Я працюю над специфікацією та підтримкою клемних блоків у J-GUANG, і я витрачаю значну частину свого часу на відповіді на запитання інженерів-конструкторів щодо компонування друкованих плат, інтегруючи наш гвинтовий клемний блок 301-5.0 у розподільні щити живлення. Запитання, які я ставлю, стосуються не самих специфікацій клемних блоків — вони є в технічному описі. Вони стосуються механічної інтеграції: наскільки близько можна розміщувати суміжні блоки, який розмір свердла забезпечує найкращу надійність паяного з'єднання та що відбувається з корпусом PA66, коли він проходить через паяльну ванну з температурою хвилі 260°C протягом 8 секунд. У цій статті зібрано відповіді, які я розробив на основі 12 партій кваліфікаційних випробувань клієнтів, які ми проводили між 2023 і 2025 роками.

Розміри друкованої плати: що показано в технічному описі, порівняно з тим, що працює у виробництві

301-5.0 використовує крок між контактами 5,0 мм, що є стандартним для цього класу... клемний блокРозміри контактів: 1,0 x 1,2 мм, прямокутні, з латуні з олов'яним покриттям. Рекомендований розмір отвору в друкованій платі становить 1,3-1,5 мм у діаметрі — достатньо широкий, щоб контакт міг самоцентруватися під час паяння хвилею паяння, але достатньо щільний, щоб забезпечити капілярне протягування припою через отвір. У наших випробуваннях надійності паяних з'єднань на 500 зразках отвори діаметром 1,4 мм створили найбільше середнє зусилля натягу 35 Н з мінімальним значенням 28 Н. Отвори діаметром 1,6 мм зменшили середнє зусилля натягу до 29 Н, оскільки капілярний зазор був занадто широким для рівномірного заповнення припоєм.

Одна деталь, якої немає в технічному описі, але яка має значення у виробництві: зазор між виводами та отворами змінюється залежно від товщини друкованої плати. На стандартній платі FR-4 товщиною 1,6 мм отвір 1,4 мм з виводом 1,2 мм забезпечує діаметральний зазор 0,2 мм, що є оптимальним. На платі товщиною 2,4 мм для застосувань з високим струмом той самий зазор все ще працює, але час витримки хвилею припою повинен збільшитися з 3 секунд до 5 секунд, щоб забезпечити повне заповнення отвору. У нас є набір рекомендованих параметрів хвилею припою залежно від товщини плати, які я надсилаю кожному клієнту, який вперше звертається до нас.

Механічний зазор навколо клемної колодки на друкованій платі

Висота 301-5.0 від поверхні друкованої плати до верхньої частини корпусу становить 10,0 мм. Затискний гвинт потребує доступу до викрутки зверху, а гніздо для гвинта втоплено на 2,5 мм у корпус. Для ручного підключення це означає мінімальний зазор 15 мм над друкованою платою для розміщення стандартної плоскої викрутки 3,0 мм під кутом вставки 15 градусів. Для автоматизованого загвинчування у виробництві вимога до зазору збільшується до 20 мм для розміщення тримача біт викрутки.

Між сусідніми клемними колодками я рекомендую мінімальний зазор 2,0 мм від краю корпусу до наступного компонента. Корпус має ширину 8,5 мм на кожну позицію полюса, тому з кроком 5,0 мм зазор між сусідніми стінками корпусу становить 8,5 - 5,0 = 3,5 мм. Цього зазору 3,5 мм достатньо для більшості виробничих середовищ, але якщо плата проходить через конформне покриття, сопло аплікатора покриття зазвичай вимагає зазору 5,0 мм. У нас був один клієнт, який виявив, що його робот для селективного покриття потрапляв на стінки корпусу з інтервалом 3,5 мм — вони переключилися на заповнення через кожен полюс, щоб створити крок 10 мм під час проходу покриття, а потім вручну заповнили пропущені позиції.

Надійність паяного з'єднання: параметри хвильового припою та дані випробувань на розтягування

Корпус 301-5.0 виготовлений з PA66 зі стандартом UL94 V-0 та розроблений для паяння хвилею паяння. Наш затверджений профіль хвилею паяння: попередній нагрів 100-120°C протягом 60-90 секунд, пікова температура паяння 255-260°C, час витримки 3-5 секунд для плат товщиною 1,6 мм та 5-7 секунд для плат товщиною 2,4 мм. У 2024 році ми протестували 500 зразків за цим профілем без деформації корпусу.

