Est-il acceptable d'utiliser le PCB dans le cadre de la structure d'un produit?

Les concepteurs industriels et de produits avec qui je travaille reviennent sans cesse à l'idée d'utiliser le PCB comme partie intégrante de la structure physique de nos produits.

Nous avons des produits muraux et je suis assez mal à l'aise avec cela. Mon argument contre est que: "Ce n'est pas un bon principe de conception, le PCB ne devrait généralement supporter que son propre poids et pas des choses inutiles comme le cadre"

Ils soutiennent que les pièces supportées sont relativement légères. Cela inclut même le support d'un cadre mince en acier inoxydable à l'aide de ruban adhésif double face directement sur une partie vide (pas de pistes ou de composants) du PCB, ou sur des clips de PCB en plastique qui sont collés au châssis. Aujourd'hui, ils ont contesté mon argument en disant "quel principe de conception? Montrez-nous où cela dit ceci"

Ces types de solutions peuvent souvent venir des concepteurs industriels car cela résout beaucoup de problèmes de coûts pour eux, et repousse également une partie de la responsabilité structurelle jusqu'à la conception des PCB.

À mon avis, les produits conçus pour "accrocher" les PCB sont généralement éprouvés et testés pour le montage par le concepteur du produit. Par exemple, un grand dissipateur thermique GPU est plus lourd que tout ce que nous prévoyons de placer. Cependant, si nous «suspendons» nos propres pièces de PCB, nous entrons dans un monde de conception que je ne connais pas assez.

Peut-être que quelqu'un peut me signaler quelques réponses sur ces types de problèmes. Il serait bon d'obtenir du matériel sur les forces qu'un PCB peut prendre avant que la soudure ne commence à se fissurer, etc. Ou peut-être que quelqu'un a vu un produit de production qui utilise le PCB dans le cadre de la structure? Nous sommes une petite entreprise, mais nos produits sont de qualité industrielle et nous devrons obtenir des approbations de normes telles que CE.

Les PCB sont utilisés comme matériaux de structure dans de nombreuses applications. Si vous vous assurez de le charger correctement - pas de charges de flexion, seulement de traction - il peut s'agir d'un matériau très solide et rigide utile pour de nombreuses applications. De plus, vous pouvez mettre beaucoup de détails très fins dans les PCB, ce qui vous permet de déléguer beaucoup de complexité mécanique à un processus très bon marché. Cela peut améliorer la fabricabilité et réduire le coût de vos autres composants mécaniques.

Si vous avez l'intention d'utiliser des PCB comme matériaux de structure, assurez-vous que:

• Vous gardez à l'esprit que la règle numéro un de la conception mécanique est: orthogonaliser la conception. La façon la plus simple de vérifier cela est de vous assurer que vous pouvez assembler l'ensemble de la conception mécanique sans avoir besoin d'un million de mains tenant différentes pièces en place pendant que vous vissez une certaine pièce en place. Chaque étape de l'assemblage doit s'appuyer sur les étapes précédentes de manière linéaire et le résultat final de chaque étape de l'assemblage doit être un produit qui peut être facilement manipulé et manipulé.
• Même si vous utilisez un PCB aussi bien comme interconnexion mécanique qu'électrique (et donc votre conception n'est pas orthogonale), essayez de découpler les fonctions autant que possible de toute façon. Ne pas conduire de contraintes mécaniques à travers des zones (densément) peuplées, car les contraintes peuvent déformer le PCB et provoquer des microfissures. Utilisez intelligemment les fentes du PCB pour conduire des contraintes mécaniques autour de la zone peuplée, à travers du PCB non peuplé et moins important
• Utilisez des attaches à manches ou des attaches filetées à pas très fin dans votre PCB, NE PAS utiliser de taraudeurs. Le matériau PCB dans son ensemble est très solide, mais l'intérieur des trous non plaqués est très facilement endommagé, ce qui compromet la stabilité de la connexion.
• Appliquez de la soudure sur l'anneau annulaire des trous de montage et utilisez des anneaux dentelés pour verrouiller automatiquement l'attache en place.
• très important: utilisez des vias dans les coussinets de montage pour «clouer» le cuivre sur la carte. Sinon, la bague annulaire se détachera facilement sous la contrainte mécanique.
• Utilisez des épaisseurs de panneaux appropriées et effectuez une analyse de la contrainte d'enveloppe. Dans des conditions typiques, vous voulez que la tension sur votre carte de circuit imprimé soit inférieure à environ . Ceci est combiné thermique et mécanique. En utilisant les propriétés mécaniques du matériau de votre choix, calculez la quantité de contrainte que vous attendez dans votre application. Des planches plus épaisses signifient que vous pouvez prendre proportionnellement plus de force pour la même quantité de contrainte.$\epsilon = 0.001$
• Dans les applications où une déformation excessive est inévitable, acheminez vos traces avec des coins arrondis au lieu d'arêtes vives, utilisez le plus petit emballage de composants disponible et orientez les emballages dans l'orientation qui peut absorber le plus de contraintes. Les pièces au plomb peuvent supporter plus de contraintes que les pièces sans plomb.

Le matériau PCB est un tissu de verre et un composite à base de résine époxy et possède de très, très bonnes propriétés mécaniques.

Son utilisation dans le cadre de la construction mécanique est, à mon avis, parfaitement correcte et conduit généralement à des solutions très élégantes.

La raison pour laquelle ce n'est pas une pratique courante est parce qu'une telle approche nécessite une conception très soignée et des spécialistes de différents profils (ingénieurs en électronique et en mécanique) pour travailler ensemble sur le problème.

Une telle équipe combinée est très difficile à créer. C'est pourquoi seules de très petites équipes peuvent concevoir ce type de solutions.

À moins que votre PCB soit très mince, je dirais que ce sont les règles:

• fort en tension
• forte en compression perpendiculaire à la surface
• très vulnérable à la flexion

La flexion d'un PCB endommagera les joints de soudure avec le temps. Des boîtiers insuffisamment rigides entraînant une flexion des PCB ont été à l'origine du rappel du produit Apple iBook au milieu des années 2000: les circuits vidéo ont développé des défauts intermittents.

Si votre produit ressemble à une horloge suspendue au mur, avec un trou de montage dans le PCB, ce serait parfait. Si c'est quelque chose que les gens vont ramasser dans leurs mains, peut-être d'un côté, et peut-être plier, vous voudrez une certaine rigidité du cadre extérieur.

Autres considérations: certaines personnes pensent que les PCB semblent bon marché et moches, ce qui peut être atténué par un masque de soudure non vert ou un placage à l'or. Le PCB exposé vous rend également vulnérable aux ESD, à l'eau ou à la saleté qui pénètre sur les bords du reste de la carte, etc. Évidemment, vous ne pouvez pas l'utiliser dans un produit qui gère la tension du secteur; vous devez vérifier les exigences de test CE pour voir s'il y aura des problèmes avec les produits alimentés par l'adaptateur secteur.

Peut-être que le principal produit de consommation auquel je pense avec les PCB exposés est les cartouches de jeux vidéo, qui sont très durables; mais là, il est entouré d'une coque en plastique dur qui assure la rigidité.