IT201900001487A1 - Metodo di fissaggio di una scheda elettronica a circuito stampato ad un supporto, in particolare per la realizzazione di apparecchi di illuminazione a led - Google Patents

Metodo di fissaggio di una scheda elettronica a circuito stampato ad un supporto, in particolare per la realizzazione di apparecchi di illuminazione a led Download PDF

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Description

DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda un metodo di assemblaggio di una scheda elettronica a circuito stampato ad un supporto e un apparecchio elettronico, ad esempio un apparecchio di illuminazione a LED, assemblato con tale metodo. L’invenzione ha inoltre ad oggetto una particolare vite autofilettante adatta ad implementare il metodo di assemblaggio ed un assieme di una scheda elettronica e viti per un suo fissaggio ad un supporto.
Il problema tecnico risolto dalla presente invenzione è stato riscontrato in particolare nel settore degli apparecchi di illuminazione a LED, per cui la descrizione che segue, anche per semplicità di esposizione, farà riferimento a questo campo di applicazione. È tuttavia evidente che l’insegnamento tecnico fornito dalla presente invenzione potrà essere applicato in modo vantaggioso anche ad altri ambiti, in cui è richiesto il montaggio di una scheda elettronica soggetta a dilatazione termiche su un supporto.
Come è noto, in passato la sorgente di illuminazione principale impiegata in campo commerciale e industriale era il tubo fluorescente. I corpi illuminanti utilizzavano tubi di lunghezze differenti in base alle applicazioni previste, in molti casi superando il metro di lunghezza.
Attualmente i diodi LED hanno efficienze luminose superiori a quelle dei migliori tubi fluorescenti e costi competitivi; i costruttori di corpi illuminanti hanno quindi cominciato ad assemblare una pluralità di LED su circuiti stampati stretti e lunghi, commercialmente denominati anche moduli LED, in modo da poter realizzare apparecchi di illuminazione a LED equivalenti nelle dimensioni esterne a quelli precedenti basati sui tubi fluorescenti.
In questi apparecchi è importante assicurare un contatto il più possibile uniforme tra il modulo LED e la struttura del corpo illuminante sottostante, in modo da trasferire il calore generato durante il funzionamento dei LED dal modulo alla struttura del corpo illuminante e in seguito all’ambiente esterno.
Per questo motivo i moduli LED vengono dotati di fori in modo da poter essere fissati alle strutture del corpo illuminate tramite viti autofilettanti o rivetti inseriti nei fori e che bloccano rigidamente i moduli LED alla struttura sottostante.
Durante il funzionamento, le dilatazioni termiche dei moduli LED provocano un aumento della lunghezza delle porzioni di modulo comprese tra due viti consecutive, con conseguente flessione locale del modulo e distacco parziale dalla base di supporto sottostante. Tale situazione è rappresentata, volutamente in modo amplificato, nelle figure 1 e 1a.
Nelle regioni della scheda elettronica distaccate dalla base sottostante si verifica un aumento locale della temperatura dei moduli che riduce la vita utile dei LED. Non sono trascurabili neanche gli stress meccanici applicati ai LED presenti sui moduli; nel caso più frequente in cui i LED sono assemblati sui moduli mediante saldatura, possono danneggiarsi le saldature con perdita di funzionalità totale o parziale.
Scopo della presente invenzione è quello di ovviare a tali inconvenienti.
Tale scopo è conseguito con un apparecchio di illuminazione secondo la rivendicazione 1, una vite autofilettante secondo la rivendicazione 5, un assieme secondo la rivendicazione 6 ed un metodo di assemblaggio secondo la rivendicazione 7.
Le analisi svolte su apparecchi assemblati con un metodo di assemblaggio tradizionale sopra richiamato hanno mostrato che la causa principale del problema è l’inserimento delle viti autofilettanti mediante avvitatori automatici. Infatti, al termine dell’inserimento la vite, oltre a comprimere il modulo LED contro la base di supporto sottostante, lo aggancia in modo tale da impedirne qualsiasi scorrimento lungo l’asse di lunghezza maggiore.
Il problema è risolto mediante un metodo di fissaggio dei moduli LED ad una base di supporto sottostante, parte del corpo illuminante, basato sull’impiego di una particolare vite autofilettante che blocca il modulo LED alla base sottostante ma, pur essendo avvitabile con un avvitatore, contemporaneamente consente il movimento del modulo lungo la dimensione maggiore evitando imbarcamenti e flessioni dovuti alle variazioni di temperatura.
