أعمل على مواصفات ودعم كتل التوصيل في جي غوانغوأقضي جزءًا كبيرًا من وقتي في الإجابة على أسئلة مهندسي التصميم حول تصميم لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) عند دمج كتلة التوصيل اللولبية 301-5.0 في لوحات توزيع الطاقة. لا تتعلق الأسئلة التي أتلقاها بمواصفات كتلة التوصيل نفسها، فهي موجودة في ورقة البيانات. بل تتعلق بالتكامل الميكانيكي: ما هي المسافة المثلى بين الكتل المتجاورة؟ ما هو حجم المثقاب الذي يوفر أفضل موثوقية لوصلات اللحام؟ وماذا يحدث لغلاف PA66 عند غمره في حمام لحام موجي بدرجة حرارة 260 درجة مئوية لمدة 8 ثوانٍ؟ تجمع هذه المقالة الإجابات التي توصلت إليها من 12 دفعة من اختبارات تأهيل العملاء التي أجريناها بين عامي 2023 و2025.

أبعاد بصمة لوحة الدوائر المطبوعة: ما هو موضح في ورقة البيانات مقابل ما يتم استخدامه في الإنتاج

يستخدم الطراز 301-5.0 مسافة بين الدبابيس تبلغ 5.0 مم، وهي مسافة قياسية لهذه الفئة من كتلة طرفيةأبعاد الدبوس 1.0 × 1.2 مم، وهو عبارة عن دبابيس مستطيلة الشكل مصنوعة من النحاس المطلي بالقصدير. يُوصى بأن يكون قطر فتحة لوحة الدوائر المطبوعة النهائية بين 1.3 و1.5 مم، وهو قطر واسع بما يكفي ليسمح للدبوس بالتمركز الذاتي أثناء اللحام الموجي، ولكنه ضيق بما يكفي لضمان سحب اللحام عبر الفتحة بفعل الخاصية الشعرية. في اختبارات موثوقية وصلات اللحام التي أجريناها على 500 عينة، حققت الثقوب بقطر 1.4 مم أعلى متوسط ​​قوة سحب بلغ 35 نيوتن، بحد أدنى 28 نيوتن. أما الثقوب بقطر 1.6 مم فقد خفضت متوسط ​​قوة السحب إلى 29 نيوتن، وذلك لأن الفجوة الشعرية كانت واسعة جدًا بحيث لا تسمح بتعبئة اللحام بشكل متجانس.

هناك تفصيل مهم في عملية الإنتاج، وإن لم يُذكر في ورقة البيانات: تتغير المسافة بين الدبوس والثقب بتغير سُمك لوحة الدوائر المطبوعة. ففي لوحة FR-4 قياسية بسُمك 1.6 مم، يُعطي ثقب بقطر 1.4 مم ودبوس بقطر 1.2 مم مسافة قطرية مثالية تبلغ 0.2 مم. أما في لوحة بسُمك 2.4 مم مُخصصة لتطبيقات التيار العالي، فتبقى المسافة نفسها مناسبة، ولكن يجب زيادة زمن تثبيت اللحام الموجي من 3 ثوانٍ إلى 5 ثوانٍ لضمان ملء الثقب بالكامل. لدينا مجموعة من معايير اللحام الموجي الموصى بها حسب سُمك اللوحة، والتي أُرسلها إلى كل عميل جديد.

الخلوص الميكانيكي حول كتلة التوصيل على لوحة الدوائر المطبوعة

يبلغ ارتفاع جهاز 301-5.0 10.0 ملم من سطح لوحة الدوائر المطبوعة إلى الجزء العلوي من الهيكل. يتطلب برغي التثبيت الوصول إليه بواسطة مفك براغي من الأعلىويكون تجويف البرغي غائرًا بمقدار 2.5 مم داخل الغلاف. بالنسبة للتوصيل اليدوي، يتطلب ذلك خلوصًا أدنى قدره 15 مم فوق لوحة الدوائر المطبوعة لاستيعاب مفك براغي مسطح قياسي 3.0 مم بزاوية إدخال 15 درجة. أما بالنسبة للتوصيل الآلي في الإنتاج، فيزداد الخلوص المطلوب إلى 20 مم لاستيعاب حامل رؤوس مفك البراغي.

