高信頼性のポゴピン接触パッド-硬質金メッキと精密な製造が特徴です。ウェアラブル-デバイスの充電インターフェース、医療診断機器、工業用テスト治具、プロトタイピングから量産までプロジェクトをサポートする基板間--相互接続-に最適です。

なぜポゴピンコンタクトパッド設計がシステムの信頼性を決定する

ほとんどのエンジニアは、嵌合コンタクト パッドを二次的な考慮事項として扱いながら、ポゴ ピン自体に重点を置いています。実際には、ここで障害が発生することがよくあります。

過去 15 年間にわたり、私たちは数多くのプロジェクトで同じ障害モードを繰り返し観察してきました。

接触パッドが小さすぎて、機械的な位置ずれや筐体の公差に対応できない。

-50,000 回の嵌合サイクルに耐えられると予想される製品のコストを削減するために、低品質の表面仕上げが選択されています。

温度上昇や熱の影響を考慮せず、大電流アプリケーションに使用される直接銅{0}}めっきパッドの設計-。

これらの問題はいずれも特に複雑ではありません。課題は、後から問題を修正するのではなく、最初のプロトタイプを構築する前に適切な設計上の決定を下すことです。多くのプロジェクトでは、ここで不必要な遅延とコストが発生します。

このページでは、コンタクト パッドの寸法、めっきの選択、通電能力、レイアウトのガイドラインなど、これらのプロジェクトから得た教訓をまとめています。{0}

信頼性の高いポゴピンコンタクトパッドとは何ですか?

信頼性は、相互作用する 3 つの要因によって決まります。機械的一貫性、表面化学、および熱マージン。 1 つだけを最適化し、他のものを無視すると、テストには合格しても実際の使用では失敗する設計になる可能性があります。-

機械的性能: 接触力と移動量

安定した低い接触抵抗には、圧縮ストローク全体を通じて一貫した接触力が必要です。標準的なポゴピンの設計では、通常、30 ～ 150 gf の接触力(ピンの直径と移動量に応じて)、一般に接触抵抗あり25mΩ以下.

重要な点は、接触抵抗が直線的に劣化しないことです。代わりに、フォース カーブの両端で急激に上昇する傾向があります。最小圧縮限界に近い設計で動作する場合は、製造公差や組み立て公差の影響を特に受けやすくなります。

ICT テスト治具や充電ドックなどの高{0}}サイクル アプリケーション-向け20,000回以上の嵌合サイクル-a ワイピング-接点の設計が好まれる場合が多いです。相対的な滑り運動は、各嵌合サイクル中に表面酸化物を除去するのに役立ち、その結果、純粋な圧縮接触インターフェースよりも長い耐用年数が得られます。

表面化学: めっきスタックの選択

パッド表面とピン プランジャーの先端は電気化学的なペアを形成します。 ENIG パッドの - 硬質金ピン、たとえば - と一致しないと、柔らかい表面の摩耗が促進され、破片が生成され、時間の経過とともに抵抗が増加します。

当社のコンタクトパッド用の標準めっきスタックは、電解硬質金 (0.3 ～ 0.8 μm) の下にニッケル拡散バリア (3 ～ 5 μm) を使用しています。ニッケルは銅基板への金の移行を防ぎます。硬質金は耐摩耗性を提供します。 IEC 60512-6-4 に基づく加速寿命テストでは、標準的なウェアラブル アプリケーションの場合は 10,000 サイクルまで、高耐久器具のビルドの場合は 1,00,000 サイクルまで、抵抗の変動は 5% 未満に留まります。これらは単一の範囲ではなく、仕様が異なる異なる製品です。

熱: 電流容量とディレーティング

2 オンスの銅上に適切に設計された単一の接触パッドは、周囲温度 25 度で温度上昇が 30 度未満の場合でも、連続 3 ～ 5 A を流すことができます。{0}}しかし、周囲温度はほとんどのデータシートで認められている以上に重要です。

5 A を超えるウェアラブル充電アプリケーションの場合、並列パッド構成により負荷が分散され、パッドごとの熱ストレスが軽減されます。- DFM レビュー中に、パッドあたり 3 A を超える設計について熱シミュレーションを実行します。

PCB ポゴピンパッドのレイアウト: サイズと間隔のルール

ポゴ ピンのランディング パッドのサイズによって、ハウジング、PCB 製造、および機械的アライメント システムの全公差スタックにわたってピンが信頼性の高い接触を行うかどうかが決まります。サイズが小さいと断続的な接触が発生します。サイズを大きくしすぎると基板スペースが無駄になり、密なレイアウトではシグナルインテグリティの問題が発生します。

