Principes de base des connecteurs à broches pogo

Les broches pogo sont des connecteurs à ressort compacts, largement utilisés dans les systèmes électroniques pour garantir des connexions électriques fiables grâce à leurs points de contact. Structurellement, ces broches sont constituées d'un logement cylindrique abritant un ressort interne, qui permet à la broche de se comprimer et de maintenir une pression de contact stable. Cette conception leur donne une ressemblance visuelle avec le bâton sauteur Pogo-stick classique, d'où leur nom.

Fait intéressant, le Pogo-stick original a été développé par Max Pohlig et Ernst Gottschall, en combinant les deux premières lettres de leurs noms de famille pour créer le nom du produit. Au-delà de la similitude de mouvement et de nom, la relation fonctionnelle et conceptuelle entre un Pogo-stick et une broche pogo s'arrête là. Cet article présente les broches pogo plus en détail, y compris leurs avantages, leurs styles courants et leurs considérations de conception.

Notions de base sur les broches pogo

Les broches pogo, développées chez Bell Labs au début des années 1970, ont été initialement conçues pour les équipements de test de semi-conducteurs en raison de leurs caractéristiques de connexions électriques hautement précises, miniaturisées et reproductibles. Leur rôle dans l'industrie s'est depuis considérablement étendu, avec des avancées en matière de stabilité mécanique, de tenue en courant et de conception compacte. Grâce à ces améliorations, les broches pogo sont devenues suffisamment polyvalentes pour des applications dans l'électronique grand public, les systèmes industriels et les dispositifs médicaux.

Chaque broche pogo est composée de trois parties principales : un cylindre, un piston et un ressort hélicoïdal interne. Les matériaux typiques sont des alliages de laiton ou de cuivre, avec un revêtement en nickel pour une plus haute durabilité et une meilleure résistance à la corrosion. Pour les applications exigeant une résistance de contact plus faible, un placage en or et autres métaux précieux est souvent appliqué. Dans les montages à haute densité, les broches pogo sont disposées à proximité les unes des autres pour créer plusieurs points de contact sur un circuit imprimé ou dans un connecteur fréquemment raccordé et déconnecté. Cette configuration dense permet des connexions efficaces et fiables qui résistent à une utilisation répétée, une exigence essentielle dans de nombreuses applications électroniques modernes.

Figure 1 : Composants de base d'une broche pogo typique. (Source de l'image : Same Sky)

Outre les avantages en termes de coût, les broches pogo apportent de nombreux avantages techniques qui améliorent les performances et la longévité des dispositifs :

• Efficacité en termes d'espace et de hauteur : les broches pogo permettent d'économiser un espace carte précieux et de réduire la hauteur d'assemblage, et elles sont idéales pour les conceptions compactes.
• Durabilité et résistance aux chocs : les broches pogo sont conçues pour résister à de nombreux cycles de raccordement, aux chocs mécaniques et aux vibrations.
• Course de contact étendue : avec une grande course de contact, les broches pogo s'adaptent à la dilatation et à la contraction thermiques, maintenant des connexions stables.
• Assemblage de précision : le montage machine permet un placement précis, garantissant des connexions régulières et fiables.
• Alignement automatique : les broches pogo s'alignent naturellement avec les prises correspondantes, simplifiant le processus d'assemblage et améliorant la fiabilité.
• Force de contact constante : le mécanisme à ressort maintient une pression constante, évitant ainsi la perte de connexion dans diverses conditions.
• Conception adaptable : les broches pogo peuvent être adaptées à différentes configurations de cartes, permettant de répondre à de nombreuses exigences de fabrication.

Les broches pogo sont disponibles avec un vaste choix de de spécifications, notamment différents diamètres, longueurs, matériaux, forces d'actionnement, courants nominaux, dispositions de plots et styles de pistons. Grâce à ces capacités d'adaptation, elles conviennent à un large éventail d'applications, qu'il s'agisse d'environnements industriels difficiles ou de produits électroniques grand public.

Types de broches pogo et styles de montage

Comme mentionné précédemment, il existe de nombreuses solutions de connexion de broches pogo adaptées pour répondre aux exigences d'applications spécifiques, aux exigences de cycle de vie et aux options de personnalisation. Voici quelques-unes des fonctionnalités de broches pogo les plus fréquemment utilisées, qui permettent aux ingénieurs d'optimiser les conceptions en fonction des besoins électriques, mécaniques et environnementaux :

• Fort courant : pour supporter des courants typiquement compris entre 2 A et 8 A, bien que des valeurs nominales plus élevées soient disponibles pour les applications exigeantes
• Haute fréquence : pour les applications haute vitesse, capables de prendre en charge des débits de données jusqu'à 10 Gbps
• Étanchéité : avec des mécanismes d'étanchéité pour offrir une protection contre la pénétration d'eau et d'humidité, ce qui est idéal pour les applications en extérieur et difficiles
• Magnétique : utilisation de la force magnétique pour établir et maintenir une connexion sécurisée et polarisée
• Faible tension de ressort : tension de ressort réduite pour appliquer une force minimale sur les points de contact, convenant aux connexions délicates
• Contact à bille roulante : bille à l'extrémité du contact pour maintenir un signal continu même en cas de mouvement entre les contacts
• Vis filetée : conception filetée sur le piston ou le cylindre, permettant une fixation sécurisée aux cartes ou aux dispositifs
• Borne en coupelle : petite borne en coupelle à l'arrière de la broche, permettant la fixation directe du câble
• Double extrémité : contacts à ressort aux deux extrémités, facilitant les connexions de chaque côté
• Vertical ou dessous plat : extension verticale depuis le circuit imprimé, permettant des connexions carte-à-carte efficaces
• Angle droit (horizontal) : configuration à un angle de 90° par rapport au circuit imprimé, prenant en charge le montage horizontal des dispositifs
• Flottant : contact à ressort standard à une extrémité avec un contact incurvé à l'autre, empêchant une compression excessive tout en permettant d'utiliser les deux côtés pour les connexions

