วิธีการเลือกและใช้การสนับสนุนบอร์ด PC เพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์มีความคุ้มค่าและเชื่อถือได้

การประกอบเป็นหนึ่งในขั้นตอนสุดท้ายที่เหลืออยู่ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ รวมถึงสินค้าอุปโภคบริโภค อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป และการใช้งานยานยนต์ โดยปกติแล้วจะตามมาด้วยการทดสอบขั้นสุดท้ายและการบรรจุหีบห่อเท่านั้น เมื่ออุปกรณ์พร้อมสำหรับการประกอบ ต้นทุนส่วนใหญ่ในการผลิตอุปกรณ์จะเกิดขึ้น หากกระบวนการประกอบไม่แข็งแรงและไม่คุ้มค่า อาจส่งผลให้ประสิทธิภาพต่ำกว่ามาตรฐาน หรือเพิ่มต้นทุนของอุปกรณ์โดยไม่จำเป็น การใช้ตัวรองรับแผงวงจรพิมพ์ (บอร์ดพีซี) ที่ฉีดขึ้นรูปช่วยให้สามารถแยกไฟฟ้าและขจัดความจำเป็นในการใช้สกรู แหวนรอง และน็อต ในขณะที่ลดความซับซ้อนและเพิ่มความเร็วในการประกอบขั้นสุดท้าย

ส่วนรองรับบอร์ดพีซีแบบฉีดเป็นส่วนประกอบที่ดูเรียบง่าย อย่างไรก็ตาม นักออกแบบต้องพิจารณาปัจจัยหลายอย่างเมื่อเลือก รวมถึงรูปแบบการสนับสนุน เช่น ฐานยึดติด การล็อคขอบ การล็อคแบบย้อนกลับ และการล็อคแบบสแนป เช่นเดียวกับวิธีการยึด ซึ่งรวมถึงการออกแบบการล็อคและแบบไม่ล็อคหลายแบบ และการเลือกวัสดุ เช่น อะซีตัล ประเภทต่าง ๆ ของ ไนลอน และยางเอทิลีนโพรพิลีนไดอีนโมโนเมอร์ (EPDM)

เกณฑ์การเลือกมีความซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจากจำเป็นต้องพิจารณาอุณหภูมิในการทำงาน ความแข็งและความยืดหยุ่นในการจัดการกับระดับการสั่นสะเทือนที่คาดการณ์ไว้ และการเลือกระหว่างชิ้นส่วนที่ได้รับการจัดอันดับ Underwriters Laboratories (UL) 94V-0 หรือชิ้นส่วนที่ได้รับการจัดอันดับ UL 94V-2 ที่มีราคาไม่แพง นอกจากนี้ ชิ้นส่วนที่ใช้ในการประกอบยานยนต์จำเป็นต้องได้รับการจัดอันดับตามข้อกำหนดวัสดุของ Society of Automotive Engineers (SAE) J1639

เพื่อจัดการกับความท้าทายเหล่านี้และเพิ่มความเร็วในการเลือกและใช้งานส่วนรองรับบอร์ดพีซีแบบฉีดขึ้นรูป นักออกแบบต้องการซัพพลายเออร์ที่นำเสนอประเภทส่วนประกอบที่หลากหลายและจัดหา 'ร้านค้าครบวงจร' สำหรับความต้องการการสนับสนุนบอร์ดพีซีทั้งหมด

บทความนี้จะทบทวน วิธีการประกอบแผงรองรับบอร์ดพีซีโดยใช้กระบวนการฉีดขึ้นรูป มาตรฐานวัสดุและตัวเลือกวัสดุ และทบทวนประเภทของโครงสร้างการติดตั้งและวิธีการใช้งานในส่วนรองรับบอร์ดพีซี จากนั้นจะนำเสนอตัวแทนของ ตัวรองรับบอร์ดพีซี จาก Essentra Components และปิดท้ายด้วยคำแนะนำสำหรับกระบวนการคัดเลือกและการรวมส่วนสนับสนุนเข้ากับการประกอบผลิตภัณฑ์

