CN105917159A - 高效板至板连接 - Google Patents

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Abstract

发光设备包括具有驱动器电子器件模块(104)的壳体(102)，驱动器电子器件模块包括用于驱动光源的驱动器电路和电子器件连接器(106)。发光设备还包括布置在壳体中的电路板(108)，电路板包括板连接器(110)。另外，发光设备包括布置在电路板上并且与板连接器连接的至少一个光源(109)，其中电子器件连接器和板连接器沿横向于电路板的平面延伸的方向延伸。板连接器与电子器件连接器对齐，使得板连接器与电子器件连接器具有交叠区域，其中板连接器与电子器件连接器压靠彼此，使得存在提供电性连接的至少一个接触线，并且其中沿着该接触线提供热致电互连。与线连接相比，这种连接组装起来是节省时间且成本高效。

Description

高效板至板连接
技术领域
本发明总体涉及电子设备，并且更具体地涉及电子设备中的板至板连接。
背景技术
在电子设备的构造和设计中，通常有利的是将电子部件以功能组分配。功能性分配可以是一种实现模块化设计的方式，在电路板设计中通过对相似的功能反复使用模块化电路图案来加速设计。模块化电路通常被分配为共享同一个电路板，但是由于效率方面的原因或设计约束方面的原因，优选的是将不同的功能电路分配给不同的板。尽管这能够实现例如具有在多个不同的电子产品中的功能性使用的板的模块化生产，但与单个板电子设备的组装相比，具有多个板的产品的组装通常较慢并且需要更多的步骤。
发明内容
本发明的目的是实现一种使得能够以更能量高效且更成本高效的方式制造具有多个电路板的电子设备。
根据本发明，上述目的和其它目的通过发光设备而实现，该发光设备包括壳体以及布置在壳体中的驱动器电子器件模块，其中该驱动器电子器件模块包括驱动器电路和构造成向所述驱动器电路提供电接入的电子器件连接器。该电子设备还包括布置在壳体中的电路板，该电路板包括在第一侧的导电路径和构造成向导电路径提供电接入的板连接器。另外，该电子设备包括至少一个光源，所述至少一个光源布置在电路板上并且与所述导电路径连接，其中所述电子器件连接器和所述板连接器各自具有沿横向于电路板的平面延伸的方向(D)延伸的平坦连接部。板连接器的连接部与电子器件连接器的连接部对齐，使得板连接器的连接部与电子器件连接器的连接部具有交叠区域，并且其中板连接器的连接部与电子器件连接器的连接部压靠彼此，使得存在提供电性连接的至少一个接触线，并且其中热致电互连(heat induced electrical interconnection)沿着该接触线被提供。
根据本发明的电子设备实现了两个电路板之间的互连，这种互连与例如通过线进行的板至板连接(其需要焊接并且自动化起来更复杂)相比组装起来更快。另外，根据本发明的互连与通常具有锁定机构和/或压配(press fit)锁定的常规的机械式板至板连接器相比需要施加的力较小。根据本发明的每个板可以优选地被预制造为具有所有的连接器，其中热致电互连是提供机械连接和电性连接两者的单步骤互连。
在本发明的背景下，功能适应电子部件是适于执行电路板设计的期望功能中的至少一个功能的部件。例如，功能适应电子部件可以是微处理器、用于电马达控制的脉冲宽度调制器或者是光源例如发光二极管(LED)。类似地，电子器件模块可以解释为是包括提供一个或多个功能的电子部件的部件，例如其可以是单独的印刷电路板，该印刷电路板包括用于在信号传输至电子模块所连接至的电路板之前进行信号处理的电子部件。电子器件模块同样也可以是向电路板供给电力的驱动器电子器件模块，该电力从电源出口转变成功能适应电子部件所被配置的电压水平和电流。类似地，电子电路可以是适于提供预定的电源的驱动器电路，并且电子器件连接器可以称为驱动器连接器，从而表明其布置在何处。
