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在PCB保持区域中,设计团队该如何考虑z轴?

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PCB保持不仅仅存在于电路板上。在为组件提供所需空间时,设计团队如何考虑z轴?

在我以前的文章中,我谈到了PCB 禁入 区域,以及为什么他们是非常重要的。但PCB保留区域本身并不仅仅涉及电路板。禁区还可能包括它所在的外壳,即使在压力下也需要能够保护PCB内部。那么我们如何防止外壳侵入PCB的z轴?

再次提到我的上一篇文章,我提到我已经确定了两种方法来有效地实现PCB设计中的PCB保持。我推荐的第一个是3D建模,让您有机会在制造前预见到问题。

第二种方法是有效地与所有团队成员就所有设计变更进行沟通,并对成员的评论和/或反馈持开放态度。当然,只有拥有一支人员充足的团队,包括系统工程师,测试工程师,PCB布局设计师,设计/电气工程师,机械工程师,当然还有装配技术人员,这才有效。让所有团队成员进入一个房间 - 是的,设计审查会议! - 公开讨论设计将是最有效和最有益的。在使用机箱时,这一点变得格外重要。

那么让我们来看看我们如何处理封装的分析以及它与禁区的关系。

 

外壳分析

让我们考虑一下SSD钣金外壳,如下图所示。

 

SSD机箱示例。图片由三星提供

 

减少钣金材料相当于减少金钱,对吧?没错,但是在什么时候钣金变得太薄了?为了获得正确(科学)的答案,而不是猜测,我们应该要求我们的半导体机械工程师团队成员对SSD外壳进行建模,并为各种钣金厚度提供应力分析。这里的目标是确定金属板在哪个厚度处偏转足够远以与下面的电气部件接触。例如,如果金属板直接与电容器接触,火花可能会飞起来!

Johnston Engineering的Andy Johnston表示,“结构分析是产品开发周期的重要组成部分,当您的零件或组件需要足够强大以抵抗外加载荷时。有限元分析(FEA)是结构中使用的一种工具。分析模拟材料在施加载荷(如力,扭矩或热膨胀)下的应力和应变.FEA允许机械工程师预测SSD组件对应用载荷的反应,并在原型之前验证设计的结构适应性永远都是捏造的。“

这个分析可能是什么样的?让我们来看看这个过程。

 

示例钣金外壳分析

为了帮助演示钣金应力分析,我使用了Johnston Engineering 提供的一项研究 来说明板材金属偏差是如何随材料厚度变化的。在这项研究中,假设当一个人挤压SSD时,5磅的力施加到外壳上 - 这是常见的并且预期在安装过程中SSD被挤压。

假设:

  • 在外壳的中间以椭圆形状施加5磅的载荷。

  • 盖子上的螺孔和PCB的顶面几何固定(意味着它们不会移动)。

  • 见图4和5。

 

图4. SSD(固态驱动器)的3D模型。图片由Johnston Engineering提供。

 

图5.  应用于机箱的 5磅负载。图片由  Johnston Engineering提供。

 

分析场景#1:

  • 使用0.020“厚的金属板盖,电容器和金属盖之间的间隙最初为0.060”。位移图(图6)显示5磅的力导致0.078“位移,这意味着电容器接触盖子。

 

图6.施加在0.020“厚盖板上的5磅负载导致盖板接触PCB上的电容器。图片由  Johnston Engineering提供。

 

分析场景#2:

  • 使用0.040“厚的金属板,电容器和外壳之间的初始间隙为0.040”。仅使用相同的5磅负载会产生0.010英寸的位移,这意味着仍有0.030英寸的间隙 - 盖子不会接触电容器(参见图7)。

 

图7.  将一个5磅的负载施加到0.040英寸厚的盖子上。盖子不接触电容器。图片由  Johnston Engineering提供。

 

因此,当您想要最大限度地降低钣金材料成本并在Z轴上保持所需的PCB保持区域时,0.040“厚的盖子将是比0.020”盖子更好的选择。这将确保当人使用5磅力挤压SSD时不会发生电气短路。

 

总结

在设计PCB时,忽略PCB保持区域可能很容易或很诱人。然而,这种禁区对于维护可靠的设计至关重要。为了确保正确维护PCB保持区域,您应该聘请能够生成3D模型并执行应力分析的机械设计工程师。最后,与团队成员进行有效沟通有助于防止违反PCB禁区,从而减少设计和制造修订后的PCB所需的时间,金钱和能源。