如何选择和使用PC板支架以确保电子产品的高性价比和可靠性

作者：Jeff Shepard

资料提供者：Digi-Key 北美编辑群

2023-02-10

组装是大多数电子设备生产的最后步骤之一，包括消费类白色家电、通用电子和汽车应用。通常只进行最终测试和包装。当设备准备好组装时，生产设备的大部分成本已经产生。如果组装过程不稳健且不具有成本效益，则可能导致性能不合格，或不必要地增加设备成本。使用注塑成型印刷电路板（印刷电路板）支架提供电气隔离，无需螺钉、垫圈和螺母，同时简化和加快最终组装。

注塑印刷电路板支架是看似简单的组件。但是，设计人员在选择它们时需要考虑许多因素，包括支撑样式，如粘合剂底座、边缘锁定、反向锁定和卡扣锁定，以及固定方法，包括几种锁定和非锁定设计，以及材料选择，如缩醛、各种类型的尼龙和三元乙丙橡胶 （EPDM） 橡胶。

由于需要考虑工作温度、刚度与处理预期振动水平的灵活性，以及在保险商实验室 （UL） 94V-0 额定部件或较便宜的 UL 94V-2 额定部件之间进行选择，因此选择标准变得更加复杂。此外，汽车装配中使用的零件需要根据汽车工程师协会（SAE）J1639材料要求进行评级。

为了应对这些挑战并加快注塑印刷电路板支架的选择和使用，设计人员需要一个供应商，提供广泛的组件类型，并为所有印刷电路板支持需求提供“一站式服务”。

本文回顾了如何使用注塑工艺制造印刷电路板支架，着眼于材料标准和材料选择，并回顾了安装结构的类型以及它们如何在印刷电路板支架中使用。然后，它展示了益升华组件的代表性印刷电路板支架，最后提出了选择过程的建议以及将支架集成到产品组件中。

注塑

热塑性塑料的注塑成型可生产高度可重复和低成本的机械部件，如印刷电路板支架。该过程分五个阶段进行（图1）：

1. 热塑性颗粒被送入机器并液化至精确的温度。

2. 熔化的热塑性塑料进入注射腔，准备成型。

3. 当注射腔中达到所需压力时，熔化的热塑性塑料使用一系列浇口注入模具中以控制流量。

4. 当模具达到适当的产能时，保持阶段开始，最初在热塑性塑料上保持压力，以确保制造一致的零件。在保持阶段的第二部分，释放压力，让零件冷却。

5. 打开模具，通过顶针将零件推出工具。

图 1：注塑成型可以生产低成本且可重复的印刷电路板支架。（图片来源：益升华组件）

材料标准

印刷电路板支架的两个最重要的材料标准是 UL 94 可燃性要求和汽车聚酰胺 （PA） 塑料的 SAE J1639 分类系统。这些是适用于所有类型应用的通用标准，而不仅仅是印刷电路板支持。

UL 94 已与国际电工委员会 （IEC） 标准 60695-11-10 和 60695-11-20 以及国际标准组织 （ISO） 标准 9772 和 9773 保持一致。这些标准根据材料在测试部件被点燃后蔓延或熄灭火焰的趋势对材料进行分类。

• V-0 要求垂直部件的燃烧在 10 秒内停止，只要材料不发炎，就允许材料滴落。

• V-1 要求垂直部分的燃烧在 30 秒内停止，只要材料不发炎，就允许材料滴落。

• V-2 是限制最少的，要求垂直部分的燃烧在 30 秒内停止，并允许燃烧材料滴落。

SAE J1639 是一种推荐做法，它为汽车应用中使用的 PA 塑料的分类和规范提供了结构。它基于美国材料与试验协会 （ASTM） D 4066 PA（尼龙）注塑和挤出材料的分类系统。J1639要求汽车PA具有额外的描述性特性和特性。它由各种汽车制造商的专有OEM标准补充。J1639的三个基本要素包括：

• 增强和非增强尼龙等级的标准化，包括汽车应用中的 66、6 和 66/6。

• 用于表征这些PA材料性能的测试方法的标准化。

• 提供简洁的结构来呈现材料规格。

成型什么材料？

有几种类型的塑料可供选择。最常见的印刷电路板支架包括乙缩醛、尼龙和 EPDM 橡胶。根据材料的不同，它们可以支持-40°C至+85°C的工作温度，并提供减振、电气隔离和其他功能。额定温度为 +200°C 的高温材料可用于定制设计。两种常见的尼龙是PA66和PA66/6。

对于可以使用 UL 94V-2 材料的应用，设计人员可以转向 PA66。尼龙66特别适用于注塑工艺。它提供了强度、刚性、韧性、高熔点、良好的表面润滑性（对注塑成型很重要）和耐磨性的良好组合，以及对许多化学品、机器和机油、溶剂和汽油的耐受性。此外，PA66相对便宜且无卤。采用 PA66 制造的部件符合 SAE J1639 的要求。