推奨パッド寸法

パッド直径の推奨値は、±0.1 mm の PCB 製造公差に加え、スナップフィットまたは磁気アライメント ハウジングの一般的な機械的フロートを考慮したものです。-ハウジングに精密な位置合わせピンまたはダボが使用されている場合は、これらの公差を締めることができる場合があります - ハウジングの図面を添えて当社にご連絡ください。アドバイスさせていただきます。

よくある失敗を防ぐレイアウトの実践

浸水した銅ではなく、分離されたパッド。サーマルリリーフを使用せずにパッドを銅の注入口に直接接続すると、はんだ付けが難しくなり、不均一な加熱が発生して薄い基板が歪む可能性があります。必要に応じて熱を拡散させるため、ビア付きの絶縁パッドを使用します。

5,000 サイクルを超える評価のパッドには硬質金が使用されます。ENIG ははんだ付け可能でコスト効率に優れていますが、機械的接触により摩耗が早くなります。{0}金が磨耗した後に ENIG が露出するニッケル層は金自体よりも硬い - 接触抵抗が増加し、予測不能になります。充電接点またはテスト治具については、基板製造段階で電解硬質金を指定してください。

立ち入り禁止ゾーンは、頻度が高いほど重要になります。{0}DC または低周波数では、信号を伝送する接触パッド間の-距離を 0.3 mm 離す-ことで、ほとんどの用途に十分です。 1 GHz を超える場合は、クロストークを管理するためにキープアウトを増やし、パッド間にグランド フィルを追加します。-デザイン パッケージでこれにフラグを立ててください。ガーバー チェック中に確認されます。

電流を運ぶパッドの配置を介して-。2 A を超える電流を流すパッドの場合は、ボードの反対側またはグランド/電源プレーンにサーマル ビアを追加します。単一の 0.3 mm ビアは、3 A パッドの場合、約 0.5 A - を伝送します。パッドのフットプリント内に少なくとも 6 ～ 8 個のビアが集中するように計画してください。

用途に適しためっきの選択

めっきの選択が間違っていても、すぐには故障しません - デバイスがすでに現場にある場合、3,000 サイクルで故障します。メッキを実際の使用例に合わせる方法は次のとおりです。

電解硬質金

最適な用途: ウェアラブル充電接点、医療機器インターフェース、ハイサイクル試験治具、5,000 回以上の嵌合サイクルを超えるアプリケーション。{0}}

厚さ範囲: ニッケルバリア上で 0.3 ～ 1.0 μm。ソフトゴールドよりも硬く（ヌープ硬度130〜200 HK、ソフトゴールドの場合は. 60〜90 HK）、これは摩耗寿命に直接関係します。トレードオフは、はんだ付け性です。- ハードゴールドは、ウェーブはんだ付けまたはリフローはんだ付けも行われる領域には理想的ではありません。

ENIG（無電解ニッケル/浸漬金）

最適な用途: はんだ付け性と時折の機械的接触の両方を必要とする混合機能パッド、-低サイクル アプリケーション（挿入回数 3,000 回未満）、充電が頻繁に行われないコスト重視の設計-。

ENIG の浸漬金層は非常に薄い (0.05 ～ 0.1 μm) ため、繰り返し接触すると磨耗します。ニッケルが露出すると、接触抵抗が増加することが予想されます。毎日充電するスマートウォッチの場合、これは使用して 1 年以内に問題になります。シフトごとに 1 回ドッキングするバーコード スキャナーの場合は許容されます。

エネピグ

最適な用途: 同じパッド上で信頼性の高い機械的接触と良好なはんだ付け性の両方を必要とするアプリケーション-。パッドが充電とテストポイントの両方の機能を果たす医療機器で一般的です。-。 ENIG よりも高価ですが、パッドが 2 つの役割を果たさなければならない場合には価値があります。

銀メッキ

最適な用途: -過酷ではない環境でのコスト重視の DC 電源接点、-皮膚効果の導電性が重要な RF 接点-。湿気の多い環境や硫黄を含む環境では銀が変色し、接触抵抗が増加します。{4}屋外や医療用途には推奨されません。

PCB コンタクト パッドの電流処理: 熱マージンを考慮した設計

I²R 加熱モデルは単純です。消費電力は電流の 2 乗と抵抗の積に等しいです。 3 A を流す 25 mΩ の接触パッドの場合、非常に小さな領域に 225 mW - が集中することになります。パッドから周囲への熱経路によって、温度上昇が仕様内に収まるかどうかが決まります。

電流容量に影響を与える要因

銅の重さ。1 オンスの銅 (35 μm) が標準です。 2 オンス (70 μm) では、断面積が約 2 倍になり、抵抗が最大 50% 減少します。- 3 A を超えるパッドの場合は、2 オンスの銅を指定するか、複数のパッドを並列して使用します。