根据一个示例性实施方式，电子设备是发光设备，其中电路板包括至少一个光源，所述至少一个光源布置在电路板上并且与导电路径连接。这种设计对于发光设备特别有利，其中电路板优选地布置成用于最佳的光分配和散热，并且电子器件模块是包括驱动器电子器件的驱动器电子器件模块并且布置成至少在光分配路径之外。与例如具有发光二极管的常规灯泡形光源相比，根据本发明的该实施方式的设计可以在电路板与壳体更紧密地接触的情况下，实现短的热路径。
本发明能够在与常规的灯泡形相比可能较为平的改装灯中有利地使用。近年来，具有LED的光源作为传统灯泡的替代已经发展得越来越普遍。
常规的LED改装灯具有传统灯泡的经典外形。该LED灯设计的特征在于功能性的水平分割和通常用线作为互连装置。一半，从座开始的远端的一半，提供光分配室，其中LED通常居中地布置在电路板上，其中该电路板横向于灯的主轴线定向。所述一半的更靠近座的部件用作满足热性能要求的散热装置。这种产品结构创建了从产生热量处的LED到能够传递热量的位置的长的热路径，其中所涉及的产品的很多部件包括实现该热扩散功能的专用金属部分。
根据本发明的发光设备，其中壳体靠近电路板布置或者甚至连接至电路板，允许壳体从电路板直接传递热量。另外，这种具有根据本发明的驱动器连接器和板连接器的发光设备与具有传统的灯泡设计和线互连装置的发光设备相比组装起来更快。
在一个示例性实施方式中，板连接器还包括安装部，该安装部相对于电路板固定并且通过弹性部弹性地连接至连接部。通过向板连接器设置连接安装部与连接部的弹性部，引入了对抗机械应力和热应力的容差。这些容差使得降低了组装期间发生损坏的风险并且一旦提供了互连提高了部件的寿命预期。另外，弹性部可以有利地形成为提供至少一个预定方向上改进的容差。
类似地，在一个示例性实施方式中，电子器件连接器还包括安装部，该安装部相对于驱动器电子器件模块固定并且通过弹性部弹性地连接至连接部。类似地，向电子器件连接器设置连接安装部与连接部的弹性部的特征和优点可以类似于对于板连接器的那些特征和优点。
板连接器可以有利地形成为同种材料的一体件。类似地或独立地，电子器件连接器可以有利地形成为同种材料的一体件。这实现了与具有多个部件的连接器相比制造起来更便宜的板连接器和/或电子器件连接器。然而，这不排除在一些示例性实施方式中每个连接器可以例如被另外地涂覆或喷漆。
根据一个实施方式，板连接器布置在所述电路板的外边缘处。这种布置有助于组装过程期间的对齐和支撑。
另外，根据一个实施方式，电路板还包括在第二侧的第二导电路径以及构造成向所述第二导电路径提供电接入的第二板连接器。有利地，第二板连接器具有沿方向(D)延伸的平坦连接部，其中第二板连接器的连接部也与电子器件连接器电接触，使得第一导电路径和所述第二导电路径通过电子器件连接器电性连接。
这实现了电路板的两侧之间的连接，而不需要电镀孔或焊接至电路板的相反的平面侧的线。这种电镀孔和/或线比本发明的该示例性实施方式成本更高。
有利地，板连接器可以设置有位置指示特征。与此类似，有利地，电子器件连接器也可以设置或者独立地设置有位置指示特征。在本发明的背景下，位置指示特征可以理解为是能够被用于确定连接器的位置的传感器系统拆卸的结构特征和/或光学特征。这种传感器系统可以是光学系统或更简单的触发开关，位于预定位置并且通过与结构特征接触而被触发。
根据本发明的第二方面，上述目的及其他目的通过一种用于组装发光设备的方法而实现，所述方法包括提供壳体以及布置在壳体中的驱动器电子器件模块。驱动器电子器件模块优选地包括驱动器电路和构造成向驱动器电路提供电接入的电子器件连接器，该电子器件连接器具有在方向(H)上延伸的平坦连接部；所述方法还包括提供电路板以及板连接器的步骤，该电路板包括在第一侧的导电路径并且包括至少一个光源，所述至少一个光源布置在电路板上并且与导电路径连接，板连接器构造成向导电路径提供电接入，板连接器具有沿横向于电路板的平面延伸的方向(D)延伸的平坦连接部。所述方法还包括下述步骤：使电路板与壳体对齐，使得板连接器的连接部与电子器件连接器的连接部平行且对齐，以使方向D与方向H同轴。所述方法还包括下述步骤：通过移动电路板而将电路板与壳体沿着由方向D和方向H限定的轴线组装以使得板连接器的连接部和电子器件连接器的连接部在移动过程中可滑动地彼此压靠。另外，所述方法还包括通过热致互连将板连接器结合至电子器件连接器的步骤。
