Клеммы для печатного монтажа

Клеммы для печатного монтажа — разновидность разъемного соединения проводов к печатным платам. Представляет собой группу винтовых или пружинных зажимов, собранную на пластиковом основании и снабженную контактами для пайки на печатную плату.

Описание и отличительные особенности

Клеммы для печатного монтажа применяются, как более современная, технологичная, но в то же время — более дорогая альтернатива прямой пайке проводов на плату.

В отличие от клеммников, применяемых для других целей, клеммные блоки на печатную плату имеют более миниатюрный размер, рассчитаны на меньшие токи и напряжение (за исключением барьерных клемм), имеют особую конструкцию зажимной клети и более низкую стоимость эксплуатации.

Классификация

В научной литературе не предложена унифицированная классификация клеммных блоков. Тем не менее, можно выделить ряд параметров, по которым логично разделить исследуемую продукцию на группы:

По способу зажима

• Винтовые клеммные блоки. Зажим провода происходит при помощи винта, который фиксируется в клети отверткой. Это более дешёвый способ.
• Безвинтовые, нажимные клеммники. Не содержат винтов, используется рычажковый или пружинный полуавтоматический зажим. Такие клеммники удобнее в эксплуатации, более просты в подключении, но имеют более высокую цену.

По типу зажима

• Лепестковый зажим

В данном соединении усилие сжатие возникает благодаря затяжке винта, однако текучесть материала проводника может привести к ослаблению соединения.

• Лифтовой зажим

Лифтовый зажим обеспечивает исключительно высокое качество винтового соединения: большую площадь контакта, высокую силу прижима, простой монтаж и отсутствие необходимости в сервисном обслуживании

• ТОП зажим

При использовании TОР-зажима проводник фиксируется не самим винтом, а рычажком, на который давит винт. Это гарантирует высокую силу прижима и полностью герметичный контакт.

• Пружинный зажим
• Болтовой зажим
• Обжимной контакт

По особенностям подключения

• Цельные

Монтируются на плату и служат для непосредственного подключения проводников

• Разъемные (разрывные)

Разъемные клеммники состоят из 2 частей. 1-я крепится на плату, 2-я — ответная в зависимости от назначения устройства может монтироваться на кабель, на DIN рейку, на панель. Ответная часть подключается к основной, в результате чего образуется стабильный контакт.

По способу защиты провода

• Без защиты

Стандартные самые недорогие клеммные блоки

• С рельефной обоймой

Модели этой группы имеют дополнительное небольшое пластмассовое наплавление вокруг отверстия для провода. Это сделано для увеличения расстояния между проводниками и снижения вероятности замыкания

• Круговая защита проводника

В данном случае — модифицирована зажимная клеть клемм. Она полностью охватывает провод. Это увеличивает надежность соединения и исключает возможность срыва проводника.

По силе проводимого тока

• Обычные
• Барьерные

По рядности

• Однорядные
• Двухрядные
• Многорядные

Клеммники могут содержать по нескольку «этажей» для удобства монтажа и более плотному размещению на печатной плате.

Технические характеристики

К основным техническим характеристикам клеммных блоков на печатную плату принято относить:

Электрические и физическая свойства

• Сила тока / напряжение. Основные электрические характеристики клеммников, определяются, как выдерживаемый ток и допустимое напряжение.
• Температурный режим определяет максимальный и минимальный температурный порог, при котором гарантирована стабильная работа клеммника. Зависит от материала корпуса и контактной части. Стандарт: −40 до +105 °C, с краткосрочным допуском до +220 °C

Материалы изготовления

• Материал корпуса. Как правило в качестве материала для корпуса используется огнеупорный диэлектрический пластик, обычно — полиамид: пластмасса на основе линейных синтетических высокомолекулярных соединений. При этом в современной промышленности терминальных блоков используют капрон (PA6) или более совершенный нейлон (PA66). Также иногда используют жидкокристалический полимер (LCP), который обладает повышенной термостойкостью.
• Материал контактов. Для создания стабильно соединения используют стальные материалы: луженая латунь, медь и её сплавы, фосфористая бронза и другие материалы с низким удельным сопротивлением.
• Материал зажимной клети. Используется нержавеющая или оцинкованная сталь, никелированная латунь — материалы, защищенные от коррозии, химического окисления.

