PCB-levyn kiinnitysmenetelmä

Tärkeimpiä piirilevyjen kiinnitystekniikoita ovat mekaaninen kiinnitys, rakenteellinen kiinnitys ja kapselointimenetelmät. Sisältää yksityiskohtaisia teknisiä eritelmiä, suorituskykyvertailuja ja valintaoppaita, jotka auttavat insinöörejä valitsemaan parhaan kiinnitysratkaisun luotettavuusvaatimusten, ympäristöolosuhteiden ja tuotantoon liittyvien näkökohtien perusteella.

Johdanto PCB-asennukseen

Painetut piirilevyt (PCB) toimivat elektronisten laitteiden perustana, kantavat erilaisia elektronisia komponentteja ja mahdollistavat sähköiset liitännät. Asianmukainen asennus ja kiinnitys ovat ratkaisevia paitsi piirien vakaan toiminnan varmistamiseksi myös tuotteiden kestävyyden ja huoltomukavuuden parantamiseksi. Tässä kattavassa oppaassa tarkastellaan kaikkia tärkeimpiä piirilevyjen kiinnitysmenetelmiä, niiden etuja, rajoituksia ja ihanteellisia sovelluksia, jotta voit tehdä tietoon perustuvia päätöksiä elektroniikkasuunnittelua varten.

Mekaaniset kiinnitysmenetelmät

1.Ruuvikiinnitys (luotettavin)

Tekniset tiedot:

• Ruuvin reiän halkaisijan on oltava 0,1-0,2 mm suurempi kuin ruuvin ulkohalkaisija.
• Vaatii yleensä pylväiden paikannuksen tarkkaa kohdentamista varten.
• Suositeltu vääntömomentti:M2,5-M4 ruuveille: 0,6-1,2 N-m.
• Materiaalin yhdistäminen: Ruuvit ruostumatonta terästä, joissa on mieluiten messinkikierteiset insertit.

Edut:

• Korkein luotettavuus ja tärinänkestävyys
• Erinomainen kantavuus (ihanteellinen tietokoneen emolevyille).
• Mahdollistaa tarkan paineen säädön vääntömomentin säädön avulla.

Rajoitukset:

• Korkeammat asennuskustannukset ja pidempi asennusaika
• Vaatii tilaa ruuvimeisseleitä varten
• Mahdolliset ylikiristysvauriot

Sopii parhaiten: Teollisuuslaitteet, autoelektroniikka ja laitteet, jotka vaativat suurta iskunkestävyyttä.

2. Snap-fit-asennus (kustannustehokkain)

Suunnitteluparametrit:

• Kytkentäsyvyys ≥0.5mm
• Leveys ≥3mm
• Tyypillisesti yhdistettynä 1-2 ruuviin vakauden parantamiseksi
• Vetokulma: 30-45° helppoa kokoamista/purkamista varten

Edut:

• Nopea kokoonpano (vähentää tuotantoaikaa 20-30 %)
• Poistaa kiinnikkeet, mikä vähentää BOM-kustannuksia.
• Tilatehokas suunnittelu

Rajoitukset:

• Rajoitettu tärinänkestävyys
• Muovinen väsyminen useiden syklien aikana
• Vaatii tarkat muotin työkalut

Sopii parhaiten: Viihde-elektroniikka, IoT-laitteet ja pienet laitteet

Rakenteelliset kiinnitysratkaisut

3.Kotelon kiinnitys

Täytäntöönpanon suuntaviivat:

• Vähintään 3 mm:n kiinnitysalue piirilevyn reunoilla
• Pitäisi sisältää vääristymiä estävät ominaisuudet
• Suositellaan levyille, joiden pituus on yli 150 mm

Edut:

• Ei tarvita ylimääräisiä kiinnikkeitä
• Erinomainen levyille, joissa on tiheät liittimet
• Yksinkertaistaa kokoonpanoprosessia

Rajoitukset:

• Vaatii vankan kotelosuunnittelun
• Soveltuu rajoitetusti korkean tärinän ympäristöihin
• Levyn paksuuden vaihtelut vaikuttavat suorituskykyyn

Sopii parhaiten: Keskikokoiset ohjaustaulut ja käyttöliittymäpainotteiset mallit

4. Metallilevyjen kiinnitys

Tekniset vaihtoehdot:

• PEM-tapit (puristuskiinnitteiset kierteitetyt insertit)
• Välikappaleet (messinkiä tai nailonia)
• Pinoamiskorkeuden toleranssi: ±0,1 mm levyä kohti.

