Можно ли использовать печатную плату как часть структуры продукта?

Промышленные дизайнеры и дизайнеры, с которыми я работаю, продолжают возвращаться к идее использования печатной платы как неотъемлемой части физической структуры наших продуктов.

У нас есть настенные продукты, и мне это неудобно. Мой аргумент против: «Это не хороший принцип проектирования, обычно печатная плата должна поддерживать только собственный вес, а не ненужные вещи, такие как рама».

Они утверждают, что поддерживаемые детали относительно легки. Это даже включает в себя поддержку тонкой рамки из нержавеющей стали с использованием двусторонней ленты непосредственно на пустой (без дорожек или компонентов) части печатной платы или на пластиковые зажимы печатной платы, которые приклеены к рамке. Сегодня они оспорили мой аргумент, сказав: «Каков принцип дизайна?

Решения такого типа часто могут быть предложены промышленными дизайнерами, потому что они решают множество проблем с затратами для них, а также отодвигают некоторую структурную ответственность на проектирование печатных плат.

На мой взгляд, продукты, предназначенные для "подвешивания" печатных плат, как правило, проверены и протестированы для монтажа разработчиком продукта. Например, большой радиатор графического процессора тяжелее всего, что мы планируем разместить. Однако, если мы «вешаем» наши собственные части печатных плат, мы попадаем в целый мир дизайна, о котором я не знаю достаточно.

Возможно, кто-то может указать мне некоторые ответы на эти типы вопросов. Было бы хорошо получить некоторый материал о силах, которые может выдержать печатная плата до того, как припой начнет трескаться, и т. Д. Или, может быть, кто-то видел производственный продукт, который использует печатную плату как часть структуры? Мы являемся малым бизнесом, но наша продукция выпускается серийно, и нам нужно будет следовать стандартам, таким как CE.

Печатные платы используются в качестве конструкционных материалов во многих приложениях. Если вы убедитесь, что загружаете его правильно - никаких изгибающих нагрузок, только растяжение - это может быть очень прочный и жесткий материал, пригодный для многих применений. Кроме того, вы можете поместить очень много мелких деталей в печатные платы, что позволит вам делегировать много механических сложностей очень дешевому процессу. Это может улучшить технологичность и снизить стоимость других ваших механических компонентов.

Если вы собираетесь использовать печатные платы в качестве конструкционных материалов, убедитесь, что:

• Вы помните, что правило номер один в механическом дизайне: ортогонализировать дизайн. Самый простой способ проверить это - убедиться, что вы можете собрать всю механическую конструкцию, не нуждаясь в миллионе рук, удерживающих различные детали на месте, пока вы привинчиваете определенную деталь на место. Каждый этап сборки должен основываться на предыдущих этапах линейным образом, а конечным результатом каждого этапа сборки должен быть продукт, с которым можно легко обращаться и манипулировать.
• Даже если вы используете печатную плату как в механическом, так и в электрическом соединении (и, следовательно, ваша конструкция не ортогональна), попробуйте в любом случае максимально разъединить функции. Не проводите механические нагрузки через (плотно) населенные пункты, так как они могут деформировать печатную плату и вызвать микротрещины. Используйте слоты в печатной плате, чтобы направлять механические нагрузки вокруг населенного пункта через незаполненный «менее важный» материал печатной платы
• Используйте крепежные элементы с рукавами или очень тонкие резьбовые крепежные детали на вашей печатной плате, НЕ используйте саморезы. Материал печатной платы в целом очень прочный, но внутренняя часть незакрытых отверстий очень легко повреждается, что ставит под угрозу стабильность соединения.
• Нанесите припой на кольцевое кольцо монтажных отверстий и используйте зубчатые кольца, чтобы самостоятельно зафиксировать крепеж на месте.
• очень важно: используйте переходные отверстия в установочных отверстиях, чтобы «пригвоздить» медь к плате. В противном случае кольцевое кольцо легко ослабнет при механическом воздействии.
• $\epsilon = 0.001$
• В тех случаях, когда неизбежна чрезмерная деформация, проложите следы закругленными углами вместо острых краев, используйте наименьшую доступную упаковку компонентов и ориентируйте упаковки в направлении, которое может выдержать наибольшую нагрузку. Детали с выводами могут выдерживать большее напряжение, чем детали без свинца.

Материал печатной платы - это стеклоткань и композит на основе эпоксидной смолы, обладающий очень хорошими механическими свойствами.

Использование его как части механической конструкции, на мой взгляд, совершенно нормально и обычно приводит к очень элегантным решениям.

Причина, по которой это не является обычной практикой, заключается в том, что такой подход требует очень тщательной разработки и специалистов разных профилей (инженеров-электронщиков и инженеров-механиков) для совместной работы над проблемой.

Такую сложную команду очень сложно создать. Вот почему только очень маленькие команды могут разрабатывать такие решения.

Если ваша печатная плата не очень тонкая, я бы сказал, что это правила:

• сильный в напряжении
• сильное сжатие перпендикулярно поверхности
• очень уязвимы для сгибания

Изгиб печатной платы со временем повредит паяные соединения. Недостаточно жесткие случаи, приводящие к изгибу печатной платы, стали причиной отзыва продукта Apple iBook в середине 2000-х годов: в видеокомпонентах возникали периодические сбои.

Если ваш продукт похож на часы, висящие на стене, с монтажным отверстием в печатной плате, это было бы хорошо. Если это то, что люди собираются взять в свои руки, может быть, одной стороной, и, возможно, согнуть, вам понадобится некоторая жесткость от внешнего каркаса.

Другие соображения: некоторые люди думают, что печатные платы выглядят дешево и некрасиво, что может быть смягчено не паяльной маской или позолотой. Открытая печатная плата также делает вас уязвимыми для электростатического разряда, попадания воды или грязи по краям на остальную часть платы и т. Д. Очевидно, что вы не можете использовать это при питании от сети; Вы должны проверить требования к тестированию CE, чтобы увидеть, будут ли проблемы с продуктами с питанием от сетевого адаптера.

Возможно, основным потребительским продуктом, который я могу себе представить с выставленной печатной платой, являются картриджи для видеоигр, которые очень долговечны; но там он окружен жесткой пластиковой оболочкой, которая обеспечивает жесткость.