Įvadas: Kodėl žingsnis ir nutraukimas apibrėžia jūsų PCB dizainą

Kai pirkimų inžinieriai ir spausdintinių plokščių projektuotojai ieško PCB tvirtinimo gnybtų blokų gamintojas, jie ne tik ieško tiekėjo – jie sprendžia projektavimo apribojimą, kuris yra elektrinių charakteristikų, mechaninio patikimumo ir surinkimo ekonomiškumo sankirtoje. Mes jau daugiau nei 14 metų esame PCB montuojamų gnybtų blokų gamintojai Ningbo mieste, Kinijoje., ir tą pačią klaidą matėme kartojamą tūkstančiuose projektų: inžinieriai gnybtų bloką renkasi vien pagal kainą, o po kelių mėnesių sužino, kad žingsnis neatitinka plokštės išdėstymo arba jungčių metodas neatitinka galutinės programos aplinkos sąlygų.

Būkime atviri: du svarbiausi techniniai sprendimai, renkantis spausdintinės plokštės tvirtinimo gnybtų bloką, yra šie: pikis (atstumas tarp gretimų polių centrų) ir nutraukimo metodas (kaip gnybtų blokas mechaniškai ir elektriškai pritvirtinamas prie spausdintinės plokštės). Šie du parametrai kontroliuoja viską – srovės pralaidumą, įtampos atsparumą, nuotėkio kelią, surinkimo procesą, priežiūros galimybes ir bendras eksploatavimo išlaidas. Kadangi šie pasirinkimai yra tokie esminiai, neteisingai juos pasirinkus, reikia perprojektuoti spausdintinę plokštę, o tai kainuoja daug daugiau nei patys gnybtų blokai.

Šiame straipsnyje remiamės gamyklos duomenimis, gautais gaminant daugiau nei 50 milijonų PCB gnybtų blokų polių kasmet palyginti 2,54 mm ir 3,96 mm žingsnį bei litavimo ir sriegines jungtis. Pateiksime jums inžinerinius duomenis, kurių jums reikia norint priimti teisingą sprendimą ir, tiesą sakant, išvengti galvos skausmo, kurį patyrė mūsų klientai prieš kreipdamiesi į mus.

2,54 mm ir 3,96 mm žingsnis: išsamus techninis palyginimas

PCB montuojamo gnybtų bloko žingsnis nėra savavališkas — nes žingsnis tiesiogiai lemia įtampos atsparumo gebą per šliaužimo ir tarpo atstumus, nustatytus IEC 60947-7-4 ir UL 1059, 2,54 mm žingsnio blokas iš esmės veikia esant mažesnei įtampai ir srovei nei lygiavertės konstrukcijos 3,96 mm žingsnio blokas.

Kodėl pasiūlymas yra svarbesnis nei manote

Kai „J-Guang“ apmokome naujus programų inžinierius, pirmiausia jiems pateikiame šią pamoką: žingsnis yra pagrindinis apribojimas, reglamentuojantis kiekvieną tolesnį projektavimo parametrą. 0,1 colio (2,54 mm) žingsnio standartas atsirado dar ankstyviausiomis spausdintinių plokščių projektavimo dienomis ir tebėra dominuojantis skaitmeninės logikos ir mažos galios signalų taikymuose. 0,156 colio (3,96 mm) žingsnis atsirado, kai galios poreikiai išaugo ir viršijo 2,54 mm standarto leistiną ribą.

Štai ką mes kasdien matuojame savo gamybos linijoje:

Matėme, kaip Vokietijos pramonės automatikos klientas pakeitė plokštę nuo 2,54 mm iki 3,96 mm, kai jų UL lauko inspektorius prototipe pažymėjo nepakankamą šliaužimo atstumą – dėl šio pakeitimo jiems prireikė aštuonių savaičių spausdintinės plokštės perprojektavimo. Ši patirtis mus pamokė, ir tikimės, kad ji pamokys ir jus: Pirmiausia nurodykite žingsnį pagal įtampos reikalavimus, o po to – plokštės tarpą.

