CN102017205A - 表面安装电路板指示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及表面安装电路板指示器。在一个实施例中，所述表面安装电路板指示器包括印刷电路板(PCB)、外壳和至少一个对准销，所述印刷电路板具有至少一个发光二极管(LED)芯片、一条或多条电路迹线和至少一个透镜，所述外壳包含在沿所述外壳周长的侧面上的至少一个开口，其中所述PCB耦接到所述外壳，以使得所述至少一个LED芯片的光输出表面与所述至少一个开口面向相同方向，并且所述至少一个对准销耦接到所述外壳。

Description

表面安装电路板指示器
相关申请
本申请基于美国法典第35编第119(e)条主张2008年5月5日提交申请的美国临时专利申请第61/050,452号的优先权，所述申请全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于直角指示应用照明的指示器，并且具体地说涉及表面安装电路板指示器。
背景技术
一些应用需要直角指示灯。直角指示灯用于所有元件与前嵌板、面板或操作者界面呈90度或直角的母板或主电路板的任何应用中。所述嵌板或面板具有孔或小窗口，其中附着有粗糙透明的标记用于可视状态指示，通常与主电路板边缘呈90度，并且在三维X-Y-Z空间的范围内位于主电路板表面的上方或下方相距距离Y。通常将灯安装于主电路板的这些区域中。例如，这是在诸如电信、工业、医学和消费者产品的许多行业中，电信机架装备、服务器、计算机、光盘驱动器和其他电子装备的格式。
当前可用的选择具有许多缺点。例如，一些应用使用通孔发光二极管(LED)(具有两个导线和圆顶的LED)，所述通孔发光二极管(LED)以直角形成于黑色LED外壳电路板指示器(CBI)内部，并且导线延伸到足以安装在母板或主电路板中的两个电镀通孔中。然而，通孔CBI LED通常不能经受在与LED元件相同的母板或主电路板侧面上在高达260摄氏度(℃)的温度下进行的表面安装回流处理。
其他选择包括直角棱柱。棱柱使用将光以直角从光源导出的棱镜。然而，在所述棱柱中，所述LED光源、芯片或晶片与透镜输出检视表面距离较远且呈90度。在所述棱柱实施方式中，从LED芯片或晶片到透镜的输出表面的光损失可能高达50％或更多，因此在输入处需要更亮的LED来获得合理的检视输出。这导致照明效率低、消耗更多能量和/或附加的热量输出。此外，当用于在主电路板上方安置光输出的所需垂直距离增加时，棱柱的这些缺点会被放大。
发明内容
本发明一般涉及表面安装电路板指示器。在一个实施例中，表面安装电路板指示器包含：印刷电路板(PCB)，其具有至少一个发光二极管(LED)芯片、一条或多条电路迹线和至少一个透镜；外壳，其包含在沿所述外壳的周长的侧面上的至少一个开口，其中所述PCB耦接到所述外壳，以使得所述至少一个LED芯片的光输出表面与所述至少一个开口面向相同方向；和至少一个对准销，其耦接到所述外壳。
在一个实施例中，本发明提供印刷电路板。所述印刷电路板包含多个透镜，其中所述多个透镜中的每一个覆盖耦接到所述PCB的至少一个发光二极管(LED)芯片，至少一条电路迹线耦接到所述至少一个LED芯片、至少一个锁定槽和垂直延伸构件中的每一个。
在一个实施例中，本发明提供用于收纳表面安装电路板指示器的主电路板。在一个实施例中，用于收纳表面安装电路板指示器的主电路板包含用于收纳所述表面安装电路板指示器的至少一个对准销的至少一个对准焊垫和用于收纳与耦接到印刷电路板(PCB)的至少一个发光二极管(LED)芯片的电路迹线耦接的至少一个衬垫位置的至少一个导电焊垫，其中所述至少一个LED芯片由各自的透镜覆盖并且所述PCB垂直地插入外壳中，以使得所述PCB的所述至少一个LED芯片发出与在沿所述外壳周长的侧面上的至少一个开口相同方向的光，并且所述光穿过所述至少一个开口离开，其中所述PCB邻近于所述至少一个开口。
附图说明
