Como selecionar e usar o suporte de placas de PC para garantir produtos eletrônicos confiáveis e com boa relação custo-benefício

A montagem é uma das últimas etapas restantes na produção da maioria dos dispositivos eletrônicos, incluindo linha branca de consumo, eletrônicos em geral e aplicações automotivas. Normalmente é seguido apenas por um teste final e embalagem. Quando o dispositivo está pronto para a montagem, a maior parte do custo para produzir o dispositivo já foi incorrido. Se o processo de montagem não for robusto e econômico, pode resultar em desempenho abaixo do padrão ou aumentar desnecessariamente o custo do dispositivo. O uso de suportes de placa de circuito impresso moldada por injeção (placa pc) proporciona isolamento elétrico e elimina a necessidade de parafusos, arruelas e porcas, simplificando e acelerando a montagem final.

Os suportes de placas de PC moldados por injeção são componentes de aparência enganosamente simples. Entretanto, os projetistas precisam considerar inúmeros fatores ao selecioná-los, incluindo estilos de suporte como base adesiva, travamento de bordas, travamento invertido e travamento de encaixe, bem como métodos de fixação incluindo vários projetos de travamento e travamento sem travamento, e escolhas de materiais como acetal, vários tipos de nylon e borracha EPDM (etileno propileno monômero de dieno).

Os critérios de seleção são ainda mais complicados pela necessidade de considerar a temperatura de operação, rigidez versus flexibilidade para lidar com os níveis de vibração previstos, e a escolha entre os Underwriters Laboratories (UL) 94V-0 ou peças com classificação UL 94V-2 mais barata. Além disso, as peças usadas em montagens automotivas precisam ser classificadas de acordo com os requisitos de material da Sociedade de Engenheiros Automotivos (SAE) J1639.

Para enfrentar esses desafios e acelerar a seleção e o uso de suportes de placas de circuito impresso moldadas por injeção, os projetistas precisam de um fornecedor que ofereça uma ampla gama de tipos de componentes e forneça um "one-stop shop" para todas as necessidades de suporte de placas de circuito impresso.

Este artigo revisa como os suportes de placas de pc são fabricados usando o processo de moldagem por injeção, analisa as normas e escolhas de materiais e analisa os tipos de estruturas de montagem e como elas são usadas nos suportes de placas de pc. Em seguida, apresenta os suportes representativos de placas de PC da Essentra Components e fecha com sugestões para o processo de seleção e a integração dos suportes na montagem do produto.

Moldagem por injeção

A moldagem por injeção de termoplásticos produz componentes mecânicos altamente repetíveis e de baixo custo, como suportes de placas de circuito impresso. O processo ocorre em uma série de cinco etapas (Figura 1):

1. As pelotas termoplásticas são introduzidas na máquina e liquefeitas a uma temperatura precisa.
2. O termoplástico derretido entra na cavidade de injeção em preparação para a moldagem.
3. Quando a pressão necessária é atingida na cavidade de injeção, o termoplástico fundido é injetado no molde usando uma série de portões para controlar o fluxo.
4. Quando o molde atinge a capacidade adequada, inicia-se uma fase de retenção onde a pressão é mantida inicialmente sobre o termoplástico para garantir a fabricação de peças consistentes. Na segunda parte da fase de espera, a pressão é liberada, e as peças são deixadas esfriar.
5. O molde é aberto, e as peças são empurradas para fora da ferramenta por pinos ejetores.

Figura 1: A moldagem por injeção pode produzir suportes de placas de pc de baixo custo e repetíveis. (Fonte de imagem: Essentra Components)

Normas materiais

Dois dos mais importantes padrões de material para suportes de placas de pc são os requisitos de inflamabilidade UL 94 e o sistema de classificação SAE J1639 para plásticos de poliamida automotiva (PA). Estas são normas gerais que se aplicam a todos os tipos de aplicações, não apenas aos suportes de placas de PC.

A UL 94 foi harmonizada com as normas 60695-11-10 e 60695-11-20 da Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) e com as normas 9772 e 9773 da Organização Internacional de Normas (ISO). Estas normas classificam os materiais com base em sua tendência de propagação ou extinção das chamas, uma vez que a parte de teste tenha sido inflamada.

