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

Los PCB se utilizan como materiales estructurales en muchas aplicaciones. Si se asegura de cargarlo de la manera correcta, sin cargas de flexión, solo de tracción, puede ser un material muy fuerte y rígido, útil para muchas aplicaciones. Además, puede colocar muchos detalles muy finos en las PCB, lo que le permite delegar mucha complejidad mecánica en un proceso muy económico. Esto puede mejorar la capacidad de fabricación y reducir el costo de sus otros componentes mecánicos.

Si tiene la intención de utilizar PCB como materiales estructurales, asegúrese de que:

• Tenga en cuenta que la regla número uno del diseño mecánico es: ortogonalizar el diseño. La forma más fácil de verificar esto es asegurarse de que puede ensamblar todo el diseño mecánico sin necesidad de un millón de manos sosteniendo varias partes diferentes en su lugar mientras atornilla una determinada parte en su lugar. Cada paso del ensamblaje debe basarse en los pasos anteriores de forma lineal y el resultado final de cada paso del ensamblaje debe ser un producto que pueda manejarse y manipularse fácilmente.
• Aunque esté utilizando una PCB como interconexión mecánica y eléctrica (y, por lo tanto, su diseño no es ortogonal), intente desacoplar las funciones tanto como sea posible de todos modos. No lleve las tensiones mecánicas a través de áreas (densamente) pobladas, ya que las tensiones pueden deformar la placa de circuito impreso y provocar microfisuras. Use las ranuras en la PCB de manera inteligente para dirigir las tensiones mecánicas alrededor del área poblada, a través del material de PCB 'menos importante' despoblado
• Use sujetadores con manguito o sujetadores roscados de paso muy fino en su PCB, NO use autorroscantes. El material de la placa de circuito impreso en su conjunto es muy resistente, pero el interior de los orificios no enchapados se daña con mucha facilidad, lo que compromete la estabilidad de la conexión.
• Aplique soldadura al anillo anular de los orificios de montaje y use anillos dentados para autobloquear el sujetador en su lugar.
• muy importante: use vías en las almohadillas de los orificios de montaje para 'clavar' el cobre en la placa. De lo contrario, el anillo anular se aflojará fácilmente bajo tensión mecánica.
• Utilice espesores de placa apropiados y realice un análisis de tensión de la parte posterior de la envolvente. En condiciones típicas, desea menos que aproximadamente$\epsilon = 0.001$tensión en su placa de circuito. Se trata de una combinación térmica y mecánica. Usando las propiedades mecánicas del material de tablero elegido, calcule la cantidad de tensión que espera en su aplicación. Las tablas más gruesas significan que puede absorber proporcionalmente más fuerza para la misma cantidad de tensión.
• En aplicaciones donde la tensión excesiva es inevitable, dirija sus huellas con esquinas redondeadas en lugar de bordes afilados, utilice el paquete de componentes más pequeño disponible y oriente los paquetes en la orientación que pueda soportar la mayor tensión. Las piezas con plomo pueden soportar más tensión que las piezas sin plomo.

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

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

Flexionar una PCB dañará las uniones de soldadura con el tiempo. Las carcasas insuficientemente rígidas que provocaron la flexión de la PCB fueron la causa del retiro del mercado 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 recoger en sus manos, tal vez por un lado, y tal vez doblarse, querrá algo 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 soldadura no verde o un baño de oro. La PCB expuesta también lo deja vulnerable a ESD, entrada de agua o suciedad alrededor de los bordes hacia el resto de la placa, etc. Obviamente, no puede usar esto en un producto que maneja voltaje de red; debe verificar los requisitos de prueba de CE para ver si habrá problemas con los productos alimentados por adaptador de red.

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

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

Usarlo 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 tal enfoque necesita un diseño muy cuidadoso y especialistas de diferentes perfiles (ingenieros electrónicos y 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.

Sé que esta es una vieja pregunta, pero aquí hay una imagen de un producto real diseñado por mi padre hace 50 años. Un control de fase de CA de alta corriente Vectrol "Red-Pac".

El FR4 grueso es bastante fuerte. ¡No intentes esto con un tablero fenólico! Y esta era una placa de alimentación, por lo que las huellas son gruesas.