Высоконадежные-контактные площадки с пого-штырямиотличается твердым золотым покрытием и прецизионным изготовлением. Идеально подходит для интерфейсов зарядки носимых-устройств, медицинского диагностического оборудования, промышленных испытательных приспособлений и межплатных-меж-межплатных соединений-, поддерживающих проекты от прототипирования до массового производства.

ПочемуКонтактная площадка Pogo PinДизайн определяет надежность системы

Большинство инженеров сосредотачивают внимание на самом штифте, рассматривая сопрягающуюся контактную площадку как второстепенный вопрос. На самом деле именно здесь часто случаются сбои.

За последние 15 лет мы неоднократно наблюдали одни и те же виды отказов во многих проектах:

Контактные площадки слишком малы, чтобы компенсировать механическое смещение или допуски корпуса.

Низкое-поверхностное покрытие выбрано для снижения затрат на продукцию, рассчитанную на 50 000 циклов соединения.

Конструкции с контактными площадками с прямым-медным покрытием используются в приложениях с высокими-токами без учета повышения температуры и тепловых эффектов.

Ни один из этих вопросов не является особенно сложным. Задача состоит в том, чтобы принять правильные проектные решения до того, как будет построен первый прототип, а не пытаться исправить проблемы позже. Именно здесь многие проекты сопряжены с ненужными задержками и затратами.

На этой странице обобщены уроки, которые мы извлекли из этих проектов, включая размеры контактных площадок, выбор покрытия, текущую-грузоподъемность и рекомендации по компоновке.

Что делает контактную площадку Pogo Pin надежной?

Надежность зависит от трех взаимодействующих факторов:механическая консистенция, химия поверхности и термический запас. Оптимизация только одного и пренебрежение другими может привести к тому, что конструкция пройдет тестирование, но не сможет использоваться в-реальном мире.

Механические характеристики: контактная сила и перемещение

Стабильно низкое контактное сопротивление требует постоянного контактного усилия на протяжении всего хода сжатия. Стандартные конструкции штифтов обычно обеспечиваютКонтактная сила 30–150 гс(в зависимости от диаметра и хода штифта), обычно с контактным сопротивлениемниже 25 мОм.

Критическим моментом является то, что контактное сопротивление не снижается линейно. Вместо этого он имеет тенденцию резко возрастать на крайних точках кривой силы. Конструкции, работающие близко к минимальному пределу сжатия, особенно чувствительны к производственным и сборочным допускам.

Для приложений с большим-циклом-таких как испытательные приспособления ИКТ или зарядные станции, рассчитанные наболее 20 000 циклов стыковки-a очистка-конструкции контактовчасто является предпочтительным. Относительное скользящее движение помогает удалять поверхностные оксиды во время каждого цикла сопряжения, что приводит к увеличению срока службы по сравнению с чисто сжимающим контактным интерфейсом.

Химия поверхности: выбор комплекта покрытий

Поверхность колодки и кончик плунжера штифта образуют электрохимическую пару. Несовпадение их - твердого золотого штифта на контактной площадке ENIG, например -, ускоряет износ более мягкой поверхности и создает мусор, который со временем увеличивает сопротивление.

В нашем стандартном пакете покрытий для контактных площадок используется диффузионный барьер никеля (3–5 мкм) под электролитическим твердым золотом (0,3–0,8 мкм). Никель предотвращает миграцию золота в медную подложку; твердое золото обеспечивает износостойкость. При ускоренных испытаниях на срок службы в соответствии со стандартом IEC 60512-6-4 изменение сопротивления остается ниже 5 % в течение 10 000 циклов для стандартных носимых устройств и в течение 1 00 000 циклов для высоконадежных конструкций — это разные продукты с разными характеристиками, а не единый диапазон.