PA66/6 也是无卤的，可用于需要 UL 94V-0 等级的应用。其机械性能与PA66相似，但具有改进的低温韧性。与PA66相比，它可以提供更好的表面光洁度和颜色稳定性。PA66/6 也符合 SAE J1639 的要求。

安装类型

除了材料选择外，安装类型的规格和连接到印刷电路板的固定方法是印刷电路板支架的重要考虑因素。在这两种情况下，都有很多选择。图 2 中所示的一些最常见的安装格式包括：

1. 螺纹，包括使用垫圈和螺母固定的标准设计，以及无需垫圈和螺母的自攻。

2. 卡扣配合可快速推入机箱或面板孔中，以提供安全安装。变化包括边缘锁、刺刀、冷杉树等。

3. 卡扣锁也可以推入机箱或面板孔，但很容易拆卸。

4. 压合，盲连接，使用翅片提供牢固的固定。它们在空间受限的应用中特别有用。

5. 使用胶带的粘合剂底座，无需安装孔。

                                                                     

                                                                                                                               图 2：将印刷电路板支架连接到面板或机箱的众多选择中的五种。（图片来源：益升华组件）

印刷电路板固定方法

第二个同样重要的设计决策是选择印刷电路板固定方法。与面板安装类型一样，有多种固定方法可供选择，图 3 中的示例包括：

1. 带双爪卡扣的双爪卡扣锁，其中一侧锁定，另一侧可释放，用于堆叠印刷电路板或将印刷电路板连接到机箱。

2. 箭头卡扣锁带卡口鼻卡扣配合，提供非常安全的固定，并支持堆叠应用中的快速组装。

3. 平放支架是一种自粘式印刷电路板支架，带有快速释放卡舌。

4. 六角/螺纹安装带有六角螺母，另一侧有一个可释放的薄型紧固件。

5. 反向双锁定/卡扣配合提供卡扣配合，可安全连接到印刷电路板。它可以从机箱的底部安装，并具有薄的按钮头，以最大程度地减少突出。

图 3：用于将支架固定到印刷电路板的几个选项。 （图片来源：益升华组件）

印刷电路板支持示例

鉴于材料、安装类型和固定方法的广泛组合，不可能全面了解印刷电路板支持选项。以下是益升华组件提供的数百个选项中的几个：

CRLCBSRE-10-01采用尼龙66制造，符合UL 94V-2标准，与上图3中的“E”部件相似。上部适合 4 毫米 （mm） 孔，底部适合 5.4 毫米孔。垫片总长度为 15.9 毫米（0.625 英寸）。

PSM-10-01也由尼龙66制成。它的一侧有一个平坦的支架和一个锁定箭头（如图 3 中零件“B”的顶部），可以放入另一侧的 0.125 英寸孔中。箭头长度为 0.130 英寸，垫片长度为 15.9 毫米（0.625 英寸）。它设计用于安装厚度达 0.078 英寸的面板。

RLEHCBS-7-01BK 是一种反向安装、边缘固定支架，由黑色尼龙 66 制成，可安装在 0.375 英寸厚的面板上的 0.313 x 0.062 英寸底孔中（图 4）。顶板有一个 0.156 英寸的孔，并锁定在 0.062 英寸的面板上。垫片长度为 0.500 in。

图 4：RLEHCBS-7-01BK 具有用于固定到印刷电路板的边缘保持支架。（图片来源：益升华组件）

可选择 UL 94V-0 或 V-2 以及其他设计选项

PA66/6 或 PA66 中提供以下支持。

对于需要一侧安装孔、另一侧锁定箭头的平面安装的安装，设计人员可以选择 UL 94V-2 额定 CBSS-10-01（图 5）或 UL 94V-0 额定 CBSS-10-19。

图 5：CBSS-10-01 是一个支架示例，一侧带有锁定箭头，另一侧带有孔的扁平支架。（图片来源：益升华组件）

对于需要类似于图 3 中“A”的垫片的应用，设计人员可以转向 UL 94V-2 额定 MSPM-5-01 或 UL 94V-0 额定 MSPM-5-19。

对于需要类似于图3中“B”的设计的应用，设计人员可以考虑UL 94V-0等级LCBS-2-12-19或UL 94V-2额定LCBS-2-12-01。

结论

如图所示，印刷电路板支架有多种形状和尺寸可供选择，并由多种材料类型制成。除此之外，还需要支持高效可靠的装配以及其他应用要求，选择过程可能令人生畏。在大多数情况下，设计人员的最佳建议是选择一个或多个适合应用的选项，然后进行实验以确定哪一个最能支持整体装配要求。