JP2011526725A - 固体光源のための支持モジュール、このようなモジュールを有する照明装置、及びこのような照明装置を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

支持モジュール１は、貫通穴５と受取面とを持つ導電層２であって、前記受取面が、電気接点パッド４が前記貫通穴５と位置合わせされている状態で、固体光源３を受けるよう適合される導電層２を有する。 前記支持モジュール１は、電気絶縁素子８と、前記電気絶縁素子８を通って延在し、前記貫通穴５を通って突出する少なくとも１つの接点ピン９とを更に有する。更に、前記電気絶縁素子８は、前記接点ピン９の端部、及び前記導電層２の前記面によって受けられる前記固体光源３の前記電気接点パッド４へのアクセスを可能にするチャネル１０を有する。このようなチャネルは、はんだ付けの道具で、前記絶縁素子を通って、前記接点ピンの前記端部、及び前記接点パッドに到達することを可能にする。従って、前記接点ピンを前記接点パッドにはんだ付けすることによって、前記固体光源を金属面上に取り付けることが可能である。固体照明装置を、金属面に取り付けることは、優れた熱放散を必要とする用途において有利である。なぜなら、金属面の熱放散特性は、プリント回路基板の熱放散特性より優れているからである。

Description

本発明は、固体光源のための支持モジュールであって、導電層に面する電気接点パッドを備える前記固体光源を受けるよう適合される支持モジュールに関する。

発光ダイオードなどの、表面実装タイプの固体光源は、伝熱及び電気接続のための接点パッドを持つ。一般に固体光源をプリント回路基板上に取り付けるために設計される接点パッドは、典型的には、プリント回路基板に取り付けられるよう意図されている、固体光源の非照明側に配置される。

面タイプの固体光源は、一般に、はんだ付けによってプリント回路基板に取り付けられる。例えば、大規模利用においては、リフローはんだ付けが用いられ得る。

しかしながら、幾つかの用途では、プリント回路基板以外の物体、例えば金属面に表面実装固体光源を取り付けるのが望ましい場合がある。これは、問題を引き起こす。なぜなら、はんだの材料が、全金属面にわたって流れ、その結果として、表面実装固体光源を短絡するかもしれないので、リフローはんだ付けを用いることができないからである。更に、前記物体が、固体光源の接点パッドを覆うことから、はんだごて又ははんだ付けガンなどの従来のはんだ付けの道具では、接点パッドにアクセスできない。したがって、固体光源の、前記物体へのはんだ付けが問題になる。

本発明の目的は、上記の問題を解決する、固体光源のための支持モジュールを提供することにある。

上記の目的は、添付の特許請求の範囲おいて規定されている特徴を持つ支持モジュールによって達成される。

本発明による支持モジュールは、貫通穴と受取面とを持つ導電層であって、前記受取面が、前記電気接点パッドが、前記面に面し、前記貫通穴と位置合わせされている状態で、前記固体光源を受けるよう適合される導電層を有する。前記支持モジュールは、前記導電層の、前記固体光源を受けるよう意図されている前記受取面に対する裏側に配設される電気絶縁素子と、前記電気絶縁素子を通って延在する少なくとも１つの接点ピンであって、前記貫通穴を通って突出し、前記固体光源上の前記電気接点パッドと接触させられるよう適合される１つの端部を持つ少なくとも１つの接点ピンとを更に有する。前記電気絶縁素子は、前記接点ピンの前記端部、及び前記導電層の前記面によって受けられる前記固体光源の前記電気接点パッドへのアクセスを可能にするチャネルを有する。

このようなチャネルは、レーザ、はんだごて、はんだ付けガン、トーチ又はホットエアペンシルなどのはんだ付けの道具で、前記絶縁素子を通って、前記接点ピンの前記端部、及び前記電気接点パッドにアクセスすることを可能にする。従って、前記接点ピンを前記接点パッドにはんだ付けすることによって、前記固体光源を金属面上に取り付けることが可能である。前記導電層の前記貫通穴は、前記電気接点パッドの、周囲の前記導電層との機械的接触による短絡を防止する。更に、前記電気絶縁素子は、前記接点ピンのための担体の役割を果たす。固体照明装置を、金属面に取り付けることは、優れた熱放散を必要とする用途において有利である。なぜなら、金属面の熱放散特性は、プリント回路基板の熱放散特性より優れているからである。