Электроустановочные характеристики

• Шаг (расстояние между контактами на корпусе клеммника, измеряется в мм)
• Сечение повода (максимально допустимая толщина подключаемого проводника, измеряется в мм²)
• Кол-во контактов (количество металлических контактов для соединения с платой)
• Угол подключаемого проводника (для удобства монтажа и возможности плотного размещения клеммников на печатной плате, некоторые модели клемм изготавливаются под разный угол, типовые варианты: 0, 45, 90, 135)
• Размеры корпуса (основные габариты изделия, измеряется в мм по ширине, высоте, длине)
• Усилия затяжки (усилие при закручивании винта, необходимое для фиксации проводника в клети. Измеряется в ньютон-метрах)

Особенности производственного процесса

Производственный процесс новых моделей клеммных блоков начинается с дизайна и определения форм и размеров будущих изделий. Производство типовых моделей — с приема и отбраковки сырья (как для корпусов, так и для контактов). Далее параллельно запускаются штамповка контактов и литье корпусов. Когда основные элементы готовы — они поступают в цех сборки. На этом этапе применяется ручной, либо автоматизированный труд. Финальный этап — это комплексная проверка клеммников на наличие дефектов. Она в свою очередь проходит в несколько шагов: Измерительный цифровой тест, тест на выдерживаемое напряжение, ROHS тестирование, температурный тест, испытания раскаленной проволокой, визуальный контроль. На этом этапе выявленный брак на переработку, качественные изделия поступают на склад.

Примеры применения

Клеммники активно применяются в промышленности, особенно — электротехнике, радиоэлектронике, приборостроении, АСУ ТП. Некоторые примеры использования клеммников на печатную плату:

• Коммутационные сетевые устройства
• Сервероконтроллеры
• Частотные преобразователи
• Контроллеры
• Источники питания
• Системы управления для рельсового транспорта
• Преобразователи сигнала
• Регуляторы привода

Преимущественно, клеммники применяются в следующих отраслях:

• Освещение
• Системы безопасности
• Системы оповещения
• Автоматизация промышленности
• Связь и коммутация.

Способы монтажа на плату

Пайка волной припоя (волновой монтаж) / двойной волной припоя

Классический способ монтажа электронных компонентов. Печатная плата с установленными в соответствующие отверстия клеммниками нагревается и проходит над волной припоя. Излишек припоя срезается, или удаляется направленным потоком горячего воздуха.

Сквозной печатный монтаж пайкой оплавлением припоя. (пайка THR)

Суть технологии состоит в том, что пайка THT компонентов осуществляется в печи оплавления. Для этого сначала в область монтажных отверстий THT компонентов наносится необходимое количество паяльной пасты, далее в отверстия устанавливаются сами компоненты, и затем происходит пайка оплавлением.

Поверхностный монтаж по технологии SMT (SMD)

Основная статья: Поверхностный монтаж

Основным отличием данного метода от «традиционной» технологии — сквозного монтажа в отверстия является то, что компоненты монтируются на поверхность печатной платы. Преимущества ТМП проявляются благодаря комплексу особенностей элементной базы, методов конструирования и технологических приёмов изготовления печатных узлов.

Запрессовка

Непаянное соединение, получаемое запрессовкой соединения между особым образом спрофилированным контактом и сквозным металлизированным отверстием в печатной плате. Таким образом отсутствует необходимость нагревания платы. Данный способ особенно эффективно применять в случае монтажа на многослойную (до 36 слоев) плату

Непосредственное присоединение

Способ монтажа клеммников на плату, не подразумевающий использование припоя или запрессовки и без применения штырьевой планки. Клеммник подключается прямо к соответствующим контактным столбикам на краю печатной платы, которые являются частью её схемы.

Сертификация

Международные сертификаты

• Основным сертифицирующим органом клеммной продукции является Международная электротехническая комиссия (IEC). Она устанавливает стандарты и правила производства и эксплуатации клеммников и проводит их сертификацию. Причем проверка касается не только самих изделий, но также оборудования и сырья, из которого оно произведено. Проверка проходит в 3 этапа, по итогам выдается сертификат соответствия IEC
• Сертификат лаборатории по стандартизации и сертификации в области техники безопасности (UL), который в частности определяет огнеупорность и термостойкость клеммника.
• Евразийское соответствие (EAC) — сертификат (знак соответствия), свидетельствующий о том, что продукция прошла все установленные в технических регламентах Таможенного союза ЕврАзЭС процедуры оценки. Это значит, что она соответствует требованиям всех распространяющихся на данную продукцию технических регламентов.
• Сертификаты менеджмента качества (ISO9001:2008, 9001:2004, OHSAS 18001)
• C 1.07.2016 Обязательным для всех производителей является cсоответствие директиве ROHS (ограничение содержания вредных веществ в изделиях)

В зависимости от целей применения и среды, на клеммные блоки могут быть необходимы сертификаты о взрывозащищённости (EX ATEX), подтверждение на степень пылевлагозащиты (степень IP)

Локальные сертификаты

В зависимости от страны на производителя могут распространяться дополнительные технические регламенты и стандарты качества. В России до 2104 года обязательным для поставщиков клеммной продукции был сертификат ГОСТ Р (сертификат Ростеста), сейчас обязательным является получение сертификата соответствия техническому регламенту таможенного союза на низковольтное оборудование (ТС ТР НВО)

Производители

Европейские производители:

Европейские компании занимают лидирующее положение с точки зрения объёмов производства и зарегистрированных патентов на клеммные блоки.

