Ievads: Kāpēc piķis un terminācija nosaka jūsu PCB dizainu

Kad iepirkumu inženieri un PCB dizaineri meklē PCB stiprinājuma spaiļu bloku ražotājs, viņi nemeklē tikai piegādātāju — viņi risina dizaina ierobežojumu, kas atrodas elektriskās veiktspējas, mehāniskās uzticamības un montāžas ekonomikas krustpunktā. Mēs esam pavadījuši vairāk nekā 14 gadus kā PCB stiprinājuma spaiļu bloku ražotājs Ningbo, Ķīnā, un mēs esam redzējuši vienu un to pašu kļūdu atkārtojamies tūkstošiem projektu: inženieri izvēlas spaiļu bloku, pamatojoties tikai uz cenu, tikai lai pēc vairākiem mēnešiem atklātu, ka solis neatbilst plates izkārtojumam vai arī savienojuma metode neatbilst gala lietojumprogrammas vides apstākļiem.

Būsim tieši: divi vissvarīgākie tehniskie lēmumi, izvēloties PCB stiprinājuma spaiļu bloku, ir piķis (attālums starp blakus esošajiem poliem no centra līdz centram) un izbeigšanas metode (kā spaiļu bloks mehāniski un elektriski piestiprinās pie shēmas plates). Šie divi parametri kontrolē visu — strāvas nestspēju, sprieguma izturību, noplūdes ceļu, montāžas procesu, apkopes iespējas uz lauka un kopējās ekspluatācijas izmaksas. Tā kā šīs izvēles ir tik būtiskas, nepareiza to izdarīšana nozīmē shēmas plates pārveidošanu, kas izmaksā daudz vairāk nekā paši spaiļu bloki.

Šajā rakstā mēs izmantojam mūsu ražotnes datus, kas iegūti, ražojot vairāk nekā 50 miljoni PCB spaiļu bloku polu gadā lai salīdzinātu 2,54 mm un 3,96 mm soli, kā arī lodējamo un skrūvveida savienojumu. Mēs sniegsim jums nepieciešamos inženiertehniskos datus, lai jūs varētu pieņemt pareizo lēmumu un, godīgi sakot, izvairītos no galvassāpēm, ar kurām esam saskārušies mūsu klienti, pirms viņi vērsās pie mums.

2,54 mm pret 3,96 mm soli: pilnīgs tehniskais salīdzinājums

PCB stiprinājuma spaiļu bloka solis nav patvaļīgs — jo piķis tieši nosaka sprieguma izturības spēju, izmantojot šļūdes ceļu un klīrensa attālumus, ko nosaka IEC 60947-7-4 un UL 10592,54 mm soļa bloks pēc savas būtības darbojas ar zemāku spriegumu un strāvu nekā līdzvērtīgas konstrukcijas 3,96 mm soļa bloks.

Kāpēc prezentācija ir svarīgāka, nekā jūs domājat

Kad mēs apmācām jaunos lietojumprogrammu inženierus J-Guang, pirmā mācība, ko mēs viņiem sniedzam, ir šāda: Piķis ir pamatierobežojums, kas nosaka katru lejupējo projektēšanas parametru. 0,1 collas (2,54 mm) soļa standarts aizsākās PCB dizaina pirmsākumos un joprojām dominē digitālajā loģikā un mazjaudas signālu lietojumprogrammās. 0,156 collu (3,96 mm) solis parādījās, kad jaudas prasības pieauga, pārsniedzot 2,54 mm drošības līmeni.

Lūk, ko mēs katru dienu mērām savā ražošanas līnijā:

Mēs redzējām, kā vācu rūpnieciskās automatizācijas klients pārgāja no 2,54 mm uz 3,96 mm soli pēc tam, kad viņu UL lauka inspektors prototipā atzīmēja nepietiekamu šļūdes attālumu — izmaiņas, kas viņiem izmaksāja astoņas nedēļas PCB pārveidošanas. Šī pieredze mums iemācīja, un mēs ceram, ka tā iemācīs arī jums: Vispirms norādiet soli, pamatojoties uz sprieguma prasībām, un tikai pēc tam uz plates atstarpi.