การฉีดขึ้นรูป

การฉีดขึ้นรูปเทอร์โมพลาสติกผลิตชิ้นส่วนเชิงกลที่ทำซ้ำได้สูงและต้นทุนต่ำ เช่น ฐานรองรับบอร์ดพีซี กระบวนการนี้เกิดขึ้นในห้าขั้นตอน (รูปที่ 1):

1. เม็ดเทอร์โมพลาสติกถูกป้อนเข้าเครื่องและทำให้เป็นของเหลวในอุณหภูมิที่แม่นยำ
2. เทอร์โมพลาสติกที่หลอมละลายจะเข้าสู่ช่องฉีดเพื่อเตรียมการขึ้นรูป
3. เมื่อถึงแรงดันที่ต้องการในช่องฉีด เทอร์โมพลาสติกที่หลอมละลายจะถูกฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์โดยใช้ชุดประตูเพื่อควบคุมการไหล
4. เมื่อแม่พิมพ์ถึงความจุที่เหมาะสมแล้ว ระยะการพักจะเริ่มขึ้นโดยที่ความดันจะถูกรักษาไว้บนเทอร์โมพลาสติกในขั้นต้นเพื่อให้แน่ใจว่าการผลิตชิ้นส่วนมีความสม่ำเสมอ ในส่วนที่สองของระยะการพัก แรงดันจะถูกปล่อยออกมา และปล่อยให้ชิ้นส่วนต่าง ๆ เย็นลง
5. แม่พิมพ์ถูกเปิดออก และชิ้นส่วนต่าง ๆ จะถูกดันออกจากเครื่องมือโดยใช้หมุดอีเจ็คเตอร์

รูปที่ 1: การฉีดขึ้นรูปสามารถสร้างตัวรองรับบอร์ดพีซีต้นทุนต่ำและใช้ซ้ำได้ (แหล่งรูปภาพ: Essentra Components)

มาตรฐานวัสดุ

สองมาตรฐานวัสดุที่สำคัญที่สุดสำหรับการรองรับบอร์ดพีซีคือข้อกำหนดการติดไฟ UL 94 และระบบการจำแนกประเภท SAE J1639 สำหรับพลาสติกโพลีเอไมด์ในยานยนต์ (PA) นี่เป็นมาตรฐานทั่วไปที่ใช้กับการใช้งานทุกประเภท ไม่ใช่แค่การรองรับบอร์ดพีซีเท่านั้น

UL 94 สอดคล้องกับมาตรฐาน International Electrotechnical Commission (IEC) 60695-11-10 และ 60695-11-20 และมาตรฐาน International Standards Organization (ISO) 9772 และ 9773 มาตรฐานเหล่านี้จัดประเภทวัสดุตามแนวโน้มที่จะกระจายหรือดับไฟเมื่อชิ้นส่วนที่ทดสอบถูกจุดไฟ

• V-0 ต้องการให้การเผาไหม้หยุดลงภายใน 10 วินาที (s) บนส่วนแนวตั้ง และปล่อยให้วัสดุหยดได้ตราบเท่าที่ไม่เกิดไฟลุกไหม้
• V-1 กำหนดให้หยุดการเผาไหม้ภายใน 30 วินาทีบนส่วนแนวตั้ง และปล่อยให้วัสดุหยดได้ตราบใดที่ไม่เกิดไฟลุกไหม้
• V-2 มีข้อ จำกัด น้อยที่สุดและกำหนดให้หยุดการเผาไหม้ภายใน 30 วินาทีบนส่วนแนวตั้งและปล่อยให้วัสดุติดไฟหยดลง

SAE J1639 เป็นแนวทางปฏิบัติที่แนะนำซึ่งมีโครงสร้างสำหรับการจำแนกประเภทและข้อมูลจำเพาะของพลาสติก PA ที่ใช้ในงานยานยนต์ เป็นไปตามระบบการจำแนกประเภทของ American Society for Testing and Materials (ASTM) D 4066 สำหรับวัสดุฉีดและอัดขึ้นรูป PA (ไนลอน) J1639 ต้องการคุณสมบัติเชิงพรรณนาเพิ่มเติมและคุณลักษณะเฉพาะสำหรับยานยนต์ PA เสริมด้วยมาตรฐาน OEM ที่เป็นกรรมสิทธิ์จากผู้ผลิตรถยนต์หลายราย องค์ประกอบพื้นฐานสามประการของ J1639 ประกอบด้วย:

