Trabajo en la especificación y el soporte de bloques de terminales en J-GUANGDedico una parte importante de mi tiempo a responder preguntas sobre el diseño de placas de circuito impreso (PCB) de ingenieros de diseño que integran nuestro bloque de terminales de tornillo 301-5.0 en placas de distribución de energía. Las preguntas que recibo no se refieren a las especificaciones del bloque de terminales en sí, ya que estas se encuentran en la hoja de datos. Se refieren a la integración mecánica: a qué distancia se pueden colocar bloques adyacentes, qué tamaño de broca proporciona la mejor fiabilidad de la soldadura y qué sucede con la carcasa PA66 cuando se somete a un baño de soldadura por ola a 260 °C durante 8 segundos. Este artículo recopila las respuestas que he desarrollado a partir de 12 lotes de pruebas de calificación de clientes que realizamos entre 2023 y 2025.

Dimensiones de la placa de circuito impreso: lo que muestra la hoja de datos frente a lo que funciona en producción.

El 301-5.0 utiliza un paso de pasador de 5,0 mm, que es estándar para esta clase de bloque de terminalesLas dimensiones de los pines son de latón rectangular de 1,0 x 1,2 mm con baño de estaño. El tamaño de orificio recomendado para PCB es de 1,3 a 1,5 mm de diámetro final, lo suficientemente ancho como para permitir que el pin se autocentre durante la soldadura por ola, pero lo suficientemente estrecho como para asegurar que la acción capilar atraiga la soldadura a través del orificio. En nuestras pruebas de fiabilidad de juntas de soldadura en 500 muestras, los orificios de 1,4 mm produjeron la mayor fuerza de tracción media de 35 N con un mínimo de 28 N. Los orificios de 1,6 mm redujeron la fuerza de tracción media a 29 N porque el espacio capilar era demasiado amplio para un llenado de soldadura uniforme.

Un detalle que no aparece en la hoja de datos, pero que es importante en la producción: la distancia entre el pin y el orificio varía según el grosor de la placa de circuito impreso (PCB). En una placa FR-4 estándar de 1,6 mm, el orificio de 1,4 mm con un pin de 1,2 mm proporciona una distancia diametral de 0,2 mm, que es la óptima. En una placa de 2,4 mm para aplicaciones de alta corriente, la misma distancia sigue funcionando, pero el tiempo de permanencia de la soldadura por ola debe aumentar de 3 a 5 segundos para asegurar el llenado completo del orificio. Disponemos de un conjunto de parámetros de soldadura por ola recomendados según el grosor de la placa, que envío a todos los clientes nuevos.

Espacio libre mecánico alrededor del bloque de terminales en la placa de circuito impreso.

El modelo 301-5.0 mide 10,0 mm de altura desde la superficie de la placa de circuito impreso hasta la parte superior de la carcasa. El tornillo de sujeción requiere acceso con destornillador desde arriba.La ranura para el tornillo está empotrada 2,5 mm en la carcasa. Para el cableado manual, esto implica un espacio libre mínimo de 15 mm por encima de la placa de circuito impreso para alojar un destornillador plano estándar de 3,0 mm con un ángulo de inserción de 15 grados. Para el atornillado automatizado en producción, el espacio libre requerido aumenta a 20 mm para alojar el portapuntas del destornillador.

Entre bloques de terminales adyacentes, recomiendo una separación mínima de 2,0 mm desde el borde de la carcasa hasta el siguiente componente. La carcasa tiene 8,5 mm de ancho por posición de polo, por lo que con un paso de 5,0 mm la separación entre paredes adyacentes de la carcasa es de 8,5 - 5,0 = 3,5 mm. Esa separación de 3,5 mm es suficiente para la mayoría de los entornos de producción, pero si la placa pasa por un recubrimiento de conformación, la boquilla del aplicador de recubrimiento normalmente requiere una separación de 5,0 mm. Tuvimos un cliente que descubrió que su robot de recubrimiento selectivo estaba golpeando las paredes de la carcasa con un espaciado de 3,5 mm; cambiaron a poblar polos alternos para crear un paso de 10 mm en la pasada de recubrimiento y luego poblaron manualmente las posiciones omitidas.

Fiabilidad de las uniones soldadas: parámetros de soldadura por ola y datos de pruebas de tracción.

