Det grundlæggende om Pogo Pin-stik

Pogo pins er kompakte, fjederbelastede stik, der i vid udstrækning anvendes i elektroniske systemer for at sikre pålidelige elektriske forbindelser gennem deres kontaktpunkter. Strukturelt set består de af en cylindrisk cylinder, der indeholder en intern fjeder, som gør det muligt for stiften at komprimere og opretholde et stabilt kontakttryk. Dette design giver dem en visuel lighed med den klassiske pogo stick, hvilket har inspireret til navnet.

Som en interessant bemærkning kan det nævnes, at det oprindelige pogo stick-legetøj blev udviklet af Max Pohlig og Ernst Gottschall, som kombinerede de to første bogstaver i deres efternavne for at skabe produktnavnet. Ud over deres lignende bevægelse og navn slutter det funktionelle og designmæssige forhold mellem pogo sticks og pogo pins dog der. Denne artikel beskriver pogo pins mere detaljeret, herunder deres fordele, almindelige stilarter og designovervejelser.

Grundlæggende om pogo pins

Pogo pins, der først blev udviklet på Bell Labs i begyndelsen af 1970'erne, blev oprindeligt designet til testudstyr til halvledere på grund af deres egnethed til meget præcise, miniaturiserede og gentagelige elektriske forbindelser. Deres rolle i industrien er siden blevet udvidet betydeligt med fremskridt inden for mekanisk stabilitet, strømhåndtering og kompakt design. Disse forbedringer har gjort pogo pins alsidige nok til at kunne bruges i forbrugerelektronik, industrielle systemer og medicinsk udstyr.

Hver pogo pin består af tre primære dele: en cylinder, et stempel og en intern spiralfjeder. De typiske materialer er messing eller kobberlegeringer med en nikkelbelægning for holdbarhed og korrosionsbestandighed. Til applikationer, der kræver lavere kontaktmodstand, anvendes ofte guld- og andre ædelmetalbelægninger. I armaturer med høj tæthed er pogo pins anbragt tæt på hinanden for at skabe flere kontaktpunkter på et printkort eller i et stik, der ofte parres og løsnes. Denne tætte konfiguration muliggør effektive, pålidelige forbindelser, der tåler gentagen brug, hvilket er afgørende i mange moderne elektroniske applikationer.

Figur 1: Grundlæggende komponenter i en typisk pogo pin. (Billedkilde: Same Sky)

Ud over omkostningsfordele giver pogo pins mange tekniske fordele, der forbedrer enhedens ydeevne og levetid:

• Plads- og højdeeffektivitet: Pogo pins sparer værdifuld plads på printkortet og reducerer monteringshøjden, hvilket er ideelt til kompakte designs.
• Holdbarhed og modstandsdygtighed over for stød: De er konstrueret til at holde til mange parringscyklusser og er modstandsdygtige over for mekaniske stød og vibrationer.
• Udvidet kontaktvandring: Med stor kontaktvandring kan pogo pins rumme termisk udvidelse og sammentrækning og opretholde stabile forbindelser.
• Præcisionsmontering: Maskinmontering muliggør præcis placering, hvilket sikrer ensartede og pålidelige forbindelser.
• Automatisk justering: Pogo pins justeres naturligt med parringsstik, hvilket forenkler monteringsprocessen og forbedrer pålideligheden.
• Konstant kontaktkraft: Fjedermekanismen opretholder et konstant tryk og forhindrer tab af forbindelse under varierende forhold.
• Tilpasningsdygtigt design: Pogo pins kan tilpasses til forskellige kortkonfigurationer og understøtter forskellige produktionskrav.

Pogo pins fås i en lang række specifikationer, herunder forskellige længder, diametre, materialer, driftskræfter, strømstyrker, pad-layouts og stempelstilarter. Denne tilpasningsevne gør dem velegnede til en bred vifte af anvendelser, fra udfordrende industrielle miljøer til dagligdags forbrugerelektronik.

Pogo pin-typer og monteringsformer

Som netop nævnt er der mange typer af pogo pin-forbindelsesløsninger, der er skræddersyet til at opfylde specifikke anvendelseskrav, livscykluskrav og tilpasningsmuligheder. Her er nogle af de mere almindeligt anvendte pogo pin-funktioner, som gør det muligt for ingeniører at optimere design baseret på elektriske, mekaniske og miljømæssige behov:

• Høj strømstyrke: Designet til at håndtere strømme på typisk mellem 2 og 8 ampere, men der findes højere klassificeringer til krævende anvendelser.
• Høj frekvens: Velegnet til højhastighedsapplikationer, der kan understøtte datahastigheder på op til 10 Gbps
• Vandtæt: Integreret med forseglingsmekanismer til beskyttelse mod vand- og fugtindtrængning, ideel til udendørs og robuste anvendelser.
• Magnetisk: Udnytter magnetisk kraft til at etablere og opretholde en sikker, polariseret forbindelse
• Lav fjederkraft: Designet med reduceret fjederspænding for at anvende minimal kraft på kontaktpunkter, velegnet til sarte forbindelser
• Kontakt med rullekugle: Har en kugle i kontaktenden for at opretholde et kontinuerligt signal, selv når der er bevægelse mellem kontakterne.
• Gevindskrue: Udstyret med et gevinddesign på enten stemplet eller cylinderen, hvilket muliggør en sikker fastgørelse til kort eller enheder.
• Loddekop: Indeholder en lille loddekop på bagsiden af benet, så det er nemt at fastgøre et kabel.
• Dobbelte ender: Indeholder fjederbelastede kontakter i begge ender, hvilket muliggør tilslutning på begge sider
• Lodret eller flad bund: Strækker sig lodret fra printkortet, hvilket giver mulighed for effektive printkort-til-panel-forbindelser
• Retvinklet (vandret): Konfigureres i en vinkel på 90° i forhold til printkortet og understøtter vandret montering af enheder.
• Flydende: Har en standard fjederkontakt i den ene ende med en buet kontakt i den anden, hvilket forhindrer overkompression, samtidig med at begge sider kan bruges til tilslutninger.

