Comment construire de beaux boîtiers à partir de FR4 – Aka PCBs

May 24, 2023

La plupart des amateurs disent qu'il est plus facile de construire un prototype fonctionnel d'un appareil électronique que de fabriquer son boîtier. On pourrait dire qu’il existe de nombreux boîtiers prêts à l’emploi sur le marché, mais ils ne correspondent jamais exactement à ce dont vous avez besoin. Vous pouvez également utiliser une imprimante 3D pour construire un boîtier personnalisé, mais les imprimantes 3D haut de gamme sont trop chères et les moins chères produisent des boîtiers qui ne sont souvent pas assez robustes et nécessitent également beaucoup de traitement supplémentaire.

Une autre solution consiste à construire le boîtier en FR4, un matériau couramment utilisé dans la production de PCB. De telles enceintes sont peu coûteuses, avec des parois minces mais néanmoins très solides, esthétiques, agréables au toucher et présentent une excellente stabilité thermique et humide. FR4 offre encore plus de possibilités : câblage efficace sans fil à l'intérieur du boîtier, antennes UHF ou SHF intégrées ou bobines RFID, interrupteurs capacitifs, blindage électrique, semi-transparence sélective, étanchéité à l'eau ou à l'air, et même intégration d'ensembles mécaniques complexes.

Ici, je vais expliquer le processus de construction de ces enceintes « magiques ». Il s'appuie sur près de cinquante ans d'expérience personnelle et plus d'une centaine de coffrets, réalisés pour la plupart de mes projets. Voici deux exemples : cet étui pour gestionnaire de mots de passe matériel ne mesure que quelques centimètres de long, tandis que l'autre (housse de transport de protection pour le synthétiseur de mon fils) mesure 125 cm (environ 49 pouces), et pourtant les deux sont suffisamment solides pour résister. un homme adulte debout au-dessus d'eux.

L’approche globale est simple : vous prenez la feuille de FR4 plaquée cuivre sur une face, vous la coupez et vous soudez les pièces ensemble. Cela semble simple, mais de nombreux détails doivent être respectés si vous souhaitez obtenir les meilleurs résultats. Veuillez les lire attentivement. Vous pourriez être tenté de sauter certaines des étapes décrites ici, mais si vous le faites, vous finirez probablement par être déçu des résultats.

Il existe plusieurs concepts de conception généraux pour les boîtiers en FR4. Le premier utilise le PCB principal, avec tous les composants électroniques, comme base mécanique sur laquelle seront soudées quatre parois. En règle générale, tous les composants électroniques doivent être soudés en premier, puis le PCB est testé et enfin les murs soudés ensemble.

Le PCB principal doit avoir une zone de cuivre d'environ 4 mm de large sur tous ses bords et de grandes plages pour les entretoises. Les couvercles supérieur et inférieur sont très simples et ne nécessitent aucune zone en cuivre, vous pouvez donc également utiliser de l'acrylique, de l'aluminium, du plastique, etc. Ce concept convient aux projets simples, qui ne contiennent qu'un seul PCB. Il n’est pas conseillé pour les enceintes épaisses, car cela serait peu pratique pour l’entretien.

Il existe une autre approche qui convient aux appareils plus grands et plus complexes, car il y a beaucoup d'espace libre qui peut être organisé en fonction des exigences du projet.

Vous devez laisser des zones de cuivre pour le soudage des écrous, mais ne les soudez pas avant que l'ensemble du boîtier ne soit terminé. Une fois le travail terminé, vous pouvez le fermer et percer les trous sur les murs intérieurs, afin qu'ils s'adaptent parfaitement aux trous extérieurs. Ensuite, vous pouvez souder les écrous des vis en utilisant beaucoup de flux.

Notez que tous les écrous ne sont pas faciles à souder, vous aurez donc besoin de quelques expériences. D'après mon expérience, les écrous à vis en laiton nickelé sont les meilleurs à cet égard, mais ils peuvent parfois être difficiles à obtenir. J'utilise donc des entretoises M3x5 mm (mais pas celles en aluminium), très faciles à souder.

Si vous souhaitez réaliser un coffret sans vis, vous pouvez utiliser la friction pour maintenir fermement deux sous-ensembles ensemble. Terminez d'abord la partie supérieure (extérieure) du boîtier, puis ajustez la position des parois intérieures sur le couvercle inférieur. Les parois extérieures seront toujours légèrement inclinées vers le centre (la raison en sera expliquée plus tard) et cela créera une certaine friction lorsque vous fermerez la boîte.

Pour régler la tension, soudez les parois intérieures à la plaque inférieure, mais uniquement au point central, en essayant de maintenir l'angle droit entre les parois et la plaque inférieure. Essayez ensuite de mettre le capot supérieur. Il peut être trop lâche ou trop serré, vous devez donc régler la bonne position pour un ajustement serré. Répétez cette opération pour les murs plus courts, puis soudez la longueur des murs à la plaque inférieure et entre eux. Vous devez également râper les bords de connexion des parois intérieures pour laisser de la place à la soudure qui maintient les parois extérieures ensemble.