Kada rinktis 2,54 mm žingsnį

2,54 mm žingsnis yra tinkamas pasirinkimas, kai plokštės plotas yra mažas, o srovės / įtampos reikalavimai yra nedideli., nes kompaktiškas matmuo leidžia didesnį polių tankį ant spausdintinės plokštės neprarandant minimalaus signalo vientisumui reikalingo takelio pločio.

Rekomenduojame 2,54 mm žingsnį:

• Daiktų interneto jutiklių mazgai ir kraštiniai įrenginiai — kur dominuoja 3,3 V arba 5 V loginio lygio signalai, o 6 A srovės stipris patogiai padengia visos plokštės energijos biudžetą.
• Buitinė elektronika su sandariais korpusais — kai lauko laidų pakeitimai reti, o mažesnis gnybtų blokas sumažina bendrą gaminio dydį, o tai tiesiogiai sumažina korpuso liejimo įrankių kainą.
• LED apšvietimo tvarkyklės — kur 12–24 V nuolatinės srovės maitinimas esant mažiau nei 5 A srovei yra norma, o kompaktiškas dydis yra konkurencinis skiriamasis bruožas.
• Bandymo ir matavimo prietaisai — kai didelio tankio signalo įvesties/išvesties atveju reikia ant vienos plokštės krašto sudėti kelis gnybtų blokus greta.

Mūsų gamykloje JG128-2.54 serijos gamybos apimtys viršija 2 milijonus stulpų per mėnesį, skirtų būtent šioms reikmėms. 5,0 mm PCB sraigtinių gnybtų blokų produktų linija parodo, kaip 2,54 mm žingsnio šeima natūraliai išplečiama į aukštesnio žingsnio variantus, kai projektuotojams reikia padidinti srovės pajėgumą.

Kada rinktis 3,96 mm žingsnį

3,96 mm žingsnis tampa būtinas, kai reikia paskirstyti 24 V nuolatinės srovės ar didesnę įtampą arba kai gnybtų blokas turi atlaikyti pramoninio lygio vibraciją ir temperatūros ciklą nepablogindamas jungties.

Rekomenduojame 3,96 mm žingsnį:

• Pramoniniai PLC ir variklio valdymo įvesties/išvesties moduliai — kur standartiniai yra 24 V nuolatinės srovės valdymo signalai, kurių srovė yra 8–12 A, o lauko laidus įprastai tvarko techninės priežiūros technikai, mūvintys pirštines.
• ŠVOK įrangos valdikliai — kur kompresoriaus ir ventiliatoriaus variklių valdymo linijomis teka indukcinės apkrovos, dėl kurių susidaro įtampos šuoliai, viršijantys nominaliąją vertę.
• Maitinimo blokai ir akumuliatorių valdymo sistemos — kur didesnė srovės vertė panaikina lygiagrečių laidininkų poreikį ir supaprastina medžiagų sąrašą.
• Atsinaujinančios energijos keitikliai ir įkrovimo valdikliai — kai lauko sąlygos reiškia, kad gnybtų blokas turi išlaikyti atstumą tarp elektros elementų net ir kaupiantis dulkėms bei kintant drėgmei.

Litavimo ir varžtų jungtys: gamybos lygio perspektyva

Antrasis specifikacijos sprendimo aspektas – ir tas, dėl kurio gauname daugiausiai techninių klausimų – yra tai, ar spausdintinės plokštės tvirtinimo gnybtų blokui rinktis litavimo, ar srieginį prijungimą. Šis pasirinkimas nėra susijęs su tuo, kuris metodas yra „geresnis“ – nes abu yra optimizuoti iš esmės skirtingoms surinkimo ir aptarnavimo paradigmoms, teisingas pasirinkimas visiškai priklauso nuo to, kaip galutinis produktas bus gaminamas, montuojamas ir prižiūrimas per visą jo eksploatavimo laiką.

