JP2017152371A - 光源ユニットの装着構造 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性復元力を利用して光源ユニットを長期間強力な接合力で給電基板上に保持し、半田接合による場合と比較し、光源ユニットの寿命をさらに延長する。
【解決手段】ＬＥＤ３を備えた光源ユニット４に光源側端子を設け、ＬＥＤ３に電力を供給するための給電基板２に基板側端子を設ける。光源側端子がプレスフィット端子２５を含み、基板側端子が端子孔１６を含む。プレスフィット端子２５の先端部に圧接部２６を設け、光源ユニット４の装着時に、圧接部２６を端子孔１６との接触により弾性変形させ、圧接部２６の弾性復元力によって光源ユニット４を給電基板２に保持する。給電基板に立体基板を使用し、立体基板上に複数の光源ユニットを三次元配置することもできる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体発光素子を備えた光源ユニットを給電基板に装着するための構造に関する。

従来、半導体発光素子を備えた光源ユニットを半田付けによって給電基板に装着する構造が知られている。例えば、図１１に示す装着構造８１では、ＬＥＤ８２を備えた光源ユニット８３が半田８４で給電基板８５上の配線パターン８６に装着されている。特許文献１には、ＬＥＤパッケージの電極をプリント基板上のランドに精度よく半田接続する技術が提案されている。

特開２０１５−５６２２８号公報

従来の装着構造によると、半田を光源ユニットの接合と放熱に兼用できる利点がある。しかし、半田等のろう材は温度変化の繰り返しにより劣化しやすいため、厳しい温度環境下（例えば、−３０°Ｃ〜８０°Ｃ）で使用される車両用灯具などの光源ユニットは、給電基板に対する接合力が低下し、寿命が短くなるという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、長期間にわたって強力な接合力を維持し、光源ユニットの寿命を延ばすことができる装着構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の光源ユニット装着構造は、半導体発光素子を備えた光源ユニットに光源側端子が設けられ、半導体発光素子に電力を供給するための給電基板に基板側端子が設けられ、光源側端子と基板側端子の少なくとも一方が他方との接触により弾性変形される圧接部を含み、この圧接部の弾性復元力によって光源ユニットが給電基板に保持されていることを特徴とする。

ここで、より強力な弾性復元力が得られるように、圧接部が給電基板に対する光源ユニットの装着方向と交差する方向へ弾性変形可能に形成されるのが好ましい。例えば、光源側端子および／または基板側端子として、光源ユニットの装着方向と直交する方向へ弾性変形可能な圧接部を備えたプレスフィット端子を使用できる。

プレスフィット端子を使用する場合には、例えば、給電基板に基板側端子としての端子孔を形成し、光源側端子として端子孔に圧入されるプレスフィット端子を使用し、プレスフィット端子の所定部位に弾性変形可能な圧接部を設けることができる。

給電基板としては、特定の基板に限定されず、例えば、リジッド基板、フレキシブル基板、平面基板、立体基板など、光源ユニットの用途に応じた各種基板を使用できる。例えば、灯室内に複数の光源ユニットが三次元的に配置されるような車両用灯具の場合には、各ユニットを高精度かつ容易に位置決めできる点で、給電基板として立体基板を好ましく使用でき、立体基板上に複数の光源ユニットをそれぞれ異なる位置（高さ、向き、角度）に支持することができる。

また、立体基板上に、光源ユニットの光源側端子が別々に電気接続される複数の基板側端子と、各基板側端子に電力を供給するための配線パターンとを形成するのが望ましい。こうすれば、光源ユニットを標準部品化し、大量生産を可能にするとともに、立体基板上に予め定められた複数の位置に光源ユニットを自動または手動操作により作業能率よく装着することができる。

さらに、本発明の一実施形態では、光源ユニットの放熱性能を高めた光源ユニット装着構造が提供される。この装着構造は、光源ユニットと給電基板の間に光源ユニットの発熱を取り出すための放熱部材を備える。そして、放熱部材に端子挿通孔が形成され、光源ユニットが光源側端子を端子挿通孔に挿通した状態で給電基板に保持される。

