Treballo en l'especificació i el suport de blocs de terminals a J-GUANG, i dedico una part important del meu temps a respondre preguntes sobre disseny de PCB d'enginyers de disseny integrant el nostre bloc de terminals de cargol 301-5.0 a les plaques de distribució d'energia. Les preguntes que rebo no són sobre les especificacions del bloc de terminals en si, que són a la fitxa tècnica. Són sobre la integració mecànica: a quina distància es poden col·locar els blocs adjacents, quina mida de broca proporciona la millor fiabilitat de la unió de soldadura i què passa amb la carcassa de PA66 quan passa per un bany de soldadura d'ona a 260 °C durant 8 segons. Aquest article recopila les respostes que he desenvolupat a partir de 12 lots de proves de qualificació de clients que vam dur a terme entre el 2023 i el 2025.

Dimensions de la petjada de la PCB: què mostra la fitxa tècnica en comparació amb què funciona en producció

El 301-5.0 utilitza un pas de pin de 5,0 mm, que és l'estàndard per a aquesta classe de bloc de terminalsLes dimensions del pin són de llautó rectangular d'1,0 x 1,2 mm amb estany. La mida recomanada del forat per a la PCB és d'1,3-1,5 mm de diàmetre acabat, prou ample per permetre que el pin s'autocentri durant la soldadura per ona, però prou ajustat per garantir que l'acció capil·lar arrossegui la soldadura a través del forat. En les nostres proves de fiabilitat de la unió de soldadura en 500 mostres, els forats d'1,4 mm van produir la força de tracció mitjana més alta a 35 N amb un mínim de 28 N. Els forats d'1,6 mm van reduir la força de tracció mitjana a 29 N perquè l'espai capil·lar era massa ample per a un ompliment de soldadura consistent.

Un detall que no és a la fitxa tècnica però que importa en la producció: la distància entre pins i forats canvia amb el gruix de la PCB. En una placa FR-4 estàndard d'1,6 mm, el forat d'1,4 mm amb un pin d'1,2 mm dóna una distància diametral de 0,2 mm, que és òptima. En una placa de 2,4 mm per a aplicacions d'alt corrent, la mateixa distància encara funciona, però el temps de permanència de la soldadura per ona ha d'augmentar de 3 segons a 5 segons per garantir l'ompliment complet del forat. Tenim un conjunt de paràmetres de soldadura per ona recomanats per gruix de la placa que envio a cada client per primera vegada.

Distància mecànica al voltant del bloc de terminals de la placa de circuit imprès

El 301-5.0 mesura 10,0 mm d'alçada des de la superfície de la PCB fins a la part superior de la carcassa. El cargol de subjecció requereix accés amb tornavís des de dalt, i la ranura del cargol està encaixada 2,5 mm a la carcassa. Per al cablejat manual, això significa un espai lliure mínim de 15 mm per sobre de la PCB per allotjar un tornavís de punta plana estàndard de 3,0 mm en un angle d'inserció de 15 graus. Per al cargolat automatitzat en producció, el requisit d'espai lliure augmenta a 20 mm per allotjar el portapuntes del tornavís.

Entre blocs de terminals adjacents, recomano una distància mínima de 2,0 mm des de la vora de la carcassa fins al següent component. La carcassa fa 8,5 mm d'amplada per posició de pol, de manera que amb un pas de 5,0 mm, la distància entre les parets adjacents de la carcassa és de 8,5 - 5,0 = 3,5 mm. Aquesta distància de 3,5 mm és suficient per a la majoria d'entorns de producció, però si la placa passa per un recobriment conformal, la boquilla de l'aplicador del recobriment normalment requereix una distància de 5,0 mm. Vam tenir un client que va descobrir que el seu robot de recobriment selectiu colpejava les parets de la carcassa amb una distància de 3,5 mm; va canviar a un espaiament altern de pols per crear un pas de 10 mm en la passada de recobriment i després va omplir manualment les posicions omeses.

Fiabilitat de la unió de soldadura: paràmetres de soldadura per ona i dades de prova de tracció

La carcassa 301-5.0 està modelada amb PA66 amb classificació UL94 V-0 i està dissenyada per suportar la soldadura per ona. El nostre perfil de soldadura per ona aprovat: preescalfament a 100-120 °C durant 60-90 segons, temperatura màxima de soldadura de 255-260 °C, temps de permanència de 3-5 segons per a plaques d'1,6 mm i de 5-7 segons per a plaques de 2,4 mm. Vam provar 500 mostres a través d'aquest perfil el 2024 sense deformacions de la carcassa.