Kad izvēlēties 2,54 mm soli

2,54 mm solis ir pareizā izvēle, ja plates platība ir ierobežota un strāvas/sprieguma prasības ir nelielas., jo kompaktais izmērs nodrošina lielāku polu blīvumu uz PCB, neupurējot minimālo līnijas platumu, kas nepieciešams signāla integritātei.

Mēs iesakām 2,54 mm soli:

• IoT sensoru mezgli un perifērijas ierīces — kur dominē 3,3 V vai 5 V loģiskā līmeņa signāli un 6 A strāva ērti nosedz visu plates enerģijas budžetu.
• Sadzīves elektronika ar noslēgtiem korpusiem — kur lauka elektroinstalācijas izmaiņas ir retas un mazāks spaiļu bloks samazina kopējo produkta izmēru, kas tieši samazina korpusa iesmidzināšanas formēšanas instrumentu izmaksas.
• LED apgaismojuma draiveri — kur 12–24 V līdzstrāvas jauda ar strāvu zem 5 A ir norma, un kompakts korpuss ir konkurētspējīgs diferenciators.
• Testēšanas un mērīšanas instrumenti — kur augsta blīvuma signāla I/O ir nepieciešams vairāku spaiļu bloku novietojums blakus uz vienas plates malas.

Mūsu rūpnīcā JG128-2.54 sērijas ražošanas apjomi pārsniedz 2 miljonus polu mēnesī tieši šiem pielietojumiem. 5,0 mm PCB skrūvju spaiļu bloku produktu līnija parāda, kā 2,54 mm soļa saime dabiski paplašinās uz augstāka soļa variantiem, kad dizaineriem ir jāpalielina strāvas jauda.

Kad izvēlēties 3,96 mm soli

3,96 mm solis kļūst nepieciešams, ja lietojumprogrammai ir nepieciešama jaudas sadale ar 24 V līdzstrāvu vai augstāku spriegumu vai ja spaiļu blokam ir jāiztur rūpnieciska līmeņa vibrācijas un temperatūras svārstības bez savienojuma degradācijas.

Mēs iesakām 3,96 mm soli:

• Industriālie PLC un motora vadības I/O moduļi — kur standarta aprīkojums ir 24 V līdzstrāvas vadības signāli ar 8–12 A strāvu un lauka elektroinstalāciju regulāri apstrādā apkopes tehniķi, valkājot cimdus.
• HVAC iekārtu kontrolieri — kur kompresora un ventilatora motora vadības līnijās ir induktīvas slodzes, kas rada sprieguma lēcienus, kas pārsniedz nominālās vērtības.
• Barošanas bloki un akumulatoru pārvaldības sistēmas — kur augstāka strāvas stipruma dēļ nav nepieciešams izmantot paralēlos vadītājus un tiek vienkāršots materiālu saraksts.
• Atjaunojamās enerģijas invertori un uzlādes kontrolieri — ja atrašanās ārpus telpām nozīmē, ka spaiļu blokam ir jāuztur elektriskā atstarpe pat putekļu uzkrāšanās un mitruma svārstību gadījumā.

Lodēšanas un skrūvju savienojuma termināļi: ražošanas līmeņa perspektīva

Otrais specifikācijas lēmuma aspekts — un tas, par kuru saņemam visvairāk tehnisko jautājumu — ir tas, vai PCB stiprinājuma spaiļu blokam izvēlēties lodēšanas vai skrūvju savienojumu. Šī izvēle nav par to, kura metode ir "labāka" — jo abi ir optimizēti principiāli atšķirīgām montāžas un apkalpošanas paradigmāmpareizā izvēle ir pilnībā atkarīga no tā, kā gala produkts tiks ražots, uzstādīts un uzturēts tā kalpošanas laikā.

