비용 효율적이고 신뢰할 수 있는 전자 제품을 위한 PC 기판 지지대를 선택하고 사용하는 방법

조립 단계는 소비자 백색 가전, 일반 전자 제품 및 자동차 응용 제품을 포함한 대부분의 전자 장치 생산 과정에서 마지막 남은 단계 중 하나입니다. 이 단계 이후에는 일반적으로 최종 테스트 및 포장 작업만 남습니다. 장치 조립을 위한 준비가 완성된 단계에서는, 장치 생산 비용의 대부분이 이미 사용된 상태입니다. 조립 공정이 충실하지 않고 비용 효율적이지 않으면, 장치의 성능이 표준 이하가 되거나 생산 비용이 불필요하게 증가할 수 있습니다. 그러나 사출 성형된 인쇄 회로 기판(PC 기판) 지지대를 사용하면 전기적 절연이 지원되며, 나사, 와셔 및 너트가 필요하지 않아 최종 조립이 단순화하고 가속화될 수 있습니다.

사출 성형된 PC 기판 지지대는 얼핏 보면 단순해 보이는 부품입니다. 하지만 설계자는 사출 성형된 PC 기판 지지대를 선택할 때 접착제 베이스, 가장자리 잠금, 역 잠금 및 스냅 잠금과 같은 지지 스타일뿐만 아니라 여러 잠금 및 비잠금 설계를 포함한 고정 방법, 아세탈, 다양한 유형의 나일론 및 에틸렌 프로필렌 다이엔 모노머(EPDM) 고무와 같은 재료 선택을 포함한 다양한 요소들을 고려해야 합니다.

선택 기준은 작동 온도, 예상되는 진동 수준을 처리하기 위한 강성 대 유연성을 고려해야 할 필요성, 그리고 UL 94V-0 등급 부품 또는 더 저렴한 UL 94V-2 등급 부품 가운데의 선택 등으로 더욱 복잡해집니다. 또한 자동차 조립품에 사용되는 부품은 미국 자동차 기술 학회(SAE) J1639 재료 요구 사항의 등급을 충족해야 합니다.

이러한 까다로운 문제를 해결하고 사출 성형 PC 기판 지지대 선택과 사용 시 속도를 높이기 위해, 설계자는 다양한 부품 유형을 제공하고 모든 PC 기판 지원 요구 사항에 대해 '원스톱 쇼핑'을 제공하는 제조업체가 필요합니다.

이 기사에서는 사출 성형 공정을 사용하여 PC 기판 지지대가 어떻게 제작되는지 검토하고, 재료 표준 및 재료 선택에 대해 살펴보며, 실장 구조 유형과 이러한 구조가 PC 기판 지지대에서 사용되는 방법을 알아봅니다. 그런 다음 Essentra Components의 대표적인 PC 기판 지지대를 소개하고 선택 공정 및 지지대를 제품 조립에 통합하기 위한 제안으로 마무리합니다.

사출 성형

열가소성 플라스틱의 사출 성형은 PC 기판 지지대와 같이 반복성이 높고 비용이 저렴한 기계 부품을 생산합니다. 이 공정은 다음과 같은 일련의 5단계로 이루어집니다(그림 1).

1. 열가소성 플라스틱 펠릿이 기계에 공급되고 정확한 온도로 액화됩니다.
2. 용융된 열가소성 플라스틱은 성형을 준비하기 위해 주입을 위한 빈 공간으로 들어갑니다.
3. 주입을 위한 빈 공간에 요구되는 압력이 도달하면, 일련의 게이트를 사용하여 흐름을 제어하며 용융된 열가소성 플라스틱이 금형에 주입됩니다.
4. 금형이 적절한 용량에 도달하면, 동일한 모양의 부품 제조를 보장하기 위해 열가소성 플라스틱에 가해지는 압력이 유지되기 시작하는 홀딩 단계가 시작됩니다. 홀딩 단계의 두 번째 부분에서는 압력이 방출되고 부품이 냉각됩니다.
5. 금형이 열리고 부품이 배출기 핀에 의해 공구 밖으로 밀려 나옵니다.

그림 1: 사출 성형은 저렴하고 반복 가능한 PC 기판 지지대를 생산할 수 있습니다. (이미지 출처: Essentra Components)

재료 관련 표준

PC 기판 지지대에 대한 가장 중요한 두 가지 재료에 관련한 표준은 UL 94 가연성 요구 사항과 자동차 폴리아미드(PA) 플라스틱에 대한 SAE J1639 분류 시스템입니다. 이는 PC 기판 지지대뿐만 아니라 모든 유형의 응용 제품에 적용되는 보편적인 표준입니다.

UL94는 국제전기기술위원회(IEC) 표준 60695-11-10 및 60695-11-20, 국제표준기구(ISO) 표준 9772 및 9773과 부합합니다. 이러한 표준들은 테스트 부품이 점화되면 불꽃이 확산되는 경향 또는 꺼지는 경향에 따라 재료를 분류합니다.