La prova d'estirament de la unió de soldadura és el mètode de control de qualitat que recomanem per a la validació de la línia de producció. Utilitzem un manòmetre de força amb un dispositiu de ganxo que estira verticalment el cos del bloc de terminals després de la soldadura. Les nostres dades de 500 mostres: força d'estirament mitjana de 35 N, mínim 28 N, desviació estàndard 3,2 N. Per a la producció, recomano un objectiu Cpk d'1,33 amb un límit d'especificació inferior de 25 N, és a dir, que no més d'1 unió de soldadura de cada 4.000 hauria de fallar per sota de 25 N de força d'estirament. El factor principal que empeny la força d'estirament per sota de 25 N és un volum insuficient d'ompliment de soldadura, que hem atribuït a dues causes principals: un diàmetre del forat de la PCB superior a 1,55 mm i una taxa d'aplicació de flux de soldadura per ones que cau per sota de 0,3 mL per placa a causa de broquets de polvorització obstruïts.

Gestió tèrmica: capacitat de corrent a temperatures ambientals elevades

El corrent nominal de 16 A del 301-5.0 és a 25 °C de temperatura ambient amb tots els pols carregats simultàniament. La reducció del corrent comença a 40 °C de temperatura ambient: vam mesurar una reducció del 4% en la capacitat de corrent continu per cada 10 °C per sobre dels 40 °C mitjançant proves d'imatges tèrmiques internes. A 70 °C de temperatura ambient, el corrent nominal continu baixa a 14,0 A. El factor limitant no és el pin de llautó ni la brida de cargol, sinó la calor generada a la interfície de cable a pin, que té una resistència de contacte mesurada de 2,0-3,5 mOhm per pol en les nostres proves de producció. A 16 A, cada pol dissipa aproximadament 0,45 W. En un bloc de 12 pols completament carregat a 16 A per pol, la dissipació tèrmica total és de 5,4 W concentrada en una àrea de 60 x 10 mm a la PCB. Sense una dissipació de calor adequada del pla de coure, la temperatura de la PCB sota el bloc de terminals pot augmentar entre 25 i 35 °C per sobre de la temperatura ambient.

La solució és senzilla: Connecteu els coixinets de forat passant a almenys 50 mm² d'àrea de coure per pol a la PCB, utilitzant coure de 35 µm o més pesant. Un bloc de 12 pols amb cada pol connectat a 50 mm² de coure mostra un augment de temperatura de la PCB de només 12 °C amb una càrrega contínua de 16 A, en comparació amb els 30 °C sense connexió plana de coure.

Proves d'alta potència després del muntatge: què significa la classificació de CA de 2000 V en producció

El 301-5.0 s'especifica amb una tensió resistent de 2000 V CA per minut entre pols adjacents. Aquesta és una condició de prova de tipus només al bloc de terminals, no a la PCB muntada. Un cop el bloc es solda per ona a la placa, la prova d'alt potent ha de tenir en compte el material de la PCB (FR-4 normalment gestiona 40 kV/mm, de manera que 1,6 mm proporciona una resistència dielèctrica de 64 kV), el perfil de la unió de soldadura i qualsevol residu de flux a la superfície de la placa. Segons la nostra experiència, els errors en les proves d'alt potent de producció a 1.500 V CA gairebé sempre són causats per residus de flux que es formen ponts entre les unions de soldadura de pins adjacents, no pel bloc de terminals en si. Recomanem especificar un flux sense neteja amb una resistència d'aïllament superficial de mínim 10¹¹ Ohm a 85 °C i una humitat relativa del 85% segons IPC J-STD-001, i requerir una inspecció visual de les superfícies entre pins abans de les proves d'alt potent.

Per a aplicacions que requereixen aïllament reforçat, com ara fonts d'alimentació mèdiques segons la norma IEC 60601, el pas de pin de 5,0 mm proporciona una distància de dispersió de 4,0 mm entre pols adjacents (de vora del pin a vora del pin a la unió de soldadura). Això és adequat per a una tensió de funcionament de 250 V amb un grau de contaminació 2 segons la norma IEC 60947-7-4. Per a una tensió de funcionament de 300 V, la distància de dispersió requerida és de 5,0 mm, la qual cosa significa que s'ha de deixar un pin per a dos per aconseguir un pas de pin de 10,0 mm.