• การกำหนดมาตรฐานของเกรดไนลอนเสริมแรงและไม่เสริมแรง รวมถึง 66, 6 และ 66/6 ในการใช้งานยานยนต์
• การกำหนดมาตรฐานของวิธีการทดสอบที่ใช้เพื่อระบุคุณสมบัติของวัสดุ PA เหล่านั้น
• จัดเตรียมโครงสร้างที่กระชับสำหรับการนำเสนอข้อมูลจำเพาะของวัสดุ

วัสดุที่จะนำมาขึ้นรูปคืออะไร

มีพลาสติกหลายประเภท ส่วนรองรับบอร์ดพีซีที่พบมากที่สุด ได้แก่ อะซีตัล ไนลอน และยาง EPDM ขึ้นอยู่กับวัสดุ สามารถรองรับอุณหภูมิการทำงานตั้งแต่ -40˚C ถึง +85˚C และให้การรองรับแรงสั่นสะเทือน การแยกไฟฟ้า และฟังก์ชันอื่น ๆ มีวัสดุที่มีอุณหภูมิสูงสำหรับ +200˚C สำหรับการออกแบบที่กำหนดเอง ไนลอนทั่วไป 2 ชนิดคือ PA66 และ PA66/6

สำหรับการใช้งานที่สามารถใช้วัสดุ UL 94V-2 ได้ นักออกแบบสามารถเปลี่ยนมาใช้ PA66 ได้ ไนลอน 66 มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับกระบวนการฉีดขึ้นรูป มีส่วนผสมที่ลงตัวระหว่างความแข็งแรง ความแข็งแกร่ง ความเหนียว จุดหลอมเหลวสูง การหล่อลื่นพื้นผิวที่ดี (สำคัญสำหรับการฉีดขึ้นรูป) และความทนทานต่อการขีดข่วน ตลอดจนความทนทานต่อสารเคมีหลายชนิด น้ำมันเครื่องและเครื่องยนต์ ตัวทำละลาย และน้ำมันเบนซิน นอกจากนี้ PA66 ยังมีราคาไม่แพงนักและไม่ใช่สารฮาโลเจน ชิ้นส่วนที่ผลิตด้วย PA66 เป็นไปตามข้อกำหนดของ SAE J1639

นอกจากนี้ PA66/6 ยังไม่ใช่ฮาโลเจนและสามารถใช้ในการใช้งานที่ต้องการพิกัด UL 94V-0 คุณสมบัติเชิงกลคล้ายกับ PA66 แต่ปรับปรุงความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำให้ดีขึ้น สามารถให้ผิวสำเร็จและความเสถียรของสีที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับ PA66 PA66/6 ยังเป็นไปตามข้อกำหนดของ SAE J1639

ประเภทการติดตั้ง

นอกจากการเลือกวัสดุแล้ว ข้อมูลจำเพาะของประเภทการติดตั้งและวิธีการยึดสำหรับติดเข้ากับบอร์ดพีซีก็เป็นข้อพิจารณาที่สำคัญสำหรับการรองรับบอร์ดพีซี ในทั้งสองกรณีมีหลายทางเลือก รูปแบบการติดตั้งทั่วไปบางรูปแบบที่แสดงในรูปที่ 2 ได้แก่:

1. เกลียว ซึ่งรวมถึงการออกแบบมาตรฐานที่ยึดด้วยแหวนรองและน็อต และการต๊าปเกลียวเองทำให้ไม่ต้องใช้แหวนรองและน็อต
2. ใส่พอดีที่ดันเข้าไปในรูของแชสซีหรือแผงอย่างรวดเร็วเพื่อให้ติดตั้งได้อย่างปลอดภัย รูปแบบต่าง ๆ ได้แก่ ตัวล็อคขอบ ดาบปลายปืน ต้นสน และอื่น ๆ
3. ล็อคสแน็ปยังดันเข้าไปในรูของแชสซีหรือแผง แต่ถอดออกได้ง่าย
4. กดพอดี ติดตาบอด ที่ใช้ครีบเพื่อให้ถือได้อย่างปลอดภัย พวกมันมีประโยชน์อย่างยิ่งในการใช้งานที่จำกัดพื้นที่
5. ฐานกาวที่ใช้เทปเพื่อขจัดความจำเป็นในการติดรู

รูปที่ 2: ห้าตัวเลือกจากตัวเลือกมากมายสำหรับการเชื่อมต่อส่วนรองรับบอร์ดพีซีกับแผงหรือแชสซีส (แหล่งรูปภาพ: Essentra Components)

วิธีการซ่อมบอร์ดพีซี

การตัดสินใจในการออกแบบประการที่สองและมีความสำคัญเท่าเทียมกันคือการเลือกวิธีการยึดบอร์ดพีซี เช่นเดียวกับประเภทการติดตั้งแผง มีวิธีแก้ไขให้เลือกมากมาย ตัวอย่างที่แสดงในรูปที่ 3 ได้แก่:

1. สแน็ปล็อคแบบสองขาพร้อมสแน็ปอินแบบสองขา โดยที่ด้านหนึ่งล็อคและอีกด้านสามารถปลดได้เพื่อวางบอร์ดพีซีซ้อนกันหรือเชื่อมต่อบอร์ดพีซีเข้ากับแชสซี
2. ตัวล็อคหัวลูกศรพร้อมสแน็ปอินแบบดาบปลายปืนช่วยให้ถือได้อย่างปลอดภัยและรองรับการประกอบอย่างรวดเร็วในการใช้งานแบบเรียงซ้อน
3. ตัวยึดที่พักแบบเรียบเป็นตัวรองรับบอร์ดพีซีแบบมีกาวในตัวพร้อมแถบปลดเร็ว
4. หกเหลี่ยม/เกลียวยึดอย่างแน่นหนาด้วยน็อตหกเหลี่ยมและมีตัวยึดแบบต่ำที่ปลดออกได้อยู่อีกด้านหนึ่ง
5. ล็อคคู่/สแนปฟิตแบบย้อนกลับช่วยให้การเชื่อมต่อกับบอร์ดพีซีลงตัวพอดีอย่างปลอดภัย สามารถติดตั้งได้จากด้านล่างของแชสซีและมีหัวปุ่มแบบบางเพื่อลดการยื่นออกมา

รูปที่ 3: ตัวเลือกต่าง ๆ สำหรับยึดฐานรองรับกับบอร์ดพีซี (แหล่งรูปภาพ: Essentra Components)

ตัวอย่างตัวรองรับบอร์ดพีซี

เนื่องจากความหลากหลายของวัสดุ ประเภทการติดตั้ง และวิธีการแก้ไข จึงไม่สามารถแสดงภาพรวมที่สมบูรณ์ของตัวเลือกการสนับสนุนบอร์ดพีซีได้ ต่อไปนี้คือตัวเลือกบางส่วนจากหลายร้อยตัวเลือกที่มีให้จาก Essentra Components:

CRLCBSRE-10-01 ผลิตจากไนลอน 66 ตรงตามมาตรฐาน UL 94V-2 และคล้ายกับส่วน "E" ในรูปที่ 3 ด้านบน ส่วนบนรองรับรูขนาด 4 มิลลิเมตร (มม.) และด้านล่างรองรับรูขนาด 5.4 มม. ความยาวตัวเว้นระยะโดยรวมคือ 15.9 มม. (0.625 นิ้ว (นิ้ว))

