Я занимаюсь разработкой спецификаций и технической поддержкой клеммных блоков в компании [название компании]. Дж-ГУАНЗначительную часть своего времени я посвящаю ответам на вопросы инженеров-проектировщиков по компоновке печатных плат, интегрирующих наши винтовые клеммные колодки 301-5.0 в платы распределения питания. Вопросы, которые мне задают, касаются не самих характеристик клеммных колодок — они указаны в техническом описании. Они касаются механической интеграции: насколько близко можно разместить соседние колодки, какой размер сверла обеспечивает наилучшую надежность паяного соединения и что происходит с корпусом из PA66, когда он проходит через ванну с припоем при температуре 260°C в течение 8 секунд. В этой статье собраны ответы, которые я получил в ходе 12 партий испытаний, проведенных заказчиками в период с 2023 по 2025 год.

Размеры контактных площадок на печатной плате: что указано в техническом описании и что работает в производстве.

В модели 301-5.0 используется шаг контактов 5,0 мм, что является стандартом для этого класса устройств. клеммная колодкаРазмеры штифта: прямоугольный латунный штырь размером 1,0 x 1,2 мм с оловянным покрытием. Рекомендуемый размер отверстия на печатной плате составляет 1,3-1,5 мм в готовом виде — достаточно широкий, чтобы штырь мог самоцентрироваться во время волновой пайки, но достаточно узкий, чтобы обеспечить капиллярное действие, протягивающее припой через отверстие. В ходе наших испытаний на надежность паяных соединений на 500 образцах отверстия диаметром 1,4 мм обеспечивали наибольшую среднюю силу натяжения — 35 Н с минимумом 28 Н. Отверстия диаметром 1,6 мм снижали среднюю силу натяжения до 29 Н, поскольку капиллярный зазор был слишком большим для равномерного заполнения припоем.

Одна деталь, которая не указана в технической документации, но имеет значение в производстве: зазор между выводами и отверстиями изменяется в зависимости от толщины печатной платы. На стандартной плате FR-4 толщиной 1,6 мм отверстие диаметром 1,4 мм с выводом диаметром 1,2 мм обеспечивает диаметральный зазор 0,2 мм, что является оптимальным. На плате толщиной 2,4 мм для сильноточных применений тот же зазор по-прежнему подходит, но время выдержки при волновой пайке должно увеличиться с 3 секунд до 5 секунд, чтобы обеспечить полное заполнение отверстий. У нас есть набор рекомендуемых параметров волновой пайки в зависимости от толщины платы, который я высылаю каждому новому клиенту.

Механический зазор вокруг клеммной колодки на печатной плате.

Высота платы 301-5.0 от поверхности печатной платы до верхней части корпуса составляет 10,0 мм. Для затяжки зажимного винта необходим доступ отверткой сверху.При этом паз для винта утоплен на 2,5 мм в корпус. Для ручной проводки это означает минимальный зазор в 15 мм над печатной платой для размещения стандартной плоской отвертки диаметром 3,0 мм под углом 15 градусов. Для автоматизированной завинчивания в производстве требуемый зазор увеличивается до 20 мм для размещения держателя бит отвертки.

Между соседними клеммными колодками я рекомендую минимальный зазор 2,0 мм от края корпуса до следующего компонента. Ширина корпуса составляет 8,5 мм на каждый полюс, поэтому при шаге 5,0 мм зазор между соседними стенками корпуса составляет 8,5 - 5,0 = 3,5 мм. Зазора в 3,5 мм достаточно для большинства производственных условий, но если плата проходит через конформное покрытие, сопло аппликатора покрытия обычно требует зазора в 5,0 мм. У нас был один клиент, который обнаружил, что его робот для селективного нанесения покрытия задевает стенки корпуса с шагом 3,5 мм — они перешли на установку компонентов через каждый полюс, чтобы создать шаг 10 мм при нанесении покрытия, а затем вручную устанавливали компоненты в пропущенные позиции.

Надежность паяных соединений: параметры волновой пайки и данные испытаний на отрыв.