因此，可详细理解本发明的上述特征结构的方式，可参考实施例获得本发明的更具体描述，其中某些实施例图示于附图中。然而，应注意，附图仅图示本发明的典型实施例，且因此不应视为限制其范围，因为本发明可允许其他同等有效的实施例。
图1绘示表面安装电路板指示器的说明性分解图；
图2绘示完全地装配的表面安装电路板指示器的说明性正视图；
图3绘示完全地装配的表面安装电路板指示器的说明性侧视图；
图4绘示完全地装配的表面安装电路板指示器的说明性仰视图；
图5绘示完全地装配的表面安装电路板指示器的说明性等距视图；
图6绘示具有单个发光二极管(LED)芯片的印刷电路板的说明性正视图；
图7绘示具有多个LED芯片的印刷电路板的说明性正视图；
图8绘示主电路板和用于收纳表面安装电路板指示器的说明性衬垫布局；
图9绘示使用焊接到主电路板的一个或多个对准销来安装于用于直角指示应用的主电路板上的表面安装电路板指示器的说明性侧视图；
图10绘示使用穿过主电路板安置的一个或多个对准销来安装于用于直角指示应用的主电路板上的表面安装电路板指示器的说明性侧视图；
图11绘示具有LED的垂直堆叠阵列的印刷电路板的说明性正视图；
图12绘示具有LED的垂直堆叠阵列的印刷电路板的说明性后视图；和
图13绘示具有LED的垂直堆叠阵列的完全地装配的表面安装电路板指示器的说明性等距视图。
为了促进理解，可能时使用相同元件符号来指定附图所共有的相同元件。
具体实施方式
图1绘示表面安装电路板(SMCB)指示灯100的说明性分解图。在一个实施例中，SMCB指示灯100包含印刷电路板(PCB)102、外壳110和对准销120。
至少一个发光二极管(LED)104可以耦接到PCB 102。PCB 102还可包括一个或多个锁定槽106和一个或多个衬垫位置108。衬垫位置108可以是四分之一圆形或半圆形，并且可以用作LED 104的LED芯片(下文论述)与上面安装SMCB指示灯100的主电路板之间的电接点。在一个实施例中，一个或多个衬垫位置108是导电的，并且沿PCB 102的边缘定位。
在一个实施例中，PCB 102垂直地滑入外壳110的槽112中，如图1中虚线所图示。PCB 102可以插入外壳110的槽112中，直到切口114配合各自的锁定槽106以将PCB 102保持在适当位置为止。值得注意的是，不需要粘合剂或胶剂来将PCB 102耦接到外壳110，从而，使得可以更容易和更有效的制造SMCB指示灯100。
外壳110还包含沿外壳110的周长的至少一个开口116。换句话说，外壳110的至少一侧具有开口116。另外，外壳110包括沿外壳110底部的至少一个开口118。从而，PCB 102可以通过开口118垂直地插入槽112中。此外，PCB 102可以邻近于开口116安置。这使得在检视表面与PCB 102上LED 104的光输出之间的距离最小。另外，将PCB 102对准在槽112中，以使得LED 104面向开口。因此，从PCB 102的LED 104发射的光与开口116的方向相同，并且可以穿过相同的开口116离开。
外壳110经设计可从PCB 102上移除以便于容易接近焊垫(下文论述)，以在母板或主电路板上进行移除或修改(下文论述)。因此，SMCB指示灯100经设计以便于可用焊铁前后接近来修改。
此外，SMCB指示灯100的设计允许光源距离检视表面尽可能的近。值得注意的是，不同于上文论述的棱柱技术之处在于没有光损失，因为当LED104相对于主电路板以y方向向上或下向垂直移动时，使光源与检视表面之间的距离最小并且保持恒定。另外，不需要反射器来使光曲折或使光重定向。下面通过实例并且参考图9和图10来说明。
再参见图1，对准销120可以耦接到外壳110。在一个实施例中，可以使用多个对准销120。对准销120可以是金属或塑性材料。对准销120经设计以在焊接到母板或主电路板上或插入母板或主电路板中时，为SMCB指示灯100提供稳定性，如下文所论述。例如，可以使用单个金属对准销120来将所述对准销焊接到主电路板(例如，下面所论述的图9)。或者，可以使用一个或多个塑性对准销120，并且插入主电路板上的孔中(例如，下面所论述的图10)。
