Konstruksjon av elektronikkapslinger – rundt kretskortet ditt

Kretskortet styrer målene

Utgangspunktet er kretskortets STEP-fil fra ECAD-programmet, for eksempel KiCad eller Altium. Den viser kortkontur, monteringshull og komponenthøyder, og det er den som avgjør kapslingens innvendige mål. Vi legger inn klaring rundt kortkanten, som regel 0,5–1 mm. Da kan kortet monteres selv når kapsling og kort har toleransene sine i hver sin retning.

Kontakter som USB-C, RJ45 og skrueklemmer plasseres mot veggene, med utsparinger som følger kontaktens krage. Høye komponenter, som elektrolyttkondensatorer og spoler, skal ha luft opp til lokket. Mangler 3D-filen, lager vi en forenklet modell av kortet fra mål og bilder, med de komponentene som påvirker kapslingen. Vi legger også inn åpninger for programmeringskontakter og testpunkter som må nås under utviklingen.

Vi kontrollerer også kollisjoner i hele sammenstillingen: kort, kapsling, lokk, skruer og kabler. Det fanger feil som ellers først oppdages ved montering. Et eksempel er en kondensator som treffer en ribbe i lokket, eller en kontakt som ikke kan nås med kabelen tilkoblet. En kabel med rett plugg kan trenge langt mer plass enn selve kontakten på kortet.

Skruetårn, føringer og montering

Kortet festes på skruetårn som er koblet til veggen eller bunnen med ribber. Da brekker de ikke løs ved montering. For selvgjengende skrue i plast dimensjoneres hullet etter skrueprodusentens anbefaling, og tårnets ytterdiameter blir omtrent dobbelt så stor som skruediameteren. Når kapslingen skal åpnes ofte, velger vi gjengeinnsatser i messing som varmes eller presses inn.

Lokket styres med en leppe eller et spor slik at det havner riktig før skruene trekkes til. Snappfester fungerer godt for lokk som sjelden åpnes, men krever at materialet tåler tøyningen. Vi tenker også på monteringsrekkefølgen. Kortet skal kunne settes inn uten at kabler klemmes, og skruene skal nås med vanlig verktøy.

Knapper som skal trykkes gjennom kapslingen, kan lages som fjærende tunger i samme materiale eller som separate knapper med egen føring. For lysdioder tegner vi lysledere eller et gjennomsiktig vindu. Da trengs ingen åpne hull i en tett kapsling. Merking og symboler kan graveres eller preges direkte i overflaten.

IP-klasse og tetning

IP-klassen etter IEC 60529 angir beskyttelsen mot faste gjenstander og vann. IP54 betyr beskyttelse mot støv og sprut, IP65 tåler vannstråler fra alle kanter, og IP67 tåler midlertidig nedsenking. Høyere klasse krever en gjennomtenkt tetning og færre åpninger. Derfor spør vi alltid hvor produktet skal sitte før klassen bestemmes.

En o-ring i et spor rundt lokkets kant er den vanligste løsningen. Sporet dimensjoneres slik at ringen komprimeres omtrent 20–30 prosent og fyller sporet til høyst ca. 85 prosent. Kabelgjennomføringer tegnes for kabelnipler med metrisk gjenge, for eksempel M12, M16 og M20. Knapper og skjermer tettes med membran eller pakning. En printet kapsling blir sjelden like tett som en sprøytestøpt, og det sier vi tydelig allerede i tilbudet.

Tetningen må også tåle montering og demontering. Et lokk med o-ring trenger nok skruer til at trykket blir jevnt rundt hele kanten. Avstanden mellom skruene tilpasses lokkets stivhet. Et mykt lokk med få skruer bukter seg ut mellom dem og slipper inn vann der trykket er lavest.

Varme og ventilasjon

Elektronikk tåler varme dårligere enn plasten rundt. Vi tar utgangspunkt i effekttapet og vurderer om kapslingen klarer seg med naturlig konveksjon. Alternativet er ventilasjonsåpninger, en vifte eller en kjøleribbe gjennom veggen. Innløp plasseres lavt og utløp høyt, slik at den varme luften stiger ut.

