私はターミナルブロックの仕様とサポートを担当しています ジェイグアンそして私は、301-5.0ネジ端子台を配電基板に組み込む設計エンジニアからのPCBレイアウトに関する質問に、かなりの時間を費やしています。私が受ける質問は、端子台の仕様そのものに関するものではありません。仕様はデータシートに記載されています。質問の焦点は機械的な統合に関するもので、隣接する端子台をどれだけ近づけて配置できるか、どのドリルサイズが最高の半田接合信頼性を提供するか、PA66ハウジングが260℃のウェーブ半田浴に8秒間浸されるとどうなるか、といったことです。この記事では、2023年から2025年にかけて実施した12回の顧客認定試験から得られた回答をまとめています。

PCBのフットプリント寸法：データシートに記載されている寸法と、実際の生産における寸法との違い

301-5.0 は 5.0 mm のピンピッチを使用しており、これはこのクラスの標準です。 端子台ピンの寸法は、錫メッキを施した1.0 x 1.2 mmの長方形真鍮です。推奨されるPCBの穴のサイズは、仕上がり直径1.3～1.5 mmです。これは、ウェーブはんだ付け中にピンが自己センタリングできるほど広く、かつ毛細管現象によって穴を通してはんだが引き込まれるほど狭いサイズです。500個のサンプルで行ったはんだ接合部の信頼性テストでは、1.4 mmの穴が平均引張力35 N（最小値28 N）で最高値を示しました。1.6 mmの穴では、毛細管ギャップが広すぎてはんだが均一に充填されなかったため、平均引張力が29 Nに低下しました。

データシートには記載されていませんが、製造において重要な点が1つあります。それは、ピンと穴のクリアランスが基板の厚さによって変化するということです。標準的な1.6 mm厚のFR-4基板では、1.4 mmの穴に1.2 mmのピンを使用することで、直径方向のクリアランスが0.2 mmとなり、これが最適値となります。一方、高電流用途向けの2.4 mm厚の基板では、同じクリアランスでも問題ありませんが、穴を完全に埋めるためには、ウェーブはんだ付けの保持時間を3秒から5秒に延長する必要があります。弊社では、基板の厚さに応じた推奨ウェーブはんだ付けパラメータを、初回のお客様には必ずお送りしています。

プリント基板上の端子ブロック周辺の機械的クリアランス

301-5.0は、基板表面から筐体上部までの高さが10.0mmです。 クランプネジは上からドライバーでアクセスする必要があります。ネジ溝はハウジング内に2.5mm埋め込まれています。手動配線の場合、標準的な3.0mmのマイナスドライバーを15度の角度で挿入できるように、PCB上に最低15mmのクリアランスが必要です。生産工程で自動ねじ締めを行う場合は、ドライバービットホルダーを収容するために、クリアランス要件は20mmに増加します。

隣接する端子台間では、ハウジングの端から次の部品までの最小クリアランスを 2.0 mm にすることをお勧めします。ハウジングは極位置ごとに 8.5 mm の幅があるため、ピッチが 5.0 mm の場合、隣接するハウジング壁間のギャップは 8.5 - 5.0 = 3.5 mm になります。この 3.5 mm のギャップはほとんどの製造環境では十分ですが、基板がコンフォーマルコーティングを通す場合は、コーティング塗布ノズルには通常 5.0 mm のクリアランスが必要です。ある顧客は、選択的コーティングロボットが 3.5 mm 間隔でハウジング壁に当たっていることに気づき、コーティングパスで 10 mm ピッチを作成するために極を 1 つおきに実装し、スキップした位置を手動で実装しました。

はんだ接合部の信頼性：ウェーブはんだのパラメータと引張試験データ

301-5.0ハウジングはUL94 V-0規格に適合したPA66で成形されており、ウェーブはんだ付けに耐えるように設計されています。当社が承認したウェーブはんだ付けプロファイルは、100～120℃で60～90秒間予熱、はんだ付けピーク温度255～260℃、保持時間1.6mm基板の場合は3～5秒、2.4mm基板の場合は5～7秒です。2024年にこのプロファイルで500個のサンプルをテストしましたが、ハウジングの変形はゼロでした。

はんだ接合部の引張試験は、生産ラインの検証に推奨する品質管理方法です。はんだ付け後に端子台本体を垂直に引っ張るフック治具付きの力計を使用します。500サンプルのデータでは、平均引張力は35 N、最小値は28 N、標準偏差は3.2 Nでした。生産においては、Cpk目標値を1.33、下限仕様値を25 Nとすることを推奨します。つまり、4,000個のはんだ接合部のうち、引張力が25 Nを下回る不良は1個以下でなければなりません。引張力が25 Nを下回る主な要因は、はんだ充填量が不十分であることで、その根本原因は2つあることが分かりました。1つはPCBの穴径が1.55 mmを超えていること、もう1つはスプレーノズルの詰まりによりウェーブはんだフラックス塗布量が基板1枚あたり0.3 mLを下回っていることです。