本発明の光源ユニット装着構造によれば、光源側端子および／または基板側端子に設けた圧接部の弾性復元力によって光源ユニットを給電基板に保持しているので、使用環境の温度変化に関わりなく、光源ユニットの接合力を長期間強力に維持し、光源ユニットの寿命を延長できるという優れた効果を奏する。

本発明の一実施形態を示す照明モジュールの平面図である。 照明モジュールの光源ユニット装着構造（実施例１）を示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 光源ユニットの平面および立面図である。 光源側端子の変形例を示す立面図である。 光源ユニット装着構造の実施例２を示す斜視図である。 実施例２の装着構造を示す断面図である。 光源ユニット装着構造の実施例３を示す斜視図である。 実施例３の装着構造を示す断面図である。 光源ユニット装着構造の実施例４を示す斜視図である。 実施例４の装着構造を示す断面図である。 従来の光源ユニット装着構造を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示す照明モジュール１は、例えば、車両用灯具の灯具ボディ（図示略）内に装備される給電基板２を備えている。給電基板２上には、半導体発光素子としてのＬＥＤ３を備えた複数の光源ユニット４が装着されるとともに、車載バッテリー等の外部電源（図示略）に接続されるコネクタ、例えばカードエッジコネクタ５が設けられている。カードエッジコネクタ５は給電基板２上の配線パターン１４（図２参照）を介して各光源ユニット４のＬＥＤ３に電気接続され、給電基板２が外部電源から入力した電力を複数のＬＥＤ３に供給するようになっている。

なお、給電基板２として、図１には次に説明する実施例１の平面基板が代表的に示されているが、実施例２，３で説明する立体基板を使用することもできる。また、照明モジュール１は、車両用灯具に限定されず、住宅用の照明装置などに使用することもできる。光源ユニット４の半導体発光素子には、ＬＥＤ３のほかに、半導体レーザーを使用することもできる。以下に、光源ユニット４を給電基板２に装着する構造について、幾つかの実施例を挙げて詳述する。

まず、本発明の実施例１を図２、図３、図４に基づいて説明する。図２に示すように、実施例１の光源ユニット装着構造１１では、給電基板２が絶縁材料で平面状に形成され、給電基板２の表面に光源ユニット４が装着され、給電基板２の裏面に放熱シート１２を介して放熱板１３が組み合わされている。給電基板２の表裏両面には配線パターン１４が銅メッキにより形成され、その大部分が電気絶縁材料からなるレジスト１５で被覆されている。

光源ユニット４の装着領域とその周辺からはレジスト１５が除去され、除去された部分の配線パターン１４に複数の端子孔１６と放熱用銅箔部１７が設けられている。端子孔１６は、内面が配線パターン１４と同じ銅メッで被覆されたスルーホールであり、配線パターン１４を介してカードエッジコネクタ５に電気接続され、給電基板２の基板側端子として機能するようになっている。

光源ユニット４は、ＬＥＤ（チップ）３を収容する樹脂製のパッケージ１９を備えている。パッケージ１９の底部にはＬＥＤ３の熱を逃がす開口部１９ａが形成され、開口部１９ａに放熱パッドまたは放熱グリスからなる熱伝導部材２０が設けられ、開口部１９ａにより移動が規制された状態で、パッケージ１９と放熱用銅箔部１７との間に介装されている。ＬＥＤ３は蛍光材混入樹脂２１でパッケージ１９の内側に封入され、ＬＥＤ３の発熱が熱伝導部材２０、放熱用銅箔部１７、配線パターン１４および放熱シート１２を介して放熱板１３に伝導され、照明モジュール１の周囲に放出される。