Un apparecchio di illuminazione secondo un aspetto dell’invenzione comprende una pluralità di sorgenti di illuminazione puntiformi, ad esempio sorgenti a LED, montate su almeno una scheda elettronica a circuito stampato avente un’estensione prevalente lungo un asse longitudinale di scheda, ed un corpo di apparecchio che supporta la scheda elettronica a circuito stampato. Il corpo di apparecchio ha una superficie esterna sulla quale la scheda elettronica a circuito stampato è posta a contatto per un trasferimento del calore dalla scheda elettronica al corpo di apparecchio. La scheda elettronica a circuito stampato è fissata al corpo di apparecchio per il tramite di almeno due viti autofilettanti distanziate tra loro lungo l’asse longitudinale di scheda e che passano attraverso rispettivi fori passanti ricavati nello spessore della scheda elettronica a circuito stampato. Ogni vite autofilettante ha una testa che forma, o che è adatta ad agire su, una superficie piana di bloccaggio adatta ad impegnare la superficie esterna della scheda elettronica, un gambo filettato adatto ad avvitarsi nel corpo di apparecchio e, tra la testa ed il gambo filettato, un collo intermedio, ad esempio di forma cilindrica. Il collo intermedio ha un diametro esterno massimo maggiore rispetto al diametro esterno della filettatura del gambo filettato in modo da formare un piano di battuta adatto ad andare a riscontro della superficie esterna del corpo di apparecchio per impedire un ulteriore inserimento della vite autofilettante nel corpo di apparecchio. La distanza tra detto piano di battuta e la superficie piana di bloccaggio è sostanzialmente pari all’altezza del foro passante. Inoltre, il diametro esterno massimo del collo intermedio è inferiore rispetto al diametro del foro passante in misura tale da assicurare alla scheda elettronica un gioco sufficiente a garantire lungo l’asse longitudinale di scheda lo scorrimento necessario per compensare la dilatazione termica a cui è sottoposta la scheda elettronica durante il suo funzionamento.
Da notare che, anche se il problema del distaccamento dei moduli LED dalla base sottostante si evidenzia maggiormente negli apparecchi di illuminazione che utilizzano moduli LED stretti e lunghi, il concetto di fissaggio proposto è applicabile a moduli LED aventi altre forme, ad esempio circolari o quadrate. In generale, infatti, il problema del distacco può evidenziarsi in ogni porzione di modulo LED che si estende tra due viti di fissaggio consecutive, o anche in una porzione di modulo LED fissata al corpo sottostante con una sola vite e sottoposta ad un altro vincolo che ne impedisce lo scorrimento necessario per compensare la dilatazione termica. L’utilizzo delle viti proposte evita anche in questi casi il distacco dalla base sottostante di tali porzioni di modulo LED.
In accordo con un altro aspetto dell’invenzione, viene proposta una vite autofilettante per il fissaggio di una scheda elettronica a circuito stampato ad un supporto sottostante. La vite comprende una testa che forma, o che è adatta ad agire su, una superficie piana di bloccaggio adatta ad impegnare la superficie esterna della scheda elettronica, un gambo filettato adatto ad avvitarsi nel supporto passando attraverso un foro ricavato nello spessore della scheda elettronica, e, tra la testa ed il gambo filettato, un collo intermedio. Il collo intermedio ha un diametro esterno massimo maggiore rispetto al diametro esterno della filettatura del gambo filettato in modo da formare un piano di battuta adatto ad andare a riscontro della superficie esterna del supporto per impedire un ulteriore inserimento della vite autofilettante nel supporto.
Costituisce oggetto dell’invenzione anche un assieme di una scheda elettronica a circuito stampato e di almeno una vite autofilettante per il fissaggio della scheda elettronica ad un supporto sottostante, in cui nello spessore della scheda elettronica è ricavato almeno un foro passante per il passaggio della vite autofilettante. La vite autofilettante ha una testa che forma, o che è adatta ad agire su, una superficie piana di bloccaggio adatta ad impegnare la superficie esterna della scheda elettronica, un gambo filettato adatto ad avvitarsi nel supporto e, tra la testa ed il gambo filettato, un collo intermedio avente un diametro esterno massimo maggiore rispetto al diametro esterno della filettatura del gambo filettato in modo da formare un piano di battuta adatto ad andare a riscontro della superficie esterna del supporto per impedire un ulteriore inserimento della vite autofilettante nel supporto. La distanza tra il piano di battuta e la superficie piana di bloccaggio è sostanzialmente pari all’altezza del foro passante; il diametro esterno massimo del collo intermedio è inferiore rispetto al diametro del foro passante in misura tale da assicurare alla scheda elettronica un gioco sufficiente a garantire uno scorrimento necessario per compensare la dilatazione termica a cui è sottoposta la scheda elettronica durante il suo funzionamento.
