Slik velger og bruker du støtteinnretninger for kretskort til å sikre kostnadseffektive og pålitelige elektroniske produkter

Montering er et av de siste gjenværende trinnene i produksjonsprosessen for de fleste elektroniske enheter, inkludert forbruksvarer, generell elektronikk og bilindustrien. Den er vanligvis bare etterfulgt av en endelig test og innpakking. Når enheten er klar for montering, har mesteparten av kostnadene for å produsere enheten allerede blitt pådratt. Hvis monteringsprosessen ikke er robust og kostnadseffektiv, kan dette resultere i dårlig ytelse eller unødvendige kostnader for enheten. Bruken av sprøytestøpte støtteinnretninger for kretskort gir elektrisk isolasjon og eliminerer behovet for skruer, skiver og muttere, samtidig som det forenkler og øker hastigheten til den endelige sammenstillingen.

Injeksjonsstøpte støtteinnretninger for kretskort virker mer ukompliserte enn de i realiteten er. Konstruktører må imidlertid ta hensyn til en rekke faktorer når de velger å bruke dem, inkludert støttetyper som klebende bunnflate, kantlåsing, omvendt låsing og trykklås, samt festemetoder som inkluderer flere låsende og ikke-låsende utforminger, og materialvalg som acetal, forskjellige typer nylon og etylenpropylen-dienmonomergummi (EPDM – ethylene propylene diene monomer).

Utvelgelseskriteriene kompliseres ytterligere når konstruktøren må ta hensyn til driftstemperatur, stivhet kontra fleksibilitet for å håndtere forventede vibrasjonsnivåer og valget mellom UL 94V-0-klassifiserte deler eller mindre kostbare UL 94V-2-klassifiserte deler. I tillegg må deler som brukes i sammensetninger i kjøretøy klassifiseres i henhold til materialkravene i SAE J1639.

For å takle disse utfordringene og øke hastigheten til utvelgelsesprosessen og bruken av sprøytestøpte støtteinnretninger for kretskort, trenger konstruktører en leverandør som tilbyr et bredt spekter av komponenttyper og et samlested for alt innen støtteinnretninger for kretskort.

Denne artikkelen gjennomgår hvordan støtteinnretninger for kretskort produseres ved å bruke sprøytestøpeprosessen, den ser på materialstandarder og materialvalg, og den gjennomgår de ulike monteringsstrukturtypene og hvordan de brukes i støtteinnretninger for kretskort. Den presenterer deretter representative støtteinnretninger for kretskort fra Essentra Components og avslutter med å gi forslag på utvelgingsprosessen og integrasjonen av støtteinnretningene under produktmonteringen.

Sprøytestøping

Sprøytestøping av termoplast produserer svært repeterbare og prisgunstige mekaniske komponenter som støtteinnretninger for kretskort. Prosessen foregår i en serie på fem trinn (figur 1):

1. De termoplastiske tablettene mates inn i maskinen og flytendegjøres til en nøyaktig temperatur.
2. Den smeltede termoplasten kommer inn i injeksjonshulrommet for å forberedes for støping.
3. Når det nødvendige trykket er nådd i injeksjonshulrommet, injiseres den smeltede termoplast i formen ved å bruke en rekke porter for å styre flyten.
4. Når formen har nådd riktig kapasitet, startes en holdefase der trykket innledningsvis opprettholdes på termoplasten for å sikre produksjon av konsistente deler. I den andre delen av holdefasen frigjøres trykket slik at delene kan avkjøles.
5. Formen åpnes, og delene skyves ut av verktøyet av utløserpinner.

Figur 1: Sprøytestøping kan produsere prisgunstige og repeterbare støtteinnretninger for kretskort. (Bildekilde: Essentra Components)

Materialstandarder

To av de viktigste materialstandardene for støtteinnretninger for kretskort er UL 94-brennbarhetskrav og SAE J1639-klassifiseringssystemet for polyamidplast (PA-plast) i kjøretøy. Dette er generelle standarder som gjelder for alle typer konstruksjoner, ikke bare støtteinnretninger for kretskort.

UL 94 er harmonisert med IEC-standardene 60695-11-10 og 60695-11-20 (IEC – International Electrotechnical Commission) og med ISO-standardene 9772 og 9773 (ISO – International Standards Organization). Disse standardene klassifiserer materialer basert på tendensen de har til å spre eller slukke flammer når testdelen er antent.

