Je travaille sur la spécification et le support des borniers chez J-GUANGJe consacre une part importante de mon temps à répondre aux questions des ingénieurs concepteurs concernant l'agencement des circuits imprimés, notamment lorsqu'ils intègrent nos borniers à vis 301-5.0 dans des cartes de distribution d'énergie. Ces questions ne portent pas sur les spécifications techniques des borniers eux-mêmes, qui figurent dans la fiche technique, mais sur leur intégration mécanique : quelle distance minimale peut-on respecter entre les borniers adjacents ? Quel diamètre de perçage offre la meilleure fiabilité de soudure ? Que devient le boîtier en PA66 lors d'un bain de brasage à la vague à 260 °C pendant 8 secondes ? Cet article rassemble les réponses que j'ai élaborées à partir de 12 séries de tests de qualification clients réalisés entre 2023 et 2025.

Dimensions d'encombrement des circuits imprimés : Comparaison entre les données techniques et les performances en production

Le 301-5.0 utilise un pas de broche de 5,0 mm, ce qui est standard pour cette catégorie de bornierLes broches sont rectangulaires en laiton étamé (1,0 x 1,2 mm). Le diamètre recommandé pour le perçage du circuit imprimé est de 1,3 à 1,5 mm : suffisamment large pour permettre l’auto-centrage de la broche lors du brasage à la vague, mais suffisamment étroit pour assurer une capillarité optimale et une bonne imprégnation de la soudure. Lors de nos tests de fiabilité des joints de soudure sur 500 échantillons, les trous de 1,4 mm ont présenté la force d’arrachement moyenne la plus élevée (35 N) et la plus faible (28 N). Les trous de 1,6 mm ont réduit la force d’arrachement moyenne à 29 N, l’espace capillaire étant trop important pour une imprégnation homogène.

Un détail non mentionné dans la fiche technique, mais crucial en production : l’espace entre la broche et le trou varie selon l’épaisseur du circuit imprimé. Sur un circuit imprimé FR-4 standard de 1,6 mm, un trou de 1,4 mm avec une broche de 1,2 mm offre un espace diamétral de 0,2 mm, optimal. Sur un circuit imprimé de 2,4 mm destiné aux applications à courant élevé, cet espace reste acceptable, mais le temps de brasage à la vague doit passer de 3 à 5 secondes pour garantir un remplissage complet du trou. Nous fournissons à chaque nouveau client un ensemble de paramètres de brasage à la vague recommandés en fonction de l’épaisseur du circuit imprimé.

Dégagement mécanique autour du bornier sur le circuit imprimé

Le 301-5.0 mesure 10,0 mm de hauteur de la surface du circuit imprimé au sommet du boîtier. La vis de serrage nécessite un accès par le haut à l'aide d'un tournevis.La fente pour vis est encastrée de 2,5 mm dans le boîtier. Pour un câblage manuel, cela implique un dégagement minimal de 15 mm au-dessus du circuit imprimé afin d'insérer un tournevis plat standard de 3,0 mm avec un angle de 15 degrés. Pour un vissage automatisé en production, ce dégagement passe à 20 mm afin de loger le porte-embout.

Entre deux borniers adjacents, je recommande un dégagement minimal de 2,0 mm entre le bord du boîtier et le composant suivant. Le boîtier mesure 8,5 mm de large par emplacement polaire ; avec un pas de 5,0 mm, l’écart entre les parois adjacentes du boîtier est de 8,5 - 5,0 = 3,5 mm. Cet écart de 3,5 mm est suffisant pour la plupart des environnements de production, mais si la carte subit un vernis de protection, la buse d’application du vernis nécessite généralement un dégagement de 5,0 mm. Un de nos clients a constaté que son robot de vernissage sélectif heurtait les parois du boîtier avec un espacement de 3,5 mm ; il est donc passé à un placement des composants un pôle sur deux pour obtenir un pas de 10 mm lors du passage de vernissage, puis a complété manuellement le placement des composants manquants.

Fiabilité des joints de soudure : paramètres de soudure à la vague et données de test d’arrachement

Le boîtier 301-5.0 est moulé en PA66 conforme à la norme UL94 V-0 et conçu pour résister au brasage à la vague. Notre profil de brasage à la vague approuvé est le suivant : préchauffage à 100-120 °C pendant 60-90 secondes, température de brasage maximale de 255-260 °C, temps de maintien de 3-5 secondes pour les cartes de 1,6 mm et de 5-7 secondes pour celles de 2,4 mm. Nous avons testé 500 échantillons avec ce profil en 2024, sans constater aucune déformation du boîtier.