L’invenzione riguarda inoltre un metodo di fissaggio di una scheda elettronica a circuito stampato ad un supporto, comprendente le fasi di realizzare almeno un foro passante nello spessore della scheda elettronica e mettere a disposizione almeno una vite autofilettante avente le caratteristiche sopra descritte per il fissaggio della scheda elettronica al supporto, in cui la distanza tra il piano di battuta del collo intermedio e la superficie piana di bloccaggio è sostanzialmente pari all’altezza del foro passante, e in cui il diametro esterno massimo del collo intermedio è inferiore rispetto al diametro del foro passante in misura tale da assicurare alla scheda elettronica un gioco sufficiente a garantire uno scorrimento necessario per compensare la dilatazione termica a cui è sottoposta la scheda elettronica durante il suo funzionamento.
Infine, la vite autofilettante viene avvitata al supporto fino a che il piano di battuta va a riscontro della superficie esterna del supporto.
Le caratteristiche e i vantaggi dell’invenzione risulteranno comunque evidenti dalla descrizione di seguito riportata di suoi esempi preferiti di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle allegate figure, in cui:
- la figura 1 illustra parte di una scheda elettronica a circuito stampato fissata su una base di supporto in accordo con la tecnica nota e in una situazione di dilatazione termica della scheda;
- la figura 1a è una vista ingrandita del particolare cerchiato nella figura 1;
- la figura 2 è una vista di elevazione di una vite autofilettante secondo l’invenzione;
- la figura 3 illustra parte di una scheda elettronica a circuito stampato fissata su una base di supporto in accordo con il metodo di assemblaggio secondo l’invenzione e in una situazione di dilatazione termica della scheda; e
- la figura 3a è una vista ingrandita del particolare cerchiato nella figura 3.
In detti disegni, con 1 è stata indicata una porzione di un apparecchio secondo l’invenzione, ad esempio un apparecchio di illuminazione.
L’apparecchio comprende almeno una scheda elettronica a circuito stampato 10 avente un’estensione prevalente lungo un asse longitudinale di scheda X. Ad esempio, sulla scheda elettronica 10 è montata una pluralità di sorgenti di illuminazione puntiformi, ad esempio sorgenti a LED, per realizzare un apparecchio di illuminazione.
In questo caso, la scheda 10, denominata anche modulo LED, può avere una forma molto stretta e allungata.
La scheda elettronica 10 è assemblata su un corpo di apparecchio 12. Il corpo di apparecchio 12 ha una superficie esterna 12’ sulla quale la scheda elettronica a circuito stampato 10 è posta a contatto per un trasferimento del calore dalla scheda elettronica 10 al corpo di apparecchio 12.
La scheda elettronica a circuito stampato 10 è fissata al corpo di apparecchio 12 per il tramite di almeno due viti autofilettanti 20 distanziate tra loro lungo l’asse longitudinale di scheda X e che passano attraverso rispettivi fori passanti 14 ricavati nello spessore della scheda elettronica a circuito stampato 10.
Ogni vite autofilettante 20 ha una testa 22 che forma una superficie piana di bloccaggio 22’ adatta ad impegnare la superficie esterna della scheda elettronica 10. La vite 20 comprende un gambo filettato 24 adatto ad avvitarsi nel corpo di apparecchio 12. Tra la testa 22 ed il gambo filettato 24, la vite 20 forma, o è provvista di, un collo intermedio 26 avente un diametro esterno massimo “D” maggiore rispetto al diametro esterno “d” della filettatura del gambo filettato 24 in modo da formare un piano di battuta 26’ adatto ad andare a riscontro della superficie esterna 12’ del corpo di apparecchio 12 per impedire un ulteriore inserimento della vite autofilettante 20 nel corpo di apparecchio 12.