• V-0 표준은 수직 부분에서 10초 이내에 연소가 중지되어야 하고, 불이 붙어 있지 않은 한 재료가 녹아서 떨어지는 것은 허용됩니다.
• V-1 표준은 수직 부분에서 30초 이내에 연소가 중지되어야 하고, 불이 붙어 있지 않은 한 재료가 녹아서 떨어지는 것은 허용됩니다.
• V-2는 가장 덜 제한적이며 수직 부분에서 30초 이내에 연소가 중지되어야 하고, 불타고 있는 재료의 방울이 떨어질 수 있습니다.

SAE J1639는 자동차 응용 제품에 사용되는 PA 플라스틱의 분류와 사양에 대한 체계를 제공하는 권장 사항으로, PA(나일론) 사출 및 압출 재료에 대한 미국 재료 시험 협회(ASTM) D 4066 분류 시스템을 기반으로 합니다. J1639는 차량용 PA에 대해 보다 자세한 속성 및 특성을 요구하여, 다양한 자동차 제조업체의 독점적인 OEM 표준이 추가됩니다. J1639의 세 가지 기본 요소는 다음과 같습니다.

• 자동차 분야에서 66, 6 및 66/6을 포함한 강화 나일론과 비강화 나일론 등급의 표준화.
• 해당 PA 재료의 속성을 분류하는 데 사용되는 테스트 방법의 표준화.
• 재료의 사양을 보여주기 위해 간결한 체계를 제공.

성형되는 재료

성형에 사용되는 플라스틱은 여러 종류입니다. 아세탈, 나일론 및 EPDM 고무는 가장 보편적인 PC 기판 지지대의 재료입니다. 재료에 따라 -40˚C ~ +85˚C의 작동 온도를 지원할 수 있으며, 진동 감쇠, 전기적 분리 및 기타 기능을 제공합니다. 맞춤형 설계에서 사용할 수 있는 +200˚C 등급의 고온 재료가 있습니다. 흔히 볼 수 있는 두 종류의 나일론은 PA66과 PA66/6입니다.

UL 94V-2 재료를 사용할 수 있는 응용 분야의 경우, 설계자는 PA66을 사용할 수 있습니다. 나일론 66은 사출 성형 공정에 특히 유용할 수 있습니다. 이는 강도, 강직성, 강인성, 높은 융점, 우수한 표면 윤활성(사출 성형에 중요), 내마모성뿐만 아니라 많은 화학 물질, 기계 및 모터 오일, 솔벤트 및 가솔린에 대한 저항성을 모두 갖추고 있습니다. 또한 PA66은 상대적으로 저렴하며 무할로겐입니다. PA66으로 제작된 부품은 SAE J1639의 요구 사항을 충족합니다.

또한 PA66/6은 무할로겐이며 UL 94V-0 등급이 필요한 응용 분야에 사용할 수 있습니다. 기계적 특성은 PA66과 비슷하지만, 저온에 대한 강인성이 개선되었습니다. 그리고 PA66에 비교하면 더 나은 표면 마감과 색상 안정성을 제공할 수 있습니다. PA66/6은 SAE J1639의 요구 사항도 충족합니다.

실장 유형

재료 선택 외에도 실장 유형에 대한 사양과 PC 기판에 부착하기 위한 고정 방법은 PC 기판 지지대에 대한 중요한 고려 사항입니다. 두 경우 모두 다양한 옵션이 있습니다. 가장 일반적인 실장 형태는 그림 2에 표시되어 있으며, 이는 다음과 같습니다.

1. 나사형: 와셔와 너트를 사용하여 고정되는 표준 설계와 와셔와 너트가 필요 없는 셀프 태핑 형태가 포함됩니다.
2. 스냅핏: 확실한 고정을 위해 섀시 또는 패널 구멍에 빠르게 밀어 고정하는 형태입니다. 변형에는 가장자리 잠금, 베이요넷, 전나무형 등이 포함됩니다.
3. 스냅 잠금 장치: 섀시나 패널 구멍에 밀어 넣는 방식이지만 쉽게 제거할 수 있습니다.
4. 프레스 핏: 블라인드 장착 유형의 핀을 사용하여 확실한 고정을 제공합니다. 이는 공간 제약이 있는 응용 제품에서 특히 유용할 수 있습니다.
5. 접착제 베이스: 테이프를 사용하므로 실장을 위한 홀이 필요 없습니다.

그림 2: PC 기판 지지대를 패널 또는 섀시에 연결하기 위한 다양한 옵션 중 5가지 유형 (이미지 출처: Essentra Components)

PC 기판 고정 방법

마찬가지로 중요한 두 번째 설계 결정은 PC 기판 고정 방법을 선택하는 것입니다. 패널 실장 유형과 마찬가지로 다양한 고정 방법이 있으며 그림 3에 표시된 예는 다음과 같습니다.