Корпус 301-5.0 изготовлен из полиамида PA66 с рейтингом UL94 V-0 и предназначен для пайки волновым методом. Наш утвержденный профиль пайки волновым методом: предварительный нагрев 100-120°C в течение 60-90 секунд, пиковая температура припоя 255-260°C, время выдержки 3-5 секунд для плат толщиной 1,6 мм и 5-7 секунд для плат толщиной 2,4 мм. В 2024 году мы протестировали 500 образцов, используя этот профиль, и не обнаружили никаких деформаций корпуса.

Тест на отрыв паяного соединения — это рекомендуемый нами метод контроля качества для проверки производственной линии. Мы используем динамометр с крючкообразным креплением, который вертикально тянет корпус клеммной колодки после пайки. Наши данные по 500 образцам: среднее усилие отрыва 35 Н, минимальное 28 Н, стандартное отклонение 3,2 Н. Для производства я рекомендую целевой показатель Cpk 1,33 с нижним пределом спецификации 25 Н — это означает, что не более 1 паяного соединения из 4000 должно выйти из строя при усилии отрыва ниже 25 Н. Основным фактором, снижающим усилие отрыва ниже 25 Н, является недостаточный объем заполнения припоем, который, как мы выяснили, обусловлен двумя основными причинами: диаметром отверстий на печатной плате, превышающим 1,55 мм, и снижением скорости нанесения флюса для волновой пайки ниже 0,3 мл на плату из-за засорения распылительных форсунок.

Терморегулирование: Текущая производительность при повышенных температурах окружающей среды

Номинальный ток 16 А для 301-5.0 рассчитан при температуре окружающей среды 25°C при одновременной нагрузке всех полюсов. Снижение номинального тока начинается при температуре окружающей среды 40°C: мы измерили снижение номинальной токовой нагрузки на 4% на каждые 10°C выше 40°C с помощью собственных испытаний с использованием тепловизора. При температуре окружающей среды 70°C номинальный номинальной токовой нагрузки падает до 14,0 А. Ограничивающим фактором является не латунный штырь или винтовой зажим, а тепло, выделяемое в месте соединения провода и штыря, измеренное контактное сопротивление которого в наших производственных испытаниях составляет 2,0-3,5 мОм на полюс. При токе 16 А каждый полюс рассеивает приблизительно 0,45 Вт. В 12-полюсном блоке, полностью нагруженном при токе 16 А на полюс, общее тепловыделение составляет 5,4 Вт, сконцентрированное в области 60 x 10 мм на печатной плате. Без надлежащего теплоотвода из медной пленки температура печатной платы под клеммной колодкой может повыситься на 25-35°C по сравнению с температурой окружающей среды.

Решение простое: Подключите контактные площадки для сквозных отверстий к медной поверхности площадью не менее 50 мм² на каждом полюсе печатной платы.При использовании меди толщиной 35 мкм или более, 12-полюсный блок, каждый полюс которого подключен к медному проводу сечением 50 мм², демонстрирует повышение температуры печатной платы всего на 12 °C при непрерывной нагрузке 16 А, по сравнению с 30 °C при отсутствии плоскостного медного соединения.

Высоковольтные испытания после сборки: что означает номинальное напряжение 2000 В переменного тока в производстве.

В спецификации 301-5.0 указано выдерживаемое напряжение переменного тока 2000 В в минуту между соседними полюсами. Это условие типовых испытаний только клеммной колодки, а не собранной печатной платы. После того, как колодка припаяна волной к плате, при высоковольтном испытании необходимо учитывать материал печатной платы (FR-4 обычно выдерживает 40 кВ/мм, поэтому 1,6 мм обеспечивает диэлектрическую прочность 64 кВ), профиль паяного соединения и любые остатки флюса на поверхности платы. По нашему опыту, неудачи при высоковольтном испытании в производственных условиях при напряжении 1500 В переменного тока почти всегда вызваны образованием мостиков из остатков флюса между соседними паяными соединениями контактов, а не самой клеммной колодкой. Мы рекомендуем использовать несмываемый флюс с сопротивлением поверхностной изоляции не менее 10¹¹ Ом при 85°C и 85% относительной влажности в соответствии с IPC J-STD-001 и требовать визуального осмотра поверхностей между контактами перед высоковольтным испытанием.