أوصي بترك مسافة لا تقل عن 2.0 مم بين كل كتلة طرفية متجاورة وحافة الغلاف والمكون التالي. يبلغ عرض الغلاف 8.5 مم لكل موضع قطب، لذا مع مسافة 5.0 مم بين الأقطاب، تكون المسافة بين جدران الغلاف المتجاورة 8.5 - 5.0 = 3.5 مم. هذه المسافة كافية لمعظم بيئات الإنتاج، ولكن إذا خضعت اللوحة لعملية طلاء متطابق، فإن فوهة جهاز الطلاء تتطلب عادةً مسافة 5.0 مم. لاحظ أحد عملائنا أن روبوت الطلاء الانتقائي الخاص به كان يصطدم بجدران الغلاف بمسافة 3.5 مم، فقام بتغيير طريقة الطلاء بحيث يتم ملء قطب واحد من كل قطبين لإنشاء مسافة 10 مم بين الأقطاب في عملية الطلاء، ثم قام بملء المواضع التي لم يتم ملؤها يدويًا.

موثوقية وصلات اللحام: معايير اللحام الموجي وبيانات اختبار الشد

صُنع غلاف 301-5.0 من مادة PA66 المصبوبة والمصنفة وفقًا لمعيار UL94 V-0، وهو مصمم لتحمل اللحام الموجي. تعتمد عملية اللحام الموجي لدينا على التسخين المسبق عند درجة حرارة 100-120 درجة مئوية لمدة 60-90 ثانية، ودرجة حرارة اللحام القصوى عند 255-260 درجة مئوية، وزمن التثبيت عند 3-5 ثوانٍ للوحات بسمك 1.6 مم، و5-7 ثوانٍ للوحات بسمك 2.4 مم. وقد اختبرنا 500 عينة باستخدام هذه العملية في عام 2024 دون أي تشوهات في الغلاف.

يُعد اختبار سحب وصلة اللحام طريقة مراقبة الجودة التي نوصي بها للتحقق من صحة خط الإنتاج. نستخدم مقياس قوة مزودًا بخطاف يسحب عموديًا على جسم كتلة التوصيل بعد اللحام. بياناتنا من 500 عينة: متوسط ​​قوة السحب 35 نيوتن، والحد الأدنى 28 نيوتن، والانحراف المعياري 3.2 نيوتن. بالنسبة للإنتاج، أوصي بقيمة Cpk مستهدفة تبلغ 1.33 مع حد أدنى للمواصفات يبلغ 25 نيوتن - أي أنه لا ينبغي أن تفشل أكثر من وصلة لحام واحدة من بين 4000 وصلة عند قوة سحب أقل من 25 نيوتن. العامل الرئيسي الذي يدفع قوة السحب إلى أقل من 25 نيوتن هو عدم كفاية حجم تعبئة اللحام، والذي حددناه لسببين رئيسيين: قطر ثقب لوحة الدوائر المطبوعة الذي يتجاوز 1.55 مم، وانخفاض معدل تطبيق تدفق اللحام الموجي إلى أقل من 0.3 مل لكل لوحة بسبب انسداد فوهات الرش.