Lodēšanas izbeigšana: kas tas ir un kad tas uzvar

Lodēšanas savienojums nozīmē, ka spaiļu bloka tapas tiek ievietotas caur pārklātiem caurumiem PCB platē un pastāvīgi savienotas, izmantojot izkausētu lodmetālu — parasti viļņu lodēšanas vai selektīvās lodēšanas procesā. Tas rada metalurģisku saiti starp tapu un PCB kontaktligzdu, kas, pareizi izpildīts, nodrošina kontakta pretestību zem 1 milioma un iztur vairāk nekā 2000 termiskos ciklus no -40°C līdz +105°C bez izmērāmas degradācijas., pamatojoties uz mūsu iekšējiem paātrinātās dzīves cikla testēšanas datiem.

Lodēšanas terminācijas priekšrocības

• Pastāvīgs, gāzi necaurlaidīgs savienojums — lodēšanas sakausējums veido starpmetālisku savienojumu gan ar vara paliktni, gan misiņa tapu, novēršot oksidēšanos saskarnē.
• Izcila vibrācijas izturība — tā kā nav mehānisku skavas saskarņu, ko atskrūvēt, lodējuma savienojumi iztur IEC 61373 dzelzceļa vibrācijas profilus, tāpēc skrūvju savienojumi bieži vien sabojājas bez vītņu fiksācijas masas.
• Zemākas izmaksas par vienību — skrūves, stiepļu būra un vītņota ieliktņa likvidēšana samazina materiālu izmaksas par aptuveni 30–40 % komponentu līmenī.
• Lielāks polu blīvums — tā kā skrūves galva neaizņem vietu plates, lodējamie spaiļu bloki nodrošina mazāku atstarpi starp poliem un tos var novietot tuvāk plates malām.

Lodēšanas terminācijas trūkumi

• Nav iespējama atkārtota vadu savienošana ar lauku — katra vada maiņa prasa atlodēšanu un atkārtotu lodēšanu, kas ir nepraktiski izstrādājumiem, kurus apkalpo uz vietas.
• Procesa vadības atkarība — auksti lodēti savienojumi, nepietiekama caurumu aizpildīšana un lodējuma pārtīšana ir reāli atteices veidi, kam nepieciešama disciplinēta procesa kontrole un pārbaude. IPC-A-610 2. vai 3. klases pieņemšanas kritēriji.
• Termiskā spriedze uz PCB — katrs lodēšanas cikls pakļauj plati 250–260 °C temperatūrai, un atkārtoti pārstrādes cikli var noārdīt FR-4 substrātus, ja iedarbības laiks netiek rūpīgi kontrolēts.

Skrūvju izbeigšana: kas tas ir un kad tas uzvar

Skrūvju savienošanai tiek izmantots vītņots metāla ieliktnis, kas ieliets spaiļu bloka korpusā. Noņemto vadu ievieto spaiļu atverē, un pievelk fiksētu skrūvi, lai nostiprinātu vadu pret metāla kontakta korpusu — savienojuma vada pusei nav nepieciešams lodēt pie shēmas plates. PCB puses tapas joprojām ir pielodētas, bet vada ieejas puse ir pilnībā mehāniska.

Mēs patiesi dodam priekšroku skrūvju savienojumam lielākajai daļai rūpniecisko pielietojumu, ko atbalstām. Iemesls ir praktisks: kad PLC I/O modulis sabojājas plkst. 3:00 no rīta Štutgartes rūpnīcā, apkopes tehniķim nav lodāmura, bet viņam ir plakans skrūvgriezis. Saskaņā ar nozares aptaujām, dīkstāves izmaksas diskrētajā ražošanā vidēji ir 260 000 USD stundā. Siemens, tāpēc iespēja nomainīt vadu sekundēs, nevis minūtēs, tieši nozīmē ekspluatācijas ietaupījumu, kas atsver skrūvju savienojuma izmaksu piemaksu 0,05–0,10 USD par polu.