• O V-0 exige que a queima pare em 10 segundos (s) em uma parte vertical e permite pingos de material desde que não estejam inflamados.
• O V-1 exige que a queima pare dentro de 30 s em uma parte vertical e permite pingos de material desde que não estejam inflamados.
• O V-2 é o menos restritivo e exige que a queima pare dentro de 30 s em uma parte vertical e permite pingos de material em chamas.

O SAE J1639 é uma prática recomendada que fornece uma estrutura para classificação e especificação dos plásticos PA usados em aplicações automotivas. É baseado no sistema de classificação ASTM (American Society for Testing and Materials) D 4066 para materiais de injeção e extrusão de PA (nylon). J1639 requer propriedades descritivas e características adicionais para os PAs automotivos. É complementado por padrões OEM proprietários de várias montadoras. Os três elementos básicos de J1639 incluem:

• Padronização dos graus de nylons reforçados e não reforçados incluindo 66, 6 e 66/6 em aplicações automotivas.
• Padronização dos métodos de teste usados para caracterizar as propriedades desses materiais de PA.
• Fornecer uma estrutura concisa para apresentar as especificações do material.

Que material a moldar?

Vários tipos de plásticos estão disponíveis. O mais comum para suportes de placas de pc inclui acetal, nylons e borracha EPDM. Dependendo do material, eles podem suportar temperaturas de operação de -40˚C a +85˚C, e fornecer amortecimento de vibração, isolamento elétrico e outras funções. Materiais de alta temperatura classificados para +200˚C estão disponíveis para projetos personalizados. Dois dos nylons comuns são PA66 e PA66/6.

Para aplicações que podem utilizar um material UL 94V-2, os projetistas podem recorrer ao PA66. O nylon 66 pode ser especialmente útil para processos de moldagem por injeção. Oferece uma boa combinação de resistência, rigidez, tenacidade, alto ponto de fusão, boa lubrificação de superfície (importante para moldagem por injeção) e resistência à abrasão, bem como resistência a muitos produtos químicos, óleos de máquinas e motores, solventes e gasolina. Além disso, o PA66 é relativamente barato e não é halogenado. As peças feitas com PA66 satisfazem as exigências do SAE J1639.

PA66/6 também é não halogenado e pode ser usado em aplicações que requerem uma classificação UL 94V-0. Suas propriedades mecânicas são similares ao PA66, mas com melhor resistência a baixas temperaturas. Ele pode proporcionar um melhor acabamento superficial e estabilidade de cor em comparação com o PA66. PA66/6 também atende aos requisitos da SAE J1639.

Tipos de montagem

Além da seleção do material, a especificação do tipo de montagem e o método de fixação para fixação à placa de pc são considerações importantes para os suportes da placa de pc. Em ambos os casos, há muitas opções. Alguns dos formatos de montagem mais comuns mostrados na Figura 2 incluem:

1. Roscados, incluindo desenhos padrão que são fixados com arruelas e porcas, e auto-roscantes que eliminam a necessidade de arruelas e porcas.
2. Encaixe que se encaixa rapidamente em um chassi ou furo do painel para proporcionar uma montagem segura. As variações incluem trava de borda, baioneta, abeto e outras.
3. A trava de encaixe também é empurrada para um furo de chassi ou painel, mas é facilmente removida.
4. Encaixe da prensa, fixação cega, que usa barbatanas para proporcionar uma fixação segura. Eles podem ser especialmente úteis em aplicações com restrições de espaço.
5. Base adesiva que utiliza fita adesiva para eliminar a necessidade de um furo de montagem.