好ましくは、前記支持モジュールは、前記導電層に接続され、又は前記導電層の一体部分を形成し、前記導電層と一緒にカップ状のソケットを形成する円筒形素子を更に有する。このようなカップ状のソケットは、製造上の理由で適している。なぜなら、それは、インサート成形又は共成形によって、容易に、前記電気絶縁素子を前記導電面に取り付けることを可能にするからである。適切には、このような成形技術により、前記カップ状のソケット内で、前記絶縁素子が形成される。

好ましい実施例においては、前記絶縁素子は、前記接点ピンを機械的に固定するよう適合される。機械的に固定される接点ピンは、前記接点ピンと、前記固体光源上の前記接点パッドとの間のはんだ接合部におけるストレスを減らす。

更に、本発明による支持モジュールは、前記電気接点パッドが前記接点ピンの前記端部に接続されるように前記導電層の前記面上に配設される発光ダイオードなどの固体光源を更に有する固体照明装置に有利に含まれ得る。このような固体照明装置は、固体光源とは対照的に、交換するのが容易であることから、有利である。前記照明装置は、照明器具に組み込まれ得る。

本発明の他の目的は、固体照明装置を製造するための方法であって、支持モジュールを設けるステップであって、前記支持モジュールが、貫通穴及び受取面を持つ導電層、前記導電層の、前記固体光源を受けるよう意図されている前記面に対する裏側に配設される電気絶縁素子、前記電気絶縁素子を通って延在する少なくとも１つの接点ピンであって、前記貫通穴を通って突出する１つの端部を持つ少なくとも１つの接点ピン、並びに前記電気絶縁素子を通るチャネルを含むステップと、前記導電層の前記面上に、固体光源を、前記接点パッドが、前記受取面に面し、前記貫通穴及び前記接点ピンの前記端部と位置合わせされるように、配設するステップと、道具で、前記チャネルを通して、前記接点ピンの前記端部、及び前記接点パッドにアクセスするステップと、前記道具を用いて、前記接点ピンの前記端部を前記電気接点パッドに電気的に接続するステップとを有する方法を提供することである。

適切には、前記接点ピンの前記端部は、はんだ付けによって、前記接点パッドに電気的に接続される。好ましくは、前記方法は、前記チャネルに適切な材料を充填するステップを更に有する。これは、前記絶縁素子からのガスが前記固体光源に到達するのを防止するのに有利であり得る。

本発明は、請求項において列挙されている特徴の全てのあり得る組み合わせに関することに注意されたい。

本発明の、上記の及び付加的な、目的、特徴及び利点は、添付の図面に関する本発明の好ましい実施例の以下の説明的且つ非限定的な詳細な記載を通して、よりよく理解されるであろう。ここで、同じ参照符号は、同様の素子のために用いられている。

支持モジュール及び固体光源の概略的な垂直断面図である。 取り付けられた固体光源を備える支持モジュールの概略的な垂直断面図であって、固体光源を支持モジュールにはんだ付けするためのレーザを示している概略的な垂直断面図である。 本発明による支持モジュールの実施例の斜視図である。 図２の実施例の断面図である。 本発明の別の実施例の断面図である。

以下、説明の目的で現在の好ましい実施例を示している添付の概略的な図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。

図１ａに図示されている支持モジュール１は、金属、例えばアルミニウムなどの適切な導電材料から成るであろう導電層２を有する。導電層２は、四辺形、円、楕円などのような、任意の適切な又は所望の寸法及び形状を有してもよく、任意の適切な厚さのものであり得る。導電層２は、１つの面に少なくとも１つの電気接点パッド４を持つ固体光源３を受けるよう適合される受取面を持つ。好ましい実施例においては、２つの接点パッド４があるが、他の個数の接点パッド４も可能である。導電層２は、固体光源３上の接点パッド４を収容する全領域より大きい断面積を持つ貫通穴５を有する。あるいは、導電層２は、固体光源３上の各接点パッドに対して１つの貫通穴５を有し得る。その場合には、各貫通穴５の断面積は、固体光源３上の各接点パッド４の面積より大きい。更に別の実施例においては、導電層２は、固体光源３の接点パッド４が、２つ又は幾つかの接点パッド４のグループで配設される場合に適切な個数の貫通穴５を含み得る。例えば、各々が２つの接点パッド４を有する、接点パッド４の２つのグループがある場合には、貫通穴５の適切な個数は２つであり得る。この場合の貫通穴５の寸法は、上記の場合の貫通穴５の寸法に対応する。