PSM-10-01 ผลิตจากไนลอน 66 มีที่วางราบด้านหนึ่งและหัวลูกศรล็อค (เช่น ด้านบนของส่วน "B" ในรูปที่ 3) ที่พอดีกับรูขนาด 0.125 นิ้วที่ด้านตรงข้าม ความยาวหัวลูกศรคือ 0.130 นิ้ว และความยาวของตัวเว้นระยะคือ 15.9 มม. (0.625 นิ้ว) ได้รับการออกแบบให้พอดีกับแผงที่มีความหนาถึง 0.078 นิ้ว

เดอะRLEHCBS-7-01BK เป็นตัวยึดแบบย้อนกลับ ตัวยึดขอบทำจากไนลอน 66 สีดำ และยึดเข้ากับรูด้านล่างขนาด 0.375 x 0.313 นิ้วในแผงหนา 0.062 นิ้ว (รูปที่ 4) กระดานด้านบนมีรู 0.156 นิ้วและล็อคเข้ากับแผง 0.062 นิ้ว สเปเซอร์ยาว 0.500 นิ้ว

รูปที่ 4: RLEHCBS-7-01BK มีตัวรองรับขอบสำหรับยึดเข้ากับบอร์ดพีซี (แหล่งรูปภาพ: Essentra Components)

ทางเลือกของ UL 94V-0 หรือ V-2 และตัวเลือกการออกแบบอื่นๆ

รองรับต่อไปนี้ใน PA66/6 หรือ PA66

สำหรับการติดตั้งที่ต้องการตัวยึดแบบเรียบที่มีรูสำหรับติดตั้งที่ด้านหนึ่งและหัวลูกศรล็อคที่ด้านตรงข้าม นักออกแบบสามารถเลือกจากพิกัด UL 94V-2CBSS-10-01 (รูปที่ 5) หรือพิกัด UL 94V-0CBSS-10-19 .

รูปที่ 5: CBSS-10-01 เป็นตัวอย่างของส่วนรองรับที่มีหัวลูกศรล็อกที่ด้านหนึ่งและตัวยึดแบบแบนที่มีรูที่อีกด้านหนึ่ง (แหล่งรูปภาพ: Essentra Components)

สำหรับการใช้งานที่ต้องการสเปเซอร์คล้ายกับ “A” ในรูปที่ 3 นักออกแบบสามารถหันไปใช้พิกัด UL 94V-2MSPM-5-01 หรือพิกัด UL 94V-0MSPM-5-19 .

และสำหรับการใช้งานที่ต้องการการออกแบบที่คล้ายกับ "B" ในรูปที่ 3 นักออกแบบสามารถพิจารณาพิกัด UL 94V-0LCBS-2-12-19 หรือพิกัด UL 94V-2LCBS-2-12-01 .

สรุป

ดังที่แสดงไว้ ฐานรองรับบอร์ดพีซีมีจำหน่ายในรูปทรงและขนาดที่หลากหลาย และทำจากวัสดุหลายประเภท นอกจากนี้ ความจำเป็นในการสนับสนุนการประกอบที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ ท่ามกลางข้อกำหนดการใช้งานอื่นๆ และกระบวนการคัดเลือกอาจเป็นเรื่องที่น่าหวาดหวั่น ในกรณีส่วนใหญ่ คำแนะนำที่ดีที่สุดสำหรับนักออกแบบคือการเลือกตัวเลือกหนึ่งหรือมากกว่าที่เหมาะกับการใช้งาน จากนั้นทำการทดลองเพื่อดูว่าตัวเลือกใดรองรับข้อกำหนดการประกอบโดยรวมได้ดีที่สุด

บทความที่แนะนำ

1. ใช้การเชื่อมต่อระหว่างกันที่หนาแน่นและยืดหยุ่นเพื่อออกแบบอุปกรณ์ตรวจสอบผู้ป่วยประสิทธิภาพสูงขนาดกะทัดรัด
2. ใช้ตัวเชื่อมต่อการเปลี่ยนตำแหน่งฉนวนแบบปลั๊กอินโดยตรงเพื่อปรับปรุงการประกอบและลด BOM
3. วิธีใช้ประโยชน์จากขั้วต่อสายกับบอร์ดในการออกแบบที่กะทัดรัดเป็นพิเศษ