Le test d'arrachement des joints de soudure est la méthode de contrôle qualité que nous recommandons pour la validation des lignes de production. Nous utilisons un dynamomètre avec un dispositif de fixation à crochet qui exerce une traction verticale sur le corps du bornier après la soudure. Nos données, issues de 500 échantillons, indiquent une force d'arrachement moyenne de 35 N, une force d'arrachement minimale de 28 N et un écart type de 3,2 N. Pour la production, nous recommandons un Cpk cible de 1,33 avec une limite inférieure de spécification de 25 N, ce qui signifie qu'au maximum 1 joint de soudure sur 4 000 ne doit pas présenter une force d'arrachement inférieure à 25 N. Le principal facteur à l'origine d'une force d'arrachement inférieure à 25 N est un volume de remplissage de soudure insuffisant, que nous avons identifié comme ayant deux causes principales : un diamètre des trous du circuit imprimé supérieur à 1,55 mm et un débit d'application du flux de soudure à la vague inférieur à 0,3 mL par carte en raison de buses de pulvérisation obstruées.

Gestion thermique : Capacité actuelle à des températures ambiantes élevées

Le courant nominal de 16 A du bornier 301-5.0 est mesuré à une température ambiante de 25 °C, tous les pôles étant chargés simultanément. La réduction de courant commence à 40 °C : nous avons mesuré une diminution de 4 % de la capacité de courant continu par tranche de 10 °C au-dessus de 40 °C grâce à des tests d'imagerie thermique réalisés en interne. À 70 °C, le courant nominal continu chute à 14,0 A. Le facteur limitant n'est ni la broche en laiton ni le bornier à vis, mais la chaleur générée à l'interface fil-broche, dont la résistance de contact mesurée est de 2,0 à 3,5 mΩ par pôle lors de nos tests de production. À 16 A, chaque pôle dissipe environ 0,45 W. Dans un bornier à 12 pôles chargé à 16 A par pôle, la dissipation thermique totale est de 5,4 W, concentrée sur une surface de 60 x 10 mm du circuit imprimé. Sans dissipateur thermique adéquat sur le plan de cuivre, la température du circuit imprimé sous le bornier peut dépasser de 25 à 35 °C la température ambiante.

La solution est simple : Connectez les pastilles traversantes à une surface de cuivre d'au moins 50 mm² par pôle sur le circuit imprimé., en utilisant du cuivre de 35 µm ou plus. Un bloc à 12 pôles, chaque pôle étant connecté à une piste de cuivre de 50 mm², présente une élévation de température du circuit imprimé de seulement 12 °C sous une charge continue de 16 A, contre 30 °C sans connexion par plan de cuivre.

Tests de haute tension après assemblage : signification de la tension nominale de 2 000 V CA en production

Le bornier 301-5.0 est spécifié pour une tension de tenue de 2 000 V CA par minute entre pôles adjacents. Il s'agit d'une condition d'essai de type appliquée au bornier seul, et non au circuit imprimé assemblé. Une fois le bornier soudé à la vague sur le circuit imprimé, l'essai de tension de tenue doit tenir compte du matériau du circuit imprimé (le FR-4 supporte généralement 40 kV/mm, une épaisseur de 1,6 mm offre donc une rigidité diélectrique de 64 kV), du profil des joints de soudure et de tout résidu de flux présent sur la surface du circuit imprimé. D'après notre expérience, les échecs lors des essais de tension de tenue en production à 1 500 V CA sont presque toujours dus à des ponts de soudure formés par des résidus de flux entre les broches adjacentes, et non au bornier lui-même. Nous recommandons l'utilisation d'un flux sans nettoyage présentant une résistance d'isolement superficielle minimale de 10¹¹ Ω à 85 °C et 85 % d'humidité relative, conformément à la norme IPC J-STD-001, et exigeons une inspection visuelle des surfaces entre les broches avant l'essai de tension de tenue.

Pour les applications nécessitant une isolation renforcée, telles que les alimentations médicales conformes à la norme IEC 60601, un espacement de 5,0 mm entre les broches assure une distance de fuite de 4,0 mm entre les pôles adjacents (d'un bord de broche à l'autre au niveau de la soudure). Cette distance est suffisante pour une tension de service de 250 V et un degré de pollution 2 selon la norme IEC 60947-7-4. Pour une tension de service de 300 V, la distance de fuite requise est de 5,0 mm, ce qui implique de laisser une broche sur deux non utilisée afin d'obtenir un espacement de 10,0 mm.