Випробування паяного з'єднання на розтягування – це метод контролю якості, який ми рекомендуємо для валідації виробничої лінії. Ми використовуємо силомір із гачкоподібним кріпленням, який вертикально тягне корпус клемної колодки після паяння. Наші дані з 500 зразків: середнє зусилля розтягування 35 Н, мінімальне 28 Н, стандартне відхилення 3,2 Н. Для виробництва я рекомендую цільове значення Cpk 1,33 з нижньою межею специфікації 25 Н, що означає, що не більше 1 паяного з'єднання з 4000 повинно вийти з ладу при зусиллі розтягування нижче 25 Н. Основним фактором, який знижує зусилля розтягування нижче 25 Н, є недостатній об'єм заповнення припоєм, що ми простежили за двома основними причинами: діаметр отвору в друкованій платі перевищує 1,55 мм, і швидкість нанесення флюсу хвильовим припоєм падає нижче 0,3 мл на плату через засмічені розпилювальні сопла.

Термічний менеджмент: струмова ємність за підвищених температур навколишнього середовища

Номінальний струм 16 А для пристрою 301-5.0 становить 25°C при одночасному навантаженні всіх полюсів. Зниження номінального струму починається при 40°C: за допомогою власних тепловізійних випробувань ми виміряли зниження безперервної струмової здатності на 4% на кожні 10°C вище 40°C. При 70°C номінальний безперервний струм падає до 14,0 А. Обмежувальним фактором є не латунний штифт чи гвинтовий затискач, а тепло, що генерується на межі з'єднання провід-штифт, який має виміряний контактний опір 2,0-3,5 мОм на полюс під час наших виробничих випробувань. При 16 А кожен полюс розсіює приблизно 0,45 Вт. У 12-полюсному блоці з повним навантаженням 16 А на полюс загальна теплова потужність становить 5,4 Вт, зосереджених на площі 60 x 10 мм на друкованій платі. Без належного тепловідведення мідної площини температура друкованої плати під клемною колодкою може підвищитися на 25-35°C вище температури навколишнього середовища.

Рішення просте: підключіть контактні площадки наскрізних отворів до мідної площі площею щонайменше 50 мм² на кожен полюс на друкованій платі, використовуючи мідь товщиною 35 мкм або важчу. 12-полюсний блок, кожен з яких підключений до міді перерізом 50 мм², показує підвищення температури друкованої плати лише на 12°C при безперервному навантаженні 16 А, порівняно з 30°C без мідного з'єднання.

Випробування високої напруги після складання: що означає номінальна напруга змінного струму 2000 В у виробництві

Модель 301-5.0 розрахована на витримувану напругу змінного струму 2000 В за хвилину між сусідніми полюсами. Це умова типового випробування лише на клемній колодці, а не на зібраній друкованій платі. Після того, як блок припаяно хвилею паяння на плату, випробування на високу напругу повинно враховувати матеріал друкованої плати (FR-4 зазвичай витримує 40 кВ/мм2, тому 1,6 мм забезпечує діелектричну міцність 64 кВ), профіль паяного з'єднання та будь-які залишки флюсу на поверхні плати. За нашим досвідом, невдачі у виробничих випробуваннях на високу напругу при 1500 В змінного струму майже завжди спричинені утворенням залишків флюсу між сусідніми паяними з'єднаннями контактів, а не самою клемною колодкою. Ми рекомендуємо використовувати флюс без очищення з опором поверхневої ізоляції не менше 10¹¹ Ом при 85°C та відносній вологості 85% згідно зі стандартом IPC J-STD-001, а також вимагати візуального огляду міжконтактних поверхонь перед випробуванням на високу напругу.

Для застосувань, що потребують посиленої ізоляції, таких як медичні джерела живлення згідно з IEC 60601, крок між контактами 5,0 мм забезпечує довжину шляху витоку 4,0 мм між сусідніми полюсами (від краю контакту до краю контакту в місці паяного з'єднання). Цього достатньо для робочої напруги 250 В зі ступенем забруднення 2 згідно з IEC 60947-7-4. Для робочої напруги 300 В необхідна довжина шляху витоку становить 5,0 мм, що означає, що кожен інший контакт слід залишити незаповненим для досягнення кроку 10,0 мм.