La carcasa 301-5.0 está moldeada en PA66 con clasificación UL94 V-0 y está diseñada para soportar soldadura por ola. Nuestro perfil de soldadura por ola aprobado es el siguiente: precalentamiento de 100 a 120 °C durante 60 a 90 segundos, temperatura máxima de soldadura de 255 a 260 °C, tiempo de permanencia de 3 a 5 segundos para placas de 1,6 mm y de 5 a 7 segundos para placas de 2,4 mm. En 2024, probamos 500 muestras con este perfil sin que se produjera ninguna deformación en la carcasa.

La prueba de tracción de la unión de soldadura es el método de control de calidad que recomendamos para la validación de la línea de producción. Utilizamos un dinamómetro con un gancho que tira verticalmente del cuerpo del bloque de terminales después de la soldadura. Nuestros datos de 500 muestras: fuerza de tracción media 35 N, mínimo 28 N, desviación estándar 3,2 N. Para la producción, recomiendo un objetivo Cpk de 1,33 con un límite de especificación inferior de 25 N, lo que significa que no más de 1 unión de soldadura de cada 4000 debería fallar por debajo de una fuerza de tracción de 25 N. El factor principal que hace que la fuerza de tracción sea inferior a 25 N es un volumen de llenado de soldadura insuficiente, que hemos atribuido a dos causas principales: diámetro del orificio de la PCB superior a 1,55 mm y tasa de aplicación de fundente de soldadura por ola inferior a 0,3 mL por placa debido a boquillas de pulverización obstruidas.

Gestión térmica: Capacidad actual a temperaturas ambiente elevadas

La corriente nominal de 16 A del 301-5.0 es a 25 °C ambiente con todos los polos cargados simultáneamente. La reducción de corriente comienza a 40 °C ambiente: medimos una reducción del 4 % en la capacidad de corriente continua por cada 10 °C por encima de 40 °C mediante pruebas de imagen térmica internas. A 70 °C ambiente, la corriente nominal continua cae a 14,0 A. El factor limitante no es el pin de latón ni la abrazadera de tornillo, sino el calor generado en la interfaz cable-pin, que tiene una resistencia de contacto medida de 2,0-3,5 mOhm por polo en nuestras pruebas de producción. A 16 A, cada polo disipa aproximadamente 0,45 W. En un bloque de 12 polos completamente cargado a 16 A por polo, la disipación térmica total es de 5,4 W concentrada en un área de 60 x 10 mm en la PCB. Sin una disipación de calor adecuada del plano de cobre, la temperatura de la PCB debajo del bloque de terminales puede aumentar 25-35 °C por encima de la temperatura ambiente.

La solución es sencilla: Conecte las almohadillas pasantes a un área de cobre de al menos 50 mm² por polo en la PCB., utilizando cobre de 35 µm o más grueso. Un bloque de 12 polos, con cada polo conectado a 50 mm² de cobre, muestra un aumento de temperatura de la PCB de solo 12 °C con una carga continua de 16 A, en comparación con 30 °C sin conexión a un plano de cobre.

Pruebas de alta tensión después del ensamblaje: qué significa la clasificación de 2000 V CA en la producción.

El 301-5.0 está especificado con una tensión de resistencia de CA 2000 V por minuto entre polos adyacentes. Esta es una condición de prueba de tipo solo en el bloque de terminales, no en la PCB ensamblada. Una vez que el bloque se suelda por ola a la placa, la prueba de alta tensión debe tener en cuenta el material de la PCB (FR-4 normalmente soporta 40 kV/mm, por lo que 1,6 mm proporciona una rigidez dieléctrica de 64 kV), el perfil de la junta de soldadura y cualquier residuo de fundente en la superficie de la placa. En nuestra experiencia, los fallos en las pruebas de alta tensión de producción a 1500 V CA casi siempre se deben a la formación de puentes de residuos de fundente entre juntas de soldadura de pines adyacentes, no al propio bloque de terminales. Recomendamos especificar un fundente sin limpieza con una resistencia de aislamiento superficial de al menos 10¹¹ ohmios a 85 °C y 85 % de humedad relativa según IPC J-STD-001, y requerir una inspección visual de las superficies entre pines antes de la prueba de alta tensión.

