Как построить красивые корпуса из FR4 — он же печатных плат

May 24, 2023

Большинство любителей говорят, что проще построить функциональный прототип электронного устройства, чем сделать для него корпус. Можно сказать, что на рынке много готовых корпусов, но они никогда не являются именно тем, что вам нужно. Вы также можете использовать 3D-принтер для создания индивидуального корпуса, но 3D-принтеры высокого класса слишком дороги, а более дешевые из них производят корпуса, которые часто недостаточно прочны и требуют значительной дополнительной обработки.

Другой способ — изготовить корпус из FR4, материала, который обычно используется при производстве печатных плат. Такие шкафы недорогие, с тонкими стенками, но при этом очень прочные, красивые на вид, приятные на ощупь, обладают отличной термо- и влагоустойчивостью. FR4 предлагает еще несколько возможностей — эффективную проводку без проводов внутри корпуса, встроенные антенны УВЧ или СВЧ или катушки RFID, емкостные переключатели, электрическое экранирование, селективную полупрозрачность, водонепроницаемость или воздухонепроницаемость и даже интеграцию сложных механических узлов.

Здесь я объясню процесс строительства этих «волшебных» корпусов. Он основан на почти пятидесятилетнем личном опыте и более чем сотне корпусов, построенных для большинства моих проектов. Вот два примера: этот чехол для аппаратного менеджера паролей имеет длину всего несколько сантиметров, а другой (защитный чехол для транспортировки синтезатора моего сына) имеет длину 125 см (около 49 дюймов), но оба они достаточно прочны, чтобы выдержать на них стоит взрослый мужчина.

Глобальный подход прост — вы берете лист односторонней меди, плакированной FR4, разрезаете его и спаиваете детали между собой. Звучит просто, но есть множество деталей, которые следует учитывать, если вы хотите получить наилучшие результаты. Пожалуйста, прочитайте о них внимательно. У вас может возникнуть соблазн пропустить некоторые из описанных здесь шагов, но если вы это сделаете, то, скорее всего, будете разочарованы результатами.

Существует несколько общих концепций проектирования корпусов из FR4. В первом используется основная печатная плата со всеми электронными компонентами в качестве механической основы, к которой будут припаяны четыре стенки. Обычно сначала следует спаять все электронные компоненты, затем проверить печатную плату и, наконец, спаять стенки.

Основная плата должна иметь медные участки шириной около 4 мм по всем краям и большие площадки для прокладок. Верхняя и нижняя крышки очень простые и не требуют медных участков, поэтому вы также можете использовать акрил, алюминий, пластик и т. д. Эта концепция подходит для простых проектов, которые содержат только одну печатную плату. Не рекомендуется использовать толстые корпуса, так как это будет неудобно для обслуживания.

Есть и другой подход, который подходит для более крупных и сложных устройств, так как здесь много свободного пространства, которое можно организовать в соответствии с требованиями проекта.

Следует оставить медные участки для пайки гаек, но не припаивайте их до завершения сборки всего корпуса. После завершения работы вы можете закрыть его и просверлить отверстия во внутренних стенках, чтобы они идеально совпадали с внешними отверстиями. Затем можно припаять гайки, используя большое количество флюса.

Обратите внимание, что не все гайки легко паять, поэтому вам придется поэкспериментировать. По моему опыту, лучше всего в этом отношении подходят никелированные латунные гайки, но иногда их бывает трудно достать. Поэтому я использую проставки М3х5 мм (но не алюминиевые), которые очень легко паять.

Если вы хотите сделать корпус без винтов, вы можете использовать трение, чтобы прочно скрепить два узла вместе. Сначала обработайте верхнюю (внешнюю) часть шкафа, а затем отрегулируйте положение внутренних стенок на нижней крышке. Внешние стены всегда будут слегка наклонены к центру (причина этого будет объяснена позже), и при закрытии коробки будет создаваться некоторое трение.

Чтобы отрегулировать натяжение, припаяйте внутренние стенки к нижней пластине, но только в центральной точке, стараясь сохранять прямой угол между стенками и нижней пластиной. Затем попробуйте надеть верхнюю крышку. Он может быть слишком свободным или слишком тугим, поэтому вам нужно настроить правильное положение для плотного прилегания. Повторите это для более коротких стенок, а затем припаяйте стенки по всей длине к нижней пластине и друг к другу. Вам также следует подшлифовать соединительные края внутренних стенок, чтобы освободить место для припоя, который удерживает внешние стенки вместе.