Inspection de production et tests de contrôle qualité effectués sur chaque lot

Chaque lot de production de borniers 301-5.0 est soumis à quatre contrôles qualité obligatoires dans notre usine avant expédition. Le premier est un test de couple : nous appliquons un couple de 0,4 Nm à la vis de serrage à l’aide d’un tournevis dynamométrique étalonné et vérifions que la vis tourne librement sur 360° sans se bloquer. Le deuxième est un test d’arrachement : nous fixons un fil de calibre 14 AWG à 0,4 Nm et tirons dessus à 50 N pendant 10 secondes ; le fil ne doit pas bouger. Le troisième est un test de brouillard salin sur 5 échantillons pour 10 000 pièces : 48 heures dans une solution de NaCl à 5 % à 35 °C, conformément à la norme IEC 60068-2-11, sans corrosion visible sur la broche en laiton ni sur la vis étamée. Le quatrième est un contrôle dimensionnel, conformément à la norme IEC 60947-7-4, portant sur l’espacement des broches, la largeur et la hauteur du boîtier, à l’aide d’un système de mesure optique d’une précision de ±0,01 mm.

En 2024, nous avons testé 47 lots de production selon ce protocole et en avons rejeté 3 : un en raison d’une mesure de couple non reproductible sur un poste d’assemblage automatisé, un autre à cause d’un lot de granulés de PA66 présentant un voile indiquant une absorption d’humidité pendant le stockage, et le dernier à cause d’un écart dimensionnel de la hauteur de la broche dû à une matrice d’emboutissage usée. Ces trois problèmes ont été corrigés avant le lot de production suivant.

Données relatives aux essais de couple et à la fiabilité des connexions

La vis de serrage du modèle 301-5.0 est en acier M2.6 zingué. Lors de nos tests de couple en production, nous appliquons un couple de 0,4 Nm et vérifions trois conditions : la vis tourne librement sur 360° sans blocage, la pression de serrage sur le fil atteint au moins 20 N et la tête de vis ne se détériore pas. Nos données de 2024, issues de 47 lots, ont montré un couple de serrage moyen de 0,38 Nm avec un écart type de 0,03 Nm. Aucun échantillon n'a présenté de défaillance à la limite de 0,4 Nm.

Pour les commandes récurrentes supérieures à 5 000 pièces par mois, nous effectuons des cycles thermiques sur 10 échantillons mensuels : 500 cycles de -40 °C à +110 °C. Le boîtier en PA66 présente un coefficient de dilatation thermique (CTE) de 80 × 10⁻⁶/°C, contre 17 × 10⁻⁶/°C pour la broche en laiton. La dilatation différentielle à -40 °C induit un jeu de 0,02 mm, inférieur à la tolérance de conception de 0,05 mm. Les normes internationales de sécurité électrotechnique sont respectées. la CEI. La variation moyenne de la force de serrage après 500 cycles était de 6,2 % dans nos données de 2024.

Consultez notre Gamme complète de borniers et Profil de l'entreprise. Normes de sécurité maintenues par IEC.

Données d'essai de résistance d'isolement et de diélectrique

La résistance d'isolement du bornier 301-5.0 entre pôles adjacents est testée sous 500 V CC conformément à la norme IEC 60512-3-1. Lors de nos tests de production de 2024, portant sur 1 200 échantillons répartis en 12 lots, la résistance d'isolement minimale enregistrée était de 5 200 MΩ, avec une moyenne de 8 700 MΩ par lot. Les données relatives au matériau PA66 indiquent une résistivité volumique de 10¹⁵ Ω·cm à 23 °C et 50 % d'humidité relative. Cependant, la résistance d'isolement réelle du bornier assemblé est réduite par la contamination de surface due au processus de fabrication. Nous avons constaté que les bavures de moulage par injection – des protubérances microscopiques de matériau PA66 au niveau de la ligne de joint du moule – peuvent réduire la distance de fuite entre pôles adjacents de la valeur nominale de 4,0 mm à 3,2 mm dans le pire des cas. Nous avons mis en œuvre un protocole de maintenance des moules qui polit la ligne de joint tous les 50 000 cycles, ce qui a réduit la hauteur des bavures de 0,08 mm à moins de 0,02 mm.

