Pogo Pin 是一种紧凑型弹簧连接器，广泛应用于电子系统，以确保通过其接触点实现可靠的电气连接。从结构上讲，它们由一个圆柱形筒体组成，筒体内部装有弹簧，弹簧可使插针压缩并保持稳定的接触压力。这种设计使它们在视觉上与经典的弹簧单高跷相似，因此得名。
有趣的是，最初的弹簧单高跷玩具是由 Max Pohlig 和 Ernst Gottschall 开发的，产品名称由他们姓氏的前两个字母组合而成。然而，除了动作和名称相似之外，弹簧单高跷和弹簧针之间的功能和设计关系就到此为止了。本文将更详细地介绍弹簧针，包括它们的优点、常见款式和设计注意事项。
Pogo pin 基础知识
Pogo 针最初于 20 世纪 70 年代初在贝尔实验室开发，最初设计用于半导体测试设备，因为它们适用于高精度、小型化和可重复的电气连接。此后，随着机械稳定性、电流处理和紧凑设计的进步，它们在行业中的作用已大大扩展。这些改进使 Pogo 针用途广泛，可用于消费电子产品、工业系统和医疗设备。
每个弹簧针由三个主要部件组成：一个筒体、一个柱塞和一个内部螺旋弹簧。典型的材料是黄铜或铜合金，表面镀镍以提高耐用性和耐腐蚀性。对于要求较低接触电阻的应用，通常会镀金和其他贵金属。在高密度装置中，弹簧针排列紧密，以在电路板上或经常插拔的连接器内形成多个接触点。这种密集配置可实现高效、可靠的连接，并可承受重复使用，这对许多现代电子应用至关重要。
除了成本优势外，pogo pin 还具有许多工程优势，可提高设备性能和寿命：
- 空间和高度效率： Pogo 针节省了宝贵的电路板空间并降低了组装高度，是紧凑型设计的理想选择。
- 耐用性和抗冲击性：它们经过精心设计，可在多次配接后保持耐用性，并且能够抵御机械冲击和振动。
- 延长接触行程：凭借较高的接触行程，弹簧针可以适应热膨胀和收缩，保持稳定的连接。
- 精密组装：机器安装可实现精确放置，确保连接一致、可靠。
- 自动对准： Pogo 针自然与配对插座对准，简化了组装过程并提高了可靠性。
- 恒定接触力：弹簧机构保持恒定的压力，防止在不同条件下的连接丢失。
- 适应性设计： Pogo 针可根据不同的电路板配置进行定制，支持不同的制造要求。
Pogo 针具有多种规格，包括不同的长度、直径、材料、操作力、额定电流、焊盘布局和柱塞样式。这种适应性使其适用于从具有挑战性的工业环境到日常消费电子产品等各种应用。
Pogo pin 类型和安装方式
正如刚才提到的，有许多类型的 pogo pin 连接解决方案，可以满足特定的应用要求、生命周期需求和定制选项。以下是一些较常用的 pogo pin 功能，可让工程师根据电气、机械和环境需求优化设计：
- 高电流：设计用于处理通常为 2 至 8 安培的电流，但对于要求苛刻的应用，可提供更高的额定电流
- 高频率：适用于高速应用，能够支持高达 10 Gbps 的数据速率
- 防水：集成密封机制，防止水和湿气侵入，非常适合户外和恶劣环境的应用
- 磁性：利用磁力建立并维持安全的极化连接
- 低弹簧力：采用减小的弹簧张力设计，在接触点上施加最小的力，适用于精密连接
- 滚珠触点：触点端有一个球，即使触点之间有移动，也能保持连续信号
- 螺纹螺钉：柱塞或筒体上均采用螺纹设计，可牢固地固定在板或设备上
- 焊杯：引脚背面有一个小焊杯，可直接连接电缆
- 双端：两端均包含弹簧触点，方便两侧连接
- 垂直或平底：从电路板垂直延伸，实现高效的板对板连接
- 直角（水平）：与电路板呈 90° 角配置，支持水平设备安装
- 浮动：一端采用标准弹簧触点，另一端采用弯曲触点，可防止过度压缩，同时允许两侧用于连接
图 2：双头和直角弹簧针的示例（图片来源：Same Sky）
Pogo 针通常作为单独的组件采购，因此可以根据特定的电路板或固定装置应用进行定制。这种灵活性使它们成为满足精确连接要求的定制互连解决方案不可或缺的一部分。但是，在某些情况下，可以使用包含绝缘外壳中的 pogo 针的现成连接器阵列，这些阵列通常配有安装硬件，如果符合设计要求，则可以简化组装过程。
对于定制板或夹具组件，有各种插入和安装选项以适应不同的应用：
- 插入类型： Pogo 针可以使用多种方法插入，包括压接、压接、压接、焊接甚至无焊接选项，每种方法都根据应用的机械和电气要求提供独特的优势。
- 安装技术：安装配置包括表面贴装、通孔、线装和自由悬挂样式，为不同的电路板设计和互连设置提供选项。
图 3：常见的 pogo pin 选项（图片来源：Same Sky）
兼容性
电连接器的主要功能是连接或配对两个或多个组件。对于传统连接器，这通常需要两端都有兼容的固定装置。然而，弹簧针提供了更多的多功能性，因为它们不仅可以通过与插座或插孔配对来建立连接，还可以通过直接接触电路板上的特定目标点来建立连接。
这些目标可能包括指定组件、电路板上的镀层接触区域或专为测试集成电路而设计的定制芯片插座。目标的作用是提供可靠的电气连接点，弹簧针可以在此接触并保持稳定，直到连接被有意断开。
设计考虑
为了指定理想的弹簧针，需要牢记以下一些关键考虑因素：
- 尺寸和格式：根据空间限制和机械配合度定义引线尺寸、引脚直径和格式（例如圆形、方形或矩形）。
- 接触材料：根据导电性、耐用性和与设计中其他材料的兼容性，从黄铜、铜、镍或青铜等材料中进行选择。
- 接触电镀：根据所需的接触电阻、耐腐蚀性和耐用性选择电镀材料，例如金、银、镍、钯、锌、锡或铅。
- 电气指标：评估接触电阻和额定电流，以确保弹簧针可以处理所需的电负载，而不会产生过多的损耗或发热。
- 运动：指定柱塞尺寸、工作高度（以获得最佳柱塞行程）和尺寸公差，以确保应用内的可靠接触和压缩。
- 物理指标：考虑接触所需的初始操作力和维持接触所需的中间压缩力，确保引脚的力符合设计的机械和耐久性需求。
- 环境因素：考虑可能暴露于极端温度、冲击、振动、腐蚀性环境和潮湿。选择专为恶劣环境设计的弹簧针将确保在恶劣条件下的使用寿命和性能。
图 4：弹簧针示意图上通常显示的最大和最小压缩量以及建议工作高度（图片来源：Same Sky）
结论
由于其设计简单而坚固，Pogo 针可在各种设备之间提供可靠且一致的电气连接。这种简单性使 Pogo 针能够承受数千次插拔循环，使其在高使用率应用中非常耐用。它们的弹簧加载机制还可以补偿连接过程中的轻微错位，确保即使位置略有偏移也能保持一致的性能。此外，Pogo 针既经济又节省空间，这使其成为许多现代电子应用中的首选连接解决方案，这些应用中紧凑性、可靠性和预算考虑至关重要。