Posso usar o PCB como parte da estrutura de um produto?

Os designers industriais e de produtos com os quais estou trabalhando voltam à ideia de usar o PCB como parte integrante da estrutura física de nossos produtos.

Temos produtos de parede e estou bastante desconfortável com isso. Meu argumento contra é o seguinte: "Não é um bom princípio de design, o PCB geralmente deve apenas suportar seu próprio peso e não coisas desnecessárias, como o quadro"

Eles argumentam que as peças apoiadas são relativamente leves. Isso inclui até o suporte de uma estrutura fina de aço inoxidável usando fita dupla face diretamente a uma parte vazia (sem faixas ou componentes) da PCB, ou a clipes de PCB de plástico presos à estrutura. Hoje eles desafiaram meu argumento dizendo: "que diretor de design? Nos mostra onde diz isso"

Esses tipos de soluções podem surgir com frequência de designers industriais, porque resolve muitos problemas de custo para eles e também transferem parte da responsabilidade estrutural para o design de PCB.

Na minha opinião, os produtos projetados para "pendurar" os PCBs geralmente são comprovados e testados para montagem pelo designer do produto. Por exemplo, um dissipador de calor de GPU grande é mais pesado do que qualquer coisa que planejamos colocar. No entanto, se estamos "pendurando" nossas próprias partes de PCB, estamos entrando em um mundo inteiro de design sobre o qual não conheço o suficiente.

Talvez alguém possa me indicar algumas respostas sobre esses tipos de questões. Seria bom obter algum material sobre as forças que um PCB pode suportar antes que a solda comece a rachar, etc. Ou talvez alguém tenha visto um produto de produção que usa o PCB como parte da estrutura? Somos uma empresa pequena, mas nossos produtos são de classe de produção em massa e precisaremos buscar aprovações de padrões, como CE.

PCBs são usados ​​como materiais estruturais em muitas aplicações. Se você o carrega da maneira correta - sem carga de flexão, apenas tração -, pode ser um material muito forte e rígido, útil para muitas aplicações. Além disso, você pode colocar muitos detalhes muito finos nos PCBs, permitindo delegar muita complexidade mecânica a um processo muito barato. Isso pode melhorar a capacidade de fabricação e reduzir o custo de seus outros componentes mecânicos.

Se você pretende usar PCBs como materiais estruturais, verifique se:

• Lembre-se de que a regra número um do design mecânico é: ortogonalize o design. A maneira mais fácil de verificar isso é garantir que você possa montar todo o projeto mecânico sem precisar de um milhão de mãos segurando várias peças diferentes no lugar enquanto aparafusa uma determinada peça no lugar. Cada etapa da montagem deve se basear nas etapas anteriores de maneira linear e o resultado final de cada etapa da montagem deve ser um produto que possa ser facilmente manipulado e manipulado.
• Mesmo que você esteja usando uma PCB como interconexão mecânica e elétrica (e, portanto, seu design não é ortogonal), tente desacoplar as funções o máximo possível. Não conduza tensões mecânicas através de áreas densamente povoadas, pois as tensões podem deformar a PCB e causar microfissuras. Use slots no PCB de forma inteligente para gerar tensões mecânicas em torno da área povoada, através de material de PCB 'menos importante' não preenchido
• Use prendedores com mangas ou prendedores com rosca de ponta muito fina na sua PCB, NÃO use auto-perfuradores. O material da placa de circuito impresso como um todo é muito forte, mas o interior dos furos não revestidos é muito facilmente danificado, comprometendo a estabilidade da conexão.
• Aplique solda no anel anular dos orifícios de montagem e use anéis serrilhados para travar automaticamente o fixador no lugar.
• muito importante: use vias nas almofadas dos orifícios de montagem para pregar o cobre na placa. Caso contrário, o anel anular se soltará facilmente sob estresse mecânico.
• $\epsilon = 0.001$
• Em aplicações onde a tensão excessiva é inevitável, direcione seus traços com cantos arredondados em vez de arestas cortantes, use a menor embalagem de componente disponível e oriente as embalagens na orientação que possa suportar a maior tensão. As peças com chumbo podem lidar com mais tensão do que as peças sem chumbo.

O material PCB é composto de tecido de vidro e resina epóxi e possui propriedades mecânicas muito, muito boas.

Usá-lo como parte da construção mecânica é, na minha opinião, perfeitamente correto e geralmente leva a soluções muito elegantes.

A razão pela qual não é uma prática comum é que essa abordagem precisa de um design muito cuidadoso e de especialistas de diferentes perfis (engenheiros eletrônicos e mecânicos) para trabalharem juntos no problema.

Essa equipe combinada é muito difícil de ser criada. É por isso que apenas equipes muito pequenas podem projetar esse tipo de solução.

A menos que seu PCB seja muito fino, eu diria que estas são as regras:

• forte em tensão
• forte compressão perpendicular à superfície
• muito vulnerável à flexão

A flexão de uma placa de circuito impresso danificará as juntas de solda com o tempo. Casos insuficientemente rígidos que levaram à flexão de PCB foram a causa do recall do produto Apple iBook em meados da década de 2000: o circuito de vídeo desenvolveu falhas intermitentes.

Se o seu produto é como um relógio pendurado na parede, com um orifício de montagem na placa de circuito impresso, tudo bem. Se for algo que as pessoas vão pegar nas mãos, talvez de um lado e talvez dobre, você precisará de alguma rigidez da estrutura externa.

Outras considerações: algumas pessoas pensam que os PCBs parecem baratos e feios, o que pode ser mitigado por soldermask não verde ou revestimento de ouro. A placa de circuito impresso exposta também o deixa vulnerável a ESD, entrada de água ou sujeira nas bordas para o restante da placa, etc. Obviamente, você não pode usá-lo em um produto que manipule a tensão da rede; você deve verificar os requisitos de teste CE para ver se haverá problemas com os produtos com adaptador de rede.

Possivelmente, o principal produto de consumo que consigo pensar em PCB exposto são os cartuchos de videogame, que são muito duráveis; mas é cercado por uma concha de plástico rígido que fornece rigidez.