Тепловая: текущая мощность и снижение номинальных характеристик

Одна хорошо спроектированная-контактная площадка на меди толщиной 2 унции может выдерживать непрерывный ток 3–5 А при повышении температуры до 30 градусов и температуре окружающей среды 25 градусов. Но температура окружающей среды имеет большее значение, чем признается в большинстве технических описаний:

Для зарядных устройств, потребляющих ток более 5 А, параллельная конфигурация контактных площадок распределяет нагрузку и снижает-тепловую нагрузку на каждую контактную площадку. Во время проверки DFM мы проводим тепловое моделирование для любой конструкции с током выше 3 А на контактную площадку.

Расположение выводов Pogo на печатной плате: правила определения размеров и размещения выводов

Размер посадочной площадки штифта определяет, обеспечивает ли штырь надежный контакт с полным набором допусков вашего корпуса, изготовления печатной платы и системы механического выравнивания. Недостаточный размер вызывает прерывистый контакт; увеличение размера приводит к потере места на плате и созданию проблем с целостностью сигнала в плотных компоновках.

Рекомендуемые размеры колодок

Рекомендуемый диаметр контактной площадки учитывает допуск на изготовление печатной платы ±0,1 мм плюс типичный механический поплавок в корпусах с защелкой-установкой или магнитным-центрированием. Если в вашем корпусе используется прецизионный центрирующий штифт или дюбель, вы можете увеличить эти допуски -. Свяжитесь с нами и предоставьте чертеж корпуса, и мы дадим совет.

Практика компоновки, предотвращающая распространенные сбои

Изолированные колодки, не залитая медь.Подключение площадок непосредственно к медной заливке без термозащиты усложняет пайку и может вызвать неравномерный нагрев, приводящий к деформации тонких плат. Используйте изолированные площадки с переходными отверстиями для распределения тепла там, где это необходимо.

Твердое золото для любых колодок с ресурсом более 5000 циклов.ENIG пригоден для пайки и экономически эффективен,-но изнашивается быстрее при механическом контакте. Слой никеля, который ENIG обнажает после изнашивания золота, тверже самого золота - контактное сопротивление увеличивается и становится непредсказуемым. Для зарядных контактов или тестовых приспособлений на этапе изготовления платы используйте электролитическое твердое золото.

Недоступные-зоны имеют большее значение при высокой частоте.При постоянном токе или низкой частоте для большинства применений достаточно зазора в 0,3 мм-между контактными площадками,-несущими сигнал. Выше 1 ГГц увеличьте уровень защиты-и добавьте заземление между контактными площадками для устранения перекрестных помех. Отметьте это в своем пакете дизайна, и мы рассмотрим его во время проверки Gerber.

Через размещение текущих-подушек для переноски.Для площадок с током более 2 А добавьте тепловые переходы на противоположную сторону платы или на плоскость заземления/питания. Одно переходное отверстие диаметром 0,3 мм пропускает примерно 0,5 А - для площадки на 3 А, запланируйте как минимум 6–8 переходных отверстий, сгруппированных в пределах площади площадки.

Выбор подходящего покрытия для вашего применения

Неправильный выбор покрытия не выходит из строя сразу -, он выходит из строя через 3000 циклов, когда устройство уже находится в эксплуатации. Вот как подобрать покрытие к вашему реальному случаю использования.

Электролитическое твердое золото

Лучше всего подходит для: носимых зарядных контактов, интерфейсов медицинских устройств, испытательных приспособлений с большим количеством-циклов, любых применений, число циклов соединения которых превышает 5000.

Диапазон толщины: 0,3–1,0 мкм над никелевым барьером. Тверже мягкого золота (твердость по Кнупу 130–200 HK против . 60–90 HK для мягкого золота), что напрямую влияет на срок службы. Компромисс заключается в возможности пайки - твердое золото не идеально подходит для участков, которые также будут паяться волной или паять оплавлением.

ENIG (химическое никель/иммерсионное золото)

Идеально подходит для: контактных площадок смешанного-функционала, требующих как пайки, так и случайного механического контакта, применений с малым-циклом (менее 3000 вставок), экономичных-конструкций, в которых зарядка выполняется нечасто.

