Apakah boleh menggunakan PCB sebagai bagian dari struktur suatu produk?

Perancang industri dan produk yang saya kerjakan terus kembali ke ide menggunakan PCB sebagai bagian integral dari struktur fisik produk kami.

Kami memiliki produk yang terpasang di dinding dan saya sangat tidak nyaman dengan ini. Argumen saya yang menentang adalah bahwa: "Ini bukan prinsip desain yang baik, PCB umumnya harus hanya mendukung beratnya sendiri dan bukan hal-hal yang tidak perlu seperti bingkai"

Mereka berpendapat bahwa bagian-bagian yang didukung relatif ringan. Ini bahkan termasuk mendukung kerangka tipis baja tahan karat menggunakan pita dua sisi langsung ke bagian PCB yang kosong (tanpa trek atau komponen), atau klip plastik PCB yang ditempelkan ke bingkai. Hari ini mereka menentang argumen saya dengan mengatakan "desain utama apa? Tunjukkan di mana dikatakan"

Jenis solusi ini dapat sering muncul dari perancang industri karena memecahkan banyak masalah biaya untuk mereka, dan juga mendorong beberapa tanggung jawab struktural ke desain PCB.

Menurut pendapat saya, produk yang dirancang untuk "menggantung" PCB biasanya terbukti dan diuji untuk dipasang oleh perancang produk. Misalnya, pendingin GPU besar lebih berat daripada apa pun yang kami rencanakan untuk ditempatkan. Namun, Jika kita "menggantung" bagian PCB kita sendiri, kita memasuki seluruh dunia desain yang tidak cukup saya ketahui.

Mungkin seseorang dapat mengarahkan saya ke beberapa jawaban tentang masalah-masalah semacam ini. Akan lebih baik untuk mendapatkan beberapa bahan pada kekuatan yang dapat diambil PCB sebelum solder mulai retak, dll. Atau mungkin seseorang telah melihat produk-produksi yang menggunakan PCB sebagai bagian dari struktur? Kami adalah bisnis kecil, tetapi produk kami adalah kelas produksi massal dan kami perlu mengejar persetujuan standar seperti CE.

PCB digunakan sebagai bahan struktural dalam banyak aplikasi. Jika Anda memastikan Anda memuatnya dengan cara yang benar - tidak ada beban tekuk, hanya tarik - itu bisa menjadi bahan yang sangat kuat dan kaku yang berguna untuk banyak aplikasi. Selain itu, Anda dapat menempatkan banyak detail yang sangat bagus dalam PCB, memungkinkan Anda mendelegasikan banyak kompleksitas mekanis ke proses yang sangat murah. Ini dapat meningkatkan manufakturabilitas dan menurunkan biaya komponen mekanis lainnya.

Jika Anda bermaksud menggunakan PCB sebagai bahan struktural, pastikan bahwa:

• Anda perlu diingat bahwa aturan nomor satu dari desain mekanik adalah: ortogonalkan desain. Cara termudah untuk memeriksa ini adalah untuk memastikan bahwa Anda dapat merakit seluruh desain mekanik tanpa perlu sejuta tangan memegang berbagai bagian yang berbeda di tempat saat Anda memasang bagian tertentu di tempat. Setiap langkah dalam perakitan harus dibangun di atas langkah-langkah sebelumnya secara linear dan hasil akhir dari setiap langkah perakitan harus merupakan produk yang dapat dengan mudah ditangani dan dimanipulasi.
• Meskipun Anda menggunakan PCB sebagai interkoneksi mekanik dan listrik (dan dengan demikian desain Anda tidak ortogonal), cobalah untuk memisahkan fungsi-fungsi tersebut sebanyak mungkin. Jangan pimpin tekanan mekanis melalui area yang padat penduduk, karena tekanan dapat merusak PCB dan menyebabkan microcracks. Gunakan slot di PCB secara cerdas untuk memimpin tekanan mekanis di sekitar area berpenduduk, melalui material PCB yang 'kurang penting' yang tidak dihuni
• Gunakan pengencang berlengan atau pengencang berulir bernada sangat halus di PCB Anda, JANGAN gunakan penyadap sendiri. Bahan PCB secara keseluruhan sangat kuat, tetapi bagian dalam lubang yang tidak dilapis sangat mudah rusak, sehingga mengganggu stabilitas koneksi.
• Oleskan patri ke cincin cincin lubang pemasangan dan gunakan cincin bergerigi untuk mengunci sendiri pengikat pada tempatnya.
• sangat penting: gunakan vias pada bantalan lubang pemasangan untuk 'memakukan' tembaga ke papan. Kalau tidak, cincin annular akan mudah lepas di bawah tekanan mekanik.
• $\epsilon = 0.001$
• Dalam aplikasi di mana regangan berlebih tidak dapat dihindari, rutekan jejak Anda dengan sudut bulat, bukan tepi tajam, gunakan kemasan komponen terkecil yang tersedia dan arahkan paket dalam orientasi yang dapat mengambil sebagian besar regangan. Bagian bertimbal dapat mengatasi lebih banyak regangan daripada bagian tanpa timbal.

Bahan PCB adalah kain kaca dan komposit berbasis epoksi resin dan memiliki sifat mekanik yang sangat, sangat baik.

Menggunakannya sebagai bagian dari konstruksi mekanik, menurut saya, sangat oke dan biasanya mengarah ke solusi yang sangat elegan.

Alasan mengapa itu bukan praktik umum adalah karena pendekatan seperti itu membutuhkan desain yang sangat hati-hati dan spesialis dari profil yang berbeda (elektronik dan insinyur mekanik) untuk bekerja sama dalam masalah tersebut.

Tim gabungan seperti itu sangat sulit dibuat. Itulah mengapa hanya tim yang sangat kecil yang dapat merancang solusi semacam itu.

Kecuali jika PCB Anda sangat tipis, saya akan mengatakan ini adalah aturannya:

• kuat dalam ketegangan
• kuat dalam kompresi tegak lurus ke permukaan
• sangat rentan terhadap kelenturan

Melenturkan PCB akan merusak sambungan solder dari waktu ke waktu. Kasus-kasus yang tidak mencukupi yang menyebabkan PCB menekuk adalah penyebab penarikan kembali produk Apple iBook pada pertengahan 2000-an: sirkuit video mengembangkan kesalahan terputus-putus.

Jika produk Anda seperti jam yang tergantung di dinding, dengan lubang pemasangan di PCB, itu akan baik-baik saja. Jika sesuatu yang orang akan ambil di tangan mereka, mungkin di satu sisi, dan mungkin menekuk, Anda akan menginginkan kekakuan dari kerangka luar.

Pertimbangan lain: beberapa orang berpikir PCB terlihat murah dan jelek, yang dapat dikurangi dengan soldermask non-hijau atau pelapisan emas. PCB yang terpapar juga membuat Anda rentan terhadap ESD, masuknya air atau kotoran di sekitar tepi papan ke bagian papan lainnya, dll. Jelas Anda tidak dapat menggunakannya dalam produk yang menangani tegangan listrik; Anda harus memeriksa persyaratan pengujian CE untuk melihat apakah akan ada masalah dengan produk yang menggunakan adaptor listrik.

Mungkin produk konsumen utama yang dapat saya pikirkan dengan PCB yang terbuka adalah kartrid video game, yang sangat tahan lama; tapi di sana dikelilingi oleh cangkang plastik keras yang memberikan kekakuan.