• V-0 krever at brenningen stanser innen 10 sekunder på en vertikal del og tillater drypp av materiale så lenge det ikke er antent.
• V-1 krever at brenningen stanser innen 30 sekunder på en vertikal del og tillater drypp av materiale så lenge det ikke er antent.
• V-2 er den minst restriktive, og denne krever at brenningen stanser innen 30 sekunder på en vertikal del og tillater drypp av flammende materiale.

SAE J1639 er en anbefalt praksis som gir en struktur for klassifisering og spesifikasjon av PA-plast som brukes i kjøretøyrelaterte konstruksjoner. Den er basert på ASTM D 4066-klassifiseringssystemet (ASTM – American Society for Testing and Materials) for PA (nylon) injeksjons- og ekstruderingsmaterialer. J1639 krever ytterligere beskrivende egenskaper og karakteristiske data for PA-plast i kjøretøy. Den suppleres med proprietære OEM-standarder fra ulike bilprodusenter. De tre grunnleggende elementene i J1639 omfatter følgende:

• Standardisering av graden av forsterket og uforsterket nylon, inkludert 66, 6 og 66/6 i kjøretøyrelaterte konstruksjoner.
• Standardisering av testmåtene som brukes til å karakterisere egenskapene til disse PA-materialene.
• Gi en kortfattet struktur for presentasjon av materialspesifikasjonene.

Materialtype som skal brukes i støpingen

Flere typer plast er tilgjengelige. Den vanligste støtteinnretningen for kretskort omfatter acetal, nylon og EPDM-gummi. Avhengig av materialet, kan de støtte driftstemperaturer fra –40 ˚C til +85 ˚C og gi vibrasjonsdemping, elektrisk isolasjon og andre funksjoner. Høytemperaturmaterialer klassifisert for +200 ˚C er tilgjengelige for tilpassede konstruksjoner. To av de vanlige nylontypene er PA66 og PA66/6.

For konstruksjoner som kan bruke et UL 94V-2-materiale, kan konstruktører velge å bruke PA66. Nylon 66 kan være spesielt nyttig for sprøytestøpeprosesser. Den gir en god kombinasjon av styrke, stivhet, robusthet, høyt smeltepunkt, god overflatesmøringsevne (viktig for sprøytestøping) og slitefasthet, samt motstandsdyktighet mot mange kjemikalier, maskin- og motoroljer, løsemidler og bensin. I tillegg er PA66 relativt billig og den er ikke-halogenholdig. Deler laget med PA66 oppfyller kravene i SAE J1639.

PA66/6 er også ikke-halogenholdig og kan brukes i konstruksjoner som krever UL 94V-0-klassifisering. Dens mekaniske egenskaper ligner PA66, men har forbedret robusthet ved lave temperaturer. Den kan gi bedre overflatefinish og fargestabilitet sammenlignet med PA66. PA66/6 oppfyller også kravene i SAE J1639.

Monteringstyper

I tillegg til materialvalg er spesifikasjonen for monteringstypen og festemetoden for festing til kretskortet viktige faktorer som må tas hensyn til for kretskortstøtteinnretninger. I begge tilfellene er det mange alternativer. Noen av de vanligste monteringsformatene som vises i figur 2, omfatter følgende:

1. Gjenget, inkludert standardkonstruksjoner som er festet ved å bruke skiver og muttere, og selvborende som eliminerer behovet for skiver og muttere.
2. Trykklås som skyves raskt inn i et kabinett eller panelhull for å gi sikker montering. Variasjoner inkluderer kantlås (edge lock), bajonett, grantre (fir tree) og andre.
3. Trykklås skyves også inn i et kabinett eller panelhull, men kan fjernes enkelt.
4. Trykklås, blindfeste (blind attach), som bruker finner til å gi sikker holding. De kan være spesielt nyttige i plassbegrensede konstruksjoner.
5. Selvklebende innfatning som bruker tape til å eliminere behovet for monteringshull.

Figur 2: Fem av de mange valgene for tilkobling av støtteinnretninger for kretskort til paneler eller kabinetter. (Bildekilde: Essentra Components)

Festemåter for kretskort

Den andre, og like viktige, konstruksjonsbeslutningen er valget av festemåte for kretskortet. I likhet med panelmonteringstyper, finnes det et stort utvalg av festemetoder. Eksemplene vist i figur 3 omfatter følgende:

1. To-pinners trykklås med to-pinners smekklås, der den ene siden låses og den andre siden kan frigjøres slik at kretskort kan stables eller festes til et kabinett.
2. Pilespiss-trykklås (arrowhead snap lock) med bajonettupp gir svært sikker holding og støtter rask montering i konstruksjoner med stabling.
3. Feste med flat bunn er en selvklebende støtteinnretning for kretskort, og denne kommer med en hurtigfrakoblingsflik.
4. Sekskantede/gjengede festes sikkert med en sekskantmutter og har et frigjørbart lavprofilfeste på den andre siden.
5. Omvendt trykklås med dobbel låsefunksjon (reverse dual-locking/snap fit) har en trykklås for sikker tilkobling til kretskortet. Den kan installeres fra undersiden av kabinettet og har et tynt knappehode for å hindre at den stikker ut for langt.