图2、图3、图4和图5绘示完全地装配的SMCB指示灯100的各种说明性视图。图2绘示完全地装配的SMCB指示灯100的说明性正视图。图3绘示完全地装配的SMCB指示灯100的说明性侧视图。图4绘示完全地装配的SMCB指示灯100的说明性仰视图。图5绘示完全地装配的SMCB指示灯100的说明性等距视图。
图6图示PCB 102的更详细视图。在一个实施例中，LED 104包含至少一个透镜202、至少一个LED芯片或晶片204和一个或多个丝焊206。透镜202覆盖PCB 102上的一个或多个LED芯片204。虽然图6中仅图示了单个透镜202和单个LED芯片204，但应注意，PCB 102可以包括任何数量的透镜202和LED芯片204，如下文所论述。
在一个实施例中，透镜202可以包含环氧树脂透镜或硅树脂透镜。透镜202可以包含各种形状，例如，包括圆顶形、方形、圆形等以提供各种视角。在一个实施例中，透镜202可以包括透镜202表面上的扩散和/或织构以实现各种光照效果和视角。透镜202可以为各种尺寸。例如，透镜202可以是直径2毫米(mm)到直径3mm。然而，应注意，透镜202的尺寸可以根据具体应用的需要来确定。换句话说，所制造的透镜202可以仅覆盖和保护LED芯片204和一个或多个丝焊206或者更为复杂以引入各种光学特征。
在一个实施例中，PCB 102包括一条或多条电路迹线或通孔218。所述一条或多条电路迹线218是导电的。电路迹线218的每一个耦接到各自的衬垫位置108。PCB 102上电路迹线218的数量是由LED芯片204的数量来确定的。此外，电路迹线218可以定位于PCB 102的正面或背面，如下文所论述。另外，取决于PCB 102的厚度，电路迹线218还可定位于在PCB 102的正面与背面之间的层上。
电路迹线218提供由处理器或控制器(未示出)来在PCB 102上单独定址或独立控制LED芯片204中的每一个和/或LED 104中的每一个的能力。例如，图7图示具有三个LED芯片2041、2042和2043(也总称为LED芯片204)的PCB 102。图7中LED芯片204中的每一个可以具有不同颜色或全部具有相同颜色。在图7所图示的实施例中，丝焊206耦接到LED芯片204中的每一个。另外，各自的电路迹线2181、2182和2183耦接到LED芯片2041、2042和2043中的每一个。另外，共同的电路迹线2184耦接到所有三个LED芯片2041-2043。电路迹线2181、2182、2I83和2184中的每一个也耦接到各自的衬垫位置1081、1082、1083和1084。
因此，可以单独地定址或独立地控制LED芯片204中的每一个。此外，如果PCB 102包含多个LED 104(如下文所论述)，则也可独立地控制在额外LED 104内的LED芯片204中的每一个。
再参见图6，PCB 102包括垂直延伸构件210。在一个实施例中，通过将LED 104(包括LED芯片204和透镜202)偏离中心地安置于PCB 102上，可以产生垂直延伸构件210。例如，可以有意地最接近于PCB 102的一个边缘来安置LED 104。这允许将LED 104以沿y方向更大的垂直距离安置于上面安装SMCB指示灯100的主电路板的上方或下方。
线212代表在y方向上在主电路板上方或下方的垂直距离。线212是垂直延伸构件210的垂直长度的函数。在一个实施例中，从LED 104的中心到耦接到主电路板的PCB 102的边缘来测量线212。线212的距离可以取决于具体应用的需求而变化。在一个实施例中，线212的长度可以大于或等于0.060英寸(in)。在一个实施例中，线212的长度可以大于或等于0.079in。在一个实施例中，线212的长度可以大于或等于0.125in。在一个实施例中，线212的长度可以大于或等于0.200in。因此，从LED 104发射通过LED芯片204的光与透镜202的检视表面保持最短距离，即便当线212的距离和垂直延伸构件210的长度增加时也是如此。