Для применений, требующих усиленной изоляции, например, медицинских источников питания согласно IEC 60601, шаг контактов 5,0 мм обеспечивает расстояние утечки 4,0 мм между соседними полюсами (от края контакта до края контакта в месте пайки). Этого достаточно для рабочего напряжения 250 В со степенью загрязнения 2 согласно IEC 60947-7-4. Для рабочего напряжения 300 В требуемое расстояние утечки составляет 5,0 мм, что означает, что каждый второй контакт должен оставаться незадействованным для достижения шага 10,0 мм.

Контроль качества и инспекция продукции, которые мы проводим для каждой партии.

Каждая производственная партия клеммных блоков 301-5.0 проходит четыре обязательных теста контроля качества на нашем предприятии перед отгрузкой. Первый — это тест на крутящий момент: мы прикладываем 0,4 Нм к зажимному винту с помощью калиброванной динамометрической отвертки и проверяем, что винт свободно вращается на 360 градусов без заеданий. Второй — это тест на натяжение провода: мы зажимаем провод сечением 14 AWG с крутящим моментом 0,4 Нм и тянем с усилием 50 Н в течение 10 секунд — провод не должен двигаться. Третий — это тест на солевой туман на 5 образцах из 10 000 штук — 48 часов в 5% растворе NaCl при 35°C в соответствии с IEC 60068-2-11, без видимой коррозии на латунном штыре или луженом винте. Четвертый — это проверка размеров в соответствии с IEC 60947-7-4 на расстояние между штырями, ширину корпуса и высоту с использованием системы визуального измерения с точностью ±0,01 мм.

В 2024 году мы протестировали 47 производственных партий по этому протоколу и отбраковали 3 партии: одну из-за невоспроизводимого показания крутящего момента на одной автоматизированной сборочной станции, одну из-за партии гранул PA66, показавших помутнение, указывающее на поглощение влаги во время хранения, и одну из-за отклонения в размерах высоты штифта, вызванного износом штамповочного штампа. Все три проблемы были устранены до выпуска следующей производственной партии.

Данные испытаний на крутящий момент и надежности соединений

Зажимной винт на станке 301-5.0 изготовлен из стали M2.6 с цинковым покрытием. В ходе наших производственных испытаний на крутящий момент мы прикладываем 0,4 Нм и проверяем три условия: винт свободно вращается на 360 градусов без заеданий, усилие зажима на проволоке достигает минимум 20 Н, и головка винта не срывается. Наши данные за 2024 год, полученные на основе 47 партий, показали средний рабочий крутящий момент 0,38 Нм со стандартным отклонением 0,03 Нм. Ни один образец не вышел из строя при предельном значении 0,4 Нм.

Для повторяющихся заказов, превышающих 5000 штук в месяц, мы проводим термоциклирование 10 образцов ежемесячно: 500 циклов от -40°C до +110°C. Корпус из PA66 имеет коэффициент теплового расширения 80 x 10⁻⁶ /°C по сравнению с 17 x 10⁻⁶ /°C для латунного штифта. Разница в расширении при -40°C создает зазор 0,02 мм в пределах проектного допуска 0,05 мм. Соблюдаются международные стандарты электротехнической безопасности. МЭКСреднее изменение силы зажима после 500 циклов составило 6,2% по данным 2024 года.

Посмотреть наши полный ассортимент клеммных блоков и Профиль компанииСтандарты безопасности поддерживаются МЕК.

Данные испытаний на сопротивление изоляции и диэлектрические свойства

Сопротивление изоляции клеммной колодки 301-5.0 между соседними полюсами измерялось при постоянном напряжении 500 В в соответствии со стандартом IEC 60512-3-1. В ходе наших производственных испытаний 2024 года, проведенных на 1200 образцах из 12 партий, минимальное зарегистрированное сопротивление изоляции составило 5200 МОм, а среднее значение по партиям — 8700 МОм. Данные по материалу PA66 показывают объемное удельное сопротивление 10¹⁵ Ом·см при 23 °C и 50% относительной влажности, однако фактическое сопротивление изоляции в собранной клеммной колодке снижается из-за загрязнения поверхности в процессе производства. Мы установили, что заусенцы от литья под давлением — микроскопические выступы материала PA66 на линии разъема пресс-формы — могут уменьшить расстояние утечки между соседними полюсами с расчетного значения 4,0 мм до 3,2 мм в худшем случае. Мы внедрили протокол обслуживания пресс-форм, который предусматривает полировку линии разъема каждые 50 000 циклов, что позволило снизить высоту облоя с 0,08 мм до менее 0,02 мм.