Figura 2: Cinco das muitas opções para a conexão de suportes de placas de PC a painéis ou chassis. (Fonte de imagem: Essentra Components)

Métodos de fixação de placas Pc

A segunda, e igualmente importante decisão de projeto, é a seleção de um método de fixação de placas de PC. Como nos tipos de montagem em painel, há uma grande seleção de métodos de fixação, os exemplos mostrados na Figura 3 incluem:

1. Fechadura de duas travas com encaixe de duas travas, onde um lado trava e o outro lado é liberável para empilhar placas de pc ou conectar uma placa de pc a um chassi.
2. A trava de encaixe de ponta de flecha com encaixe de ponta de baioneta proporciona uma fixação muito segura e suporta montagem rápida em aplicações de empilhamento.
3. O suporte de descanso plano é um suporte auto-adesivo para placas de pc com uma aba de liberação rápida.
4. O sextavado/rosca é montado com segurança com uma porca sextavada e tem um fixador liberável de baixo perfil no outro lado.
5. O encaixe duplo de travamento/snap inverso proporciona um encaixe rápido para conexão segura à placa do PC. Ele pode ser instalado a partir da parte inferior do chassi e tem uma cabeça de botão fina para minimizar a protrusão.

Figura 3: Várias opções para fixação de suportes para placas de computador. (Fonte de imagem: Essentra Components)

Exemplos de suporte de placas Pc

Dada a vasta gama de combinações de materiais, tipos de montagem e métodos de fixação, não é possível apresentar um quadro completo das opções de suporte de placas de PC. A seguir estão algumas das centenas de opções disponíveis da Essentra Components:

O CRLCBSRE-10-01, fabricado com nylon 66, atende à UL 94V-2 e é similar à parte "E" da figura 3 acima. A parte superior cabe em um furo de 4 milímetros (mm) e a inferior cabe em um furo de 5,4 mm. O comprimento total do espaçador é de 15,9 mm (0,625 polegadas (pol.)).

O PSM-10-01 também é feito com nylon 66. Ele tem um descanso plano em um lado e uma ponta de seta de travamento (como o topo da parte "B" na Figura 3) que cabe em um furo de 0,125 pol. no lado oposto. O comprimento da ponta da seta é de 0,130 pol. e o comprimento do espaçador é de 15,9 mm (0,625 pol.). É projetado para caber painéis de até 0,078 pol. de espessura.

O RLEHCBS-7-01BK é um suporte de montagem invertida, com suporte de borda que é feito com nylon preto 66 e é montado em um furo inferior de 0,375 x 0,313 pol. em um painel de 0,062 pol. de espessura (Figura 4). A placa superior tem um furo de 0,156" e trava em um painel de 0,062". O comprimento do espaçador é de 0,500 pol.

Figura 4: O RLEHCBS-7-01BK tem um suporte de fixação de borda para fixação na placa do PC. (Fonte de imagem: Essentra Components)

Escolha de UL 94V-0 ou V-2 e outra opção de design

Os seguintes suportes estão disponíveis em PA66/6 ou PA66.

Para instalações que necessitam de uma montagem plana com um furo de montagem em um lado e uma ponta de seta de travamento no lado oposto, os projetistas podem escolher entre a classificação UL 94V-2 CBSS-10-01 (Figura 5) ou a classificação UL 94V-0 CBSS-10-19.

Figura 5: O CBSS-10-01 é um exemplo de um suporte com uma ponta de seta de travamento em um lado e uma montagem plana com um furo no outro. (Fonte de imagem: Essentra Components)

Para aplicações que necessitam de um espaçador semelhante a "A" na Figura 3, os projetistas podem recorrer à classificação UL 94V-2 MSPM-5-01, ou à classificação UL 94V-0 MSPM-5-19.

E para aplicações onde um projeto similar ao "B" da Figura 3 é necessário, os projetistas podem considerar a classificação UL 94V-0 LCBS-2-12-19, ou a UL 94V-2 classificação LCBS-2-12-01.

Conclusão

Como mostrado, os suportes para placas de PC estão disponíveis em uma ampla gama de formas e tamanhos e são feitos com vários tipos de materiais. Acrescente-se a isso a necessidade de apoiar uma montagem eficiente e confiável, entre outras exigências de aplicação, e o processo de seleção pode ser assustador. Na maioria dos casos, o melhor conselho para os projetistas é selecionar uma ou mais opções que pareçam adequadas para a aplicação e, em seguida, experimentar para determinar qual a que melhor atende às exigências gerais de montagem.

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