Inoltre, la distanza “a” tra il piano di battuta 26’ e la superficie piana di bloccaggio 22’ è sostanzialmente pari all’altezza “h” del foro passante 14.
Ulteriormente, il diametro esterno massimo “D” del collo intermedio 26 è inferiore rispetto al diametro “b” del foro passante 14 in misura tale da assicurare alla scheda elettronica un gioco sufficiente a garantire lungo l’asse longitudinale di scheda X lo scorrimento necessario per compensare la dilatazione termica a cui è sottoposta la scheda elettronica durante il suo funzionamento.
In altre parole, tra il collo intermedio 26 e la parete che delimita il foro passante 14 si forma uno spazio anulare 30, ad esempio di forma toroidale, che permette alla scheda elettronica 10 di espandersi almeno lungo l’asse longitudinale di scheda X.
In una forma di realizzazione, il collo intermedio 26 è adiacente alla superficie piana di bloccaggio 22’. In questo caso, l’altezza “c” del collo intermedio 26 è sostanzialmente pari all’altezza “h” del rispettivo foro passante 14.
In una forma di realizzazione, la superficie piana di bloccaggio 22’ è ricavata in una rondella realizzata in un materiale a basso coefficiente di attrito e interposta tra la testa della vite 22 e la scheda elettronica a circuito stampato 10. La presenza della rondella agevola ulteriormente lo scorrimento della scheda elettronica 10 al di sotto della testa della vite 22, quando sottoposta a dilatazione termica.
Pertanto, quando, ad esempio mediante un avvitatore, la vite autofilettante 20 viene avvitata nel corpo di apparecchio 12, la vite si blocca con la testa 22 ad una distanza “a” dalla superficie esterna 12’ del corpo di supporto 12 non appena il piano di battura 26’ del collo intermedio 24 raggiunge la superficie esterna del corpo di apparecchio.
Grazie all’impiego di queste viti autofilettanti, si ottiene il risultato di bloccare la scheda elettronica 10 al corpo di apparecchio 12 evitando l’aggancio rigido della scheda alla testa della vite. Pertanto, non viene impedito lo scorrimento lungo l’asse di scheda X, eliminando completamente il fenomeno dell’imbarcamento e flessione.
Come detto, il diametro “D” del collo intermedio deve essere inferiore rispetto al diametro “b” del foro passante 14, in modo da assicurare un gioco sufficiente a garantire lo scorrimento necessario per compensare la dilatazione termica presente alle temperature di funzionamento previste.
Alle forme di realizzazione dell’invenzione un tecnico del ramo, per soddisfare esigenze contingenti, potrà apportare modifiche, adattamenti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza uscire dall'ambito delle seguenti rivendicazioni. Ognuna delle caratteristiche descritte come appartenente ad una possibile forma di realizzazione può essere realizzata indipendentemente dalle altre forme di realizzazione descritte.

Claims (7)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchio di illuminazione comprendente una pluralità di sorgenti di illuminazione puntiformi montate su almeno una scheda elettronica a circuito stampato (10), ed un corpo di apparecchio (12) che supporta la scheda elettronica a circuito stampato, il corpo di apparecchio avente una superficie esterna (12’) sulla quale la scheda elettronica a circuito stampato è posta a contatto per un trasferimento del calore dalla scheda elettronica al corpo di apparecchio, in cui la scheda elettronica a circuito stampato è fissata al corpo di apparecchio per il tramite di almeno una vite autofilettante (20) che passa attraverso un rispettivo foro passante (14) ricavato nello spessore della scheda elettronica a circuito stampato, l’apparecchio essendo caratterizzato dal fatto che la vite autofilettante (20) ha una testa (22) che forma, o che è adatta ad agire su, una superficie piana di bloccaggio (22’) adatta ad impegnare la superficie esterna della scheda elettronica, un gambo filettato (24) adatto ad avvitarsi nel corpo di apparecchio e, tra la testa ed il gambo filettato, un collo intermedio (26) avente un diametro esterno massimo (D) maggiore rispetto al diametro esterno della filettatura (d) del gambo filettato in modo da formare un piano di battuta adatto ad andare a riscontro della superficie esterna (12’) del corpo di apparecchio per impedire un ulteriore inserimento della vite autofilettante nel corpo di apparecchio, in cui la distanza tra detto piano di battuta e la superficie piana di bloccaggio della testa è sostanzialmente pari all’altezza (h) del rispettivo foro passante, e in cui il diametro esterno massimo (D) del collo intermedio è inferiore rispetto al diametro del foro passante (b) in misura tale da assicurare alla scheda elettronica un gioco sufficiente a garantire uno scorrimento necessario per compensare la dilatazione termica a cui è sottoposta la scheda elettronica durante il suo funzionamento.
