本文針對模組化彈簧觸點探討分析，包括具有更高載流能力的款式，將互連元件的實用性拓展到新的應用。
彈簧互連裝置可在電子裝置與電源或其他裝置之間提供可靠且可重複的連接。模組化彈簧觸點，如Bourns開發的產品，多年來已用於對可攜式無線電手持機及其他行動電子裝置充電。這些互連元件具有模組化與可重複的特性，因此適用於板對電池、板對板，以及板對裝置的連接。
可處理更高電流的模組化彈簧觸點問世後，其實用性也跟著拓展至工業自動化、精密儀器等應用。本文將探討模組化彈簧觸點的細節，包括具有更高載流能力的款式如何將這些互連元件的實用性拓展到新的應用。
彈簧觸點的外殼
彈簧觸點會讓一個裝置上的導電金屬（通常是鍍金銅）與另一個裝置上的相似導電金屬接觸，藉此在兩個裝置之間建立電氣連接（圖一）。觸點的彈簧部分可提供機械力，即使在振動或錯位情況下，也能夠保持接觸。使用成對的公觸點與母觸點設計，以便彼此配合配合，確保連接穩固。
Bourns的公端與母端模組化彈簧觸點提供多種尺寸、觸點間距與數量，以及電氣效能。（圖片來源：Bourns）
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可攜式無線電手持機及其充電座之間的連接，就是彈簧觸點的常見範例之一。由於此連接的主要目的是對無線電的電池充電，因此通常稱為板對電池連接，指的是充電座的印刷電路板（PCB）與充電電路與無線電可充電電池組之間的連接。平板裝置、手機和遊戲控制器的充電座也屬於板對電池的範疇。
板對裝置連接也可能透過模組化彈簧觸點來傳輸數據和電力。舉例而言，筆記型電腦的擴充底座就可連接至第二個螢幕或其他週邊設備。在商業與工業環境中，像是行動電子金融轉帳銷售點（EFT-POS）終端機、無線條碼掃描器、可拆卸顯示器裝置及位置感測器等，也都需要板對裝置連接。這些裝置具有硬體介面和嵌入式系統，使用較低速的通訊協定，例如通用輸入/輸出（GPIO）、通用非同步接收器／發射器（UART）、積體匯流排電路（I2C）、序列週邊介面（SPI）及控制器區域網路（CAN）訊號。
彈簧接點亦可在單一產品內提供板對板連接。在對空間和重量敏感的應用中，彈簧觸點可省去纜線和配接連接器。還可耐受振動和錯位。板對板彈簧連接可將主控板接至管理射頻 （RF）訊號或感測器數據的模組以及其他應用。
模組化與機械結構
Bourns的彈簧觸點採用模組化設計且可逆向使用，其模組化設計可達到端對端堆疊，同時讓單元之間維持一致的間距。由於Bourns彈簧觸點系列中的觸點間距保持不變，工程師可以從該系列中混合搭配不同的零件編號，以達到所需的觸點數量。
例如，75AB系列（圖二）中的模組化彈簧觸點間距為1.27 mm，並提供兩、三或四個觸點。採用六個公端表面黏著（SMT）觸點的設計，就可使用三個75ABJ-2-M0E（各有兩個觸點）、兩個75ABJ-3-M0E（各有三個觸點），或是一個75ABJ-2-M0E和一個 75ABJ-4-M0E（有四個觸點）。
75ABJ-4-M0E（左）與 75ABJ-4-F0E（右）彈簧觸點的觸點間距為 1.27 mm，且在單元端對端堆疊時依舊會維持此間距。（圖片來源：Bourns）
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彈簧觸點的可逆性亦提供設計靈活性並可簡化製造作業。在旋轉180°後，彈簧觸點單元上的連接點仍可配接固定PCB上的對應點。具有拾放相容性，可進一步簡化組裝作業。
可逆性能讓工程師將彈簧觸點設定在最佳角度，以便接受配接裝置。個別觸點採用寬且傾斜的葉片彈簧設計，能以垂直或水平方向建立電氣連接。垂直觸點通常稱為壓縮觸點，而水平觸點則是將一個零件滑進另一個零件中來達成。
Bourns的公端模組化觸點彈簧，額定值最少可達到50,000次配接循環。每個彈簧末端的接片均可嵌入零件內部的外殼壁中。這些固定的彈簧端子可防止未固定的接觸端子勾到環境中的物品而導致意外受損。