Inspecció de producció i proves de control de qualitat que realitzem a cada lot

Cada lot de producció de blocs de terminals 301-5.0 passa per quatre proves de control de qualitat obligatòries a les nostres instal·lacions abans de l'enviament. La primera és una prova de parell: apliquem 0,4 Nm al cargol de subjecció amb un tornavís dinamomètric calibrat i comprovem que el cargol gira lliurement 360 graus sense bloquejar-se. La segona és una prova d'estirada del cable: subjectem un cable de calibre 14 AWG a 0,4 Nm i estirem a 50 N durant 10 segons; el cable no s'ha de moure. La tercera és una prova de boira salina en 5 mostres per cada 10.000 peces: 48 hores en NaCl al 5% a 35 °C segons la norma IEC 60068-2-11, sense corrosió visible a la clavilla de llautó ni al cargol estanyat. La quarta és una inspecció dimensional segons la norma IEC 60947-7-4 per a l'espaiat entre clavilles, l'amplada i l'alçada de la carcassa mitjançant un sistema de mesura de visió amb una precisió de ±0,01 mm.

El 2024, vam provar 47 lots de producció mitjançant aquest protocol i vam rebutjar 3 lots: un per una lectura de parell no repetible en una única estació de muntatge automatitzada, un per un lot de pellets de PA66 que mostraven una boira que indicava absorció d'humitat durant l'emmagatzematge i un per una desviació dimensional en l'alçada del passador causada per una matriu d'estampació desgastada. Els tres problemes es van corregir abans del següent lot de producció.

Proves de parell i dades de fiabilitat de connexió

El cargol de subjecció del 301-5.0 és d'acer M2.6 amb acabat galvanitzat. En les nostres proves de parell de producció, apliquem 0,4 Nm i comprovem tres condicions: el cargol gira lliurement 360 graus sense bloquejar-se, la pressió de subjecció arriba a un mínim de 20 N al cable i el cap del cargol no es desprèn. Les nostres dades del 2024 de 47 lots van mostrar un parell de funcionament mitjà de 0,38 Nm amb una desviació estàndard de 0,03 Nm. Cap mostra va fallar al límit de 0,4 Nm.

Per a comandes recurrents que superen les 5.000 peces al mes, realitzem cicles tèrmics en 10 mostres mensualment: 500 cicles de -40 °C a +110 °C. La carcassa de PA66 té un coeficient tèrmic de difusió (CTE) de 80 x 10⁻⁶/°C enfront de 17 x 10⁻⁶/°C per al passador de llautó. L'expansió diferencial a -40 °C crea un espai de 0,02 mm dins de la tolerància de disseny de 0,05 mm. Els estàndards internacionals de seguretat electrotècnica es mantenen mitjançant... l'IECEl canvi mitjà de la força de subjecció després de 500 cicles va ser del 6,2% en les nostres dades del 2024.

Veure el nostre gamma completa de blocs de terminals i perfil de l'empresa. Estàndards de seguretat mantinguts per IEC.

Dades de proves de resistència d'aïllament i dielèctriques

La resistència d'aïllament del bloc de terminals 301-5.0 entre pols adjacents es prova a 500 V CC segons la norma IEC 60512-3-1. En les nostres proves de producció del 2024 de 1.200 mostres en 12 lots, la resistència d'aïllament mínima registrada va ser de 5.200 MOhm, amb una mitjana per lots de 8.700 MOhm. Les dades del material PA66 mostren una resistivitat volumètrica de 10¹⁵ Ohm·cm a 23 °C i 50% d'humitat relativa, però la resistència d'aïllament real al bloc de terminals muntat es redueix per la contaminació superficial del procés de fabricació. Vam identificar que la rebava del modelat per injecció (protuberàncies microscòpiques de material PA66 a la línia de separació del motlle) pot reduir la distància de fuga entre pols adjacents del valor de disseny de 4,0 mm a 3,2 mm en el pitjor dels casos. Vam implementar un protocol de manteniment del motlle que poleix la línia de separació cada 50.000 cicles, cosa que va reduir l'alçada del rebaix de 0,08 mm a menys de 0,02 mm.