Skrūvju savienojuma priekšrocības

• Bezinstrumentu vai viena instrumenta lauka elektroinstalācija — vienīgais nepieciešamais instruments ir standarta plakangalvas vai krustveida skrūvgriezis, padarot skrūvju spaiļu blokus par universālu izvēli iekārtām, kuras apkalpo uz vietas.
• Nav termiskā sprieguma elektroinstalācijas laikā — PCB uzstādīšanas laikā netiek pakļauta lodēšanas karstumam, tādējādi novēršot kontaktdakšu pacelšanās vai substrāta bojājumu risku atkārtotas pārstrādes rezultātā.
• Savienojuma vizuāla pārbaude — tehniķi var redzēt, vai vads ir pilnībā ievietots un skrūve ir pievilkta, atšķirībā no lodējuma, kura kvalitāte ir paslēpta zem virsmas.
• Savietojamība ar cietu un daudzdzīslu vadu — skrūvju spailes ir saderīgas ar abiem vadu veidiem, neradot problēmas ar dzijas uzkrāšanos un trauslumu, kas apgrūtina daudzdzīslu vadu lodēšanu.

Skrūvju savienojuma trūkumi

• Griezes momenta atkarība — nepietiekama pievilkšana rada augstu kontakta pretestību un neregulārus savienojumus; pārāk liela pievilkšana var sabojāt vītnes vai saspiest vadu. IEC 60947-7-4 Standarts nosaka griezes momenta diapazonu 0,4–0,5 N·m M2,5 skrūvēm, un mēs pārbaudām griezes momenta atbilstību 100 % ražošanas partiju.
• Periodiska atkārtotas pievilkšanas prasība — vidē ar augstu vibrāciju, piemēram, dzelzceļa ritošajā sastāvā vai smagajā mašīnā, skrūvju spailes var būt nepieciešams atkārtoti pievilkt plānotajos apkopes intervālos, kas palielina kopējās ekspluatācijas izmaksas.
• Lielāka fiziskā aploksne — skrūvmehānisms aizņem aptuveni par 40 % lielāku tilpumu nekā līdzvērtīgs lodējams spaiļu bloks, kas ir svarīgi īpaši kompaktos dizainos.

Mūsu klientiem, kas izvērtē šo kompromisu, mēs piedāvājam detalizētu salīdzinājumu mūsu produktu dokumentācijā. PCB skrūvju spaiļu bloks 301. sērija, kas ir mūsu vislielākajā apjomā ražotā skrūvju savienojumu produktu līnija un demonstrē precīzus elektriskos un mehāniskos parametrus, ko esam apstiprinājuši, veicot trešo pušu testus.

Lēmumu matrica: kura kombinācija ir piemērota jūsu pieteikumam?

Lai šo analīzi kristalizētu un izveidotu rīcības plānu lēmumu pieņemšanai, mēs, pamatojoties uz 14 gadu pieredzi lietojumprogrammu izstrādē un vairāk nekā 500 klientu projektu pārskatiem, esam izveidojuši šādu matricu. Izmantojiet to kā sākumpunktu, taču sazinieties ar mūsu inženieru komandu, ja jūsu lietojumprogramma aptver vairākas kategorijas.

Ražošanas kvalitāte: ko pieprasīt no jūsu PCB stiprinājuma spaiļu bloku ražotāja

Ne visi PCB stiprinājuma spaiļu bloku ražotāji darbojas vienādā kvalitātes līmenī — un tā kā spaiļu bloki ir drošībai kritiski svarīgi komponenti, kuru atteice var izraisīt ugunsgrēku, iekārtu bojājumus vai personāla traumas, ražotāja kvalitātes sistēma ir vismaz tikpat svarīga kā produkta specifikācija.

Lūk, kas, mūsuprāt, katram pircējam jāpārbauda pirms pasūtījuma veikšanas pie jebkura PCB stiprinājuma spaiļu bloku ražotāja:

1. Izejvielu izsekojamība

Uzņēmumā J-Guang mēs saglabājam partijas līmeņa izsekojamību, sākot no sveķu piegādātāja (mēs izmantojam tikai Dupont un BASF markas) līdz pat gatavam spaiļu blokam, un mēs nodrošinām materiālu sertifikātus katrai piegādei.