Edut:

• Ihanteellinen usean laudan järjestelyihin
• Tarjoaa johdonmukaisen levyjen välisen etäisyyden.
• Mahdollistaa lämmönhallinnan

Rajoitukset:

• Lisääntynyt kokoonpanon monimutkaisuus
• Korkeammat työkalukustannukset
• Galvaanisen korroosion mahdollisuus

Sopii parhaiten: Teollisuuden ohjausjärjestelmät ja tehoelektroniikka

Kapselointi ja erityiset prosessit

5.Potting ja kapselointi

Materiaalivaihtoehdot:

• Epoksihartsit (IP68-suojaus)
• Silikonigeelit (tärinänvaimennus)
• Polyuretaani (kustannustehokas vaihtoehto)

Prosessia koskevat näkökohdat:

• Kovettumisaika: 2-24 tuntia materiaalista riippuen.
• Vaatii tuuletuksen kaasujen poistamiseksi
• Kattilan käyttöaika tyypillisesti 30-90 minuuttia

Edut:

• Erinomainen ympäristönsuojelu
• Erinomainen tärinänvaimennus
• Parannettu lämmönhallinta

Rajoitukset:

• Peruuttamaton prosessi
• Vaikea jälkityö/korjaus
• Lisätty paino

Sopii parhaiten: Autoteollisuuden, ilmailu- ja avaruusteollisuuden sekä vaativissa ympäristöissä käytettävät sovellukset

6. Insert Molding

Prosessiparametrit:

• Ruiskutuslämpötila:180-220°C
• Syklin kesto: 30-60 sekuntia
• Komponentin enimmäiskorkeus: 10mm

Edut:

• Todellinen hermeettinen tiivistys
• Poistaa toissijaisen kokoonpanon
• Erinomainen osan konsolidointi

Rajoitukset:

• Korkea työkaluinvestointi
• Komponentteihin kohdistuva lämpörasitus
• Rajoittuu yksinkertaisiin PCB-suunnittelus

Sopii parhaiten: Suuren volyymin kertakäyttöelektroniikka ja miniatyrisoidut laitteet

Kehitteillä olevat kiinnitystekniikat

7.Johtava liimaaminen

Tekniset tiedot:

• Levyvastus: < 0.01Ω/sq
• Kovettumislämpötila: 120-150°C
• Liimauslujuus: 5-10MPa

Edut:

• Levyihin ei kohdistu mekaanista rasitusta
• Mahdollistaa joustavat liitännät
• Soveltuu heterogeeniseen integrointiin

Rajoitukset:

• Rajoitettu korjattavuus
• Tarvittavat erikoislaitteet
• Pitkäaikaisia luotettavuustietoja on niukasti

8. Optisten yhteyksien integrointi

Suorituskykyominaisuudet:

• Tiedonsiirtonopeudet: >25 Gbps per kanava
• Kohdistustoleranssi: ±5μm
• Insertion loss: <1dB per yhteys

Edut:

• EMI-immuuni
• Erittäin suuri kaistanleveys
• Painon vähentäminen

Rajoitukset:

• Niche-sovellus
• Vaaditaan suurta tarkkuutta
• Kustannuksiltaan kohtuuttomia useimmissa sovelluksissa

Valintamenetelmä

Päätösmatriisi:

Ympäristönäkökohdat:

• Tärinä >5G: Ruuvi tai ruukku suositeltava.
• IP67+ vaatimukset:Potting tai insertti muottivalu
• Korkea lämpötila:Ruuvi korkean lämpötilan muovien kanssa
• Lääketieteellinen sterilointi: USP-luokan VI materiaaleilla

Kunnossapito ja huollettavuus

Design for Service -ohjeet:

1. Kentällä vaihdettavissa yksiköissä on käytettävä ruuvi- tai snap-fit-järjestelmää.
2. Pottaminen olisi rajoitettava käyttökelvottomiin moduuleihin.
3. Palvelusilmukoiden tarjoaminen langallisia yhteyksiä varten
4. Merkitse purkukohdat selvästi
5. Huomioi työkalujen saatavuus kotelon suunnittelussa

Keskimääräinen korjausaika (MTTR) lyhenee:

• Standardoidut kiinnitystyypit
• Värikoodatut liittimet
• Ohjatun kokoonpanon ominaisuudet
• QR-koodit, jotka johtavat huoltokäsikirjoihin

PCB-kiinnityksen tulevat suuntaukset

1. Älykkäät kiinnikkeet: IoT-yhteensopivat ruuvit, jotka valvovat esijännitystä ja korroosiota.
2. Itsekorjautuvat polymeerit: Automaattinen korjaus napsautettaviin ominaisuuksiin
3. Nanorakenteiset liimat: Huoneenlämmössä kovettuvat lujat johtavat sidokset
4. 4D-tulostetut klipsit: Lämpötilan muutoksiin sopeutuvat muotomuistiset kiinnitysominaisuudet
5. Biohajoavat kiinnikkeet: Kestäviä vaihtoehtoja kertakäyttöelektroniikalle

Asennusstrategian optimointi

Sopivan piirilevyn kiinnitysmenetelmän valitseminen edellyttää seuraavien seikkojen huolellista huomioon ottamista:

• Tuotteen elinkaarivaatimukset
• Ympäristöolosuhteet
• Tuotannon määrä
• Palveluun liittyvät odotukset
• Kustannustavoitteet