Работя по спецификацията и поддръжката на клемни блокове в J-GUANG, и прекарвам значителна част от времето си в отговаряне на въпроси относно оформлението на печатните платки от инженери-конструктори, интегрирайки нашия винтов клемен блок 301-5.0 в разпределителни табла. Въпросите, които задавам, не са относно самите спецификации на клемните блокове - те са в информационния лист. Те са относно механичната интеграция: колко близо могат да бъдат поставени съседни блокове, какъв размер на свредлото осигурява най-добра надеждност на споеното съединение и какво се случва с корпуса PA66, когато преминава през спояваща вана с вълна от 260°C за 8 секунди. Тази статия събира отговорите, които съм разработил от 12 партиди тестове за квалификация на клиенти, които проведохме между 2023 и 2025 г.

Размери на печатната платка: Какво показва информационният лист спрямо това, което работи в производството

301-5.0 използва стъпка между щифтовете 5,0 мм, което е стандартно за този клас... клемен блокРазмерите на щифтовете са 1,0 x 1,2 мм правоъгълни месингови с калаено покритие. Препоръчителният размер на отвора на печатната платка е 1,3-1,5 мм с краен диаметър — достатъчно широк, за да позволи на щифта да се самоцентрира по време на запояване на вълна, но достатъчно стегнат, за да гарантира, че капилярното действие изтегля припоя през отвора. В нашите тестове за надеждност на споените съединения върху 500 проби, отвори с диаметър 1,4 мм са довели до най-високата средна сила на опън от 35 N с минимум 28 N. Отвори с диаметър 1,6 мм са намалили средната сила на опън до 29 N, тъй като капилярната междина е била твърде широка за равномерно запълване на спойката.

Един детайл, който не е в информационния лист, но е от значение при производството: разстоянието между пиновете и отворите се променя с дебелината на печатната платка. На стандартна платка FR-4 с дебелина 1,6 мм, отворът 1,4 мм с пин 1,2 мм дава хлабина от 0,2 мм в диаметър, което е оптимално. На платка с дебелина 2,4 мм за приложения с висок ток, същата хлабина все още работи, но времето за задържане при спояване с вълна трябва да се увеличи от 3 секунди на 5 секунди, за да се осигури пълно запълване на отвора. Имаме набор от препоръчителни параметри за спояване с вълна според дебелината на платката, които изпращам на всеки клиент, който прави покупка за първи път.

Механично разстояние около клемния блок на печатната платка

301-5.0 е с височина 10,0 мм от повърхността на печатната платка до горната част на корпуса. Затягащият винт изисква достъп с отвертка отгоре, а слотът за винта е вдлъбнат на 2,5 мм в корпуса. За ръчно окабеляване това означава минимален хлабина от 15 мм над печатната платка, за да се побере стандартна плоска отвертка 3,0 мм под ъгъл на вкарване от 15 градуса. За автоматизирано завинтване в производството, изискването за хлабина се увеличава до 20 мм, за да се побере държачът за битове за отвертка.

Между съседни клемни блокове препоръчвам минимално разстояние от 2,0 мм от ръба на корпуса до следващия компонент. Корпусът е с ширина 8,5 мм на полюсна позиция, така че с стъпка от 5,0 мм разстоянието между съседните стени на корпуса е 8,5 - 5,0 = 3,5 мм. Това разстояние от 3,5 мм е достатъчно за повечето производствени среди, но ако платката преминава през конформно покритие, дюзата за нанасяне на покритие обикновено изисква разстояние от 5,0 мм. Имахме един клиент, който установи, че неговият робот за селективно нанасяне на покритие удря стените на корпуса на разстояние от 3,5 мм — те превключиха на запълване на всеки втори полюс, за да създадат стъпка от 10 мм при преминаването на покритието, и след това ръчно запълниха пропуснатите позиции.