إدارة الحرارة: السعة الحالية عند درجات حرارة محيطة مرتفعة

يبلغ التيار المقنن لوحدة 301-5.0 16 أمبير عند درجة حرارة محيطة 25 درجة مئوية مع تحميل جميع الأقطاب في آن واحد. يبدأ انخفاض التيار عند درجة حرارة محيطة 40 درجة مئوية: حيث قمنا بقياس انخفاض بنسبة 4% في سعة التيار المستمر لكل 10 درجات مئوية فوق 40 درجة مئوية من خلال اختبارات التصوير الحراري الداخلية. عند درجة حرارة محيطة 70 درجة مئوية، ينخفض ​​التيار المقنن إلى 14.0 أمبير. العامل المحدد ليس الدبوس النحاسي أو مشبك التثبيت، بل الحرارة المتولدة عند نقطة اتصال السلك بالدبوس، والتي تبلغ مقاومة التلامس المقاسة فيها 2.0-3.5 ملي أوم لكل قطب في اختبارات الإنتاج لدينا. عند 16 أمبير، يبدد كل قطب حوالي 0.45 واط. في وحدة مكونة من 12 قطبًا محملة بالكامل بتيار 16 أمبير لكل قطب، يبلغ إجمالي التبديد الحراري 5.4 واط، مركزًا في مساحة 60 × 10 مم على لوحة الدوائر المطبوعة. بدون تبريد كافٍ لطبقة النحاس، يمكن أن ترتفع درجة حرارة لوحة الدوائر المطبوعة أسفل كتلة التوصيل بمقدار 25-35 درجة مئوية فوق درجة الحرارة المحيطة.

الحل بسيط: قم بتوصيل وسادات التوصيل ذات الثقوب بمساحة نحاسية لا تقل عن 50 مم² لكل قطب على لوحة الدوائر المطبوعة.باستخدام نحاس بسمك 35 ميكرومتر أو أكثر. تُظهر كتلة مكونة من 12 قطبًا، حيث يتصل كل قطب بـ 50 مم² من النحاس، ارتفاعًا في درجة حرارة لوحة الدوائر المطبوعة بمقدار 12 درجة مئوية فقط عند حمل مستمر 16 أمبير، مقابل 30 درجة مئوية في حالة عدم وجود اتصال بطبقة نحاسية.

اختبار الجهد العالي بعد التجميع: ماذا يعني تصنيف التيار المتردد 2000 فولت في الإنتاج؟

يُحدد معيار 301-5.0 بتحمل جهد تيار متردد قدره 2000 فولت في الدقيقة بين الأقطاب المتجاورة. هذا شرط اختبار نوعي على كتلة التوصيل فقط، وليس على لوحة الدوائر المطبوعة المُجمّعة. بمجرد لحام الكتلة على اللوحة، يجب أن يأخذ اختبار الجهد العالي في الاعتبار مادة لوحة الدوائر المطبوعة (تتحمل مادة FR-4 عادةً 40 كيلو فولت/مم، لذا فإن سمك 1.6 مم يوفر قوة عزل كهربائي تبلغ 64 كيلو فولت)، وشكل وصلة اللحام، وأي بقايا من مادة اللحام على سطح اللوحة. من واقع خبرتنا، فإن حالات الفشل في اختبار الجهد العالي أثناء الإنتاج عند 1500 فولت تيار متردد تحدث دائمًا تقريبًا بسبب جسور بقايا مادة اللحام بين وصلات لحام الدبابيس المتجاورة، وليس بسبب كتلة التوصيل نفسها. نوصي بتحديد مادة لحام لا تحتاج إلى تنظيف بمقاومة عزل سطحية لا تقل عن 10¹¹ أوم عند 85 درجة مئوية ورطوبة نسبية 85% وفقًا لمعيار IPC J-STD-001، واشتراط إجراء فحص بصري لأسطح ما بين الدبابيس قبل اختبار الجهد العالي.

بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب عزلًا مُعززًا، مثل وحدات التغذية الكهربائية الطبية وفقًا للمعيار IEC 60601، توفر مسافة 5.0 مم بين أطراف التوصيل مسافة زحف تبلغ 4.0 مم بين الأقطاب المتجاورة (من حافة طرف التوصيل إلى حافة طرف التوصيل عند وصلة اللحام). وهذا كافٍ لجهد تشغيل 250 فولت مع درجة تلوث 2 وفقًا للمعيار IEC 60947-7-4. أما لجهد تشغيل 300 فولت، فإن مسافة الزحف المطلوبة هي 5.0 مم، مما يعني أنه يجب ترك طرف توصيل واحد من كل اثنين دون توصيل لتحقيق مسافة 10.0 مم بين الأطراف.

