Va bene usare il PCB come parte della struttura di un prodotto?

I progettisti industriali e di prodotto con cui sto lavorando continuano a tornare all'idea di utilizzare il PCB come parte integrante della struttura fisica dei nostri prodotti.

Abbiamo prodotti a parete e non mi sento a mio agio con questo. La mia tesi contraria è che: "Non è un buon principio di progettazione, il PCB dovrebbe generalmente supportare solo il proprio peso e non cose inutili come il telaio"

Sostengono che le parti supportate sono relativamente leggere. Ciò include anche il supporto di un sottile telaio in acciaio inossidabile che utilizza nastro biadesivo direttamente su una parte vuota (senza binari o componenti) del PCB o su fermagli PCB in plastica che sono fissati al telaio. Oggi hanno sfidato la mia tesi dicendo "quale design principal? Mostraci dove dice questo"

Questi tipi di soluzioni possono venire spesso dai progettisti industriali perché risolvono molti problemi di costo e riducono anche parte della responsabilità strutturale fino alla progettazione del PCB.

A mio avviso, i prodotti progettati per "appendere" i PCB sono in genere testati e testati per il montaggio dal progettista del prodotto. Ad esempio, un grande dissipatore di calore GPU è più pesante di qualsiasi cosa intendiamo collocare. Tuttavia, se stiamo "appendendo" le nostre parti di PCB, stiamo entrando in un intero mondo di design di cui non so abbastanza.

Forse qualcuno può indicarmi alcune risposte su questo tipo di problemi. Sarebbe bene avere del materiale sulle forze che un PCB può prendere prima che la saldatura inizi a incrinarsi, ecc. O forse qualcuno ha visto un prodotto di produzione che usa il PCB come parte della struttura? Siamo una piccola impresa, ma i nostri prodotti sono di produzione in serie e dovremo perseguire omologazioni come CE.

I PCB sono utilizzati come materiali strutturali in molte applicazioni. Se ti assicuri di caricarlo nel modo giusto - senza carichi di flessione, solo trazione - può essere un materiale molto resistente e rigido utile per molte applicazioni. Inoltre, è possibile inserire molti dettagli molto fini nei PCB, consentendo di delegare molta complessità meccanica a un processo molto economico. Ciò può migliorare la producibilità e ridurre i costi degli altri componenti meccanici.

Se si intende utilizzare i PCB come materiali strutturali, assicurarsi che:

• Tieni presente che la regola numero uno della progettazione meccanica è: ortogonale alla progettazione. Il modo più semplice per verificarlo è assicurarsi di poter assemblare l'intero progetto meccanico senza bisogno di un milione di mani che tengono in posizione varie parti diverse mentre si avvita una determinata parte in posizione. Ogni fase dell'assemblaggio dovrebbe basarsi sulle fasi precedenti in modo lineare e il risultato finale di ogni fase dell'assemblaggio dovrebbe essere un prodotto che può essere facilmente gestito e manipolato.
• Anche se stai usando un PCB come interconnessione meccanica o elettrica (e quindi il tuo design non è ortogonale), cerca comunque di disaccoppiare le funzioni il più possibile. Non condurre sollecitazioni meccaniche attraverso aree (densamente) popolate, poiché le sollecitazioni possono deformare il PCB e causare microcricche. Usa le fessure nel PCB in modo intelligente per condurre le sollecitazioni meccaniche intorno all'area popolata, attraverso materiale PCB meno importante non popolato
• Utilizzare dispositivi di fissaggio a manicotto o elementi di fissaggio filettati a passo molto fine nel PCB, NON utilizzare tappi automatici. Il materiale PCB nel suo complesso è molto resistente, ma l'interno dei fori non placcati viene danneggiato molto facilmente, compromettendo la stabilità della connessione.
• Applicare saldatura sull'anello anulare dei fori di montaggio e utilizzare anelli dentati per autobloccare il dispositivo di fissaggio in posizione.
• molto importante: utilizzare via nei cuscinetti dei fori di montaggio per 'inchiodare' il rame sulla scheda. Altrimenti l'anello anulare si allenterà facilmente sotto stress meccanico.
• $\epsilon = 0.001$
• Nelle applicazioni in cui è inevitabile una deformazione eccessiva, instradare le tracce con angoli arrotondati invece di spigoli vivi, utilizzare l'imballaggio dei componenti più piccolo disponibile e orientare le confezioni nell'orientamento che può sopportare la maggiore sollecitazione. Le parti piombate possono far fronte a una maggiore sollecitazione rispetto alle parti senza piombo.

Il materiale PCB è composto da tessuto di vetro e composito a base di resina epossidica e ha proprietà meccaniche molto, molto buone.

Usarlo come parte della costruzione meccanica è, a mio avviso, perfettamente OK e di solito porta a soluzioni molto eleganti.

Il motivo per cui non è una pratica comune è perché tale approccio richiede una progettazione molto attenta e specialisti di diversi profili (ingegneri elettronici e meccanici) per lavorare insieme sul problema.

Una squadra così combinata è molto difficile da creare. Ecco perché solo team molto piccoli possono progettare questo tipo di soluzioni.

A meno che il tuo PCB non sia molto sottile, direi che queste sono le regole:

• forte in tensione
• forte nella compressione perpendicolare alla superficie
• molto vulnerabile alla flessione

La flessione di un PCB danneggerà nel tempo i giunti di saldatura. I casi insufficientemente rigidi che hanno portato alla flessione del PCB sono stati la causa del richiamo del prodotto Apple iBook a metà degli anni 2000: i circuiti video hanno sviluppato guasti intermittenti.

Se il tuo prodotto è qualcosa di simile a un orologio appeso al muro, con un foro di montaggio nel PCB, andrebbe bene. Se è qualcosa che la gente raccoglierà nelle loro mani, forse da un lato, e forse piegherà, vorrai un po 'di rigidità dal telaio esterno.

Altre considerazioni: alcune persone pensano che i PCB siano economici e brutti, che possono essere mitigati da soldermask non verde o dorature. Il PCB esposto ti rende vulnerabile a ESD, infiltrazioni di acqua o sporcizia intorno ai bordi sul resto della scheda, ecc. Ovviamente non puoi usarlo in un prodotto che gestisce la tensione di rete; è necessario verificare i requisiti di prova CE per vedere se ci saranno problemi con i prodotti alimentati dall'adattatore di rete.

Forse il principale prodotto di consumo che mi viene in mente con PCB esposti sono le cartucce per videogiochi, che sono molto resistenti; ma lì è circondato da un guscio di plastica dura che fornisce rigidità.