更に、支持モジュール１は、導電層２の、固体光源３を受けるよう適合される面に対する裏側に配設される電気絶縁素子８を有する。所望の厚さであり得る電気絶縁素子８は、導電層２の裏側の全体にわたって配設されてもよく、又はそれの一部だけにわたって配設されてもよい。絶縁素子８は、任意の適切な又は所望の寸法及び形状を持ち得る。絶縁素子８は、適切な絶縁材料、例えば、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン又は修飾エチレン・テトラフルオロエチレンなどの何らかのポリマから成る。他のあり得る材料は、例えば、ゴムである。

好ましくは、電気絶縁素子８は、射出成形の前に、導電層２を成形用金型内に配置することによって、導電層２にインサート成形される。注入プラスチックは、導電層のまわりに流れ、それを永久に最終的な成形に固定する。別の成形技術は、共成形である。製造技術として成形を用いる場合、絶縁素子８は、適切なポリマから成る。

更に、電気絶縁素子８は、１つ又は幾つかの、好ましくは２つの、接点ピン９のための担体の役割を果たすよう適合される。好ましい実施例においては、絶縁素子８は、接点ピン９を機械的に固定するよう適合される。各接点ピン９は、例えば、接点ピン９を適所に保持する手段を整形用金型に設けることによって、成形プロセス中に電気絶縁素子８に取り付けられ得る。あるいは、各接点ピン９は、必要な場合又は望ましい場合には、予めあけられた穴を通して、絶縁素子８に突き通され得る。穴が予めあけられる場合には、予めあけられる穴の各々の断面積は、接点ピン９を固定するために、関連する接点ピン９の断面積よりわずかに小さいかもしれない。あるいは、接点ピン９は、ホットメルト接着剤などの適切な接着剤を用いて、又は周囲の絶縁材料を再び溶かすことによって、又は適切なタイプの機械的な固定手段を用いて、固定され得る。

各接点ピン９は、固体光源３上の各々の接点パッド４と接触させられるよう適合される１つの端部１６を持ち、導電層２の貫通穴５及び電気絶縁素子８を通って突出する（図１参照）。好ましい実施例においては、接点ピン９は、絶縁素子８を通って垂直にまっすぐに延在し、絶縁素子９の裏側に、電気絶縁素子８の外に、適切に突出する。本発明は、上記の延在部及び方向を備える接点ピン９に限定されず、用途によって、他の方向及び延在部も、適切であり得る。

電気絶縁素子８は、接点ピン９の端部１６へのアクセスを可能にするチャネルを有する。チャネル１０の幅は、適切なはんだ付けの道具による接点ピン４へのアクセスが可能になるような幅である。チャネル１０の断面は、好ましくは円形であるが、楕円形、四辺形などのような任意の他の適切な形状をとり得る。チャネルは、接点ピンが、絶縁素子８によって固定されるように、チャネル１０の外に延在することを確実にするために、接点ピンに対して傾けられる。更に、方向は、外から接点ピン９の端部１６へのアクセスが可能になるような方向である。チャネル１０は、絶縁素子８の、導電層２から面する側、又は絶縁素子８の、導電層２に対してほぼ垂直である側へ延在し得る。

