Можно ли использовать печатную плату как часть конструкции продукта?

ПХБ используются в качестве конструкционных материалов во многих приложениях. Если вы убедитесь, что нагружаете его правильно — никаких изгибающих нагрузок, только растяжение — это может быть очень прочный и жесткий материал, полезный для многих применений. Кроме того, вы можете поместить множество очень мелких деталей в печатные платы, что позволит вам делегировать большую механическую сложность очень дешевому процессу. Это может повысить технологичность и снизить стоимость других механических компонентов.

Если вы собираетесь использовать печатные платы в качестве конструкционных материалов, убедитесь, что:

• Вы помните, что правило номер один механического проектирования: ортогонализация проекта. Самый простой способ проверить это — убедиться, что вы можете собрать всю механическую конструкцию без необходимости в миллионе рук, удерживающих различные детали на месте, пока вы привинчиваете определенную деталь. Каждый шаг сборки должен основываться на предыдущих шагах линейным образом, а конечным результатом каждого шага сборки должен быть продукт, с которым легко обращаться и которым легко манипулировать.
• Даже если вы используете печатную плату как механическое, так и электрическое соединение (и, следовательно, ваша конструкция не является ортогональной), все равно постарайтесь максимально разделить функции. Не допускайте механических воздействий через (густо) населенные пункты, так как напряжения могут деформировать печатную плату и вызвать микротрещины. Разумно используйте слоты в печатной плате, чтобы отводить механические напряжения вокруг населенных пунктов, через незаселенный «менее важный» материал печатной платы.
• Используйте на печатной плате крепежные детали с втулкой или резьбовые крепежные детали с очень мелким шагом, НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ саморезы. Материал печатной платы в целом очень прочный, но внутренности неметаллизированных отверстий очень легко повредить, что ставит под угрозу стабильность соединения.
• Нанесите припой на кольцевое кольцо монтажных отверстий и используйте зубчатые кольца, чтобы зафиксировать крепеж на месте.
• очень важно: используйте переходные отверстия в контактных площадках монтажных отверстий, чтобы «прибить» медь к плате. В противном случае кольцевое кольцо легко разболтается при механическом воздействии.
• Используйте доски подходящей толщины и проведите анализ напряжения задней части оболочки. В типичных условиях вы хотите меньше, чем примерно$\epsilon = 0.001$нагрузка на вашу печатную плату. Это сочетание термического и механического. Используя механические свойства выбранного вами материала плиты, рассчитайте степень деформации, которую вы ожидаете в своем приложении. Более толстые доски означают, что вы можете воспринимать пропорционально большую силу при том же уровне нагрузки.
• В приложениях, где чрезмерная нагрузка неизбежна, прокладывайте дорожки с закругленными углами вместо острых краев, используйте наименьшую доступную упаковку компонентов и ориентируйте упаковки так, чтобы они выдерживали наибольшую нагрузку. Освинцованные детали могут выдерживать большую нагрузку, чем бессвинцовые.

Если ваша печатная плата не очень тонкая, я бы сказал, что действуют следующие правила:

• сильный в напряжении
• прочный на сжатие перпендикулярно поверхности
• очень чувствителен к изгибу

Изгиб печатной платы со временем повредит паяные соединения. Недостаточно жесткие корпуса, приводившие к изгибу печатной платы, стали причиной отзыва продукции Apple iBook в середине 2000-х: в видеосхеме возникали периодические неисправности.

Если ваш продукт представляет собой что-то вроде часов, висящих на стене, с монтажным отверстием в печатной плате, это нормально. Если это что-то, что люди собираются взять в руки, может быть, за одну сторону и, возможно, согнуть, вам понадобится жесткость внешней рамы.

Другие соображения: некоторые люди думают, что печатные платы выглядят дешево и некрасиво, что может быть смягчено незеленой паяльной маской или золотым покрытием. Открытая печатная плата также делает вас уязвимым для электростатического разряда, попадания воды или грязи по краям на остальную часть платы и т. д. Очевидно, что вы не можете использовать это в продукте, работающем с сетевым напряжением; вам следует проверить требования к тестированию CE, чтобы увидеть, не возникнут ли проблемы с продуктами, питающимися от сетевого адаптера.

Возможно, основной потребительский продукт, о котором я могу думать с открытой печатной платой, — это картриджи для видеоигр, которые очень долговечны; но там он окружен жесткой пластиковой оболочкой, обеспечивающей жесткость.

Материал печатной платы представляет собой композит на основе стеклоткани и эпоксидной смолы, обладающий очень хорошими механическими свойствами.

Использование его как части механической конструкции, на мой взгляд, совершенно нормально и обычно приводит к очень элегантным решениям.

Причина, по которой это не является общепринятой практикой, заключается в том, что такой подход требует очень тщательного проектирования и совместной работы специалистов разных профилей (электронщиков и инженеров-механиков) над проблемой.

Такую сборную команду создать очень сложно. Вот почему только очень маленькие команды могут разрабатывать такие решения.

Я знаю, что это старый вопрос, но вот изображение реального продукта, разработанного моим отцом 50 лет назад. Управление фазой сильноточного переменного тока Vectrol "Red-Pac".

Толстый FR4 достаточно прочный. Не пытайтесь сделать это с фенольной доской! А это была силовая плата, так что следы толстые.