Слой иммерсионного золота в ENIG очень тонкий (0,05–0,1 мкм) и изнашивается при многократном контакте. Как только никель обнажится, ожидайте увеличения контактного сопротивления. Для умных часов, которые заряжаются ежедневно, это проблема уже через год использования. Для сканера штрих-кода, который стыкуется один раз за смену, это приемлемо.

ЭНЕПИГ

Лучше всего подходит для: применений, требующих как надежного механического контакта, так и хорошей паяемости на одной контактной площадке -, что обычно встречается в медицинских устройствах, где контактная площадка выполняет одновременно функцию зарядки и-точки тестирования. Дороже, чем ENIG, но оно того стоит, когда колодка должна выполнять двойную функцию.

Серебряное покрытие

Лучше всего подходит для: экономичных-контактов питания постоянного тока в не-жестоких условиях, радиочастотных контактов, для которых важен скин-проводимость. Серебро тускнеет во влажной или-серосодержащей среде, что увеличивает контактное сопротивление. Не рекомендуется для наружного или медицинского применения.

Управление током на контактной площадке печатной платы: конструкция с учетом теплового запаса

Модель нагрева I²R проста: рассеиваемая мощность равна квадрату тока, умноженному на сопротивление. Для контактной площадки сопротивлением 25 мОм, пропускающей ток 3 А, это 225 мВт -, сосредоточенные на очень маленькой площади. Тепловой путь от этой площадки до окружающей среды определяет, будет ли повышение температуры оставаться в пределах спецификации.

Факторы, влияющие на текущую мощность

Медная масса.1 унция меди (35 мкм) является стандартной; 2 унции (70 мкм) примерно удваивают площадь поперечного сечения-и уменьшают сопротивление примерно на 50 %. Для площадок с током выше 3 А укажите медь толщиной 2 унции или используйте несколько площадок параллельно.

Изоляция контактной площадки по сравнению с медным соединением.Изолированная площадка с переходными отверстиями рассеивает тепло лучше, чем площадка, подключенная к большой медной заливке, поскольку заливка действует как радиатор только в том случае, если она имеет тепловой путь к окружающей среде. В многослойной плате с внутренними плоскостями подключение токопроводящих-контактных площадок к силовой плоскости через тепловые переходы является наиболее эффективным подходом к управлению теплом.

Размер колодки.Прокладки большего размера распределяют тепло, но также увеличивают индуктивность и емкость -, необходимые для радиочастотных применений. Для зарядки постоянным током выбирайте размер площадки в соответствии с требованиями к току, а не до минимума, подходящего для контакта.

Когда контактная площадка Pogo Pin не является правильным решением

Мы рекомендуем пружинные контактные площадки для широкого спектра применений, но бывают случаи, когда лучше использовать другой подход -, и мы предпочитаем сказать вам об этом сейчас, а не после того, как инструмент будет отрезан.

Очень малое количество вставок, предпочтительно постоянное соединение.Если соединение будет выполнено один раз во время сборки и больше никогда не будет разорвано, соединение пайкой или-запрессовкой будет более надежным и менее дорогостоящим. Пружинные контакты повышают ценность, когда повторяющиеся циклы соединения являются требованием конструкции.

В условиях повышенной-вибрации без механической блокировки.Штыревые контакты Pogo поддерживают соединение только за счет силы пружины. В средах с постоянной-вибрацией (трансмиссии автомобилей, тяжелое промышленное оборудование) пружина может потерять контакт из-за вибрации, даже если корпус выглядит собранным. В этих случаях укажите запирающие соединители со вторичной фиксацией.

Среды с высоким уровнем загрязнения-без IP-герметизации.Пружинная контактная площадка, подвергающаяся воздействию смазочно-охлаждающих жидкостей, сельскохозяйственных химикатов или горнодобывающей пыли без надлежащего уплотнения, выйдет из строя из-за загрязнения независимо от качества позолоты. Если невозможно обеспечить защиту от воздействия окружающей среды вокруг контактного интерфейса, выберите вместо этого герметичную систему разъемов.