Phoenix Contact

Основная статья: Phoenix Contact

Крупнейший производитель клеммников для соединения проводов, на Din рейку и интерфейсных модулей. Штаб-квартира расположена в Германии — городе Бломберг. Флагман и главный новатор в мире клеммной продукции. Линейка клемм на печатную плату является одной из основных, носит название COMBICON, насчитывает более 200 видов клемм и постоянно пополняется. Серии разбиты на группы в зависимости от назначения и сферы применения (есть взрывозащищенные, влагостойкие линейки).

В группу компаний Phoenix Contact Deutschland входят двенадцать предприятий. Девять принадлежащих компании производственных предприятий за рубежом. Почти 50 сбытовых дочерних компаний и более 30 представительств в разных странах, в том числе и в России

Высокий ценовой сегмент.

Weidmüller

Крупный производитель систем автоматизации и промышленных соединений. Изначально, компания специализировалась на производстве текстильных товаров. В наши дни компания выпускает Широкий ассортимент промышленной продукции, клеммники на печатную плату (серия OMNIMATE Signal) не являются основной линейкой и насчитывает около 150 моделей, в основном винтовые клеммы.

Weidmüller Group — международный холдинг, представленный производственными площадками, торговыми компаниями и представительствами в более чем 80 странах мира. Wiemuller получил широкую известность благодаря производству разъемов и клеммных блоков на din рейку и сопутствующих товаров: маркировок, комплектующих. В 2014 году объём продаж компании Weidmüller составил 673 миллионов евро.

Высокий ценовой сегмент.

WAGO Kontakttechnik

Основная статья: Wago

Крупный немецкий производитель клеммников, зажимов, соединителей, электронных компонентов для промышленности. Штаб-квартира находится в Миндене, Клеммники на печатную плату представлены. Постепенно переходит от производства комплектующих — к производству конечных модулей для систем автоматизации, контроллеров, трансформаторов. Тем не менее известен по всему миру благодаря изобретению зажима «Cage Clamp». Клеммники на печатную плату представлены слабо и не являются основной линейкой. Серия MCS насчитывает около 50 видов клемм, в основном включает габаритные промышленные разъемы с защитой провода для поверхностного монтажа.

WAGO имеет 33 национальных представительства и 7 основных заводов, расположенных в Германии, США, Индии, Китае и других регионах. Бренд Wago широко распространен по всему миру

Высокий ценовой сегмент.

Азиатские производители:

Азиатские производители клеммников характеризуются тем, что меньше занимаются разработками и НИОКР по сравнению с западными коллегами, а производят в основном аналоги. Здесь можно выделить 2 группы производственных предприятий: к первой относятся те, которые выбирают несколько наиболее популярных серий клеммников западных клеммных брендов и начинают выпуск их аналогов в рамках второй-третьей линий (не основной поток). Такие компании редко имеют необходимые сертификаты международных комиссий, качество продукции зачастую не является удовлетворительным

С другой стороны, во 2 группе Азиатские производители которые более основательно подошли к вопросу копирования западных моделей. Выпуск клеммников на плату является одним из — или основным видом производственного процесса. Такие компании также изготавливают аналоги западных брендов, но зачастую имеют свои уникальные линейки, тщательно подходят к выбору сырья и организации производственного процесса, ведут деятельность в соответствии с требованиями и техническими регламентами международных сертификационных организаций. Некоторые из компаний 2 группы:

Degson Electronic

Крупный Китайский производитель клеммных блоков для различного применения. Штаб квартира расположена с провинции Цикси, на Юго-Востоке Китая. Один из первопроходцев на ниве копирования западных клеммных брендов. Клеммные блоки на печатную плату являются одной из основных линеек — около 300 моделей. Также компания производит клеммы на Din рейку и трансформаторные клеммы и аксессуары. В России появился в начале 2000 и быстро захватил определённую долю отечественных потребителей клеммной продукции за счет низких цен и приемлемого качества. Однако с ростом дистрибьютерской сети, Degson в России цены на их клеммники начали расти, ужесточились условия поставки. Те не менее на сегодняшний день Degson Electronic является одним из лидеров по доле рынка клемм в среднем ценовом сегменте.

Wanjie Electronic

Бывшее производственное подразделение Degson Electronic, вышедшее из его состава в 1992 г. решением совета директоров. На данный момент ведет самостоятельную хозяйственную деятельность, штаб квартира — провинция Цикси, КНР Узкоспециализированное предприятие. 96 % ассортимента занимают клеммные блоки на печатную плату, производит также макетные платы и аксессуары. На российский рынок компания вышла в 2012 году, предложив качественные аналоги Западных и уже Китайских клеммников на печатную плату по более низкой цене. Активным развитием дистрибьюторской сети в России Wanjie не занимается, имеет только одного официального дистрибьютора, что обеспечивает определённую гибкость в работе. Компания Расширяет ассортимент вглубь, адаптируя и кастомизируя свою продукцию под требования заказчиков из разных стран. На данный момент основная линейка насчитывает около 400 моделей клемм с различным шагом, сечением провода и количеством контактов.

Низкий ценовой сегмент.