نقوم بإجراء عمليات فحص الإنتاج واختبارات مراقبة الجودة على كل دفعة.

تخضع كل دفعة إنتاجية من موصلات 301-5.0 لأربعة اختبارات إلزامية لمراقبة الجودة في مصنعنا قبل الشحن. الاختبار الأول هو اختبار عزم الدوران: حيث نطبق عزم دوران مقداره 0.4 نيوتن متر على برغي التثبيت باستخدام مفك عزم دوران معاير، ونتأكد من دوران البرغي بحرية تامة بزاوية 360 درجة دون أي احتكاك. الاختبار الثاني هو اختبار شد السلك: حيث نثبت سلكًا قياس 14 AWG بعزم دوران 0.4 نيوتن متر، ثم نسحبه بقوة 50 نيوتن لمدة 10 ثوانٍ - يجب ألا يتحرك السلك. الاختبار الثالث هو اختبار رذاذ الملح على 5 عينات لكل 10000 قطعة - لمدة 48 ساعة في محلول كلوريد الصوديوم بتركيز 5% عند درجة حرارة 35 درجة مئوية وفقًا للمعيار IEC 60068-2-11، مع التأكد من عدم وجود أي تآكل مرئي على الدبوس النحاسي أو البرغي المطلي بالقصدير. الاختبار الرابع هو فحص الأبعاد وفقًا للمعيار IEC 60947-7-4، وذلك لقياس تباعد الدبابيس وعرض الهيكل وارتفاعه باستخدام نظام قياس بصري بدقة ±0.01 مم.

في عام 2024، اختبرنا 47 دفعة إنتاجية وفقًا لهذا البروتوكول، ورفضنا 3 دفعات: الأولى بسبب قراءة عزم دوران غير قابلة للتكرار على محطة تجميع آلية واحدة، والثانية بسبب ظهور ضبابية على دفعة من حبيبات PA66 مما يشير إلى امتصاص الرطوبة أثناء التخزين، والثالثة بسبب انحراف في أبعاد ارتفاع الدبوس ناتج عن قالب ختم مهترئ. تم تصحيح جميع المشكلات الثلاث قبل بدء إنتاج الدفعة التالية.

بيانات اختبار عزم الدوران وموثوقية التوصيل

برغي التثبيت في جهاز 301-5.0 مصنوع من فولاذ M2.6 مطلي بالزنك. في اختبارات عزم الدوران التي نجريها أثناء الإنتاج، نطبق عزم دوران مقداره 0.4 نيوتن متر، ونتحقق من ثلاثة شروط: دوران البرغي بحرية تامة بزاوية 360 درجة دون أي احتكاك، ووصول ضغط التثبيت على السلك إلى 20 نيوتن كحد أدنى، وعدم تلف رأس البرغي. أظهرت بياناتنا لعام 2024، والمستقاة من 47 دفعة، متوسط ​​عزم دوران تشغيلي قدره 0.38 نيوتن متر بانحراف معياري قدره 0.03 نيوتن متر. لم تفشل أي عينة عند حد 0.4 نيوتن متر.

بالنسبة للطلبات المتكررة التي تتجاوز 5000 قطعة شهريًا، نجري دورات حرارية على 10 عينات شهريًا: 500 دورة من -40 درجة مئوية إلى +110 درجة مئوية. يتميز غلاف PA66 بمعامل تمدد حراري يبلغ 80 × 10⁻⁶ / درجة مئوية مقابل 17 × 10⁻⁶ / درجة مئوية للدبوس النحاسي. يُحدث التمدد التفاضلي عند -40 درجة مئوية فجوة قدرها 0.02 مم ضمن هامش التفاوت التصميمي البالغ 0.05 مم. يتم الالتزام بمعايير السلامة الكهروتقنية الدولية. اللجنة الكهروتقنية الدولية. بلغ متوسط ​​التغير في قوة التثبيت بعد 500 دورة 6.2٪ في بياناتنا لعام 2024.