Extremely high current density (>10 А на контакт).При токе выше 10 А на одном контакте управление температурой становится очень затруднительным при стандартной геометрии пружинных контактов. Более подходящими являются шины или силовые-разъемы.

Примеры применения

Носимые контакты для зарядки

Док-станции для зарядки умных часов и фитнес-трекеров – это-наиболее распространенное применение пружинных контактных площадок. Конструктивные ограничения очень жесткие: площадь контактной площадки мала, количество вставок велико (ежедневное-использование док-станции для умных часов 365 раз в год), а требования к водонепроницаемости (IPX7 или IP68) ограничивают возможности организации уплотнения вокруг контакта.

Мы работали над дизайном контактов зарядки для нескольких носимых платформ. Наиболее распространенная неисправность, которую мы наблюдаем, — это подушечки ENIG на изделиях, предназначенных для ежедневного-многолетнего ежедневного использования. Указание твердого золота толщиной 0,5 мкм добавляет несколько центов за доску; замена зарядных контактов при возврате по гарантии стоит существенно дороже.

Медицинская экстра-диагностика in vitro

Устройства IVD требуют соответствия биосовместимости любой поверхности, которая может контактировать с биологическими образцами или руками медицинского персонала. Контактные площадки в этих приложениях обычно используются в интерфейсах тестовых приспособлений, а не в контактных поверхностях-пациента, но требования к документации по-прежнему важны. Мы поставляем спецификации материалов, документацию о соответствии RoHS/REACH и записи отслеживания в стандартной комплектации для клиентов из сферы медицины.

Испытательные приспособления ICT и FCT

Площадки с высокой плотностью-тестовых точек SMT внутри-схемы и приспособления для функционального тестирования циклически повторяют гораздо больше циклов, чем любое приложение продукта, - типичное приспособление ICT может проводить 1000 тестов платы в день. При таких темпах показатель в 100 000-циклов будет достигнут менее чем за четыре месяца. Для этих применений мы указываем позолоту максимальной твердости и рекомендуем графики обслуживания приспособлений, основанные на фактическом количестве циклов, а не на календарном времени.

Соединения автомобильной платы-между-платами

Для соединений между ЭБУ, модулями датчиков и панелями распределения питания все чаще используются интерфейсы с пружинными контактами, а не традиционные разъемы жгутов проводов. Эти приложения должны соответствовать требованиям к компонентам AEC-Q200 и подвергаться термоциклированию (от -40 до +125 градусов), вибрации согласно ISO 16750 и воздействию влажности согласно ISO 6270.

Процесс индивидуального проектирования

• Стандартные проекты: Разработка чертежей в течение 1 рабочего дня.
• Специальные конструкции: проектные чертежи предоставляются в течение 1–3 рабочих дней.

Результаты

1. 2D чертежи и спецификации
2. 3D модели
3. Рекомендации по материалам и покрытиям
4. Цитата
5. Поддержка прототипов: изготовление индивидуальных форм или изготовление образцов прототипов.

Часто задаваемые вопросы

Каков правильный размер площадки для штыревого контакта?

Диаметр площадки должен равняться диаметру плунжера штифта плюс 0,5–0,8 мм, чтобы учесть допуск изготовления печатной платы и поплавок механического выравнивания. Для штифта диаметром 1,0 мм это означает площадку диаметром 1,5–1,8 мм. Если в вашем корпусе используются элементы точного выравнивания (установочные штифты, литые направляющие), вы можете затянуть их до +0.3 мм -, используя допуски вашего корпуса, и мы дадим вам совет. Недостаточный размер колодки является наиболее распространенной причиной прерывистого контакта в прототипах.

Когда мне следует использовать твердое золото вместо ENIG?

Если ваш продукт будет соединяться и разъединяться более 3000 раз в течение всего срока службы, выберите электролитическое твердое золото. Для умных часов, заряжаемых ежедневно, этот порог достигается за восемь лет -, что вполне соответствует сроку службы продукта. Для тестового приспособления это достигается за несколько дней. ENIG подходит для приложений с малым-циклом или для контактных площадок, которые в первую очередь требуют пайки, а не механического контакта.