Figure 2 : Exemples de broches pogo à double extrémité et à angle droit. (Source de l'image : Same Sky)

Les broches pogo sont généralement fournies sous forme de composants individuels, ce qui permet de les personnaliser pour des applications de cartes ou de dispositifs spécifiques. Cette flexibilité les rend incontournables pour les solutions d'interconnexion personnalisées destinées à répondre à des exigences de connexion précises. Cependant, dans certains cas, des ensembles de connecteurs prêts à l'emploi contenant des broches pogo dans un boîtier isolant sont disponibles, souvent complets avec le matériel de montage, ce qui peut rationaliser le processus d'assemblage s'ils correspondent aux exigences de conception.

Pour les assemblages de dispositifs ou de cartes personnalisés, différentes options d'insertion et de montage existent pour s'adapter à différentes applications :

• Types d'insertion : les broches pogo peuvent être insérées à l'aide de plusieurs méthodes, y compris l'insertion en force, la rétreinte, le sertissage, le soudage et même les options sans soudure, chacune offrant des avantages uniques en fonction des exigences mécaniques et électriques de l'application.
• Technologies de montage : les configurations de montage incluent le montage en surface, le montage traversant, le montage sur fil et les styles de suspension libre, offrant des options pour différentes conceptions de cartes et configurations d'interconnexion.

Figure 3 : Options courantes de broches pogo. (Source de l'image : Same Sky)

Socles ou cibles

La fonction principale d'un connecteur électrique est de joindre ou de raccorder deux composants ou plus. Pour les connecteurs traditionnels, cela requiert typiquement un système compatible à chaque extrémité. Cependant, les broches pogo offrent une plus grande polyvalence, car elles peuvent établir des connexions non seulement en se raccordant à un socle ou à une prise, mais également en établissant un contact avec des points cibles spécifiques directement sur un circuit imprimé.

Ces cibles peuvent inclure des composants désignés, des zones de contact plaquées sur la carte ou des socles de puces personnalisés conçus spécifiquement pour tester les circuits intégrés. Le rôle d'une cible est de fournir un point de connexion électrique fiable où les broches pogo peuvent établir un contact et rester stables jusqu'à ce que la connexion soit intentionnellement désengagée.

Considérations relatives à la conception finale

Pour spécifier la broche pogo idéale, voici quelques considérations clés à prendre en compte :

• Taille et format : définissez la taille du fil, le diamètre de la broche et le format (par exemple, rond, carré ou rectangulaire) en fonction des contraintes spatiales et de l'ajustement mécanique.
• Matériau de contact : choisissez parmi des matériaux tels que le laiton, le cuivre, le nickel ou le bronze en fonction de la conductivité, de la durabilité et de la compatibilité avec d'autres matériaux de la conception.
• Placage de contact : sélectionnez un matériau de placage — or, argent, nickel, palladium, zinc, étain ou plomb — en fonction de la résistance de contact, de la résistance à la corrosion et de la durabilité souhaitées.
• Mesures électriques : évaluez la résistance de contact et le courant nominal pour vous assurer que la broche pogo peut supporter la charge électrique requise sans perte ni échauffement excessif.
• Mouvement : spécifiez la taille du piston, la hauteur de travail (pour une course optimale du piston) et les tolérances dimensionnelles pour garantir un contact et une compression fiables dans l'application.
• Mesures physiques : tenez compte de la force d'actionnement initiale nécessaire pour établir le contact et la force de compression moyenne pour le maintenir, en vous assurant que la force de la broche s'aligne sur les besoins mécaniques et de durabilité de la conception.
• Facteurs environnementaux : tenez compte de l'exposition potentielle aux températures extrêmes, aux chocs, aux vibrations, aux atmosphères corrosives et à l'humidité. Choisir des broches pogo destinées aux environnements difficiles permet de garantir la longévité et les performances dans des conditions défavorables.

Figure 4 : Compression maximum et minimum et hauteur de travail recommandée figurant généralement sur un schéma de broche pogo. (Source de l'image : Same Sky)

Conclusion

Grâce à leur conception simple mais robuste, les broches pogo fournissent une connexion électrique fiable et constante entre divers dispositifs. Cette simplicité permet aux broches pogo de supporter des milliers de cycles de connexion/déconnexion, ce qui les rend exceptionnellement durables dans les applications à usage intensif. Leur mécanisme à ressort compense également les désalignements mineurs lors des connexions, garantissant des performances constantes même en cas de légers décalages de position. En outre, les broches pogo sont à la fois économiques et compactes, et constituent donc une solution de connexion privilégiée dans de nombreuses applications électroniques modernes où la compacité, la fiabilité et les considérations budgétaires sont essentielles. Découvrez la sélection de connecteurs à broches pogo de Same Sky, disponibles dès maintenant chez DigiKey.