اطلع على منتجاتنا مجموعة كاملة من كتل التوصيل الطرفية و نبذة عن الشركةمعايير السلامة التي يتم الحفاظ عليها بواسطة اللجنة الكهروتقنية الدولية.

بيانات اختبار مقاومة العزل والعزل الكهربائي

تم اختبار مقاومة العزل لكتلة التوصيل 301-5.0 بين الأقطاب المتجاورة عند جهد 500 فولت تيار مستمر وفقًا للمعيار IEC 60512-3-1. في اختبارات الإنتاج التي أجريناها عام 2024 على 1200 عينة موزعة على 12 دفعة، سُجلت أدنى مقاومة عزل 5200 ميجا أوم، بمتوسط ​​8700 ميجا أوم للدفعة الواحدة. تُظهر بيانات مادة PA66 مقاومة حجمية تبلغ 10¹⁵ أوم·سم عند 23 درجة مئوية ورطوبة نسبية 50%، إلا أن مقاومة العزل الفعلية في كتلة التوصيل المُجمّعة تنخفض بسبب التلوث السطحي الناتج عن عملية التصنيع. وقد وجدنا أن الزوائد الناتجة عن عملية حقن القوالب - وهي نتوءات مجهرية من مادة PA66 عند خط فصل القالب - يمكن أن تُقلل مسافة الزحف بين الأقطاب المتجاورة من القيمة التصميمية البالغة 4.0 مم إلى 3.2 مم في أسوأ الأحوال. لقد قمنا بتطبيق بروتوكول صيانة القوالب الذي يقوم بتلميع خط الفصل كل 50000 دورة، مما أدى إلى تقليل ارتفاع الزوائد من 0.08 مم إلى أقل من 0.02 مم.

لا يتطلب اختبار تحمل الجهد العازل عند 2000 فولت تيار متردد في الدقيقة وفقًا للمعيار IEC 60947-7-4 حدوث انهيار أو وميض كهربائي. في اختباراتنا، كان جهد الانهيار بين الأقطاب المتجاورة في التكوين 301-5.0 يتراوح عادةً بين 3800 و4200 فولت تيار متردد، مما يوفر هامش أمان يبلغ ضعف جهد التحمل المقنن تقريبًا. العامل المحدد ليس غلاف PA66 - الذي يتمتع بقوة عزل كهربائي تبلغ 25 كيلو فولت/مم - بل مسار التسرب بين طرفي النحاس الأصفر على مستوى سطح لوحة الدوائر المطبوعة، حيث يقلل لحام الفيليه المسافة الفعالة.

منظر مجموعة كاملة من كتل التوصيل الطرفية و الشهاداتالمعايير اللجنة الكهروتقنية الدولية.