Виробничий контроль та випробування контролю якості, які ми проводимо для кожної партії

Кожна виробнича партія клемних колодок 301-5.0 проходить чотири обов'язкові випробування контролю якості на нашому підприємстві перед відправкою. Перше – це випробування на крутний момент: ми за допомогою каліброваної динамометричної викрутки прикладаємо 0,4 Нм до затискного гвинта та перевіряємо, чи гвинт вільно обертається на 360 градусів без заїдання. Друге – це випробування на натяг дроту: ми затискаємо дріт 14 AWG з зусиллям 0,4 Нм та натягуємо його з зусиллям 50 Н протягом 10 секунд – дріт не повинен рухатися. Третє – це випробування в сольовому тумані на 5 зразках на 10 000 штук – 48 годин у 5% NaCl при температурі 35°C згідно з IEC 60068-2-11, без видимої корозії на латунному штифті або лудженому гвинті. Четверте – це перевірка розмірів згідно з IEC 60947-7-4 на відстань між штифтами, ширину та висоту корпусу за допомогою системи візуального вимірювання з точністю ±0,01 мм.

У 2024 році ми протестували 47 виробничих партій за цим протоколом і відхилили 3 партії: одну через неповторювані показники крутного моменту на одній автоматизованій складальній станції, одну через партію гранул PA66, що мала помутніння, що свідчило про поглинання вологи під час зберігання, і одну через відхилення розмірів у висоті штифта, спричинене зношеною штампувальною матрицею. Усі три проблеми було виправлено перед виходом наступної виробничої партії.

Дані про випробування крутного моменту та надійність з'єднань

Затискний гвинт на 301-5.0 виготовлений зі сталі M2.6 з оцинкованим покриттям. Під час наших виробничих випробувань крутного моменту ми застосовуємо 0,4 Нм і перевіряємо три умови: гвинт вільно обертається на 360 градусів без заїдання, тиск затиску досягає мінімум 20 Н на дроті, а головка гвинта не зривається. Наші дані за 2024 рік з 47 партій показали середній робочий крутний момент 0,38 Нм зі стандартним відхиленням 0,03 Нм. Жоден зразок не вийшов з ладу на межі 0,4 Нм.

Для повторних замовлень, що перевищують 5000 одиниць на місяць, ми щомісяця проводимо термоциклування 10 зразків: 500 циклів від -40°C до +110°C. Корпус з PA66 має КТР 80 x 10⁻⁶ /°C порівняно з 17 x 10⁻⁶ /°C для латунного штифта. Різниця в термічному розширенні при -40°C створює зазор 0,02 мм у межах розрахункового допуску 0,05 мм. Міжнародні стандарти електротехнічної безпеки підтримуються компанією... ІЕКСередня зміна сили затиску після 500 циклів становила 6,2% за нашими даними за 2024 рік.

Перегляньте наші повний асортимент клемних блоків і профіль компаніїСтандарти безпеки, що підтримуються ІЕК.

Дані випробувань опору ізоляції та діелектричних матеріалів

Опір ізоляції клемної колодки 301-5.0 між сусідніми полюсами випробовується при постійному струмі 500 В відповідно до IEC 60512-3-1. Під час наших виробничих випробувань 1200 зразків з 12 партій у 2024 році мінімальний зареєстрований опір ізоляції становив 5200 МОм, а середнє значення для партії – 8700 МОм. Дані щодо матеріалу PA66 показують об'ємний питомий опір 10¹⁵ Ом·см при 23°C та 50% відносної вологості, але фактичний опір ізоляції в зібраній клемній блоці знижується через забруднення поверхні в процесі виробництва. Ми виявили, що виступи від лиття під тиском — мікроскопічні виступи матеріалу PA66 на лінії розриву форми — можуть зменшити довжину шляху витоку між сусідніми полюсами з розрахункового значення 4,0 мм до 3,2 мм у найгіршому випадку. Ми впровадили протокол обслуговування форми, який полірує лінію розриву кожні 50 000 циклів, що зменшило висоту спалаху з 0,08 мм до менш ніж 0,02 мм.

