Come costruire splendidi involucri da FR4, ovvero PCB

May 24, 2023

La maggior parte degli hobbisti afferma che è più semplice costruire un prototipo funzionale di un dispositivo elettronico piuttosto che realizzarne la custodia. Si potrebbe dire che sul mercato esistono moltissime custodie già pronte, ma non sono mai esattamente ciò di cui hai bisogno. Potresti anche utilizzare una stampante 3D per costruire un involucro personalizzato, ma le stampanti 3D di fascia alta sono troppo costose e quelle più economiche producono alloggiamenti che spesso non sono abbastanza robusti e richiedono anche molti trattamenti aggiuntivi.

Un altro modo è costruire l'involucro in FR4, un materiale comunemente utilizzato nella produzione di PCB. Tali custodie sono economiche, con pareti sottili ma allo stesso tempo molto resistenti, belle da vedere, piacevoli al tatto e hanno un'eccellente stabilità termica e all'umidità. FR4 offre alcune possibilità in più: cablaggio efficiente senza fili all'interno dell'alloggiamento, antenne UHF o SHF integrate o bobine RFID, interruttori capacitivi, schermatura elettrica, semitrasparenza selettiva, tenuta all'acqua o all'aria e persino integrazione di complessi assemblaggi meccanici.

Qui spiegherò il processo di costruzione di questi recinti “magici”. Si basa su quasi cinquant'anni di esperienza personale e più di cento custodie, realizzate per la maggior parte dei miei progetti. Ecco due esempi: questa custodia per un gestore di password hardware è lunga solo pochi centimetri, mentre l'altra (copertura protettiva per il trasporto del sintetizzatore di mio figlio) misura 125 cm (circa 49 pollici), eppure entrambe sono abbastanza robuste da resistere un uomo adulto in piedi sopra di loro.

L’approccio globale è semplice: si prende il foglio di FR4 rivestito in rame su un solo lato, lo si taglia e si saldano insieme le parti. Sembra semplice, ma ci sono molti dettagli che dovrebbero essere rispettati se vuoi ottenere i migliori risultati. Si prega di leggerli attentamente. Potresti essere tentato di saltare alcuni dei passaggi qui descritti, ma se lo fai, molto probabilmente rimarrai deluso dai risultati.

Esistono diversi concetti generali di progettazione per gli involucri realizzati in FR4. Il primo utilizza il PCB principale, con tutti i componenti elettronici, come base meccanica su cui verranno saldate quattro pareti. In genere tutti i componenti elettronici devono essere prima saldati, poi viene testato il PCB e infine le pareti saldate insieme.

Il PCB principale deve avere un'area di rame larga circa 4 mm lungo tutti i bordi e grandi cuscinetti per i distanziatori. Le coperture superiore e inferiore sono molto semplici e non necessitano di aree in rame, quindi è possibile utilizzare anche acrilico, alluminio, plastica, ecc. Questo concetto è adatto per progetti semplici, che contengono un solo PCB. Non è consigliabile per involucri di grosso spessore perché risulterebbe scomodo per la manutenzione.

Esiste un altro approccio adatto a dispositivi più grandi e complessi, poiché c'è molto spazio libero che può essere organizzato in base ai requisiti del progetto.

Dovresti lasciare le aree di rame per la saldatura dei dadi, ma non saldarle prima che l'intero involucro sia finito. Una volta terminato il lavoro, potrete chiuderlo e praticare i fori sulle pareti interne, in modo che si incastrino perfettamente con i fori esterni. Quindi puoi saldare i dadi, utilizzando molto flusso.

Tieni presente che non tutti i dadi sono facili da saldare, quindi avrai bisogno di qualche esperimento. Secondo la mia esperienza, i dadi in ottone nichelato sono i migliori in questo senso, ma a volte possono essere difficili da ottenere. Quindi utilizzo distanziatori M3x5 mm (ma non quelli in alluminio), che sono molto facili da saldare.

Se vuoi realizzare un involucro senza viti, puoi usare l'attrito per tenere saldamente insieme due sottoassiemi. Rifinire prima la parte superiore (esterna) dell'involucro, quindi regolare la posizione delle pareti interne sul coperchio inferiore. Le pareti esterne saranno sempre leggermente inclinate rispetto al centro (il motivo lo spiegheremo più avanti) e questo creerà un po' di attrito quando chiuderete la scatola.

Per regolare la tensione, saldare le pareti interne alla piastra inferiore, ma solo nel punto centrale, cercando di mantenere il giusto angolo tra le pareti e la piastra inferiore. Quindi provare a mettere il coperchio superiore. Potrebbe essere troppo largo o troppo stretto, quindi devi mettere a punto la posizione giusta per una vestibilità aderente. Ripetere l'operazione per le pareti più corte, quindi saldare la lunghezza delle pareti alla piastra inferiore e tra loro. Dovresti anche raschiare i bordi di collegamento delle pareti interne, per fare spazio alla saldatura che tiene insieme le pareti esterne.