CN111520683B - 装配在散热器上的半导体构件装置、装配方法及照明装置 - Google Patents

装配在散热器上的半导体构件装置、装配方法及照明装置 Download PDF

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Abstract

一种装置，包括连接到电连接元件(5)上的至少一个半导体构件(1)，所述电连接元件(5)连接到散热器(2)上并且与电线组(3)连接，该组(3)通过单个连接器(7)被机械地以及电气地连接到电连接元件(5)上，该组(3)通过保持装置(8)被连接到散热器(2)上。

Description

装配在散热器上的半导体构件装置、装配方法及照明装置
本申请是申请日为2015年9月30日、申请号为201510639418.1、发明名称为“装配在散热器上的半导体构件装置、装配方法及照明装置”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及装配在散热器上的半导体构件装置，半导体构件与电连接元件连接。
本发明还涉及用于装配上述装置的方法，并且涉及包含该装置的用于机动车辆的照明装置。
本发明具体地希望用在机动车辆灯中的光源的装配中。
背景技术
在机动车辆照明的领域中，当使用发光二极管(LED，其为半导体构件)作为光源时，已知的是在例如印刷电路板(PCB)的电连接元件上装配这些LED以在装配在其上的构件之间提供电连接，并且随后在散热器(通常地，冷却肋片)上定位如此获得的LED/PCB组件。该散热器在工作时用于冷却LED(并且用作灯的冷却肋片)，随后在支撑元件上被装配在灯中，所述支撑元件诸如为灯的反光镜。
特别地，将构件焊接到印刷电路板上要求一种方法，所述方法包括焊剂的施加、构件的定位和穿过回流焊炉，在回流焊炉中焊剂融化并且然后固化以连接电子构件。这些电子构件可以包括例如一个或多个LED、连接器、电容器和电阻器。此外，为了确保构件与车辆的其余部分的电连接，连接器的第一部分(凹部分)还被焊接到板。装配的板然后放置在散热器上，所述散热器随后被放置在灯的支撑元件上。
一旦散热器已经被放置在相关的支撑元件上，则通过连接器的第二部分(凸部分)与第一部分的连接，将印刷电路板电连接到车辆的其余部分上，第二连接器部分电连接到用于操作所述连接的一组电线上。
因此，散热器在支撑元件上的布置不被未固定的电线妨碍，因为这些电线自由移动并且占据形成在散热器和支撑元件之间的连接空间，因此所述未固定的电线可能阻碍迅速装配。
然而，虽然现有技术中已知的方法使装配半导体构件的操作员在将散热器定位在相关的支撑元件上时免于必须执行额外的电线管理步骤，但是该方法呈现较大的问题：首先，成本较高的是，用于制作第一连接器部分的材料的选择由印刷电路板的安装要求确定，即由第一连接部分必须能够经受的(在约200℃–300℃的范围中)高温确定。这些温度是在装配在印刷电路板上的第一连接部分的焊接步骤过程中形成的温度。其次，因为一旦散热器已经被定位在相关的照明支撑元件上，则此后必要的是将被连接到一组电线上的第二连接器部分与印刷电路板上的第一连接器部分连接，这在有限的并且由此相对难访问的形成在支撑元件和散热器之间的空间中完成，而这可能是困难的，因此现有技术中已知的装配方法是特别耗时的。该困难被未固定的电线的存在进一步恶化，当连接两个连接器部分时，所述未固定电线阻碍操作员的视线，并且在方法的该步骤中或在紧接的步骤中，所述未固定电线还易于位于待装配的机械元件之间。