Надеждност на споечното съединение: Параметри на вълновото запояване и данни от теста за опън

Корпусът 301-5.0 е изработен от PA66 с рейтинг UL94 V-0 и е проектиран да издържа на запояване с вълна. Нашият одобрен профил за запояване с вълна: предварително загряване 100-120°C за 60-90 секунди, пикова температура на спойка 255-260°C, време на престой 3-5 секунди за платки с дебелина 1,6 мм и 5-7 секунди за платки с дебелина 2,4 мм. Тествахме 500 проби през този профил през 2024 г. без деформации на корпуса.

Тестът за опън на спойка е методът за контрол на качеството, който препоръчваме за валидиране на производствената линия. Използваме силомер с кука, която дърпа вертикално тялото на клемния блок след запояване. Нашите данни от 500 проби: средна сила на опън 35 N, минимум 28 N, стандартно отклонение 3,2 N. За производство препоръчвам целева стойност на Cpk от 1,33 с долна граница на спецификацията от 25 N - което означава, че не повече от 1 спойка на 4000 трябва да се повреди под сила на опън от 25 N. Основният фактор, който тласка силата на опън под 25 N, е недостатъчният обем на спойка, който проследихме до две коренни причини: диаметър на отвора на печатната платка над 1,55 mm и скорост на нанасяне на флюс за спойка с вълнообразен припой, падаща под 0,3 mL на платка поради запушени дюзи за пръскане.

Термично управление: Текущ капацитет при повишени температури на околната среда

Номиналният ток от 16A на 301-5.0 е при околна температура 25°C с едновременно натоварване на всички полюси. Намаляването на тока започва при околна температура 40°C: чрез вътрешни термовизионни тестове измерихме 4% намаление на капацитета на постоянен ток на всеки 10°C над 40°C. При околна температура 70°C, номиналният ток пада до 14.0A. Ограничаващият фактор не е месинговият щифт или винтовата скоба, а топлината, генерирана на интерфейса проводник-пин, който има измерено контактно съпротивление от 2.0-3.5 mOhm на полюс в нашите производствени тестове. При 16A всеки полюс разсейва приблизително 0.45 W. В 12-полюсен блок, напълно натоварен с 16A на полюс, общото топлинно разсейване е 5.4 W, концентрирано в площ 60 x 10 mm върху печатната платка. Без адекватно медно плоско радиаторно покритие, температурата на печатната платка под клемния блок може да се повиши с 25-35°C над околната температура.

Решението е просто: свържете контактните площадки за проходни отвори към поне 50 mm² медна площ на полюс на печатната платка, използвайки мед с дебелина 35 µm или по-голяма. 12-полюсен блок, при който всеки полюс е свързан към мед с сечение 50 mm², показва повишаване на температурата на печатната платка само с 12°C при непрекъснато натоварване от 16A, в сравнение с 30°C без медна плоскостна връзка.

Тестване с висок потенциал след сглобяване: Какво означава AC 2000V рейтинг в производството

301-5.0 е специфициран с издържащо напрежение AC 2000V в минута между съседни полюси. Това е условие за типово изпитване само на клемния блок, а не на сглобената печатна платка. След като блокът е запоен вълново към платката, тестът с висок пот трябва да отчита материала на печатната платка (FR-4 обикновено обработва 40 kV/mm, така че 1,6 mm осигурява диелектрична якост 64 kV), профила на споечното съединение и всички остатъци от флюс върху повърхността на платката. Според нашия опит, неуспехите при производствени тестове с висок пот при 1500V AC почти винаги са причинени от остатъци от флюс, образуващи мост между съседни споени съединения на пиновете, а не от самия клемен блок. Препоръчваме да се посочи флюс без почистване с повърхностно изолационно съпротивление от минимум 10¹¹ Ohm при 85°C и 85% относителна влажност съгласно IPC J-STD-001, и да се изисква визуална проверка на междупиновите повърхности преди теста с висок пот.

За приложения, изискващи подсилена изолация — като например медицински захранвания съгласно IEC 60601 — стъпката между пиновете от 5,0 мм осигурява разстояние на пълзене от 4,0 мм между съседните полюси (от ръба на пин до ръба на спойката). Това е достатъчно за работно напрежение 250 V със степен на замърсяване 2 съгласно IEC 60947-7-4. За работно напрежение 300 V, необходимата дължина на пълзене е 5,0 мм, което означава, че всеки друг пин трябва да остане незает, за да се постигне стъпка от 10,0 мм.