Litavimo nutraukimas: kas tai yra ir kada jis laimi

Litavimas reiškia, kad gnybtų bloko kaiščiai įkišami per padengtas kiaurymes spausdintinėje plokštėje ir visam laikui sujungiami naudojant išlydytą litavimą – paprastai banginio litavimo arba selektyvaus litavimo būdu. Tai sukuria metalurginį ryšį tarp kaiščio ir PCB plokštės kontakto, kuris, tinkamai sumontuotas, pasižymi mažesne nei 1 miliomo kontaktine varža ir atlaiko daugiau nei 2000 terminių ciklų nuo -40 °C iki +105 °C be pastebimo pablogėjimo., remiantis mūsų įmonės atliktų pagreitintų bandymų duomenimis.

Litavimo nutraukimo privalumai

• Nuolatinis, dujoms nepralaidus sujungimas — litavimo lydinys sudaro tarpmetalinį junginį su vario pagalvėlėmis ir žalvario kaiščiais, kuris neleidžia oksiduotis sąsajoje.
• Puikus atsparumas vibracijai — kadangi nėra mechaninių prispaudimo sąsajų, kurias būtų galima atlaisvinti, litavimo jungtys atitinka IEC 61373 geležinkelio vibracijos profilius, todėl varžtiniai antgaliai dažnai sugenda be sriegių fiksavimo mišinio.
• Mažesnė vieneto kaina — panaikinus varžtą, vielinį narvelį ir srieginį įdėklą, komponentų lygmenyje medžiagų sąnaudos sumažėja maždaug 30–40 %.
• Didesnis polių tankis — varžto galvutei neužimant vietos plokštėje, litavimo gnybtų blokai pasiekia tankesnį atstumą tarp polių ir gali būti dedami arčiau plokštės kraštų.

Litavimo nutraukimo trūkumai

• Nėra lauko perjungimo galimybės — kiekvieną laido keitimą reikia atlikti išlitavimu ir perlitavimu, o tai nepraktiška gaminiams, kurie aptarnaujami lauke.
• Proceso valdymo priklausomybė — šalti litavimo jungtys, nepakankamas skylių užpildymas ir litavimo tilteliai yra tikri gedimų režimai, kuriems reikalinga griežta proceso kontrolė ir patikra. IPC-A-610 2 arba 3 klasės priėmimo kriterijai.
• Terminis įtempis ant PCB — kiekvienas litavimo ciklas plokštę veikia 250–260 °C temperatūra, o pakartotiniai perdirbimo ciklai gali delaminuoti FR-4 pagrindus, jei neatsargiai kontroliuojamas jų veikimo laikas.

Sraigtinis nutraukimas: kas tai yra ir kada jis laimi

Sraigtiniam jungimui naudojamas srieginis metalinis įdėklas, įlietas į gnybtų bloko korpusą. Nuimtas laidas įkišamas į gnybto angą, o varžtas priveržiamas, kad laidas būtų pritvirtintas prie metalinio kontaktinio narvelio – jungties laido pusėje nereikia lituoti prie spausdintinės plokštės. Spausdintos plokštės pusės kontaktai vis dar lituojami, tačiau laido įvedimo pusė yra grynai mechaninė.

Sąžiningai, daugumai pramoninių pritaikymų, kuriems teikiame paslaugas, mes teikiame pirmenybę varžtiniams jungimams. Priežastis praktiška: kai Štutgarto gamykloje 3 val. nakties sugenda PLC įvesties/išvesties modulis, techninės priežiūros technikas neturi lituoklio, bet turi plokščią atsuktuvą. Remiantis pramonės apklausomis, diskrečiųjų gaminių prastovos vidutiniškai kainuoja 260 000 USD per valandą. Siemens, taigi galimybė pakeisti laidą per kelias sekundes, o ne minutes, tiesiogiai reiškia eksploatacines santaupas, kurios gerokai viršija 0,05–0,10 USD priedą už polių, susijusį su sraigtiniu prijungimu.

