Виробник фітнес-пристроїв звернувся до нас у 2023 році з періодичним збоєм заряджання, який виявлявся на кількох сотнях пристроїв у полі. Пружинні штифти Pogo на їхній док-станції виглядали добре - сила пружини відповідала вимогам, покриття було непошкодженим, геометрія наконечників була правильною. Проблема полягала в контактній панелі Pogo на стороні пристрою. Вони визначили штифт із загальною контактною площадкою з попереднього проекту: менша площа контакту, ніж потрібна куполоподібна вершина нового штифта, м’якше позолочене покриття, ніж вимагало нове зусилля пружини, і вся комбінація створювала крайовий контакт приблизно в 15% випадків стикування.
Специфікація контактів була технічно обґрунтованою. Специфікацію панелі для шпильки Pogo не було оновлено відповідно до неї. Ось де жила невдача.
Через цей проект я починаю кожну розмову про оцінку контактного штифта Spring Pogo однаково: спочатку розкажіть мені про контактну панель, а потім ми повернемося до шпильки назад. Вибір пружинного штифта Pogo Pin є справді рішенням контактної системи, а контактна площадка Pogo Pin є частиною, яка накопичує знос і визначає довго-надійність. Далі охоплює обидві сторони цього рішення - параметри штифтів і вимоги до колодок, які вони керують.
Spring Force: те, що вказує таблиця даних проти того, що насправді бачить ваш планшет
Сила пружини вказана на кожній таблиці даних пого-шпильки, і це число, на яке покупці дивляться в першу чергу. Це також число, яке найчастіше неправильно використовують при виборі шпильки пружинного пого.
Розрахункова сила пружини зазвичай вимірюється в певній точці стиснення -, яка часто є середньою точкою повного ходу, або при повному стисненні. Ваша панель Pogo Pin не сприймає цю силу. Він бачить зусилля, яке забезпечує ваша конструкція на фактичному робочому ході: відстань стиснення між номінальним положенням сполучення та повністю витягнутим станом штифта.
Пружинний штифт з потужністю 150 гс при повному стисненні може забезпечити 80 гс у вашому робочому положенні, залежно від того, наскільки сильно стиснутий поршень у нормальній роботі. Ці 80gf — це сила, яку відчуває ваша контактна накладка Pogo Pin, і вона визначає одночасно дві речі: надійність контакту та швидкість зносу накладки.
Для специфікації колодки це важливіше, ніж усвідомлюють більшість покупців. Більша сила пружини на контактній площадці пого-штифта означає менший опір контакту (накладка відчуває більш послідовний тиск на посадку), але швидше зношується золото. Швидкість зношування не є лінійною - приблизно подвоєння контактної сили збільшує швидкість зношування на межі розділу золото-нікель у три-чотири рази, оскільки контактна напруга починає спричиняти пластичну деформацію в шарі золота, а не пружне стиснення. Підкладка, призначена для роботи 100gf, буде зношуватися в три-чотири рази швидше під дією сили пружини 200gf за тієї самої геометрії наконечника. Ось чому товщина покриття пого-паду не може бути перенесена з попередньої конструкції, коли сила пружини змінюється.
Попросіть свого постачальника пружинного штифта{0}}прогину, а не лише номінальну величину. Потім знайдіть робочу точку стиснення на цій кривій. Цей номер -, а не каталожна специфікація -, визначає ваші вимоги до покриття накладки для шпильки Pogo.
Для споживчих носіїв типовим діапазоном є 100–200 гс у робочому положенні. Промислові док-системи з більшою різницею механічних допусків часто працюють на 150–300 гс. Для медичних носіїв, у яких стінка корпусу за контактною площадкою пого-штифта тонка, утримання сили пружини в напрямку нижньої межі цього діапазону зменшує прогин на поверхні корпусу та допомагає ущільненню IP (якщо воно є) залишатися стабільним по периметру.
Маржа ходу та ходу: більшість механічних конструкцій помиляються
Кожен пружинний штифт має номінальний загальний хід - на повний хід від повністю витягненого до повністю стиснутого. Те, що насправді використовує ваша конструкція, є часткою цього: робочий хід, який є стисненням, яке відбувається під час нормального сполучення.