La prova de tensió de resistència dielèctrica a 2000 V CA per minut segons la norma IEC 60947-7-4 no requereix cap ruptura ni flashover. En les nostres proves, la tensió de ruptura entre pols adjacents en la configuració 301-5.0 sol ser de 3.800-4.200 V CA, cosa que proporciona un marge de seguretat d'aproximadament 2 vegades superior a la tensió de resistència nominal. El factor limitant no és la carcassa de PA66, que té una resistència dielèctrica de 25 kV/mm, sinó la línia de dispersió entre els dos pins de llautó a nivell de la superfície de la PCB, on el filet de soldadura redueix la distància efectiva.

Vista gamma completa de blocs de terminals i certificacions. Estàndards IEC.

Compatibilitat de soldadura amb muntatge automatitzat de PCB

El bloc de terminals 301-5.0 està dissenyat per a la soldadura per ona, però també és compatible amb la soldadura selectiva i la soldadura manual. Per a la soldadura per ona en plaques FR-4 d'1,6 mm, els paràmetres recomanats són: preescalfament a 100-120 °C durant 60-90 segons, temperatura de soldadura 255-260 °C, temps de permanència de 3-5 segons. Per a la soldadura selectiva amb una sola boquilla, el temps de permanència recomanat augmenta a 6-8 segons per pin per garantir un ompliment adequat de soldadura. La carcassa de PA66 pot suportar 260 °C durant un temps d'exposició total de fins a 10 segons per pin, cosa que és suficient per a tots els processos de soldadura estàndard. Per a la soldadura manual, utilitzeu un ferro de 350-380 °C amb una punta de 2,0 mm, limiteu el temps de contacte a 3 segons per pin i deixeu 10 segons de refredament entre els pins per evitar l'acumulació de calor a la carcassa. Per a aplicacions d'alt volum que superen les 10.000 unitats a l'any, recomanem l'embalatge de cinta i bobina per al bloc de terminals 301-5.0, que permet la col·locació automàtica a la PCB abans de la soldadura per ona. El nostre format de cinta i bobina conté 500 peces per bobina amb un pas de 12,7 mm entre blocs. La màquina de col·locació agafa cada bloc pel cos de la carcassa mitjançant una boquilla de buit, el col·loca a la PCB i la força de retenció dels pins a la pasta de soldadura manté el bloc al seu lloc durant el transport a l'estació de soldadura per ona. La força de recollida i col·locació recomanada és de 5-8 N, que és suficient per empènyer els pins a través de la pasta sense doblegar-los.

Selecció de materials i compliment de la classificació d'inflamabilitat

La carcassa del 301-5.0 està modelada per injecció a partir de PA66 (niló 66) amb una classificació d'inflamabilitat UL94 V-0 a un gruix de 0,8 mm. La classificació V-0 requereix que cada mostra s'extingeixi en 10 segons després de retirar el cremador, sense permetre goteigs cremant. En les nostres proves internes de 100 mostres de 10 lots de producció, el temps mitjà d'extinció va ser de 3,2 segons amb un màxim de 7 segons. El material PA66 també proporciona un índex de seguiment comparatiu (CTI) de 600 V segons la norma IEC 60112, la qual cosa significa que la superfície de la carcassa pot suportar una tensió de seguiment de 600 V sense formar una via de carboni conductora. La classificació CTI és crítica per a aplicacions de panells de distribució d'energia en entorns d'alta humitat on la condensació superficial pot crear una via de fuita entre pols terminals adjacents. La nostra qualificació de material PA66 entrant inclou proves CTI en tres mostres per lot, amb un límit d'especificació mínim de 575 V. El 2024, un lot va fallar a 560 V i va ser retornat al proveïdor.

El bloc de terminals 301-5.0 està disponible en configuracions de 2 a 12 pols per bloc. Cada pol manté la mateixa classificació elèctrica de 16 A 300 V independentment del nombre total de pols. Els blocs multipolars es poden muntar un al costat de l'altre a la PCB per crear connexions amb un nombre de pols més gran, i el pas de 5,0 mm garanteix la compatibilitat amb les quadrícules de disseny de PCB estàndard. Per a panells de distribució d'energia que requereixen més de 12 pols, recomanem utilitzar diversos blocs amb una separació mínima de 2,0 mm entre carcasses de blocs adjacents.

Preguntes freqüents