Испытание на диэлектрическую прочность при переменном напряжении 2000 В в минуту в соответствии со стандартом IEC 60947-7-4 не требует пробоя или перекрытия. В наших испытаниях напряжение пробоя между соседними полюсами в конфигурации 301-5.0 обычно составляет 3800-4200 В переменного тока, что обеспечивает запас прочности примерно в 2 раза выше номинального напряжения. Ограничивающим фактором является не корпус из полиамида PA66, диэлектрическая прочность которого составляет 25 кВ/мм, а путь утечки между двумя латунными контактами на поверхности печатной платы, где паяный шов уменьшает эффективное расстояние.

Вид полный ассортимент клеммных блоков и сертификатыСтандарты МЕК.

Совместимость пайки с автоматизированной сборкой печатных плат.

Клеммная колодка 301-5.0 предназначена для волновой пайки, но также совместима с селективной и ручной пайкой. Для волновой пайки на платах FR-4 толщиной 1,6 мм рекомендуемые параметры: предварительный нагрев 100-120°C в течение 60-90 секунд, температура припоя 255-260°C, время выдержки 3-5 секунд. Для селективной пайки с помощью одного сопла рекомендуемое время выдержки увеличивается до 6-8 секунд на контакт для обеспечения достаточного заполнения припоем. Корпус из PA66 выдерживает температуру 260°C в течение до 10 секунд общего времени воздействия на контакт, чего достаточно для всех стандартных процессов пайки. Для ручной пайки используйте паяльник с температурой 350-380°C и наконечником 2,0 мм, ограничьте время контакта до 3 секунд на контакт и дайте 10 секунд на охлаждение между контактами, чтобы предотвратить накопление тепла в корпусе. Для крупносерийного производства, превышающего 10 000 единиц в год, мы рекомендуем упаковку клеммных блоков 301-5.0 в ленту и катушку, что позволяет автоматически размещать их на печатной плате перед волновой пайкой. В нашей ленточной упаковке помещается 500 блоков с шагом 12,7 мм. Устройство для установки захватывает каждый блок за корпус с помощью вакуумного сопла, размещает его на печатной плате, а усилие удержания контактов в паяльной пасте удерживает блок на месте во время транспортировки к станции волновой пайки. Рекомендуемое усилие захвата и установки составляет 5-8 Н, чего достаточно для проталкивания контактов через пасту без их изгиба.

Выбор материалов и соответствие требованиям по огнестойкости

Корпус модели 301-5.0 изготовлен методом литья под давлением из полиамида PA66 (нейлон 66) с огнестойкостью UL94 V-0 при толщине 0,8 мм. Для соответствия классу V-0 требуется, чтобы каждый образец гас в течение 10 секунд после снятия горелки, без образования капель горения. В ходе наших внутренних испытаний 100 образцов из 10 производственных партий среднее время гашения составило 3,2 секунды, а максимальное — 7 секунд. Материал PA66 также обеспечивает сравнительный индекс трекинга (CTI) 600 В в соответствии с IEC 60112, что означает, что поверхность корпуса может выдерживать напряжение трекинга 600 В без образования проводящего углеродного следа. Класс CTI имеет решающее значение для применения в распределительных щитах в условиях высокой влажности, где конденсат на поверхности может создавать путь утечки между соседними клеммами. Наша квалификация входящего материала PA66 включает тестирование CTI на трех образцах из каждой партии с предельным значением спецификации не менее 575 В. В 2024 году одна партия вышла из строя при напряжении 560 В и была возвращена поставщику.

Клеммная колодка 301-5.0 доступна в конфигурациях от 2 до 12 полюсов на блок. Каждый полюс сохраняет одинаковый номинальный электрический ток 16 А 300 В независимо от общего количества полюсов. Многополюсные блоки можно устанавливать рядом на печатной плате для создания соединений с большим количеством полюсов, а шаг 5,0 мм обеспечивает совместимость со стандартными сетками компоновки печатных плат. Для плат распределения питания, требующих более 12 полюсов, мы рекомендуем использовать несколько блоков с минимальным зазором 2,0 мм между соседними корпусами блоков.

Часто задаваемые вопросы