Como construir belos gabinetes a partir de FR4 - também conhecidos como PCBs

May 24, 2023

A maioria dos hobbyistas diz que é mais fácil construir um protótipo funcional de um dispositivo eletrônico do que fazer um invólucro para ele. Você poderia dizer que existem muitos gabinetes prontos no mercado, mas eles nunca são exatamente o que você precisa. Você também pode usar uma impressora 3D para construir um gabinete personalizado, mas as impressoras 3D de última geração são muito caras e as mais baratas produzem gabinetes que muitas vezes não são robustos o suficiente e também exigem muito tratamento adicional.

Outra maneira é construir o gabinete com FR4, um material comumente usado na produção de PCB. Esses gabinetes são de baixo custo, com paredes finas, mas ainda assim muito resistentes, bonitos, agradáveis ​​ao toque e possuem excelente estabilidade térmica e de umidade. O FR4 oferece mais algumas possibilidades – fiação eficiente sem fios dentro da caixa, antenas UHF ou SHF integradas ou bobinas RFID, interruptores capacitivos, blindagem elétrica, semitransparência seletiva, estanqueidade à água ou ao ar e até integração de conjuntos mecânicos complexos.

Aqui explicarei o processo de construção desses recintos “mágicos”. Baseia-se em quase cinquenta anos de experiência pessoal e em mais de uma centena de recintos, construídos para a maioria dos meus projetos. Aqui estão dois exemplos – este gabinete para um gerenciador de senhas de hardware tem apenas alguns centímetros de comprimento, enquanto o outro (capa protetora de transporte para o sintetizador do meu filho) mede 125 cm (cerca de 49 polegadas), e ainda assim ambos são fortes o suficiente para suportar um homem adulto em cima deles.

A abordagem global é simples: você pega a folha de cobre unilateral FR4, corta-a e solda as peças. Parece simples, mas há muitos detalhes que devem ser atendidos se você deseja obter os melhores resultados. Por favor, leia sobre eles com atenção. Você pode ficar tentado a pular algumas das etapas descritas aqui, mas se fizer isso, provavelmente ficará desapontado com os resultados.

Existem vários conceitos gerais de projeto para gabinetes feitos de FR4. O primeiro utiliza a PCB principal, com todos os componentes eletrônicos, como base mecânica sobre a qual serão soldadas quatro paredes. Normalmente, todos os componentes eletrônicos devem ser soldados primeiro, depois o PCB é testado e, finalmente, as paredes são soldadas.

A PCB principal deve ter uma área de cobre com cerca de 4 mm de largura ao longo de todas as bordas e grandes almofadas para espaçadores. As tampas superior e inferior são muito simples e não necessitam de áreas de cobre, portanto você também pode usar acrílico, alumínio, plástico, etc. Este conceito é adequado para projetos simples, que contenham apenas uma PCB. Não é aconselhável para gabinetes grossos, pois seria inconveniente para manutenção.

Existe outra abordagem que é adequada para dispositivos maiores e mais complexos, pois há muito espaço livre que pode ser organizado de acordo com as necessidades do projeto.

Você deve deixar áreas de cobre para soldar as porcas dos parafusos, mas não as solde antes de todo o gabinete estar concluído. Depois de concluído o trabalho, você pode fechá-lo e fazer os furos nas paredes internas, para que se encaixem perfeitamente nos furos externos. Então você pode soldar porcas de parafuso, usando muito fluxo.

Observe que nem todas as porcas são fáceis de soldar, então você precisará de algumas experiências. Na minha experiência, porcas de latão niquelado são as melhores nesse aspecto, mas às vezes podem ser difíceis de conseguir. Por isso utilizo espaçadores M3x5 mm (mas não os de alumínio), que são muito fáceis de soldar.

Se quiser fazer um gabinete sem parafusos, você pode usar fricção para manter dois subconjuntos firmemente juntos. Finalize primeiro a parte superior (externa) do gabinete e depois ajuste as posições das paredes internas na tampa inferior. As paredes exteriores estarão sempre ligeiramente inclinadas para o centro (a razão para isto será explicada mais tarde) e criará alguma fricção quando fechar a caixa.

Para ajustar a tensão, solde as paredes internas à placa inferior, mas apenas no ponto central, tentando manter o ângulo reto entre as paredes e a placa inferior. Em seguida, tente colocar a tampa superior. Pode estar muito solto ou muito apertado, então você precisa ajustar a posição certa para um ajuste justo. Repita isso para paredes mais curtas e depois solde o comprimento das paredes na placa inferior e entre si. Você também deve raspar as bordas de conexão das paredes internas, para abrir espaço para a solda que mantém as paredes externas unidas.