PCBを製品の構造の一部として使用しても大丈夫ですか？

私が協力している産業および製品設計者は、PCBを製品の物理的構造の不可欠な部分として使用するという考えに立ち戻ります。

私たちは壁掛け式の製品を持っていますが、私はこれにかなり不快です。「それは良い設計原則ではありません。PCBは一般的に、フレームのような不必要なものではなく、それ自体の重量のみをサポートするべきです。」

彼らは支持されている部品は比較的軽いと主張している。これには、PCBの空の（トラックやコンポーネントがない）部分、またはフレームにテープで固定されているプラ​​スチックPCBクリップに直接両面テープを使用してステンレス鋼の薄いフレームを支持することも含まれます。今日、彼らは「デザインプリンシパルは何ですか？

これらのタイプのソリューションは、多くのコスト問題を解決し、構造的責任の一部をPCB設計に押し下げるため、工業デザイナーから頻繁に出てくる可能性があります。

私の意見では、PCBを「ぶら下げる」ように設計された製品は、通常、製品設計者によって実装のために検証およびテストされています。たとえば、大容量のGPUヒートシンクは、私たちが配置する予定のものよりも重いです。しかし、PCBの独自の部分を「吊るす」場合、私は十分に知らない設計の世界全体に入ります。

おそらく、誰かがこれらのタイプの問題に対するいくつかの回答を私に指摘することができます。はんだが割れ始める前にPCBが受けることができる力について、何らかの材料を入手するのは良いことでしょう。あるいは、誰かが構造の一部としてPCBを使用する生産製品を見たことがありますか？私たちは中小企業ですが、製品は量産グレードであり、CEなどの規格承認を追求する必要があります。

PCBは多くの用途で構造材料として使用されています。曲げ荷重ではなく引張力だけで正しい方法で荷重をかけると、多くの用途に役立つ非常に強くて硬い材料になります。また、PCBに多くの非常に細かいディテールを配置できるため、機械的な複雑さの多くを非常に安価なプロセスに委任できます。これにより、他の機械部品の製造性が向上し、コストが削減される場合があります。

PCBを構造材料として使用する場合は、次のことを確認してください。

• 機械設計のルール番号1は、設計を直交化することです。これを確認する最も簡単な方法は、特定の部品を所定の位置にネジ止めする際に、さまざまな部品を所定の位置に保持する100万人の手を必要とせずに、機械設計全体を組み立てることができることを確認することです。アセンブリのすべてのステップは、前のステップを直線的に構築する必要があり、すべてのアセンブリステップの最終結果は、簡単に処理および操作できる製品である必要があります。
• PCBを機械的および電気的相互接続として使用している（したがって、設計が直交していない）場合でも、機能をできるだけ分離するようにしてください。応力がPCBを変形させ、マイクロクラックを引き起こす可能性があるため、（密に）密集した領域を介して機械的応力を加えないでください。PCBのスロットをインテリジェントに使用して、実装されていない「重要性の低い」PCB材料を介して、実装された領域の周囲に機械的ストレスを導きます
• PCBにはスリーブ付きファスナーまたは非常に細かいピッチのねじ付きファスナーを使用してください。セルフタッパーは使用しないでください。PCB材料は全体として非常に強力ですが、メッキされていない穴の内部は非常に損傷しやすく、接続の安定性が損なわれます。
• 取り付け穴の環状リングにはんだを塗布し、鋸歯状リングを使用して留め具を所定の位置にセルフロックします。
• 非常に重要：取り付け穴のパッドにビアを使用して、銅をボードに「固定」します。さもなければ、環状リングは機械的ストレス下で容易に緩みます。
• $\epsilon = 0.001$
• 過度のひずみが避けられないアプリケーションでは、鋭いエッジではなく丸い角でトレースを配線し、利用可能な最小のコンポーネントパッケージを使用して、最大のひずみを吸収できる向きにパッケージを配置します。有鉛部品は無鉛部品よりも多くのひずみに対応できます。

PCB材料はガラス繊維とエポキシ樹脂ベースの複合材料であり、非常に優れた機械的特性を備えています。

私の意見では、それを機械構造の一部として使用することは完全に問題なく、通常は非常にエレガントなソリューションにつながります。

これが一般的な方法ではない理由は、このようなアプローチでは、問題に対して共同で作業するために、非常に慎重な設計とさまざまなプロファイルの専門家（電子工学と機械工学）が必要だからです。

そのような結合されたチームを作成することは非常に困難です。そのため、このようなタイプのソリューションを設計できるのは非常に小さなチームだけです。

PCBが非常に薄い場合を除いて、これらはルールであると私は言うでしょう：

• 緊張に強い
• 表面に垂直な圧縮に強い
• 屈曲に非常に弱い

PCBを曲げると、時間の経過とともにはんだ接合が損傷します。2000年代半ばに、PCBの撓みにつながる不十分な剛性のケースがApple iBook製品のリコールの原因でした。ビデオ回路が断続的な障害を発生させました。

もしあなたの製品が壁からぶら下がっている時計のようなものであり、PCBに取り付け穴がある場合、それは問題ありません。それが人々が手に持っていくものである場合、おそらく片側で、そしてたわむかもしれませんが、あなたは外枠の剛性を必要とするでしょう。

その他の考慮事項：一部の人々は、PCBは安くて醜いように見えると考えていますが、これはグリーンソルダーマスクまたは金メッキでは軽減されない場合があります。PCBが露出していると、ESD、ボードの残りの端などの周囲の水や汚れの侵入に対しても脆弱になります。電源アダプタを搭載した製品に問題がないかどうかを確認するには、CEテストの要件を確認する必要があります。

おそらく、PCBが露出していると考えることができる主な消費者向け製品は、非常に耐久性のあるビデオゲームカートリッジです。しかし、剛性のある硬質プラスチックシェルで囲まれています。