التوافق مع اللحام في تجميع لوحات الدوائر المطبوعة الآلي

صُممت كتلة التوصيل 301-5.0 للحام الموجي، وهي متوافقة أيضًا مع اللحام الانتقائي واللحام اليدوي. للحام الموجي على لوحات FR-4 بسماكة 1.6 مم، نوصي بما يلي: تسخين مسبق بدرجة حرارة 100-120 درجة مئوية لمدة 60-90 ثانية، درجة حرارة اللحام 255-260 درجة مئوية، وزمن تثبيت اللحام 3-5 ثوانٍ. أما للحام الانتقائي باستخدام فوهة واحدة، فيُوصى بزيادة زمن التثبيت إلى 6-8 ثوانٍ لكل طرف لضمان ملء اللحام بشكل كافٍ. يتحمل غلاف PA66 درجة حرارة 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ كزمن تعريض إجمالي لكل طرف، وهو ما يكفي لجميع عمليات اللحام القياسية. للحام اليدوي، استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة 350-380 درجة مئوية برأس 2.0 مم، وحدد زمن التلامس بـ 3 ثوانٍ لكل طرف، واترك 10 ثوانٍ للتبريد بين الأطراف لمنع تراكم الحرارة في الغلاف. للتطبيقات ذات الإنتاج الضخم التي تتجاوز 10,000 وحدة سنويًا، نوصي بتغليف كتلة التوصيل 301-5.0 باستخدام شريط وبكرة، مما يسمح بوضعها تلقائيًا على لوحة الدوائر المطبوعة قبل عملية اللحام الموجي. تتسع بكرة التغليف لـ 500 قطعة، بمسافة 12.7 مم بين الكتل. تقوم آلة التثبيت بالتقاط كل كتلة من هيكلها باستخدام فوهة شفط، ثم تضعها على لوحة الدوائر المطبوعة، وتثبت قوة تثبيت الدبابيس في معجون اللحام الكتلة في مكانها أثناء نقلها إلى محطة اللحام الموجي. تتراوح قوة الالتقاط والوضع الموصى بها بين 5 و8 نيوتن، وهي كافية لدفع الدبابيس عبر المعجون دون ثنيها.

اختيار المواد والامتثال لتصنيف قابلية الاشتعال

يُصنع غلاف جهاز 301-5.0 بتقنية الحقن من مادة PA66 (نايلون 66) بسماكة 0.8 مم، ويحمل تصنيف UL94 V-0 لمقاومة الاشتعال. يتطلب تصنيف V-0 انطفاء كل عينة خلال 10 ثوانٍ من إزالة الموقد، مع منع أي قطرات مشتعلة. في اختباراتنا الداخلية التي أجريناها على 100 عينة من 10 دفعات إنتاج، بلغ متوسط ​​زمن الانطفاء 3.2 ثانية، بحد أقصى 7 ثوانٍ. كما توفر مادة PA66 مؤشر تتبع مقارن (CTI) بقيمة 600 فولت وفقًا لمعيار IEC 60112، مما يعني أن سطح الغلاف يتحمل جهد تتبع يصل إلى 600 فولت دون تكوين مسار كربوني موصل. يُعد تصنيف CTI بالغ الأهمية لتطبيقات لوحات توزيع الطاقة في البيئات عالية الرطوبة، حيث يمكن أن يؤدي تكثف البخار على السطح إلى تكوين مسار تسرب بين أقطاب التوصيل المتجاورة. تشمل عملية تأهيل مادة PA66 الواردة لدينا اختبار CTI على ثلاث عينات لكل دفعة، بحد أدنى للمواصفات يبلغ 575 فولت. في عام 2024، فشلت دفعة واحدة عند 560 فولت وتم إرجاعها إلى المورد.

تتوفر وحدة التوصيل الطرفية 301-5.0 بتكوينات تتراوح من 2 إلى 12 قطبًا لكل وحدة. يحافظ كل قطب على نفس القدرة الكهربائية 16 أمبير 300 فولت بغض النظر عن العدد الإجمالي للأقطاب. يمكن تركيب وحدات التوصيل متعددة الأقطاب جنبًا إلى جنب على لوحة الدوائر المطبوعة لإنشاء توصيلات ذات عدد أكبر من الأقطاب، ويضمن تباعد 5.0 مم التوافق مع شبكات تخطيط لوحات الدوائر المطبوعة القياسية. بالنسبة للوحات توزيع الطاقة التي تتطلب أكثر من 12 قطبًا، نوصي باستخدام وحدات متعددة مع مسافة لا تقل عن 2.0 مم بين أغلفة الوحدات المتجاورة.

الأسئلة الشائعة