此外，垂直延伸构件210允许LED 104不接触主电路板。这允许在PCB102上使用不同尺寸透镜和不同形状透镜时的更大灵活性。换句话说，不依靠本发明中的透镜202来在主电路板上支承和安装LED。相反，SMCB指示灯100的外壳110和对准销120提供主电路板上的机械稳定性。这使得可以考虑在PCB 102上使用比其他所用技术更多的透镜设计。
如上文所论述，可以在母板或主电路板上安装SMCB指示灯100。图8绘示说明性母板或主电路板400。主电路板400可以包括用于收纳PCB 102的相应衬垫位置108和外壳110的相应对准销120的至少一个导电焊垫408和至少一个对准焊垫420。至少一个导电焊垫408的尺寸可以取决于PCB 102和相应衬垫位置108的厚度而变化。同时，至少一个对准焊垫420可以是不导电的，并且通常用于机械目的。
在一个实施例中，通过将衬垫位置108中的每一个对准各自的导电焊垫408和将对准销120对准各自的对准焊垫420，可以将SMCB指示灯100安装于主电路板400上。可以将焊膏涂覆于导电焊垫408和对准焊垫420以将SMCB指示灯100焊接到主电路板400上。
导电焊垫408和对准焊垫420的数量直接对应于PCB 102上衬垫位置108的数量和外壳110中所用对准销120的数量。另外，所属领域的技术人员将认识到，主电路板400可以包括未示出的额外元件或装置。
如上所示，可以将完全地装配的SMCB指示灯100安装到用于直角指示应用的主电路板上。图9图示使用SMCB指示灯100的应用500的侧视图。图9图示安装到主电路板400上的SMCB指示灯100，如上所述。将SMCB指示灯100对准于应用500的嵌板502的开口504。虽然在一个实施例中，透镜202显示处于嵌板502的开口504中，但应注意，透镜202可以延伸穿过开口504或安置在开口504之后一段距离。另外，相对于主电路板400的表面90度或垂直地来安置LED芯片204。
如上所示，SMCB指示灯100的设计允许光源距离检视表面尽可能近。值得注意的是，不同于上文论述的棱柱技术之处在于没有光损失，因为光源(例如，LED芯片204)与检视表面(例如，透镜202)之间的距离被最小化，并且当主电路板上方或下方的所需距离y增加时，不需要反射器来使光曲折或使光重定向。
如图9所图示，透镜202的检视表面与LED芯片204之间距离为最短。此外，LED芯片204接近于并且LED芯片204的光输出表面面向外壳110中的开口和嵌板502的开口504。换句话说，LED芯片204发出与外壳110中的开口和嵌板502的开口504相同方向的光。值得注意的是，透镜202的检视表面与LED芯片204之间最短距离将保持恒定，即便开口504在主电路板400上方垂直地升高或在主电路板400下方垂直地降低。换句话说，仅需要将PCB 102的垂直延伸构件210拉长以在不损失任何光输出的情况下适应开口504的垂直高度上的任何增加。相反，使用先前技术，当开口504的垂直高度增加时，由于事实上透镜的检视表面与光源之间的距离将增加，所以将发生较大的光输出损失。
在一个实施例中，嵌板502可以包含多个开口504。因而，具有多个LED的SMCB指示灯可以如下文所论述那样来使用。例如，如果嵌板502包括四个垂直对准的开口504，则可以使用具有垂直对准的四个LED阵列的SMCB指示灯，如下文所图示。在此情况下，每一个LED的每一个LED芯片仍将保持与各自透镜的检视表面的最短距离。从而，即便在具有多个LED阵列的SMCB指示灯中，仍使光损失最小。对于需要PCB 102上的水平对准LED中的每一个处于主电路板400上方或下方一定垂直高度的嵌板502的多个水平对准开口504来说，也是如此。
图10绘示通过插入主电路板400上相应的孔406中的一个或多个塑性对准销120来安装于主电路板400上的SMCB指示灯100的实例。在一个实施例中，可以将一个或多个塑性对准销120成型为外壳110的一部分。图10在所有其他方面类似于图9。