Figur 2: Eksempler på dobbelte og retvinklede pogo pins (Billedkilde: Same Sky)

Pogo pins købes generelt som individuelle komponenter, hvilket gør det muligt at tilpasse dem til specifikke kort- eller armaturanvendelser. Denne fleksibilitet gør dem til en integreret del af skræddersyede forbindelsesløsninger, der er designet til at opfylde præcise forbindelseskrav. I nogle tilfælde kan man dog få hyldevare-stik, der indeholder pogo-pins i et isolerende hus, ofte komplet med monteringshardware, som kan strømline samleprocessen, hvis de er i overensstemmelse med designkravene.

Til specialfremstillede kort eller armaturer findes der forskellige indsættelses- og monteringsmuligheder, der passer til forskellige anvendelser:

• Typer af indsættelse: Pogo pins kan indsættes ved hjælp af flere metoder, herunder tryk, svejsning, krympning, lodning og endda loddefri muligheder, der hver især giver unikke fordele afhængigt af applikationens mekaniske og elektriske krav.
• Monteringsteknologier: Monteringskonfigurationer omfatter overflademontering, gennemgående hul, ledningsmontering og frithængende stilarter, hvilket giver muligheder for forskellige kortdesigns og sammenkoblingsopsætninger.

Figur 3: Almindelige muligheder for pogo-pins (Billedkilde: Same Sky)

Koblingsstik eller mål

Den primære funktion af et elektrisk stik er at forbinde eller parre to eller flere komponenter. For traditionelle stik kræver det typisk et kompatibelt armatur i hver ende. Pogo pins er dog mere alsidige, da de ikke kun kan etablere forbindelser ved at parre sig med et stik eller en sokkel, men også ved at kontakte specifikke målpunkter direkte på et printkort.

Disse mål kan omfatte udpegede komponenter, belagte kontaktområder på kortet eller brugerdefinerede chipstik, der er designet specielt til test af integrerede kredsløb. Målets rolle er at skabe et pålideligt elektrisk forbindelsespunkt, hvor pogo pins kan komme i kontakt med hinanden og forblive stabile, indtil forbindelsen med vilje afbrydes.

Overvejelser om det endelige design

For at specificere den ideelle pogo pin er der nogle sidste vigtige overvejelser, du skal have i tankerne:

• Størrelse og format: Definer ledningsstørrelse, bendiameter og format (f.eks. rund, firkantet eller rektangulær) baseret på rumlige begrænsninger og mekanisk tilpasning.
• Kontaktmateriale: Vælg mellem materialer som messing, kobber, nikkel eller bronze baseret på ledningsevne, holdbarhed og kompatibilitet med andre materialer i designet.
• Kontaktbelægning: Vælg et belægningsmateriale - f.eks. guld, sølv, nikkel, palladium, zink, tin eller bly - baseret på den ønskede kontaktmodstand, korrosionsbestandighed og holdbarhed.
• Elektriske målinger: Evaluer kontaktmodstand og strømstyrke for at sikre, at pogo pin kan håndtere den nødvendige elektriske belastning uden for stort tab eller opvarmning.
• Bevægelse: Angiv stempelstørrelse, arbejdshøjde (for optimal stempelbevægelse) og dimensionstolerancer for at sikre pålidelig kontakt og kompression i applikationen.
• Fysiske mål: Overvej den indledende kraft, der er nødvendig for at skabe kontakt, og den midterste kompressionskraft for at opretholde den, og sørg for, at kraften på benene er i overensstemmelse med designets mekaniske og holdbarhedsmæssige behov.
• Miljømæssige faktorer: Tag højde for potentiel eksponering for ekstreme temperaturer, stød, vibrationer, ætsende atmosfærer og fugt. Hvis du vælger pogo pins, der er designet til barske miljøer, sikrer du lang levetid og ydeevne under ugunstige forhold.

Figur 4: Maksimal og minimal kompression samt anbefalet arbejdshøjde, der typisk findes på et pogo pin-diagram (Billedkilde: Same Sky)

Konklusion

Pogo pins giver en pålidelig og ensartet elektrisk forbindelse på tværs af forskellige enheder takket være deres enkle, men robuste design. Denne enkelhed gør det muligt for pogo pins at udholde tusindvis af parrings- og afparringscyklusser, hvilket gør dem usædvanligt holdbare til applikationer med høj brug. Deres fjederbelastede mekanisme kompenserer også for mindre forskydninger under tilslutninger, hvilket sikrer ensartet ydeevne selv med små positionsforskydninger. Derudover er pogo pins både omkostningseffektive og pladsbesparende, hvilket gør dem til en foretrukken forbindelsesløsning i mange moderne elektroniske applikationer, hvor kompakthed, pålidelighed og budgetovervejelser er afgørende. Se Same Skys udvalg af pogo pin-stik, der fås nu på DigiKey.