Какой ток может выдерживать одна контактная площадка?

Правильно спроектированная медная площадка толщиной 2 унции в хорошо вентилируемом помещении может выдерживать ток 3–5 А при повышении температуры ниже 30 градусов при температуре окружающей среды 25 градусов. Снизьте номинальные характеристики до 50–60 % при температуре окружающей среды 85 градусов. Для нагрузок выше 5 А мы рекомендуем использовать параллельные контактные площадки, а не одну контактную площадку увеличенного размера - она более равномерно распределяет электрическую и тепловую нагрузку и снижает чувствительность к выходу из строя одного-точечного контакта.

Можно ли использовать эти контактные площадки в водонепроницаемых изделиях?

Да, с правильной конструкцией уплотнения вокруг контактного интерфейса. Сама прокладка не является гидроизоляционным элементом -, чем прокладка корпуса или литой уплотнитель. Мы поддерживаем конструкции IP67 и IP68 для носимых и промышленных устройств. Ключевым моментом является обеспечение механической совместимости уплотняющей поверхности с силой сжатия пружины; слишком большая сила сжатия деформирует мягкие прокладки и фактически может поставить под угрозу герметичность.

Каково минимальное расстояние между соседними колодками?

Минимальная зона защиты-между соседними площадками составляет 0,3 мм для колодок диаметром менее 0,8 мм и 0,5–0,8 мм для площадок большего размера. Это производственные минимальные требования - для приложений с высоким-напряжением или высокочастотными-сигналами, увеличение расстояния на основе требований к утечкам и зазорам или моделирования целостности сигнала.

Как уменьшить контактное сопротивление в промышленной конструкции?

На контактное сопротивление влияют три фактора: проводимость и толщина покрытия, контактная сила и чистота поверхности. Твердое золотое покрытие толщиной 0,5 мкм, контактное усилие более 80 гс и геометрия очищающих контактов надежно обеспечивают сопротивление менее 20 мОм в производстве. Если вы измеряете более высокое сопротивление на серийных платах, проверьте окисление поверхности контактных площадок (платы ENIG, хранившиеся более 6 месяцев, показывают измеримое увеличение сопротивления) и убедитесь, что ваш корпус обеспечивает указанное сжатие контактов.

Поддерживаете ли вы заказы на небольшие-партии или прототипы?

Да. У нас нет требований к минимальному заказу на стадии прототипа. Срок выполнения стандартных геометрических форм составляет 3–5 рабочих дней для Gerber и коммерческого предложения; Производство прототипной платы зависит от вашей фабрики, а не от нас. Для нестандартной геометрии нам обычно требуется одна дополнительная неделя для проверки DFM и инструментов.

Какие сертификаты применимы к вашим продуктам с контактными площадками?

Стандартные поставки соответствуют директиве RoHS 2011/65/EU и правилам REACH SVHC. Сертификация ISO 9001:2015 распространяется на наше производственное предприятие. Паспорта материалов и протоколы испытаний предоставляются по запросу.

Технические характеристики с первого взгляда

Содержимое проверено старшим инженером по приложениям с 12-летним опытом работы в области прецизионных межсоединений и разработки носимых/медицинских устройств. Технические данные основаны на внутренних испытаниях в соответствии со стандартами IEC 60512-6-4 и MIL-STD-1344.

Запросить рекомендацию по индивидуальному расположению контактной площадки- поделитесь своей спецификацией контакта, чертежом корпуса и требованиями к циклу/току. Мы предоставим рекомендации по планировке и спецификации обшивки в течение 3–5 рабочих дней.

Загрузить: Контрольный список по проектированию контактной площадки Pogo Pin Pad (PDF)- справочник по полям на одной-странице, в котором описаны размеры контактных площадок, выбор покрытия, снижение номинальных значений тока и типичные виды отказов.

Связанный:Пого Пад |Производитель Pogo Pin | Поставщики пого-булавок| Контактная площадка Pogo Pin