikaty norm, takie jak CE.

Płytki drukowane są stosowane jako materiały konstrukcyjne w wielu aplikacjach. Jeśli upewnisz się, że ładujesz go we właściwy sposób - bez obciążeń zginających, tylko rozciąganie - może to być bardzo mocny i sztywny materiał przydatny do wielu zastosowań. Ponadto możesz umieścić wiele bardzo drobnych szczegółów na płytkach drukowanych, co pozwala na przekazanie dużej złożoności mechanicznej do bardzo taniego procesu. Może to poprawić produktywność i obniżyć koszty innych komponentów mechanicznych.

Jeśli zamierzasz używać PCB jako materiałów konstrukcyjnych, upewnij się, że:

• Należy pamiętać, że zasadą numer jeden w projektowaniu mechanicznym jest: ortogonalizacja projektu. Najprostszym sposobem na sprawdzenie tego jest upewnienie się, że możesz zmontować cały projekt mechaniczny bez potrzeby miliona rąk trzymających różne części w miejscu podczas wkręcania określonej części. Każdy krok w zespole powinien opierać się na poprzednich etapach w sposób liniowy, a końcowym rezultatem każdego etapu montażu powinien być produkt, którym można łatwo manipulować i manipulować.
• Nawet jeśli używasz PCB zarówno jako połączenia mechanicznego, jak i elektrycznego (a zatem twój projekt nie jest ortogonalny), spróbuj mimo to rozdzielić funkcje w jak największym stopniu. Nie należy prowadzić naprężeń mechanicznych przez (gęsto) zaludnione obszary, ponieważ naprężenia mogą deformować płytkę PCB i powodować mikropęknięcia. Inteligentnie wykorzystuj szczeliny na płytce drukowanej, aby prowadzić naprężenia mechaniczne wokół zaludnionego obszaru przez niepopulowany „mniej ważny” materiał na płytkę drukowaną
• Używaj elementów złącznych z rękawami lub bardzo drobnych gwintowanych elementów mocujących na płytce drukowanej, NIE używaj samozaciskaczy. Materiał PCB jako całość jest bardzo mocny, ale wnętrze nieplaterowanych otworów bardzo łatwo ulega uszkodzeniu, co pogarsza stabilność połączenia.
• Nałożyć lut na pierścieniowy pierścień otworów montażowych i użyć ząbkowanych pierścieni, aby samoblokować łącznik na miejscu.
• bardzo ważne: użyj przelotek w podkładkach otworów montażowych, aby „przybić” miedź do płyty. W przeciwnym razie pierścieniowy pierścień łatwo poluzuje się pod wpływem obciążenia mechanicznego.
• $\epsilon = 0.001$
• W aplikacjach, w których nadmierne obciążenie jest nieuniknione, prowadź swoje ślady za pomocą okrągłych narożników zamiast ostrych krawędzi, użyj najmniejszego dostępnego opakowania komponentu i ustaw opakowania w orientacji, która może przyjąć największe obciążenie. Części ołowiane radzą sobie z większym obciążeniem niż części bezołowiowe.

Materiał PCB jest tkaniną szklaną i kompozytem na bazie żywicy epoksydowej i ma bardzo, bardzo dobre właściwości mechaniczne.

Używanie go jako części konstrukcji mechanicznej jest moim zdaniem całkowicie OK i zwykle prowadzi do bardzo eleganckich rozwiązań.

Powodem, dla którego nie jest to powszechną praktyką, jest to, że takie podejście wymaga bardzo starannego zaprojektowania i specjalistów z różnych profili (elektroników i inżynierów mechaników) do wspólnej pracy nad problemem.

Tak połączony zespół jest bardzo trudny do stworzenia. Dlatego tylko bardzo małe zespoły mogą zaprojektować tego rodzaju rozwiązania.

Chyba że twój PCB jest bardzo cienki, powiedziałbym, że są to zasady:

• silny w napięciu
• silny w ściskaniu prostopadłym do powierzchni
• bardzo podatny na zginanie

Zginanie płytki drukowanej z czasem uszkodzi połączenia lutowane. Niewystarczająco sztywne przypadki prowadzące do zginania płytek drukowanych były przyczyną wycofania produktu Apple iBook w połowie 2000 roku: w obwodach wideo występowały nieregularne usterki.

Jeśli twój produkt jest jak zegar zwisający ze ściany, z otworem montażowym w płytce drukowanej, byłoby dobrze. Jeśli ludzie coś podniosą w dłoniach, może z jednej strony, a może zginają się, będziesz potrzebować trochę sztywności z zewnętrznej ramy.

Inne uwagi: niektórzy uważają, że PCB wyglądają tanio i brzydko, co można złagodzić przez nie-zielony soldermask lub złocenie. Odsłonięta płytka drukowana naraża cię również na ESD, wodę lub brud dostający się z krawędzi do reszty płyty itp. Oczywiście nie możesz tego użyć w napięciu zasilającym; należy sprawdzić wymagania dotyczące testowania CE, aby sprawdzić, czy wystąpią problemy z produktami zasilanymi z zasilacza sieciowego.

Być może głównym produktem konsumenckim, o którym myślę z odsłoniętą płytką drukowaną, są wkładki do gier wideo, które są bardzo trwałe; ale tam jest otoczony twardą plastikową powłoką, która zapewnia sztywność.