随后，现有技术中已知的方法要求在连接两个连接器部分之后的额外操作，所述额外操作包含使用专用硬件执行检测以检查两个连接器部分之间的连接已经被正确地实现。
现有技术中已知的方法的持续时间无疑导致盈利能力的损失，因为涉及大规模地执行该方法(即，在生产线上的一系列灯上执行该方法)。
发明内容
本发明旨在通过提供用于照明装置的装配方法以克服现有技术中的缺陷，所述装配方法成本更低廉，同时确保令人满意的可靠性和所述照明装置的不同元件的容易的以及因此迅速的装配。
为克服该问题，本发明提出一种装置，包括连接到电连接元件上的至少一个半导体构件，所述电连接元件连接到散热器上并且与电线组连接，该组通过单个连接器被机械地以及电气地连接到电连接元件上，该组通过保持装置被连接到散热器上。
本发明还涉及一种用于将半导体构件装配在散热器上的方法，所述半导体构件连接到电连接元件上，所述方法包括：
-第一步骤，在所述第一步骤中将电线组附接和连接到电连接元件上，
-第二步骤，在所述第二步骤中将该组连接到散热器上，和
-第三步骤，在所述第三步骤中将电连接元件连接到散热器上。
因此，关于涉及光源在机动车辆灯中的装配的本发明的特定应用，操作员随后在将散热器放置在灯的支撑元件上之前可以将该组连接到电连接元件(例如印刷电路板)上，将该组连接到散热器上，将印刷电路板连接到散热器上，以首先排除操作员在连接板和散热器时处理该组的需要并且其次防止在装配照明装置时该组的自由运动。
因而，因为操作员可以首先在装配板和散热器时在将该组连接和引导进入非限制性位置处之前将该组容易地连接到印刷电路板上，因此根据本发明的半导体构件在散热器上的装配不仅导致减少的装配时间，而且因为不再需要定位在卡上并且被设置为与第二连接部分(第二连接部分与电线组连接)连接的第一连接部分，因此还导致降低的印刷电路板的制造成本。
甚至，本发明能使操作员使用可以连接到印刷电路板上的单个的整体式连接器。该连接器被插入印刷电路板中的金属孔中，以通过选择性波峰焊接被连接。连接器的壳体经历完全在200℃和300℃之间的用于常规回流焊炉中的温度以下的温度。
因此，该单个连接器不再必须用具体地被设计成经受在常规回流焊炉中形成的高温的材料制成。
另外地，因为由于该电线组被保持在预定位置处，所以该电线组不再受由机动车辆的运转导致的振动的影响而自由移动，因此该电线组连接到散热器上的步骤在操作中防止该组由与散热器或支撑元件的表面或边缘摩擦产生的任何磨损。
根据本发明的装置的不同实施例，所述不同实施例可以一起或分别地被采用：
-半导体构件包括至少一个半导体的发射器芯片，优选地为发光二极管，
-散热器连接到机动车辆灯的支撑元件上，优选地连接到机动车辆灯的反光镜上，或在车辆尾灯支撑元件内侧，
-电连接元件是印刷电路板，
-该组通过至少包括从散热器的表面突出的第一凸耳的保持装置连接到散热器上，该电线组被保持在所述凸耳和该表面之间，
-保持装置包括从散热器的表面突出的第二凸耳，该电线组被保持在第一凸耳和第二凸耳与该表面之间，
-该组通过保持装置被机械地连接到散热器上，所述保持装置包括由夹紧环形成的第一部分和由脚部形成的第二部分，所述组穿过夹紧环，所述脚部由绝热材料制成，将所述夹紧环连接到散热器上，散热器大致为L形，
-保持装置在散热器的L形的分支部中的一个上，
-散热器具有开口。
根据本发明的方法的不同实施例，所述不同实施例可以一起或分别地被采用：
-第一步骤包括附接和电连接连接器，所述连接器被电气地和机械地连接到该组以及电连接元件上，
-第二步骤包括将该组定位在从散热器的表面突出的至少一个第一凸耳和散热器的表面之间，使得该组被保持在所述凸耳和散热器的表面之间，