1. 2프롱 스냅 핏이 있는 2프롱 스냅 잠금 장치로, 한쪽 면은 잠금 상태로 유지하고 다른 한쪽은 PC 기판을 쌓거나 PC 기판을 섀시에 연결하기 위해 해제할 수 있습니다.
2. 베이요넷 노즈 스냅 핏이 있는 화살촉 스냅 잠금 장치를 사용하면 PC 기판을 매우 단단하게 고정할 수 있고, 적층 응용 제품에서 빠른 조립을 지원합니다.
3. 플랫 레스트 실장은 신속 분리 탭이 있는 자체 접착식 PC 기판 지지대입니다.
4. 육각형/나사형 실장은 육각 너트로 단단히 고정되며, 반대쪽에는 해제 가능한 낮은 높이의 패스너가 있습니다.
5. 역방향 이중 잠금/스냅 핏은 PC 기판에 대한 견고한 연결을 위한 스냅 맞춤을 제공합니다. 섀시 아래쪽에서 설치할 수 있으며, 돌출을 최소화하기 위한 얇은 버튼 헤드가 있습니다.

그림 3: PC 기판에 지지대를 고정하기 위한 몇 가지 옵션. (이미지 출처: Essentra Components)

PC 기판 지지대의 예

재료, 실장 유형 및 고정 방법의 광범위한 다양한 조합이 가능하므로, PC 기판 지지대의 모든 옵션을 열거하기란 불가능합니다. Essentra Components에서 제공하는 수백 가지 옵션 중 몇 가지의 예는 다음과 같습니다.

나일론 66으로 제작된 CRLCBSRE-10-01은 UL 94V-2를 충족하며, 위 그림 3의 'E' 부분과 유사합니다. 상단 부분은 4mm 구멍에 맞고 하단 부분은 5.4mm 구멍에 맞습니다. 스페이서의 전체 길이는 15.9mm(0.625in)입니다.

PSM-10-01도 나일론 66으로 제작되었습니다. 한 면에는 평평한 받침대가 있고 맞은편에는 0.125in 구멍에 맞는 잠금 화살촉(그림 3의 'B' 부분 상단)이 있습니다. 화살촉 길이는 0.130in이고 스페이서 길이는 15.9mm(0.625in)입니다. 최대 0.078in 두께의 패널에 맞도록 설계되었습니다.

RLEHCBS-7-01BK는 검은색 나일론 66으로 제작되었으며, 0.062in 두께의 패널에서 0.375in x 0.313in 하단 구멍에 장착되는 역실장, 에지 홀딩 지지대입니다(그림 4). 상단 기판에는 0.156in 구멍이 있고 0.062in 패널에 고정됩니다. 스페이서 길이는 0.500in입니다.

그림 4: RLEHCBS-7-01BK에는 PC 기판에 고정하기 위한 에지 홀딩 지지대가 있습니다. (이미지 출처: Essentra Components)

UL 94V-0 또는 V-2 선택 그리고 다른 설계 옵션

다음과 같은 지지대는 PA66/6 또는 PA66 재료로 선택 가능합니다.

한쪽에는 장착 구멍이 있고 반대쪽에 잠금 화살촉이 있는 플랫 마운트가 필요한 설치의 경우, 설계자는 UL 94V-2 등급 CBSS-10-01(그림 5) 또는 UL 94V-0 등급 CBSS-10-19 중에서 선택할 수 있습니다.

그림 5: CBSS-10-01은 한쪽에 잠금 화살촉이 있고 다른 쪽에 구멍이 있는 플랫 마운트를 가진 지지대의 예입니다. (이미지 출처: Essentra Components)

그림 3의 'A'와 유사한 스페이서가 요구되는 응용 분야의 경우, 설계자는 UL 94V-2 정격 MSPM-5-01 또는 UL 94V-0 정격 MSPM- 5-19를 선택할 수 있습니다.

그리고 그림 3의 'B'와 유사한 설계가 필요한 응용 분야의 경우 설계자는 UL 94V-0 등급 LCBS-2-12-19 또는 UL 94V-2 등급 LCBS-2-12-01을 고려할 수 있습니다.

결론

위에서 살펴본 바와 같이 PC 기판 지지대는 다양한 형태와 크기로 제공되며, 여러 종류의 재료로 만들어집니다. 응용 제품 요구 사항 중에서, 위에 더하여 효율적이고 신뢰할 수 있는 조립품을 지원해야 하는 필요성까지 추가된다면 이를 선택하는 과정은 어려워집니다. 대부분의 경우 설계자에게 가장 좋은 방식은 응용 제품에 적합해 보이는 옵션을 하나 이상 선택한 다음, 테스트를 통해 전체 조립품 요구 사항을 가장 잘 지원하는 옵션을 선택하는 것입니다.

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