Режим невдач, який виникає через ігнорування цього зв’язку, проявляється на полі як переривчастий контакт, який важко відтворити на лавці. Пружинний погоночний штифт досягає дна -, вдаряючись про свій механічний упор - у найгіршому-випадку умов допуску розмірів, що обнулює силу контакту та створює розрив ланцюга. На стенді із зразками номінальних-розмірів це працює добре. У польових умовах, коли деталі знаходяться на межі вікна допуску, він виходить з ладу.
Робоча точка має займати 40–60% від загального ходу за номінальних умов. У найгіршому-стиснутому положенні - номінальна робоча точка плюс повний допуск від усіх відповідних розмірів стека-вгорі - пружина все ще повинна мати принаймні 20–25% від загального ходу, що залишився, перш ніж вона вдариться в упор. Я дотримувався цього правила в кількох проектах щодо медичних пристроїв і промислових пристроїв для носіння, і воно усунуло переривчастий-контакт-у-режимі відмови толерантності в кожному з них. Це коштує щось у висоті роз’єму, що іноді створює аргументи щодо механічного дизайну. Альтернативою є пошук режиму відмови в полі.
Для вашої контактної площадки з контактним штифтом Pogo розмір поля ходу перекладається на площу контактної площадки. Якщо зміна ходу спричиняє бічний рух наконечника плунжера по поверхні колодки -, що може відбуватися в конструкціях із будь-яким допуском обертання -, накладці потрібна достатня площа, щоб утримувати зону контакту наконечника по центру незалежно від того, де в діапазоні ходу працює штифт.
Геометрія наконечника поршня та її значення для вашого Pogo Pad
Геометрія наконечника — це фізична характеристика, яка визначає, як пружинний пого-штифт взаємодіє з контактною площадкою пого-штифта в зоні контакту. Його вплив як на опір контакту, так і на знос колодок є більшим, ніж визнають більшість процесів специфікації.
Купольні або круглі наконечники є правильним вибором для накладок Pogo Pin, які витримають тисячі циклів зарядки. Вони розподіляють контактне напруження по круглій площі, вони стійкі до невеликого кутового зміщення між штифтом і поверхнею колодки, і створюють рівномірний візерунок зносу на золотому шарі, який не створює точок концентрації напруги. Вони не створюють найнижчий можливий початковий опір контакту - плоский наконечник при ідеальному вирівнюванні робить -, але вони створюють найбільш постійний опір контакту в діапазоні умов вирівнювання, які фактично спостерігають пристрої реального виробництва.
Плоскі наконечники максимізують площу контакту при першому дотику, що мінімізує початковий опір контакту. Вони чутливі до кутового зсуву: будь-який нахил різко зменшує ефективну контактну площу, що підвищує контактний опір і концентрує знос на передньому краї наконечника. Для контактних накладок із контактними штифтами Pogo, яким потрібен дуже низький початковий опір контакту, а вирівнювання контактів-до-накладки механічно обмежене (кріплення-підгонки, вузькі допуски на направляючі), підходять плоскі наконечники. Для зарядних інтерфейсів, де вирівнювання залежить від магнітного наведення або док-станції користувача, вони не є.
Наконечники коронки - мають форму кільця маленьких точок навколо центральної точки -, які є стандартними для випробувальних зондів. Кілька точок прорізають поверхневе забруднення та залишаються надійним контактом. На панелі Pogo, яка підтримує щоденні цикли заряджання, концентроване точкове завантаження розриває шар золота набагато швидше, ніж куполоподібний наконечник. Корончасті наконечники на споживчому зарядному пристрої зазвичай вичерпують термін служби золота в два-три рази швидше, ніж купольні наконечники за тієї самої сили пружини.
Наслідки для визначення розміру колодки пого-шпильки: розрахунок площі контакту повинен враховувати разом геометрію наконечника та допуск вирівнювання. Куполоподібний наконечник із плунжером діаметром 1 мм на виробі з допуском вирівнювання ±0,3 мм потребує накладки-погона принаймні 1,6 мм у поперечнику, щоб запобігти контакту з краєм - у точці, де наконечник частково не проходить із накладкою та стикається з накладкою-до-межі ламінату, яка розриває золото та одразу потрапляє на нікель.