-第二步骤还包括将该组定位在从散热器的表面突出的第二凸耳和散热器的表面之间，使得该组被保持在第一凸耳和第二凸耳与散热器的表面之间，
-第二步骤包括将该组移动通过夹紧环，由绝热材料制成的脚部在所述环上延伸，所述环经由所述脚部被连接到散热器上，
-在第三步骤之前或之后执行该组的第二连接步骤，在第三步骤中电连接元件被连接到散热器上，并且
-根据本发明的方法还包括第四步骤，在第四步骤中散热器被装配在机动车辆灯的支撑元件上。
最后，本发明涉及用于机动车辆的照明装置，所述机动车辆包含根据本发明的装置。
附图说明
在下文给出的非限制性描述中阐述本发明的其它特征和优点。
图1a至1e示出了根据本发明的用于将半导体构件装配在散热器上的方法的第一实施例。
图2a和2b示出了根据本发明的用于将半导体构件装配在散热器上的方法的第二实施例。
图3a和3b示出了由根据本发明的方法的第一实施例得到的装置。
图4a和4b示出了在灯中的根据图3a和3b的装置。
在这些图中，使用相同的附图标记指示类似的元件。
具体实施方式
图1a至1e图示了根据本发明的方法的第一实施例的用于将电子半导体构件1装配在散热器上的步骤。
上述装配方法包括第一步骤1a，在第一步骤1a中电线组3连接到电连接元件5的后表面上，所述电连接元件是印刷电路板(PCB)，所述电连接元件的前表面6带有半导体构件，例如发光二极管(LED)1(图1a)。实施例(其中LED装配在PCB5上的)的变化例包括将LED直接地装配在散热器上，然后例如通过焊线连接到PCB上。
在该第一步骤中，该电线组3借助于电地和机械地连接到该组3上的整体式连接器7(或单个连接器)被连接到PCB5上，使得PCB5物理地和电地与该组3中的每个电线连接。
通过将存在于整体式连接器7上的多个接触件7a从PCB5的后表面插入形成在PCB5中的金属连接孔7b中，然后将连接器7直接地波峰焊接到PCB5上以进行连接。
图1b示出第二步骤1b，在第二步骤1b中使用用于保持该组3的装置8将该组3连接到散热器2上。
通过第一部分P1和第二部分P2形成散热器2，所述第一部分P1和第二部分P2直接地连接到一起并且例如成大致L形状，即被定向成使得与第一部分相切的第一平面和与第二部分相切的第二平面形成大致直角。
优选地，散热器2具有开口以使空气流通。
在根据本发明的方法的第一实施例中，第二步骤1b包括将该组3移动通过保持装置8的第一部分，所述第一部分是夹紧环8a，保持装置8的第二部分在环8a上延伸，所述第二部分是卡合脚部8b。
脚部8b具有卡合分支部8c和承载抵靠散热器2的两个翅片8d、8d'。
卡合分支部8c从脚部8b的一端向连接每个翅片8d、8d'的一段延伸，并且具有在相互相反的方向上从卡合分支部8c上突出的两个肘部8e、8e'(或翅片)，以形成包括卡合分支部8c和两个肘部8e、8e'的卡合箭状物，该箭状物被布置成例如在散热器2的第二部分P2中插入散热器2中的第一孔8f内。
一旦该组3接合在夹紧环8a中，则卡合分支部8c插入(图1c)在第一孔8f中，使得肘部8e、8e'完全地穿过第一孔8f，并且使得一旦卡合分支部已经被插入第一孔8f中，则两个翅片8d、8d'抵靠第二部分P2的第一表面9，同时肘部8e、8e'抵靠第二部分P2的与第一表面9相反的第二表面9’。因此，脚部8b抵靠在散热器2的第二部分P2的第一表面9和第二表面9'中的每一个上，从而将环8a连接到散热器2上。