  2. 2. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui il collo intermedio è adiacente alla superficie piana di bloccaggio della testa, l’altezza (c) di detto collo intermedio essendo sostanzialmente pari all’altezza (h) del rispettivo foro passante.
  3. 3. Apparecchio secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la superficie piana di bloccaggio testa è ricavata in una rondella realizzata in un materiale a basso coefficiente di attrito e interposta tra la testa della vite e la scheda elettronica a circuito stampato.
  4. 4. Apparecchio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la scheda elettronica a circuito stampato ha un’estensione prevalente lungo un asse longitudinale di scheda (X) ed è fissata al corpo di apparecchio per il tramite di almeno due viti autofilettanti (20) distanziate tra loro lungo l’asse longitudinale di scheda (X).
  5. 5. Vite autofilettante (20) per il fissaggio di una scheda elettronica a circuito stampato ad un supporto sottostante, comprendente una testa (22) che forma, o che è adatta ad agire su, una superficie piana di bloccaggio (22’) adatta ad impegnare la superficie esterna della scheda elettronica, un gambo filettato (24) adatto ad avvitarsi nel supporto passando attraverso un foro ricavato nello spessore della scheda elettronica, e, tra la testa ed il gambo filettato, un collo intermedio (26) avente un diametro esterno massimo (D) maggiore rispetto al diametro esterno della filettatura (d) del gambo filettato in modo da formare un piano di battuta adatto ad andare a riscontro della superficie esterna del supporto per impedire un ulteriore inserimento della vite autofilettante nel supporto.
  6. 6. Assieme di una scheda elettronica a circuito stampato (10) e di almeno una vite autofilettante (20) per il fissaggio della scheda elettronica ad un supporto sottostante, in cui nello spessore della scheda elettronica è ricavato almeno un foro passante (14) per il passaggio della vite autofilettante, e in cui la vite autofilettante ha una testa (22) che forma, o che è adatta ad agire su, una superficie piana di bloccaggio (22’) adatta ad impegnare la superficie esterna della scheda elettronica, un gambo filettato (24) adatto ad avvitarsi nel supporto e, tra la testa ed il gambo filettato, un collo intermedio (26) avente un diametro esterno massimo (D) maggiore rispetto al diametro esterno della filettatura (d) del gambo filettato in modo da formare un piano di battuta adatto ad andare a riscontro della superficie esterna del supporto per impedire un ulteriore inserimento della vite autofilettante nel supporto, in cui la distanza tra detto piano di battuta e la superficie piana di bloccaggio è sostanzialmente pari all’altezza del foro passante, e in cui il diametro esterno massimo del collo intermedio è inferiore rispetto al diametro del foro passante (b) in misura tale da assicurare alla scheda elettronica un gioco sufficiente a garantire uno scorrimento necessario per compensare la dilatazione termica a cui è sottoposta la scheda elettronica durante il suo funzionamento.
  7. 7. Metodo di fissaggio di una scheda elettronica a circuito stampato ad un supporto, comprendente le fasi di: - realizzare almeno un foro passante nello spessore della scheda elettronica; - mettere a disposizione almeno una vite autofilettante secondo la rivendicazione 5 per il fissaggio della scheda elettronica al supporto, in cui la distanza tra il piano di battuta del collo intermedio e la superficie piana di bloccaggio è sostanzialmente pari all’altezza del foro passante, e in cui il diametro esterno massimo del collo intermedio è inferiore rispetto al diametro del foro passante in misura tale da assicurare alla scheda elettronica un gioco sufficiente a garantire uno scorrimento necessario per compensare la dilatazione termica a cui è sottoposta la scheda elettronica durante il suo funzionamento; - avvitare la vite autofilettante al supporto fino a che il piano di battuta va a riscontro della superficie esterna del supporto.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04123840U (ja) * 1991-04-26 1992-11-10 株式会社小糸製作所 車輌用標識灯
US20100226136A1 (en) * 2009-03-03 2010-09-09 Kenichi Murakoshi Led substrate and led light source device
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