Електричні характеристики, які неправильно читаються
Номінальний струм — це число, яке помітно відображається в каталогах пружинних шпильок, і воно потребує ретельного тлумачення. Номінальний струм вимірюється за певних умов випробувань - зазвичай це коротке вимірювання в контрольованому лабораторному середовищі. У вашому додатку корисний безперервний струм залежить від теплового середовища, кількості контактів, які розподіляють навантаження, робочого циклу та контактного опору між контактом і пого-падом.
Для більшості додатків для заряджання переносних пристроїв, що працюють при струмі 1–2 А через 4-контактний інтерфейс, номінальний струм будь-якого розумного пружинного контакту Pogo не є обов’язковим обмеженням. Обмеження зв’язування зазвичай є термічним: чи може тепло, що виділяється на контактній поверхні, відводитися досить швидко, щоб запобігти деградації. Загальний контактний опір 30 мОм на інтерфейсі контактної панелі Pogo Pin при струмі 5 А розсіює близько 750 мкВт — це незначно для більшості конструкцій. Той самий контактний опір при 20 А розсіює 12 мВт на контактну точку, а з 6-контактним масивом у герметичному пристрої це теплове навантаження варто обчислити.
Специфікації контактного опору в таблицях даних дають вам початкове значення для нової чистої контактної пари. Це число має менше значення, ніж значення після 1000 або 5000 циклів у вашому операційному середовищі, тому що це те, що продукт надає користувачам у польових умовах. Попросіть постачальників дані про опір циклічного контакту. Якщо вам дадуть початкове вимірювання та наведуть загальний стандарт тесту, це не те саме, що дані фактичного-контакту похилого віку. Постачальник, який провів вимірювання, провів вимірювання; той, хто цього не зробив, зазвичай скаже вам, якщо ви запитаєте прямо.
Стійкість матеріалу та навколишнього середовища
Берилієва мідь є стандартним пружинним матеріалом для пружинних штифтів у більшості застосувань. Він зберігає свої пружинні характеристики приблизно до 200 градусів, має чудову стійкість до втоми протягом мільйонів циклів і сумісний із процесами нанесення покриттів, які використовуються для з’єднувальних -золота. Стандартні латунні пружинні штифти працюють належним чином при нижчих-температурах, менших-циклах і коштують дешевше, але постійність сили пружини у виробничій партії зазвичай гірша, ніж BeCu.
Для будь-якого штифта пого, на який потрапляє сіль, піт, миючі засоби або зовнішня вологість, матеріал стовбура та корпус пружини потребують оцінки корозії окремо від покриття наконечника плунжера. Позолота на наконечнику забезпечує контактну поверхню. Стовбур -, який зазвичай відкритий у зоні за межами корпусу -, є будь-яким основним матеріалом. BeCu добре справляється зі стандартним впливом навколишнього середовища; Застосування з особливо агресивним хімічним впливом (дезінфікуючі засоби на основі четвертинного амонію, сольовий спрей із циклічною вологістю вище стандартної) слід підтвердити обробку бочки з постачальником, а не припускати, що стандартний BeCu є адекватним.
Циклічні терміни служби в таблицях даних є орієнтирами, а не гарантіями. Специфікацію пружинного шпильки Pogo, яка містить перелік 100 000 циклів, було протестовано при певній контактній силі, ході, частоті циклів і температурі. Якщо ваша програма працює з удвічі більшою контактною силою та у вологому середовищі, реальний-термін служби циклу буде нижчим - на скільки залежить від умов, які не було відтворено в тесті циклу служби даних. Запитуйте умови тестування, а не лише кількість. Якщо постачальник може точно описати, як він провів тест, ви зможете оцінити, наскільки це відповідає вашому випадку використання. Якщо вони не можуть це описати, розглядайте число як орієнтовне.