优选地，卡合分支部8c和两个肘部8e、8e'形成由挠性材料制成的单个箭状连接部件，使得可以通过简单地按下该连接部件将该连接部件容易地插入第一孔8f中，连接部件以及特别是肘部8e、8e'可随着其穿过第一孔8f而变形，随后返回到初始箭状，使得肘部8e、8e'可以抵靠散热器2的第二部分P2的第二表面9'。
优选地，脚部8b由绝热材料制成，使得当LED6工作时并且散热器2被加热时，该组3与散热器2热分离。
一旦该组3已经被连接到散热器2上，则在第三步骤1d(图1d)中，PCB5被连接到散热器2的第一部分P1上。
PCB5(图1c)通过任何已知的装置，例如通过压接至少一个大致圆柱销51被连接，所述大致圆柱销从散热器2的第一部分P1突出并且被布置成插入PCB中形成的被设计成紧密地装配销51的第二孔52(或空腔)中，所述销然后被挤入以填充孔52以不可逆地将PCB连接到散热器2的第一部分P1上。
优选地，PCB5与散热器2热接触，以使PCB5控制散热器2的温度，并且调整通过LED的电流的强度，以通过防止超过LED的最小结点温度以保证LED的可靠性。可以使用连接到LED和PCB5上的热敏电阻控制该温度。
优选地，连续执行要求保护的方法的第一实施例的步骤1a至1d，但是这不是必须的。
有利地，在连接PCB5的第三步骤1c之前或之后执行连接该组3的第二步骤1b。
自该组3和PCB5连接到散热器2上以形成成为散热器2/组3/PCB5组件的装置(如图3所示)之后，在图1e图示的第四步骤中，该组件然后可以被装配在机动车辆的灯的支撑元件10上。
在变化的实施例中，组件还可以在其被装配在车辆的尾灯支撑元件之前被装配在灯支撑元件上。
如图3a和3b所示，步骤1a至1d的执行导致包括由PCB5承载的LED1的第一装置，LED1电连接到该PCB5上。PCB5连接到散热器2的第一部分P1上并且通过整体式连接器7连接到电线组3上。使用包括夹紧环8a的保持装置8将该组3连接到散热器2的第二部分P2上，该组3穿过夹紧环8a并且脚部8b将夹紧环8a连接到散热器2上。
用于将散热器2装配在机动车辆灯的支撑元件10上的第四步骤被示出在图4A和4B中。这通过例如使用例如包括以下部件的连接装置将散热器2的第一部分P1连接到支撑元件10来完成：
-螺钉10a，所述螺钉被布置成用于穿过存在于第一部分P1中的第三孔并且被座接在支撑元件10的具有与第一螺钉的螺纹匹配的内部螺纹的第二腔10b中，和
-反光镜的定位销10e，所述定位销使得冷却肋片能够在方向Y(垂直于车辆运动的水平轴线，由操作员使用的标准)上穿过长圆孔10d定位。
如图4a和4b所示，第四步骤得到用于机动车辆的照明装置，所述照明装置包括连接到灯的支撑元件10上的上述第一装置。
当执行该第四步骤1e时，将散热器2放置在支撑元件10上不受未固定的电线妨碍，并且因此与现有技术中的装配方法相比更快完成。
此外，在根据本发明的方法中，因为连接器在PCB连接到散热器之前被连接到PCB，因此连接器不必是双部件式连接器，特别地如上所述，因为该选择表现出材料节省，并且此外不再需要使用要求特别被设计成经受200℃和300℃之间的高温的材料的焊接方法来焊接该连接器，因此整体式连接器是优选的。
图2a和2b示出了根据本发明的方法的第二替代的实施例。
该第二实施例的第二步骤和第四步骤与第一实施例中的相同。
另一方面，该第二实施例在以下方面不同于第一实施例：第二步骤2b包括在第一凸耳11a和第二凸耳11b以及散热器2的限定在散热器2的第一表面9上的表面S之间移动该组3。结果，该组3被保持在凸耳11a、11b和散热器的表面之间，每个凸耳都从表面S突出。在变化的实施例中，仅一个凸耳由散热器2构成以保持该组3，并且所述凸耳可以在定位该组之后根据需要被折叠以防止该电气组的任何相对运动。