基本電性
模組化彈簧觸點憑藉機械效能達到堅固可靠，但工程師通常會根據其電氣特性來挑選彈簧觸點，例如其能承受的電流和電壓、接觸電阻及安全性。製造方面的考量，例如彈簧觸點如何連接到PCB或其端接的電線，以及電氣訊號的走向，也是設計工程師關注的重點。
Bourns的模組化彈簧觸點電阻值在30 mΩ或以下。由於電阻極低，觸點可形成高效的電氣連接，可保障資料完整性並發熱極低。採用UL 94 V-0列名的黑色玻璃強化熱塑性外殼，具有500 VAC介電電壓，可進一步增強安全性。模組化彈簧觸點的外殼具有至少500 MΩ 的絕緣電阻，某些型號更超過1,000 MΩ。
憑藉這些安全措施，模組化彈簧觸點每個觸點可安全管理高達60 V和3至8 A直流電。雖然3 A對手持式無線電等許多消費性應用來說是標準值，但某些工業應用需要更高的電流。
高電流相容性
工業自動化應用可能會使用微控制器或邊緣處理來接收並解譯感測器資料，並向高功率設備發送適當的指令。因此，這些應用需要能承受更高電流的互連元件。同樣地，高精密儀器、測試設備、手持式工業設備，以及搭載先進處理器之電腦和平板電腦的對接系統，其每個彈簧觸點都需要更多的電力。從事此類應用的工程師會選用 Bourns的75AB、76AA 與78AD系列模組化彈簧觸點。
例如，75AB系列提供二、三或四個觸點的封裝，且每個觸點可承載5 A，最高可達60 VDC。公端元件未壓縮時尺寸為寬 1.98 至 4.52 mm x 深 5.00 mm x 厚 3.33 mm，配接後的母端觸點尺寸為寬 1.27 至 3.81 mm x 深 5.08 mm x 厚 0.94 mm。
75AB系列具有線上終端，也稱為雙熱觸點。此配置能為每個觸點在連接器外殼上提供兩個對稱的端子；設計人員可以將PCB上的電路連接至任一端子或兩者。雙熱觸點提供更高的靈活性，可配置導線路徑的走向，以達到並聯連接、冗餘設計，或提高軌道穿越效率，以避免短路或訊號干擾，這在電流位準提升時尤其重要。
76AA系列（圖三）亦提供雙熱觸點，採用SMT封裝，含兩至六個觸點，間距為2.54 mm，每個觸點可承載6 A電流。
76AA系列彈簧觸點 （左公端、右母端） 的每個觸點可承載 6 A，最高可達 60 VDC。具有二至六個雙熱觸點，間距為 2.54 mm。（圖片來源：Bourns）
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76AA系列的公端元件未壓縮時，尺寸為寬5.00 mm至15.16 mm、深8.48mm、厚3.81mm。母端元件的尺寸為寬4.98 mm至15.14 mm x 深10 mm x 厚1.27 mm。
如需每個觸點高達8 A載流能力、30 VDC，設計人員可選用78AD系列模組化彈簧觸點 （圖四）。
78AD系列彈簧觸點（左公端、右母端）的額定值為每個觸點8 A、30 VDC，具有二至六個觸點，間距為4 mm。（圖片來源：Bourns）
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78AD彈簧觸點與76AA系列相似，皆具有二至六個觸點，間距為4mm。未壓縮時，公端單元的尺寸為寬7.82至23.83 mm × 深 11.00 mm × 厚 5.55 mm。母端單元寬9.0至 25.0mm、深11.00 mm、厚2.3mm。78AD系列互連元件採用符合MIL-STD-202 Method 208的錫合金端子，而非雙熱觸點。
結論
模組化彈簧觸點是提供可靠板對板及板對裝置連接的互連元件，即使在頻繁插拔、振動與錯位等嚴苛條件下亦能維持穩固。
像是Bourns的75AB、76AA和78AD系列等模組化彈簧觸點，憑藉較高的載流能力、薄型設計以及多種佈線選項，是工業自動化應用、精密儀器、可攜式工業設備等應用的設計人員在挑選互連元件時的可靠選項。
（本文作者Barley Li為DigiKey亞太區技術應用工程經理）