2. Kontakta pārklājuma biezums

Misiņa kontaktu niķeļa pārklājums kalpo gan kā korozijas barjera, gan kā nodilumizturīga virsma. Apšuvuma biezums, kas mazāks par 2 μm, nenodrošina pietiekamu aizsardzību pret 96 stundu sālsūdens izsmidzināšanas testu saskaņā ar IEC 60068-2-11., kas simulē piekrastes un augsta mitruma izvietošanas vidi. Mēs veicam XRF testu ar apšuvuma biezumu katrā ražošanas maiņā un publicējam rezultātus mūsu partijas pārbaudes ziņojumos — ko mūsu cenu segmentā ir gatavi darīt tikai daži ražotāji.

3. 100% elektriskā pārbaude

Pirms iepakošanas katra mūsu piegādātā spaiļu bloka katrs pols tiek pakļauts 100 % nepārtrauktības un hipotensijas pārbaudei ar 1,5 × nominālo spriegumu. Tā kā viena periodiska savienojuma izmaksas klienta gatavajā produktā ievērojami pārsniedz visaptverošas testēšanas izmaksas, mēs esam ieguldījuši automatizētā testa iekārtā, kas secīgi pārbauda katru polu uz katra spaiļu bloka mazāk nekā trīs sekundēs. Ja pērkat no ražotāja, kas veic tikai statistisko izlasi, pajautājiet sev, vai lauka kļūmes risks ir ietaupīto santīmu vērts.

4. Izmēru stabilitāte

Stienis pielaidei ir kritiski svarīga automatizētā PCB montāžā. Mūsu tapas pozīcijas pielaide ir ±0,05 mm attiecībā pret korpusa atskaites punktu. jo tapas nobīde 0,15 mm vai vairāk izraisīs ievietošanas kļūmi automatizētās “pack-and-place” un viļņu lodēšanas līnijās, kas noved pie ražošanas līniju apstāšanās, kuras PCB montētājiem izmaksā simtiem dolāru stundā. Mēs pārbaudām šo pielaidi ar koordinātu mērīšanas iekārtu (CMM) katrā veidnes maiņā un katru stundu ražošanas laikā.

Secinājums: sāciet ar lietojumprogrammu, nevis specifikāciju

Ja mēs varētu jūs atstāt ar vienu secinājumu no mūsu 14 gadu darbības laika PCB stiprinājuma spaiļu bloku ražotājs, tas būtu šāds: Vislabākā spaiļu bloka specifikācija ir tā, kas atbilst faktiskajiem lietošanas apstākļiem, nevis tā, kas vislabāk izskatās datu lapas salīdzinājumā. Esam redzējuši, kā inženieri pārāk augstu specifikē 3,96 mm skrūvju spaiļu blokus 5 V sensoru mezglam, izšķērdējot plates vietu un budžetu, un esam redzējuši, kā tikpat talantīgi inženieri nepietiekami specifikē 2,54 mm lodēšanas blokus 24 V motora kontrolierim, radot latentu lauka kļūmi, kas parādījās 18 mēnešus pēc ieviešanas.

Mūsu padoms ir vienkāršs. Pirms kataloga atvēršanas vai cenu piedāvājuma pieprasījuma nosūtīšanas pārbaudiet savas lietojumprogrammas faktiskās sprieguma, strāvas, vides un apkopes prasības. Pēc tam atrodiet PCB stiprinājuma spaiļu bloku ražotājs kurš tev uzdos tos pašus jautājumus — jo ražotājam, kurš nejautā par jūsu lietojumprogrammu, ir vienalga, vai viņu produkts tajā darbojas.

Uzņēmumā Ningbo J-Guang Electronics mēs ražojam visas šajā rakstā apspriestās soļu un savienojumu kombinācijas zem viena jumta, ar vienu kvalitātes sistēmu un ar vienu atbildības standartu. Neatkarīgi no tā, vai jums ir nepieciešami 2,54 mm lodējamie spaiļu bloki patērētājiem valkājamām ierīcēm vai 3,96 mm skrūvju spaiļu bloki rūpnīcas automatizācijas kontrolierim, mums ir instrumenti, testēšanas infrastruktūra un lietojumprogrammu pieredze, lai atbalstītu jūsu projektu no prototipa līdz masveida ražošanai.