I en tett kapsling ledes varmen bare bort gjennom veggene. Da kan en kjøleribbe i aluminium eller et større hus være løsningen. Vi tegner koblingen mellom komponent og kjøleflate med en termisk pute. Ventilasjonsåpninger formes som lameller eller smale spalter, slik at fingre og verktøy ikke når strømførende deler.

Kapslinger utendørs kan få kondens når temperaturen svinger. En trykkutjevningsventil med membran slipper ut fukt, men holder vann ute. Den tegner vi inn som en standardkomponent med gjenge. Mørke kapslinger i direkte sol blir dessuten mye varmere enn omgivelsene. Det påvirker både elektronikken og materialvalget.

Konstruksjon av elektronikkapslinger – fra prototype til serie

Den første versjonen av kapslingen printer vi i PETG eller ASA med en veggtykkelse på 2–3 mm. Du kan montere kortet, prøve kontaktene og teste enheten i riktig miljø. Deretter justerer vi i samme parametriske modell. Endringer i kortet slår da gjennom i kapslingen uten at alt må tegnes på nytt. Ved behov printer vi flere varianter av lokket samtidig, slik at ulike tetninger eller knappeløsninger kan sammenlignes side om side.

Før serie tilpasses modellen sprøytestøping med jevn veggtykkelse, slippvinkler og ribber – les mer under konstruksjon for sprøytestøping. For mindre serier kan en printet kapsling i ASA eller PC holde hele veien. Hvilke toleranser som er rimelige mot kortet, beskriver vi i guiden toleranser på CAD-tegninger. Hele utviklingsløpet finner du under produktutvikling og prototyper.

Veiledende verdier for kapslingskonstruksjon

Veiledende verdier for vanlige plastkapslinger. Endelige mål avhenger av materiale, produksjonsmetode og komponentenes toleranser.

Dette trenger vi fra deg

• Kretskortets STEP-fil fra ECAD-programmet (KiCad, Altium m.fl.)
• Kortets mål, monteringshull og høyeste komponenter hvis STEP mangler
• Liste over kontakter, knapper, lysdioder og skjerm som skal nås utenfra
• Miljø: innendørs eller utendørs, støv, vann, temperatur og ønsket IP-klasse
• Effekttap eller strømforbruk for vurdering av varmen
• Hvordan enheten monteres: på vegg, DIN-skinne, bord eller i hånden
• Forventet volum: prototyper, småserie eller sprøytestøping

Eksempler på oppdrag

• Kapsling for IoT-sensor med batteri
• Utendørsboks for værstasjon
• Håndholdt måler med skjerm og knapper
• Koblingsboks for DIN-skinne
• Hus for Raspberry Pi- eller Arduino-prosjekt
• Kapsling for motorstyring med kjøleribbe
• Frontpanel med utsparinger for kontakter og lysdioder
• Laderholder og batteriboks
• Tett kapsling for båtelektronikk
• Deksel for alarm- eller adgangssystem

Dette påvirker pris og leveringstid

• Antall kontakter, åpninger og knapper som skal tettes
• Krav til IP-klasse og valg av tetningsløsning
• Om kretskortet finnes som STEP eller må modelleres
• Varmehåndtering med ventilasjon eller kjøleribbe
• Tilpasning til sprøytestøping med slippvinkler og delelinje
• Antall prototyperunder før konstruksjonen fryses

Dette får du

• Kapsling og lokk som sammenstilling med kretskortet
• Kollisjonskontroll mellom kapsling, kort og kabler
• STEP for verktøymaker og STL eller 3MF for prototyper
• Tegning med kritiske mål, tetningsspor og toleranser
• Stykkliste med skruer, innsatser, o-ringer og kabelnipler
• Printede prototyper (tilvalg)

Vanlige spørsmål