Відповідність специфікаціям Pin і Pogo Pad
Саме тут системне мислення має перекрити звичку шукати шпильку та колодку окремо.
Покриття наконечника пружинного штифта Pogo і покриття контактної площадки штифта Pogo слід вибирати разом. Стандартною комбінацією є-кобальтове{1}}загартоване золото на обох поверхнях - це забезпечує стійкий контакт благородного-метал-на-благородному-металі з передбачуваним зносом. Невідповідне покриття створює проблеми. Золотий наконечник плунжера, який контактує з нікелевою-оголеною погонушкою, прискорює корозію на межі розділу, оскільки різнорідні метали створюють гальванічну пару за наявності вологи чи конденсату.
Найпоширеніша версія цієї помилки: контактна площадка Pogo Pin успадковує обробку поверхні плати ENIG - приблизно 0,07 мкм іммерсійного золота на нікелі. ENIG – це обробка плати, а не специфікація роз’єму. Він зношується протягом кількох сотень контактних циклів, у цей момент пружинний пого-штифт обертається проти нікелю, який окислюється в умовах навколишнього середовища та підвищує контактний опір. Ми регулярно спостерігаємо це під час першого-проектування, де інженер-механік визначає контакт, а інженер друкованої плати проектує плату, і ніхто явно не володіє рішенням щодо покриття пого-паду.
Площа контакту на контактній площадці пого-піну також має бути визначена відповідно до геометрії штифта та допуску на вирівнювання, а не до довільного розміру колодки, успадкованого від еталонного дизайну. Занижені колодки Pogo створюють крайовий контакт, який пошкоджує покриття по периметру колодки швидше, ніж центральний контакт, і створює мінливість контактного опору, яка виглядає як електрична проблема, коли це справді механічна проблема.
Що запитати у постачальників - і що вам скажуть їхні відповіді
Корисний запит пропозицій для пружинних штифтів Pogo включає: робочу відстань ходу в номінальному положенні з’єднання, силу пружини, необхідну в цій точці ходу, максимальну прийнятну силу за найгіршого -випадку допуску на розміри, діапазон робочих температур, очікувану кількість циклів, струм на штифт і специфікацію покриття контактної площадки Pogo. Запит на пропозицію без робочого ходу та сили пружини в робочому положенні є неповною специфікацією, і постачальники, які надають пропозиції проти неї, роблять припущення, які ви не підтвердили.
Коли надходять зразки, варто виконати чотири вимірювання, перш ніж затвердити проект для виробництва:
Опір контакту на новій вирівняній парі - потім знову через 500 циклів - потім знову після впливу відповідних умов навколишнього середовища для вашого продукту (розчин поту при температурі тіла, засіб для чищення, температурний цикл). Тенденція між цими трьома вимірюваннями говорить вам більше, ніж будь-яке окреме показання.
Вимірювання-відхилення сили в робочому положенні в порівнянні з кривою постачальника. Якщо фактичне зусилля на робочому ході не відповідає вказаному постачальником, розрахунок коефіцієнта зносу колодки є неправильним.
Рентгенографічна товщина золота на кінчику плунжера та відповідному зразку пого-паду з однієї партії виробництва. Їх потрібно вимірювати на фактичних частинах, а не на основі записів ванн.
Перевірте розміри наконечника плунжера, зокрема радіус купола та будь-яку асиметрію в геометрії наконечника. Геометрія наконечника змінюється між постачальниками, а іноді й між виробничими партіями, і геометрія наконечника безпосередньо впливає на розташування контактної зони на накладці пого-піну.
Щодо різниці в ціні між постачальниками: коли дві пропозиції для однієї специфікації відрізняються на 30% або більше, розрив майже завжди залежить від марки сплаву BeCu, товщини покриття та того, чи включена перевірка XRF, або допуску на силу пружини. Попросити постачальника ознайомитися зі специфікацією матеріалів і процесом для кожної позиції в прайсі — це корисніша розмова, ніж переговори щодо загальної кількості. У розмові зазвичай пояснюється розбіжність - і іноді виявляється, що один постачальник пропонує нижчу специфікацію, ніж ви хотіли.