L'essai de tenue diélectrique à 2 000 V CA par minute, conformément à la norme CEI 60947-7-4, ne requiert ni claquage ni contournement. Lors de nos essais, la tension de claquage entre pôles adjacents dans la configuration 301-5.0 est généralement de 3 800 à 4 200 V CA, offrant une marge de sécurité d'environ deux fois la tension de tenue nominale. Le facteur limitant n'est pas le boîtier en PA66 (dont la rigidité diélectrique est de 25 kV/mm), mais le chemin de fuite entre les deux broches en laiton au niveau de la surface du circuit imprimé, où le cordon de soudure réduit la distance effective.

Voir Gamme complète de borniers et certificationsNormes IEC.

Compatibilité du soudage avec l'assemblage automatisé de circuits imprimés

Le bornier 301-5.0 est conçu pour le brasage à la vague, mais est également compatible avec le brasage sélectif et le brasage manuel. Pour le brasage à la vague sur des cartes FR-4 de 1,6 mm, nous recommandons les paramètres suivants : préchauffage à 100-120 °C pendant 60-90 secondes, température de brasage de 255-260 °C et temps de maintien de 3 à 5 secondes. Pour le brasage sélectif avec une seule buse, le temps de maintien recommandé passe à 6-8 secondes par broche afin d’assurer un remplissage optimal. Le boîtier en PA66 résiste à une température de 260 °C pendant 10 secondes par broche, ce qui est suffisant pour tous les procédés de brasage standard. Pour le brasage manuel, utilisez un fer à souder de 350-380 °C avec une panne de 2,0 mm, limitez le temps de contact à 3 secondes par broche et laissez refroidir 10 secondes entre chaque broche afin d’éviter toute accumulation de chaleur dans le boîtier. Pour les applications à grand volume (plus de 10 000 unités par an), nous recommandons le conditionnement en bande et bobine pour le bornier 301-5.0. Ce conditionnement permet un positionnement automatique sur le circuit imprimé avant le brasage à la vague. Chaque bobine contient 500 blocs, avec un espacement de 12,7 mm. La machine de placement prélève chaque bloc par son corps à l'aide d'une buse à vide, le dépose sur le circuit imprimé, et la force de maintien des broches dans la pâte à braser assure la stabilité du bloc pendant son transport vers la station de brasage à la vague. La force de préhension recommandée est de 5 à 8 N, suffisante pour enfoncer les broches dans la pâte sans les déformer.

Sélection des matériaux et conformité à la classification d'inflammabilité

Le boîtier du 301-5.0 est moulé par injection en PA66 (nylon 66) avec un indice d'inflammabilité UL94 V-0 pour une épaisseur de 0,8 mm. Cet indice V-0 exige que chaque échantillon s'éteigne en moins de 10 secondes après le retrait du brûleur, sans aucune trace de combustion. Lors de nos tests internes sur 100 échantillons provenant de 10 lots de production, le temps d'extinction moyen était de 3,2 secondes, avec un maximum de 7 secondes. Le matériau PA66 présente également un indice de cheminement comparatif (CTI) de 600 V selon la norme IEC 60112, ce qui signifie que la surface du boîtier peut supporter une tension de cheminement de 600 V sans formation de dépôt de carbone conducteur. Cet indice CTI est essentiel pour les applications sur tableaux de distribution électrique dans des environnements à forte humidité, où la condensation superficielle peut créer un chemin de fuite entre les bornes adjacentes. Notre processus de qualification du PA66 entrant inclut des tests CTI sur trois échantillons par lot, avec une limite de spécification minimale de 575 V. En 2024, un lot a connu une défaillance à 560 V et a été renvoyé au fournisseur.

Le bornier 301-5.0 est disponible en configurations de 2 à 12 pôles. Chaque pôle conserve une intensité nominale de 16 A et 300 V, quelle que soit la configuration. Les borniers multipolaires peuvent être montés côte à côte sur le circuit imprimé pour créer des connexions à grand nombre de pôles. Le pas de 5,0 mm assure la compatibilité avec les grilles d'implantation standard. Pour les cartes de distribution électrique nécessitant plus de 12 pôles, il est recommandé d'utiliser plusieurs borniers en prévoyant un espacement minimal de 2,0 mm entre les borniers adjacents.

Foire aux questions