モジュールに固体光源３を取り付ける際、固体光源３は、接点パッド４が、導電層２の貫通穴５と位置合わせされ、導電層２と接触しないようにして、導電層２上に配置される（図１ｂ参照）。貫通穴５が幾つかある場合には、固体光源３は、各接点パッド４、又は接点パッド４の各グループが、各々の貫通穴５に対して同様の方法で配置される状態で、導電層２上に配置される。導電層２の貫通穴５の断面積は、固体光源３上の接点パッド４を収容する全領域より大きいことから、前記断面積は、固体光源３が導電層２と接触させられる場合に、固体光源３の全ての接点パッド４を収容し、且つ固体光源３の接点パッド４が導電層２と物理的接触をするのを防止するのに十分に大きい。従って、貫通穴５は、導電層２との接触による接点パッド４の短絡を防止する。貫通穴５が幾つかある場合には、この寸法の貫通穴５が、導電層２との接触による接点パッド４の短絡を防止する。固体光源３を導電層２上に配置する際、固体光源３の熱パッドが、適切な熱伝導接着剤を用いて、導電層２に固定されてもよい。

その後、はんだペースト１２を含む接点パッド４が、レーザ１１、はんだごて又ははんだ付けガンなどの適切なはんだ付けの道具を用いて、チャネル１０を通して、はんだ付けすることによって、接点ピン９に接続される（図１ｂ参照）。あるいは、はんだペーストは、支持モジュール１の製造プロセス中に接点ピン上に配設され得る。このようにして、支持モジュール１と、前記導電層２上に配設される固体光源３とを有する固体照明装置１５であって、前記接点パッド４が前記接点ピン９に接続される固体照明装置１５が供給される（図２参照）。

別の実施例においては、導電層２に固体照明装置３を取り付けた後に、導電層２の貫通穴５及びチャネル１０に、ポリマ、何らかのタイプの充填材、エポキシなどのような適切な材料が充填される。これは、絶縁素子８からのガスが固体光源３に到達するのを防止するのに有利であり得る。固体光源３は金属面上に配設されることから、固体照明装置１５は、優れた熱放散特性を備えている。固体照明装置１５は、一般照明及び自動車照明用途において有用である。

好ましい実施例においては、支持モジュール１は、導電層２に接続される又は導電層２の一体部分を形成する円筒形素子６を更に有する（図２、３ａ及び３ｂ参照）。好ましくは、円筒形素子６は、円筒形であり、導電層２と同じ材料から成る。円筒形素子は、製造の観点から有利である。あるいは、円筒形素子６は、何らかの他の金属又は優れた熱伝導特性を備える別の材料から成り得る。独立した円筒形素子６の場合には、円筒形素子６の一方の端部が、導電層２の、固体光源３を受けるよう意図されている面とは反対の側に面する。その方法においては、円筒形素子６は、前記導電層２と一緒に、カップ状のソケット７を形成する（図２、３ａ及び３ｂ参照）。しかしながら、本発明は、まっすぐな円筒形素子６に限定されず、曲がった円筒形素子６などの他の形状も、本発明の範囲内で適切であり得る。円筒形素子６は、導電層２のまわりに円周方向に配置され得る、又は導電層２は、円筒形素子６の端部を覆い得る。円筒形素子６と導電層２とは、溶着されてもよく、又は何らかの他の適切な方法で互いに取り付けられてもよい。円筒形素子６が、導電層２のまわりに円周方向に配置される場合には、導電層２の直径は、パーツを互いに固定するために、円筒形素子６の内径よりわずかに大きいかもしれない。導電層２の一体部分を形成する円筒形素子６の場合には、導電層２及び円筒形素子６は、１つの部品に鋳造され得る。

カップ状のソケット７を有する支持モジュール１の場合には、絶縁素子８の形状は、カップ状のソケット７によって囲まれる形状に対応する。好ましくは、電気絶縁素子８は、カップ状のソケット７に対してインサート成形される。更に、このような実施例における接点ピン９は、好ましくは、円筒形素子６の外に延在しない。