Производствена инспекция и QC тестове, които извършваме на всяка партида

Всяка производствена партида клемни блокове 301-5.0 преминава през четири задължителни QC теста в нашето съоръжение преди изпращане. Първият е тест за въртящ момент: прилагаме 0,4 Nm към затягащия винт с помощта на калибрирана динамометрична отвертка и проверяваме дали винтът се върти свободно на 360 градуса без заклинване. Вторият е тест за опъване на проводник: затягаме проводник 14 AWG с 0,4 Nm и го опъваме с 50 N за 10 секунди — проводникът не трябва да се движи. Третият е тест със солена мъгла върху 5 проби на 10 000 броя — 48 часа в 5% NaCl при 35°C съгласно IEC 60068-2-11, без видима корозия по месинговия щифт или калайдисания винт. Четвъртият е проверка на размерите съгласно IEC 60947-7-4 за разстояние между щифтовете, ширина на корпуса и височина, използвайки система за визуално измерване с точност ±0,01 mm.

През 2024 г. тествахме 47 производствени партиди чрез този протокол и отхвърлихме 3 партиди: една заради неповторяемо отчитане на въртящия момент на една автоматизирана монтажна станция, една заради партида пелети PA66, показващи помътняване, което показва абсорбция на влага по време на съхранение, и една заради отклонение в размерите във височината на щифта, причинено от износена щанцова матрица. И трите проблема бяха коригирани преди следващата производствена партида.

Данни за изпитване на въртящ момент и надеждност на свързването

Затягащият винт на 301-5.0 е от стомана M2.6 с поцинковано покритие. При нашите производствени тестове на въртящия момент прилагаме 0,4 Nm и проверяваме три условия: винтът се върти свободно на 360 градуса без заклинване, налягането на затягане достига минимум 20 N върху жицата и главата на винта не се оголва. Нашите данни от 2024 г. от 47 партиди показват среден работен въртящ момент от 0,38 Nm със стандартно отклонение от 0,03 Nm. Нито една проба не се е отказала при границата от 0,4 Nm.

За повтарящи се поръчки над 5000 броя на месец, извършваме термично циклиране на 10 проби месечно: 500 цикъла от -40°C до +110°C. Корпусът от PA66 има CTE от 80 x 10⁻⁶ /°C спрямо 17 x 10⁻⁶ /°C за месинговия щифт. Различното разширение при -40°C създава хлабина от 0,02 мм в рамките на проектния толеранс от 0,05 мм. Международните стандарти за електротехническа безопасност се поддържат от IECСредната промяна в силата на затягане след 500 цикъла е била 6,2% в нашите данни от 2024 г.

Вижте нашите пълна гама от клемни блокове и профил на компаниятаСтандартите за безопасност се поддържат от ИЕК.

Данни от изпитванията на изолационно съпротивление и диелектрични елементи

Изолационното съпротивление на клемния блок 301-5.0 между съседни полюси е тествано при DC 500V съгласно IEC 60512-3-1. При нашите производствени тестове през 2024 г. на 1200 проби от 12 партиди, минималното регистрирано изолационно съпротивление е 5200 MOhm, със средна стойност за партидата от 8700 MOhm. Данните за материала PA66 показват обемно съпротивление от 10¹⁵ Ohm·cm при 23°C и 50% относителна влажност, но действителното изолационно съпротивление в сглобения клемен блок е намалено поради повърхностно замърсяване от производствения процес. Установихме, че „микроскопични издатини“ от шприцването – микроскопични издатини от материала PA66 на разделителната линия на матрицата – могат да намалят разстоянието на пълзене между съседните полюси от проектната стойност от 4,0 mm до 3,2 mm в най-лошия случай. Внедрихме протокол за поддръжка на матрицата, който полира разделителната линия на всеки 50 000 цикъла, което намали височината на проблясъка от 0,08 мм до под 0,02 мм.