パッド絶縁と銅注入接続の比較。ビアを備えた独立したパッドは、大規模な銅の注入口に接続されたパッドよりも熱を放散します。これは、注入口が周囲への熱経路がある場合にのみヒートシンクとして機能するためです。内部プレーンを備えた多層ボードでは、サーマル ビアを介して電流が流れるパッドを電源プレーンに接続することが最も効果的な熱管理アプローチです。-

パッドのサイズ。パッドが大きいと熱が拡散しますが、RF アプリケーションに関連するインダクタンスとキャパシタンス - も増加します。 DC 充電の場合は、ピンに適合する最小値ではなく、電流要件に合わせてパッドのサイズを決定します。

ポゴピンコンタクトパッドが適切な解決策ではない場合

当社では幅広い用途にスプリング コンタクト パッドを推奨していますが、別のアプローチの方が適切な場合もあります -。その場合は、工具を切断した後ではなく、今すぐお知らせしたいと思います。

挿入数が非常に少ないため、永久接続が推奨されます。組み立て中に接続が一度行われ、二度と壊れない場合は、はんだ接合または圧入接続の方が信頼性が高く、安価です。{0}}繰り返しの嵌合サイクルが設計要件である場合、スプリング コンタクトは付加価値をもたらします。

機械的ロックのない高振動環境。-ポゴピンコンタクトはバネの力だけで接続を維持します。継続的な高振動環境（車両のパワートレイン、重工業機械）では、ハウジングが組み立てられているように見えても、振動によりスプリングが接触を失う可能性があります。-このような場合は、二次保持付きのロック コネクタを指定してください。

IP シールのない汚染-の多い環境。適切なシールを行わずに切削液、農薬、または鉱山の粉塵にさらされたスプリング接触パッドは、金めっきの品質に関係なく、汚染により故障します。接触インターフェースの周囲に環境シールを設計できない場合は、代わりにシールされたコネクタ システムを選択してください。

Extremely high current density (>接点ごとに 10 A)。単一接点で 10 A を超えると、標準的なスプリング接点形状では熱管理が非常に困難になります。バスバーまたは高電流コネクタ ソリューションの方が適切です。-

応用例

ウェアラブル充電接点

スマートウォッチとフィットネス トラッカーの充電ドックは、スプリング コンタクト パッドの使用量が最も多い用途です。{0}設計上の制約は厳しく、パッド面積が小さく、挿入回数が多く（毎日スマートウォッチ ドックを年間 365 回使用する）、防水要件（IPX7 または IP68）により接点の周囲にシールを配置する方法が制限されます。-

私たちは、複数のウェアラブル プラットフォームにわたる充電接点の設計に取り組んできました。私たちが確認する最も一般的な回避可能な故障は、数年間の日常使用を想定して設計された製品の ENIG パッドです。- 0.5 μm の硬質金を指定すると、基板あたり数セントが追加されます。保証返品で充電接点を交換すると、かなりの費用がかかります。

医療用体外診断-

IVD デバイスには、生体サンプルや臨床スタッフの手と接触する可能性のある表面に対する生体適合性への準拠が必要です。これらのアプリケーションの接触パッドは通常、患者の接触面ではなく、テスト フィクスチャのインターフェースで使用されますが、文書化要件は依然として重要です。-当社は、材料データシート、RoHS/REACH 準拠文書、およびトレーサビリティ記録を標準として医療顧客に提供しています。

ICTおよびFCTテスト治具

-回路内および機能テスト フィクスチャの高密度 SMT テスト ポイント パッドは、どの製品アプリケーションよりもはるかに多くのサイクルを繰り返します。-一般的な ICT フィクスチャでは、1 日に 1,000 回の基板テストが行​​われる場合があります。この速度でいけば、4 か月以内に 100,000 サイクル評価に達します。{9}}これらの用途では、最高硬度の金めっきを指定し、カレンダー時間ではなく実際のサイクル数に基づいて治具のメンテナンス スケジュールを推奨します。

自動車用基板-間-の接続

ECU、センサー モジュール、配電盤間の接続には、従来のワイヤー ハーネス コネクタではなく、スプリング コンタクト インターフェイスが使用されることが増えています。これらのアプリケーションは、AEC-Q200 コンポーネント認定を満たす必要があり、熱サイクル (-40 度から +125 度)、ISO 16750 に基づく振動、および ISO 6270 に基づく湿度暴露の影響を受けます。

カスタム設計プロセス

• 標準プロジェクト: 設計図面は 1 営業日以内に納品されます
• 特殊構造: 設計図は 1 ～ 3 営業日以内に納品されます

成果物

1. 2D図面と仕様
2. 3Dモデル
3. 材質とメッキの推奨事項
4. 引用
5. 試作対応：カスタム金型製作または試作サンプル製作。

よくある質問

ポゴピンコンタクトの正しいパッドサイズはどれくらいですか?