因而，本发明提供用于直角指示应用的更有效率的照明设备。不同于需要较大LED来补偿光输出损失的先前技术，本发明允许使用较小LED，从而不论主电路板400上方或下方的垂直距离，通过保持透镜202的检视表面与LED芯片204之间的最短距离，提供较小的占据面积。因此，SMCB指示灯100提供使用较少能量和产生较少热量的更有效率的光源。
如上所示，SMCB指示灯100可以包括垂直对准LED 104的阵列。图11绘示具有四个LED 6041-6044的PCB 602(本文也总称为LED 604)的说明性正视图。虽然仅图示四个LED，但所属领域的技术人员将认识到，图11-图13中图示的实例可以适用于具有任何数量的LED和LED芯片的SMCB指示灯，诸如，呈两层的两个LED、呈三层的三个LED、呈五层的五个LED等。
类似于PCB 102的LED 104，LED 604还包含至少一个LED芯片、至少一个丝焊和覆盖所述至少一个LED芯片和所述至少一个丝焊的透镜。然而，为了清楚起见，一些细节未图示于图11-图13中。在一个实施例中，LED6041-6044中的每一个耦接到各自的电路迹线6181-6184(本文也总称为电路迹线618)。PCB 602还包括耦接到所有LED 604的共同电路迹线6185。此外，电路迹线6181-6185中的每一个耦接到各自的衬垫位置6081-6085(本文也总称为衬垫位置608)。
图11图示具有电路迹线6181、6184和6185的正面620。然而，为了保持小占据面积和在LED 604和/或LED芯片的数量增加时防止PCB 602的尺寸急剧增加，可以使用背面622来添加额外的电路迹线618，如图12所图示。例如，电路迹线6182和6183定位于PCB 602的背面622上。此外，当使用更多电路迹线时，还可将电路迹线定位于PCB 602的正面620与背面622之间的层上。当使用多个层时，可以为了适当的衬垫间隔而在PCB 602的各个层之间使用绝缘。
在一个实施例中，电路迹线618的数量取决于PCB 602上LED芯片(未示出)的数量。例如，LED 604中的一个或多个可以包括多个LED芯片，类似于上文图7中图示的LED 104。从而，LED芯片的每一个将耦接到各自的电路迹线618。例如，如果图11中图示的四个LED 6041-6044中的每一个包括三个不同颜色的LED芯片，则需要八条额外的电路迹线。从而，使用背面622和在PCB 602的正面620与背面622之间的层有助于防止在电路迹线数量增加时PCB 602的占据面积急剧地增加。
图13绘示具有垂直对准的多个LED 604的完全地装配的SMCB指示灯600的说明性等距视图。类似于SMCB指示灯100，SMCB指示灯600包含垂直插入外壳610中的PCB 602和耦接到所述外壳610的至少一个对准销620。除了LED 604的数量和外壳610容纳LED 604数量的尺寸之外，SMCB指示灯600在所有其他方面类似于SMCB指示灯100。
虽然，图11-图13图示垂直对准于PCB上的多个LED，但应注意，多个LED也可水平对准。因此，经制造用于容纳具有水平对准LED的PCB的外壳可以耦接到所述PCB，并且一个或多个对准销可以耦接到所述外壳。
在另一实施例中，所制造的外壳610可以具有附加延伸612(图13中虚线所图示)，以将光从PCB 602的LED 604隧道传输到前嵌板或面板(例如，图9和图10的嵌板502)来使在多个LED阵列上泄露的光最少。用于将光尽可能近地隧道传输到前嵌板的所述外壳延伸还可以在前嵌板距离PCB 602较远时用于光导管附着和保持。
本发明的另一个优点是容易装配和制造本文公开的SMCB指示灯。例如，在示例性实施例中，不需要粘合剂。此外，SMCB指示灯的设计可以经设计以用于挑选和可放置的标准装备。另外，必要时，可以将SMCB指示灯的PCB制造成阵列并且分为单个PCB或多个PCB阵列。
虽然上面已描述了各种实施例，但应当理解的是，这些实施例仅以举例的方式呈现，而并非限制。从而，优选实施例的广度和范围不应由任何上述示例性实施例限制，而应仅根据以下权利要求和其等效物来界定。