なお、熱伝導部材２０としては、給電基板２よりも高い熱伝導率の材料を使用でき、好ましくは、一般的なガラス・エポキシ樹脂基板（ＦＲ−４）よりも高い０．２Ｗ／ｍｋ以上の熱伝導率を有する固形または液状材料を使用できる。また、配線パターン１４を被覆するレジスト１５にも、熱伝導部材２０と同程度の熱伝導率を有する材料を好ましく使用できる。パッケージ１９の裏面側で短絡が発生しないように、ＬＥＤ３の電極位置に合わせて放熱用銅箔部１７を二分割し、双方間に０．１ｍｍ以上のマイグレーション防止用の間隙を設定したり、レジストを介在させたりしてもよい。

ＬＥＤ３の電極つまりアノード２３およびカソード２２は、それぞれ光源側端子であるプレスフィット端子２５に接続されている。図３（ａ）に示すように、プレスフィット端子２５は、光源ユニット４の装着に際して極性を誤認しないように、パッケージ１９の相対する２辺に異なる本数で下向きに突出形成され、給電基板２の端子孔１６に圧入される。また、この実施例１のプレスフィット端子２５は、半導体パッケージと同様にＬ字形またはＵ字形のリードフレーム構造を備え、給電基板２への装着時に、パッケージ１９が直接加圧されないように、リードフレームの肩部がパッケージ１９から外側へ飛び出す構造となっている。

図３（ｂ）に示すように、各プレスフィット端子２５の先端または下端には圧接部２６が細長い環状に形成されている。そして、プレスフィット端子２５を端子孔１６に圧入したときに、圧接部２６が端子孔１６の内面（銅メッキ部分）と接触して、光源ユニット４の装着方向Ｐと直交する方向へ弾性変形し、装着後の光源ユニット４（図２参照）が圧接部２６の弾性復元力によって給電基板２に保持されるようになっている。なお、圧接部２６は、その下端が端子孔１６から給電基板２の下側にはみ出さないように設けるのが好ましく、給電基板２の下側に放熱板１３を設置する場合は、基板２の下面から０．１ｍｍ以上端子孔１６の内側に収まるように設けるのが望ましい。

具体的には、図４（ａ）に示すように、プレスフィット端子２５の基部に、圧接部２６の挿入限度位置を決めるストッパ２７を設けることができる。また、圧接部２６の形状は、環状に限定されず、図４（ｂ）に示すように、一部が開いた略Ｕ字形としてもよい。さらに、給電基板２とパッケージ１９の熱膨張差を吸収するために、図４（ｃ）に示すように、プレスフィット端子２５の基部に屈曲部２８を切り欠いてもよい。

以上のように構成された実施例１の光源ユニット装着構造１１によれば、プレスフィット端子２５に設けた圧接部２６の弾性復元力によって光源ユニット４を給電基板２に保持しているので、車両用灯具など過酷な温度環境下でも、給電基板２に対する光源ユニット４の接合力を長期間強力に維持し、半田接合による装着構造と比較し、照明モジュール１の寿命を大幅に延長することができる。特に、圧接部２６が光源ユニット４の装着方向と直交する方向へ弾性変形可能に設けられているため、圧接部２６の弾性復元力でプレスフィット端子２５を給電基板２の端子孔１６に強固に保持することができる。

次に、本発明の実施例２を図５、図６に基づいて説明する。実施例２の光源ユニット装着構造３１では、照明モジュールの給電基板として立体基板３２が用いられている。ヘッドランプやリアランプ等の車両用灯具では、立体基板３２として樹脂製のＭＩＤ ( Molded Interconnect Device）基板を好ましく使用でき、この基板３２に複数の光源支持部３４がそれぞれ異なる高さとなるように形成されている。そして、各光源支持部３４に熱伝導部材２０を介して光源ユニット３５が支持され、プレスフィット端子３６によって立体基板３２上に保持されている。

