¿Está bien usar la PCB como parte de la estructura de un producto?

Los PCB se utilizan como materiales estructurales en muchas aplicaciones. Si se asegura de cargarlo correctamente, sin doblar cargas, solo la resistencia a la tracción, puede ser un material muy resistente y rígido, útil para muchas aplicaciones. Además, puede poner muchos detalles muy finos en los PCB, lo que le permite delegar una gran cantidad de complejidad mecánica a un proceso muy barato. Esto puede mejorar la capacidad de fabricación y reducir el costo de sus otros componentes mecánicos.

Si tiene la intención de utilizar PCB como material estructural, asegúrese de que:

• Tenga en cuenta que la regla número uno del diseño mecánico es: ortogonalizar el diseño. La forma más fácil de comprobarlo es asegurarse de que puede ensamblar todo el diseño mecánico sin necesitar un millón de manos que sujeten varias partes diferentes en su lugar mientras atornilla una parte determinada en su lugar. Cada paso en el ensamblaje debe basarse en los pasos anteriores de forma lineal y el resultado final de cada paso del ensamblaje debe ser un producto que se pueda manejar y manipular fácilmente.
• Aunque esté utilizando una PCB como interconexión tanto mecánica como eléctrica (y, por lo tanto, su diseño no es ortogonal), intente desacoplar las funciones tanto como sea posible. No conduzca tensiones mecánicas a través de áreas (densamente) pobladas, ya que las tensiones pueden deformar la PCB y causar microcracks. Use las ranuras de la PCB de manera inteligente para dirigir las tensiones mecánicas alrededor del área poblada, a través del material de PCB "menos importante" no poblado.
• Use sujetadores de mangas o sujetadores roscados de tono muy fino en su PCB, NO use el autoapturador. El material de PCB en su conjunto es muy fuerte, pero el interior de los orificios sin desbastar se daña fácilmente, lo que compromete la estabilidad de la conexión.
• Aplique soldadura al anillo anular de los orificios de montaje y use anillos serrados para bloquear automáticamente el sujetador en su lugar.
• muy importante: use las vías en las almohadillas de los orificios de montaje para "clavar" el cobre en el tablero. De lo contrario, el anillo anular se soltará fácilmente bajo tensión mecánica.
• Use el grosor adecuado de la placa y realice una parte posterior del análisis de tensión de la envoltura. En condiciones típicas, usted desea una tensión menor en aproximadamente \ $ \ epsilon = 0.001 \ $ en su placa de circuito. Esto es combinado térmico y mecánico. Con las propiedades mecánicas del material de su tablero elegido, calcule la cantidad de tensión que espera en su aplicación. Tableros más gruesos significa que puede tomar proporcionalmente más fuerza para la misma cantidad de tensión.
• En aplicaciones en las que no se puede evitar una tensión excesiva, encamine sus trazas con esquinas redondeadas en lugar de bordes afilados, use el paquete de componentes más pequeño disponible y oriente los paquetes en la orientación que permita la mayor tensión. Las piezas con plomo pueden soportar más tensión que las piezas sin plomo.

El material de PCB es de material compuesto de tela de vidrio y resina epoxi y tiene muy, muy buenas propiedades mecánicas.

El uso como parte de la construcción mecánica está, en mi opinión, perfectamente bien y generalmente conduce a soluciones muy elegantes.

La razón por la que no es una práctica común es porque este enfoque requiere un diseño muy cuidadoso y especialistas de diferentes perfiles (electrónica e ingenieros mecánicos) para trabajar juntos en el problema.

Tal equipo combinado es muy difícil de crear. Es por eso que solo equipos muy pequeños pueden diseñar este tipo de soluciones.

A menos que su PCB sea muy delgado, diría que estas son las reglas:

• fuerte en tensión
• fuerte en compresión perpendicular a la superficie
• muy vulnerable a la flexión

La flexión de una PCB dañará las uniones de soldadura con el tiempo. Los casos insuficientemente rígidos que llevaron a la flexión de PCB fueron la causa de la retirada del producto Apple iBook a mediados de la década de 2000: el circuito de video desarrolló fallas intermitentes.

Si su producto es algo así como un reloj que cuelga de la pared, con un orificio de montaje en la PCB, estaría bien. Si es algo que la gente va a tomar en sus manos, tal vez por un lado, y tal vez se doble, querrá un poco de rigidez del marco exterior.

Otras consideraciones: algunas personas piensan que los PCB se ven baratos y feos, lo que puede mitigarse con una máscara de soldado no verde o con un baño de oro. La PCB expuesta también lo deja vulnerable a la ESD, el ingreso de agua o suciedad alrededor de los bordes del resto del tablero, etc. Obviamente, no puede usar esto en un producto que maneje la tensión de la red; debe verificar los requisitos de prueba de la CE para ver si habrá problemas con los productos con alimentación del adaptador de red.

Posiblemente el principal producto de consumo que se me ocurre con los PCB expuestos son los cartuchos de videojuegos, que son muy duraderos; pero ahí está rodeado por una cubierta de plástico duro que proporciona rigidez.