Три режими невдач, які варто включити до вашої оцінки
Переривчастий контакт у польових умовах, який не відтворюється на лаві, майже завжди є проблемою межі гребка. Пружинна шпилька пого виходить назовні через комбінацію допусків на розміри, які іноді невигідно вирівнюються. Стендові зразки при номінальних розмірах не відтворюють умови; польові одиниці з допусками на тісному кінці вікна. Виправлення полягає в тому, щоб збільшити загальний хід або перемістити робочу точку, щоб створити більше запасу до механічного упору. Щоб уловити це, потрібен-накопичувальний аналіз допусків під час проектування, а не-демонтаж після відмови.
Підвищення стійкості до контакту після 6–12 місяців роботи в польових умовах у продуктах, які пройшли всі заводські випробування, вказує на зношування-наскрізного покриття пого-пада або забруднення його поверхні. Покриття зношується-швидше, ніж очікувалося, якщо сила пружини вища, ніж указано для покриття колодки, або якщо геометрія наконечника є більш агресивною, ніж купол. Забруднення є поширеним явищем у носінні, де шкірний жир з часом накопичується на поверхні подушечок. Швидка перевірка: візьміть повернений блок, очистіть поверхню колодки ізопропіловим спиртом, знову виміряйте контактний опір. Якщо опір повертається до нормального значення, проблема полягає в забрудненні; якщо цього не відбувається, проблема в покритті.
Гальванічна корозія на контактній поверхні -, видима як темне знебарвлення поверхні на погонній панелі -, є результатом різного покриття між кінчиком штифта та контактною площадкою погона. Найпоширенішим випадком є належним чином визначений позолочений пружинний штифт Pogo, який контактує з прокладкою Pogo, яка зносилася до нікелю, або прокладкою, яка починалася з ENIG, а тепер є нікельованою. Виправлення — правильна, узгоджена специфікація покриття на колодці з самого початку.
FAQ
Як я дізнаюся, що мені потрібно змінити дизайн моєї накладки Pogo, коли я зміню постачальника пружинних шпильок Pogo?
Зміна постачальника майже завжди означає зміну якогось параметра, навіть якщо номінальна специфікація виглядає так само. Допустима сила пружини, геометрія наконечника та товщина покриття відрізняються між виробниками в рамках певної специфікації. Принаймні виконайте XRF на пластині наконечника від нового постачальника, виміряйте криву-відхилення сили в точці робочого ходу та виконайте 500 циклів контакту з вашою виробничою накладкою погона з новим штифтом, перш ніж затвердити перемикач постачальника. Якщо опір контакту після 500 циклів знаходиться в межах 10% від того, що ви бачили у попереднього постачальника, зміна є низьким-ризиком. Якщо він виходить за межі цього діапазону, з’ясуйте причину, перш ніж перейти до виробничих запасів.
Який мінімальний розмір колодки для надійного контакту зі стандартним куполоподібним наконечником?
Мінімальний діаметр колодки або довжина сторони — це діаметр поршня наконечника плюс подвоєне зміщення вирівнювання в найгіршому-випадку. Для плунжера з куполоподібним-наконечником 1 мм із допуском вирівнювання ±0,3 мм мінімальний розмір колодки становить 1,6 мм. Це зберігає контактну зону в межах периметра колодки в найгіршому-вирівнянні. На практиці я додаю ще 0,2–0,3 мм запасу понад цей розрахунок, щоб врахувати виробничі варіації реєстрації накладки та будь-який динамічний рух під час контакту. Наконечник діаметром 1 мм із допуском вирівнювання ±0,3 мм потрапляє на колодку розміром 2,0–2,1 мм у більшості дизайнів, над якими я працював.
Ми специфікуємо пружинні шпильки для медичного моніторингового пристрою. Що змінюється порівняно зі споживчим продуктом?
Електричні та механічні характеристики здебільшого однакові - матеріал пружини BeCu, загартоване кобальтом-золото на штифті та шпильці Pogo, розмір сили пружини відповідає вашому робочому ходу. Змінюється структура кваліфікації та документації щодо відбору. Відповідно до ISO 13485, виготовлення пружинних контактів є спеціальним процесом, який вимагає кваліфікації постачальника з перевіреними записами процесу, а не лише першими-даними про товар. Ваш файл історії дизайну має відстежувати кваліфікацію постачальника, а не лише специфікацію компонента.