光源ユニット３５は、リジッドなＰＣＢ（プリント回路基板）３７上にＬＥＤパッケージ３８と電子部品３９（コンデンサ、抵抗等）を実装して構成され、ＰＣＢ３７の２箇所に光源側端子としてのスルーホール４０が形成されている。一方、立体基板３２の各光源支持部３４には、プレスフィット端子３６を介して各光源側スルーホール４０と別々に電気接続される基板側端子としてのスルーホール４１が貫設されるとともに、各スルーホール４１に電力を供給する配線パターン４２が形成されている。そして、プレスフィット端子３６に、光源側スルーホール４０との接触により弾性変形される第１圧接部４３と、基板側スルーホール４１との接触により弾性変形される第２圧接部４４とが設けられ、両圧接部４３，４４の弾性復元力によって光源ユニット３５が立体基板３２上に保持されている。

したがって、実施例２の光源ユニット装着構造３１によっても、実施例１と同様に、プレスフィット端子３６に設けた一対の圧接部４３，４４の弾性復元力によって光源ユニット３５を立体基板３２に強固に保持し、複数のＬＥＤパッケージ３８をそれぞれ異なる高さ位置に三次元配置することができる。また、複数の光源支持部３４を同じ大きさで形成することにより光源ユニット３５を標準部品化し、大量生産による部品コストの削減を図ることができるとともに、ＬＥＤパッケージを不定形のテープ状ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）上に並べて装着する構造と比較し、例えばロボットを使用して複数の光源ユニット３５を立体基板３２の所定位置に高精度に能率よく装着することもできる。

続いて、本発明の実施例３を図７、図８に基づいて説明する。実施例３の光源ユニット装着構造５１では、実施例２と同様、給電基板に立体基板３２が用いられ、立体基板３２の光源支持部３４に複数の光源ユニット５２がそれぞれ異なる高さ位置に支持されている。光源ユニット５２は、実施例２と異なり、下面が開放した薄箱形の樹脂ベース５３を備え、樹脂ベース５３の内部に一対の板バネ５４の基端部が埋設されている。板バネ５４は銅合金等の導電性材料で形成され、その基端部がＬＥＤパッケージ３８の一対の電極部（図示略）に電気接続され、先端露出部が光源側端子５５となっている。

一方、立体基板３２の各光源支持部３４には、光源側端子５５に別々に電気接続される基板側端子５６が形成されるとともに、各基板側端子５６に電力を供給する配線パターン５７が形成されている。基板側端子５６と光源支持部３４には開口５９が設けられ、開口５９内に挿入可能な圧接部５８が光源側端子５５の内側に折り曲げて形成されている。そして、光源ユニット５２のベース５３を立体基板３２の光源支持部３４に冠着し、基板側端子５６との接触により圧接部５８を弾性変形させて開口５９に掛止し、圧接部５８の弾性復元力によって光源ユニット５２を立体基板３２上に保持するようになっている。

したがって、実施例３の光源ユニット装着構造５１によれば、圧接部５８の弾性復元力に加え、圧接部５８を開口５９に掛止することによって、光源ユニット５２を立体基板３２に強固に保持し、実施例２と同様に、複数のＬＥＤパッケージ３８をそれぞれ異なる高さ位置に三次元配置することができるとともに、標準化された光源ユニット５２を立体基板３２の複数位置に高精度かつ安価に装着することもできる。

次に、本発明の実施例４を図９、図１０に基づいて説明する。実施例４の光源ユニット装着構造６１は、端子の改良に加えて放熱性能を高めることで光源ユニット６２の一層の長寿命化を達成できるようになっている。光源ユニット６２は、ＣＡＮパッケージ６３の内側に図示しないレーザー・ダイオード（ＬＤ）を備え、ＣＡＮパッケージ６３の外側に例えば２本のプレスフィット端子６４を装備している。プレスフィット端子６４の一端はパッケージ６３内でＬＤに電気接続され、プレスフィット端子６４の先端に実施例１と類似する形状の圧接部６５が形成されている。

