如何挑選和使用 PCB 支架以確保電子產品的成本效益和可靠性

組裝是大多數電子裝置最後的生產步驟之一，包括消費性白色家電、一般電子和汽車應用。組裝後，通常只剩最終測試和包裝。當裝置準備好組裝時，生產裝置的大部分成本已經產生。如果組裝過程不完備且不符合成本效益，可能會導致效能不合格，甚至還有可能會增加裝置成本。使用射出成型印刷電路板 (PCB) 支架可提供電氣隔離，且無需螺絲、墊圈和螺帽，同時還可簡化和加快最終組裝。

射出成型 PCB 支架看似簡單的元件。但是，設計人員在挑選時需要考量許多因素，包括支架樣式，如黏性底座、邊緣鎖定、反向鎖定和卡扣鎖，以及固定方法，包括幾種鎖定和非鎖定設計，以及材料選擇，如縮醛、各種類型的尼龍和三元乙丙 (EPDM) 橡膠。

由於要考量工作溫度、因應預期振動程度的剛性與彈性比，以及該挑選 UL 94V-0 等級零件或較便宜的 UL 94V-2 等級零件，因此挑選條件會更加複雜。此外，汽車裝配用的零件必須依據汽車工程師協會 (SAE) J1639 的材料要求進行評級。

為了因應這些難題並加快射出成型 PCB 支架的挑選和使用，設計人員需要找到可供應眾多元件類型的供應商，以「單站購足」體驗滿足所有 PCB 支撐需求。

本文將瞭解 PCB 支架的射出成型製程、材料標準和材料選擇，並查看安裝結構的類型及其如何應用在 PCB 支架中。接著會介紹 Essentra Components 的代表性 PCB 支架，最後再針對挑選過程，以及如何在產品組件中整合支架提供建議。

射出成型

射出成型熱塑性塑膠可生產高度可重複和低成本的機械元件，如 PCB 支架。此製程分為五個階段 (圖1)：

1. 熱塑性顆粒送入機器，然後液化至精確的溫度。
2. 熔化的熱塑性塑料進入射出腔，準備成型。
3. 當射出腔達到所需壓力時，熔化的熱塑性塑料會透過一系列澆口控制流量並注入模具中。
4. 當模具達到適當容量時，會進入保持階段，先在熱塑性塑膠上保持壓力，以確保製造一致的零件。在保持階段的第二部分會釋放壓力，以便零件冷卻。
5. 接著會打開模具，透過頂針將零件從工具中推出。

圖 1：射出成型可以生產低成本和可重複的 PCB 支架。(圖片來源： Essentra Components)

材料標準

PCB 支架有兩個最重要的材料標準是 UL 94 耐燃性要求，以及汽車聚醯胺 (PA) 塑膠的 SAE J1639 分類制度。這些是適用於所有類型應用的通用標準，並非只針對 PCB 支架。

UL 94 已與國際電工委員會 (IEC) 標準 60695-11-10 和 60695-11-20 以及國際標準組織 (ISO) 標準 9772 和 9773 保持一致。這些標準會依據受測零件起火後，會蔓延或熄滅的趨勢，對材料進行分類。

• V-0 等級要求垂直零件的燃燒在 10 秒內停止，且只要材料不燃燒，就允許材料滴落。
• V-1 等級要求垂直零件的燃燒在 30 秒內停止，且只要材料不燃燒，就允許材料滴落。
• V-2 的限制最少，要求垂直零件的燃燒在 30 秒內停止，並允許燃燒材料滴落。

SAE J1639 是一種推薦的做法，可針對汽車應用中的 PA 塑膠提供分類架構與規格。以美國材料與試驗協會 (ASTM) D 4066 PA (尼龍) 射出成型和擠型材料的分類系統為基礎。J1639 要求汽車 PA 具有額外的描述性屬性和特性。由多家車廠專有的 OEM 標準提供輔助說明。J1639 的三個基本要素包括：

• 增強和非增強型尼龍等級的標準化，包括汽車應用中的 66、6 和 66/6。
• 對凸顯這些 PA 材料屬性的測試方法進行標準化。
• 提供簡潔的結構來呈現材料規格。

可用哪些材料成型？

有幾種類型的塑膠可供選擇。最常見的 PCB 支架材料包括縮醛、尼龍和 EPDM 橡膠。根據材料的不同，可以支援 -40°C 至 +85°C 的工作溫度，並提供減振、電氣隔離和其他功能。有提供額定溫度為 +200°C 的高溫材料，可用於客製化設計。兩種常見的尼龍是 PA66 和 PA66/6。

針對可以使用 UL 94V-2 材料的應用，設計人員可以轉用 PA66。尼龍 66 特別適用於射出成型製程。結合了幾個優良特性，包括強度、剛性、韌性、高熔點、良好的表面潤滑性 (對射出成型很重要) 和耐磨性，還可耐受化學品、機器和馬達油脂、溶劑和汽油。此外，PA66 相對便宜且無鹵素。採用 PA66 製造的零件符合 SAE J1639 的要求。