熱管理：高温環境下における電流容量

301-5.0 の定格電流 16A は、周囲温度 25℃ で全極に同時に負荷がかかった状態です。電流のディレーティングは周囲温度 40℃ から始まります。社内の熱画像テストにより、40℃ を超える 10℃ ごとに連続電流容量が 4% 減少することが測定されました。周囲温度 70℃ では、連続電流定格は 14.0A に低下します。制限要因は真鍮ピンやネジクランプではなく、ワイヤとピンのインターフェースで発生する熱です。当社の生産テストでは、このインターフェースの接触抵抗は極あたり 2.0～3.5 mΩ と測定されています。16A では、各極は約 0.45W を放散します。12 極ブロックが極あたり 16A で完全に負荷されている場合、総放熱量は 5.4W で、PCB 上の 60 x 10 mm の領域に集中します。適切な銅平面放熱が行われていない場合、端子台下のプリント基板の温度は周囲温度より25～35℃上昇する可能性があります。

解決策は簡単だ。 スルーホールパッドを、PCB上の各極につき少なくとも50mm²の銅面積に接続します。35 µm 以上の銅を使用する場合。各極が 50 mm² の銅で接続された 12 極ブロックでは、16A の連続負荷時における PCB の温度上昇はわずか 12 °C であり、銅プレーン接続がない場合の 30 °C と比較して低い値を示します。

組み立て後の高電圧試験：AC 2000V定格が生産において意味すること

301-5.0 は、隣接する極間の耐電圧が毎分 2000 V AC であると規定されています。これは、組み立てられた PCB ではなく、端子台単体に対する型式試験条件です。端子台が基板にウェーブはんだ付けされた後は、高電圧試験では、PCB 材料 (FR-4 は通常 40 kV/mm の耐​​電圧を持ち、1.6 mm では 64 kV の絶縁耐力が得られます)、はんだ接合部の形状、および基板表面のフラックス残留物を考慮する必要があります。当社の経験では、1,500 V AC での生産高電圧試験での不合格は、端子台自体ではなく、隣接するピンのはんだ接合部間のフラックス残留物のブリッジングが原因であることがほとんどです。IPC J-STD-001 に従って、85℃、相対湿度 85% で表面絶縁抵抗が最低 10¹¹ Ω の無洗浄フラックスを指定し、高電圧試験の前にピン間表面の目視検査を要求することをお勧めします。

IEC 60601 に準拠した医療用電源など、強化絶縁を必要とする用途では、5.0 mm のピンピッチにより、隣接する極間 (はんだ接合部でのピン端からピン端まで) の沿面距離が 4.0 mm 確保されます。これは、IEC 60947-7-4 に準拠した汚染度 2、動作電圧 250V に十分対応できます。動作電圧 300V の場合、必要な沿面距離は 5.0 mm であるため、10.0 mm のピッチを実現するには、ピンを 1 つおきに実装しない必要があります。

製造工程検査および品質管理テストは、すべてのバッチに対して実施しています。

301-5.0端子台は、出荷前に当社の施設で4つの必須品質管理テストを受けます。1つ目はトルクテストです。校正済みのトルクドライバーを使用してクランプネジに0.4 Nmのトルクをかけ、ネジが360度自由に回転し、引っかかりがないことを確認します。2つ目はワイヤ引張テストです。14 AWGワイヤを0.4 Nmでクランプし、50 Nで10秒間引っ張ります。ワイヤは動いてはいけません。3つ目は、10,000個あたり5サンプルの塩水噴霧テストです。IEC 60068-2-11に従って、35℃の5% NaCl溶液に48時間浸漬し、真鍮ピンや錫メッキネジに目に見える腐食がないことを確認します。4つ目は、IEC 60947-7-4に従って、ピン間隔、ハウジング幅、高さを±0.01 mmの精度を持つ画像測定システムを使用して寸法検査します。

2024年には、このプロトコルに基づいて47の生産バッチを検査し、3つのバッチを不合格としました。1つは、単一の自動組立ステーションでのトルク測定値が再現性に欠けていたため、1つは、保管中に吸湿したことを示す曇りが見られたPA66ペレットのバッチのため、そしてもう1つは、摩耗したプレス金型が原因でピンの高さに寸法誤差が生じたためです。これら3つの問題はすべて、次の生産バッチの前に修正されました。

トルク試験および接続信頼性データ

301-5.0の締め付けねじは、亜鉛メッキ仕上げのM2.6鋼製です。生産時のトルク試験では、0.4 Nmのトルクをかけ、ねじが360度自由に回転し、固着しないこと、締め付け圧力がワイヤ上で最低20 Nに達すること、ねじ頭が破損しないことの3つの条件を確認しています。2024年に47バッチから得られたデータでは、平均動作トルクは0.38 Nm、標準偏差は0.03 Nmでした。0.4 Nmの限界値で不良となったサンプルはありませんでした。

月間5,000個を超える定期注文の場合、毎月10個のサンプルに対して、-40℃から+110℃まで500サイクルの熱サイクル試験を実施します。PA66ハウジングの熱膨張係数は80 x 10⁻⁶ /℃であるのに対し、真鍮ピンの熱膨張係数は17 x 10⁻⁶ /℃です。-40℃での熱膨張差により、設計許容値0.05 mm内に0.02 mmの隙間が生じます。国際電気安全規格は、 IEC2024年のデータでは、500サイクル後の平均クランプ力変化は6.2%でした。

