Hur man väljer och använder kretskortsstöd för att säkerställa kostnadseffektiva och tillförlitliga elektroniska produkter

Monteringen är ett av de sista stegen vid tillverkning av de flesta elektroniska apparater, inklusive vitvaror, allmän elektronik och fordonstillämpningar. Den följs vanligtvis endast av ett slutligt test och paketering. När anordningen är klar för montering har större delen av kostnaden för att tillverka anordningen redan tagits. Om monteringsprocessen inte är robust och kostnadseffektiv kan den leda till undermålig prestanda eller öka produktens kostnader i onödan. Användningen av formsprutade stöd för kretskort ger elektrisk isolering och eliminerar behovet av skruvar, brickor och muttrar samtidigt som den slutliga monteringen förenklas och påskyndas.

Formsprutade kretskortsstöd är komponenter som verkar vara bedrägligt enkla. Konstruktörer måste dock ta hänsyn till många faktorer vid valet av dem, inklusive stödvarianter som självhäftande sockel, kantlåsning, omvänd låsning och snäppfäste, samt fästmetoder som inkluderar flera låsande och icke-låsande konstruktioner samt materialval som acetal, olika typer av nylon och EPDM-gummi (etenpropengummi).

Urvalskriterierna kompliceras ytterligare av behovet av att ta hänsyn till driftstemperatur, styvhet kontra flexibilitet för att hantera förväntade vibrationsnivåer och valet mellan delar som är klassificerade enligt Underwriters Laboratories (UL) 94V-0 eller billigare delar som är klassificerade enligt UL 94V-2. Delar som används i fordonsmonteringar måste dessutom klassificeras enligt materialkraven i Society of Automotive Engineers (SAE) J1639.

För att hantera dessa utmaningar och påskynda valet och användningen av formsprutade kretskortsstöd behöver konstruktörerna en leverantör som har ett stort utbud av komponenttyper och erbjuder en "allt i ett-butik" för alla behov av kretskortsstöd.

Artikeln går igenom hur kretskortsstöd tillverkas med hjälp av formsprutningsprocessen, tittar på materialstandarder och materialval och går igenom typerna av monteringskonstruktioner och hur de används i kretskortsstöd. Därefter presenteras representativa kretskortsstöd från Essentra Components och avslutas med förslag på hur man väljer ut och integrerar stöden i produktmonteringen.

Formsprutning

Med formsprutning av termoplast kan man tillverka mycket repeterbara och billiga mekaniska komponenter, t.ex. kretskortsstöd. Processen sker i fem steg (figur 1):

1. De termoplastiska pelletsen matas in i maskinen och smälts till en exakt temperatur.
2. Den smälta termoplasten kommer in i injektionshålet som förberedelse för gjutningen.
3. När det erforderliga trycket har uppnåtts i injektionshålet sprutas den smälta termoplasten in i formen med hjälp av en rad portar för att kontrollera flödet.
4. När formen har nått rätt kapacitet, inleds en hållfas där trycket på termoplasten upprätthålls för att säkerställa att konsekventa delar tillverkas. I den andra delen av hållfasen släpps trycket och delarna får svalna.
5. Formen öppnas och delarna trycks ut ur verktyget med hjälp av utmatningspinnar.

Figur 1: Med formsprutning kan man tillverka billiga och repeterbara kretskortsstöd. (Bildkälla: Essentra Components)

Materialstandarder

Två av de viktigaste materialstandarderna för kretskortsstöd är brandskyddskraven i UL 94 och klassificeringssystemet SAE J1639 för polyamidplaster (PA) i fordon. Det är allmänna standarder som gäller för alla typer av tillämpningar, inte bara för kretskortsstöd.

UL 94 har harmoniserats med Internationella elektrotekniska kommissionens (IEC) standarder 60695-11-10 och 60695-11-20 samt med Internationella standardiseringsorganisationens (ISO) standarder 9772 och 9773. I standarderna klassificeras material utifrån deras tendens att sprida eller släcka lågor när testdelen väl har antänts.