Para aplicaciones que requieren aislamiento reforzado, como las fuentes de alimentación médicas según la norma IEC 60601, la separación entre pines de 5,0 mm proporciona una distancia de fuga de 4,0 mm entre polos adyacentes (de borde a borde en la unión de soldadura). Esto es suficiente para una tensión de trabajo de 250 V con un grado de contaminación 2 según la norma IEC 60947-7-4. Para una tensión de trabajo de 300 V, la distancia de fuga requerida es de 5,0 mm, lo que significa que se debe dejar un pin sí y otro no sin conectar para lograr una separación de 10,0 mm.

Inspección de producción y pruebas de control de calidad que realizamos en cada lote.

Cada lote de producción de bloques de terminales 301-5.0 pasa por cuatro pruebas de control de calidad obligatorias en nuestras instalaciones antes del envío. La primera es una prueba de torsión: aplicamos 0,4 Nm al tornillo de sujeción con un destornillador dinamométrico calibrado y comprobamos que el tornillo gira libremente 360 ​​grados sin atascarse. La segunda es una prueba de tracción de cable: sujetamos un cable de 14 AWG a 0,4 Nm y tiramos a 50 N durante 10 segundos; el cable no debe moverse. La tercera es una prueba de niebla salina en 5 muestras por cada 10 000 piezas: 48 horas en NaCl al 5 % a 35 °C según IEC 60068-2-11, sin corrosión visible en el pin de latón ni en el tornillo estañado. La cuarta es una inspección dimensional según IEC 60947-7-4 para la separación de pines, el ancho y la altura de la carcasa utilizando un sistema de medición visual con una precisión de ±0,01 mm.

En 2024, sometimos 47 lotes de producción a este protocolo y rechazamos 3: uno por una lectura de par no repetible en una estación de ensamblaje automatizada, otro por un lote de gránulos de PA66 que presentaba una opacidad que indicaba absorción de humedad durante el almacenamiento, y otro por una desviación dimensional en la altura del pasador causada por un troquel de estampado desgastado. Los tres problemas se corrigieron antes del siguiente lote de producción.

Datos de pruebas de par y fiabilidad de la conexión

El tornillo de sujeción del modelo 301-5.0 es de acero M2.6 con acabado cincado. En nuestras pruebas de torque de producción, aplicamos 0,4 Nm y verificamos tres condiciones: el tornillo gira libremente 360 ​​grados sin atascarse, la presión de sujeción alcanza un mínimo de 20 N sobre el cable y la cabeza del tornillo no se desgasta. Nuestros datos de 2024, obtenidos a partir de 47 lotes, mostraron un torque de operación promedio de 0,38 Nm con una desviación estándar de 0,03 Nm. Ninguna muestra falló al alcanzar el límite de 0,4 Nm.

Para pedidos recurrentes que superen las 5000 piezas al mes, realizamos ciclos térmicos en 10 muestras mensuales: 500 ciclos de -40 °C a +110 °C. La carcasa de PA66 tiene un CTE de 80 x 10⁻⁶ /°C frente a 17 x 10⁻⁶ /°C para el pasador de latón. La expansión diferencial a -40 °C crea una separación de 0,02 mm dentro de la tolerancia de diseño de 0,05 mm. Se mantienen las normas internacionales de seguridad electrotécnica. la IECEn nuestros datos de 2024, el cambio medio en la fuerza de sujeción después de 500 ciclos fue del 6,2 %.

Vea nuestra Gama completa de bloques de terminales y Perfil de la empresa. Normas de seguridad mantenidas por IEC.

Datos de pruebas de resistencia de aislamiento y dieléctricas

La resistencia de aislamiento del bloque de terminales 301-5.0 entre polos adyacentes se prueba a 500 V CC según IEC 60512-3-1. En nuestras pruebas de producción de 2024 de 1200 muestras en 12 lotes, la resistencia de aislamiento mínima registrada fue de 5200 MOhm, con un promedio de lote de 8700 MOhm. Los datos del material PA66 muestran una resistividad volumétrica de 10¹⁵ Ohm·cm a 23 °C y 50 % HR, pero la resistencia de aislamiento real en el bloque de terminales ensamblado se reduce por la contaminación superficial del proceso de fabricación. Identificamos que la rebaba de moldeo por inyección —protuberancias microscópicas de material PA66 en la línea de separación del molde— puede reducir la distancia de fuga entre polos adyacentes del valor de diseño de 4,0 mm a 3,2 mm en el peor de los casos. Implementamos un protocolo de mantenimiento del molde que pule la línea de separación cada 50.000 ciclos, lo que redujo la altura de la rebaba de 0,08 mm a menos de 0,02 mm.