该方法通过提供可以在对齐步骤中使用的互连装置而实现了快速的组装。与例如可以用来检测平面板上的特征以确定板的位置的光学系统相比，沿方向D和方向H延伸的连接部使得能够在第三维度上对齐。板连接器和/或电子器件连接器可以有利地用来提高电路板相对于驱动器电子器件模块的位置的确定。
该方法的进一步的优点通过沿着同轴的方向D和H相对于驱动器电子器件模块移动电路板而提供，其中板连接器和电子器件连接器压靠彼此，从而提供组装过程中的支撑和进一步的对齐两者。有利地，这种移动不需要力或者需要非常小的力，因为该步骤可以优选地布置成使得该移动相对于地面是竖直的，其中重力可以有助于该移动和静止支撑。
与例如线互连相比的又一个优点在于结合互连装置的步骤，其中该步骤可以例如仅仅用焊接接头或锡焊接头来执行而无需支撑和/或使连接器偏压彼此。另外，连接器可以有利地且充分地结合在互连线处，该互连线能够从方向D上的位置接近。
根据本发明的而一个示例性实施方式，方向H横向于驱动器电子器件模块的平面延伸。这能够实现彼此平面地平行的电路板和电子器件模块的组装和互连。
根据本发明的另一个示例性实施方式，方向H平行于驱动器电子器件模块的平面延伸。这使得能够实现横向于彼此的电路板和电子器件模块的组装和互连。
在本发明的背景下，应当理解，电子器件连接器和/或板连接器不需要90°横向于电路板的平面延伸。通过允许一个连接器更容易地沿着另一个连接器滑动至预定的组装位置，倾斜对于组装可以是有利的。
附图说明
包括特别的特征和优点在内的本发明的方面将从下文的详细描述和附图中容易地理解，在附图中：
图1示出了根据本发明的优选实施方式的电子设备的分解视图；
图2示出了根据本发明的示例性实施方式的板至板连接的近距离立体图；以及
图3至图8示出了根据本发明的连接器的各种替代性实施方式。
具体实施方式
现在将参照示出了本发明的优选实施方式的附图在下文中更完整地描述本发明。然而，本发明可以通过很多不同的形式来实施，并不应当理解为局限于本文阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式是为了透彻而完整，并向本领域技术人员完整地传达本发明的范围。例如，根据一个示例性实施方式的本发明非常适于在诸如改装灯之类的发光设备中实现，用于替换普通的灯泡。然而，本发明可以等同地适于在包括两个板以及这些板之间的相互连接的任何电子设备中使用。
对于图1至图8，相同的附图标记在所有图中表示相同的元件。
图1示出了根据本发明的优选实施方式的电子设备的分解视图。更具体地，根据该优选实施方式的电子设备是发光设备100。发光设备100包括壳体102，在图1中示出了仅仅壳体102的一半，其中沿着发光设备100的主轴线进行了平面分割。在图1中，该平面分割形成水平平面。壳体102的未示出的第二半优选地基本与图1所示的一半对称。壳体102在一端具有水平的半圆筒形中空部分103，中空部分103构成发光设备100的适于与灯泡座配合的部件的一部分。由中空的圆筒形部分103限定的腔适于接纳驱动器电子器件模块104。驱动器电子器件模块104包括具有电子部件和电路的电路板，用于转换通过灯泡座供给的电流而驱动光源。这种部件和电路一般可以显著地大于例如发光二极管。驱动器电子器件模块104的板的平面延伸平行于分割壳体所沿的平面，其中较大的部件和电路可以装配在形成于驱动器电子器件模块104的两侧上的腔内。在模块104的面向发光设备100的中心的一端，驱动器模块104包括布置在驱动器电子器件模块104的板上的多个电子器件连接器106。