Claims (20)

1.一种表面安装电路板指示器，包含：
印刷电路板(PCB)，其具有至少一个发光二极管(LED)芯片、一条或多条电路迹线和至少一个透镜；
外壳，其包含在沿所述外壳的周长的侧面上的至少一个开口，其中所述印刷电路板耦接到所述外壳，以使得所述至少一个LED芯片的光输出表面与所述至少一个开口面向相同方向；和
至少一个对准销，其耦接到所述外壳。
2.根据权利要求1所述的表面安装电路板指示器，其中所述至少一个LED芯片和所述至少一个透镜偏离中心地安置于所述印刷电路板上。
3.根据权利要求2所述的表面安装电路板指示器，其中所述至少一个LED芯片和所述至少一个透镜偏离中心地安置于所述印刷电路板上，以产生在所述印刷电路板上具有至少0.060英寸(in)垂直长度的垂直延伸构件。
4.根据权利要求1所述的表面安装电路板指示器，其中通过所述外壳中的槽将所述印刷电路板垂直插入所述外壳中来将所述印刷电路板耦接到所述外壳。
5.根据权利要求1所述的表面安装电路板指示器，其中所述印刷电路板是邻近于所述外壳的所述开口耦接到所述外壳。
6.根据权利要求1所述的表面安装电路板指示器，其中所述印刷电路板包含多个LED芯片和多个透镜。
7.根据权利要求6所述的表面安装电路板指示器，其中所述多个LED芯片和所述多个透镜经垂直对准或水平对准。
8.根据权利要求6所述的表面安装电路板指示器，其中所述多个LED芯片中的每一个都可通过各自的电路迹线来独立控制。
9.根据权利要求1所述的表面安装电路板指示器，其中所述印刷电路板包含多个LED芯片，其中所述多个LED芯片中的每一个都具有不同的颜色。
10.根据权利要求1所述的表面安装电路板指示器，其中所述对准销包含以下材料中的至少一种：塑性材料或金属材料。
11.一种印刷电路板(PCB)，包含：
多个透镜，其中所述多个透镜中的每一个都覆盖耦接到所述印刷电路板的至少一个发光二极管(LED)芯片；
至少一条电路迹线，其耦接到所述至少一个LED芯片中的每一个；
至少一个锁定槽；和
垂直延伸构件。
12.根据权利要求11所述的印刷电路板，其中所述多个透镜中的每一个都覆盖多个不同颜色的LED芯片。
13.根据权利要求11所述的印刷电路板，其中所述至少一个LED芯片中的每一个都可通过所述至少一条电路迹线的各自电路迹线来独立控制。
14.根据权利要求11所述的印刷电路板，其中所述至少一条电路迹线耦接到以下中至少一个：所述印刷电路板的正面、所述印刷电路板的背面或所述印刷电路板的所述正面与所述背面之间的一个或多个层。
15.根据权利要求11所述的印刷电路板，其中当所述印刷电路板垂直地插入所述外壳中时，所述至少一个锁定槽配合于外壳的垂直槽中的切口。
16.根据权利要求15所述的印刷电路板，其中所述印刷电路板垂直地插入所述外壳中，以使得所述至少一个LED芯片中每一个的光输出表面与沿所述外壳的周长的侧面上的至少一个开口面向相同方向。
17.根据权利要求16所述的印刷电路板，其中所述印刷电路板是邻近于所述至少一个开口插入所述外壳中的。
18.根据权利要求11所述的印刷电路板，其中通过将所述多个透镜偏离中心地安置于所述印刷电路板上来形成所述垂直延伸构件。
19.根据权利要求11所述的印刷电路板，其中所述垂直延伸构件包含至少0.060英寸(in)的垂直长度。
20.一种用于收纳表面安装电路板指示器的主电路板，包含：
至少一个对准焊垫，用于收纳所述表面安装电路板指示器的至少一个对准销；和
至少一个导电焊垫，用于收纳耦接到电路迹线的至少一个衬垫位置，其中所述电路迹线耦接到印刷电路板(PCB)的至少一个发光二极管(LED)芯片，其中所述至少一个LED芯片由各自的透镜覆盖并且所述印刷电路板垂直地插入外壳中，以使得所述印刷电路板的所述至少一个LED芯片发出与在沿所述外壳的周长的侧面上的至少一个开口相同的方向的光，并且所述光穿过所述至少一个开口离开，其中所述印刷电路板邻近于所述至少一个开口。
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