Có thể sử dụng PCB như một phần trong cấu trúc của sản phẩm không?

Các nhà thiết kế công nghiệp và sản phẩm tôi đang làm việc tiếp tục quay trở lại ý tưởng sử dụng PCB như một phần không thể thiếu trong cấu trúc vật lý của các sản phẩm của chúng tôi.

Chúng tôi có các sản phẩm treo tường và tôi khá khó chịu với điều này. Lập luận của tôi chống lại là: "Đó không phải là một hiệu trưởng thiết kế tốt, PCB thường chỉ nên hỗ trợ trọng lượng của chính nó và không phải là những thứ không cần thiết như khung"

Họ cho rằng các bộ phận được hỗ trợ là tương đối nhẹ. Điều này thậm chí bao gồm hỗ trợ một khung thép không gỉ mỏng bằng cách sử dụng băng dính hai mặt trực tiếp đến một phần trống (không có rãnh hoặc thành phần) của PCB, hoặc các clip PCB bằng nhựa được dán vào khung. Hôm nay họ đã thách thức lập luận của tôi bằng cách nói "hiệu trưởng thiết kế nào? Cho chúng tôi thấy nơi nó nói điều này"

Những loại giải pháp này có thể xuất hiện thường xuyên từ các nhà thiết kế công nghiệp vì nó giải quyết được rất nhiều vấn đề chi phí cho họ, và cũng đẩy một số trách nhiệm cấu trúc xuống thiết kế PCB.

Theo tôi, các sản phẩm được thiết kế để "treo" PCB thường được chứng minh và thử nghiệm để gắn bởi nhà thiết kế sản phẩm. Ví dụ, tản nhiệt GPU lớn nặng hơn bất cứ thứ gì chúng tôi dự định đặt. Tuy nhiên, nếu chúng ta "treo" các bộ phận PCB của chính mình, chúng ta đang bước vào cả một thế giới thiết kế mà tôi không biết đủ.

Có lẽ ai đó có thể chỉ cho tôi một số câu trả lời về các loại vấn đề này. Sẽ tốt hơn nếu có được một số vật liệu trên các lực mà PCB có thể mất trước khi hàn bắt đầu bị nứt, v.v. Hoặc có thể ai đó đã thấy một sản phẩm sản xuất sử dụng PCB như một phần của cấu trúc? Chúng tôi là một doanh nghiệp nhỏ, nhưng các sản phẩm của chúng tôi là loại sản xuất hàng loạt và chúng tôi sẽ cần phải theo đuổi các tiêu chuẩn như CE.

PCB được sử dụng làm vật liệu kết cấu trong nhiều ứng dụng. Nếu bạn chắc chắn rằng bạn tải nó đúng cách - không tải uốn, chỉ có độ bền kéo - nó có thể là một vật liệu rất mạnh và cứng hữu ích cho nhiều ứng dụng. Ngoài ra, bạn có thể đặt rất nhiều chi tiết rất tốt trong PCB, cho phép bạn ủy thác rất nhiều sự phức tạp cơ học cho một quy trình rất rẻ. Điều này có thể cải thiện khả năng sản xuất và chi phí thấp hơn của các thành phần cơ khí khác của bạn.

Nếu bạn đang có ý định sử dụng PCB làm vật liệu kết cấu, hãy đảm bảo rằng:

• Bạn hãy nhớ rằng quy tắc số một của thiết kế cơ học là: trực giao hóa thiết kế. Cách dễ nhất để kiểm tra điều này là đảm bảo rằng bạn có thể lắp ráp toàn bộ thiết kế cơ khí mà không cần một triệu tay cầm các bộ phận khác nhau tại chỗ trong khi bạn vặn một bộ phận nhất định. Mỗi bước trong lắp ráp nên được xây dựng theo các bước trước đó theo kiểu tuyến tính và kết quả cuối cùng của mỗi bước lắp ráp phải là một sản phẩm có thể dễ dàng xử lý và thao tác.
• Mặc dù bạn đang sử dụng PCB như cơ khí cũng như kết nối điện (và do đó thiết kế của bạn không trực giao), hãy cố gắng tách rời các chức năng càng nhiều càng tốt. Không được dẫn các ứng suất cơ học qua các khu vực đông dân cư, vì các ứng suất này có thể làm biến dạng PCB và gây ra các vết nứt nhỏ. Sử dụng các khe cắm trong PCB một cách thông minh để dẫn các ứng suất cơ học xung quanh khu vực đông dân cư, thông qua vật liệu PCB "ít quan trọng"
• Sử dụng ốc vít tay hoặc ốc vít có ren rất mảnh trong PCB của bạn, KHÔNG sử dụng bộ tự gắn. Vật liệu PCB nói chung là rất mạnh, nhưng bên trong các lỗ không có lỗ hổng rất dễ bị hư hỏng, ảnh hưởng đến sự ổn định của kết nối.
• Áp dụng hàn vào vòng hình khuyên của lỗ lắp và sử dụng vòng răng cưa để tự khóa dây buộc tại chỗ.
• rất quan trọng: sử dụng vias trong các miếng đệm lỗ để 'đóng đinh' đồng lên bảng. Nếu không, vòng hình khuyên sẽ dễ dàng bị lỏng dưới áp lực cơ học.
• Sử dụng độ dày bảng thích hợp và thực hiện một số mặt sau của phân tích ứng suất đường bao. Trong các điều kiện điển hình, bạn muốn có ít hơn khoảng trên bảng mạch của mình. Đây là sự kết hợp giữa nhiệt và cơ học. Sử dụng các tính chất cơ học của vật liệu bảng đã chọn của bạn, tính toán mức độ biến dạng bạn mong đợi trong ứng dụng của mình. Ván dày hơn có nghĩa là bạn có thể chịu lực tương ứng nhiều hơn cho cùng một lượng căng thẳng.$\epsilon = 0.001$
• Trong các ứng dụng không thể tránh khỏi sự căng thẳng quá mức, hãy định tuyến dấu vết của bạn bằng các góc tròn thay vì các cạnh sắc nét, sử dụng bao bì thành phần nhỏ nhất có sẵn và định hướng các gói theo hướng có thể chiếm hết sức căng. Các bộ phận có chì có thể đối phó với nhiều căng thẳng hơn các bộ phận không chì.

Vật liệu PCB là vải thủy tinh và nhựa epoxy tổng hợp và có các tính chất cơ học rất, rất tốt.

Theo tôi, sử dụng nó như một phần của cấu trúc cơ khí là hoàn toàn ổn và thường dẫn đến các giải pháp rất thanh lịch.

Lý do tại sao nó không phải là một thực tiễn phổ biến là vì cách tiếp cận như vậy cần thiết kế rất cẩn thận và các chuyên gia của các cấu hình khác nhau (kỹ sư điện tử và cơ khí) để cùng nhau giải quyết vấn đề.

Đội kết hợp như vậy là rất khó để được tạo ra. Đó là lý do tại sao chỉ có các nhóm rất nhỏ có thể thiết kế loại giải pháp như vậy.

Trừ khi PCB của bạn rất mỏng, tôi sẽ nói đây là những quy tắc:

• mạnh mẽ trong căng thẳng
• mạnh mẽ trong việc nén vuông góc với bề mặt
• rất dễ bị uốn cong

Uốn cong PCB sẽ làm hỏng các mối hàn theo thời gian. Các trường hợp không đủ cứng dẫn đến uốn cong PCB là nguyên nhân thu hồi sản phẩm iBook của Apple vào giữa những năm 2000: mạch video phát triển các lỗi không liên tục.

Nếu sản phẩm của bạn là một cái gì đó giống như một chiếc đồng hồ treo trên tường, với lỗ gắn trên PCB, điều đó sẽ ổn. Nếu đó là thứ mà mọi người sẽ cầm trên tay, có thể ở một bên và có thể uốn cong, bạn sẽ muốn có một chút độ cứng từ khung bên ngoài.

Những cân nhắc khác: một số người cho rằng PCB trông rẻ tiền và xấu xí, có thể được giảm thiểu bằng cách bán không màu xanh lá cây hoặc mạ vàng. PCB tiếp xúc cũng khiến bạn dễ bị nhiễm khuẩn, nước hoặc bụi bẩn xâm nhập quanh các cạnh trên phần còn lại của bo mạch, v.v ... Rõ ràng là bạn không thể sử dụng điều này trong điện áp xử lý sản phẩm; bạn nên kiểm tra các yêu cầu kiểm tra CE để xem liệu sẽ có vấn đề với các sản phẩm được cấp nguồn cho bộ chuyển đổi nguồn không.

Có thể sản phẩm tiêu dùng chính mà tôi có thể nghĩ đến với PCB tiếp xúc là hộp mực trò chơi video, rất bền; nhưng nó được bao quanh bởi một lớp vỏ nhựa cứng mang lại sự cứng cáp.