Noções básicas sobre os conectores tipo pino Pogo

Os pinos Pogo são conectores compactos com mola comprimida, amplamente utilizados em sistemas eletrônicos para garantir conexões elétricas confiáveis por meio de seus pontos de contato. Estruturalmente, eles consistem em um corpo cilíndrico que abriga uma mola interna, que permite que o pino seja comprimido e mantenha uma pressão de contato estável. Esse design é visualmente parecido com o clássico pula-pula (pogo stick em inglês), de onde veio o nome.

Como observação interessante, o brinquedo pula-pula original foi desenvolvido por Max Pohlig e Ernst Gottschall, combinando as duas primeiras letras de seus sobrenomes para criar o nome do produto (pogo em inglês). Apesar do movimento e do nome semelhantes, no entanto, a relação funcional e de design entre o pula-pula e os pinos pogo termina aí. Este artigo abordará os pinos pogo em mais detalhes, incluindo seus benefícios, estilos comuns e considerações de projeto.

Noções básicas sobre pinos pogo

Os pinos pogo, desenvolvidos pela primeira vez pela Bell Labs no início da década de 1970, foram inicialmente projetados para equipamentos de teste de semicondutores devido à sua adequação para conexões elétricas altamente precisas, miniaturizadas e repetíveis. Desde então, sua função no setor se expandiu significativamente, com avanços na estabilidade mecânica, na capacidade de corrente e no design compacto. Essas melhorias tornaram os pinos pogo versáteis o suficiente para aplicações em produtos eletrônicos de consumo, sistemas industriais e dispositivos médicos.

Cada pino pogo é composto de três partes principais: um cilindro, um êmbolo e uma mola helicoidal interna. Os materiais típicos são ligas de latão ou cobre, com um revestimento de níquel para maior durabilidade e resistência à corrosão. Para aplicações que exigem menor resistência de contato, geralmente são aplicados revestimentos de ouro e outros metais preciosos. Em dispositivos de alta densidade, os pinos pogo são dispostos próximos uns dos outros para criar vários pontos de contato em uma placa de circuito ou em um conector que é frequentemente acoplado e desacoplado. Essa configuração densa permite conexões eficientes e confiáveis que resistem ao uso repetido, o que é fundamental em muitas aplicações eletrônicas modernas.

Figura 1: componentes básicos de um pino pogo típico. (Fonte da imagem: Same Sky)

Além das vantagens de custo, os pinos pogo trazem inúmeros benefícios de engenharia que aumentam o desempenho e a longevidade do dispositivo:

• Eficiência em termos de espaço e altura: os pinos pogo economizam espaço valioso na placa e reduzem a altura da montagem, ideal para projetos compactos.
• Durabilidade e resistência a choques: eles foram projetados para durar muitos ciclos de acoplamento e são resistentes a choques mecânicos e vibrações.
• Curso de contato estendido: com alto curso de contato, os pinos pogo acomodam a expansão e a contração térmica, mantendo conexões estáveis.
• Montagem de precisão: a montagem em máquina permite o posicionamento preciso, garantindo conexões consistentes e confiáveis.
• Alinhamento automático: os pinos pogo se alinham naturalmente com os receptáculos correspondentes, simplificando o processo de montagem e aumentando a confiabilidade.
• Força de contato constante: o mecanismo de mola mantém a pressão constante, evitando a perda de conexão em condições variáveis.
• Projeto adaptável: os pinos pogo são personalizáveis para diferentes configurações de placa, suportando diversos requisitos de fabricação.

Os pinos pogo estão disponíveis em uma ampla variedade de especificações, incluindo diferentes comprimentos, diâmetros, materiais, forças operacionais, correntes nominais, layouts de pads e estilos de êmbolo. Essa adaptabilidade os torna adequados para uma ampla variedade de aplicações, desde ambientes industriais desafiadores até produtos eletrônicos de consumo diário.

Tipos de pinos pogo e estilos de montagem

Conforme mencionado, há vários tipos de soluções de conexão de pinos pogo adaptadas para atender a requisitos específicos de aplicação, demandas de ciclo de vida e opções de personalização. Aqui estão alguns dos recursos dos pinos pogo mais comumente usados, que permitem que os engenheiros otimizem os projetos com base em necessidades elétricas, mecânicas e ambientais:

• Alta corrente: projetado para lidar com correntes tipicamente entre 2 e 8 amperes, embora correntes nominais mais altas estejam disponíveis para aplicações exigentes
• Alta frequência: adequado para aplicações de alta velocidade, capaz de suportar taxas de dados de até 10 Gbps
• À prova d'água: integrado com mecanismos de vedação para proteção contra a entrada de água e umidade, ideal para aplicações externas e robustas
• Magnético: utiliza a força magnética para estabelecer e manter uma conexão segura e polarizada
• Baixa força de mola: projetado com tensão de mola reduzida para aplicar força mínima nos pontos de contato, adequado para conexões delicadas
• Contato de esfera de rolo: apresenta uma esfera na extremidade do contato para manter um sinal contínuo mesmo quando há movimento entre os contatos
• Parafuso com rosca: equipado com um design rosqueado no êmbolo ou no cilindro, permitindo uma fixação segura em placas ou dispositivos
• Orifício de solda: inclui um pequeno orifício de solda na parte de trás do pino, permitindo a fixação direta do cabo
• Com duas extremidades: contém contatos com mola comprimida em ambas as extremidades, facilitando as conexões em ambos os lados
• Vertical ou de fundo plano: estende-se verticalmente a partir da placa de circuito, permitindo conexões eficientes de placa-placa
• Ângulo reto (horizontal): configurado em um ângulo de 90° em relação à placa de circuito, suportando a montagem horizontal do dispositivo
• Flutuante: apresenta um contato de mola padrão em uma extremidade com um contato curvo na outra, evitando a compressão excessiva e permitindo que ambos os lados sejam usados para conexões