• V-0 kräver att branden upphör inom 10 sek. på en vertikal del och tillåter droppar av material så länge de inte brinner.
• V-1 kräver att branden upphör inom 30 sek. på en vertikal del och tillåter droppar av material så länge de inte brinner.
• V-2 är den minst restriktiva och kräver att branden upphör inom 30 sek. på en vertikal del och tillåter droppar av brinnande material.

SAE J1639 är en rekommenderad metod som tillhandahåller en struktur för klassificering och specifikation av polyamidplaster som används i fordonstillämpningar. Den är baserad på klassificeringssystemet ASTM D 4066 (American Society for Testing and Materials) för forrmsprutad polyamidplast (nylon) och extruderade material. J1639 kräver ytterligare beskrivande egenskaper och kännetecken för polyamidplaster i fordon. Den kompletteras av proprietära OEM-standarder från olika fordonstillverkare. De tre grundläggande delarna i J1639 är följande:

• Standardisering av klassificeringen av förstärkt och oförstärkt nylon, inklusive 66,6 och 66/6 för fordonstillämpningar.
• Standardisering av de testmetoder som används för att karakterisera egenskaperna hos dessa polyamidplastmaterial.
• Tillhandahålla en kortfattad struktur för att presentera materialets specifikationer.

Vilket material ska gjutas?

Det finns flera olika typer av plast. De vanligaste för kretskortsstöd är acetal, nylon och EPDM-gummi. Beroende på materialet kan de klara driftstemperaturer från -40 ˚C till +85 ˚C och tillhandahålla vibrationsdämpning, elektrisk isolering och andra funktioner. Material för höga temperaturer på +200 ˚C finns tillgängliga för anpassade konstruktioner. Två vanliga nylonmaterial är PA66 och PA66/6.

För tillämpningar som kan använda ett material enligt UL 94V-2- kan konstruktörer använda sig av PA66. Nylon 66 kan vara särskilt användbart i formsprutningsprocesser. Det har en bra kombination av styrka, styvhet, seghet, hög smältpunkt, god smörjförmåga (viktigt för formsprutning) och nötningsbeständighet samt motståndskraft mot många kemikalier, maskin- och motoroljor, lösningsmedel och bensin. PA66 är dessutom relativt billigt och halogenfritt. Delar tillverkade av PA66 uppfyller kraven i SAE J1639.

PA66/6 är också halogenfritt och kan användas i tillämpningar som kräver klassificeringen UL 94V-0. De mekaniska egenskaperna liknar PA66, men med förbättrad tålighet vid låga temperaturer. Det kan ge en bättre ytfinish och färgstabilitet jämfört med PA66. PA66/6 uppfyller även kraven i SAE J1639.

Monteringstyper

Förutom materialvalet är specifikationen av monteringstyp och fästmetod på kretskortet viktiga överväganden för kretskortsstöd. I båda fallen finns det många alternativ. Några av de vanligaste monteringsformerna som visas i figur 2 är följande:

1. Gängade, inklusive standardkonstruktioner som fästs med brickor och muttrar, och självgängande som eliminerar behovet av brickor och muttrar.
2. Snäppmontering som snabbt trycks ner i ett hål i ett chassi eller en panel för att ge ett säkert fäste. Variationer är bland annat kantlås, bajonett, gran och andra.
3. Snäppfästet trycks också in i ett hål i ett chassi eller en panel, men är lätt att ta bort.
4. Presspassning, blindmontering, som använder fenor för att ge ett säkert fäste. De kan vara särskilt användbara i tillämpningar med begränsat utrymme.
5. Självhäftande sockel som använder tejp för att eliminera behovet av monteringshål.

Figur 2: Fem av de många alternativen för att ansluta kretskortsstöd till paneler eller chassin. (Bildkälla: Essentra Components)

Metoder för fastsättning av kretskort

Det andra och minst lika viktiga konstruktionsbeslutet är valet av metod för att fästa kretskortet. Precis som för de panelmonterade typerna, finns det ett stort urval av fästningsmetoder, och de exempel som visas i figur 3 inkluderar:

1. Snäppfäste med två uddar, där den ena sidan låses och den andra sidan är löstagbar för att stapla kretskort eller ansluta ett kretskort till ett chassi.
2. Snäppfäste med pilspetslåsning där snäppfästet med bajonettfattning ger ett mycket säkert grepp och stödjer snabb montering i staplade tillämpningar.
3. Det platta fästet är ett självhäftande stöd för ett kretskort med en flik för snabb lösgöring.
4. De sexkantiga/gängade fästena monteras säkert med en sexkantsmutter och har ett löstagbart fästelement med låg profil på den andra sidan.
5. Omvänd dubbel låsning/snäppfäste är ett snäppfäste för säker anslutning mot kretskortet. Den kan installeras från undersidan av chassit och har ett tunt knappformat huvud för att minimera utskjutande delar.