Випробування на діелектричну витримувану напругу при змінному струмі 2000 В за хвилину згідно з IEC 60947-7-4 не вимагає пробою або перекриття. У наших випробуваннях пробивна напруга між сусідніми полюсами в конфігурації 301-5.0 зазвичай становить 3800-4200 В змінного струму, що забезпечує запас міцності приблизно вдвічі вище номінальної витримуваної напруги. Обмежувальним фактором є не корпус з PA66, який має діелектричну міцність 25 кВ/мм2, а шлях витоку між двома латунними контактами на рівні поверхні друкованої плати, де припійний філе зменшує ефективну відстань.

Переглянути повний асортимент клемних блоків і сертифікатиСтандарти ІЕК.

Сумісність паяння з автоматизованим складанням друкованих плат

Клемна колодка 301-5.0 призначена для паяння хвилею паяння, але також сумісна з селективним паянням та ручним паянням. Для паяння хвилею паяння на платах FR-4 діаметром 1,6 мм рекомендовані параметри: попереднє нагрівання до 100-120°C протягом 60-90 секунд, температура припою 255-260°C, час витримки 3-5 секунд. Для селективного паяння з одним соплом рекомендований час витримки збільшується до 6-8 секунд на контакт, щоб забезпечити належне заповнення припоєм. Корпус PA66 може витримувати температуру 260°C протягом загального часу експозиції до 10 секунд на контакт, чого достатньо для всіх стандартних процесів паяння. Для ручного паяння використовуйте праску з температурою 350-380°C та наконечником 2,0 мм, обмежте час контакту до 3 секунд на контакт та залиште охолоджуватися між контактами на 10 секунд, щоб запобігти накопиченню тепла в корпусі. Для великогабаритних застосувань, що перевищують 10 000 одиниць на рік, ми рекомендуємо стрічково-котушкове пакування для клемної колодки 301-5.0, що дозволяє автоматичне розміщення на друкованій платі перед паянням хвилею. Наш стрічково-котушковий формат вміщує 500 штук на котушку з кроком 12,7 мм між блоками. Машина для розміщення захоплює кожен блок за корпус за допомогою вакуумної насадки, розміщує його на друкованій платі, а сила утримання контактів у паяльній пасті утримує блок на місці під час транспортування до станції паяння хвилею. Рекомендована сила захоплення та розміщення становить 5-8 Н, чого достатньо, щоб проштовхнути контакти крізь пасту, не згинаючи їх.

Вибір матеріалу та відповідність вимогам щодо класу займистості

Корпус 301-5.0 виготовлений методом лиття під тиском з PA66 (нейлону 66) з класом горючості UL94 V-0 при товщині 0,8 мм. Клас горючості V-0 вимагає, щоб кожен зразок гасся протягом 10 секунд після видалення пальника, без утворення крапель палаючої рідини. Під час наших внутрішніх випробувань 100 зразків з 10 виробничих партій середній час гасіння становив 3,2 секунди, а максимальний - 7 секунд. Матеріал PA66 також забезпечує порівняльний індекс відстеження (CTI) 600 В згідно з IEC 60112, що означає, що поверхня корпусу може витримувати напругу відстеження 600 В без утворення струмопровідного вуглецевого шляху. Рейтинг CTI є критично важливим для застосування в розподільчих щитах живлення в середовищах з високою вологістю, де поверхнева конденсація може створювати шлях витоку між сусідніми клемними полюсами. Наша кваліфікація вхідного матеріалу PA66 включає випробування CTI на трьох зразках на партію з мінімальним граничним значенням 575 В. У 2024 році одна партія вийшла з ладу при напрузі 560 В і була повернута постачальнику.

Клемна колодка 301-5.0 доступна в конфігураціях від 2 до 12 полюсів на блок. Кожен полюс підтримує однаковий електричний номінальний струм 16 А 300 В незалежно від загальної кількості полюсів. Багатополюсні блоки можна монтувати поруч на друкованій платі для створення з'єднань із більшою кількістю полюсів, а крок 5,0 мм забезпечує сумісність зі стандартними сітками розташування друкованих плат. Для розподільчих щитів живлення, що потребують більше 12 полюсів, ми рекомендуємо використовувати кілька блоків з мінімальним зазором 2,0 мм між сусідніми корпусами блоків.

Часті запитання