円筒形素子６を有する好ましい実施例においては、好ましくは、チャネル１０の開口部が、円筒形素子６の反対側端部１３を通してアクセス可能であるような傾斜角を持って、チャネル１０が、絶縁素子８の反対側に延在する（図３ａ参照）。あるいは、チャネル１０が、円筒形素子６の端部１３を通してアクセスできない場合には、円筒形素子６は、チャネル１０の開口部へのアクセスを供給するために、チャネル１０と位置合わせされた貫通穴１４を持ち得る。貫通穴１４は、円筒形素子６の端部１３の近くにあってもよく、又はチャネル１０の開口部へのアクセスが供給される限り、円筒形素子６上の任意の他の適切な位置にあってもよい。更に他の例においては、チャネル１０は、絶縁素子８の周面まで延在し、円筒形素子６の貫通穴１４を通過し得る（図３ｂ参照）。円筒形素子６のこのような貫通穴１４は、導電層２に面する端部の近くにあってもよく、又はチャネル１０の開口部へのアクセスが供給される限り、円筒形素子６上の任意の他の適切な位置にあってもよい。

円筒形素子６を有する固体照明装置１５は、固体照明装置１５が取り付けられるよう意図されている構造物上の適切なソケット（図示せず）において、プラグとして取り付けられるよう意図されている。従って、固体照明装置１５は、従来の固体光源とは対照的に、ランプのような方法で交換するのが容易である。

上記で、本発明の好ましい実施例に関連して本発明を説明したが、以下の請求項によって規定されているような本発明から外れない幾つかの変形例が考えられることは、当業者には明らかであろう。

Claims (9)

1. １つの面に少なくとも１つの電気接点パッドを持つ固体光源のための支持モジュールであり、
   貫通穴を備える導電層であって、前記導電層が、受取面を持ち、前記受取面が、前記電気接点パッドが、前記受取面に面し、前記貫通穴と位置合わせされている状態で、前記固体光源を受けるよう適合される導電層と、
   前記導電層の、前記受取面に対する裏側に配設される電気絶縁素子と、
   前記電気絶縁素子を通って延在する少なくとも１つの接点ピンであって、前記貫通穴を通って突出し、前記導電層の前記受取面によって受けられる固体光源の前記電気接点パッドと接触させられるよう適合される１つの端部を持つ少なくとも１つの接点ピンとを有する支持モジュールであって、
   前記電気絶縁素子が、前記接点ピンの前記端部、及び前記導電層の前記受取面によって受けられる固体光源の前記電気接点パッドへのアクセスを可能にするチャネルを有することを特徴とする支持モジュール。
2. 前記導電層に接続され、前記導電層と一緒にカップ状のソケットを形成する円筒形素子を更に有する請求項１に記載の支持モジュール。
3. 前記絶縁素子が、インサート成形又は共成形によって前記カップ状のソケット内で形成される請求項２に記載の支持モジュール。
4. 前記絶縁素子が、前記接点ピンを機械的に固定するよう適合される請求項１乃至３のいずれか一項に記載の支持モジュール。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の支持モジュールと、前記電気接点パッドが前記接点ピンの前記端部に電気的に接続されるように前記導電層の前記受取面上に配設される固体光源とを有する照明装置。
6. 請求項５に記載の照明装置を有する照明器具。
7. 固体照明装置を製造するための方法であって、
   支持モジュールを設けるステップであって、前記支持モジュールが、
   貫通穴及び受取面を持つ導電層、
   前記導電層の、前記受取面に対する裏側に配設される電気絶縁素子、
   前記電気絶縁素子を通って延在する少なくとも１つの接点ピンであって、前記貫通穴を通って突出する１つの端部を持つ少なくとも１つの接点ピン、並びに
   前記電気絶縁素子を通るチャネルであって、前記接点ピンの前記端部へのアクセスを可能にするチャネルを含むステップと、
   前記導電層の前記受取面上に、固体光源を、前記固体光源の電気接点パッドが、前記受取面に面し、前記貫通穴と位置合わせされるように、配設するステップと、
   道具で、前記チャネルを通して、前記接点ピンの前記端部、及び前記電気接点パッドにアクセスするステップと、
   前記道具を用いて、前記接点ピンの前記端部を前記電気接点パッドに電気的に接続するステップとを有する方法。
8. 前記接点ピンの前記端部が、はんだ付けによって、前記電気接点パッドに電気的に接続される請求項７に記載の方法。
9. 前記方法が、前記チャネルに封止材料を充填するステップを更に有する請求項７又は８に記載の方法。

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