ご覧ください 端子台の全製品ラインナップ そして 会社概要安全基準は IEC。

絶縁抵抗および誘電率試験データ

301-5.0 端子台の隣接極間の絶縁抵抗は、IEC 60512-3-1 に従って DC 500V でテストされます。2024 年に 12 バッチにわたる 1,200 サンプルの生産テストでは、記録された最小絶縁抵抗は 5,200 MΩ、バッチ平均は 8,700 MΩ でした。PA66 材料のデータでは、23 °C、50% RH での体積抵抗率は 10¹⁵ Ω・cm ですが、組み立てられた端子台の実際の絶縁抵抗は、製造プロセスによる表面汚染によって低下します。射出成形のバリ (金型のパーティング ラインにある微細な PA66 材料の突起) により、隣接極間の沿面距離が最悪の場合、設計値の 4.0 mm から 3.2 mm に低下する可能性があることがわかりました。当社では、5万サイクルごとにパーティングラインを研磨する金型メンテナンス手順を導入し、バリの高さを0.08mmから0.02mm以下に低減することに成功しました。

IEC 60947-7-4 に基づく毎分 2000 V の交流電圧での絶縁耐圧試験では、絶縁破壊やフラッシュオーバーが発生しないことが求められます。当社の試験では、301-5.0 構成における隣接極間の絶縁破壊電圧は通常 AC 3,800～4,200 V であり、定格耐圧の約 2 倍の安全マージンが確保されています。制限要因は、絶縁耐力が 25 kV/mm の PA66 ハウジングではなく、基板表面レベルの 2 つの真鍮ピン間の沿面距離です。これは、はんだフィレットによって実効距離が短くなるためです。

ビュー 端子台の全製品ラインナップ そして 資格認定基準 IEC。

自動基板組立機との半田付け互換性

301-5.0 端子台はウェーブはんだ付け用に設計されていますが、選択はんだ付けや手はんだ付けにも対応しています。1.6 mm FR-4 基板へのウェーブはんだ付けの場合、推奨パラメータは、100～120℃で60～90秒間予熱、はんだ温度255～260℃、保持時間3～5秒です。シングルノズルによる選択はんだ付けの場合、適切なはんだ充填を確保するため、ピンごとに推奨保持時間を6～8秒に増やします。PA66 ハウジングは、ピンごとに合計10秒間、260℃に耐えることができ、これはすべての標準的なはんだ付けプロセスに十分です。手はんだ付けの場合は、2.0 mm チップの 350～380℃のはんだごてを使用し、ピンごとに接触時間を3秒に制限し、ハウジング内の熱蓄積を防ぐためにピン間で10秒間の冷却時間を設けてください。年間10,000個を超える大量生産用途には、ウェーブはんだ付け前にPCB上に自動配置できる301-5.0端子台用のテープアンドリール包装をお勧めします。当社のテープアンドリールは、1リールあたり500個の端子台を収納でき、ブロック間のピッチは12.7mmです。配置機は、真空ノズルを使用してハウジング本体から各ブロックをピックアップし、PCB上に配置します。はんだペースト中のピンの保持力により、ウェーブはんだ付けステーションへの搬送中、ブロックは所定の位置に保持されます。推奨されるピックアンドプレース力は5～8Nで、ピンを曲げることなくペーストを通して押し込むのに十分な力です。

材料選定および燃焼性評価への準拠

301-5.0 の筐体は、厚さ 0.8 mm で UL94 V-0 の難燃性等級を持つ PA66 (ナイロン 66) から射出成形されています。V-0 等級では、バーナーを取り外した後、各サンプルが 10 秒以内に消火し、燃焼滴が残らないことが求められます。10 ロットの 100 サンプルを社内でテストしたところ、平均消火時間は 3.2 秒、最大消火時間は 7 秒でした。PA66 材料は、IEC 60112 に基づく比較トラッキング インデックス (CTI) が 600V であり、筐体表面が導電性のカーボン パスを形成することなく 600V のトラッキング電圧に耐えられることを意味します。CTI 等級は、表面の結露によって隣接する端子間に漏洩経路が発生する可能性がある高湿度環境の配電盤アプリケーションにとって重要です。当社では、入荷した PA66 材料の認定に、バッチごとに 3 つのサンプルに対する CTI テストを実施しており、仕様限界は最小 575V です。 2024年には、あるロットが560Vで故障し、供給業者に返品された。

301-5.0端子台は、1ブロックあたり2極から12極までの構成で提供されます。各極は、総極数に関わらず、16A 300Vの定格電流を維持します。マルチポールブロックは、PCB上に並べて配置することで、より多くの極数の接続を実現できます。また、5.0mmピッチにより、標準的なPCBレイアウトグリッドとの互換性が確保されています。12極を超える電源分配基板の場合は、隣接するブロックハウジング間の最小クリアランスを2.0mmとして、複数のブロックを使用することをお勧めします。

よくある質問