제품 구조의 일부로 PCB를 사용해도 괜찮습니까?

내가 함께 일하고있는 산업 및 제품 디자이너들은 제품의 물리적 구조에서 없어서는 안될 PCB를 사용한다는 아이디어로 계속 돌아왔다.

우리는 벽걸이 제품을 가지고 있으며 이것으로 꽤 불편합니다. "그것은 좋은 디자인 교장이 아니며, PCB는 일반적으로 자체 무게를 지탱해야하며 프레임과 같은 불필요한 것들을지지 않아야합니다."

그들은지지되는 부분이 상대적으로 가볍다 고 주장한다. 여기에는 양면 테이프를 사용하여 PCB의 빈 부분 (트랙이나 구성 요소가없는) 또는 프레임에 테이프로 부착 된 플라스틱 PCB 클립에 직접 얇은 스테인리스 스틸 프레임을지지하는 것도 포함됩니다. 오늘 그들은 "어떤 디자인 원칙이 우리에게 이것을 말하는지 보여줘"라고 말함으로써 나의 주장에 도전했다.

이러한 유형의 솔루션은 많은 비용 문제를 해결하고 일부 구조적 책임을 PCB 설계에 적용하기 때문에 산업 설계자로부터 자주 나올 수 있습니다.

제 생각에, PCB를 "매달려"끄도록 설계된 제품은 일반적으로 제품 설계자가 장착 한 것으로 입증 및 테스트되었습니다. 예를 들어, 큰 GPU 방열판은 우리가 배치하려는 것보다 무겁습니다. 그러나 PCB의 자체 부품을 "매달려"면 내가 알지 못하는 전 세계 디자인에 접어 들고 있습니다.

아마도 누군가가 이러한 유형의 문제에 대한 대답을 알려줄 수 있습니다. 솔더가 균열을 일으키기 전에 PCB가 취할 수있는 힘에 대한 자료를 얻는 것이 좋을 것이다. 아니면 누군가 PCB를 구조의 일부로 사용하는 생산 제품을 본 적이 있을까? 우리는 중소 기업이지만 우리의 제품은 대량 생산 등급이며 CE와 같은 표준 승인을 받아야합니다.

PCB는 많은 응용 분야에서 구조 재료로 사용됩니다. 굽힘 하중이없고 인장력 만있는 올바른 방식으로 하중을 가하면 많은 응용 분야에 유용한 매우 강하고 단단한 재료가 될 수 있습니다. 또한 PCB에 매우 미세한 디테일을 넣을 수있어 많은 기계적인 복잡성을 매우 저렴한 프로세스에 위임 할 수 있습니다. 이는 제 조성을 향상시키고 다른 기계 구성 요소의 비용을 낮출 수 있습니다.

PCB를 구조 재료로 사용하려는 경우 다음을 확인하십시오.

• 기계 설계의 첫 번째 규칙은 설계를 직교 화한다는 것입니다. 이를 확인하는 가장 쉬운 방법은 특정 부품을 제자리에 고정시키는 동안 다양한 부품을 제자리에 고정하지 않고도 백만 개의 손을 사용하지 않고도 전체 기계 설계를 조립할 수 있도록하는 것입니다. 어셈블리의 모든 단계는 이전 단계를 선형으로 구축해야하며 모든 어셈블리 단계의 최종 결과는 쉽게 처리하고 조작 할 수있는 제품이어야합니다.
• PCB를 기계적 상호 연결뿐만 아니라 전기적 상호 연결로 사용하므로 (디자인이 직교하지 않음) 기능을 가능한 한 많이 분리하십시오. 응력이 PCB를 변형시키고 미세 균열을 일으킬 수 있으므로 밀집된 영역을 통해 기계적 응력을 유발하지 마십시오. PCB의 슬롯을 지능적으로 사용하여 채워지지 않은 '중요하지 않은'PCB 재료를 통해 채워진 영역 주위의 기계적 스트레스를 유도합니다.
• PCB에 슬리브 패스너 또는 매우 미세한 나사산 패스너를 사용하십시오. 셀프 태퍼를 사용하지 마십시오. PCB 재료는 전체적으로 매우 강하지 만 도금되지 않은 구멍의 내부가 매우 쉽게 손상되어 연결 안정성이 떨어집니다.
• 장착 구멍의 환형 링에 땜납을 바르고 톱니 모양의 링을 사용하여 패스너를 제자리에 자동 고정하십시오.
• 매우 중요합니다 : 장착 구멍 패드에 비아를 사용하여 구리를 보드에 '못으로 깎습니다'. 그렇지 않으면 기계적 응력에 의해 환형 링이 쉽게 느슨해집니다.
• $\epsilon = 0.001$
• 과도한 변형이 불가피한 경우, 날카로운 모서리 대신 둥근 모서리로 트레이스를 라우팅하고 사용 가능한 가장 작은 구성 요소 포장재를 사용하고 가장 큰 변형을 취할 수있는 방향으로 패키지를 향하게하십시오. 납 부품은 납 부품보다 더 많은 변형에 대처할 수 있습니다.

PCB 재료는 유리 직물과 에폭시 수지 기반 복합 재료이며 매우 우수한 기계적 성질을 가지고 있습니다.

제 생각에 기계 구성의 일부로 사용하는 것은 완벽하게 괜찮으며 일반적으로 매우 우아한 솔루션으로 이어집니다.

이것이 일반적인 관행이 아닌 이유는 이러한 접근 방식이 문제를 해결하기 위해 매우 신중한 설계와 다른 프로파일 (전자 및 기계 엔지니어)의 전문가가 필요하기 때문입니다.

이러한 결합 된 팀은 만들기가 매우 어렵습니다. 그렇기 때문에 아주 작은 팀만이 이러한 유형의 솔루션을 설계 할 수 있습니다.

PCB가 매우 얇지 않으면 다음과 같은 규칙이 있습니다.

• 긴장이 강하다
• 표면에 수직 인 압축력이 강함
• 구부리기에 매우 취약

PCB를 구부리면 시간이 지남에 따라 솔더 조인트가 손상됩니다. PCB 휨을 유발하는 불충분 한 케이스는 2000 년대 중반 Apple iBook 제품 리콜의 원인이었습니다. 비디오 회로는 간헐적 결함을 개발했습니다.

PCB에 장착 구멍이있는 벽에 매달려있는 시계와 같은 제품이라면 괜찮을 것입니다. 사람들이 한 손으로 들거나 구부릴 수있는 물건이라면 바깥 쪽 프레임에서 약간의 강성을 원할 것입니다.

다른 고려 사항 : 일부 사람들은 PCB가 저렴하고보기 흉한 것처럼 보이며 이는 녹색이 아닌 솔더 마스크 또는 금도금으로 완화 될 수 있다고 생각합니다. 노출 된 PCB는 또한 보드의 나머지 부분에 대한 가장자리 주변의 ESD, 물 또는 먼지 유입에 취약합니다. 메인 전압을 처리하는 제품에서는이를 사용할 수 없습니다. 주전원 어댑터 전원 제품에 문제가 있는지 CE 테스트 요구 사항을 확인해야합니다.

아마도 노출 된 PCB로 생각할 수있는 주요 소비자 제품은 비디오 게임 카트리지이며, 이는 매우 내구성이 있습니다. 그러나 단단한 플라스틱 쉘로 둘러싸여있어 견고성을 제공합니다.