パッドの直径は、PCB 製造公差と機械的な位置合わせフロートを考慮して、ピン プランジャーの直径に 0.5 ～ 0.8 mm を加えたものにする必要があります。 1.0 mm ピンの場合、1.5 ～ 1.8 mm のパッドを意味します。ハウジングに精密な位置合わせ機能 (ノックピン、成形ガイド) が使用されている場合は、ハウジングの公差を共有して +0.3 mm - まで締めることができる可能性があります。アドバイスさせていただきます。プロトタイプの製作において断続的な接触が発生する最も一般的な原因は、パッドのサイズが小さいことです。

ENIG の代わりにハードゴールドを使用する必要があるのはどのような場合ですか?

製品の耐用年数内で 3,000 回以上挿抜を繰り返す場合は、電解硬質金をご指定ください。毎日充電されるスマートウォッチの場合、製品寿命内で 8 年以内にそのしきい値に達します -。テストフィクスチャの場合、数日で到達します。 ENIG は、低サイクルのアプリケーションや、機械的に接触するのではなく主にはんだ付け可能であることが必要なパッドに適しています。-

1 つの接触パッドはどれくらいの電流を流すことができますか?

換気の良い環境で 2 オンスの銅上に適切に設計されたパッドは、周囲温度 25 度で温度上昇が 30 度未満でも 3 ～ 5 A を流すことができます。-周囲温度 85 度では 50 ～ 60% に低下します。 5 A を超える負荷の場合は、単一の特大パッドではなく並列パッドを推奨します。-これにより、電気負荷と熱負荷の両方がより均等に分散され、単一点接触障害に対する感度が低下します。-。

このコンタクトパッドは防水製品にも使用できますか?

はい、接触面の周囲に適切なシーリング設計が施されています。パッド自体は、ハウジングのガスケットやオーバーモールド シールのような防水要素 - ではありません。当社は、ウェアラブルおよび産業用アプリケーション全体で IP67 および IP68 設計をサポートしてきました。重要なのは、シール面がバネの圧縮力に機械的に適合していることを確認することです。圧縮力が大きすぎると、柔らかいガスケットが変形し、実際にシールが損傷する可能性があります。

隣接するパッド間の最小間隔はどれくらいですか?

隣接するパッド間の最小の禁止ゾーンは、直径 0.8 mm 未満のパッドの場合は 0.3 mm、それより大きなパッドの場合は 0.5～0.8 mm です。-これらは、高電圧アプリケーションまたは高周波信号用の製造最小値 -、-、沿面距離と空間距離の要件、またはシグナル インテグリティ モデリングに基づいて間隔を増やします。-

製品設計で接触抵抗を減らすにはどうすればよいですか?

接触抵抗は、めっきの導電性と厚さ、接触力、表面の清浄度という 3 つの要素によって決まります。 0.5 μm の硬質金メッキ、80 gf を超える接触力、およびワイピング接触形状により、製造時に 20 mΩ 未満が確実に達成されます。量産ボードでより高い抵抗を測定している場合は、パッド表面の酸化をチェックし (6 か月以上保管された ENIG ボードでは、測定可能な抵抗の増加が見られます)、ハウジングが指定されたピン圧縮に達していることを確認します。

少量のバッチまたはプロトタイプの注文をサポートしていますか?{0}

はい。プロトタイプの段階では最低注文要件はありません。標準形状のリードタイムは、ガーバーと見積の場合 3 ～ 5 営業日です。プロトタイプ基板の生産は私たちではなくあなたの工場に依存します。カスタム ジオメトリの場合、DFM レビューとツール チェックに通常さらに 1 週​​間かかります。

コンタクト パッド製品にはどのような認証が適用されますか?

標準出荷品は、RoHS 指令 2011/65/EU および REACH SVHC 規制に準拠しています。 ISO 9001:2015 認証は当社の製造施設を対象としています。材料データシートとテストレポートは、ご要望に応じて入手可能です。

技術仕様の概要

内容は、高精度相互接続およびウェアラブル/医療機器開発で 12 年の経験を持つ上級アプリケーション エンジニアによってレビューされています。技術データは、IEC 60512-6-4 および MIL-STD-1344 に基づく内部テストに基づいています。

カスタムパッドレイアウトの推奨事項をリクエストする- は、ピン仕様、ハウジング図面、サイクル/電流要件を共有します。推奨レイアウトとめっき仕様については 3 ～ 5 営業日以内に返信させていただきます。

ダウンロード: ポゴピンパッド設計チェックリスト (PDF)- は、パッドのサイジング、めっきの選択、電流ディレーティング、および一般的な故障モードをカバーする 1 ページのフィールド リファレンスです。-

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