图1所示的每个驱动器连接器106基本上成形为面向发光设备100的中心的倒L形。L形的下部是焊接至驱动器模块的板的表面，而L形的上部沿横向于驱动器电子器件模块104的板的方向H延伸并且形成连接部106a。参照图1，如果从具有形成水平线的分割平面的那一侧观察并且如果驱动器电子器件模块104在发光设备100的中心的右侧，则驱动器连接器106具有倒L形。每个驱动器连接器106在方向H上的延伸是等距的，并且从发光设备的中心的视角来看，连接部106a是平的，因为图1所示的驱动器连接器形成为具有弹性属性的导电材料(例如镍)的一根连续带。L形的弯折提供了将连接部106a连接至L形连接器的下端即安装部106c的弹性部106b。弹性部106b形成为使得可以通过以弹性的方式弯曲而吸收一定的应力，从而例如至少部分地缓解由连接部106a上的力引起的应力，该应力影响驱动器电子器件模块与安装部106c之间的焊接。
图1中的壳体102的另一远端107形成为平行于水平平面的球拍头形，并且优选地包括光分配透镜形和热传递部。热传递部适于接纳电路板108并与电路板108紧密地热接触。电路板108为平面形并且平行于水平平面，并且类似于壳体102的远端107，电路板成形为球拍头形。当组装发光设备100时，电路板108将布置成使得电路板108的边缘的一部分将以方向H上略微小的偏移距离覆盖驱动器电子器件模块104。多个光源109即发光二极管(LED)布置在电路板108的两个平面侧(其中一侧在图1中未示出)，使得当组装时，光源109布置成光分配透镜形状。电路板设置有多个板连接器110，板连接器110类似于驱动器电子器件模块上的驱动器连接器106。根据该示例性实施方式的板连接器也形成为具有弹性属性的导电材料的一根连续带，其中每个板连接器均具有通过弯折形式的弹性部110b连接至安装部110c的连接部110a。另外，板连接器110布置在电路板的面向驱动器电子器件模块104的外边缘上，其连接部110a沿平行于方向H的方向D延伸，并且板连接器110通过安装部110c限定倒L形，该倒L形微微延伸到电路板的边缘之外。板连接器110分别与驱动器连接器106对齐，使得当组装发光设备100时，板连接器110的连接部110a和驱动器连接器的连接部106a将配对地具有交叠区域且弹性地压靠彼此。另外，图1所示的示例性实施方式的电路板108设置有一个板连接器，其安装部(未示出)布置在电路板的与其他的板连接器相反的平面侧。尽管该板连接器的连接部具有与其他板连接器的连接部相同的长度并且基本上具有在方向D上的平行延伸，但在电路板的相反的平面侧上的安装导致了该板连接器的连接部的延伸在方向D上较短。然而，驱动器连接器106的连接部106a以在方向H上的充分的长度延伸，使得当组装发光设备100时，驱动器连接器106的端部与布置在图1中可见的平面侧上的板连接器110的端部齐平。布置在相反侧(未示出)的板连接器的端部略微较低地停靠在该板连接器所配对的驱动器连接器的连接部上。
另外，电路板108的两个平面侧分别设置有导电路径，其中导电路径(未示出)例如是导电轨道、焊盘或从层压在形成电路板的非导电基板上的铜片蚀刻的其他特征。这些导电路径将多个光源109与板连接器110连接。类似地，驱动器电子器件模块设置有导电路径(未示出)，这些导电路径将驱动器连接器连接至驱动器电路并且可替代地将两个驱动器连接器互连，从而能够实现布置在电路板108的相反侧的两个板连接器之间的互连。
转向图2，其示出了根据本发明的一个示例性实施方式的板至板互连的更近的立体图。尽管不一定是图1所示的发光设备的特写，但特征与图2类似。然而，由于并不是分解视图，所以示出了板连接器210如何压靠驱动器连接器206并且配对地具有交叠区域。另外，布置在电路板的相反的平面侧的一个板连接器与另一个板连接器相比，使其连接部的一端较低地停靠在其配对的驱动器连接器的连接部上。另外，每个板连接器沿着板连接器的平坦连接部的端部通过热致电互连方法例如锡焊或焊接被配对地结合至其驱动器连接器。