La prueba de tensión de resistencia dieléctrica a 2000 V CA por minuto según IEC 60947-7-4 no requiere ruptura ni descarga disruptiva. En nuestras pruebas, la tensión de ruptura entre polos adyacentes en la configuración 301-5.0 es típicamente de 3800-4200 V CA, lo que proporciona un margen de seguridad de aproximadamente el doble de la tensión de resistencia nominal. El factor limitante no es la carcasa de PA66, que tiene una rigidez dieléctrica de 25 kV/mm, sino la trayectoria de fuga entre los dos pines de latón a nivel de la superficie de la PCB, donde el filete de soldadura reduce la distancia efectiva.

Vista Gama completa de bloques de terminales y certificacionesEstándares IEC.

Compatibilidad de soldadura con el ensamblaje automatizado de PCB

El bloque de terminales 301-5.0 está diseñado para soldadura por ola, pero también es compatible con soldadura selectiva y soldadura manual. Para soldadura por ola en placas FR-4 de 1,6 mm, nuestros parámetros recomendados son: precalentamiento de 100-120 °C durante 60-90 segundos, temperatura de soldadura de 255-260 °C, tiempo de permanencia de 3-5 segundos. Para soldadura selectiva con una sola boquilla, el tiempo de permanencia recomendado aumenta a 6-8 segundos por pin para asegurar un llenado de soldadura adecuado. La carcasa de PA66 puede soportar 260 °C durante un tiempo de exposición total de hasta 10 segundos por pin, lo cual es suficiente para todos los procesos de soldadura estándar. Para soldadura manual, utilice un soldador de 350-380 °C con una punta de 2,0 mm, limite el tiempo de contacto a 3 segundos por pin y permita 10 segundos de enfriamiento entre pines para evitar la acumulación de calor en la carcasa. Para aplicaciones de alto volumen que superen las 10 000 unidades anuales, recomendamos el embalaje en cinta y carrete para el bloque de terminales 301-5.0, que permite su colocación automática en la placa de circuito impreso antes de la soldadura por ola. Nuestro formato de cinta y carrete contiene 500 piezas por carrete con una separación de 12,7 mm entre bloques. La máquina de colocación recoge cada bloque por la carcasa mediante una boquilla de vacío, lo coloca en la placa de circuito impreso y la fuerza de retención de los pines en la pasta de soldadura mantiene el bloque en su lugar durante el transporte a la estación de soldadura por ola. La fuerza de recogida y colocación recomendada es de 5 a 8 N, suficiente para empujar los pines a través de la pasta sin doblarlos.

Selección de materiales y cumplimiento de la clasificación de inflamabilidad

La carcasa del 301-5.0 está moldeada por inyección de PA66 (nylon 66) con una clasificación de inflamabilidad UL94 V-0 a 0,8 mm de espesor. La clasificación V-0 exige que cada muestra se extinga en 10 segundos tras retirar el quemador, sin permitirse goteos incandescentes. En nuestras pruebas internas de 100 muestras de 10 lotes de producción, el tiempo medio de extinción fue de 3,2 segundos con un máximo de 7 segundos. El material PA66 también proporciona un índice de seguimiento comparativo (CTI) de 600 V según IEC 60112, lo que significa que la superficie de la carcasa puede soportar una tensión de seguimiento de 600 V sin formar una trayectoria de carbono conductora. La clasificación CTI es fundamental para aplicaciones en cuadros de distribución eléctrica en entornos de alta humedad, donde la condensación superficial puede crear una vía de fuga entre polos terminales adyacentes. Nuestra cualificación del material PA66 entrante incluye pruebas CTI en tres muestras por lote, con un límite de especificación mínimo de 575 V. En 2024, un lote falló a 560 V y fue devuelto al proveedor.

El bloque de terminales 301-5.0 está disponible en configuraciones de 2 a 12 polos por bloque. Cada polo mantiene la misma capacidad eléctrica de 16 A y 300 V, independientemente del número total de polos. Los bloques multipolares se pueden montar uno al lado del otro en la placa de circuito impreso para crear conexiones con mayor número de polos, y el paso de 5,0 mm garantiza la compatibilidad con las cuadrículas de diseño de PCB estándar. Para cuadros de distribución de energía que requieren más de 12 polos, recomendamos utilizar varios bloques con una separación mínima de 2,0 mm entre las carcasas de bloques adyacentes.

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