Sraigtinio užbaigimo privalumai

• Lauko laidų montavimas be įrankių arba vienu įrankiu — vienintelis reikalingas įrankis yra standartinis plokščias arba „Phillips“ atsuktuvas, todėl varžtiniai gnybtų blokai yra universalus pasirinkimas įrangai, kurią galima aptarnauti lauke.
• Nėra terminio įtempio laidų sujungimo metu — montavimo metu spausdintinė plokštė nėra veikiama litavimo karščio, todėl pašalinama kontaktų atlipimo ar pagrindo pažeidimo rizika dėl pakartotinio apdorojimo.
• Vizualinis ryšio patikrinimas — technikai gali matyti, ar laidas iki galo įkištas, o varžtas priveržtas, kitaip nei litavimo jungties atveju, kurios kokybė paslėpta po paviršiumi.
• Suderinamumas su vientisa ir daugiagysle viela — sraigtiniai gnybtai priima abiejų tipų laidus be laidų išsiplėtimo ir trapumo problemų, dėl kurių sunku lituoti daugiagyslius laidus.

Sraigtinio užbaigimo trūkumai

• Sukimo momento priklausomybė — nepakankamai priveržus sriegis gali būti pažeistas, o jungtys nutrūksta; per daug priveržus sriegis gali būti pažeistas arba laidas sutraiškytas. IEC 60947-7-4 Standartas nurodo 0,4–0,5 N·m sukimo momento diapazoną M2,5 varžtams, o mes tikriname sukimo momento atitiktį 100 % gamybos partijų.
• Periodinis pakartotinio priveržimo reikalavimas — didelės vibracijos aplinkoje, pavyzdžiui, geležinkelio riedmenyse ar sunkiosiose mašinose, varžtinius gnybtus gali tekti priveržti pagal numatytus techninės priežiūros intervalus, o tai padidina bendras eksploatavimo išlaidas.
• Didesnis fizinis apvalkalas — sraigtinis mechanizmas užima maždaug 40 % daugiau tūrio nei lygiavertis lituojamas gnybtų blokas, o tai svarbu itin kompaktiškuose dizainuose.

Mūsų klientams, vertinantiems šį kompromisą, pateikiame išsamų palyginimą mūsų gaminių dokumentuose. PCB varžtinių gnybtų blokas 301 serija, kuri yra mūsų didžiausia sraigtinių jungčių linija ir demonstruoja tikslius elektrinius ir mechaninius parametrus, kuriuos patvirtinome atlikdami trečiųjų šalių bandymus.

Sprendimų matrica: kuris derinys tinka jūsų paraiškai?

Siekdami šią analizę sukristalizuoti ir pateikti veiksmų planu pagrįstą sprendimų sistemą, sukūrėme šią matricą, pagrįstą 14 metų programų inžinerijos patirtimi ir daugiau nei 500 klientų projektų aptarimų. Naudokite ją kaip atspirties tašką, tačiau susisiekite su mūsų inžinerijos komanda, jei jūsų programa apima kelias kategorijas.

Gamybos kokybė: ko reikalauti iš PCB montuojamų gnybtų blokų gamintojo

Ne visi spausdintinių plokščių gnybtų blokų gamintojai dirba vienodai kokybiškai. ir kadangi gnybtų blokai yra saugai svarbūs komponentai, kurių gedimas gali sukelti gaisrą, sugadinti įrangą ar sužaloti personalą, gamintojo kokybės sistema yra bent jau tokia pat svarbi kaip ir produkto specifikacija.

Štai ką, mūsų manymu, kiekvienas pirkėjas turėtų patikrinti prieš pateikdamas pirkimo užsakymą bet kuriam spausdintinių plokščių gnybtų blokų gamintojui:

1. Žaliavos atsekamumas

„J-Guang“ įmonėje mes užtikriname partijų lygmens atsekamumą nuo dervos tiekėjo (tiekiame tik „Dupont“ ir „BASF“ markių dervas) iki galutinio gnybtų bloko ir kiekvienai siuntai pateikiame medžiagų sertifikatus.