图3示出了根据本发明的示例性实施方式的连接器的替代形式。这种形式可以等同地在板连接器或驱动器连接器上使用，但是为了便于参考，连接器将称为板连接器310。类似于图1和图2所示的板连接器，该替代形式的板连接器310形成为具有弹性属性的导电材料的一根连续带,具有通过弯折形式的弹性部310b连接至安装部310c的连接部310a。然而，如果从侧面观察，使得连接部310a向上延伸并且安装部310c延伸至连接部的左边，则弹性部310b还包括在安装部310c上的翻折部。弹性部310b与安装部310c共同形成顺时针翻转90度的U形。
图4示出了根据本发明的示例性实施方式的连接器410的另一种替代形式。如果从侧面观察的话，图4所示的板连接器410具有与图3所示的板连接器310相似的形状。然而，从弹性部410b移除了一些材料。这种材料减少体现为带材的宽度局部减小的形式。
图5示出了根据本发明的示例性实施方式的连接器510的另一种替代形式。如果从侧面观察的话，图5所示的板连接器510具有与图4所示的板连接器410相似的形状。然而，弹性部510b具有沿带材的宽度的切口。
图6示出了根据本发明的示例性实施方式的连接器610的另一种替代形式。如果从侧面观察的话，图6所示的板连接器610具有与图3所示的板连接器310相似的形状。然而，U形在几乎形成圆圈的U形的弯折部和中部较宽，使得形状像倾斜的Ω形状，该Ω形状然后在向上延伸的连接部610a中延续。
图7和图8示出了根据本发明的示例性实施方式的连接器710和810的另外两种替代形式。图7和图8所示的连接器710和810大致具有类似于图1和图2所示的板连接器的L形。然而，连接器710和810在沿向上方向D延伸至连接部的弯折部处绕由方向D限定的轴线沿顺时针和逆时针方向分别扭转180°。
图3至图8示出了不同的示例性实施方式。根据这些实施方式，弹性部的形状可以修改以提供对力的容差。可以使用不同的弯折部、形状、材料减少和扭转来增加预定方向上的容差。例如，在一个实施方式中，驱动器连接器的弹性部可以设置有如图3至图5所示的U形折叠部以允许大约0.1N的力压靠在连接部上，从而在组装过程期间允许一定的容差。可以用来对预定容差设计的另外的参数包括材料的选择、带材的总宽度和/或厚度。
虽然已经参照本发明的具体实施方式描述了本发明，但对本领域技术人员而言，很多不同的改动、变形等将显而易见。例如，驱动器电子器件模块和电路板可以交换位置，或者可以有两个驱动器电子器件模块或两个电路板。可替代地，驱动器电子器件模块和电路板可以横向于彼此布置，其中每个板仍具有连接器，这些连接器具有在同轴的方向上延伸的连接部。一个板的连接器可以延伸穿过另一个板中的开口，其中具有开口的板的连接器布置在该开口的内边缘处。任何连接器都可以包括合金或者被涂覆或喷漆，以改变诸如导电性和/或弹性之类的参数。另外，电路板的两个相反侧通过两个互连的电子器件连接器进行的互连可以通过将布置在板的相反侧的两个板连接器连接至同一个电子器件连接器而被替换，其中电子器件连接器可以包括较宽的带材以便于连接。系统的部件可以被省略、互换或以多种方式布置，而设备仍然根据本发明来实施。
另外，对所公开的实施方式的变形可以被实施要求保护的本发明的本领域技术人员根据对附图、公开内容和所附权利要求的研究而得到理解和实现。在权利要求中，用语“包括”并不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一”并不排除多个。单个部件或其他单元可以完成权利要求中所指的多个项目的功能。某些特征在相互不同的从属权利要求中的出现并不说明不能够有利地使用这些特征的组合。

Claims (12)

1.一种发光设备，包括：
壳体(102)；