PA66/6 也無鹵素，可用於需要 UL 94V-0 等級的應用。其機械效能相似於 PA66，且低溫韌性有所增進。與 PA66 相比，可以提供更好的表面處理和顏色穩定性。PA66/6 也符合 SAE J1639 的要求。

安裝類型

除了材料選擇外，安裝類型的規格和連接到 PCB 的固定方法也是印刷電路板支架的重要考量因素。在這兩種考量下，還是有很多選擇。圖 2 指出一些最常見的安裝格式，包括：

1. 螺紋，包括使用墊圈和螺帽固定的標準設計，以及無需墊圈和螺帽的自攻類型。
2. 卡扣接合可快速推入底盤或面板孔中，能達到穩固安裝。款式包括邊緣鎖、卡口、鋸齒等。
3. 卡扣鎖也可以推入底盤或面板孔，但可輕易拆除。
4. 壓合、盲接，使用鰭片提供牢固的固定。在空間受限的應用中特別有用。
5. 使用膠帶的黏性底座，無需安裝孔。

圖 2：將 PCB 支架連接到面板或底盤的眾多選擇中的五種。(圖片來源：Essentra Components)

印刷電路板固定方法

第二個同樣重要的設計決策就是選擇印刷電路板的固定方法。與面板安裝類型一樣，有多種固定方法可供選擇，圖 3 的範例包括：

1. 帶雙爪卡扣的雙爪卡扣鎖，其中一側鎖定，另一側可鬆開，可將 PCB 堆疊或將 PCB 接至底盤。
2. 帶卡口鼻扣的箭頭卡扣鎖，可達到非常牢固的固定，並可在堆疊應用中支援快速組裝。
3. 平放支架是一種自黏式 PCB 支架，帶有快速鬆開耳片。
4. 六角／螺紋能以六角螺帽穩固安裝，另一側有一個可鬆開的薄型緊固件。
5. 反向雙鎖定／卡扣配接具有卡扣，可牢固連接到印刷電路板。可以從底盤的底部安裝，並具有薄型半圓頭，達到最小的突出。

圖 3：將支架固定到印刷電路板的幾種選擇。 (圖片來源：Essentra Components)

印刷電路板支架範例

有鑒於材料、安裝類型和固定方法的組合相當多種，不可能介紹全部的印刷電路板支架選項。以下列出 Essentra Components 數百種選項中的一些：

CRLCBSRE-10-01 採用尼龍 66 製造，符合 UL 94V-2 標準，與圖 3 中的「E」零件相似。上半部可配接 4 mm 孔，底部可配接 5.4 mm 孔。墊片總長度為 15.9 mm (0.625 in)。

PSM-10-01 也以 尼龍 66 製成。其一邊有一個平坦的支架，另一邊則有一個鎖定箭頭 (如圖 3 的零件「B」的頂端)，可配接 0.125 in 孔。箭頭長度為 0.130 in，墊片長度為 15.9 mm (0.625 in)。此設計可配合厚度最大 0.078 in 的面板。

RLEHCBS-7-01BK 是反向安裝、邊緣固定的支架，由黑色尼龍 66 製成，可裝入厚度 0062 in 面板的 0.375 x 0.313 in 底部孔 (圖4)。頂板有一個 0.156 in 孔，可鎖定在 0.062 in 的面板上。墊片長度為 0.500 in。

圖 4：RLEHCBS-7-01BK 具有邊緣固定支架，可固定在 PCB 上。(圖片來源：Essentra Components)

可選擇 UL 94V-0 或 V-2 以及其他設計選項

以下支架皆提供 PA66/6 或 PA66 材料。

若設備需要平面安裝，且一邊使用安裝孔，另一邊使用鎖定箭頭的話，設計人員可以選擇 UL 94V-2 等級的 CBSS-10-01 (圖 5) 或 UL 94V-0 等級的 CBSS-10-19。

圖 5：CBSS-10-01是一邊帶有鎖定箭頭，另一邊帶有固定孔的扁平支架範例。(圖片來源：Essentra Components)

若應用需要類似圖 3 中「A」零件的墊片，設計人員可以轉用 UL 94V-2 等級的 MSPM-5-01 或 UL 94V-0 等級的 MSPM-5-19。

若應用需要使用類似圖 3 中「B」零件的設計，設計人員可以考慮 UL 94V-0 等級的 LCBS-2-12-19 或 UL 94V-2 等級的 LCBS-2-12-01。

結論

如本文所示，印刷電路板支架有多種形狀和尺寸可供選擇，並由多種材料類型製成。除此之外，還需要支援高效可靠的組裝作業，也要顧及其他應用要求，因此挑選過程可能令人生畏。在大多數情況下，設計人員的最佳建議是挑選一個或多個適合應用的選項，然後進行實驗，以確定哪一個最能配合整體組裝要求。

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