2. Kontaktinio padengimo storis

Nikeliavimas ant žalvario kontaktų tarnauja kaip ir korozijos barjeras, ir atsparus dilimui paviršius. Dengimo storis, mažesnis nei 2 μm, neužtikrina pakankamos apsaugos nuo 96 valandų druskos purškimo bandymo pagal IEC 60068-2-11 standartą., kuris imituoja pakrantės ir didelės drėgmės dislokavimo aplinką. Kiekvienoje gamybos pamainoje rentgeno spindulių dažnio (XRF) metodu atliekame padengimo storio bandymus ir rezultatus skelbiame savo partijų patikrinimo ataskaitose – tai, ką nori daryti labai nedaug gamintojų mūsų kainų segmente.

3. 100 % elektros bandymas

Prieš pakuojant kiekvieną mūsų siunčiamo gnybtų bloko polių, atliekamas 100 % tęstinumo ir hipotenzijos bandymas, kai vardinė įtampa yra 1,5 × didesnė nei vardinė. Kadangi vieno pertraukiamo sujungimo kaina kliento galutiniame produkte gerokai viršija išsamių bandymų kainąinvestavome į automatizuotą bandymo įrangą, kuri per mažiau nei tris sekundes patikrina kiekvieną polių kiekviename gnybte. Jei perkate iš gamintojo, kuris atlieka tik statistinę atranką, pagalvokite, ar lauko gedimo rizika yra verta sutaupytų centų.

4. Matmenų stabilumas

Žingsnio tolerancija yra labai svarbi automatizuotam spausdintinių plokščių surinkimui. Mūsų kaiščių padėties tolerancija yra ±0,05 mm korpuso atskaitos taško atžvilgiu. nes 0,15 mm ar didesnis kontaktų poslinkis sukels įdėjimo gedimą automatinėse „pack-and-place“ ir banginio litavimo linijose, dėl to gamybos linijos sustoja ir spausdintinių plokščių surinkėjams kainuoja šimtus dolerių per valandą. Šį toleranciją tikriname koordinatiniais matavimo įrenginiais (CMM) kiekvieno liejimo formos keitimo metu ir kas valandą gamybos metu.

Išvada: pradėkite nuo paraiškos, o ne nuo specifikacijos

Jei galėtume pasidalinti viena mintimi iš 14 mūsų veiklos metų, PCB tvirtinimo gnybtų blokų gamintojas, tai būtų taip: Geriausia gnybtų bloko specifikacija yra ta, kuri atitinka faktines naudojimo sąlygas, o ne ta, kuri geriausiai atrodo palyginus duomenų lapą. Matėme, kaip inžinieriai per daug specifikacijas nurodė 3,96 mm sraigtinius gnybtus 5 V jutiklio mazgui, eikvodami plokštės vietą ir biudžetą, ir matėme, kaip tokie pat talentingi inžinieriai per mažai specifikacijų nurodė 2,54 mm litavimo blokus 24 V variklio valdikliui, sukeldami latentinį lauko gedimą, kuris išryškėjo po 18 mėnesių nuo diegimo pradžios.

Mūsų patarimas paprastas. Prieš atidarydami katalogą arba siųsdami užklausą, patikrinkite savo programos faktinius įtampos, srovės, aplinkos ir tinkamumo naudoti reikalavimus. Tada raskite PCB tvirtinimo gnybtų blokų gamintojas kas tau užduos tuos pačius klausimus – nes gamintojui, kuris neklausia apie jūsų programą, nerūpi, ar jų produktas joje veikia.

„Ningbo J-Guang Electronics“ įmonėje mes gaminame visus šiame straipsnyje aptartus žingsnių ir jungčių derinius vienoje vietoje, naudodami vieną kokybės sistemą ir vieną atskaitomybės standartą. Nesvarbu, ar jums reikia 2,54 mm litavimo gnybtų blokų vartotojams skirtiems nešiojamiems įrenginiams, ar 3,96 mm sraigtinių gnybtų blokų gamyklos automatizavimo valdikliui, mes turime įrankius, testavimo infrastruktūrą ir taikymo patirtį, kad galėtume paremti jūsų projektą nuo prototipo iki masinės gamybos.