布置在所述壳体中的电路板(108)，所述电路板包括在第一侧的导电路径和构造成向所述导电路径提供电接入的板连接器(110)；
至少一个光源(109)，所述至少一个光源(109)布置在所述电路板上并且与所述导电路径连接；
布置在所述壳体中的驱动器电子器件模块(104)，所述驱动器电子器件模块包括用于驱动所述光源的驱动器电路和构造成向所述驱动器电路提供电接入的电子器件连接器(106)；
其中所述电子器件连接器(106)和所述板连接器(110)均具有沿横向于所述电路板的平面延伸的方向(D)延伸的平坦连接部(106a、110a)，
其中所述板连接器的所述连接部与所述电子器件连接器的所述连接部对齐，使得所述板连接器的所述连接部与所述电子器件连接器的所述连接部具有交叠区域，
其中所述板连接器的所述连接部与所述电子器件连接器的所述连接部压靠彼此，使得存在提供电性连接的至少一个接触线，并且
其中热致电互连沿着所述接触线被提供。
2.根据权利要求1所述的发光设备，其中，所述板连接器(110、310、410、510、610、710、810)还包括安装部(110c、310c、410c、510c、610c、710c、810c)，所述安装部相对于所述电路板固定，并且通过弹性部(110b、310b、410b、510b、610b、710b、810b)弹性地连接至所述连接部(110a、310a、410a、510a、610a、710a、810a)。
3.根据权利要求1或2所述的发光设备，其中，所述电子器件连接器还包括安装部，所述电子器件连接器的安装部相对于所述驱动器电子器件模块固定并且通过弹性部弹性地连接至所述连接部。
4.根据前述权利要求中任一项所述的发光设备，其中，所述板连接器形成为相同材料的一体件。
5.根据前述权利要求中任一项所述的发光设备，其中，所述电子器件连接器形成为相同材料的一体件。
6.根据前述权利要求中任一项所述的发光设备，其中，所述板连接器布置在所述电路板的外边缘处。
7.根据前述权利要求中任一项所述的发光设备，其中，所述电路板还包括：
在第二侧的第二导电路径；以及
构造成向所述第二导电路径提供电接入的第二板连接器，所述第二板连接器具有沿所述方向(D)延伸的平坦连接部；
其中所述第二板连接器的所述连接部还与所述电子器件连接器电接触，使得所述第一导电路径和所述第二导电路径通过所述电子器件连接器电性连接。
8.根据前述权利要求中任一项所述的发光设备，其中，所述板连接器设置有位置指示特征。
9.根据前述权利要求中任一项所述的发光设备，其中，所述电子器件连接器设置有位置指示特征。
10.一种用于组装发光设备的方法，包括下述步骤：
提供壳体以及布置在所述壳体中的驱动器电子器件模块，所述驱动器电子器件模块包括驱动器电路和构造成向所述驱动器电路提供电接入的电子器件连接器，所述电子器件连接器具有在方向(H)上延伸的平坦连接部；
提供电路板以及板连接器，所述电路板包括在第一侧的导电路径和布置在所述电路板上并且与所述导电路径连接至少一个光源，所述板连接器构造成向所述导电路径提供电接入，所述板连接器具有沿横向于所述电路板的平面延伸的方向(D)延伸的平坦连接部；
使所述电路板与所述壳体对齐，使得所述板连接器的所述连接部与所述电子器件连接器的所述连接部平行且对齐，以使得方向(D)与方向(H)同轴；
通过移动所述电路板而将所述电路板与所述壳体沿着由所述方向(D)和方向(H)限定的轴线组装以使得所述板连接器的所述连接部和所述电子器件连接器的所述连接部在移动过程中可滑动地彼此压靠；
通过热致互连将所述板连接器结合至所述电子器件连接器。
11.根据权利要求10所述的组装方法，其中，所述方向(H)横向于所述驱动器电子器件模块的平面延伸。
12.根据权利要求10所述的组装方法，其中，所述方向(H)平行于所述驱动器电子器件模块的平面延伸。
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