圧接部６５は給電基板６６の端子孔６７に圧入され、端子孔６７が配線パターン６８を介して給電基板６６上のコネクタ７６に電気接続されている。給電基板６６と光源ユニット６２の間には、ＬＤが発生した熱を光源ユニット６２から取り出すための放熱部材６９が設けられている。この放熱部材６９は、アルミニウム等の金属材料で形成され、ネジ７０により給電基板６６に締結されるとともに、ネジ７１および位置決めピン７７によって放熱フィン７２に組み付けられている。放熱部材６９の上壁部７３には、ＣＡＮパッケージ６３の着座領域を取り囲むように環状壁７４が立設され、環状壁７４の内側に端子挿通孔７５が形成されている。

そして、端子挿通孔７５に光源ユニット６２のプレスフィット端子６４が挿通され、プレスフィット端子６４の圧接部６５が給電基板６６の端子孔６７に圧入され、端子孔６７と圧接部６５の弾性接触によって光源ユニット６２と給電基板６６の間に電気接続が確立されるとともに、ＣＡＮパッケージ６３と放熱部材６９の間に熱伝導通路が形成され、ＬＤの発熱が光源ユニット６２から放熱部材６９に取り出され、放熱部材６９から放熱フィン７２に伝導され、放熱フィン７２から周辺環境へ放出される。したがって、実施例４の光源ユニット装着構造６１によれば、半田接続を不要にするとともに放熱性能を高め、光源ユニット６２の長寿命化を達成できるという利点がある。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、プレスフィット端子２５，３６,６５の圧接部の形状を変えたり、立体基板３２の光源支持部３４の角度、向きまたは個数を変更したりするなど、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各部の構成を適宜変更して実施することも可能である。

１ 照明モジュール
２ 給電基板
３ ＬＥＤ
４ 光源ユニット
１１ 光源ユニット装着構造（実施例１）
１４ 配線パターン
１６ 端子孔
２０ 熱伝導部材
２５ プレスフィット端子
２６ 圧接部
３１ 光源ユニット装着構造（実施例２）
３２ 立体基板
３５ 光源ユニット
３６ プレスフィット端子
３８ ＬＥＤパッケージ
４０ 光源側スルーホール
４１ 基板側スルーホール
４２ 配線パターン
４３ 第１圧接部
４４ 第２圧接部
５１ 光源ユニット装着構造（実施例３）
５２ 光源ユニット
５４ 板バネ
５５ 光源側端子
５６ 基板側端子
５７ 配線パターン
５８ 圧接部
６１ 光源ユニット装着構造（実施例４）
６２ 光源ユニット
６４ プレスフィット端子
６５ 圧接部
６６ 給電基板
６７ 端子孔
６９ 放熱部材
７５ 端子挿通孔

Claims (7)

1. 半導体発光素子を備えた光源ユニットに光源側端子が設けられ、半導体発光素子に電力を供給するための給電基板に基板側端子が設けられ、光源側端子と基板側端子の少なくとも一方が他方との接触により弾性変形される圧接部を含み、該圧接部の弾性復元力によって光源ユニットが給電基板に保持されていることを特徴とする光源ユニット装着構造。
2. 前記圧接部が、給電基板に対する光源ユニットの装着方向と交差する方向へ弾性変形可能に形成されている請求項１記載の光源ユニット装着構造。
3. 前記基板側端子が給電基板に形成された端子孔を含み、前記光源側端子が端子孔に圧入されるプレスフィット端子を含む請求項１又は２記載の光源ユニット装着構造。
4. 前記給電基板が、複数の光源ユニットを異なる位置に支持する立体基板を含む請求項１〜３の何れか一項に記載の光源ユニット装着構造。
5. 前記立体基板に、複数の光源ユニットの光源側端子が別々に電気接続される複数の基板側端子と、各基板側端子に電力を供給する配線パターンが形成されている請求項４記載の光源ユニット装着構造。
6. 前記光源ユニットと前記給電基板の間に、光源ユニットの発熱を取り出すための放熱部材をさらに備えた請求項１〜５の何れか一項に記載の光源ユニット装着構造。
7. 前記放熱部材に端子挿通孔が形成され、前記光源ユニットが光源側端子を端子挿通孔に挿通した状態で給電基板に保持されている請求項６記載の光源ユニット装着構造。

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