Figura 2: exemplos de pinos pogo com duas extremidades e de ângulo reto (Fonte da imagem: Same Sky)

Os pinos pogo geralmente são adquiridos como componentes individuais, o que permite que sejam personalizados para aplicações específicas em placas ou acessórios. Essa flexibilidade os torna essenciais para soluções de interconexão personalizadas, projetadas para atender a requisitos de conexão precisos. No entanto, em alguns casos, estão disponíveis matrizes de conectores prontas para uso que contêm pinos pogo em um invólucro isolante, geralmente com as ferragens de montagem inclusas, o que pode agilizar o processo de montagem se estiverem alinhados com os requisitos do projeto.

Para montagens personalizadas em placas ou acessórios, existem várias opções de inserção e montagem para atender a diferentes aplicações:

• Tipos de inserção: os pinos pogo podem ser inseridos por meio de vários métodos, incluindo encaixe por pressão, estampagem, crimpagem, solda e até mesmo opções sem solda, cada uma oferecendo benefícios exclusivos, dependendo dos requisitos mecânicos e elétricos da aplicação.
• Tecnologias de montagem: as configurações de montagem incluem montagem em superfície, furo passante, montagem com fio e estilos cabo-cabo, oferecendo opções para diferentes designs de placa e configurações de interconexão.

Figura 3: opções comuns de pino pogo (Fonte da imagem: Same Sky)

Receptáculos ou alvos

A principal função de um conector elétrico é unir ou acoplar dois ou mais componentes. Para conectores tradicionais, isso normalmente requer um dispositivo compatível em cada extremidade. No entanto, os pinos pogo oferecem mais versatilidade, pois podem estabelecer conexões não apenas por meio do acoplamento com um receptáculo ou soquete, mas também pelo contato com pontos-alvo específicos diretamente em uma placa de circuito.

Esses alvos podem incluir componentes específicos, áreas de contato revestidas na placa ou receptáculos de chip personalizados projetados especificamente para testar circuitos integrados. A função de um alvo é fornecer um ponto de conexão elétrica confiável em que os pinos pogo possam fazer contato e permanecer estáveis até que a conexão seja intencionalmente aberta.

Considerações finais sobre o projeto

Para especificar o pino pogo ideal, aqui estão algumas considerações finais importantes que devem ser levadas em conta:

• Tamanho e formato: defina o tamanho do terminal, o diâmetro do pino e o formato (por exemplo, redondo, quadrado ou retangular) com base nas restrições de espaço e no ajuste mecânico.
• Material do contato: escolha entre materiais como latão, cobre, níquel ou bronze com base na condutividade, durabilidade e compatibilidade com outros materiais do projeto.
• Revestimento do contato: selecione um material de revestimento como ouro, prata, níquel, paládio, zinco, estanho ou chumbo, com base na resistência de contato, resistência à corrosão e durabilidade desejadas.
• Métricas elétricas: avalie a resistência de contato e a corrente nominal para garantir que o pino pogo possa suportar a carga elétrica necessária sem perda ou aquecimento excessivo.
• Movimento: especifique o tamanho do êmbolo, a altura de trabalho (para um deslocamento ideal do êmbolo) e as tolerâncias dimensionais para garantir contato e compressão confiáveis na aplicação.
• Métricas físicas: considere a força operacional inicial necessária para fazer contato e a força de compressão intermediária para mantê-lo, garantindo que a força do pino esteja alinhada com as necessidades mecânicas e de durabilidade do projeto.
• Fatores ambientais: leve em conta a possível exposição a temperaturas extremas, choques, vibrações, atmosferas corrosivas e umidade. A escolha de pinos pogo projetados para ambientes severos garantirá a longevidade e o desempenho em condições adversas.

Figura 4: compressão máxima e mínima, bem como altura de trabalho recomendada, normalmente encontradas em um esquema de pino pogo (Fonte da imagem: Same Sky)

Conclusão

Os pinos pogo proporcionam uma conexão elétrica confiável e consistente em vários dispositivos, graças ao seu design simples e robusto. Essa simplicidade permite que os pinos pogo suportem milhares de ciclos de encaixe e desencaixe, tornando-os excepcionalmente duráveis em aplicações de alto uso. Seu mecanismo de mola comprimida também compensa pequenos desalinhamentos durante as conexões, garantindo um desempenho consistente mesmo com pequenos desvios de posição. Além disso, os pinos pogo são econômicos e ocupam pouco espaço, o que os torna a solução de conexão preferida em muitas aplicações eletrônicas modernas em que a concisão, a confiabilidade e as considerações orçamentárias são essenciais. Veja a seleção de conectores tipo pino pogo da Same Sky disponíveis agora na DigiKey.