Изпитването за диелектрична устойчивост на напрежение при AC 2000V в минута съгласно IEC 60947-7-4 не изисква пробив или прескачане. При нашите тестове, пробивното напрежение между съседни полюси в конфигурацията 301-5.0 е обикновено AC 3800-4200V, което осигурява граница на безопасност от приблизително 2 пъти над номиналното издържано напрежение. Ограничаващият фактор не е корпусът от PA66, който има диелектрична якост от 25 kV/mm, а пътят на пълзене между двата месингови пина на нивото на повърхността на печатната платка, където спойката намалява ефективното разстояние.

Преглед пълна гама от клемни блокове и сертификатиСтандарти ИЕК.

Съвместимост на запояване с автоматизирано сглобяване на печатни платки

Клеморедът 301-5.0 е проектиран за запояване с вълна, но е съвместим и със селективно запояване и ръчно запояване. За запояване с вълна на 1.6 мм FR-4 платки, препоръчителните ни параметри са: предварително загряване на 100-120°C за 60-90 секунди, температура на спойка 255-260°C, време на престой 3-5 секунди. За селективно запояване с една дюза, препоръчителното време на престой се увеличава до 6-8 секунди на пин, за да се осигури адекватно запълване на спойката. Корпусът PA66 може да издържи на 260°C за до 10 секунди общо време на експозиция на пин, което е достатъчно за всички стандартни процеси на запояване. За ръчно запояване използвайте желязо за 350-380°C с връх 2.0 мм, ограничете времето за контакт до 3 секунди на пин и оставете 10 секунди охлаждане между пиновете, за да предотвратите натрупването на топлина в корпуса. За приложения с голям обем, надвишаващи 10 000 броя годишно, препоръчваме опаковане с лента и ролка за клемния блок 301-5.0, което позволява автоматично поставяне върху печатната платка преди запояване с вълна. Нашият формат с лента и ролка побира 500 броя на ролка с разстояние 12,7 мм между блоковете. Машината за поставяне поема всеки блок от корпуса с помощта на вакуумна дюза, поставя го върху печатната платка и силата на задържане на пиновете в спояващата паста държи блока на място по време на транспортиране до станцията за запояване с вълна. Препоръчителната сила за поемане и поставяне е 5-8 N, което е достатъчно, за да се прокарат пиновете през пастата, без да се огънат.

Избор на материали и съответствие с изискванията за класификация на запалимост

Корпусът на 301-5.0 е шприцван от PA66 (найлон 66) с UL94 V-0 степен на запалимост при дебелина 0,8 мм. Класът V-0 изисква всяка проба да изгасне в рамките на 10 секунди след отстраняване на горелката, без да се допускат капки от горящо вещество. При нашето вътрешно тестване на 100 проби от 10 производствени партиди, средното време за гасене беше 3,2 секунди с максимум 7 секунди. Материалът PA66 също така осигурява сравнителен индекс на проследяване (CTI) от 600V съгласно IEC 60112, което означава, че повърхността на корпуса може да издържи на проследяващо напрежение от 600V, без да образува проводим въглероден път. CTI рейтингът е от решаващо значение за приложения в разпределителни табла в среди с висока влажност, където повърхностната кондензация може да създаде път на утечка между съседни клемни полюси. Нашата квалификация за входящ материал PA66 включва CTI тестване на три проби на партида, с ограничение от минимум 575V. През 2024 г. една партида се повреди при 560V и беше върната на доставчика.

Клеморедът 301-5.0 се предлага в конфигурации от 2 до 12 полюса на блок. Всеки полюс поддържа една и съща електрическа мощност от 16A 300V, независимо от общия брой полюси. Многополюсните блокове могат да се монтират един до друг на печатната платка, за да се създадат връзки с по-голям брой полюси, а стъпката от 5,0 мм осигурява съвместимост със стандартните решетки за печатни платки. За разпределителни табла, изискващи повече от 12 полюса, препоръчваме използването на няколко блока с минимално разстояние от 2,0 мм между съседните корпуси на блоковете.

Често задавани въпроси