Figur 3: Flera alternativ för att fästa stöd på kretskort. (Bildkälla: Essentra Components)

Exempel på kretskortsstöd

Med tanke på det stora utbudet av kombinationer av material, monteringstyper och fästmetoder är det inte möjligt att ge en fullständig bild av alternativen för kretskortsstöd. Nedan följer några av de hundratals alternativ som Essentra Components erbjuder:

CRLCBSRE-10-01, är tillverkad av nylon 66, uppfyller UL 94V-2 och liknar del "E" i figur 3 ovan. Den övre delen passar i ett 4 mm hål och den nedre i ett 5,4 mm hål. Distansens totala längd är 15,9 mm (0,625 tum (tum)).

PSM-10-01 är också tillverkad av nylon 66. Den har ett platt stöd på ena sidan och en låsande pilspets (som den övre delen av del "B" i figur 3) som passar i ett hål 3,17 mm hål på den motsatta sidan. Längden på pilspetsen är 3,2 mm och distansens längd är 15,9 mm (0,625 tum). Den är utformad för att passa paneler med en tjocklek på upp till 1,99 mm.

RLEHCBS-7-01BK är ett kanthållande stöd med omvänd montering, som är tillverkat av svart nylon 66 och monteras i ett bottenhål på 9,52 x 7,95 mm i en 1,55 mm panel (figur 4). Det övre kortet har ett hål på 3,9 mm och låses fast i en panel på 1,5 mm. Distansernas längd är 12,7 mm.

Figur 4: RLEHCBS-7-01BK har ett kantstöd för att fästa kretskortet. (Bildkälla: Essentra Components)

Val av UL 94V-0 eller V-2 och andra konstruktionsalternativ

Följande stöd finns i PA66/6 eller PA66.

För installationer som kräver ett platt fäste med ett monteringshål på ena sidan och en låsande pilspets på motsatt sida kan konstruktörer välja mellan CBSS-10-01 (figur 5) som är klassificerad enligt UL 94V-2 eller CBSS-10-19 som är klassificerad enligt UL 94V-0.

Figur 5: CBSS-10-01 är ett exempel på ett stöd med en låsbar pilspets på ena sidan och ett platt fäste med ett hål på den andra. (Bildkälla: Essentra Components)

För tillämpningar som kräver en distans som liknar "A" i figur 3 kan konstruktörer använda MSPM-5-01 som är klassificerad enligt UL 94V-2 eller MSPM-5-19 som är klassificerad enligt UL 94V-0.

För tillämpningar där en konstruktion liknande "B" i figur 3 behövs kan konstruktörer överväga LCBS-2-12-19 som är klassificerad enligt UL 94V-0 eller LCBS-2-12-01 som är klassificerad enligt UL 94V-2.

Sammanfattning

Som framgår finns det kretskortsstöd i många olika former och storlekar som tillverkas av flera olika typer av material. Lägg därtill behovet av stöd för en effektiv och tillförlitlig montering bland andra tillämpningskrav, och urvalsprocessen kan verka skrämmande. I de flesta fall är det bästa rådet till konstruktörer att välja ett eller flera alternativ som verkar passa för tillämpningen och sedan experimentera för att avgöra vilket alternativ som stöder de övergripande monteringskraven på bästa sätt.

Rekommenderad läsning

1. Använd täta och flexibla sammankopplingar för att konstruera kompakta, högeffektiva enheter för patientövervakning
2. Använd direkt anslutningsbara isoleringsförskjutna kontaktdon för att effektivisera monteringen och minska materiallistan
3. Hur man utnyttjar fördelarna med kontaktdon för tråd till kort-anslutning i extremt kompakta konstruktioner