Figur 3: Flere alternativer for å feste støtteinnretninger til kretskort. (Bildekilde: Essentra Components)

Eksempler på støtteinnretninger for kretskort

Gitt det store utvalget av kombinasjoner av materialer, monteringstyper og festemåter, er det ikke mulig å presentere et komplett bilde av støttealternativene for kretskort. Her er noen av de hundrevis av alternativene som er tilgjengelige fra Essentra Components:

CRLCBSRE-10-01, fremstilt med nylon 66, møter UL 94V-2 og er lik del «E» i figur 3 ovenfor. Den øvre delen passer til et hull på 4 millimeter (mm) og bunnen passer til et hull på 5,4 mm. Den totale lengden til avstandsstykket er 15,9 mm (0,625 tommer).

PSM-10-01 er også laget med nylon 66. Den har en flate på den ene siden og et låsende pilehode (som toppen av del «B» på figur 3) som passer inn i et hull på 3,18 mm (0,125 tommer) på den motsatte siden. Lengden til pilehodet er 3,30 mm (0,130 tommer) og lengden til avstandsstykket er 15,9 mm (0,625 tommer). Den er konstruert for å romme paneler med en tykkelse på opptil 2,0 mm (0,078 tommer).

RLEHCBS-7-01BK er en støtteinnretning med omvendt festing som holder fast i kanten. Den er laget av svart nylon 66 og monteres i et bunnhull på 9,53 x 7,95 mm (0,375 x 0,313 tommer) i et panel med en tykkelse på 1,57 mm (0,062 tommer) (figur 4). Toppkortet har et hull på 3,96 mm (0,156 tommer) og låses på plass i et panel på 1,57 mm (0,062 tommer). Lengden til avstandsstykket er 12,7 mm (0,500 tommer).

Figur 4: RLEHCBS-7-01BK har en støtteinnretning med kantholding for festing til kretskortet. (Bildekilde: Essentra Components)

Valg av UL 94V-0 eller V-2 og et annet konstruksjonsalternativ

Følgende støtteinnretninger er tilgjengelige i enten PA66/6 eller PA66.

For installasjoner som trenger et flatt feste med monteringshull på den ene siden og et låsende pilehode på den motsatte siden, kan konstruktører velge mellom den UL 94V-2-klassifiserte CBSS-10-01 (figur 5) eller den UL 94V-0-klassifiserte CBSS-10-19.

Figur 5: CBSS-10-01 er et eksempel på en støtteinnretning med et låsende pilehode på den ene siden og et flatt feste med et hull på den andre. (Bildekilde: Essentra Components)

For konstruksjoner som trenger et avstandsstykke som ligner på «A» i figur 3, kan konstruktører bruke den UL 94V-2-klassifiserte MSPM-5-01 eller den UL 94V-0-klassifiserte MSPM-5-19.

Og for bruksområder som trenger en konstruksjon som ligner på «B» i figur 3, kan teknikere vurdere den UL 94V-0-klassifiserte LCBS-2-12-19 eller den UL 94V-2-klassifiserte LCBS-2-12-01.

Konklusjon

Som vist er støtteinnretninger for kretskort tilgjengelige i et bredt spekter av former og størrelser, og de er laget av flere forskjellige materialtyper. Behovet for å støtte effektiv og pålitelig montering og utvelgelsesprosessen, samt andre konstruksjonskrav, kan også være skremmende. I de fleste tilfeller er det beste rådet for konstruktører å velge ett eller flere alternativer som ser ut til å være egnet til konstruksjonen, og deretter eksperimentere for å finne ut hvilket alternativ som best støtter de generelle kravene til sammensetningen.

Anbefalt lesing

1. Bruk kompakte og fleksible forbindelser for å konstruere kompakte pasientovervåkingsenheter med høy ytelse
2. Bruk isolasjonforskyvningskontakter (IDC-er) med direkte innplugging for å gjøre monteringen mer effektiv og redusere materiallisten (BOM)
3. Slik drar du nytte av ledning-til-kort-kontakter i ultrakompakte konstruksjoner