Якщо контактна площадка Pogo Pin на вашому пристрої має будь-який шлях до контакту зі шкірою - навіть після використання корпусу протягом багатьох років - вплив нікелю є регуляторним занепокоєнням згідно з Директивою ЄС щодо нікелю. Золото на пого-паді має залишатися неушкодженим протягом повного терміну служби. Для медичних носіїв я вказую 0,8–1,0 мкм загартованого кобальтом-золота на прокладку та включаю термін служби прокладки в план перевірки конструкції, зокрема змінюючи кількість контактів, очікувану протягом перевіреного терміну служби виробу.
Постачальник, якого я оцінюю, не може надати криву-відхилення сили. Це проблема?
Це залежить від того, що вони можуть надати замість цього. Вимірювання сили у вказаній точці робочого стиснення, взяте на зразку з партії, яку ви оцінюєте, є прийнятним, якщо ви перевіряєте це самостійно на достатній кількості зразків, щоб зрозуміти варіацію партії. Що є неприйнятним, так це взяти каталожне значення сили пружини та припустити, що воно застосовується при вашому робочому стисненні - таке припущення призводить до неправильних розрахунків зносу колодок і може призвести до періодичних збоїв контакту, якщо фактичне зусилля пружини в робочому положенні є нижчим за очікуване.
Постачальники, які використовують пружинні штифти Pogo як основний продукт, зазвичай мають можливість вимірювання сили та можуть надати дані, якщо ви спеціально попросите. Постачальники, які пропонують пружинні штифти Pogo як один елемент у широкому каталозі роз’ємів, часто не вимірюють окремі одиниці. Це не обов’язково є причиною дискваліфікувати їх, але це означає, що ви берете на себе більше роботи з характеристики.
Який реалістичний MOQ і час виготовлення зразка для нестандартних пружинних шпильок пого від китайського виробника?
Стандартні конфігурації: 5–7 робочих днів для зразків, MOQ зазвичай 1000–5000 штук для виробництва залежно від конфігурації. Змінені конфігурації - не-геометрія наконечника, нестандартна сила пружини, не-стандартний крок - працюють протягом 12–18 днів для перших зразків, а мінімальна вартість зазвичай починається з 2000–5000 штук після амортизації інструментів.
Дві речі, які слід перевірити перед розміщенням будь-якого індивідуального замовлення: чи зараховується вартість зразка інструменту до виробничого інструменту (деякі виробники стягують оплату окремо за кожен) і що є зміною специфікації для цілей повторного запуску процесу зразка. Сила пружини, яка на 10% перевищує специфікацію першого зразка, наприклад - виробник розглядає це як перегляд існуючого замовлення зразка чи нове замовлення зразка? Відповідь впливає на ваші часові рамки та вартість, якщо перші зразки потребують виправлення, що часто роблять у користувацьких конфігураціях.
Укажіть свою систему Spring Pogo Pin у Xinteng
У Dongguan Xinteng Electronics ми виробляємо як пружинні штифти Pogo, так і відповідні контактні площадки для контактів Pogo Pin, що означає, що ми можемо оцінювати обидві сторони контактного інтерфейсу разом, а не розглядати їх як окремі рішення щодо закупівлі. Якщо ви перебуваєте на етапі відбору, надішліть нам деталі своєї програми - поточну на штифт, цільову кількість циклів, вимоги до IP та будь-які відповідні обмеження навколишнього середовища -, і ми повернемося з відповідними специфікаціями штифта-і-прокладки, а не рекомендацією з каталогу.
Зв'яжіться з нами за адресою [Виробники Pogo Pin] із вашим проектним завданням. Зразки наборів, що охоплюють нашу стандартну силу пружини та параметри геометрії наконечників, із відповідними зразками накладок Pogo з різними специфікаціями золота доступні за адресою [Spring Pogo Pin].