可能地，散热器的第二部分P2具有第四孔12，每个凸耳11a、11b都从在凸耳11a、11b之下的将第一表面9与第二表面9'连接的第四孔12的边缘突出。
因为当将较大直径类型的组3放置在散热器和每个凸耳11a、11b之间时，该组的直径例如比凸耳11a、11b和穿过表面S的水平面之间的距离L更大的部分可以座在孔12中，并且该组被首先夹紧在两个凸耳11a、11b之间并且其次被夹紧在表面S的在孔12的任一侧的第一部分13和第二部分14之间，因此该第四孔的存在便于较大直径组3的放置。
关于这点，装配方法的第二实施例比该方法的第一实施例成本更低并且更快。甚至，因为该组通过从散热器2的表面S突出的凸耳11a、11b直接地连接到散热器2上，因此没有必要在冷却肋片的电气组(electrical group)上使用特定的部件。
在根据本发明的方法的第二实施例中获得的装置因此在以下方面不同于装配方法的第一实施例的第一装置：保持装置8是从散热器2的表面S(图2a)突出的第一凸耳11a和第二凸耳11b，该电线组3被保持在第一凸耳11a和第二凸耳11b与表面S之间。
虽然本说明书涉及根据本发明的方法的优选实施例和从该方法得到的装置的优选实施例，其中半导体构件是发光二极管，散热器是灯冷却肋片并且电连接元件是PCB，但是应当理解本发明不限于这些特征，而是本发明还覆盖包括其它半导体构件、用于半导体构件的其它散热器和其它电连接元件的其它实施例。

Claims (9)

1.一种半导体构件装置，包括连接到电连接元件(5)上的至少一个半导体构件(1)，所述电连接元件(5)连接到散热器(2)上并且与电线组(3)连接，该组(3)通过单个连接器(7)被机械地以及电气地连接到电连接元件(5)上，其特征在于：该组(3)通过保持装置(8)被连接到散热器(2)上，该组(3)通过保持装置(8)被机械地连接到散热器(2)上，所述保持装置(8)包括由夹紧环(8a)形成的第一部分和由脚部(8b)形成的第二部分，所述组(3)穿过夹紧环(8a)，所述脚部由绝热材料制成，将所述夹紧环(8a)连接到散热器(2)上。
2.根据权利要求1所述的半导体构件装置，其特征在于：
所述半导体构件(1)包括至少一个半导体的发射器芯片。
3.根据权利要求1或2所述的半导体构件装置，其特征在于：
散热器(2)连接到在机动车辆灯中的支撑元件(10)上或在车辆尾灯支撑元件内侧。
4.根据权利要求1或2所述的半导体构件装置，其特征在于：
所述电连接元件(5)是印刷电路板。
5.根据权利要求1或2所述的半导体构件装置，其特征在于：
所述保持装置(8)至少包括从散热器(2)的表面(S)突出的第一凸耳(11a)，该电线组(3)被保持在所述凸耳(11a)和该表面(S)之间。
6.根据权利要求5所述的半导体构件装置，其特征在于：
所述保持装置(8)包括从散热器(2)的表面(S)突出的第二凸耳(11b)，该电线组(3)被保持在第一凸耳(11a)和第二凸耳(11b)与该表面(S)之间。
7.根据权利要求1或2所述的半导体构件装置，其特征在于：
所述散热器(2)大致为L形。
8.根据权利要求7所述的半导体构件装置，其特征在于：
所述保持装置(8)在散热器(2 )的L形的分支部中的一个上。
9.根据权利要求1或2所述的半导体构件装置，其特征在于：
所述散热器(2)具有开口。
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