Konstruktion av elektronikkapslingar – runt ditt kretskort

Kretskortet styr måtten

Utgångspunkten är kretskortets STEP-fil från ECAD-programmet, till exempel KiCad eller Altium. Den visar kortkontur, monteringshål och komponenthöjder, och det är den som avgör kapslingens inre mått. Vi lägger in spel runt kortkanten, oftast 0,5–1 mm, så att kortet går att montera även när kapsling och kort har sina toleranser åt olika håll.

Kontakter som USB-C, RJ45 och skruvplintar placeras mot väggarna, med urtag som följer kontaktens krage. Höga komponenter, som elektrolytkondensatorer och spolar, ska ha luft till locket. Saknas en 3D-fil gör vi en förenklad modell av kortet från mått och foton, med de komponenter som påverkar kapslingen. Vi lägger också in urtag för programmeringskontakter och testpunkter som behöver nås under utvecklingen.

Vi kontrollerar också kollisioner i hela sammanställningen: kort, kapsling, lock, skruvar och kablar. Det fångar fel som annars upptäcks först vid monteringen, till exempel en kondensator som tar i en ribba i locket eller en kontakt som inte går att nå med kabeln ansluten. En kabel med rak kontakt kan behöva betydligt mer plats än själva kontakten på kortet.

Skruvtorn, styrningar och montering

Kortet fästs på skruvtorn som förbinds med väggen eller botten via ribbor, så att de inte bryts loss vid montering. För självgängande skruv i plast dimensioneras hålet efter skruvtillverkarens rekommendation, och tornets ytterdiameter blir ungefär dubbla skruvdiametern. När kapslingen ska öppnas ofta väljer vi gängade insatser av mässing som värms eller pressas in.

Locket styrs med en läpp eller ett spår så att det hamnar rätt innan skruvarna dras. Snäppfästen fungerar bra för lock som sällan öppnas, men kräver att materialet tål töjningen. Vi tänker också på monteringsordningen: kortet ska gå att sätta i utan att kablar kläms, och skruvar ska nås med vanliga verktyg.

Knappar som ska tryckas genom kapslingen kan göras som fjädrande tungor i samma material eller som separata knappar med egen styrning. För lysdioder ritar vi ljusledare eller ett genomskinligt fönster, så att inga öppna hål behövs i en tät kapsling. Märkning och symboler kan graveras eller präglas direkt i ytan.

IP-klass och tätning

IP-klassen enligt IEC 60529 anger skyddet mot fasta föremål och vatten. IP54 innebär skydd mot damm och stänk, IP65 klarar vattenstrålar från alla håll och IP67 tillfällig nedsänkning. Högre klass kräver en genomtänkt tätning och färre öppningar, så vi frågar alltid var produkten ska sitta innan klassen bestäms.

En o-ring i ett spår runt lockets kant är den vanligaste lösningen. Spåret dimensioneras så att ringen komprimeras ungefär 20–30 procent och fyller spåret till högst cirka 85 procent. Kabelgenomföringar ritas för kabelförskruvningar med metrisk gänga, till exempel M12, M16 och M20. Knappar och displayer tätas med membran eller packning. En utskriven kapsling når sällan samma täthet som en formsprutad, och det säger vi tydligt redan i offerten.

Tätningen måste också klara montering och demontering. Ett lock med o-ring behöver tillräckligt många skruvar för att trycket ska bli jämnt runt om, och avståndet mellan skruvarna anpassas efter lockets styvhet. Ett vekt lock med få skruvar buktar ut mellan dem och släpper in vatten där trycket är lägst.

Värme och ventilation

Elektronik tål värme sämre än plasten runt den. Vi utgår från förlusteffekten och avgör om kapslingen klarar sig med naturlig konvektion eller behöver ventilationsöppningar, en fläkt eller en kylfläns som går igenom väggen. Inlopp placeras lågt och utlopp högt, så att den varma luften stiger ut.

I en tät kapsling leds värmen bara bort genom väggarna. Då kan en kylfläns av aluminium eller ett större hölje vara lösningen, och vi ritar kopplingen mellan komponent och kylyta med en termisk pad. Ventilationsöppningar formas som lameller eller smala slitsar, så att fingrar och verktyg inte når strömförande delar.

Kapslingar utomhus kan få kondens när temperaturen växlar. Ett tryckutjämningsmembran släpper ut fukt men stänger ute vatten, och det ritar vi in som en standardkomponent med gänga. Mörka kapslingar i direkt sol blir dessutom betydligt varmare än omgivningen, vilket påverkar både elektroniken och materialvalet.

Konstruktion av elektronikkapslingar – från prototyp till serie

Den första versionen av kapslingen skriver vi ut i PETG eller ASA med en väggtjocklek på 2–3 mm. Du kan montera kortet, prova kontakterna och testa enheten i rätt miljö. Därefter justerar vi i samma parametriska modell, och ändringar i kortet slår igenom i kapslingen utan att allt måste ritas om. Vid behov skriver vi ut flera varianter av locket samtidigt, så att olika tätningar eller knapplösningar kan jämföras sida vid sida.

Inför serie anpassas modellen till formsprutning med jämn väggtjocklek, släppvinklar och ribbor – läs mer under konstruktion för formsprutning. För mindre serier kan en utskriven kapsling i ASA eller PC räcka hela vägen. Vilka toleranser som är rimliga mot kortet beskriver vi i guiden toleranser för CAD-ritningar, och hela utvecklingskedjan under produktutveckling och prototyper.

Riktvärden för kapslingskonstruktion

Riktvärden för vanliga plastkapslingar. Slutliga mått beror på material, tillverkningsmetod och komponenternas toleranser.

Det här behöver vi från dig

• Kretskortets STEP-fil från ECAD-programmet (KiCad, Altium m.fl.)
• Kortets mått, monteringshål och högsta komponenter om STEP saknas
• Lista över kontakter, knappar, lysdioder och display som ska nås utifrån
• Miljö: inomhus eller utomhus, damm, vatten, temperatur och önskad IP-klass
• Förlusteffekt eller strömförbrukning för bedömning av värmen
• Hur enheten monteras: på vägg, DIN-skena, bord eller i handen
• Förväntad volym: prototyper, småserie eller formsprutning

Exempel på uppdrag

• Kapsling för IoT-givare med batteri
• Utomhusbox för väderstation
• Handhållen mätare med display och knappar
• Kopplingslåda för DIN-skena
• Hölje för Raspberry Pi- eller Arduino-projekt
• Kapsling för motorstyrning med kylfläns
• Frontpanel med urtag för kontakter och lysdioder
• Laddarhållare och batterilåda
• Tät kapsling för båtelektronik
• Kåpa för larm- eller passersystem

Det här påverkar pris och leveranstid

• Antal kontakter, öppningar och knappar som ska tätas
• Krav på IP-klass och val av tätningslösning
• Om kretskortet finns som STEP eller måste modelleras
• Värmehantering med ventilation eller kylfläns
• Anpassning för formsprutning med släppvinklar och delningslinje
• Antal prototypvarv innan konstruktionen fryses

Det här får du

• Kapsling och lock som sammanställning med kretskortet
• Kollisionskontroll mellan kapsling, kort och kablar
• STEP för verktygsmakare och STL eller 3MF för prototyper
• Ritning med kritiska mått, tätningsspår och toleranser
• Stycklista med skruvar, insatser, o-ringar och förskruvningar
• Utskrivna prototyper (tillval)

Vanliga frågor